Сварочные операции с металлами в большинстве своем основываются на химико-термических процессах плавления. В зависимости от применяемой оснастки, активных расходных материалов и в целом технических условий организации процесса, меняются и характеристики получаемого продукта. Главной задачей сварщика является формирование прочного шва, способного противостоять нагрузкам, которые также будут приходиться на основную конструкцию. В этом отношении сварка электрошлаковая не является лучшим решением на сегодняшний день, поскольку классическое электродуговое воздействие позволяет образовывать более выгодные для дальнейшей эксплуатации швы. Однако применение шлаковых ванн для процесса расплава обеспечивает немало других преимуществ, ради которых данную технологию используют крупные предприятия.
Сущность электрошлаковой сварки
Методика электрошлаковой сварки основана на применении тепла, которое вырабатывается в процессе расплава материала. Получаемая термическая энергия и выступает тем самым фактором, который обеспечивает сварочную операцию. В качестве материала, который подвергается расплавке, применяют шлаковую основу. Возбудителем процесса расплава является электрический ток, поэтому в организации процесса используется специальный генератор. К особенностям процесса можно отнести тот факт, что сварка электрошлаковая может выполняться только в условиях вертикального размещения заготовок. Под действием вырабатываемого тепла жидкий металл, который образуется в ходе оплавления электродных проволок и свариваемых элементов, заполняет собой пространство между деталями. Чтобы удержать жидкую ванну шлака и металла от излишнего перетекания, с разных сторон рабочей ванны устанавливаются охлаждаемые водой ползуны. По мере заварки шва они поднимаются и не дают рабочей массе вытекать.
Технологический процесс
Начинается сварочный процесс с возбуждения дуги, которая будет образовываться между деталями и электродными проволоками. Тепловая энергия дуги расплавляет флюс, после чего и создается та самая шлаковая ванночка, уровень которой будет подниматься. Благодаря свойству электропроводности, плавленый флюс начинает шунтировать дугу, останавливая ее горение. При этом расплавление и нагрев флюса продолжаются за счет теплового воздействия, источником которого выступит ток, подаваемый к жидкому шлаку. То есть технология электрошлаковой сварки основывается на передаче тепла от шлака, который не только выделяет энергию под действием тока, но и может напрямую передавать ее рабочим деталям.
Электрод и целевой металл связываются между собой именно посредством шлаковой ванны. Далее формируется и металлическая ванна. Для этого могут потребоваться разные промежутки времени, в зависимости от характеристик материала. Главное заключается в том, что металлическая жидкая основа лежит по уровню ниже шлаковой ванны, но также требует подключения формовочных ползунков, сдерживающих вытекание. Для этого используют медные ползунки, охлаждаемые водой.
Разновидности сварки
Подходы к выполнению данного метода различаются по типу применяемого электрода. Например, классическая схема предусматривает использование электродной проволоки, которая по мере расплавления подается в шлаковую ванну. При таком подходе мастер должен сообщать электродам еще и возвратно-поступательные горизонтальные движения, что обеспечивает равномерность прогрева свариваемых деталей по всей толщине.
Другой метод предусматривает применение электродов с большим сечением или пластин. В этом случае электрод будет занимать большую часть пространства, образованного зазором между заготовками. Использование пластин также распространено. При такой схеме электрошлаковая сварка выполняется с расчетом на размерное соответствие активных элементов деталям. Во всяком случае их форма должна быть похожей на свариваемые заготовки. Пластины неподвижно укрепляют в зазоре и в зависимости от состояния шлаковой ванны могут подаваться на рабочую область по мере выполнения операции.
Оборудование для сварки
Как и при традиционной электродуговой сверке, в данном случае используется специальный аппарат. Для определения его особенности надо отметить, что электрошлаковая методика, в отличие от других распространенных технологий сварки, может реализовываться при плотности тока, составляющей 0,1 а/мм2, что в сотни раз меньше, чем при том же дуговом способе. Для выполнения этой задачи используют автоматы, соответствующие нескольким условиям. В первую очередь техника должна обеспечивать зазор между разными кромками ванны. Второе условие выражается в том, что оборудование для электрошлаковой сварки должно допускать вертикальное формирование свариваемого шва. И последнее значимое условие заключается том, что сварка должна выполняться в один подход. В качестве дополнительного оборудования также применяются подающие проволоку ролики, токоподводящий мундштук, ползуны с планками и трубки для охлаждения водой.
Расходные материалы для сварки
Активная основа для такой сварки – это упомянутые электроды, которые могут иметь несколько неподвижных осей. Подача к шлаковой ванне обеспечивается при постоянной скорости. Кроме шлака и электродов, также может применяться плавящийся мундштук. В зависимости от требований к получаемому результату оператор может управлять расходниками таким образом, что процесс будет выполняться с той или иной степенью интенсивности – поправка на манипуляции с теми же электродами с целью повышения прогрева также делается с учетом типа металла. Вообще, с точки зрения сложности для мастера, наиболее труден процесс электрошлаковой сварки с контактным принципом воздействия. Обычно контактно-шлаковая методика применяется в случаях, когда необходимо приварить стержни к плоской поверхности.
Преимущества технологии
Одним из главных преимуществ метода является возможность сварки без необходимости предварительного разделения кромок, поскольку процесс реализуется с наличием зазора между рабочими деталями величиной до 3 см. Также сварка электрошлаковая отличается высоким коэффициентом наплавки, что в результате дает и финансовые преимущества в виде экономии на организации мероприятия. Плюсы будут ощутимы и после завершения операции. Дело в том, что сварка этого типа обеспечивает симметричное расположение шва по отношению к оси. Данный фактор исключает образование угловых деформаций, что в итоге упрощает монтаж деталей с их корректировкой.
Сферы применения
Возможности использования данной методики определяют как раз и ее недостатки. Этот метод нецелесообразно применять в большинстве типовых сварочных работ. Чаще всего технология задействуется в строительных и промышленных условиях. К примеру, изготовление массивных станин, монтаж турбинного оборудования, инсталляция толстостенных барабанов и котельных агрегатов – это лишь часть распространенных операций, в которых используется электрошлаковая сварка. Применение этого метода на производствах позволяет осуществлять сборку крупногабаритных конструкций. Принципиальным же отличием электрошлаковой техники от других способов сведения металлических элементов является допущение возможности замены кованых или литых массивных деталей сварными аналогами, выполненными из мелких отливок или поковок.
Заключение
По целому ряду причин даже в целевых областях этой технологии не всегда допускается ее применение. Ограничения в основном связаны с технологическими недостатками, которые делают использование метода нецелесообразным. К примеру, сварка электрошлаковая будет неэффективной, если ее планируется использовать на площадке, где также присутствуют чувствительные к термическому воздействию материалы. То есть по экономическим соображениям и качеству полученного стыка технология оправдывает себя, но возникает другой нюанс. Такая сварка отличается большой зоной теплового влияния, соответственно, в работе со стационарным расположением деталей все смежные с ними материалы будут также подвергаться сильному температурному воздействию.
