Особенности электрошлаковой сварки
  • Категория:
  • Рейтинг:
    0.0/0
  • Просмотров
    2781
  • Дата добавления
    22.06.2013

С момента изобретения электрошлаковой сварки в ИЭС им. Е.О. Патона в 50-х годах она получила широкое распространение как в странах СНГ, так и в других странах, что определяется ее значительными преимуществами и достоинствами по сравнению с другими способами.

Особенности электрошлаковой сварки

К достоинствам электрошлаковой сварки можно отнести:

  • возможность сварки металла больших толщин за один проход;
  • низкая склонность к образованию пор и других дефектов;
  • малая вероятность образования горячих трещин;
  • низкая стоимость подготовки кромок;
  • отсутствие угловых деформации свариваемых листов.

Несмотря на широкое применение электрошлаковой сварки следует признать, что этот процесс имеет достаточно серьезные недостатки и не полностью удовлетворяет всем возросшим требованиям производства.

К основным недостаткам электрошлаковой сварки можно отнести:

  • большой расход энергии и сварочных материалов;
  • низкая скорость процесса;
  • необходимость проведения послесварочной высокотемпературной обработки изделий;
  • низкая ударная вязкость шва и околошовной зоны.

С целью устранения указанных недостатков и расширения возможностей электрошлаковой сварки применяют различные технологические приемы. Так для существенного снижения перегрева капель и жидкой металлической ванны предложено при непрерывной подаче электрода периодически отключать электропитание от расходуемого электрода, а накопившееся в шлаковой ванне тепло использовать для расплавления присадочного материала, который подается в этот период без тока. Искусственное изменение теплового баланса позволяет значительно уменьшить оплавление кромок, регулировать её величину, создать более благоприятные условия кристаллизации металла шва и, как следствие, повысить скорость сварки.

Долю отбираемой мощности можно определить по формуле:

Долю отбираемой мощности можно определить по формуле
  • tu - время импульса тока, с;
  • tn - время паузы, с.
  • tu + tn =T - длительность цикла сварки, с.

Для обеспечения устойчивости процесса и отбора тепловой мощности оптимальны следующие соотношения длительности импульса и паузы tu = 0,8.. .1,2 с; tn = 0,2...0,5 с. При этом доля отбора тепловой мощности, вероятно, может составлять 30...35%.

Дозирование тепловой мощности позволяет увеличить скорость сварки более чем в 1,5... 2,0 раза и улучшить качество сварного соединения благодаря уменьшению тепловложения и перегрева околошовной зоны. Одним из резервов повышения производительности электрошлаковой сварки является уменьшение зазора между свариваемыми кромками (в разумных пределах). В работе Горбачев Ю.И., Кузнецов В.А. Электрошлаковая сварка по уменьшенным зазорам как путь снижения трудо- и энергоза­трат // Сварочное производство.- 1981.- №4.- С.14-15, предложена технология электрошлаковой сварки стали ВСтЗсп толщиной 80 мм с оптимальным зазором 17... 19 мм. Дня обеспечения стабильности электрошлакового процесса силикатный флюс АН-8 был заменен фторидным флюсом АНФ-6, обладающим высокой электропроводностью и хорошими технологическими характеристиками. Высокая рафинирующая способность данного флюса повышает стойкость сварных швов к образованию трещин, которые отсутствуют даже при коэффициентах формы шва 1,4... 1,5. Указанная технология ЭШС с уменьшенными зазорами позволяет в 1,5...2 раза повысить скорость сварки и на 30- 40% сократить расход сварочных материалов и электроэнергии.

Замедленная кристаллизация Металла шва при электрошлаковой сварке предопределяет увеличение поперечных размеров первичных кристаллитов и усложнение их дендритного строения, что приводит к уменьшению плотности металла и низкому значению ударной вязкости в центре шва [Сидорук B.C., Дудко Д.А. Выбор оптимального способа электрошлаковай сварки для измельчения первичной структуры металла шва // Сварочное производство.- №8.- С.20-227].

