Электрошлаковая сварка: технология и особенности процесса

3D сверлениеЭлектрошлаковая сварка – это способ соединения металла большого сечения, который достаточно популярен на сегодняшний день. Его нельзя назвать единственным способом сварки толстого металла, но одним из самых используемых однозначно. Популярность заключается в том, что этот способ применим для обработки стали и чугуна разнообразного химического состава, для сварки меди, алюминия, титана и других соединений. Серьезным позитивным отличием данного метода есть сваривание металлов за один раз, невзирая на сечение свариваемых материалов. В процессе сваривания нет необходимости удалять шлак, кроме того, в процессе произведения сварки перед каждым следующим проходом нет необходимости настраивать сварочный аппарат.

Особенности такого типа соединения деталей заключаются в использовании разных проволочных электродов, а также электродов разной толщины. Электрошлаковая сварка ‘nj достаточно экономичный вид сварки с высоким уровнем производительности. Что характерно, эти показатели увеличиваются при увеличении сечения металла, который сваривается.

Среди недостатков такого типа сваривания можно назвать всего несколько пунктов. К ним можно отнести:

• минимальная толщина металла, который можно сваривать 16 мм;
• максимальное сечение металла при сваривании этим способом составляет 40 мм;
• такой вид сварки используют при создании лишь вертикальных швов на металлоконструкциях, и не используется для получения горизонтальных соединений.

Рассмотрим технологические особенности электрошлаковой сварки.

Сварочное производствоИзвестно, что при сварке используются флюсы, особенностью которых является образование шлаков при расплавлении, которые прекрасно проводят электричество. Кроме того, в расплавленном шлаке при протекании сварочного тока образуется достаточное количество тепла. Эти процессы и лежат в основе электрошлаковой сварки. Два элемента: электрод сварочного аппарата и поверхность металла, который сваривается, контактируют через протекающий по расплавленному шлаку электрический ток или другими словами, через создаваемую ванну расплавленного шлака. Энергия, которая выделяется в шлаковой ванне, обеспечивает значительный нагрев электрода и свариваемого материала. Результатом есть то, что материал электрода и края свариваемого металла расплавляются. Как результат, стекают на дно ванны, формируя ванну расплавленного металла.

Материал электрода при подачи его отдельными каплями проникает сквозь жидкообразный шлак, при этом меняя свой состав. Основное назначение ванны шлака – это защита от воздействия на ванну расплавленного металла окружающей среды, особенно воздуха. При производстве сварки продукты горения и воздух, которые выделяются в расплавленном материале, поднимаются и оседают на поверхности шва. После сваривания шов получается хорошего качества.

Таким образом, сварочная ванна двигается вдоль линии сваривания, постепенно заполняя и выравнивая пространство между свариваемыми деталями. При этом специальные уплотнители поддерживают ванну при перемещении, вследствие чего расплавленный металл не растекается.

Особенности применения электрошлаковой сварки

Способ сварки плавлением, характеризующийся нагреванием металла с помощью теплоты от прохождения электротока через расплавленный электропроводящий шлак, называется электрошлаковой сваркой. В данном процессе электрическая мощность практически полностью передается в ванну со шлаком, а от нее уже – к электроду, затем – к основному металлу. Причем расплав флюса одновременно является как средством влияния не металлургический процесс, происходящий в расплаве металла, так и его защитой от неблагоприятного воздействия атмосферной среды. Благодаря меньшей плотности, чем у металла, слой расплавленного шлака, образующийся на поверхности ванны, препятствуя попаданию в нее окружающего воздуха, также очищает капли металла электрода от нежелательных примесей.

 

Технология электрошлаковой сварки

 

Сущность электрошлаковой сварки заключается в использовании данного процесса в качестве источника энергии. При этом достигается максимальная площадь нагрева при минимальной сосредоточенности энергии в месте нагревания. Существует несколько вариантов сварки этим способом. Наибольшее распространение получила сварка с помощью мундштука либо пластинчатых электродов, одним электродом из проволоки либо несколькими, с совершением колебательных движений и без них.

 

 

Электрошлаковая сварка схемой процесса подразумевает объединение в сварочную цепь металлов основного и электродного через шлаковый расплав с прохождением по ним электротока. В ходе этой операции в шлаковой ванне образуется теплота, под действием которой металлы присоединяемых элементов и электрода, оплавляясь и стекая, опускаются на дно расплавленной массы, образуя таким образом сварочную ванну. Начиная сварочные работы, зажигают электродугу, от воздействия которой в процессе расплавления флюсов образуется шлаковая ванна, заливающая дугу. Когда она гаснет,     начинается переход от дугового процесса к электрошлаковому.

 

Необходимое оборудование

 

Ряд особенностей оборудования для электрошлаковой сварки обусловливают ее преимущества, одним из которых является небольшой расход флюсов, составляющий в среднем около 5% массы наплавляемых металлов. Также данным способом можно сваривать заготовки любой толщины даже в один проход. Причем он не требует разделывания кромок, а производительность такой сварки в разы превышает многослойную флюсовую сварку, осуществляемую с помощью автомата. Электрошлаковый способ еще способствует очищению шовного металла от посторонних включений с удалением из него газов. Это происходит благодаря значительным температурам верхнего слоя металлической ванны, расположению ее по вертикали и продолжительному времени пребывания металлов в расплавленном виде.

К недостаткам в работе оборудования для электрошлаковой сварки относится существенное перегревание материалов в зоне около шва. Это может привести к ухудшению его пластических характеристик. Для достижения сварным соединением требуемых механических свойств его дополнительно подвергают специальной высокотемпературной обработке. Также электрошлаковый способ осложнен потребностью в установке перед сваркой специальных технологических приспособлений (карманов, планок и т.п.). Он эффективен лишь в вертикальном или близком к нему расположениях, а остановка его процесса до завершения сварки чревата появлением дефектов в швах.

 

 

Свариваемые установкой электрошлаковой сварки заготовки собираются вертикально без применения скоса кромок, причем размер зазора между ними обычно составляет от 2 до 4 см. С помощью особых формирующих устройств, пластин или медных ползунов с водным охлаждением удерживают расплавленный металл со шлаком от вытекания до образования сварного соединения. Шов формируется в ходе кристаллизации металлического расплава в нижней зоне металлической ванны.

 

 

 

Сварочный процесс производится с использованием специальных аппаратов, обеспечивающих требуемые режимы электрошлаковой сварки. Они способны подавать электроды в область сварки, поддерживать устойчивость электрошлаковых операций и их передвижение по мере необходимости вдоль линии шва. Чаще всего для этих целей используют автоматы, так как более тяжелая аппаратура полуавтоматов труднее передвигается в вертикальном направлении. Каждая автоматическая установка для сварки электрошлаковым способом составляется из самодвижущегося сварочного автомата, который имеет связь с медными башмаками, охлаждаемыми водой и формующими шов; кассет с находящейся в них электродной проволокой; бункера, наполненного флюсом; питающего источника с управляющей аппаратурой. Для выполнения сварки таким способом используют как обычные флюсы, так и специальные, способные образовывать электропроводный расплав.

 

Применение электрошлаковой сварки

 

Сущность процесса электрошлаковой сварки и область применения ее неразрывно связаны. Поскольку технически данный вариант сварки осуществим лишь при толщинах материалов свыше 1,6 см, а экономическая выгода ощутима для заготовок толщиной 2,5-3 см, то наиболее целесообразно его применение в сооружении толстостенных конструкций. Таким образом возможно соединение чугунов и сталей (легированных, низко- и среднеуглеродистых), а также цветных металлов, преимущественно меди и алюминия. Помимо этого, электрошлаковый процесс используют в целях наплавки на изделия из низколегированных или низкоуглеродистых сталей всевозможных сплавов.

 

 

Данный способ сварки позволяет выполнять как прямолинейные швы, так и криволинейные или кольцевые. С его помощью может быть выполнено не только стыковое соединение, но и тавровое либо угловое, хотя они встречаются редко. Это объясняется возможностью их замены на стыковые варианты. Конфигурация получаемых при этом швов допускает переменную кривизну, кольцевое, прямолинейное и переменное сечение.

Если купить установку для электрошлаковой сварки, то можно коренным образом изменить всю процедуру изготовления конструкций крупных габаритов. Благодаря ей появится возможность заменить больших размеров кованые и литые заготовки на элементы меньших размеров, изготовленные сварно-кованым либо сварно-литым способом.

Электрошлаковая сварка — Сварка металлов

Электрошлаковая сварка

Категория:

Сварка металлов

Электрошлаковая сварка

Многолетние исследования в Институте электросварки им. Е. О. Патона по вертикальной сварке под флюсом с принудительным формированием привели к созданию принципиально нового способа электросварки, получившего название электрошлаковой сварки. Этот вид сварки плавлением тесно связан с дуговой сваркой под флюсом: процесс начинается, как дуговая сварка, и постепенно переходит в электрошлаковую, которая при нарушениях снова легко переходит в дуговую сварку. В обоих случаях сходны общая технологическая схема, флюсы, одинаковы электроды, источники питания током. Но имеется и весьма существенное, принципиальное различие: при электрошлаковой сварке отсутствует дуговой разряд, что дает основание считать электрошлаковую сварку самостоятельным способом электросварки.

Источником нагрева при электрошлаковой сварке является тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак.

Схема электрошлаковой сварки, показанная на рис. 134, во многом совпадает со схемой вертикальной дуговой сварки под флюсом с принудительным формированием. Основное отличие заключается в том, что при электрошлаковой сварке подбирают режим, быстро подавляющий дуговой разряд и переводящий процесс сварки в электрошлаковый. В установившемся состоянии в пространстве между кромками свариваемых деталей и шлако-удерживающими приспособлениями расположена ванна расплавленного шлака, в которую погружен плавящийся металлический электрод. Ток, проходящий между электродом и основным металлом через расплавленный шлак, подогревает его и поддерживает в нем высокую температуру и электропроводность.

Температура шлаковой ванны должна превышать температуру плавления металла. Расплавленные основной и электродный металлы образуют ванну жидкого металла 5 под шлаковой ванной;

затвердевающий расплавленный металл образует сварной шов, соединяющий свариваемые кромки.

