Металлообрабатывающая компания VT-METALL Гибкий подход – железное качество
Звоните, мы сейчас работаем:
  • Главная >
  • Блог >
  • Электрошлаковая сварка: преимущества, технология, оборудование
18.01.2023
200
Время чтения: 8 минут

Электрошлаковая сварка: преимущества, технология, оборудование

Редакция сайта VT-Metall
Сохранить статью:

Почему востребована? Электрошлаковая сварка – это перспективная технология, относительно недавно получившая широкое распространение. Главное ее преимущество – возможность соединять детали разной толщины.

Как варить? Процесс завязан на тепловом воздействии, которое получается после прохождения электротока через шлаковую ванну. Для данной технологии разработано специальное оборудование, кроме того, необходимо использовать определенные флюсы и электроды.

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Суть и преимущества электрошлаковой сварки
  • Виды электрошлаковой сварки
  • Флюсы и подбор электродов для ЭШС
  • Технология электрошлаковой сварки
  • Возможные дефекты ЭШС

Суть и преимущества электрошлаковой сварки

При такой сварке специальный электрод, жидкая шлаковая масса и основной металл соединяемых деталей служат проводниками электрического тока. В ходе сварки плавятся основной металл, присадочный материал и флюсовый состав, постоянно поступающий в сварочную ванну. Шлак, образующийся в расплаве, всплывает за счет меньшей плотности и служит защитой от контакта с атмосферными газами. Также при помощи шлака из металла выводятся вредные примеси.

Суть и преимущества электрошлаковой сварки

В современном производстве применяются различные варианты электрошлакового метода сварки. Наиболее широкое применение получила электрошлаковая сварка (ЭШС), для которой используется проволочный и пластинчатый электроды большого сечения.

Технические и экономические преимущества ЭШС:

  1. стабильность сварочного процесса, незначительно зависящая от параметров электрического тока;
  2. беспрерывность сварочного процесса даже при кратковременных перебоях в подаче электрического тока на электроды;
  3. высокая производительность;
  4. низкая затратность технологии;
  5. отсутствие необходимости в специальной подготовке кромок соединяемых элементов;
  6. надежная защита сварочной ванны в ходе работы от контакта с воздухом;
  7. доступность и дешевизна расходных материалов;
  8. получение сварных швов с практически любой площадью поперечного сечения за один проход.

Главные недостатки технологии электрошлаковой сварки металла:

  1. есть возможность формирования только вертикальных или близких к ним по положению в пространстве швов;
  2. нельзя останавливать сварочный процесс до полного сваривания деталей;
  3. крупнозернистая структура металла в месте соединения кромок и пониженная ударная прочность швов;

При помощи электрошлаковой сварки можно формировать прямые и кольцевидные соединения. Металл свариваемых деталей должен иметь толщину не менее 25–30 мм.

Виды электрошлаковой сварки

Сегодня применяется несколько разновидностей метода ЭШС, которые отличаются друг от друга типом используемых электродов:

С помощью электродных проволок

Для сварки используется ровный проволочный электрод толщиной 2-3 мм. Проволока подается в сварочную ванну с постоянной скоростью. Максимальная толщина металла соединяемых деталей – до 5 см.

Виды электрошлаковой сварки

Если метод применяется для соединения заготовок большей толщины, необходимо использовать несколько проволочных электродов, которые в ходе процесса совершают возвратно-поступательные движения под прямым углом к сварному шву.

Использование электродов большого сечения

Сварка по этой технологии осуществляется с использованием стержней и пластин с круглой, квадратной или иной формой поперечного сечения. Размерность и число электродов определяют, исходя из габаритов свариваемых заготовок, конфигурации и размеров отверстия или полости, которые необходимо заварить. Чаще всего эту технологию применяют при сварочном соединении толстых заготовок и высоте шва не более 1 м.

Оплавляющуюся электродную пластину постепенно опускают в расплав шлака. Глубина шлаковой ванны при этом колеблется от 20 до 25 мм. Шов образуется при соединении расплавленного присадочного металла с расплавом материала соединяемых заготовок.

Применение плавящегося мундштука

Эта технология объединяет в себе два описанных выше способа. Между кромками соединяемых деталей заводят стальную пластину или мундштук, через который при помощи специальных трубок или пазов пропускают проволочные электроды.

Пластина в ходе сваривания заготовок неподвижна. Заполнение зазора между соединяемыми деталями осуществляется за счет расплавления электродных проволок, подаваемых в шлаковый расплав. Находящаяся в сварочной ванне часть мундштука оплавляется вместе с электродами.

Размерность пластины и число проволочных электродов подбирают, исходя из размеров соединяемых заготовок. Данная технология применяется для сваривания деталей сложного сечения с малой высотой швов. Сечение плавящегося мундштука повторяет форму свариваемых заготовок.

