Электрошлаковая сварка. Метод электрошлаковой сварки, разработанной в СССР сотрудниками Института электросварки им. Е.О. Патона, нашел широкое применение в нашей промышленности и за рубежом. Электрошлаковая сварка является наиболее экономичным способом сварки углеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей толщиной свыше 40 мм. В условиях монтажа применение электрошлаковой сварки часто оказывается эффективным и при меньших толщинах свариваемых элементов. Использование этого способа позволяет отказаться от изготовления многих изделий в цельнолитом и цельнокованом исполнении и перейти к более экономичным составным конструкциям с применением сварки.
Виды сварных соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой
Из различных форм продольных сечений стыков наиболее удобны для сварки прямоугольные и кольцевые. Задача сварки сложных профилей всегда может быть упрощена при правильном конструировании, например с помощью местных приливов шириной 50 ... 60 мм на сторону. В случае малой доступности одной из сторон шва можно использовать остающуюся подкладку. При этом следует иметь в виду, что при наличии стыков такой подкладки по длине они должны быть тщательно проварены. Не провар стыка остающейся подкладки может вызвать образование трещины. Для однотипных, часто повторяющихся в данном производстве изделий можно применять медные приставки или формы, охлаждаемые водой. Весьма успешно электрошлаковую сварку применяют при ремонте и для исправления дефектов литья, например при заварке отверстий.
Схема электрошлаковой сварки кольцевых швов
Кольцевые швы по технике сварки отличаются от прямолинейных конструктивным оформлением устройств для формирования обратного валика и необходимостью замыкания конца шва с началом. Сварку кольцевого стыка начинают на вспомогательной пластинке, вваренной в зазор стыка. После заварки примерно полуокружности стыка участок с началом шва появляется на другой стороне
кантователя, сварщик выплавляет воздушно-дуговой или кислородной резкой начало шва до полного устранения непроваров и придает торцу шва наклонный срез, облегчающий выполнение замыкания шва (замка). Усадочную раковину выводят или в специальный прилив в наружном формирующем ползуне, или в медный кокиль, или же выплавляют и заваривают вручную. Формирование обратной стороны шва можно осуществлять остающимся стальным кольцом, медным охлаждаемым кольцом, обратным ползуном. Применение стального кольца возможно в тех случаях, когда конструкция изделия не требует его удаления или когда изделие подвергается последующей механической обработке. Кромки кольцевого стыка, как и продольных стыков, скрепляют внутри и снаружи обечайки П-образными скобами или планками, приваренными к стенкам изделия. При сварке с медным охлаждающим кольцом оно заводится в отверстие скоб и закрепляется клиньями, которые вбивают между скобами и кольцом. Обратный ползун применяется в тех случаях, когда это допускает форма изделия. При сварке закрытых сосудов с малыми размерами лазовых отверстий и при расположении стыка на большом расстоянии от торца изделия установка такого ползуна затруднительна.
При сварке прямолинейных швов начало и конец шва следует выводить за пределы рабочей части соединения путем постановки начальных и выводных планок.
При условии принятия специальных мер электрошлаковым способом можно сваривать элементы большой толщины из алюминия и его сплавов. Элементы из титана и его сплавов при толщине более 30 мм также целесообразно соединять электрошлаковой сваркой, применяя защиту аргоном поверхности шлаковой ванны.
В настоящее время существуют три основных приема электрошлаковой сварки: 1 — сварка проволокой с колебаниями или без колебаний; 2 — сварка пластинчатыми электродами большого сечения; 3 — сварка плавящимся мундштуком.
Типы плавящихся мундштуков
Положительной стороной первого приема является наименьшая потребляемая мощность и удобство наблюдения за варочной ванной, отрицательным - трудность сварки элементов больших толщин и сложных сечений и необходимость иметь свободный доступ, по крайней мере, с одной стороны шва. При втором приеме достоинством является возможность вводить электроды сверху и создавать надежное уплотнение стыка неподвижными формирующими устройствами, недостатком - наибольшая потребная мощность и трудность корректирования направления электродов. Третий прием является наиболее универсальным и позволяет производить сварку элементов практически неограниченной толщины и формы, а также в труднодоступных местах, однако наблюдение за сварочной ванной затруднено. Толщину плавящегося мундштука можно принимать в пределах от 10 до 50 % от размера зазора. При большом числе прямолинейных швов одинаковой толщины выгодно применять мундштуки, штампованные из листа. Мундштуки, показанные на рис., более трудоемки, но организовать их производство проще. Они изготовляются точечной сваркой из полос толщиной 4 ... 5 мм и листа толщиной 1 мм. Для сварки швов переменного сечения мундштуки такого типа или составляются из полос, или вырезаются из листа соответственно форме продольного сечения стыка. Наиболее точное направление электрода обеспечивает мундштук, у которого канал для электродной проволоки образован спиралью. Иногда для направления проволоки используют трубки, прикрепленные к пластинам скобками с помощью точечной сварки. Изоляция плавящегося мундштука от изделия в зазоре осуществляется с помощью клиньев из стекловаты, пропитанной жидким стеклом и высушенной. Аппарат для сварки плавящимся мундштуком состоит из одного подающего механизма, который или устанавливается прямо на изделии и подает проволоку непосредственно в мундштук, или ставится в стороне и подает проволоку через гибкие шланги. Ведущий вал имеет шпоночную канавку по всей длине. Подающие ролики сидят на скользящих шпонках и могут перемещаться вдоль оси валика. Втулки обоих прижимных роликов свободно сидят на оси, но фиксируются охватывающими их хомутиками. Предварительное совмещение роликов выполняют шайбами, окончательное совмещение и фиксацию обоих роликов осуществляют через электрод.
Схемы настроек аппарата А-535 для сварки различных швов и соединений
В ИЭС им. Е. О. Патона создан универсальный аппарат А-535, который можно настраивать на выполнение следующих швов и соединений: стыковых соединений толщиной до 500 мм; угловых и тавровых соединений; наклонных и кольцевых швов; стыковых швов большого сечения с использованием пластинчатых электродов; швов сложной конфигурации плавящимся мундштуком и с использованием неплавящегося электрода. Для сварки в труднодоступных местах и в условиях монтажа следует использовать малогабаритные магнитошагающие аппараты.
Схема работы магнитошагающего механизма
Схема работы магнитошагающего механизма представлена на рис., на котором последовательно показаны положения магнитных башмаков, связанных эксцентриковым валиком с эксцентриситетом. При применении одновременно двух агрегатов можно осуществлять сварку угловых соединений с толщиной шва до 150 мм.
Конструирование, сборку и сварку изделий с применением электрошлаковой сварки следует производить с учетом ее особенностей.
Если при выполнении электрошлакового шва имела место остановка процесса, то место усадочной раковины удаляется, сварочная ванна наводится снова, а после окончания сварки место начала ее наведения выплавляется и подваривается вручную.