Электродная проволока непрерывно подается в ванну по мере плавления, а шлакоудерживающие приспособления, обычно медные башмаки, охлаждаемые водой, перемещаются вверх соответственно повышению уровня металлической ванны. Подвижные башмаки называются ползунами. Не всегда необходимы два ползуна, часто бывает достаточно одного, а при коротких швах шлакоудерживающие приспособления могут быть неподвижными и образующими кокиль для наплавленного металла.

Рис. 1. Схема электрошлаковой сварки: а — одноэлектродной; б — трехэлектродной

Шлак, получаемый расплавлением флюса, периодически подаваемого в ванну, представляет собой расплавленный электролит, проводимость которого быстро растет с повышением температуры. Охладившийся и затвердевший шлак практически не проводит тока и является изолятором.

Флюсы для электрошлаковой сварки должны отвечать дополнительным требованиям: иметь высокую температуру кипения, отличаться минимальным газообразованием при высоких температурах, иметь низкие стабилизирующие свойства, плохо поддерживать горение дуги и даже подавлять его, способствуя переходу дугового процесса в электрошлаковый.

Затрудняют горение дуги и способствуют установлению электрошлакового процесса увеличение глубины шлаковой ванны, применение переменного тока. Уменьшение глубины шлаковой ванны повышает устойчивость дуги и переводит электрошлаковый процесс в дуговой. Поэтому электрошлаковая сварка начинается с дугового разряда, пока не образуется шлаковая ванна достаточной глубины. Тепловыделение в шлаковой ванне происходит неравномерно: наиболее интенсивно на конце электрода и в небольшом прилегающем к нему объеме шлака. В этой наиболее активной зоне наблюдается значительное падение напряжения; отделяются капли нагретого электродного металла, несущие значительное количество тепла. Температуры в сварочной ванне быстро выравниваются интенсивными конвекционными потоками. Установившийся электрошлаковый процесс обычно идет спокойно, с малым выделением газов и незначительным разбрызгиванием.

Расход флюса на образование тонкой шлаковой корки под ползунами очень мал и составляет не более 5% наплавленного металла, в 15—30 раз меньше, чем при обычной сварке под флюсом. Снижается и расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла, так как уменьшается расход энергии на плавление флюса.

Возможна сварка за один проход металла больших толщин: одним неподвижным проволочным электродом можно сваривать металл толщиной до 60 мм. При возвратно-поступательном движении электрода можно сваривать металлы толщиной до 150 — 200 мм, а одновременная работа нескольких электродов позволяет сваривать практически металлы сколь угодно больших толщин за один проход; имеется опыт сварки металлов толщиной до 2000 мм. Ввиду малого количества шлака и сравнительно слабого его взаимодействия с металлом наплавленный металл легируют исключительно электродной проволокой. Значительные глубина металлической ванны и продолжительность пребывания металла в жидком состоянии способствуют удалению неметаллических включений и пузырьков газа из металла. Конфигурация ванны уменьшает возможность транскристаллизации и образования горячих трещин.

Замедленные нагрев и охлаждение зоны термического влияния устраняют явления закалки; скорость нагрева и охлаждения в разных точках зоны влияния в 10—100 раз меньше, чем при дуговой сварке; во много раз больше продолжительность пребывания металла при высоких температурах — более 1000 °С, вызывающих рост зерна; ширина зоны влияния больше в несколько раз.

Наплавленный металл при электрошлаковой сварке, в противоположность обычной сварке под флюсом, образуется главным образом за счет расплавленного электродного металла; Доля основного металла легко может быть снижена до 10—20%.

Для электрошлаковой сварки требуются сравнительно небольшие удельные мощности. Электродная проволока обычно применяется диаметром 3 мм, сварочный ток на один электрод 00-900 а, рабочее напряжение 30—50 в, вылет электрода 100—500 мм. Большой вылет электрода, нагреваемый сварочным током, и расплавленный шлак ускоряют плавление электрода почти в 2 раза по сравнению с дуговой сваркой.

В результате замедленного нагрева и охлаждения часто наблюдается крупнозернистая структура наплавленного металла и зоны термического влияния; для улучшения структуры после сварки требуется нормализация изделия. Замедленное охлаждение обычно дает несколько пониженные значения прочности сварного соединения по сравнению с дуговой сваркой.

Электрошлаковая сварка, как правило, выполняется в вертикальном положении; сварка в наклонном положении, а тем более в нижнем еще не вышла из стадии лабораторных исследований.

Формы соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой, достаточно разнообразны; чаще всего применяется стыковое соединение, возможны также тавровое и угловое соединения.

Сварка изделий сколько-нибудь сложной формы затруднительна, освоены пока швы постоянного сечения на всем протяжении, прямолинейные и кольцевые, лежащие в вертикальной плоскости. В прямолинейных швах необходимы вспомогательные начальные, или входные и выводные, или конечные планки.

В начале сварки проходит некоторое время, пока устанавливается устойчивый электрошлаковый процесс. До этого момента участок шва получается неудовлетворительным, со значительными непроварами. Этот участок необходимо разместить на начальных планках. В конце шва скопляются неметаллические включения и образуется значительная конечная усадочная раковина. Неудовлетворительный конечный участок шва необходимо разместить на выводных планках. По окончании планки удаляют кислородной резкой.

—

Электрошлаковая сварка — сварка плавлением, при которой для нагрева металла используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак.

По ГОСТ 19521—74 электрошлаковая сварка классифицируется: – по виду электрода — проволочным электродом, пластинчатым электродом, плавящимся мундштуком; – количеству электродов с общим подводом сварочного тока — одно-, двух- и многоэлектродная; – наличию колебаний электрода — без колебаний и с колебаниями.

Электрод и основной металл связаны электрически через расплавленный шлак. За счет тепла, выделяемого в шлаковой ванне при прохождении электрического тока, металл электрода и кромки основного металла оплавляются и стекают на дно расплава, образуя металлическую ванну. В начале процесса сварки возбуждается электрическая дуга, после расплавления флюса и образования шлаковой ванны жидкий флюс заливает и гасит дугу и дуговой процесс переходит в электрошлаковый.

Свариваемые детали собирают вертикально без скоса кромок, с зазором 20—40 мм. Для формирования шва и удержания жидкого металла и шлака от вытекания применяют специальные формующие устройства — подвижные или неподвижные медные ползуны, охлаждаемые водой, или остающиеся пластины. Кристаллизующийся в нижней части металлической ванны расплавленный металл образует шов.

К основным параметрам электрошлаковой сварки относятся: скорость сварки, сварочный ток, скорость подачи электродов, напряжение сварки, толщина металла, приходящегося на один электрод, расстояние между электродами. Вспомогательные составляющие режима: зазор между кромками, глубина шлаковой ванны, состав флюса, скорость поперечных колебаний электрода, вылет электрода, сечение проволоки и др. При использовании электродных проволок глубина шлаковой ванны обычно 25—70 мм, скорость подачи проволоки 100—500 м/ч.

Рис. 2. Схема процесса электрошлаковой сварки

Сварку пластинчатым электродом применяют для сравнительно коротких швов высотой до 1,5 м. Вместо пластин можно применять расходуемые электроды, т. е. стержни круглого, квадратного и

других сечений. В этом случае значительно упрощается аппаратура для сварки.

Сварка плавящимся мундштуком как бы объединяет способы сварки проволочными и пластинчатыми электродами. В пластинчатом электроде делают пазы или к нему приваривают трубки для подачи электродных проволок. При сварке пластина остается неподвижной и является плавящимся мундштуком, по которому подается проволока. Этим способом можно сваривать швы сложного криволинейного профиля.

Электрошлаковую сварку осуществляет специальными электрошлаковыми аппаратами, которые обеспечивают подачу в зону сварки электрода, поддержание устойчивого электрошлакового процесса и перемещение вдоль шва по мере его образования.

Электрошлаковая сварка имеет следующие особенности и преимущества: – металл практически любой толщины можно сваривать за один проход, поэтому производительность сварки в 5—15 раз выше, чем при многослойной автоматической сварке под флюсом, при этом (как правило) не требуется разделки кромок; – вертикальное положение металлической ванны, повышенная температура ее верхней части и значительное время нахождения металла в расплавленном состоянии способствуют удалению газов и неметаллических включений из металла шва; – малый расход флюса, обычно не более 5% от массы наплавленного металла.

Недостатком электрошлаковой сварки является значительный перегрев металла околошовной зоны, что приводит к снижению пластических свойств, поэтому требуется (как правило) последующая высокотемпературная обработка для получения требуемых механических свойств сварного соединения.

Электрошлаковую сварку применяют для сварки сталей, алюминиевых и титановых сплавов толщиной более 25 мм. Основные виды сварных соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой, показаны на рис. 3.

Рис. 3. Основные виды сварных соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой: а, б — стыковые, в, д — тавровые, г — угловые, е — переменного сечения

Реклама:

Читать далее:

Применение электрошлаковой сварки

Статьи по теме:

Электрошлаковая сварка | Сварка металлов

Впервые предложена в СССР, получила практическое применение в стране с 1949 г. В других странах мира она стала применяться благодаря технической помощи СССР.

Процесс сварки

Сущность процесса электрошлаковой сварки показана на рис. 7. Первоначально в пространстве, образованном кромками свариваемых деталей и формирующими приспособлениями,

Рис. 7. Электрошлаковая сварка:

1 — изделие, 2 — формирующее приспособление, 3 — расплавленный шлак, 4 — металлический электрод, 5 — сварочная ванна, 6 — сварной шов

Рисунок — электрошлаковая сварка

соответствующими способами (электрической дугой и др.) создается ванна расплавленного шлака. В ванну погружают металлический электрод. Ток, проходящий между электродом и основным металлом через шлак, в силу электрического сопротивления поддерживает шлак в расплавленном состоянии, электрод и кромки деталей расплавляются, образуя металлическую ванну, а затем закристаллизовавшийся металл шва.

В процессе сварки флюс расходуется на образование шлаковой тонкой корки между поверхностями ползуна и шва, испарение, поэтому флюс периодически подается в плавильное пространство.

Бездуговая электрошлаковая сварка

Бездуговой процесс при электрошлаковой сварке достигается значительным расстоянием (более 10 мм) от торца электрода до металлической ванны и применением шлака с соответствующими свойствами.

