Электрошлаковая сварка
Способ электрошлаковой сварки (ЭШС) разработан в начале 50-х годов в Институте электросварки им. Е.О. Патона АН УССР. Он сразу же получил применение на Таганрогском котлостроительном, Барнаульском котельном и Новокраматорском машиностроительном заводах, а затем на многих предприятиях тяжелого машиностроения и других отраслей промышленности. ЭШС применяют взамен ручной сварки при выполнении кольцевых швов в процессе укрупнения заготовок в блоки и при сварке вертикальных швов в процессе монтажа блоков. При использовании ЭШС возможно изготовить из проката, поковок и литья комбинированные конструкции. В сварной конструкции станины ковочно-штамповочного пресса были применены детали из проката общей массой 55,3 т, из литья 28,1 т и поковок 6,7 т. Изготовить такую станину пресса другим методом, например литьем, практически невозможно. Электрошлаковый процесс нашел применение в новой отрасли спецэлектрометаллургии – электрошлаковом переплаве (ЭШП). С помощью ЭШП удается получить рафинированный от многих неметаллических включений металл с весьма высокой плотностью. По качеству он практически не уступает кованому металлу и значительно превосходит литой. Мощность существующих печей ЭШП не позволяет в настоящее время выплавлять слитки массой более 150 т. Объединение ЭШП и ЭШС в один технологический цикл изготовления сварно-литой конструкции открывает новые возможности получения уникальных изделий. Например, для изготовления опорного валка мощного листопрокатного стана 5000 (диаметр бочки 2 м, длина 5 м) требуется заготовка массой 350–380 т из высокоуглеродистой легированной стали. Для изготовления подобной заготовки потребовался бы стальной слиток массой свыше 500 т, диаметром около 4 м. Известно, что при массе обычных слитков свыше 200 т трудно обеспечить высокое качество заготовок. Проблема решена с помощью электрошлакового литья (ЭШЛ) слитков массой около 100 т с последующим соединением их электрошлаковой сваркой. Большой технико-экономический эффект дает применение электрошлаковой наплавки (ЭШН). С её помощью можно получать биметаллические заготовки, облицовывать рабочие поверхности толстолистовых сосудов, восстанавливать изношенные детали (например, зубья ковшей экскаваторов). Известны и другие варианты применения ЭШС: ванно-шлаковой, контактно-шлаковой. ЭШС используют в ремонтном деле, для изготовления неповоротных стыков криволинейных конструкций, стержней арматуры и т.д. Разработана технология ЭШС и ЭШН многих металлов и сплавов: сталей, в том числе среднелегированных и высоколегированных; чугуна; титана и его сплавов; меди и его сплавов. Вначале развивалась технология ЭШС с использованием электродных проволок, применяемых для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом. Затем были использованы в качестве плавящегося электрода пластины большого сечения. Широко применяемый при электрошлаковой сварке плавящийся мундштук можно представить как сочетание электрода большого сечения и электродной проволоки, подаваемой через трубчатый канал в нем. Сварное соединение, выполненное электрошлаковым способом, необходимо подвергать последующей термообработке (нормализации с отпуском) для изменения зерна околошовной зоны и уменьшения остаточных напряжений. Применение дополнительной защиты шлаковой ванны и околошовной зоны струей инертного газа позволяет выполнять ЭШС активных металлов, например титана. Основные технико-экономические преимущества электрошлаковой сварки состоят в следующем: 1. Высокая чувствительность процесса, мало зависящая от рода тока, и нечувствительность (в силу тепловой энергии шлаковой ванны) к кратковременным изменениям тока и даже его прерыванию. Переходные процессы при ЭШС существенно проще, чем при дуговой сварке, и требования к статической и динамической характеристикам источников питания не такие высокие. 2. Высокая производительность. По скорости плавления присадочного металла ЭШС вне конкуренции. Она позволяет допускать нагрузку на электрод до 10 000 А, что невозможно при дуговой сварке. 3. Высокая экономичность процесса. На плавление равных количеств электродного металла при ЭШС затрачивается на 15…20% меньше электроэнергии, чем при дуговой сварке под флюсом. Благодаря прямоугольной форме кромок уменьшается расход электродного металла, экономия электроэнергии составляет 50% и более. Расход флюса при ЭШС меньше, чем при дуговой сварке в 10…20 раз и составляет около 5% расхода электродной проволоки. 4. Малая чувствительность к качеству подготовки кромок. 5. Высокое качество защиты ванны от воздуха – не ниже, чем при дуговой сварке под флюсом, а с дополнительной защитой шлаковой ванны струей газа – выше. 6. Недефицитность и сравнительно низкая стоимость сварочных материалов. 7. Возможность вести сварку без сопутствующего, а во многих случаях и предварительного подогрева свариваемого изделия 8. Предельная толщина металла, свариваемого электрошлаковым способом, (для низкоуглеродистых сталей):
Металл толщиной 16…40мм сваривается одним электродом с неподвижной осью, а толщиной 40…70мм – одним электродом с колебаниями. ЭШС металла толщиной меньше 40мм применяют только взамен ручной сварки вертикальных швов, кантовка которых в нижнее положение невозможна или не выгодна. В других случаях такой металл выгоднее сваривать дуговой сваркой под флюсом. Металл толщиной 70…150мм выгодно сваривать двумя электродами, причем для металла толщиной свыше 85мм следует применять колебания электродов. Металл толщиной свыше 150мм сваривают, как правило, тремя электродами с колебаниями, или электродными пластинами. При сварке несколькими электродами их включают в трехфазную систему питания. При этом для большей равномерности загрузки сети и оборудования число электродов желательно выбирать кратным трем. Электрошлаковая сварка не свободна и от недостатков. Основной из них – перегрев металла шва и околошовной зоны и снижение вследствие этого качества сварного соединения, в особенности ударной вязкости металла.
|