Широко применяют способы, основанные на использовании порошкообразного присадочного материала, подаваемого в шлаковую ванну [Дудко ДА, Сидорук B.C., Горбенко Н.В. Слойно-периодная электрошлаковая сварка - новое прогрессивное направление развитая метода электрошлаковой сварки: Информационное письмо.- Киев: ИЭС им. Е.О. Патона- 1982.- №39 (1333).-4 с. / Сидорук B.C., Дудко Д.А. Выбор оптимального способа электрошлаковай сварки для измельчения первичной структуры металла шва // Сварочное производство.- №8.- С.20-22.]. Наиболее эффективным способом воздействия на скорость кристаллизации металла шва было признано увеличение скорости сварки с помощью подачи дополнительной присадки в сварочную ванну - проволоки, металлического порошка или крупки, в сочетании с сопутствующим охлаждением водой поверхности стыка при помощи формирующего ползуна [Сидорук B.C., Дудко Д.А. Выбор оптимального способа электрошлаковай сварки для измельчения первичной структуры металла шва // Сварочное производство.- №8.- С.20-22.]. В ИЭС им. Е.О. Патона разработан способ ЭШС с модуляцией тока, открывающий новые возможности управления кристаллизацией металла шва [Дудко Д. А., Сидорук B.C., Тарасевич Н.И. Выбор Способа электрошлаковой сварки для уменьшения перегрева метал­ла // Сварочное производство.-1985.- №3.- С.2-4. ].

В работе [Сидорук B.C., Дудко Д.А. Выбор оптимального способа электрошлаковай сварки для измельчения первичной структуры металла шва // Сварочное производство.- №8.- С.20-227] приведен сопоставительный анализ первичных микроструктур металла шва, полученного при электрошлаковой сварке традиционным способом без модуляции тока, с применением порошкообразного присадочного металла и новым способом с модуляцией сварочного тока. Во всех трех случаях использованы пластины из стали 15ГС толщиной 40 мм с зазором между свариваемыми кромками 25 мм.

В первом случае скорость сварки составляла - 0,4 мм/с (1,5 м/ч), во втором - 2,8 мм/с (10 м/ч), в третьем - 0,22 мм/с (0,8 м/ч). При первом случае сварки максимальная ширина первичных кристаллитов составляет 0,6-1,0 мм, во втором и третьем - 0,3...0,8 мм. Микрохимическая неоднородность металла шва наименьшая при сварке с модуляцией тока. По качеству металла шва наименее перспективным следует считать сварку с применением порошкообразного материала, наиболее перспективным - сварку с модуляцией сварочного тока.

Основным недостатком электрошлаковой сварки является перегрев металла шва и ОШЗ, вызванный длительным пребыванием (50... 60 с и более) металла при температуре интенсивного роста Зерна аустенита (1100°С и выше) [Дудко Д.А., Сидорук B.C., Тягун-Белоус Г.С.,Тарасевйч Н.И. Пути снижения тепловложения в свариваемый металл при электрошлаковой сварке толстостенных конструкций // Автоматическая сварка.-1982.- №10 - С.48-50. 3]. Для уменьшения перегрева металла применяют различные способы и приемы. Представляет интерес сравнение способов электрошлаковой сварки [Дудко Д. А., Сидорук B.C., Тарасевич Н.И. Выбор Способа электрошлаковой сварки для уменьшения перегрева металла // Сварочное производство.-1985.- №3.- С.2-4. 8]: традиционного, с непрерывной подачей электродной проволоки; усовершенствованного с уменьшенным зазором между свариваемыми кромками; повышенной скоростью сварки; присадкой порошкообразного металла и нового способа модулированным током с различной жесткостью режима (отношение длительности паузы к длительности импульса).