Обычно электрошлаковую сварку применяют для соединения стальных листов толщиной от 50 мм до нескольких метров; используют для соединения металла различного химического состава. Она в основном применяется при сооружении кожухов домен, толстостенных турбин, в производстве сварно-литых и сварнокованых конструкций.

Применение технологии

Электрошлаковый процесс применяют также для переплава стали, отливок деталей и др. Для электрошлакового процесса промышленность изготовляет специальное оборудование с автоматическим управлением.

Электрошлаковая сварка (ESW)

Электрошлаковая сварка (ЭШС)/ Electroslag Welding (ESW) — способ сварки, основанный на пропускании электрического тока через слой расплавленного электропроводного шлака.

В технологии ЭШС температура для изменения состояния металла (из твердого в жидкое) достигается пропусканием тока через слой электропроводного шлака. На первой стадии все протекает как в сварке под флюсом. 

В зазор между кромками деталей вводится флюс. Изначально дуга зажигается между электродом и либо деталью, либо начальной планкой, ограничивающей зазор. Дуга расплавляет шлак и электрод. В результате образуются жидкие слои: снизу – металл, сверху – шлак. В этот момент дуга гаснет, т.к. сварочная проволока плавится в горячем (1600-1700°С) шлаке с высокой теплопроводностью. Сварочный ток в шлаке выделяет тепло, за счет которого дальше идет бездуговой процесс. Специальные приспособления (ползуны) удерживают текущий шлак и металл. По мере заполнения зазора медные пластины перемещаются вверх.

По всей высоте кромок образуется шов. Электрошлаковая сварка, выполняемая несколькими проволоками или ленточным электродом, решает проблему соединения толстых заготовок за один проход. Медные ползуны для предотвращения перегрева охлаждаются водой. Расплавленный шлак соприкасается с ползунами, образуя тонкую корку. Это препятствует контакту металла с медными поверхностями и возникновению в шве трещин.

 

 

 

 

Электрошлаковая сварка часто применяется для сваривания металлических изделий значительной толщины. Данная методика используется для соединения стальных, алюминиевых, чугунных, медных заготовок, сплавов данных химических элементов.

Основное преимущество метода – возможность выполнения за одно прохождение соединения металлических заготовок большой толщины. При этом нет необходимости в настройке сварочного оборудования перед следующим прохождением шва, а также удалении шлакообразований. Сваривание производится без снятия на кромках деталей фасок. В процессе работы можно пользоваться электродами большего сечения или же одновременно несколькими проволочными электродами малого сечения. Благодаря этому достигается повышенная производительность процедуры.

Область применения любой электрошлаковой сварки имеет узкий круг специализации. Чаще к ней прибегают в строительстве крупного транспорта, например, торговых судов. Также ЭШС помогает в строительстве массивных мостов, где качество соединения и прочность играют жизненно важную роль.

 

 

Виды ЭШС сварки

• Электрошлаковая сварка одним или несколькими электродами с неподвижной осью или колебанием электрода. Электроды подаются шлаковую ванну по мере их расплавления. Технология предусматривает сообщение электродам возвратно-поступательных движений в горизонтальной плоскост, что обеспечивает равномерное прогревание толщины свариеваемых материалов.
  
• Электрошлаковая сварка пластинчатым или ленточным электродом. Этот вид предполагает, что электрод должен максимально закрывать зазор между свариваемыми деталями. Электроды пластинчатого типа своей формой схожи со свариваемыми поверхностями. Пластинчатые электроды, форма которых соответствует соединяемым поверхностям, фиксируются в зазоре и подаются в шлаковую ванну короткими периодами, в случае, когда для заполнения зазора не хватает жидкого металла. Оборудование для электрошлаковой сварки пластинами или габаритными электродами проще в эксплуатации, чем при сварке проволокой.
  
• ЭШС плавящимся мундштуком. Для сваривания металлических конструкций используется специализированный плавящийся мундштук. По сути этот вид ЭШС является комбинацией двух прошлых — пластина фиксируется в зазоре между свариваемыми деталями, а в боковые промежутки направляющие трубки, через которые в шлаковую ванну подаётся проволока. Пластина остаётся неподвижной на протяжении всего сварочного процесса, а нехватка металла компенсируетя проволокой, благодаря чему шов обогащается легирующими компонентами. 
  
• ЭШС с использованием порошкообразного присадочного материала. Неблагоприятная структура в металле сварного шва и зоны термического влияния связана с низкой скоростью сварки, поэтому сварное соединения подвергается высокотемпературному воздействию. Данный тип предусматривает добавление «холодной» порошковой присадки в шлаковую ванну, она будет забирать значительную часть тепла на плавление. Эта присадка повышает допустимую скорость сварки почти в 2 раза и снижает тепловложение. Масса присадки примерно равна массе электродной проволоки. Наибольшая эффективность данного метода достигается при толщине свариваемого металла не более 100 мм.
• ЭШС с сопутствующим принудительным охлаждением. Применяется для сварки толстого проката из термоупрочнённых сталей повышенной прочности. Электрошлаковая сварка наиболее экономична при толщине свариваемого металла 40-60мм, но длительное воздействие высоких температур на металл шва и зоны термического влияния значительно снижают прочность и ударную вязкость сварного соединения, особенно при воздействии отрицательных температур. Негативное влияние можно снизить путём высокотемпературной термообработки, но если готовое сварное изделие обладает большими габаритами, то проведение такой термообработки практически невозможно. Для снижения негативного влияния высоких температур в процессе сварки термоупрочнённых сталей применяется сопутствующее охлаждение шва и околошовной зоны водяным душем. При сопутствующем охлаждении скорость сварки увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с обычными способами электрошлаковой сварки. Этот вид наиболее эффективен при толщине свариваемого металла до 120мм.
• ЭШС с увеличенным вылетом сварочной проволоки. При ЭШС с обычным вылетом сварочной проволоки около 70-80 мм и скоростью сварки 200-250 м/ч, проволока с диаметром 3 мм нагревается до 400-500°C, что позволяет проволоке погрузиться на достаточно большую глубину в сварочную ванну прежде, чем она расплавится. Увеличив вылет до 180-200 мм, можно увеличить нагрев проволоки электрическим током до 1200°C и более перед её попаданием в сварочную ванну.Проволока при нагревании до такой температуры быстро плавится при погружении в ванну на 16-18 мм, сила тока при этом меньше на 20-30%. Это позволяет повысить скорость сварки в 2-3 раза. Способ подходит для сварки металла толщиной до 300 мм, но улучшение свойств металла замечено только при сварке низколегированных сталей с толщиной не более 80 мм. Для ЭШС при вылете проволоки более 120 мм существует специальный мундштук, у которого ниже токоподвода находится неэлектропроводная направляющая.

В основном используются первые 3 вида

 

 

 

 

 

 

 

Преимущества

Недостатки

Основное преимущество ЭШС — высокая производительность, возрастающая от толщины свариваемого металла. Минимализация сварочных деффектов — благодаря вертикальному расположению и длительному пребыванию металла в жидком состоянии из сварного шва лучше удаляются лишние газы. Электрошлаковый переплав металла способен повысить качество металла шва благодаря разбавлению металла Малый расход флюса. Коэффициент расхода флюса при ЭШС равен 0,05-0,1 или на 1 кг проволоки расходуется 50-100 г флюса, в то время как при SAW сварке этот показатель равен 1,1-1,3 (может быть снижен благодаря системам рециркуляции флюса), то есть расход флюса при ESW сварке по сравнению с SAW меньше в 10-20 раз. Расход электроэнергии примерно в 1,5-2 раза ниже, чем при SAW сварке и в 4 раза ниже чем при сварке электродом

Выполнение сварки только в вертикальной плоскости или с минимальным уклоном Процесс нельзя прерывать, иначе высок шанс появления дефектов. Обычно в таких случаях приходися разрывать соедение и сваривать его повторно. Крупнозернистая структура шва. Необходимость последующей термической обработки шва для получения высоких экслуатационных качеств соединения. Сложность установки-размещения оборудования для ЭШ сварки

 

 

Характеристика электрошлаковой сварки

Сваркой электрошлаковой называется процесс, в котором используется нагрев зоны плавления при помощи тепла ванны, включающей в свой состав шлак. Нагрев шлаковых масс осуществляется при помощи электротока. Образующиеся шлаковые массы препятствуют окислению и насыщению водородом металлических изделий в зоне окисления.

Схема устройства сварочного аппарата.

Особенности процесса сваривания и типы ЭШ-сварки

Особенность электрошлаковой сварки – отличие в проведении сварочного процесса как в самом начале, так и в дальнейшем его протекании.

Положение шва при сварке стыковых.

Электроток проходит по цепи, состоящей из спецэлектрода, шлаковой массы в жидком состоянии и основного металла изделия. Прохождение электротока позволяет обеспечить плавление металла как основного, так и присадочного, помимо этого происходит плавление флюсового состава, который постоянно поступает в сварочную ванну. Образующаяся в сварной ванной шлаковая масса имеет меньшую плотность, что приводит к его всплытию в расплаве. Он в процессе проведения сваривания осуществляет защитную функцию, защищая расплавленный металл от воздействия атмосферы, одновременно с этим расплавленная шлаковая масса способствует очистке металла от вредных примесей.

На сегодняшний день разработано несколько технологий проведения сварки электрошлаковой.

Чаще всего применяется ЭШС при помощи проволочного и пластинчатого электрода, имеющего большое сечение.

Электрошлаковая сварка обладает следующими техническими и экономическими преимуществами:

Схема нагрева металла при электрошлаковой сварке.

• устойчивость процесса, которая мало зависит от рода электротока;
• устойчивость процесса при кратковременном прерывании электротока;
• высокая производительность;
• экономичность сварочного процесса;
• отсутствие спецподготовки кромок деталей;
• отличное качество защиты сварного шва от воздействия воздуха;
• высокая распространенность расходных материалов и невысокая их стоимость;
• теоретическая возможность получения шва любой толщины за один проход.

Технология ЭШС имеет несколько недостатков, основными из которых являются следующие:

• возможность проведения сваривания только в вертикальном или близком к нему положении;
• недопустимость полной остановки сварочного процесса до конца сваривания;
• образование крупнозернистой структуры металла в зоне сваривания и снижение ударопрочности сварного шва;
• необходимость подготовки перед процессом сваривания технологических деталей.

