Электрошлаковая сварка

Общие положения и сущность процесса электрошлаковой сварки

схема электрошлакового процесса

Схема электрошлакового процесса сварки (ЭШС) показана на рисунке.

Оплавление основного металла 1 и расплавление электродного металла 2 осуществляется за счет выделения тепла при прохождении электрического тока через расплавленный,  обладающий электрической проводимостью флюс, который удерживается в колодце, образованном кромками свариваемых деталей 1 и специальными  формирующими водоохлаждаемыми  устройствами 3 типа ползунов или пластин.

За счет разницы в плотности электродный металл опускается на дно расплава, образуя металлическую ванну 5, так как его плотность значительно больше плотности любого входящего в состав флюса компонента, а расплавленный флюс находится в верхней части расплава, образуя шлаковую ванну 4. Электродный металл каплями,  проходящими через слой шлака, опускается в металлическую ванну. Капли электродного металла, проходя через жидкий шлак,  взаимодействуют с ним, улучшая при этом свой химический состав. Шлаковая ванна, постоянно  находясь в верхней части расплава, исключает воздействие окружающего  воздуха на жидкий металл.

Для получения качественного сплавления температура шлаковой ванны должна превышать  температуру плавления основного и электродного металлов.

Вертикальное положение шва 6 и постоянное наличие в верхней части жидкой металлической ванны при ЭШС значительно облегчает удаление газов и неметаллических включений из металла шва. Именно эти особенности  электрошлакового процесса послужили основой  для разработки прогрессивного способа получения особо чистых металлов и сплавов – электрошлакового переплава.

Создано и используется несколько разновидностей этого способа: сварка (наплавка) электродной проволокой, плавящимся мундштуком, электродом большого сечения, контактно-шлаковая сварка.

ЭШС (электрошлаковой сваркой) можно выполнять любые соединения (стыковые, угловые, тавровые и др.) и все типы швов (прямолинейные, кольцевые, переменного профиля и пространственной  формы). На основе результатов  изучения взаимного перемещения  свариваемых элементов разработаны методы точной компенсации деформаций. Качество сварного соединения при ЭШС (электрошлаковой сварке) даже при хорошо освоенной  технологии во многом зависит от  техники сварки и применяемой аппаратуры. Созданная в настоящее время аппаратура для ЭШС проста в эксплуатации и надежна в работе. Наибольшего развития получили три способа  ЭШС, отличающиеся техникой исполнения (1-3): сварка проволочными электродами(см. рис);

сварка проволочными электродами

сварка плавящимся мундштуком и сварка электродами большого сечения (рис  д); Первый способ включает в себя следующие основные приемы сварки: одной электродной проволокой без колебаний (рис а); одной, двумя или тремя электродными проволоками с колебаниями (рис б);проволочным электродом без введения мундштука в зазор (рис в); с увеличением вылета электрода (рис г); подплавляющимся мундштуком (рис д); с присадкой крошки (рис е).   Первые два приема получили в  настоящее время наибольшее распространение  в промышленности. Они позволяют сваривать металл толщиной 20-300 мм. Сварку выполняют при применении проволоки диаметром 3 мм. При сварке изделий с толщиной свариваемых деталей  до 150 мм для повышения производительности используют проволоку  диаметром 3 мм.

Сварку плавящимся мундштуком   чаще всего производят  при выполнении пространственных швов.

Второй способ ЭШС плавящимся мундштуком – обычно применяют для соединения металла большой толщины (до 2-3 м)при выполнении прямолинейных (рис 3 а), и криволинейных (рис 3 б) швов. Разновидностью этого способа является сварка трубчатым плавящимся мундштуком (рис 3 в) позволяющим осуществлять сварку металла малой толщины (20-60мм). Для ЭШС легированных сталей применяют мундштуки коробчатого типа и мундштуки с металлическим наполнителем.

