Електрошлакове зварювання: різновиди та сутність

Зварювальні операції з металами здебільшого ґрунтуються на хіміко-термічних процесах плавлення. Залежно від застосовуваної оснастки, активних витратних матеріалів і в цілому технічних умов організації процесу, змінюються і характеристики одержуваного продукту. Головним завданням зварювальника є формування міцного шва, здатного протистояти навантаженням, які також будуть припадати на основну конструкцію. В цьому відношенні електрошлакове зварювання не є кращим рішенням на сьогоднішній день, оскільки класичне електродугове вплив дозволяє утворювати більш вигідні для подальшої експлуатації шви. Однак застосування шлакових ванн для процесу розплаву забезпечує чимало інших переваг, заради яких дану технологію використовують великі підприємства.

Сутність електрошлакового зварювання

Методика електрошлакового зварювання заснована на використанні тепла, яке виробляється в процесі розплаву матеріалу. Одержувана термічна енергія і виступає тим самим фактором, який забезпечує зварювальну операцію. В якості матеріалу, який піддається расплавке, застосовують шлакову основу. Збудником процесу розплаву є електричний струм, тому в організації процесу використовується спеціальний генератор. До особливостей процесу можна віднести той факт, що електрошлакове зварювання може виконуватися тільки в умовах вертикального розміщення заготовок. Під дією тепла, що виробляється рідкий метал, який утворюється в ході оплавлення електродних дротів і зварюваних елементів, заповнює собою простір між деталями. Щоб утримати рідку ванну шлаку і металу від зайвого перетікання, з різних сторін робочої ванни встановлюються охолоджувані водою повзуни. По мірі шва заварки вони піднімаються і не дають робочій масі витікати.

Технологічний процес

Починається зварювальний процес збудження дуги, яка буде утворюватися між деталями і електродними дротами. Теплова енергія дуги розплавляє флюс, після чого і створюється та сама шлакова ванна, рівень якої буде підніматися. Завдяки властивості електропровідності, розплавлений флюс починає шунтувати дугу, зупиняючи її горіння. При цьому розплавлення і нагрівання флюсу тривають за рахунок теплового впливу, джерелом якого виступить струм, що подається до рідкого шлаку. Тобто технологія електрошлакового зварювання грунтується на передачі тепла від шлаку, який не тільки виділяє енергію під дією струму, але і може безпосередньо передавати її робочим деталей. Електрод і цільової метал зв'язуються між собою саме за допомогою шлакової ванни. Далі формується і металева ванна. Для цього можуть знадобитися різні проміжки часу, залежно від характеристик матеріалу. Головне полягає в тому, що металева рідка основа лежить за рівнем нижче шлакової ванни, але також вимагає підключення формувальних повзунків, що стримують витікання. Для цього використовують мідні повзунки, охолоджувані водою.

Різновиди зварювання

Підходи до виконання даного методу розрізняються за типом застосовуваного електрода. Наприклад, класична схема передбачає використання електродного дроту, яка по мірі розплавлення подається в шлакову ванну. При такому підході майстер повинен повідомляти електродів ще й зворотно-поступальні горизонтальні рухи, що забезпечує рівномірність прогріву деталей, що зварюються по всій товщині.
Інший метод передбачає застосування електродів з великим перетином або пластин. У цьому випадку електрод буде займати велику частину простору, утвореного зазором між заготовками. Використання пластин також поширене. При такій схемі електрошлакове зварювання виконується з розрахунком на розмірне відповідність активних елементів деталей. У всякому разі їх форма повинна бути схожою на зварювані заготовки. Пластини нерухомо зміцнюють в зазорі і в залежності від стану шлакової ванни можуть подаватися на робочу область по мірі виконання операції.

Обладнання для зварювання

Як і при традиційній електродугового звірку, в даному випадку використовується спеціальний апарат. Для визначення його особливості треба зазначити, що електрошлакове методика, на відміну від інших поширених технологій зварювання, може реалізовуватися при щільності струму, складовою 01 а/мм 2 , що в сотні разів менше, ніж при тому ж дуговому способі. Для виконання цього завдання використовують автомати, які відповідають кільком умовам. В першу чергу техніка повинна забезпечувати зазор між різними кромками ванни. Друга умова виражається в тому, що обладнання для електрошлакового зварювання повинно допускати вертикальне формування зварювального шва. І останнє значуще умова полягає в тому, що зварювання повинна виконуватись в один підхід. В якості додаткового обладнання також застосовуються подають дріт ролики, токоподводящий мундштук, повзуни з планками і трубки для охолодження водою.

Витратні матеріали для зварювання

Активна основа для такої зварювання – це згадані електроди, які можуть мати кілька нерухомих осей. Подача до шлакової ванні забезпечується при постійній швидкості. Крім шлаку та електродів, також може застосовуватися плавящийся мундштук. Залежно від вимог до одержуваного результату оператор може управляти расходниками таким чином, що процес буде виконуватися з тій чи іншій ступенем інтенсивності – поправка на маніпуляції з тими ж електродами з метою підвищення прогріву також робиться з урахуванням типу металу. Взагалі, з точки зору складності для майстра, найбільш важкий процес електрошлакового зварювання з контактним принципом дії. Зазвичай контактно-шлакова методика застосовується у випадках, коли необхідно приварити стрижні до плоскої поверхні.

Переваги технології

Одним з головних переваг методу є можливість зварювання без необхідності попереднього поділу кромок, оскільки процес реалізується з наявністю зазору між робочими деталями величиною до 3 див. Також електрошлакове зварювання відрізняється високим коефіцієнтом наплавлення, що в результаті дає та фінансові переваги у вигляді економії на організації заходу. Плюси будуть відчутні і після завершення операції. Справа в тому, що зварювання цього типу забезпечує симетричне розташування шва по відношенню до осі. Даний фактор виключає утворення кутових деформацій, що в підсумку спрощує монтаж деталей їх коригуванням.

Сфери застосування

Можливості використання даної методики визначають як раз і її недоліки. Цей метод недоцільно застосовувати в більшості типових зварювальних робіт. Найчастіше технологія використовується в будівельних і промислових умовах. Наприклад, виготовлення масивних станин, монтаж турбінного обладнання, інсталяція товстостінних барабанів і котельних агрегатів – це лише частина поширених операцій, в яких використовується електрошлакове зварювання. Застосування цього методу на виробництвах дозволяє здійснювати збирання великогабаритних конструкцій. Принциповою ж відзнакою електрошлакового техніки від інших способів зведення металевих елементів є допущення можливості заміни кованих або масивних литих деталей зварними аналогами, виконаними з дрібних виливків або поковок.

Висновок

З цілого ряду причин навіть в цільових областях цієї технології не завжди допускається її застосування. Обмеження в основному пов'язані з технологічними недоліками, які роблять використання методу недоцільним. Приміром, електрошлакове зварювання буде неефективною, якщо її планується використовувати на майданчику, де також присутні чутливі до термічного впливу матеріали. Тобто з економічних міркувань і якістю отриманого стику технологія виправдовує себе, але виникає інший нюанс. Така зварювання відрізняється великою зоною теплового впливу, відповідно, у роботі зі стаціонарним розташуванням деталей всі суміжні з ними матеріали будуть піддаватися сильному температурного впливу.