ЭШС используется при сваривании прямых и кольцевидных стыков. Минимальная толщина изделий – 25-30 мм.

Вернуться к оглавлению

Подготовка изделия к процессу сваривания

Схема сварочного электрода.

При сваривании металлических заготовок, имеющих толщину до 200 мм, их торец обрабатывается газорезательной машиной. Это делается для того, чтобы гребни и выхваты не превышали 2-3 мм, при этом максимально допустимое отклонение от прямого угла не должно быть более 4 мм. При сваривании заготовок, толщина которых превышает 200 мм, а также кольцевых швов предварительно проводят обработку стыкуемых поверхностей механическим способом.

Боковые поверхности изделий, изготовленных путем проката, зачищают от окислов и окалины при помощи наждачных кругов. Литые и кованые изделия подвергаются мехобработке на ширину в 80 мм от кромки свариваемого торца.

При сваривании соединений сдвиг кромок не должен быть более 2-3 мм. При сваривании деталей различной толщины более толстая деталь сострогается или на тонкую заготовку монтируют выравнивающую спецпластину, удаляемую после проведения процесса сваривания. Если электрошлаковая сварка используется для сваривания изделий разной толщины, применяются ступенчатые спецползуны. При проведении процесса сваривания перемещение кромок не должно быть больше 1-2 мм.

При сваривании кольцевидных изделий разность в диаметре стыкуемых деталей не должна превышать 0,5 мм, а сдвиг при проведении сварки не должен быть более 1 мм.

Для того чтобы получить точный размер изделия при сваривании его из заготовок, детали требуется собирать с небольшим допуском, который учитывает деформирование компонентов изделия при сварке. При сварке различают расчетный, сварочный и сборочный допуски. Сварочный допуск может в зависимости от изделия колебаться от 1 до 12 мм. При сборке ориентируются на сборочный допуск, который на начальном участке сварочного шва равен сварному, а в дальнейшем увеличивается на 2-4 мм на 1 м сварочного шва.

Вернуться к оглавлению

Осуществление возбуждения ЭШ-процесса

Схема процесса электрошлаковой сварки.

Пригодность заготовок к свариванию определяет качество обработки торцов и боковой поверхности, по которой происходит перемещение устройств, участвующих в формировании сварного шва.

Формирование шва происходит путем применения водоохлаждаемых ползунков и медных прокладок. Для запуска процесса сварки используется входной карман и входная планка.

Возбуждение процесса начинается расплавлением флюсовой массы и нагревом образованной шлаковой ванны до рабочей температуры.

При осуществлении ЭШС наведение ванны осуществляется несколькими способами:

• твердый старт, при котором плавление флюсовой массы осуществляется при помощи тепла электродуги во входной планке, после чего проводится шунтирование добавляемой флюсовой массы;
• жидкий старт: процесс начинается при помощи добавления в пространство свариваемых деталей жидкой флюсовой массы, которая предварительно расплавляется в печи.

При использовании твердого старта применяются токи более высокого напряжения, чем при стабильном ЭШ-процессе. Для облегчения получения электродуги на дно входной планки засыпается порошкообразный металл, металлостружка или термитная смесь.

В процессе сваривания используются специальные расходные сварочные материалы.

Вернуться к оглавлению

Материалы и оборудование при проведении ЭШС

Моделирование сварочных процессов.

Флюсовые составы, применяемые при проведении ЭШС, должны отвечать определенным требованиям. Среди этих требований основными являются:

• быстрый и легкий запуск электрошлакового процесса при использовании напряжения с широким диапазоном значений;
• обеспечение хорошего проплавления кромок стыкуемых заготовок и качественное формирование сварного шва;
• расплавленная флюсовая масса не должна протекать в зазоре кромок и формирующих сварной шов устройств;
• образующийся шлак должен легко удаляться с поверхности шва;
• способность предотвращения появления пор и нежелательных включений при формировании шва.

Для осуществления ЭШС используют плавленые флюсовые массы. При проведении процесса с участием углеродистой или низколегированной стали с обычной прочностью используют флюсы АН-8, АН-8М и АН-22. Эти флюсы характеризуются невысокой скоростью проведения процесса сваривания. Отличные показатели скорости и качества имеет процесс, осуществляемый с использованием флюса АН-348-В, который обладает большой электропроводной способностью и относительно малой температурой плавления. Отличное качество шва обеспечивает на низколегированной стали использование в сварочном процессе флюса с маркировкой АН-47.

Для сварки изделий, изготовленных из легированной стали высокой прочности, используется флюс марки АН-9. При сваривании изделий из высоколегированной стали применяются флюсы марки АНФ-1, АНФ-7 и флюс 48-ОФ-6. При использовании стали, обладающей коррозионно-устойчивыми свойствами, применяется флюс с маркировкой АН-45.

Для начала процесса сваривания применяется АН-25. Этот состав обладает высокой электропроводностью как в твердом состоянии, так и в жидком. При сваривании изделий из чугуна применяется составы с маркировкой АНФ-15 и АНФ-75.

При проведении сваривания в качестве электрода применяется электродная проволока сплошного сечения, имеющая диаметр 3 мм. Выбор химсостава электродного металла полностью зависит от состава свариваемого металла. Лучшим вариантом является использование проволоки, состав которой идентичен составу свариваемого металла. Такая однородность обеспечивает оптимальные характеристики образующегося сварного соединения. Для этой цели в качестве электрода применяют пластины и стержни, изготовленные из того же сплава, что и основные детали.

Электрошлаковая сварка

Этот вид сварки является принципиально новым процессом соединения металлов, при котором расплавление кромок основного и электродного металла производится за счет теплоты, выделяющейся при протекании тока через шлаковую ванну. При этом шлаковая ванна не только защищает металлическую ванну от вредного действия воздуха, но и служит активным средством металлургического воздействия на расплавленный металл. Схема процесса электрошлаковой сварки показана на рис. 210, а.

Рис. 210. Способы электрошлаковой сварки: а — принципиальная схема; б — сварка одним электродом с неподвижной осью; в — сварка тремя электродами, имеющими возвратно-поступательное движение; г — многоэлектродная сварка: 1 — свариваемый металл; 2 — медные ползуны, охлаждаемые водой; 3 — шлаковая ванна; 4 — электродная проволока; 5 — металлическая ванна; 6 — сварной шов; 7 — трубки для подвода и отвода воды; 8 — капли плавящегося электрода: 9 — капли оплавляемого металла; 10 — величина проплавления кромок металла; 11 — токоподводящий мундштук; 12 — ролики, подающие проволоку в шлаковую ванну.

При электрошлаковом процессе в отличие от дуговой сварки источником нагрева служит ванна сильно перегретого шлака  (с температурой до 2000ºС). Количество теплоты, выделяемой в сварочной ванне, вычисляется по формуле:

Q = 0,24 IU кал/сек.

Положение конца электродной проволоки в расплавленном флюсе, форма и глубина ванны расплавленного металла и распределение температуры в шлаковой ванне определяются режимом сварки и свойствами флюса.Плавление электродной проволоки происходит за счет теплоты, выделяемой в расплавленном флюсе. Как и при дуговом процессе конец электрода на участке от токоподводящего мундштука до поверхности расплавленного флюса предварительно нагревается током. При увеличении длины этого участка (вылета) ввиду более сильного предварительного нагрева скорость плавления электрода, а следовательно, и сварки увеличивается.

По сравнению с дугой шлаковая ванна является менее концентрированным источником теплоты, поэтому нагрев и охлаждение основного металла более медленные.

Обычно электрошлаковая сварка продольных швов производится одним (рис. 210, б), несколькими проволочными (рис. 210, в и г) или пластинчатыми (рис. 211, а) электродами, а также плавящимся мундштуком (рис. 211, б). При этом проволочные электроды в процессе плавления совершают горизонтальные возвратно-поступательные движения. Сварка начинается в нижней части детали на стальной или медной подкладке, где при помощи дуги плавится насыпанный флюс, и после образования шлаковой ванны достаточной глубины процесс переходит в электрошлаковый. Формирование расплавленного металла осуществляется медными охлаждаемыми проточной водой ползунами (рис. 210, б). Для вывода шлаковой ванны и предотвращения образования усадочных трещин и рыхлостей служат выводные планки (рис. 211, в). Сварка кольцевых швов производится при механическом вращении изделия. Процесс сварки начинается аналогично сварке продольных швов. Сварка проволочными электродами наклонных (не более 40 — 45º), вертикальных и криволинейных швов с постоянной кривизной осуществляется сварочными автоматами, движущимися непосредственно по свариваемому изделию. Сварка коротких и прямоугольных изделии большой толщины производится пластинчатыми электродами, которые вводятся в зазор между кромками и погружаются в шлаковую ванну с заданной скоростью.

Рис. 211. Электрошлаковая сварка: а — схема электрошлаковой сварки плавящимся мундштуком: 1 — электродная проволока; 2 — собранный мундштук; 3 — карман с изолятором; 4 — подвижной ползун; 5— металл сварного соединения; 6 — металлическая ванна; 7 — шлаковая ванна; б — схема электрошлаковой сварки пластинчатыми электродами: 1 — свариваемое изделие; 2 — пластинчатые электроды; 3 — шлаковая ванна; 4 — расплавленный металл; 5 — подвижной ползун; в — схема подготовки к электрошлаковой сварке: 1 — начальная планка; 2 — конечные планки

Сварка криволинейных и фигурных швов весьма больших толщин производится плавящимся мундштуком. При этом процессе в зазор между деталями помещается мундштук, остающийся в процессе сварки неподвижным. Мундштук состоит из нескольких трубок (проволочных спиралей), направляющих электродную проволоку в зону сварки, и соединительных планок (рис. 211, б).

Способ контактно-шлаковой сварки состоит в том, что свариваемые детали оплавляются в шлаковой ванне, удерживаемой специальной металлической формой, сдавливаются (при помощи механизма давления) и свариваются (рис. 212). Контактно-шлаковой сваркой выполняются соединения стержней диаметром от 50 до 120 мм. Можно сваривать стержни из сталей различных марок.