Третий способ ЭШС –электродами большого сечения – включает в себя следующие приемы сварки: одной,  двумя или тремя пластинами сплошного сечения, подключенными к общему или к разным источникам сварочного тока (рис 3 г) ; одной, двумя или тремя пластинами, имеющими продольные разрезы    (рис 3 д); контактно шлаковую (рис 3 е); пластинчатыми электродами с бифидерной схемой подключения электродов к источнику питания (рис 3 ж).

схема подключения электродов

Наиболее распространенными и простыми с точки зрения  техники сварки являются стыковые  соединения. На рис 4показаны типы стыковых сварных соединений. При стыковом соединении между двумя  прямыми кромками (рис 4 а-г, з) образуется зазор величиной b. Однако в некоторых случаях и фасонная разделка кромок рис 4 д-ж.

Выполняемые ЭШС прямолинейные швы встречаются во всех типах сварных соединений. Как правило,  такие швы свариваются и в вертикальном положении. Однако допускается наклон до 15-20ᴼ .

Технология сборки и сварки

Факторы, определяющие пригодность заготовок для сварки весьма разнообразны. С точки зрения техники сварки наиболее важными из них являются характер и чистота обработки торцовых поверхностей свариваемых кромок (при ЭШС кромки, как правило разделывают под прямым углом), состояние боковых поверхностей кромок, по которым будут перемещаться   или на которые будут  установлены формирующие устройства, взаимное расположение примыкающих участков после сборки.

Способ обработки торцовой поверхности кромок  зависит от толщины свариваемого металла, его химического состава, точности и ответственности свариваемой конструкции. Для изготовления заготовок под сварку  толщиной до 200 мм применяют газокислородную резку. При этом высота неровностей свариваемых поверхностей не должна превышать  2-3 мм, а максимальное отклонение от прямоугольности реза 4 мм. При толщине большего размера и при изготовлении заготовок  из среднелегированных и легированных сталей применяется механическая обработка. В литых и кованых заготовках поверхность под ползуны подвергается механической обработке на ширину до 100 мм от торца кромки.

При изготовлении особо ответственных деталей в сварно-литом и сварно-кованом вариантах  (гидравлические цилиндры, барабаны подъемных устройств, клещевины и другие детали  металлургического оборудования) необходимо производить контроль качества кромок заготовок  и сварного соединения. Заготовки и сварное соединение толщиной до 400 мм контролируются на бетатроне, заготовки и сварное соединение большей толщины контролируются ультразвуковыми приборами соответственно их техническим возможностям. Объем и вид контроля регламентируются техническими требованиями и технологией на конкретное изделие.

Заготовки при необходимости должны иметь припуски для последующей механической обработки, с учетом возможной усадки  и коробления  сварного соединения  и изделия после  термической обработки. Зазор под ЭШС образуют двумя  раздвинутыми на определенное расстояние прямыми кромками свариваемого металла. Различают расчетные и сборочные зазоры.  Ориентировочные значения этих величин (мм) в зависимости от толщины свариваемого металла (мм) можно представить  следующим  размерным рядом:

Толщина свариваемого металла16-3030-8080-500300-10001000-2000
Расчетный зазор1822263030
Сборочный зазор19-2024-2528-3236-4040-42

 

Практика применения ЭШС показала,  что для надежной компенсации  деформаций соединяемых частей и сохранения в процессе сварки

сборка соединяемых частей

заданной величины сборочного зазора сборку деталей осуществляют с клиновидным зазором, расширяющимся кверху  (рис 3) В зависимости от марки стали, способа ЭШС, ее  режима и условий закрепления деталей при сборке угол между  деталями ƴ=(bи— bн/h) может составлять 1-2ᴼ .

