Электрошлаковая сварка: Понимание основ | MachineMFG

Электрошлаковая сварка: Понимание основ

0
(0)

Электрошлаковая сварка использует тепло сопротивления, возникающее при прохождении тока через шлак, в качестве источника тепла для расплавления присадочного и основного металла, который затем застывает, образуя прочно связанную структуру между атомами металла.

Приступая к процессу сварки, замкните сварочную проволоку на сварочную канавку и постоянно добавляйте небольшое количество твердого флюса.

Используйте тепло электрической дуги, чтобы расплавить его и образовать жидкий шлак.

Когда шлак достигнет определенной глубины, увеличьте скорость подачи проволоки и уменьшите напряжение, чтобы проволока вошла в шлаковую ванну и дуга погасла, тем самым перейдя в процесс электрошлаковой сварки.

Электрошлаковая сварка В основном включает электрошлаковую сварку плавящимся соплом, электрошлаковую сварку неплавящимся соплом, электрошлаковую сварку проволочным электродом, электрошлаковую сварку пластинчатым электродом и т.д.

Его недостаток заключается в том, что потребляемое тепло велико, соединение долгое время находится при высоких температурах, а зона вблизи шва подвержена перегреву, что приводит к образованию крупнокристаллических литых структур в металле шва, низкой ударной вязкости и, как правило, требует послесварочного отжига и закалка термическая обработка.

Схема электрошлаковой сварки

Опорная плита: Он используется для вытяжки из заготовки той части металла шва, которая образует шлаковую ванну и часто приводит к образованию усадочных отверстий и трещин после прекращения сварки.

Стартовая канавка: Помимо формирования шлака, он также используется для того, чтобы оставить внутри стартовой канавки нестабильную, с низкой температурой и склонную к образованию несплавленных дефектов часть начала электродугового процесса.

После сварки опорная пластина и стартовый паз удаляются.

Оборудование для электрошлаковой сварки

  • Электропитание
  • Механизм подачи проволоки
  • Подъемный механизм
  • Механизм поворота
  • Формовочный ползунок

Процесс электрошлаковой сварки характеризуется следующими особенностями:

  • Это механический метод сварки, и его сварные соединения в основном представляют собой I-образные канавки, расположенные в вертикальном или почти вертикальном положении на оси сварного шва.
  • За исключением окружных швов, заготовка фиксируется во время сварки.
  • Как только сварка началась, она должна продолжаться до конца, без перерывов между ними.
  • Процесс затвердевания сварного соединения идет снизу вверх. Над затвердевшим металлом шва всегда находится расплавленный металл, который покрыт высокотемпературным расплавленным шлаком.
  • Дуги нет, и процесс сварки устойчив и не разбрызгивается.
  • Обладает высокой скоростью осаждения, что позволяет сваривать за один проход очень толстые секции.

В сравнении с другими синтезаторами методы сваркиЭлектрошлаковая сварка имеет следующие преимущества:

(1) Он может сваривать очень толстые заготовки за один раз, повышая тем самым производительность сварки.

(2) Толстые заготовки не нужно обрабатывать пазами, если между ними есть определенный монтажный зазор, что позволяет сэкономить много присадочного металла и времени на обработку.

(3) Из-за вертикального положения сварки на поверхности расплава металла всегда имеется высокотемпературная шлаковая ванна определенного объема, что облегчает осаждение газа и примесей в ванне расплава.

Поэтому вероятность появления таких дефектов, как поры и шлаковые включения, обычно ниже.

Кроме того, из-за низкой скорости сварки и более слабой концентрации источника тепла по сравнению с дуговая сваркаПри этом скорость нагрева и охлаждения околошовной зоны ниже.

Это снижает вероятность появления закалочных трещин в околошовной зоне для легко закаливаемых марок стали. Предварительный нагрев не требуется, если сварка углеродистой стали и низколегированной стали.