Рис. 212. Схема контактно-шлаковой сварки: а — сварка стержней встык; б — приварка стержня к плоской поверхности; 1 — свариваемые стержни; 2 — медный кокиль; 3 — металлическая ванна; 4 — шлаковая ванна.

Основными  параметрами режима сварки являются глубина шлаковой ванны, сухой вылет электрода, величина зазора между деталями, скорость поперечных колебаний проволоки, время выдержки ее у ползунов, диаметр электродной проволоки, и др. Скорость подачи электродной проволоки принимается равной 100 — 400 м/час. Ток и напряжение шлаковой ванны устанавливаются в зависимости от внешней характеристики источника питания. В качестве источников тока используются трансформаторы с жесткими внешними характеристиками. На рис. 213 показана схема автомата для электрошлаковой сварки.

Рис. 213. Схема электрошлакового безрельсового автомата: 1 и 3 — тележки; 2 — тяги; 4 — изделие; 5 — электродная проволока.

При сварке электродами большого сечения (пластинчатыми) параметрами режима являются: скорость подачи электрода, сечение пластинчатого электрода, напряжение и глубина шлаковой ванны.

Общим условием при электрошлаковой сварке является правильный подбор количества электродных проволок, сечения пластинчатых электродов при сварке плавящимся мундштуком и скорость их подачи. Правильный выбор этих параметров обеспечивает и высокие механические свойства сварного соединения, скорость сварки, стабильность процесса и требуемую глубину проплавления.

Назначение флюса при электрошлаковой сварке является легкость возбуждения и стабильность процесса, получение полного провара кромок, хорошее формирование шва и др. Обычные плавленные флюсы (АН-8 и ФЦ-7, а также АН-348 и ОСЦ-45) применяются для сварки углеродистых сталей (Ст. 3, Ст. 4, 25Л, 35Л и др.).

Флюсы, построенные на основе фтористого кальция, применяются для сваркилегированных сталей, содержащих легко окисляющиеся элементы.

Флюсы АН-22 и другие применяются для сварки среднелегированных сталей (25Х3НМ, 30Х2НМ) при условии использования аустенитной электродной проволоки (Св-Х20Н10Г6).

Электрошлаковая сварка широко применяется при изготовлении сварно-литых, сварно-кованых и сварно-прокатных конструкций практически любой толщины: барабанов, котлов высокого давления, крупногабаритных станин, станков, прессов, различного рода валов, корпусов гидротурбин. Процесс применяется также для сварки титана большого сечения.

Электрошлаковая сварка — обзор

ВВЕДЕНИЕ

Двумя ограничениями процесса электрошлаковой сварки являются случайное наличие трещин на границах зерен и довольно ограниченная ударная вязкость металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ) из-за крупного зерна. размер. В настоящее время в результате недавнего исследования (Lowe, 1981; Thibau, 1983) водорода в электрошлаковых сварных швах считается, что первая проблема возникает только в экстремальных условиях влажности или ограничения и, следовательно, является управляемой.Чтобы преодолеть последнюю проблему, в критических приложениях, таких как сосуды высокого давления для ядерной промышленности, Кодекс ASME требует, чтобы электрошлаковая сварка подвергалась «очистке зерна» (Кодекс ASME по котлам и сосудам высокого давления, раздел III, 1980). В металлургии это требует нормализации электрошлаковой сварки. Чтобы выполнить нормализацию полосы электрошлакового шва шириной примерно 75 мм, общепринятой практикой является нормализация всей емкости или емкости в печи путем прикрепления нескольких термопар к поверхности емкости.

Общеизвестно, что при температурах выше верхнего критического время, необходимое для фазового превращения в аустенит, довольно мало. Расчеты, основанные на теплопередаче (Kreith, 1973), показывают, что если пластину толщиной 100 мм нагреть до 600 ° C, а затем поверхность пластины мгновенно довести до нормализующей температуры 900 ° C, центр пластины достигнет 900 ° C в около 10 минут. Несмотря на это, в промышленности принято указывать время выдержки до часа на 25 мм толщины.На практике сосуды постепенно нагревают до нормализующей температуры, так что температурные градиенты, существующие между поверхностью и центром, минимальны.

Если одна банка длиной 3,65 м, диаметром 3,65 м и толщиной стенки 100 мм имеет один продольный электрошлаковый сварной шов, то сварной шов, который необходимо нормализовать, весит ~ 1/145 от общего веса банки. При нынешних ценах на топливо затраты энергии на нормализацию этих банок настолько велики, что рентабельность электрошлакового процесса снижается.Кроме того, поскольку Кодекс ASME предусматривает, что разница между максимальным и минимальным внутренним диаметром в любом поперечном сечении не должна превышать 1% от номинального внутреннего диаметра, длительное время выдержки является вредным. Величина деформации, вызванной только собственным весом, может быть довольно большой из-за длительного времени выдержки при высокой температуре, что делает практически невозможным соблюдение такого допуска. Деформация из-за собственного веса, которая является явлением ползучести при высоких температурах, может быть уменьшена за счет более короткого времени выдержки.

Чтобы оценить рентабельность электрошлакового процесса, производители рассмотрели возможность локальной нормализации электрошлаковых швов. Сообщается, что локальная нормализация была успешно проведена в России (Новиков, 1958; Крошкин, 1973), Японии (Suzuki, 1967) и европейских странах (Shakleton, 1975; Eichhorn, 1970; Wachtmeister, 1961), хотя нет никаких данных. применения в Северной Америке. Если принята локальная нормализация, потери тепла могут быть значительными из-за ограничений изоляции, и, следовательно, снова появляется стимул к минимальному времени выдержки для нормализации.

С учетом вышеизложенного было проведено исследование по определению минимального времени выдержки, необходимого для нормализации, которая дала бы адекватную ударную вязкость электрошлаковых сварных деталей.

Электрошлаковая сварка лучше во второй раз — февраль 1999 г. — Focus

Дата: февраль 1999 г.

Электрошлаковая сварка лучше во второй раз около

Вот уже более 20 лет электрошлаковая сварка запрещена к использованию на основных элементах конструкции (таких как тяжелые фланцы и накладки) на мостах, построенных на средства федеральной помощи шоссе.Мораторий, введенный Федеральным управлением автомобильных дорог (FHWA) в 1977 году, был вызван обнаружением большой трещины в электрошлаковом шве на межштатном автомобильном мосту недалеко от Питтсбурга. Мораторий фактически исключил использование электрошлаковой сварки на всех мостах США. Вместо этого использовались обычные процессы, такие как дуговая сварка под флюсом и дуговая сварка в защитном металлическом корпусе.

Ожидается, что запрет скоро будет снят в результате спонсируемого FHWA комплексного исследовательского проекта по определению причины проблем со сваркой.Этот проект привел к значительно усовершенствованной технологии электрошлаковой сварки, известной как улучшенная электрошлаковая сварка в узкий зазор, или NGI-ESW.

Электрошлаковая сварка — это процесс, используемый для соединения толстых стальных листов в вертикальном положении. Между пластинами размещается расходная направляющая планка. Этот стержень направляет электродную проволоку. Пластины соединяются друг с другом путем плавления краев пластины, направляющей шины и электродной проволоки в ванне расплавленного металла, защищенной флюсовой ванной (шлаком). Флюс остается в расплавленном состоянии благодаря электрическому сопротивлению току, протекающему через шлак.

При использовании NGI-ESW величина прилагаемого электрического тока намного больше, чем при обычной электрошлаковой сварке, а зазор между пластинами и, следовательно, количество используемого расплавленного материала относительно мал. Это приводит к более высокой скорости сварки.

«Новый процесс увеличивает ударную вязкость и надежность сварного шва, увеличивает производительность процесса сварки и снижает количество требуемого тепловложения», — говорит Билл Вуд из Орегонского института науки и технологий (OGIST).

В 1980-х годах FHWA попросила OGIST исследовать и разработать улучшенный процесс электрошлаковой сварки. В результате NGI-ESW выполняется быстрее и потребляет меньше энергии, чем обычная электрошлаковая сварка, и, по словам Кришны Вермы из FHWA, руководителя исследовательского проекта, обеспечивает неизменно более прочный сварной шов. В 1993 году FHWA заключила четырехлетний контракт с Лабораторией фундаментальных промышленных исследований (BIRL) Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс, на проведение демонстрации технологии NGI-ESW и проверку качества сварных швов, включая ударную вязкость.BIRL разработала комплексный пакет технических спецификаций и руководств по обучению для государственных транспортных агентств и производителей мостов, чтобы помочь им в применении новой электрошлаковой технологии. Однако никаких демонстраций он не проводил. Позже этот пакет был обновлен в OGIST в соответствии с новым контрактом, который также требовал проведения 2 пилотных презентаций и 18 дополнительных демонстраций по всей стране.

Чтобы продемонстрировать новый процесс государственным инженерам мостов и автодорог, а также сталелитейной промышленности, FHWA в рамках демонстрационного проекта 102 спонсирует серию практических семинаров по всей стране в течение следующих 18 месяцев.

По словам Майло Кресса из подразделения FHWA в Небраске: «Мы хотим привлечь как можно больше людей к участию в демонстрациях NGI-ESW. Каждый производственный цех и каждый государственный магазин материалов должны увидеть, как это работает».

Семинар, спонсируемый Национальной организацией по исследованию мостов (NABRO), прошел в декабре в Университете Небраски в Линкольне. Атород Азизинамини из NABRO, который участвовал в семинаре, сказал: «Как исследователь в области мостостроения, я был очень впечатлен, и результаты исследования, похоже, подтверждают просьбу FHWA отменить мораторий на электрошлаковую сварку мостов.«

Рон Листон из Департамента автомобильных дорог Небраски, который также присутствовал на демонстрации семинара, соглашается. «Мы уверены, что это будет хороший процесс», — говорит Листон. «Узкий зазор сделал этот процесс приемлемым, и я чувствую, что есть производители стали, готовые опробовать его».

Некоторые мостостроители никогда не теряли уверенности в электрошлаковой сварке, несмотря на мораторий. «Есть много мостов с элементами, сваренными электрошлаковой сваркой, и ни один из них не вышел из строя», — говорит Вуд. «Эти мосты стоят 30-40 лет.Если принять во внимание стабильность существующих электрошлаковых сварных швов в процессе эксплуатации и добавить значительно улучшенную ударную вязкость и надежность, которые у нас есть сейчас, у вас есть процесс и процедура сварки, готовые к использованию ».