Для фиксации соединяемых частей при  сборке используют скобы или планки, привариваемые вдоль стыка через 500-800 мм. Закрепление заготовок планками  применяют  при использовании в качестве формирующего устройства ползуна. По мере заварки шва и приближения аппарата  планки  автоматически удаляются. Снизу, в начале стыка,  устанавливается так называемый входной карман для проведения электрошлакового  процесса, а вверху – планки для  вывода усадочной раковины. После окончания сварки  входной карман и выходные планки срезаются. При однотипных изделиях и их серийном  выпуске, сборку и сварку  производят в специальных кондукторах  без применения сборочных скоб, входных и выходных планок, с использованием кокилей.

Сварка прямолинейных швов проволочными электродами

При этом способе ЭШС основными параметрами, определяющими весь ход процесса сварки и ее результат, является следующие элементы режима: напряжение сварки ис, скорость подачи электродной проволоки vэ; сила сварочного тока I; скорость сварки vс; глубина шлаковой ванны hш; сухой вылет электрода Ic; скорость поперечных колебаний электрода vк; число электродов n; длительность остановки электродов y ползунов t; величина зазора между кромками bс.

По опытным данным некоторые указанные параметры не зависят  от толщины свариваемых заготовок и соответствуют числовым значениям: hш=40-50мм, Ic =60-80мм, vк = 40м/ч; t = 4-5 c.

Напряжение и скорость сварки, скорость подачи электродов и их число, а также величину зазора определяют  для каждого конкретного случая отдельно.

Так, металл толщиной до 50 мм обычно сваривают одним неподвижным электродом. В этом случае могут использоваться следующие сварочные аппараты: малогабаритные одноэлектродные, применяемые в основном на монтаже (А-681, А-820, А-612, А-501); стационарные, двух- и трехэлектродные, используемые в условиях цеха (А-790, А-1170, А-172р, А-535). При сварке металла большей толщины вплоть до 150 мм при применении одного электрода необходимы колебательные (возвратно-поступательные) движения.

При сварке металла толщиной 100-300 мм  применяют два электрода, при сварке металла толщиной 150-450 мм – три электрода. При сварке двумя или тремя электродами для получения провара, равномерного по толщине шва, расстояние между сварочными проволоками необходимо выбирать из соотношения

d = (s + Δ1 – 2 Δ2) /n.

Где s – толщина свариваемого металла, мм; Δ1 = 18 мм. Величина Δ2 зависит от глубины канавки (усиления) в ползунах. При глубине канавки 2,5 мм Δ2 = 4-5 мм, а при глубине канавки 8-10 мм Δ2 =0. Обычно глубина канавки составляет 2,5 мм.

По выбранному числу электродов и заданной скорости сварки (рис 6)  определяют необходимую  скорость подачи электродной проволоки (м/ч):

Vэ=vc Fн /ΣFэ,

Где vc— скорость сварки, м/ч; Fн=sb, см2; b- сварочный зазор; ΣFэ – суммарная площадь электродных проволок,см2(для проволоки диаметром 3 мм ΣFэ= 0,071n).

Сварочный ток (А) на одном электроде при заданной скорости подачи проволоки I =2,2vэ + 90.

По расчетному значению величины сварочного тока выбирают  источник питания. Для этих целей широко используются трансформаторы ТШС-1000/3, ТШС-3000/1 и ТШС-3000/3. При сварке металла толщиной до 30 мм чаще применяют источники постоянного тока ПСМ-1000, ПСГ-500, ВКСМ-1000, ВС-600.

зависимость скорости сварки

Скорость подачи электродной проволоки выбирают в диапазоне 150-250 м/ч при сварке на обычном вылете электрода.

Напряжение сварки выбирают в диапазоне 32-52 В в зависимости от толщины свариваемого металла, марки стали и химического состава флюса.

Повышением напряжения увеличивают  глубину проплавления кромок. Глубина шлаковой ванны должна находиться в пределах 30-60 мм и тщательно поддерживаться постоянной во время сварки. Зависимость ширины провара от режимов сварки показано  на рис.

режимы ЭШС

 

даграмма режимов ЭШС

Технологические параметры ЭШС проволочным электродом углеродистых, низкоуглеродистых и термоупрочненных сталей приведены в табл 1.

зависимость скорости подачи проволоки

Термические параметры изделий в сварочном варианте приведены в табл 2.

Оптимальные параметры  скорости подачи п

технические параметры

роволоки и напряжения при сварке, обеспечивающие качественное сварное соединение, указаны на рис.

Сварка кольцевых швов

Техника ЭШС кольцевых швов значительно сложнее, чем прямолинейных. При сварке цилиндрических изделий приходится сочетать вращение изделий с подъемом аппарата (при начале сварки и при замыкании кольцевого шва).

Форма линии замыкания кольцевого шва зависит  от  числа электродов и толщины  свариваемого металла. При сварке металла толщиной  до 150 мм одним электродом схема начала и замыкания шва может быть выбрана по табл 3 и как показано на рис .

рекомендуемые параметры

При сварке двумя или тремя  электродами по мере сужения сварочного пространства часть электродов выводят. Кривая замыкающая стоится так же, как и для одного электрода,

построение линии замыкания

форма кармана – по линии замыкания.

 

Ширина дна кармана для одного электрода, форма кармана-по линии замыкания. Ширина дна кармана для одного электрода составляет 30 мм, для двух 100 мм, для трех 160 мм. При замыкании шва без вывода электродов с применением стальной или медной   водоохлаждаемой насадки линия замыкания, формы шаблона и кармана могут быть настроены как показано  на рис 10. В тех случаях, когда линия замыкания не помещается под мундштуком (при толщине металла более 350 мм), ее изменяют по форме нижнего мундштука или применяют основной карман рис 11. Сборка цилиндрических заготовок под сварку может осуществляться либо на специальном стенде (вне установки), либо на сварочной установке.

При разметке и приварке кармана необходимо  следить за его правильным положением по отношению  к сварочному аппарату с учетом расположения изделия на установке. Ниже кармана на 35-40мм к торцу прихватывается подкарманник  из металла толщиной  1,5-2 мм. Карман изготовляют из металла толщиной 30-40 мм. После установки кармана и подкармнника  к торцу прихватываются (при горизонтальной сборке)  или укладываются на него (при вертикальной сборке) дистанционные прокладки,  фиксирующие требуемую величину сборочного зазора рис 12.

Для учета угловых деформаций при электрошлаковой сварке кольцевых швов и их компенсации наибольшая величина сборочного зазора устанавливается в точке ll рис .

форма составного кармана

Ориентировочные значения сборочного зазора для цилиндрических заготовок с внутренним диаметром 850-1200 мм в точках 1-111 в зависимости от  толщины свариваемого металла (для углеродистых и низколегированных сталей) приведены в табл 4.

Фиксацию собранных частей обычно производят шестью или восемью планками, приваренными равномерно  по всей окружности кольцевого стыка.

В зависимости от конструкции и внутреннего диаметра изделия выбирается один из способов  формирования изнутри поверхности шва: внутренним ползуном рис. ; приваривающимся  стальным кольцом; замковым соединением; медным кольцом с водяным охлаждением.

ориентировочное значение сборочного зазора

Наибольшее распространение получил способ формирования  обратного валика медным ползуном  с водяным охлаждением.

подвеска ползуна

Иногда, если нет устройств  для крепления  внутреннего ползуна, применяются медные накладки.

При формировании внутренней поверхности  шва ползуном применяют специальные подвески.

Одним из показателей,  характеризующих высокую степень техники выполнения ЭШС, является непрерывность  сварочного процесса и соблюдения режима сварки. Это особенно важно при сварке  уникальных, крупногабаритных и дорогостоящих цилиндрических изделий, когда из-за повышенных требований  к качеству  сварного  соединения остановки не допустимы.  Процесс сварки обычно длится 20-30 ч, поэтому элементы сварочной аппаратуры  и, прежде всего, мундштуки выходят из строя.