Флюсы и подбор электродов для ЭШС

К флюсам для ЭШС предъявляется ряд требований. Они должны:

  • обеспечивать электрошлаковую сварку при сварочном токе разного напряжения и силы;
  • способствовать проплавлению кромки соединяемых деталей и формированию качественного сварного шва;
  • предотвращать порообразование, горячее растрескивание и попадание в расплав посторонних включений.
Флюсы и подбор электродов для ЭШС

Кроме того, расплав флюса не должен затекать в пространство между заготовками и приспособлениями, используемыми в процессе, отжимая ползуны от поверхности кромки, а шлак, образующийся при сварке, обязан легко удаляться с валика сварных швов.

Для электрошлаковой сварки пользуются плавлеными флюсами. Сваривание заготовок из углеродистой или низколегированной стали с обычной прочностью лучше всего производить, используя марки АН-8, АН-8М и АН-22. ФЦ-7 и АН-348-А не подходят для формирования длинных швов, так как эти флюсы не обеспечивают стабильности при скоростной подаче проволочных электродов.

Для сварочного соединения деталей из углеродистой стали оптимален АН-348-В. От АН-348-А его отличают большая электропроводность и более низкая температура плавления. Для обеспечения устойчивого электрошлакового процесса и формирования качественных швов при работе с такими сталями можно использовать АН-47.

Электрошлаковое сваривание деталей из легированных высокопрочных стальных сплавов (25ХНЗМФА, 20Х2М и т. п.) производят, используя флюс АН-9. Для сварки заготовок из легированных и высоколегированных сталей применяют марки АНФ-1, АНФ-7 и 48-ОФ-6. АН-45 позволяет добиться высокого качества шва при сварочном соединении элементов из коррозионностойкой и углеродистой стали.

Начиная электрошлаковую сварку, обычно пользуются флюсом АН-25, который отличается высокой электропроводимостью как в твердом состоянии, так и в расплаве.

Для электрошлаковой сварки и наплавки чугуна используют флюсы марок АНФ-14 или АН-75. По техническим условиям или паспорту различные флюсы перед применением подлежат прокалке в электропечах при температуре от +300 до +700 °C в течение 60–120 минут при толщине слоя от 80 до 100 мм.

Для ЭШС в качестве электродного применяют металл в форме проволоки, пластины, трубы или ленты. Обычно пользуются сплошной в поперечном сечении проволокой толщиной 3 мм. Также практикуют проволоки диаметром 1-2 или 5-6 мм.

Металл для электродов подбирают, исходя из химического состава основного материала и требований к эксплуатационным характеристикам сварных соединений. Оптимален вариант, когда химический состав и механические свойства основного металла максимально близки с параметрами присадочного материала. Благодаря такой однородности удается добиться высокого качества сварных соединений и отличных эксплуатационных характеристик готовых изделий.

Самый простой способ обеспечить высокое качество сварного шва – использовать электродный металл, аналогичный по химико-физическим свойствам материалу заготовок.

Для легирования металла швов при электрошлаковой сварке с использованием плавящегося мундштука, выполненного в виде набора трубок из низкоуглеродистого стального сплава, пользуются проволокой с соответствующими добавками.

Хорошее перемешивание расплава в сварочной шлаковой ванне делает возможной сварку с одновременным использованием нескольких электродов, отличающихся друг от друга химическим составом, и получение швов из нужного сплава.

Возможно также применение при электрошлаковой сварке дополнительных присадочных материалов, которые подаются в сварочную ванну. Такие присадки участвуют в формировании сварного соединения, растворяясь в шлаковом расплаве. Металл шва можно дополнительно легировать при помощи покрытия плавящегося мундштука.

Технология электрошлаковой сварки

На первом этапе сварочных работ подбираются необходимые присадочные материалы и оборудование. Далее соединяемые кромки следует подготовить к сварке. Приведенная ниже таблица содержит перечень проволок, используемых для электрошлаковой сварки металлов:

Вид стали
Марка присадочного материала
Конструкционная
СВ-08А, СВ-08ГА
Среднеуглеродистая литая
СВ-10Г2С, СВ-10Г2
Котельная
СВ-10Г2С, СВ-10Г2
Среднеуглеродистая кованая
СВ-10Г2
Низколегированная
СВ-10Г2С, 18ХМА, СВ-08-Г2С, СВ-08ХН2М
Среднелегированная
СВ-08Х3Г2СМ, СВ-20ХН3МФ
Высоколегированная
СВ-04Х19Н11М3

Для сваривания всех представленных в таблице материалов можно использовать флюсы АН-99 и АН-8. Стали марок 08Х18Н10Т и 25ХН3МФА соединяют, используя флюс 48-ОФ-6.

Основные показатели:

  • сварочный ток, I;
  • понижение напряжения между шлаковой ванной и электродом, U;
  • скорость подачи электродной проволоки, Vе;
  • скорость ведения электрода, Vсв;
  • глубина шлаковой ванны, h;
  • вылет проволоки, L;
  • скорость возвратно-поступательных движений электрода, Vk;
  • количество стержней, n;
  • сечение электрода.
Технология электрошлаковой сварки

Силу тока рассчитывают по формуле I = (0,22Ve + 90)n + 1,2(Vсв + 0,48Vп)ab, где a и b – высота и ширина заготовок.

Скорость подачи присадки составляет Vе = VсвF/S. Показатели Vk, L, h являются постоянными.

Число проволочных электродов подбирают, исходя из габаритных размеров соединяемых деталей. При толщине металла до 50 мм используют одну проволоку. При толщине от 50 до 120 мм для сварки нужны два электрода. Более массивные заготовки требуют для ЭШС использования трех электродов.

В ходе подготовки с поверхности соединяемых кромок при помощи шлифовальной машинки удаляются ржавчина и оксидная пленка. Краям придается нужная форма. Опытные сварщики подготавливают и устанавливают заготовки таким образом, чтобы между ними был клиновидный, увеличивающийся кверху, зазор с углом от 1 до 2 градусов.

Выбор угла зависит от применяемой технологии сварки и крепления элементов. Для фиксации деталей используются планки или скобы, приваренные вдоль соединения, которые с готовых изделий удаляются при помощи газорезки.

Когда флюс подается в сварочную ванну, место соединения прогревается до требуемой температуры и кромки соединяемых заготовок начинают плавиться. Шлаковую ванну можно формировать двумя способами:

  • Твердый старт – металл начинает плавиться за счет температуры сварочной дуги. Периодическое добавление шлака позволяет контролировать параметры расплава.
  • Жидкий старт. Флюс подается в шлаковую ванну расплавленным, для этого его перед использованием помещают в разогретую печь.

Первый способ связан с повышенным расходом электрической энергии, так как требуется сварочный ток большой силы. Для того чтобы зажечь сварочную дугу, необходима чистая металлическая стружка, которую насыпают на дно планки. Расходные материалы следует добавлять в рабочую зону, постоянно контролируя их количество и состояние.

Возможные дефекты ЭШС

Сварные соединения, созданные при помощи электрошлаковой сварки, отличают высокая прочность, химическая однородность металла, отсутствие неметаллических включений и растрескивания. Если в ходе работы был нарушен технологический процесс, то возможны дефекты, негативно влияющие на качество швов и эксплуатационные характеристики готовых изделий.

Возможные дефекты ЭШС

Наиболее часто встречающиеся дефекты швов, формируемых в процессе электрошлаковой сварки деталей из углеродистой или низколегированной стали, проявляются в виде трубчатых пор, горячего (кристаллизационного) растрескивания металла шва, трещин в околошовном пространстве, включений шлака, усадочных трещин, несплошностей, непроваров, несплавлений, неметаллических включений и поверхностных изъянов.

К формированию трубчатых пор обычно приводят такие нарушения технологии, как дегазация сварочной ванны из-за выделения углекислого газа.

Горячее растрескивание присуще практически всем стальным сплавам. Трещины возникают в сварном шве, когда кромки соединяемых деталей жестко зафиксированы, к примеру, при замыкании кольцевых стыков или низком коэффициенте формы шва (ψ менее 1,2). Растрескивание происходит вдоль оси сварного соединения на границах дендритов, не выходя на поверхность валика.

Возникновение холодных трещин – частый дефект при электрошлаковой сварке деталей из среднелегированной стали. Температурный интервал формирования таких изъянов – от +200 °C и ниже. Одной из главных причин холодного растрескивания специалисты считают низкую способность закаленного металла к деформированию и фазовые превращения в ходе неравномерного охлаждения. Образование холодных трещин-отколов обычно происходит вдоль валика шва, а трещин-надрывов – в зоне нагрева.

Чтобы предотвратить растрескивание металла при сварке, пользуются режимами с медленной подачей присадочного материала и предварительно нагревают детали до температуры +150…+200 °C.

Электрошлаковая сварка в силу высокой надежности сварных швов нашла широкое применение при сваривании элементов крупногабаритных ответственных конструкций. Для получения высококачественных соединений при помощи ЭШС важно хорошо знать и выполнять требования технологического процесса.

Читайте также
Получить бесплатный чертеж

Получить бесплатный чертеж

Скачать прайс

Скачать прайс

Пересчет проекта

Пересчет проекта

Позвонить бесплатно

Позвонить бесплатно

Скачать прайс

Скачать
прайс

Написать WhatsApp

Написать WhatsApp

Яндекс.Метрика