Современные виды сварки. Часть 10

Электрошлаковая сварка.

Электрошлаковая сварка (ЭШС) широко используется там, где требуется соединить детали большой толщины за один проход. Способ подходит для углеродистой и легированной стали, алюминия, титана и чугуна, а также для сплавов на их основе. При ЭШС не нужно многократно убирать шлаки между проходами и подстраивать оборудование на каждый новый слой, поскольку всё проходит за один раз. Кромки при этом обычно обрабатывают без фасок, а в качестве электродов берут несколько проволок или электроды большего сечения. Выгода заметнее всего, когда заготовки достигают 40 мм и более по толщине, поскольку при меньших размерах экономическая эффективность резко падает, а сам процесс теряет смысл.

В основе метода лежит способность расплавленного флюса проводить электрический ток и выделять значительное количество тепла. В зазор между деталями устанавливают специальные медные охлаждаемые щёки или мундштуки, которые удерживают расплавленный шлак и формирующуюся сварочную ванну. Сквозь слой этого шлака пропускают ток, в результате чего шлак раскаляется до температур, превышающих точку плавления металла. Проводимость шлака позволяет оплавлять как торцы свариваемого металла, так и электроды, подаваемые в зазор. Металл стекает вниз, формируя жидкую сварочную ванну, которая постепенно кристаллизуется, образуя объёмный шов. Шлаковая ванна, находящаяся поверх металла, защищает его от контакта с воздухом, способствует раскислению и рафинированию, а её отработанные остатки легко удаляются в конце процесса.

Особенность ЭШС заключается в сравнительно медленном прогреве и таком же неторопливом охлаждении металла. Это обеспечивает плавное формирование шва, но приводит к росту зерна в околошовной зоне и может негативно влиять на ударную вязкость и пластичность, особенно у высоколегированных сталей. Поэтому для сохранения требуемых свойств часто применяют многослойную электрошлаковую сварку или дополнительную термообработку уже после завершения работ. Многослойный способ даёт более ровное распределение тепла, а локальное охлаждение или подогрев определённых участков помогают компенсировать чрезмерное повышение температуры.
Сварочный ток и напряжение выбирают таким образом, чтобы обеспечить достаточную глубину расплавленного металла и сохранение стабильности ванны без перегрева или её неполного проплавления. Если при повышенной мощности шлак начинает кипеть, процесс теряет устойчивость. Если же тепла не хватает, металлический расплав застывает, а шлак постепенно теряет проводимость, и сварка останавливается. Оптимальный режим обеспечивает непрерывное движение расплавленного шлака вверх, чтобы шов заполнялся равномерно.
Технология ЭШС реализуется тремя путями. Первый вариант — с помощью проволочных электродов диаметром примерно от 3 до 5 мм, которые подаются в зазор через мундштуки; второй — с использованием пластинчатых электродов, подаваемых параллельно кромкам; третий — при помощи плавящегося мундштука, в котором неподвижный трубчатый электрод наполняется проволоками, компенсирующими нехватку металла в ванне. Оба первых способа ограничены толщиной порядка 200-800 мм, в зависимости от числа одновременно подаваемых проволок или пластин, а также от того, совершаются ли колебательные движения мундштуков. Третий путь нередко предпочтительнее, если толщина превышает 500 мм и если необходимо выполнять швы в тяжёлых конструкциях сложной формы. Плавящийся мундштук убирает риск частого замыкания на кромки и облегчает сварку. Количество присадочных проволок может меняться, что позволяет доводить толщину свариваемой зоны до 1,5 м или даже больше, если поставить несколько таких мундштуков рядом.

Подготовка деталей подразумевает получение ровных кромок без фаски, хотя в случае литых заготовок иногда обходятся без дополнительной обработки. Зазор между кромками нередко делают с небольшим раскрытием кверху, компенсируя естественные деформации от термического расширения. Для удержания сборки применяют П-образные скобы или дополнительные крепления. В нижней части создают так называемый входной карман для формирования начальной ванны, а в верхней — выходной карман для отвода конечной раковины, образующейся во время финального усаживания металла. Когда шов готов, оба кармана удаляют с помощью газовой резки. Положение соединения при ЭШС должно быть вертикальным или близким к вертикали, допускается наклон до 15-20°, хотя при кольцевой сварке требования к точности и кромкам ещё строже.
Таким образом, электрошлаковая сварка хорошо справляется с вертикальными швами внушительной толщины, позволяет сократить общее число проходов до минимума и рационально расходует сырьё. Вместе с тем появляется необходимость контролировать длительный нагрев, поскольку крупнозернистые структуры могут снижать механические свойства металла, особенно прочностные и пластические показатели. К подобным вопросам обычно подходят через дополнительную термообработку, применение многослойных техник или использование стальных марок, которые меньше подвержены перегреву. Соблюдение этих рекомендаций помогает получать надёжные швы больших сечений в самых разных областях промышленности.

• Современные виды сварки. Часть 9
• Современные виды сварки. Часть 8
• Современные виды сварки. Часть 7
• Современные виды сварки. Часть 6
• Современные виды сварки. Часть 5
• Современные виды сварки. Часть 4
• Современные виды сварки. Часть 3
• Современные виды сварки. Часть 2
• Современные виды сварки.