Для повышения надежности  электрошлакового процесса разработана специальная сборочно-сварочная установка (дубль-аппарат). В дубль-аппарат входят две одинаковые сварочные головки рис .

сборочно-сварочная установка

Позволяющие в случае  необходимости заменить всю  сварочную часть без образования дефекта в шве. Каждая головка установлена на отдельной поворотной раме с пружинным  уравновешиванием. Замена головки длится 3-4 с, тогда как допустимая длительность перерыва, при которой дефект в шве не образуется, 6-8 с. Выведенная из работы головка после ремонта  становится резервной и может  снова занять рабочее положение.

Поворотные рамы обеих головок устанавливаются на рабочей площадке (здесь же находится сварщик-оператор), перемещающейся по вертикальной колонне 2, смонтированной на тележке 1, где обычно размещены не только катушки с электродной проволокой, но также сварочные трансформаторы и аппаратные шкафы.

Как правило электропитание установки  дублируется, т.е. должны быть две подстанции, два сварочных  трансформатора, два аппаратных шкафа, два пульта управления.

 

Сварка плавящимся мундштуком

Применение плавящегося мундштука значительно расширило  область применения ЭШС. Основное отличие этого способа от ЭШС неплавящимися мундштуками, вводимыми в разделку  сбоку стыка, заключается в том, что направление электродных проволок в зону  сварки и подвод к ним тока осуществляется с помощью мундштука,  который  устанавливается в зазоре неподвижно и, расплавляясь при соприкосновении со шлаковой ванной, вместе с электродным металлом переходит в шов.

ЭШС плавящимся мундштуком позволяет выполнять любые типы сварных соединений  и все основные встречающиеся виды швов.  Этим способом можно сваривать металл практически неограниченной толщины.

Для осуществления ЭШС плавящимся мундштуком применяют  малогабаритные однофазные аппараты типа А-645 (толщина свариваемого металла до 700 мм), А-1304(толщина – 400 мм). При сварке больших толщин одновременно используются несколько аппаратов  (число аппаратов для сварки плавящимся мундштуком существуют многоэлектродные стационарные аппараты типа А-741 и А-1374. Эти аппараты рассчитаны на подачу 18 электродных проволок, причем в аппарате А-1374 предусмотрено  дублирование всех 18 электродов 9 всего 36 проволок).

Сварочные аппараты стационарного типа, как правило, монтируются на вертикальных установках. Ими можно сваривать металл  толщиной до 2200 мм. Питание подается через сварочные трансформаторы типов ТШС-3000/3, ТШС-1000/3, ТШС -10/1 и ТРМК – 3000/1.

При сварке однофазными аппаратами  (А-645, А-1304) больших толщин металла  применяют трехфазные трансформаторы в однофазном  режиме или параллельно работают  несколько трансформаторов.

При ЭШС плавящимся мундштуком  направление сварочной проволоки и подвод электрического тока осуществляется мундштуком, представляющим собой  набор пластин или стержней, которые снабжены каналами  для подачи электродной  проволоки. В частном случае плавящийся мундштук может представлять собой  толстостенную трубку.

 

Наиболее широкое распространение получил мундштук с каналами для подачи электродной проволоки в виде спиралей  рис  а.  Спираль из сварочной проволоки диаметром 3-5 мм плотно навивается на токарном станке.  Диаметр внутреннего канала  спирали 4,5-5 мм. Приваривается спираль к пластине газоэлектрической сваркой или ручной электродуговой сваркой с одной стороны  электродами диаметром 2-3 мм прихватами длиной 20-30 мм, а с другой – сплошным швом.  Для предупреждения случайных затеканий металла и шлака во время сварки мундштука внутрь спирали вставляется  проволока диаметром 3-4 мм.

конструкции плавящихся мундштуков

При сварке прямолинейных швов одинаковой толщины  можно использовать  штампованные мундштуки рис  б.  В случае различной длины или толщины мундштуки  можно набирать из секций как по  длине, так и по ширине стыка.

Также применяют мундштуки, конструкция которых показана на рис  в. Направляющие  каналы имеют вид  трубок, которые соединяются с пластиной скобами, изогнутыми из стальной полосы толщиной 1 мм, точечной сваркой. Мундштуки такой  конструкции применяют, как правило, для прямолинейных швов. При сварке швов переменного сечения в том случае, когда толщина свариваемого металла в нижней части стыка значительно меньше, чем в верхней, применяют конструкции мундштуков, приведенные на рис  г. И д.

При необходимости дополнения части конструкции наплавляемым металлом или сварки стыков, имеющих неплоскую осевую поверхность шва, применяют мундштуки пространственной  формы рис  е. Иногда для сварки весьма ответственных конструкций в мундштуке рядом с основным каналом делают запасной  для дублирующей проволоки рис ж. Во время сварки по основным каналам  подают  электроды, а в запасные каналы проволока введена, но не подается. В случае непредвиденной остановки основного подающего механизма или даже одной из подаваемых  включается  запасной канал.

При сварке одним аппаратом  типа А-645 или  А-1304 мундштук, как правило, представляет собой  монолитную, цельную конструкцию  рис 15 з. При применении двух и более аппаратов  мундштуки разделены воздушным зазором 15- 20 мм вследствие  уменьшения ширины пластины мундштука, находящегося на границе раздела.

При сварке длинных и особенно криволинейных швов в зазоры между мундштуками иногда ставят изоляторы, которые укрепляют на торце пластины  уменьшенной ширины.

конструкция плавящихся мундштуков

Кроме мундштуков сплошного сечения применяют мундштуки,  состоящие из  набора отдельных пластин (даже при сварке на одной фазе), имеющих, как правило, по одному каналу для подачи электродной проволоки  рис 16. Такие мундштуки обычно используют  при сварке прямолинейных швов большой протяженности на стационарных  многоэлектродных аппаратах типа А-741 и А-1374.

При определении необходимого числа электродных проволок и выборе толщины плавящегося мундштука исходят из ряда факторов, основные из которых следующие:

— равномерность провара  свариваемого металла по  толщине. Чем больше электродов и меньше расстояние между ними, тем более равномерным получится провар кромок;

— тип аппарата, максимальное число электродов, которые может подавать аппарат одновременно, мощность источников питания;

— удобство и надежность выполнения сварки. С этой  точки зрения наиболее выгодно иметь  минимальное число электродов  и возможно  более тонкий мундштук.

Число электродов может быть найдено из соотношения n = (х – 40)/(d + 1), причем и округляют до единицы. Оптимальные значения δм, а также максимальные допустимые значения dм, следующие, мм :

δм4-68-1012-1418-20
dм50-11090-120120-150150-180
dmax120130160200

 

Наиболее широкое распространение в промышленности получила в настоящее время сварка при толщине пластины мундштука 5 и 10 мм.

зависимость скорости сварки

После выбора требуемого числа электродов и толщины мундштука необходимо найти  суммарный сварочный ток  или ток, приходящийся на одну фазу.  По этой величине определяют степень загрузки источника питания  и подбирают трансформатор

Сварочный ток

I=  (2,2 vэ+90)n + 120δмbм,

Где vэ, и vc –соответственно скорости подачи электрода и сварки,  м/ч; δм  и bм – толщина и ширина мундштука, см.

Рекомендуемые значения скорости сварки и зависимости от толщины свариваемого металла  приведены на рис 17.  Скорость подачи электрода

vэ = vc (Fн –Fм) Σ Fэ,

где Fм= δмbм – сечение мундштука, см2. Полученное значение скорости подачи электрода не должно  превосходить критического значения, которое при толщине  металла более 100-150 мм находится  в пределах 100-150 м/ч.

Наиболее выгодно при сварке  плавящимся мундштуком  обе  стороны стыка закрывать медными водоохлаждаемыми накладками. При использовании сплошных накладок  с обеих сторон стыка контроль глубины шлаковой ванны  ведется по объему засыпаемого флюса.

Требуемый объем флюса (см3)

Vф = 2hшsb.

Где hш – глубина шлаковой ванны, см; b – величина сварочного зазора, см; s – толщина свариваемого металла, см.  При расчете глубину  шлаковой ванны  принимают равной 4 см, во время сварки она не  должна превышать 5 см.

Перед началом сварки на слой стружки или порошка насыпают  20-30 % общего объема флюса, проверяют напряжение холостого хода трансформатора, расход воды в системе формирующих устройств и наличие  необходимого инструмента ( плоскогубцы, молотки, гаечные ключи и т.д.). Сварку начинают всеми электродами при скорости их  подачи 150 – 170 м/ч. Напряжение должно быть не больше предусмотренного технологией.  После возбуждения стабильного дугового процесса скорость  подачи проволоки снижается до 90-100 м/ч; в зазор досыпается флюс.

Для надежного пуска всех электродных проволок  в последнее время применяют сифонную заливку жидкого флюса перед сваркой.

ЭШС плавящимся мундштуком  с успехом применяют при соединении цилиндрических деталей сплошного сечения.  При сварке  большого числа изделий одинакового диаметра  вместо стальных планок, дополняющих круглое сечение до прямоугольного, используют медный кокиль с водоохлаждением.   Особенностью сварки сечений в медном кокиле с водоохлаждением является то, что интенсивное охлаждение требует  большего числа электродов (расстояние между проволоками должно быть не более 70 мм) и большей толщины мундштука (8-10 мм).

 

Сварка электродами большого сечения

Применение электродов большого сечения позволяет значительно упростить  как технику ЭШС и наплавки, так и аппаратуру для их осуществления, по сравнению с ЭШС электродной проволокой. Из других преимуществ  этого способа можно  назвать возможность  получения наплавленного металла, однородного по химическому составу  с основным, простоту изготовления электродов  (платины, стержни, трубы и т.п.). Недостатками этого способа является то, что длина шва ограничена  длиной электрода, и возможность выполнения только  прямолинейных швов. Наиболее целесообразно и экономично применение этого способа для сварки швов длиной до 1,5 м при толщине свариваемого металла 30-1000мм.

Способ ЭШС электродами большого сечения включает в себя сварку пластинчатым электродом, контактно-шлаковую, сварку (наплавку) ленточным электродом, сварку по бифилярной схеме. Наиболее широко способ ЭШС пластинчатым электродом применяют при изготовлении изделий из меди, алюминия, титана, коррозионно-стойких  и жаропрочных сталей.

Сварку электродами большого сечения осуществляют  на аппаратах типов  А-550, А-578 (для наплавки кернов клещевых кранов), А-535 (исполнение 11), А-372р, А-828. Питание осуществляется обычно через трансформаторы ТШС-1000/3, ТШС-3000/3, ТРМК-3000/1, ТШП-1000/1.

На рис  приведены формы наиболее часто применяемых электродов большого сечения.

электроды большого сечения

При сварке металла толщиной до 200 мм применяют один  пластинчатый электрод, при большей толщине – два или три.  Три электрода всегда предпочтительнее  для равномерной загрузки  трехфазной сети сварочного трансформатора.  Для увеличения равномерного провара, что особенно важно при сварке меди, алюминия, титана и их сплавов, пластинчатый электрод (даже на одной фазе) режут в продольном направлении на отдельные полосы. Это связано с тем, что при  плавлении сплошной широкой пластины перенос металла происходит крупными каплями, которые попадают  в металлическую ванну, преимущественно в центральной части, что способствует  образованию неравномерного  проплавления кромок. Надрезы же в пластинах приводят к рассредоточенному стеканию  капель по всей пластине. Сплошную пластину можно заменить электродом из ряда стержней  круглого или прямоугольного сечения рис .