(4) Поскольку глубину проплавления основного металла относительно легко регулировать и контролировать, соотношение присадочного и основного металла в металле шва можно регулировать в широком диапазоне.

Это особенно важно для регулирования химического состава металла шва и уменьшения вредных примесей.

Из-за особенностей источника тепла и низкой скорости сварки электрошлаковая сварка имеет свои недостатки:

Металл шва и околошовная зона остаются при высоких температурах (выше 1000℃) в течение длительного времени, что чревато образованием крупного зерна, перегревом структуры и снижением ударной вязкости сварного соединения.

Поэтому отжиг после сварки или закалка термическая обработка как правило, требуется для некоторых марок стали, что относительно сложно для крупных заготовок.

Необходимо повысить ударную вязкость сварного соединения в состоянии сварки электрошлаковой сваркой.

2. Классификация электрошлаковой сварки

Существует три типа методов электрошлаковой сварки в зависимости от формы электрода:

1. Проволочный электрод Электрошлаковая сварка

Принципиальная схема электрошлаковой сварки проволочным электродом

1 - Направляющая шина
2 - Головка сварочного аппарата
3 - Сварка
4 - Электрические форсунки
5 - Резервуар для шлака
6 - Бассейн для расплава металла
7 - Формовочный ползун с водяным охлаждением

2. Сопловой электрод Электрошлаковая сварка

Схема электрошлаковой сварки плавящимся соплом
  1. Электропитание
  2. Выводная пластина
  3. Сварочная проволока
  4. Насадка стальная труба
  5. Держатель контактного наконечника
  6. Изоляционный блок
  7. Заготовка
  8. Насадка стальная пластина
  9. Формовочный ползун с водяным охлаждением
  10. Шлаковый бассейн
  11. Бассейн с расплавленным металлом
  12. Сварной шов
  13. Стартовая канавка.
Схема электрошлаковой сварки трубчатым электродом
  1. Сварочная проволока
  2. Подающий ролик
  3. Держатель электродов
  4. Электродная стальная труба
  5. Электродное покрытие
  6. Заготовка
  7. Формовочный ползун с водяным охлаждением.

3. Пластинчатый электрод Электрошлаковая сварка

Схема электрошлаковой сварки пластинчатым электродом
  1. Сварное соединение
  2. Пластинчатый электрод
  3. Формовочное устройство
  4. Источник питания.

3. Область применения электрошлаковой сварки

1. Свариваемые металлы

Электрошлаковая сварка используется в основном для сварки стали или сплавов на основе железа.

Низкоуглеродистая и среднеуглеродистая сталь легко поддается сварке. Благодаря медленному охлаждению он также подходит для сварки высокоуглеродистой стали и чугуна.

При соблюдении соответствующих мер можно сваривать низколегированную сталь, нержавеющую сталь и сплавы на основе никеля.

2. Свариваемая толщина

Как правило, рекомендуется сваривать листы толщиной от 30 мм и более.

Как правило, целесообразно сваривать листы толщиной более 30 мм, в то время как листы толщиной менее 30 мм не так экономичны, как сварка под флюсом и газоэлектрическая сварка. вертикальная сварка.

Хотя верхнего предела толщины электрошлаковой сварки не существует, из-за ограничений оборудования электрошлаковая сварка проволочным электродом обычно позволяет сваривать листы толщиной до 400 мм.

Для больших толщин можно использовать электрошлаковую сварку пластинчатым электродом и электрошлаковую сварку плавящимся соплом, при этом толщина может достигать 1 м.

3. Сварные соединения

Стыковые соединения между пластинами одинаковой толщины - самые простые в сварке и наиболее часто используемые. Далее следуют Т-образные, угловые и крестообразные соединения.

4. Свариваемые конструкции

Наиболее распространенной конструкцией является толстолистовая, за ней следуют конструкции большого сечения, цилиндрические конструкции и конструкции переменного сечения (включая конструкции с изогнутыми или криволинейными поверхностями сварных швов).