Новый процесс NGI-ESW будет иметь гораздо более широкое применение, чем шоссе. «Этот новый процесс открывает огромные возможности не только для автомобильных мостов, но и для железнодорожной отрасли, строительства, морских нефтяных платформ и строительства тяжелого оборудования», — говорит Боб Терпин из OGIST.

Для получения дополнительной информации о процессе NGI-ESW или расписании демонстрации, или если вы заинтересованы в проведении демонстрации, свяжитесь с Кришной Вермой в FHWA (телефон: 202-366-4601; факс: 202-366-3077; электронная почта: krishna .verma @ fhwa.dot.gov). Информацию также можно найти в Интернете по адресу www.fhwa.dot.gov/bridge/.

Вернуться к статьям этого номера

Электрошлаковая сварка: принцип, работа, применение, преимущества и недостатки

Сегодня мы познакомимся со схемой электрошлаковой сварки, принципом работы, применением, преимуществами и недостатками.Электрошлаковая сварка — это нетрадиционный сварочный процесс, при котором образуется ванна расплавленного металла. Этот метод представляет собой комбинацию как дуговой сварки, так и сварки сопротивлением, потому что при запуске тепло генерируется за счет образования дуги между электродом и основным металлом (как при дуговой сварке). Это тепло приводит к расплавлению флюса и образованию ванны расплавленного металла между электродом и основным металлом. Теперь ток течет через эту ванну расплавленного металла, и тепло создается за счет электрического сопротивления (как при контактной сварке).По этой причине это называется комбинацией дуговой сварки и контактной сварки.

Электрошлаковая сварка:

Электрозарочная сварка — это процесс сварки в гору. Сварка в гору — это процесс, при котором сварные соединения выполняются в вертикальном направлении, а свариваемые пластины удерживаются вертикально. Эта сварка выполняется как в однопроходном, так и в многопроходном режиме. Прежде чем обсуждать его работу, следует познакомиться с принципом работы аппарата для электрошлаковой сварки.

Принцип:

Работает по общему принципу тепловыделения за счет дугового и электрического сопротивления.Вначале дуга возникает между сварочным электродом и основным металлом, который имеет тенденцию плавить присадочный металл. Этот присадочный металл до некоторой степени заполняет полость. Теперь ток проходит через эту расширенную поверхность, и из-за электрического сопротивления выделяется тепло. Это тепло также приводит к расплавлению присадочного металла, который непрерывно подается с ролика. Присадочная проволока подается через ролик непрерывно. Эта проволока проходит через трубку, которая направляет ее поток. Эта присадочная проволока плавится, заполняет сварной шов и обеспечивает прочное соединение.

Работа аппарата электрошлаковой сварки:

Как известно, электрошлаковая сварка — это процесс сварки в гору, поэтому свариваемые пластины удерживаются вертикально на некотором расстоянии. Наплавленный металл или присадочный металл осаждается между полостями, образованными между пластинами в результате плавления электродов с использованием тепла, возникающего при протекании тока. Этот присадочный металл образует металлическую ванну, которая затвердевает в полости сварного шва, поэтому между пластинами создается прочное соединение. Электрошлаковая сварка работает следующим образом.

• Первый ток протекает между сварочным электродом и опорной пластиной. Это создает дугу между электродом и опорной пластиной, которая нагревает флюс или присадочную проволоку. Это тепло приводит к плавлению присадочного металла и осаждению его в полости сварного шва.
• Теперь в действие вступает охлаждаемый медный башмак и начинает затвердевать этот присадочный металл в полости сварного шва. Это необходимо для предотвращения вытекания сварочного металла.
• По мере затвердевания присадочного металла в полости сварного шва через нее протекает ток.Он будет выделять тепло из-за электрического сопротивления. Это тепло далее используется для непрерывного плавления присадочного металла в полости сварного шва.
• Присадочный металл непрерывно обеспечивают посредством роликового расположения, как показано на рисунке.
• Во время сварки и медного башмака, и механизма подачи, движущихся вверх без освещения, образуется вся полость.
• Это создаст прочный стык за один проход. В зависимости от толщины листа используется одно- или многопроходный сварной шов.

Заявление:

Используется в тяжелой промышленности, где свариваются листы толщиной до 80 мм.Этот процесс используется для соединения крупногабаритных отливок и поковок с целью получения очень больших и сложных конструкций. Сварка толстостенных труб большого диаметра, сосудов высокого давления, резервуаров, судов и т. Д.

Преимущества и недостатки:

Преимущества:

• Скорость охлаждения очень низкая, поэтому проблемы с холодным растрескиванием отсутствуют.
• При электрошлаковой сварке нет проблем с включениями шлака или пористостью.
• Процесс полуавтоматический и быстрее.
• Более тяжелый профиль можно сваривать за один проход.
• Достижение высокой производительности.
• Низкая стоимость совместной подготовки.

Недостатки:

• Слишком высокий подвод тепла к основанию.
• Высокая температура сварки требует устройства охлаждения.
• Низкая скорость охлаждения дает столбчатое зерно в сварном шве.

Это все о принципе электрошлаковой сварки, работе, применении, преимуществах и недостатках с его схемой.Если у вас есть какие-либо вопросы относительно этой статьи, задавайте их в комментариях. Если вам понравилась эта статья, не забудьте поделиться ею в социальных сетях. Спасибо, что прочитали.

ESW: Введение, настройка и приложения

Прочитав эту статью, вы узнаете о: — 1. Введение в электрошлаковую сварку (ESW) 2. Материалы, необходимые для электрошлаковой сварки (ESW) 3. Электрическая цепь и установка 4. Скорость наплавки 5. Конструкция сварного соединения 6. Структура сварного шва и свойства 7. Приложения.

Введение в электрошлаковую сварку:

Электрошлаковая сварка — это процесс сварки плавлением для соединения толстых заготовок за один проход. Этот процесс НЕ является процессом дуговой сварки, хотя большая часть настройки аналогична обычным процессам дуговой сварки, и дуга требуется для инициирования процесса, а также может возникать впоследствии, когда стабильность процесса нарушается.

Тепло выделяется из-за протекания тока через расплавленный шлак, который обеспечивает необходимое сопротивление, заменяющее сопротивление дуги.Этот процесс имеет характеристики, которые напоминают процессы литья, но при этом две стороны стенки кристаллизатора плавятся, чтобы соединиться с дополнительным расплавленным металлом. Характерной особенностью процесса является его вертикальный ход в большинстве случаев. Он может использовать один или несколько электродов в зависимости от толщины работы.

Изобретение этого процесса в 1951 году приписывается Институту сварки Патона, Киев (СССР), а некоторые последующие разработки — Научно-исследовательскому институту сварки, Братислава (Чехословакия).В настоящее время этот процесс используется во всем мире для сварки толстостенных компонентов, таких как сосуды высокого давления, корпуса турбин, рамы машин и т. Д.

Этот процесс устраняет проблемы, связанные с многопроходными сварными швами, и приводит к экономичным сварным швам при высокой скорости сварки без угловой деформации. Верхнего предела толщины, которую можно сваривать этим способом, не существует, хотя 50 мм обычно является нижним пределом для экономичной работы.

Хотя чугун, алюминий, магний, медь, титан и т. Д.все могут быть сварены с помощью этого процесса, но производители стали являются основными пользователями. Стали, свариваемые электрошлаковой сваркой, могут включать углеродистые и низколегированные стали, высоколегированные стали, износостойкие и коррозионно-стойкие стали.

Материалы, необходимые для электрошлаковой сварки:

Помимо рабочего материала, требуются и другие расходные материалы: электродная проволока и флюс. Сварочные материалы можно эффективно использовать для управления составом металла шва и, следовательно, его механическими и металлургическими свойствами.

1. Электроды:

Обычно используются два типа электродов: сплошные и с металлическим сердечником. Хотя твердые электроды более популярны, электроды с металлической сердцевиной позволяют регулировать состав присадочного металла для сварки легированных сталей за счет добавок сплава (например, ферромарганца, ферросилиния и т. Д.) В сердечник и помогают пополнить флюс в ванне расплава. .

При электрошлаковой сварке углеродистых сталей и сталей HSLA электродная проволока обычно содержит меньше углерода, чем основной металл.Это предотвращает растрескивание металла шва сталей с содержанием углерода до 0-35%. Однако электродная проволока, используемая для сварки, обычно соответствует составу основного металла. Электрошлаковые сварные швы в легированных сталях обычно подвергаются термообработке для достижения желаемых свойств металла шва и ЗТВ, а соответствующий состав электродной проволоки обеспечивает одинаковую реакцию на такую ​​обработку в разных частях сварного соединения.

Электрошлаковые сварные швы из-за квадратной подготовки кромок обычно имеют большое разбавление от 25 до 50%.При использовании соответствующей электродной проволоки это не имеет большого значения, поскольку металл электрода и расплавленный основной металл тщательно смешиваются, чтобы обеспечить практически однородный химический состав повсюду.

Электродная проволока для F.SW обычно имеет диаметр от 1,6 до 4,0 мм; однако более популярны проволоки диаметром 2,4 и 3,2 мм. Эти проволоки поставляются в виде катушек с катушками различного размера и максимальной массой 350 кг; но самая популярная упаковка весит около 25 кг.

2. Флюс :

Flux, пожалуй, самый важный расходный материал для ЭШС. В расплавленном состоянии он преобразует электрическую энергию в тепловую, что помогает расплавить электродную проволоку и основной металл с образованием сварного шва. Также требуется защитить расплавленный металл шва от воздействия атмосферы и обеспечить стабильную работу.

Флюс в расплавленном состоянии необходим для проведения электричества, но в то же время он должен оказывать сопротивление потоку, достаточное для выработки тепла, необходимого для сварки.Если сопротивление меньше необходимого, возникает дуга. Шлак также должен иметь оптимальную вязкость, т.е. он не должен быть слишком густым, чтобы препятствовать хорошей циркуляции и вызывать включение шлака, и не быть слишком тонким, чтобы вызвать чрезмерную утечку.

Точка плавления флюса должна быть намного ниже, чем у основного металла, а его точка кипения должна быть намного выше рабочей температуры, чтобы избежать чрезмерных потерь, которые могут отрицательно повлиять на рабочие характеристики. Рабочая температура для сварки сталей составляет около 1650 ° C.Расплавленный флюс должен быть достаточно инертным по отношению к основному металлу и должен быть стабильным в широком диапазоне условий сварки.

Основными составляющими флюсов ESW являются сложные оксиды кремния, марганца, титана, кальция, магния и алюминия с добавками фторида кальция.

Пренебрегая потерями на утечку, количество используемого флюса составляет примерно от 5 до 10 кг на каждые примерно 100 кг наплавленного металла. С увеличением толщины листа или длины шва расход флюса снижается до 1.5 кг на примерно 100 кг наплавленного металла. Другое приближение — около 350 г флюса на метр высоты шва по вертикали.

Обычно для ESW используются два типа флюсов. Один называется начальным потоком, а другой — текущим потоком. Начальный флюс разработан таким образом, чтобы быстро стабилизировать процесс ESW; он имеет низкую температуру плавления и высокую вязкость. Он быстро тает и смачивает поверхность поддона для облегчения запуска.

Он обладает высокой проводимостью и быстро выделяет большое количество тепла.Небольшое количество этого флюса используется для запуска процесса. Это может помочь запустить процесс без отстойника. Рабочий или рабочий поток предназначен для обеспечения надлежащего баланса между рабочими параметрами для достижения правильной электропроводности, температуры ванны и вязкости для получения желаемого химического анализа. Текущий поток может работать в широком диапазоне условий.

Твердые электроды для ЭШС углеродистой и высокопрочной стали делятся на три класса: средний марганец (около 1% Mn), высокомарганец (около 2% Mn) и специальные классы.Флюсы ESW классифицируются на основе механических свойств наплавленного металла, нанесенного определенным электродом и указанным основным металлом.

Состав флюса остается на усмотрение производителя, но для металла шва указываются два уровня прочности на разрыв: 415–550 МПа и 485–655 МПа; также должны быть выполнены требования к минимальной ударной вязкости. Типичный флюс для сварки низкоуглеродистой конструкционной стали должен иметь номинальный анализ на основные составляющие, как показано в таблице 11.1.

Добавление CaF ₂ снижает вязкость и улучшает электропроводность расплавленного шлака.

Электрическая схема и установка для ESW :

Электрическая схема для процесса ESW показана на рис. 11.5 (a), а соответствующая схема установки показана на рис. 11.5 (b).

Скорость наплавки электрошлаковой сварки:

Скорость наплавки при электрошлаковой сварке одна из самых высоких среди всех процессов, используемых для выполнения той же работы.На рис. 11.11 показаны скорости наплавки в зависимости от сварочного тока для электродных проволок диаметром 2,4 и 3,2 мм.

Количество используемых электродов также является важным фактором, влияющим на скорость осаждения при ESW, и оно составляет примерно 16-20 кг / час на электрод. Для работы с большими толщинами с использованием трех электродов можно наплавить 45-60 кг / час наплавленного металла. При расстоянии между швами 30 мм скорость сварки показана на рис. 11.12. Толстые листы толщиной от 75 до 300 мм сваривают со скоростью от 60 до 120 см / час.

Конструкция сварного шва для электрошлаковой сварки:

Основные типы соединений, которые можно сваривать с помощью процесса ESW, включают стыковые, угловые, угловые, переходные, тройники и поперечные швы, как показано на рис. 11.13; однако для соединений, отличных от стыковых, угловых и Т-образных, необходимы специальные стопорные башмаки. Некоторые типичные швы электрошлаковой сварки показаны на рис. 11.14.

Подготовка кромки и установка:

Подготовка кромок для электрошлаковой сварки намного проще, чем для дуговой сварки, и в большинстве случаев требуется только резка пластин с квадратными кромками.Для толщины до 200 мм это может быть выполнено газорезательными станками с кислородно-ацетиленовым газом. Поскольку при электрошлаковой сварке происходит глубокое проплавление, гладкость кромок реза не имеет большого значения; Фактически выдолбленные канавки глубиной 2-3 мм можно легко разместить без каких-либо негативных последствий. Однако на более толстых участках такие канавки, называемые гребешками, часто увеличиваются в глубину и, следовательно, требуют обработки кромок, вырезанных пламенем.

Для сборки деталей для ESW обычно используются U-образные зажимы типов, показанных на рис.11.15. Они привариваются прихваточным швом к задней стороне шва. U-образные зажимы используются для обеспечения беспрепятственного движения медных стопорных блоков или для прохождения холостого хода каретки. Иногда U-образные зажимы могут быть заменены ремнями, которые снимаются ударом молотка или газовой горелкой по мере приближения сварочной головки.

При подгонке деталей для ESW обязательно выдерживать расчетный зазор. Однако обычно считается, что существует разница между расчетным зазором и зазором подгонки.Расчетный зазор часто считается предполагаемой величиной, используемой для расчета размеров готовой сварной детали, и он меньше посадочного зазора на величину усадки наплавленного металла. Посадочный зазор — это расстояние между сварочными поверхностями, собранными для сварки.

Обычно она изменяется по длине одного и того же стыка. Обычно она увеличивается на 2–5 мм на каждый метр длины стыка при движении вверх по стыку. При такой настройке посадочного зазора фактический зазор после сварки и усадки оказывается однородным по всей длине соединения и равен расчетному зазору.Предлагаемые значения конструкции и монтажных зазоров приведены в Таблице 11.3, а на Рис. 11.16 показан типичный монтаж для ESW.

Некоторые предлагаемые наборы переменных для ESW приведены в Таблице 11 .4 .:

Структура сварного шва и свойства электрошлаковой сварки:

Электрошлаковая сварка в основном используется для сварки сталей, хотя Q&T (закаленная и отпущенная) стали обычно этим процессом не соединяются.Температура, достигаемая в непосредственной близости от сварного шва, составляет около 1925 ° C. Эта высокая температура с длительным термическим циклом приводит к структуре металла сварного шва, состоящей из крупных первичных зерен аустенита с столбчатыми структурами затвердевания, имеющими крупные зерна, которые приводят к образованию хрупких участков в готовом продукте.

Обычно желательно нормализовать металл сварного шва путем нагрева примерно до 40 ° C выше более низкой температуры превращения рабочего материала с последующим медленным охлаждением. Это значительно улучшает свойства углеродистых и низколегированных сталей, в частности их устойчивость к возникновению и распространению хрупкого разрушения.

Картины остаточных напряжений, полученные в состоянии после сварки, весьма благоприятны, как показано на рис. 11.17. Обычно в соединениях E5W не возникает угловой деформации из-за симметрии большинства таких сварных швов (соединение с квадратными канавками за один проход). Предел прочности стальных сварных швов составляет от 380 МПа до 420 МПа.

Применение электрошлаковой сварки (ESW):

Основные области применения процесса ESW включают сварку конструкций, машин, судов, сосудов под давлением и отливок.

Сварка стыковых швов переходного типа для соединения различной толщины — это обычное применение ЭШС в строительстве. Еще одно широкое применение в этой области — приварка ребер жесткости коробчатых колонн и широких фланцев; во всех этих случаях сварной шов ребра жесткости будет Т-образным соединением.

Соединение больших и широких фланцевых балок — еще одно впечатляющее применение ESW, и еще одно распространенное использование ESW — сращивание фланцев, то есть стыковая сварка листов одинаковой толщины.

В машиностроении производство больших прессов и станков, требующих толстых и больших листов, осуществляется с помощью ESW.Специальные области применения включают его использование в печах, заготовках зубчатых передач, рамах двигателей, рамах прессов, кольцах турбин, корпусах дробилок и ободах дорожных катков.

Крупногабаритные посевные блоки, показанные на рис. 11.18, используются в прессах для обработки высокопрочных металлов, в частности титана, поскольку они повышают размерную точность прессований. Свинной блок представляет собой четырехгранную призму высотой 1800 мм и весит около 140 тонн.

Изготовлен сваркой трех поковок из легированной (0,25 C — Cr — 3 Ni — Mo — V) стали.Форма, размер и вес свинцового блока не допускают ковки после сварки для обеспечения требуемых механических свойств сварных соединений. Таким образом, это достигается за счет тщательно продуманного цикла термообработки, как показано на рис. 11.19.

Электрошлаковая сварка популярна при изготовлении толстостенных сосудов высокого давления для химической, нефтяной, морской и энергетической промышленности, но в этом случае после сварки необходима обработка для восстановления пластичности надрезов, которая часто теряется из-за медленного охлаждения ESW. циклы в ЗТВ.

ESW также применяется для соединения патрубков с толстостенными сосудами, а также для приварки подъемных проушин к сосудам.

Привлекательная особенность ESW заключается в том, что искажение можно предсказать и учесть. Это сделало его особенно популярным в судостроении, где успешно свариваются вертикальные стыки корпусов больших танкеров.

Для снижения стоимости и повышения качества многие крупные и трудно поддающиеся литью компоненты производятся в более мелких единицах более высокого качества, а затем свариваются электрошлаковой сваркой.Поскольку металлургические характеристики отливки и электрошлакового шва схожи, оба реагируют на послесварочную термообработку одинаковым образом, что приводит к однородным структурам и свойствам.

Электрошлаковая сварка (ESW)

Прочитав эту статью, вы узнаете об электрошлаковой сварке (ЭШС).

Электрошлаковая сварка — это сварка плавлением, действие которой зависит от тепла, выделяемого при прохождении электрического тока через расплавленный флюс или шлак.Ток, проходящий между электродами и основным металлом, расплавляет флюс, создавая лужу материнского шлака, который поддерживается при высокой температуре.

Сейчас в современных отраслях промышленности этот процесс широко используется практически во всех областях машиностроения. Исследователи и инженеры-технологи использовали этот процесс ESW для тяжелого машиностроения и крупных конструкций.

Он применим ко многим металлам и сплавам, таким как легкие и цветные металлы и авиация, судостроение, тяжелые котельные, бензиновые или нефтяные танкеры, а также изготовление и монтаж гидравлических турбин, прессовых цехов, сосудов высокого давления и аналогичных компонентов. .