Толщина пластины  электрода определяется  сварочным зазором. Обычно  расстояние между электродами и  сварочной кромкой стремятся выдержать  по возможности меньшим, что позволяет сократить длину электрода. Практика показала, что оптимальным является расстояние   пластины от кромки 8-10 мм.

При двух и трех электродах  ширину пластины надо  уменьшить на величину зазора  между ними (12-16 мм).

Длина электрода зависит от размеров  свариваемого стыка:

H= hb/δп+ h1.

Где h – длина свариваемого стыка с учетом входного кармана и выходных планок, мм; b – величина сварочного зазора, мм; δп  — толщина пластинчатого электрода, мм; h1 – величина зазора, учитывающая конструкцию  зажима электрода, в среднем равная 500-600 мм.

В таблице 5 даны размеры электродов и их число для некоторых толщин свариваемого металла. Длина электродов рассчитана на условия сварки  стыка высотой 1000 мм.

Силу сварочного тока (ориентировочно) в зависимости от  толщины пластинчатого электрода и других параметров  режима сварки  при выборе источника питания  требуемой мощности определяют по  выражению I = 1,2 (vc + 0.2 vп) δпbп, где vп  — скорость подачи пластины, см/ч; vc – скорость сварки, см/ч; δп  и bп – толщина и ширина пластинчатого электрода, см.

 

Оптимальная скорость подачи электродов большого сечения 1,2- 3,5 м/ч, скорость сварки в первом приближении может быть выбрана по графику приведенному на рис.

За последнее время для шлаковой сварки применяется также  ленточный электрод. В зазор между свариваемыми кромками и формирующими устройствами устанавливают изолированную от кромок направляющую обойму рис ,

схема сварки ленточным электродом

по которой в шлаковую ванну направляется металлическая лента. Преимущество сварки ленточным электродом по сравнению со сваркой пластиной заключается в возможности  сваривать швы большой протяженности, так как лента подается из рулона. По сравнению с плавящимся мундштуком этот способ обеспечивает более равномерное  проплавление свариваемых кромок.

Техника ведения процесса сварки такая же, как и при пластинчатом электроде. Толщина электродной ленты 1-1,2 мм. Оптимальная скорость ее подачи 15-30 м/ч.  Напряжение сварки и глубина шлаковой ванны должны быть такими же, как и при сварке электродом большого сечения. Сварку или наплавку ленточным  электродом осуществляют специализированным аппаратом  А-828.

Для соединения толстого металла, прошедшего электрошлаковый переплав, применяют способ сварки электродами большого сечения, подключенными к источнику питания по бифилярной схеме рис .

схема ЭШС пластинчатыми электродами

Это способ позволяет сваривать заготовки  прямоугольного, квадратного и круглого сечений. Схема предусматривает использование четырех электродов большого сечения такого же  химического состава, что и соединяемые заготовки. Два крайних электрода расположены неподвижно в зазоре, а два внутренних  подаются одновременно в  шлаковую ванну. Подключение токоведущих сварочных кабелей от  однофазного сварочного трансформатора к электродам показано на  рис . Такая схема позволяет снизить  до минимума индуктивное сопротивление силового электрического контура.

Длина внешних электродов близка  к высоте сварочных заготовок, а внутренних – больше длины заготовки в 2-3 раза. При сварке этим способом сборочный зазор составляет  60-80 мм. Неподвижные электроды устанавливаются между кромками с минимальным зазором 7-100 мм на сторону.  Подвижные электроды в 1,5 -2 раза тоньше неподвижных.  Зазор между ними  30-40 мм.

Формирование боковой поверхности шва осуществляется медными накладками с водоохлаждением. Процесс начинают с заливки жидкого шлака в сварочный зазор, что способствует быстрому установлению процесса и более точному  установлению глубины  шлаковой ванны.