Электрошлаковая свака
Источником теплоты при электрошлаковой сварке служит расплавленный флюс. Количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока через флюс, определяют по известному уравнению
где RВ ¾ сопротивление шлаковой ванны.
Расплавленный шлак за счет прохождения электрического тока нагревается до высокой температуры. Теплота, выделяющаяся в шлаковой ванне при прохождении тока, обеспечивает расплавление основного и присадочного металлов с образованием общей сварочной ванны.
Для удержания ванны в вертикальном положении от вытекания используют различные приспособления: передвижные медные водоохлаждаемые ползуны и т.п. По мере плавления основного и присадочного металлов металлическая и шлаковая ванны поднимаются. Процесс ведется автоматически, причем наряду с заданной скоростью подачи присадочного металла поддерживается определенная глубина шлаковой и металлической ванны.
Электрошлаковую сварку применяют главным образом для получения соединений из металла (стали, алюминия, титана и их сплавов и др.) большого сечения (свыше 40-50 мм). Преимущества процесса: высокая производительность, высокое качество сварных соединений, сравнительная простота и возможность автоматизации.
Способы электрошлаковой сварки.
В зависимости от типа применяемого электрода различают несколько способов процесса электрошлаковой сварки: электродной проволокой, электродной пластиной, плавящимся мундштуком. Выбор способа электрошлаковой сварки определяется сечением соединяемых элементов и их протяженностью.
Сборка свариваемых элементов и формирование ванны.
Основной вид соединения при электрошлаковой сварке ¾ стыковое. Этим методом могут быть выполнены и другие соединения. Величину зазора между свариваемыми элементами выбирают в зависимости от толщины соединяемых кромок, способа электрошлаковой сварки и т.п. На практике зазор между свариваемыми элементами выбирают достаточным для размещения электрода (электродов) и предупреждения его замыкания на кромки. При сборке свариваемых кромок необходимо учитывать возможность их смещения. Это затрудняет удержание ванны формирующими устройствами.
При электрошлаковой сварке применяют различные способы закрепления соединяемых элементов. Для сборки стыков большой протяженности к кромкам приваривают скобы. Небольшие по высоте свариваемые элементы фиксируют при сборке устройствами, формирующими шов.
При электрошлаковой сварке формирование ванны и шва невозможно без точной подгонки формирующих устройств к поверхности кромок. При использовании жидкотекучих флюсов зазор между формирующим устройством и изделием свыше 0,5 мм практически недопустим. Если зазор превышает допустимую величину, расплавленный шлак заполняет его, кристаллизуется и постепенно расширяет щель. Создаются условия для вытекания шлаковой и металлической ванны. Подгонка формирующих устройств облегчается после механической обработки поверхности свариваемых кромок, особенно при изготовлении сварно-литых и сварно-кованых конструкций.
Параметры режима и их влияние на размеры сварочной ванны и шва.
Эффективная мощность, выделяемая в шлаковой ванне:
где U ¾ падение напряжения в шлаковой ванне.
Эффективный КПД hИ зависит от соотношения между тепловыми потоками в свариваемое изделие и формирующие устройства и составляет 0,6¾0,9.
Основные параметры режима ¾ сила сварочного тока, напряжение на электродах и скорость сварки. Изменением этих параметров влияют на размеры сварочной ванны и шва. Размеры ванны оцениваются ее шириной е и глубиной h.
Сила сварочного тока. Изменение тока наибольшее влияние оказывает на глубину металлической ванны, С увеличением силы тока глубина ванны возрастает и имеет зависимость, близкую к линейной. Ток является главным параметром, за счет которого изменяют глубину ванны в требуемых пределах. На ширину ванны изменение тока влияет незначительно.
Напряжение на электроде. Изменение напряжения на электроде большое влияние оказывает на ширину металлической ванны. Зависимость имеет прямолинейный характер. На практике ширину ванны и шва изменяют в требуемых пределах регулированием напряжения на электроде (электродах). С увеличением напряжения несколько возрастает также и глубина металлической ванны.
Скорость сварки. Изменение скорости сварки для сохранения стабильности процесса требует изменения других параметров процесса, особенно силы сварочного тока. При увеличении скорости сварки наблюдается возрастание глубины ванны. Ширина ее изменяется по более сложной зависимости, имеющей максимум. Это, по-видимому, связано с различными значениями термического КПД.
К дополнительным элементам режима электрошлаковой сварки относятся величина зазора, скорость подачи электрода, число электродов и площадь их поперечного сечения, глубина шлаковой ванны, состав флюса и др. Их влияние на размеры сварочной ванны и шва проявляются слабее. Для сохранения стабильности процесса изменение скорости подачи электрода требует и соответствующего изменения силы тока. Следовательно, с увеличением скорости подачи электрода растет и глубина металлической ванны.
Большое влияние на стабильность процесса оказывает глубина шлаковой ванны. При недостаточной глубине возрастает вероятность образования дугового разряда либо внутри ванны, либо на ее поверхности. Глубину шлаковой ванны поддерживают в пределах 30¾90 мм. Устойчивость электрошлакового процесса зависит от свойств источника питания и совершенства исполнительных устройств электрошлаковых аппаратов.
При электрошлаковой сварке должно соблюдаться равенство мощности, выделяемой в шлаковой ванне, и мощности, необходимой для образования сварочной ванны и шва. Стабильность процесса возрастает при применении источников переменного тока с малым внутренним сопротивлением (жесткой вольт-амперной характеристикой).
Исполнительные устройства должны обеспечить в процессе сварки постоянство глубины металлической и шлаковой ванны.