Методом численного эксперимента на ЭВМ определены показатели, характеризующие теплофизическую обстановку в зоне сварки: глубину металлической ванны; ширину участков ОШЗ, нагреваемых до различных температур (TLy Ts, температуры начала роста аустенитного зерна, А3, АО; градиент температур на межфазной границе - твердый-жидкий металл. Наи­более благоприятная теплофизическая обстановка получена при сварке модулированным током при tu = 20 с, tn = 50 с. Глубина металлической ванны при этом в 5 раз меньше, чем при традиционном способе ЭШС, ширина участка, нагреваемого до TL = 1510°С в 2,5 раза меньше, а до Ts= 1460°С - в 2 раза меньше.

В данном случае жесткость режима (50с/20с=2,5) считается оптимальной. Ширина различных участков ОШЗ при сварке модулированным током намного меньше по сравнению со сваркой традиционным способом и составляет соответственно: нагреваемых до 700°С - 1,2 см и 3,3 см, до 1000°С - 0,7 см и 2,1 см. Погонная энергия при сварке по первому способу составляет 2,66 кДж/см, по второму способу - 3,74 кДж/см.

кривая термического цикла при ЭШС с модуляцией сварочного тока

На рис. приведена кривая термического цикла при ЭШС с модуляцией сварочного тока.

Особенность способа электрошлаковой сварки с модуляцией тока состоит в том, что он обеспечивает, одновременно со сваркой, термообработку металла шва и ОШЗ путем термоциклирования, вызванного модуляцией сварочного тока. Градиент температур на межфазной границе, определяющий мгновенную скорость кристаллизации металла шва при данном способе наибольший по сравнению с другими приведенными в работе [Дудко Д. А., Сидорук B.C., Тарасевич Н.И. Выбор Способа электрошлаковой сварки для уменьшения перегрева металла // Сварочное производство.-1985.- №3.- С.2-4. 8]

Таким образом, из пята рассмотренных способов электрошлаковой сварки способ с модуляцией сварочного тока наиболее полно удовлетворяет требованиям снижения перегрева металла. При этом способе обеспечиваются наименьшие глубина и ширина металлической ванны, ширина ЗТВ, длительность пребывания металла при температуре выше 800°С, а также наибольший градиент температур в центре шва. При ЭШС модулированным током осуществляется автотермообработка в результате термоциклирования, вызванного модуляцией сварочного тока. Последнее также обеспечивает снижение перегрева металла при условии, если жесткость режима и глубина модуляции в пределах импульса сварочного тока максимальны. При наличии всех положительных достоинств ЭШС с модуляцией тока, нужно отметить, что ее скорость более чем в два раза меньше при оптимальных режимах, чем при сварке традиционным способом.

Оптимальные режимы термоциклирования при сварке стали 15ГС толщиной 40 мм обеспечивают высокую ударную вязкость ЗТВ при температуре ~40°С [Сидорук B.C., Дудко Д А., Горбенко Н.В., Саржевский В.А. Имитация термического цикла в зоне термического влияния при электрошлаковой сварке модулированным током //Автоматическая сварка.-1985.-№7.-С.12-15. 9]. При сварке модулированным током производится управляемое многократное (2...3 раза и более) нагрев и охлаждение металла в интервале температур, близком к межкритическому (Ась .АсзХ но не выше 1300°С. Благодаря этому уменьшается продолжительность последующей термообработки или вообще исключается необходимость ее применения.

В работе [Хакимов A.H., Дарьяваш Н.Г., Захаров В А. Устройство для модуляции тока при электрошлаковой сварке // Автоматическая сварка.- 1986 - №11- С.75-76.] приведены примеры сварки модулированным током стали 16ГС толщиной 40 мм. Ударная вязкость шва при сварке модулированным током повышается с 0,08 до 0,4 МДж/м2 (соединения после отпуска 650°С, испытанные при ~40°С). Кроме того, предложенная технология обеспечивает также экономию электрической энергии до 20...30 %. Таким образом, усовершенствование способа электрошлаковой сварки путем модуляции сварочного тока и другими приемами позволило решить частично некоторые проблемы сварки толстолистового металла, однако многие недостатки процесса: большой расход сварочных материалов, низкая скорость сварки, необходимость термообработки и др. существенно ограничивают применение этого способа.

 

Получить прайс

^ Наверх