На строительной площадке или в полевых условиях процесс электрошлаковой сварки используется при промышленном строительстве и ремонте доменных печей, дамб, мостов и других сварочных аппаратов большой толщины.

Процесс ESW специально адаптирован для сварки вертикальных швов с помощью соответствующего устройства. В этой системе свариваемые пластины размещаются вертикально без какой-либо подготовки кромок, оставляя зазор 10 мм или более. Наплавленный металл наплавляется в закрытом пространстве в направлении вверх.Сварочная ванна находится внутри этого пространства и из-за контакта с медными блоками охлаждается, затвердевает и принимает форму.

При сварке тяжелых профилей этим способом образуется большой объем жидкого шлака. Сварочный ток проходит через расплавленный шлак из-за его высокой электропроводности. Теперь тепло генерируется за счет прохождения тока через расплавленный шлак. При электрошлаковой сварке вертикальные швы можно сваривать за один проход пластинами практически любой толщины без подготовки кромок.

Коммерческий опыт доказал, что электрошлаковый процесс экономичен — не только тогда, когда нельзя использовать сварку вниз, но и при толщине листа более 30 мм. С другой стороны, более тяжелые секции металла толщиной более 60 мм можно с успехом сваривать с помощью автоматических машин, которые придают сварочной проволоке поперечное движение — вперед и назад.

Электрошлаковые швы начинаются и заканчиваются на отводных плитах. Это называется начальным или конечным язычком — они улучшают качество металла шва.

Окружные швы можно сваривать электрошлаковым способом с использованием специальных устройств, позволяющих преодолеть сложность соединения начала и конца сварного шва. Борт на обратной стороне может быть отформован с помощью медного охлаждающего кольца с водяным охлаждением, постоянного стального кольца или подвижного башмака. Детали переменного сечения можно сваривать электрошлаковым методом с использованием направляющих плавящегося электрода.

Электрошлаковая сварка кардинально изменила производство тяжелых прессов, прокатных цехов и профилей толщиной до 1 метра (1000 мм) и более.Замена литейно-сварных, кузнечно-сварных и рулонных конструкций позволяет сэкономить много металла и трудозатрат, а также увеличить производство без увеличения производственных площадей или площади производственных площадей.

Подходит источник питания переменного или постоянного тока в диапазоне 300-800 ампер, используемый для автоматических процессов и процессов MMA.

Заявленные преимущества этого процесса: относительно простой, дешевый и более адаптируемый, чем аналогичные типы, более быстрая сварка, чем MMA толстых листов, более дешевая подготовка стыка, равномерное тепловложение в стык, что снижает проблемы деформации, отсутствие потерь от разбрызгивания, свободу от дефектов металла шва и небольшого расхода флюса.

Что такое электрошлаковая сварка? (с изображением)

Электрошлаковая сварка — это дуговая сварка, в которой используется электрический ток, который проходит между плавящимся электродом и заготовкой. При выполнении этого метода сварки жидкий шлак, покрывающий поверхность сварного шва, проводит электрический ток. Перед началом электрошлаковой сварки сварочный флюс используется для заполнения зазора между деталями, а электрическая дуга используется для выработки тепла, необходимого для плавления флюса и образования шлака.Во время этого типа сварки шлак остается в расплавленном состоянии за счет тепла от электрического тока.

Электрошлаковая сварка чаще всего используется для соединения толстых стальных листов.Этот метод сварки обычно выполняется путем размещения двух медных удерживающих устройств с водяным охлаждением на каждой стороне заготовок, чтобы образовалось пространство для расплавленного флюса. Присадочную проволоку, используемую в качестве электрода, добавляют в пустоты вместе с небольшим количеством сварочного флюса. Для начала процесса плавления генерируется электрическая дуга, и добавляется дополнительное количество флюса, пока расплавленный шлак не заполнит пустоту и не погаснет дугу. Присадочная проволока плавится, превращаясь в сжиженный шлак, и при затвердевании образует сварной шов; процесс продолжается, при этом удерживающие устройства и присадочная проволока перемещаются вверх до конца сварного шва.

Иногда используется вариант типичного процесса электрошлаковой сварки, чтобы сократить время работы.В этом варианте процесс сварки проводится обычным образом, за исключением того, что присадочная проволока подается в ванну расплава с помощью расходуемой трубки. Эта трубка расположена в верхней части сварного шва и подает проволоку в расплавленный флюс колебательным образом для более широких стыков. В этом варианте используются два набора медных удерживающих устройств с водяным охлаждением, так что их можно перемещать, перепрыгивая друг через друга. Этот вариант особенно полезен, когда процесс сварки выполняется в вертикальном положении.

Роберт К. Хопкинс запатентовал процесс электрошлаковой сварки в США.С. в 1940 году. Этот метод сварки был усовершенствован в Институте Патона в СССР на протяжении 1940-х годов. Усовершенствованный метод электрошлаковой сварки Патона был впервые представлен на Брюссельской торговой ярмарке в 1950 году и начал использоваться американским автопроизводителем General Motors для изготовления блоков двигателя в 1958 году. Небоскреб Bank of America в Сан-Франциско был построен с использованием метода электрошлаковой сварки.

Дуга под флюсом, электрошлаковая сварка счетчики коррозии технологического оборудования

Электрошлаковая ленточная наплавка продвигается для ремонта корродированного оборудования и улучшения коррозионных свойств в новых конструкциях.

Поскольку при изготовлении технологического оборудования все чаще используются сложные материалы, очень важно, чтобы сварочный материал обладал механическими и коррозионными свойствами, соответствующими материалу или сплаву.

Облицовка из нержавеющей стали и никеля часто является привлекательной альтернативой традиционным методам. Компания Esab разработала метод плакирования с использованием этих сплавов, особенно для компонентов с толстыми стенками.

По словам менеджера группы по продукции Йоргена Стрёмберга, плакирование полос с использованием дуговой сварки под флюсом (SAW) или электрошлаковой сварки (ESW) отлично подходит для больших площадей из-за высокой производительности и низкого разбавления основных материалов.«Используя ленточную облицовку, вы получаете преимущество чистого слоя, который долговечен», — говорит Стрёмберг. «

Полосы доступны из многих нержавеющих и никелевых сплавов — обычно шириной 60-90 мм и толщиной 0,5 мм — и используются со специальными агломерированными флюсами. В случае сварки SAW первый слой на углеродистой стали должен быть «сверхлегированным», чтобы избежать хрупкого разбавленного металла шва. Затем наносятся два слоя плакировки требуемого типа. обычно с наплавкой.Из-за низкого разбавления ESW, также возможно приваривать непосредственно к углеродистой стали с помощью требуемого типа, такого как 316L или 347.

«Мы продвигаем ленточную облицовку для использования в новостройках», — говорит Стрёмберг. «Используя этот метод, слой покрытия из высоколегированного материала может быть нанесен непосредственно на низкокачественные металлы для повышения их устойчивости к коррозии».

Порошковая проволока

ЭСАБ также разработал уникальную порошковую проволоку для сварки супердуплексных нержавеющих сталей. Первоначально этот сплав был разработан для проектов Phillips Ekofisk 2/4 и 2 / 4J в ответ на короткий срок поставки продукта для сварки труб из супердуплекса хрома 25, которые использовались на технологической установке из-за высоких уровней коррозия.Поскольку ЭСАБ уже был основным поставщиком проекта, компания использовала свой дуплексный провод в качестве основы для разработки супердуплексной версии.

Поскольку сварка дуплексной стали становится все более распространенной в оффшорной индустрии, ЭСАБ теперь предлагает ряд сварочных материалов для дуплексной сварки, которые обеспечивают повышенную производительность и снижение затрат, сохраняя при этом хорошие механические и коррозионные свойства.

Разработка продукции универсальной дуплексной порошковой проволоки осуществляется на заводе компании в Утрехте с 1988 года.ЭСАБ концентрируется на разработке порошковой проволоки OK Tubrod 14.27, в частности, для дуплекса 22% хрома и OK Tubrod 14.28 для супердуплекса 25% хрома.

Чтобы проверить достоинства различных сварочных качеств, компания Esab работала с верфью Amec в Уолсенд в Великобритании. За последние восемь лет компания Amec накопила значительный опыт в сварке дуплексной стали с использованием TIG, MMA и дуговой сварки под флюсом. На графике показана оценка относительных скоростей наплавки различных методов вместе с порошковой проволокой (FCW).Эти результаты были достигнуты в результате испытаний, проведенных совместно с компанией Esab.

В результате этого исследования стало ясно, что, хотя дуговая сварка остается доминирующим процессом для всех работ с направленным вниз и вращением, а также TIG для тонкостенных трубопроводов и трубопроводов малого диаметра, можно добиться значительных улучшений, заменив MMA на FCW. В частности, FCW позволила значительно сократить время измельчения / правки из-за рутиловой природы шлаковой системы, а также снизила затраты на наплавленный металл шва за счет значительного повышения эффективности процесса.

Оценка работоспособности также решительно отдает предпочтение распылительной передаче, малому разбрызгиванию и удобству для сварщиков FCW с защитным газом, что в сочетании с долгим опытом Amec в области применения низколегированных конструкций было окончательным вариантом.

С момента первоначальной оценки и внедрения порошковой проволоки OK Tubrod 14.27 от Esab, Amec завершила несколько крупных контрактов на использование дуплексных трубопроводов, включая проекты Shell Pelican, Anasuria и Curlew, проекты BP ETAP и Phillips Ekofisk и Judy.Для них размеры труб в диапазоне 6 дюймов. до 24 дюймов с номинальным наружным диаметром и соответствующей толщиной от 12 мм до 60 мм, были сварены с использованием процесса FCW.

Согласно Esab, средний уровень дефектов около 260 тонн трубопровода с использованием его класса OK Tubrod 14,27 составил 0,044% по сравнению со всеми остальными трубопроводами, составляющими в среднем 0,59%. В более общем плане использование порошковой проволоки оказало большое влияние на производительность сварки Amec.

За дополнительной информацией обращайтесь к Йоргену Стрёмбергу, Эсаб: телефон +46 31 50 9227, факс +46 31 50 9170 или [email protected]

Copyright 1998 Oil & Gas Journal. Все права защищены.