Эти конструкции часто встречаются в таких промышленных отраслях, как машиностроение, тяжелое оборудование, котлы, работающие под давлением, корабли и высотные здания.

4. Сварочные материалы для электрошлаковой сварки

1. Сварочный флюс

Функции: Плавится в шлак для преобразования электрической энергии в тепловую:

(1) Плавит наполнительный металл и основной металл;

(2) Предварительный нагрев свариваемой детали;

(3) Увеличивает время существования расплавленной ванны и замедляет охлаждение сварной детали;

(4) Отсутствие эффекта легирования.

Требования к Сварочный флюс:

(1) Он должен быть способен легко и быстро образовывать шлак. Шлак должен обладать соответствующей проводимостью, но не слишком высокой, иначе он увеличит отвод тока вокруг сварочной проволоки, ослабит конвекционный эффект потока жидкости в высокотемпературной зоне и приведет к уменьшению ширины расплава или даже к неполному проплавлению.

(2) Жидкий шлак должен иметь соответствующую вязкость. При слишком высокой вязкости легко образуются шлаковые включения и подрезы в свариваемом металле. При слишком низкой вязкости шлак легко вытекает из зазора между заготовкой и опорной плитой, что может привести к прерыванию сварки.

2. Материал электрода

В процессе электрошлаковой сварки легирование металла шва обычно происходит не за счет флюса, а в основном за счет изменения состава сплава материал электрода для контроля химического состава и механических свойств металла сварного шва.

При выборе электрода для электрошлаковой сварки следует учитывать эффект разбавления основного металла в сварном шве.

Когда сварка углеродистой стали и низколегированной стали:

(1) Необходимо контролировать содержание серы и фосфора в материале электрода.

(2) The содержание углерода электрода, как правило, должна быть ниже, чем у основного металла, обычно контролируется на уровне около 0,10% Вт(C).

(3) Возникающее при этом снижение механических свойств сварного шва может быть компенсировано увеличением содержания марганца, кремния и др. элементы сплава.

Таблица для выбора широко используемых проволок для электрошлаковой сварки стальных материалов.

РазнообразиеМарка сталиСварочная проволока
Стальной листQ235A
Q235B
 Q235C
 Q235D
H08A
 H08MnA
20g
 22g
25g
Q345 (16Mn)
Q295 (09Mn2)
H08Mn2Si
H10MnSi
H10Mn2
H08MnMoA
Q390
(15Mnv, 15MnTi, 16MnNb)
H08Mn2MoVA
Q420
(15MnVN, 14MnVTiRE)
H10Mn2MoVA
14MnMoV
 14MnMoVN
15MnMoVN
 18MnMoNb
H10Mn2MoVA
H10MdNiMo
Литые и кованые детали15
20
25
35
H10h4n2
H10MnSj
20MnMo
20MnV
H10Mn2
H10MnSi
20MnSiH10MnSi

Основные требования к электрошлаковой сварке для сварочная мощность поставки следующие:

1. Поддерживать стабильный электродуговой процесс.

В процессе сварки не должно возникать дугового разряда или смешанного процесса шлака и дуги, иначе нормальные параметры сварочного процесса будут нарушены.

Источник питания для электрической дуги должен быть выбран с плоскими характеристиками (низкое напряжение холостого хода и малая индуктивность).

2. Поддерживать стабильную сварочный ток и напряжение.

При электрошлаковой сварке сварочная проволока подается с постоянной скоростью, а характеристики ток-напряжение в шлаковой ванне представляют собой восходящие кривые.

Поэтому при изменении напряжения в сети и скорости подачи проволоки сварочный ток и напряжение Изменения, вызванные плоской характеристикой сварочного источника питания, малы, а эффект саморегулирования силен.

3. Электрошлаковая сварка требует достаточной мощности, низкого напряжения холостого хода, а также источника сварочного тока с плоской характеристикой.

