5.5. Электрошлаковая сварка и наплавка

Главная особенность электрошлаковой сварки (наплавки) заключается в том, что сварочная цепь электрического тока проходит по электроду, жидкому шлаку и основному металлу, обеспечивая расплавление основного и присадочных материалов. Ванна расплавленного шлака, имея меньшую, чем у расплавленного металла, плотность, постоянно находится в верхней части расплава. Этим самым исключается доступ и воздействие окружающей среды на жидкий металл. Кроме того, капли присадочного металла, проходя через шлак, очищаются от вредных примесей и легируются (в случае наличия в шлаке необходимых легирующих компонентов).

Сущность электрошлаковой сварки (наплавки) (рис. 5.5) заключается в следующем.

Рис.5.5 Схема электрошлаковой наплавки

В полость, образованную наплавляемой поверхностью 1 и водоохлаждаемым кристаллизатором 2, подается присадочный материал 3. Ток, проходя между электродом и наплавленным металлом 4 через жидкий шлак 5, поддерживает в нем высокую (до 2000 ° С) температуру и электропроводность. Шлак расплавляет подаваемый в него присадочный материал и оплавляет кромки поверхности изделия. Расплавленный металл опускается на дно шлаковой ванны и, кристаллизуясь, образует наплавленную поверхность.

В качестве присадочного материала в практике используются один или несколько электродов из сварочной проволоки, пластинчатые электроды большого сечения, плавящиеся мундштуки. Наиболее часто находит применение проволока диаметром 3 мм, но можно использовать проволоку и других диаметров.

Химический состав электродного металла выбирается в соответствии с составом основного металла. Лучшим вариантом считается такой, при котором металл шва и металл наплавляемого изделия близки по химическому составу и механическим свойствам.

Иногда при сварке в шлаковую ванну подаются легирующие компоненты или используется флюс, содержащий такие компоненты.

При сварке применяются в основном плавленые флюсы. Лучшими технологическими свойствами для сварки углеродистых и низколегированных сталей обладают следующие марки флюсов АН-8, АН-8М, АН-22. Хорошие результаты при сварке углеродистых сталей дают флюсы марок АН-348В и АН-47.

Для сварки легированных сталей повышенной прочности типа 25ХН3МФА, 20Х2М и других используется флюс марки АН-9. Легированные и высоколегированные стали свариваются под флюсом марок АНФ-1, АНФ-7, 48-ОФ-6. Хорошие результаты при сварке коррозионно-стойких и углеродистых сталей получаются при использовании флюса марки АН-45.

Электрошлаковая сварка и наплавка чугуна ведется на флюсах марок АНФ-14, АН- 75.

Флюс перед использованием прокаливается при температуре 300–700 ° С в течение 1–2 часов.

Наплавленный металл при электрошлаковой сварке формируется с помощью водоохлаждаемых кристаллизаторов или медных подкладок.

Часто используются замковые соединения.

Рассматриваемый способ сварки (наплавки) обладает целым рядом достоинств:

- высокой устойчивостью процесса (мало зависящей от рода тока) и нечувствительностью к кратковременным изменениям тока и даже его прерыванию;

- высокой производительностью;

- значительной экономичностью процесса (на плавление равного количества электродного металла электроэнергии затрачивается на 15–20% меньше, чем при дуговой сварке);

- исключением необходимости подготовки свариваемой или наплавляемой поверхности;

- высокой защитой сварочной ванны от воздуха;

- возможностью получения за один проход наплавленной поверхности теоретически любой толщины;

- возможностью наплавки без особых затруднений из чугуна, цветных металлов и сплавов и других трудносвариваемых материалов.

К недостаткам следует отнести:

- возможность формирования наплавленных поверхностей только в вертикальном положении;

- недопустимость прерывания процесса до окончании сварки;

- необходимость изготовления технологической оснастки, формирующей шов;

- крупнозернистую структуру металла шва и зоны термического влияния.

В качестве источников питания при электрошлаковой сварке используются трансформаторы (ТШС-1000-1, ТШС-1000-3, ТШС-3000-1, ТШС-3000-3, ТШС-10000-1 и другие), преобразователи (ПГС-500, ПСМ-1000, ПС-1000), выпрямители (ВС-600, ВС- 1000, ВКСМ-1000-1, ВДМ-3001, ВДМ1601, ВМГ-5000 и другие). Характеристики аппаратов и источников питания приведены в табл. 8 приложения.