Для электрошлаковой сварки обычно используются источники переменного тока таких моделей, как BP1-3×1000 и BP1-3×3000 (трансформаторы для дуговой сварки с плоскими характеристиками). Если в наличии нет источника сварочного тока с плоскими характеристиками, можно использовать источник питания для дуговой сварки с понижающими характеристиками также может быть временно использован в качестве заменителя.

Электрошлаковая сварка:

(1) Процесс дуги: Сначала между сварочной проволокой и электродной пластиной возникает дуга. Тепло дуги расплавляет сварочный флюс вокруг дуги. Когда жидкий шлак достигает определенной глубины, скорость подачи проволоки увеличивается, а напряжение дуги снижается, чтобы ввести сварочную проволоку в расплавленную ванну. Дуга гаснет, и начинается следующий процесс.

(2) Шлаковый процесс: Когда ток проходит через шлаковый бассейн к изделию, сварочная проволока и изделие расплавляются под действием тепла сопротивления, создаваемого шлаковым бассейном. Расплавленный металл оседает на дно шлаковой ванны, поскольку его вес превышает плотность шлака, образуя расплавленную ванну. По мере того как электрод продолжает плавиться и подаваться, расплавленный бассейн и шлаковый бассейн продолжают подниматься. Остывший и затвердевший металл на дне расплавленного бассейна вдали от источника тепла образует сварной шов.

5. Металлургические характеристики:

1. Газы и шлак в расплавленном бассейне легко осаждаются, поэтому образование пор или шлаковых включений затруднено.

2. Металлургическая реакция достаточна, а химический состав сварного шва однороден.

3. Он может уменьшить склонность сварного шва к закаливанию и предотвратить холодные трещинычто особенно полезно для средне- и высокоуглеродистой стали.

4. Зона термического влияния широкая, размер зерна крупный, показатель вязкости снижается. Сварной шов имеет зигзагообразный характер кристаллизации, образуя угол спая φ. Чем больше угол φ, тем больше тенденция к образованию сегрегации и включений в середине сварного шва, что приводит к появлению трещин. Чтобы предотвратить это, необходимо увеличить коэффициент формирования (ψ=B/H), тем самым уменьшив угол стыка φ.

Схематическое изображение коэффициента формы, угла пересечения и сегрегации центра

a) Форм-фактор ψ = 0,8, большой угол пересечения Φ, сильная сегрегация в центре.
b) Коэффициент формы ψ = 3,0, малый угол пересечения Φ.

5. Имеет хорошую защиту от расплавленного металла.

6. Он может одновременно сваривать большие и толстые заготовки без снятия фасок, и это преимущество становится все более очевидным по мере увеличения толщины.

7. Низкая стоимость.

8. Коэффициент плавления небольшой, обычно 10-20%, и состав шва можно легко регулировать с помощью сварочной проволоки.

9. Предварительный нагрев не требуется, но послесварочная термообработка необходима для повышения вязкости (обычно отжиг или закалка).

10. Шлаковый бассейн обладает большой теплоемкостью и не чувствителен к кратковременным изменениям тока.

6. Распространенные дефекты и методы их устранения для соединений, полученных электрошлаковой сваркой

Трещины:

Горячие трещины в центре сварное соединение интерфейс.

Конец шва: трещины при застывании (уменьшите скорость подачи проволоки и локально нагрейте нижнюю часть).

Зона термического влияния: холодные трещины (предварительный нагрев, последующий нагрев);

Пористость: H2; CO

Включение шлака: изменение спецификации или нестабильный процесс производства электрошлака.

Неполное проникновение: нестабильный процесс производства электрошлака или несоответствующие параметры спецификации.

Широкая зона термического влияния с крупным размером зерна: можно проводить послесварочную нормализацию и отпускную термообработку, а также такие меры, как уменьшение зазора, добавление присадочного металла и увеличение скорости сварки.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх