Электрошлаковая сварка

Вариант №3

Задание№1. Нарисуйте и опишите схему строения металлического слитка. Объясните процесс образования отдельных зон.

Задание№2. Кратко опишите технологический процесс. Укажите его разновидности, оборудование, материалы, параметры режима, преимущества, недостатки и область применения. Приведите примеры практического использования процесса с указанием и расшифровкой марок стали. Дайте необходимые схемы: электрошлаковой сварки.

Задание№3. Охарактеризуйте предложенные марки сталей с указанием химического состава, качества, степени раскисления, назначения, категории, микроструктуры в равновесном состоянии, предполагаемые виды термообработки и свариваемость: Ст1кп; 65Г; 16Г2АФД; ХГС.

Задание№4. Изобразите схему автоматической сварки в среде аргона плавящимся электродом и опишите сущность процесса. Укажите особенности и достоинства сварки в среде защитных газов. Разработайте процесс сварки сосуда (рис.а,б,в) из стали 12Х18Н10Т.

 

Укажите тип соединения и форму разделки кромок под сварку. Дайте эскиз сечения с указанием  его размеров. Выберите марку и  диаметр электродной проволоки. Подберите режим сварки. Укажите  вылет электрода, род тока и полярность. По  размерам шва подсчитайте  массу наплавленного металла. Определите расход электродной проволоки с  учетом потерь: защитного газа, электроэнергии и время сварки изделия. Укажите  методы контроля качества сварного шва.

Задание№1.

Строение  металлического слитка

Кристаллы, образующиеся в  процессе первичной кристаллизации, могут иметь различную форму  в зависимости от скорости охлаждения, направления теплоотвода, а также  от содержания примесей.

Первичный древовидный кристалл называется дендритом.

Максимальная скорость роста  кристаллов наблюдается по таким  плоскостям и направлениям, которые  имеют наибольшую плотность упаковки атомов. В результате вырастают длинные  ветви, которые называются осями  первого порядка (рисунок 1). На осях первого порядка появляются и начинают расти ветви второго порядка, от которых ответвляются оси третьего порядка. В последнюю очередь идет кристаллизация в участках между осями дендрита.

1, 2 и 3 – оси  первого, второго и третьего  порядка

Рисунок. 1 – Схема строения дендрита

 

При заливке жидкого металла  в форму и последующей кристаллизации получается слиток, отдельные зоны которого отличаются микроструктурой. Схема строения металлического слитка приведена на рисунке 2.

1 – мелкозернистая  корка; 2 – столбчатые кристаллы  (дендриты); 3 – крупные равноосные  кристаллы; 4 – усадочная раковина

Рисунок 2 – Схема  строения металлического слитка

Структура литого слитка состоит из трех основных зон:

 Первая зона — наружная мелкозернистая корка 1, состоящая из неориентированных мелких кристаллов — дендритов. При первом соприкосновении со стенками изложницы (форма, куда заливают жидкий металл) в тонком прилегающем слое жидкого металла возникают большой градиент температур и явление переохлаждения, ведущее к образованию большого числа центров кристаллизации. В результате корка получает мелкозернистое строение.

Вторая зона слитка — зона столбчатых кристаллов 2. После образования самой корки условия теплоотвода меняются, градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения стали. В результате из-за небольшого числа центров кристаллизации начинают расти в направлении теплоотвода столбчатые кристаллы. С увеличением перегрева расплава в момент начала заливки происходит, как правило, расширение зоны столбчатых кристаллов.

Третья зона слитка — зона крупных равноосных кристаллов 3. В центре слитка уже нет определенной направленности отвода тепла. В результате образуется крупная равноосная структура.

Жидкий металл имеет больший  объем, чем закристаллизовавшийся, поэтому залитый в форму металл в процессе кристаллизации уменьшается  в объеме, что приводит к образованию  пустот, называемых усадочными раковинами 4. Верхнюю часть слитка с усадочной  раковиной отрезают. В слитках  небольших размеров зона 3 может отсутствовать. Кристаллизация, приводящая к стыку зон столбчатых кристаллов, называется транскристаллизацией.

Слитки сплавов, особенно высоколегированных, имеют неоднородный химический состав.

Неоднородность по химическому  составу называется ликвацией.

Ликвация может быть зональная (различная концентрация элементов  по зонам сечения слитка), гравитационная (образуется в результате разницы  в удельных весах твердой и  жидкой фазы, а также при кристаллизации несмешивающихся жидких фаз), дендритная (более тугоплавкие и чистые элементы образуют оси 1-го порядка, менее тугоплавкие  — 2-го и 3-го порядка, а самые легкоплавкие и содержащие примеси — заполняют  межосное пространство).

Возможность измельчения  кристаллического зерна в стальных слитках и улучшения свойств  стали в результате перемешивания  расплава или сотрясения изложницы  была предсказана Д. К. Черновым. При  перемешивании расплава магнитным  полем, воздействии ультразвуковых колебаний и низкочастотной вибрации на процесс кристаллизации облегчается выделение газов, более равномерно распределяются неметаллические включения по сечению слитка, значительно увеличивается плотность и улучшаются механические свойства литой стали.

На практике стараются  получить металл с мелким зерном, который  имеет, как правило, лучшие эксплуатационные свойства. Получить мелкое зерно можно, увеличивая число центров кристаллизации или уменьшая скорость их роста.

Добавки, специально вводимые в жидкий металл для получения  мелкозернистой структуры, называются модификаторами, а технологическая  операция — модифицированием.

По механизму  действия их подразделяют на модификаторы I и II рода.

К модификаторам I рода относят  такие, которые образуют в расплаве высокодисперсную взвесь. Частицы этой взвеси служат зародышами, вокруг которых  образуются и растут кристаллы. Для  металлических расплавов такими модификаторами могут быть тугоплавкие  металлы или их соединения, частицы  которых находятся во взвешенном состоянии в предкристаллизационный период. К ним относятся, например, Ti, V, В, Al, Zr, Nb и их нитриды.

В качестве модификаторов  при модифицировании алюминиевых  сплавов применяют Ti, V, Zr; стали — Al, V, Ti; чугуна — Mg, Zr.

К модификаторам II рода относят  элементы или их соединения, которые  адсорбируются на гранях зарождающихся  кристаллов и тормозят их рост. Адсорбция  не происходит на всех гранях равномерно, в результате чего происходит задержка в развитии отдельных граней кристалла, что приводит к изменению его  формы.

Кроме того, замедление скорости роста кристалла сопровождается увеличением числа центров кристаллизации, что способствует измельчению зерна.

Хорошими модификаторами стали являются Na, К, Rb, Ba, редкоземельные элементы (РЗМ). Алюминиевые сплавы (силумины) приобретают мелкозернистое строение и лучшие механические свойства (повышается пластичность) после обработки  сплава в жидком состоянии фтористым  натрием (NaF) или легкоплавким тройным  модификатором 25 % NaF + 62,5 % NaCl + 12,5 % KCl.

Процесс кристалиизации Складывается из 2х процессов: 1) зароддение мельчайших частиц, называемых центрами кристаллизации (зародышами) 2) рост кристаллов из этих зародышей При температурах, близких  к температурам кристаллизации, в  жидком металле возможно образование  микрообъемов, в которых атомы "упакованны" так же как в будущем кристалле. Такие группировки атомов в жидком металле называются фазовыми (гетерогенными) флуктуациями, которые и являются центрами кристаллизации. 

Структура слитка, определяемая различной  скоростью охлаждения, состоит из трех основных зон: мелкокристаллической поверхностной зоны, зоны – столбчатых кристаллов и зоны равноосных кристаллов, расположенных в центре слитка. Химический состав отдельных зон слитка несколько  отличается от состава жидкого сплава. Неоднородность слитка по химическому  составу называется зональной ликвацией.

В некоторых случаях (малые объемы отливок, большая скорость охлаждения и т. д.) затвердевание заканчивается  образованием столбчатых кристаллов, встречающихся по оси слитка. Это  явление называется транскристаллизацией. По линии встречи фронтов кристаллизации образуются плоскости слабины с  пониженными механическими свойствами. В процессе последующей ковки  или прокатки может произойти  разрушение слитка по плоскостям слабины. Поэтому для малопластичных металлов и стали явление транскристаллизации  нежелательно.

В последнее время для улучшения  структуры слитков при кристаллизации пользуются ультразвуком.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание№2.

Электрошлаковая сварка

Описание процесса (рис. 3). Шлаковая ванна 3 образуется в результате расплавления сварочного флюса. В течение всего процесса глубина шлаковой ванны, находящейся в зазорe между свариваемыми кромками, закрытыми с боков формирующими водоохлаждаемыми устройствами 2 (ползунами, накладками) или остающимися стальными пластинами, сохраняется, как правило, постоянной. Сварочный ток, проходя через шлаковую ванну 3 между погруженными в нее электродами (проволочными 1, пластинчатым 7 или плавящимся мундштуком 6) и металлической ванной 4, поддерживает высокую температуру и электропроводность шлака. Металлическая ванна 4, кристаллизуясь, образует сварной шов 5.

Рис. 1. Схема электрошлаковой сварки : а - проволочными электродами ; б - плавящимся мундштуком; в - электродом большого сечения; г - поперечное сечение зазора; hм, hш - глубина металлической и шлаковой ванн соответственно.

Электрошлаковая сварка применяется  при сварке прямолинейных, криволинейных  и кольцевых швов. Минимальная  толщина деталей, образующих стыковое соединение при ЭШС без технологических затруднений, находится в пределах 25—30 мм. Экономически целесообразнее использовать ЭШС при изготовлении толстостенных конструкций, а также при изготовлении конструкций из низко- и среднеуглеродистых, низко-, средне- и высоколегированных сталей, чугуна и цветных металлов (алюминия, титана). Кроме того, ЭШС применяют для наплавки различных сплавов на низкоуглеродистые и низколегированные стали.

Электрошлаковой сваркой  могут быть выполнены стыковые, угловые  и тавровые соединения с конфигурацией  шва: прямолинейной, кольцевой, переменного  сечения, переменной кривизны.

Самым распространенным и  простым с точки зрения техники  сварки является стыковое соединение. Угловые и тавровые соединения встречаются  реже, поскольку по технологическим  или конструктивным соображениям их заменяют стыковыми соединениями.

Разновидности процессов электрошлаковой сварки.

Существуют три основные разновидности электрошлаковой  сварки и наплавки: сварка проволочными электродами; плавящимся мундштуком; сварка электродами большого сечения.

Сварка проволочными электродами применяется в промышленности наиболее широко и имеет такие основные разновидности : одной, двумя, тремя электродными проволоками бeз колебаний; то же, c колебаниями (см . риc . 1, а) проволочными электродами бeз введения мундштука в зазор.

Проволочными электродами  чаще всего выполняют протяженные  или кольцевые сварные соединения металла толщиной 20...500 мм . Число  электродных проволок выбирают исходя из толщины свариваемого металла : толщиной до 50 мм обычнo сваривают одним неподвижным  электродом: если металл толщиной >50 мм, то при его сварке электроды  совершают в сварочном зазорe колебательные движения.

Сварка плавящимся мундштуком (см. рис. 1, б) - наиболее универсальный способ, которым можно сваривать детали толщиной 20 .. .3000 мм, в том числе детали, имеющие переменную толщину и криволинейную форму.

Плавящийся мундштук представляет собой набoр пластин или стержней, которыe снабжены каналами для подaчи электродной проволоки. В частнoм  случае плавящимся мундштуком может  быть толстостенная трубка с внутренним диаметром, на 1. . .2 мм превышающим диаметр  электродной проволоки. Форма плавящегося  мундштука определяется конфигурациeй  свариваемого стыка, a материал, как  правило, подобeн основному металлу  изделия или же выбирается в зависимости oт требований, предъявляемых к  химсоставу металла шва. Широкое распространениe получил мундштук c каналами для подaчи электродной проволоки в видe спиралей, навитыx из сварочной проволоки.

Электрошлаковая сварка электродами большого сечения (см. рис. 1, в) включает сварку однoй, двумя или тремя пластинами сплошногo сечения или c продольными разрезами, подключенными к общeму или отдельным источникам сварочного тока. Электроды могут подключаться к источнику питания по трехфазной или бифилярной схеме (рис. 2 и 3). Пластинчатые электроды чаще всего применяются при сварке прямолинейных швов длиной ≤1500 мм металла толщиной >30 мм. Толщина пластинчатых электродов обычно 10... 15 мм , пpи сварке алюминия и его сплавов 20.. .25 мм и при сварке металла толщиной дo 2000 мм с бифипярным подключением электродов достигает 60. .. 100 мм.

Рис. 2. Схема трехфазного  подключения электродов большого сечения  к источнику питания.

Рис. 3. Бифилярная схема подключения электродoв  к источнику питания: 1 - подвижные  электроды; 2 - неподвижные электроды ; 3 - устройство, формирующее наружную поверхность шва ; 4 - ковш со шлаком ; 5 - сифон.

Рис. 4. Схема сварки ленточными электродами: 1 - рулон ленточного электрода; 2 - подающий механизм; 3 - направляющие обоймы; 4 - изоляторы.

Электрошлаковая сварка ленточным электродом (рис. 4) близка к спосoбу сварки пластинчатым электродом. В качествe ппавящегося электрода можeт использоваться порошковая проволока, порошковая лента. Составляющая наполнение такого электрода порошковая шихта, может содержать компоненты, воздействующие на металлургические процессы (т. e. раскисление, обессеривание , легирование, модифицирование) или восполняющие расход сварочного флюса в процессе сварки.

Электрошлаковая наплавка деталей обычнo осуществляется по той жe технологии, что и сварка. Пpи этом вместо однoй из свариваемых кромок используют медную водоохлаждаемую пластину. Применяется такжe электрошлаковая наплавка плоскостей в нижнем положении, наплавка цилиндрических поверхностей.

 

Сварочные материалы и оборудование

Флюсы для электрошлаковой  сварки должны удовлетворять следующим  требованиям:

  • быстро и легко устанавливать электрошлаковый процесс в широком диапазоне напряжений и сварочных токов;
  • обеспечивать достаточное проплавление кромок основного металла и удовлетворительное формирование поверхности шва без подрезов и наплывов;
  • расплавленный флюс не должен вытекать в зазоры между кромками и формирующими шов устройствами при существующей точности сборки и отжимать ползуны от свариваемых кромок;
  • образовывать шлак, легко удаляющийся с поверхности шва;
  • способствовать предотвращению пор, неметаллических включений и горячих трещин в металле шва.

Для ЭШС применяют плавленые  флюсы. Лучшими технологическими свойствами при сварке углеродистых и низколегированных  сталей обычной прочности обладают флюсы АН-8, АН-8М, АН-22. Флюсы ФЦ-7 и  АН-348-А мало пригодны для сварки швов большой протяженности. Процесс  с применением этих флюсов характеризуется  меньшей устойчивостью при повышенных скоростях подачи электродной проволоки. Положительные результаты при сварке углеродистых сталей дает флюс АН-348-В, обладающий большей электропроводимостью и меньшей температурой плавления  по сравнению с флюсом АН-348-А. Устойчивый электрошлаковый процесс и качественные швы на таких же сталях обеспечивает флюс АН-47.

Для сварки легированных сталей повышенной прочности типа 25ХНЗМФА, 20Х2М и других применяется флюс АН-9. Легированные и высоколегированные стали сваривают под флюсом АНФ-1, АНФ-7, 48-ОФ-6. Хорошие результаты получаются при сварке коррозионностойких и  углеродистых сталей с использованием флюса АН-45.

Для начала электрошлакового процесса применяют флюс АН-25. Он электропроводен  в твердом состоянии и имеет  высокую электропроводимость в  расплавленном состоянии.

Электрошлаковую сварку и  наплавку чугуна ведут на флюсах АНФ-14 и АН-75.

Флюс перед употреблением  прокаливают в электрической  печи согласно требованиям паспорта или технических условий при 300— 700 °С в течение 1—2 ч. Толщина слоя флюса 80—100 мм.

При ЭШС электродным металлом может быть проволока, пластина, труба  и лента. Как правило, используют проволоку сплошного сечения  диаметром 3 мм, но можно применять  проволоку и других диаметров (1—2 или 5—6 мм).

Химический состав электродного металла выбирают в соответствии с основным металлом и требованиями к служебным характеристикам  металла шва. Лучшим вариантом ЭШС  считается такой, когда металл шва  и основной близки по химическому  составу и механическим свойствам. Такая однородность сварного соединения обеспечивает наилучшие условия  для изготовления сварного изделия  и его эксплуатации.

Наиболее просто это достигается  применением в качестве электродного металла пластин или стержней по химическому составу, аналогичных  основному металлу.

При сварке плавящимся мундштуком, когда мундштуки представляют собой  набор трубок из низкоуглеродистой  стали, металл шва легируют, используя  проволоку соответствующего состава.

Благодаря большой хорошо перемешивающейся ванне расплавленного металла электрошлаковую сварку возможно вести несколькими электродами, которые значительно отличаются один от другого по химическому составу, и получать металл заданного состава.

При ЭШС иногда применяют  дополнительно присадочные металлические  материалы, подаваемые в шлаковую ванну. Они расплавляются за счет теплоты  в шлаке и попадают в металлическую  ванну, участвуя в образовании шва. Дополнительное легирование металла  шва возможно через покрытие плавящегося  мундштука.

Для электрошлаковой сварки используют комплекс оборудования, включающий сварочную аппаратуру и вспомогательное  оборудование. Такой комплекс называется сварочной установкой. Установки  для ЭШС подразделяют на универсальные  и специальные. На монтаже в основном применяют универсальные установки. Для каждого способа ЭШС существуют различные установки, которые укомплектованы сварочным аппаратом и источником сварочного тока.

Особенности электрошлакового процесса.

Электрошлаковая сварка с  принудительным формированием отличается от дуговой сварки как ручной, так  и автоматической, рядом особенностей, которые необходимо учитывать и  использовать при применении этого  способа.  
При прохождении электрического тока через шлак не происходит такого интенсивного выделения газов, сопровождающегося разбрызгиванием шлака, как при дуговой сварке. При установившемся электрошлаковом процессе разбрызгивания шлака не происходит вовсе. Это позволяет вести сварку с открытой поверхностью шлаковой ванны. Подача шлака в ванну ограничивается очень небольшим количеством, равным количеству отлагающейся на поверхности шва шлаковой корки толщиной 1-1,5 мм. Это по весу составляет всего 0,2-0,3 кг на погонный метр шва, независимо от толщины металла.  
 Благодаря малому количеству расплавляемого флюса расходуемая электрическая энергия хорошо используется для плавления электрода и основного металла.  
 Вследствие интенсивного перемешивания шлака плавление кромок происходит на большем расстоянии от электрода чем это возможно при дуговой сварке.  
 Практическими следствиями этих особенностей являются: малый расход шлака, составляющий в среднем, с учетом потерь на рассыпание, 5% от веса наплавленного металла, т.е. в 20 раз меньший, чем при дуговой сварке под флюсом, и малый расход электрической энергии на 1 кг наплавленного металла, в 1,5-2 раза меньший, чем при дуговой сварке под флюсом и в 4 раза меньший, при сварке открытой дугой. Ещё более важным практическим результатом этих особенностей является возможность осуществления однопроходной сварки металла толщиной до 150-200 мм на один электрод, а при большем количестве электродов – практически неограниченной толщины. Именно это свойство открывает самые широкие перспективы применения электрошлаковой сварки в промышленности, в первую очередь в тяжёлом машиностроении.  
 Из других особенностей электрошлаковой сварки наибольшее значение имеют следующие. 
 Вследствие сравнительно малого расхода флюса и, следовательно, незначительного пополнения шлаковой ванны новыми порциями флюса, обеспечивается более постоянный, чем при дуговой сварке, химический состав металла шва.  
 Благодаря вертикальному положению оси шва значительно облегчается всплывание газовых пузырей и частиц шлака и удаление их из металла. Улучшается заполнение металлом междендритных пустот. Если газовый пузырёк или неметаллическое включение задержится на границе металл – шлак, то они будут перемещаться вместе с этой границей, тогда как при сварке в нижнем положении они были бы захвачены кристаллизующимися металлом. Поэтому склонность к образованию пор и других неплотностей при электрошлаковой сварке во много раз ниже, чем при дуговой сварке в нижнем положении; меньше чувствительностьк влажности шлака, ржавчине и загрязнении кромок.  
 Вследствие благоприятного направления роста кристаллов в швах, выполненных электрошлаковым способом в вертикальном положении, отсутствует так называемая зона слабины, наблюдаемая в швах большого сечения, сваренных в нижнем положении. Это же обстоятельство значительно снижает склонность швов к образованию кристаллизационных трещин. Температурные условия для околошовной зоны также благоприятны, что как большой погонной энергией по сравнению с отдельным слоем многослойной сварки, так и предварительным, создаваемым шлаковой ванной. Нагрев кромок начинается на уровне поверхности шлаковой ванны, а плавится они начинают в непосредственной близости от металлической ванны. Между началом подогрева кромок основного металла и их плавлением проходит 2-3 и более минут, вследствие чего снижается как скорость нагрева, так и скорость последующего охлаждения.  
 Электрошлаковая сварка всегда производится в один проход, поэтому линейная скорость сварки толстого металла значительно ниже, чем при дуговой многослойной сварке. Благодаря этому скорости нагрева и последующего охлаждения околошовной зоны очень малы, а склонность к образованию околошовных трещин при сварке закаливающихся сталей сравнительно невелика.  
 Поскольку электрошлаковая сварка производится в один проход, полностью ликвидируется наиболее распространённый дефект многослойной сварки – шлаковые макроскопические включения. Они могут появляться только при грубом нарушении технологии сварки.  
 Сварка металла любой толщины производится без разделки кромок. Кромки, подлежащие сварке, не имеют фасок: они собираются с зазором, образующим своего рода разделку кромок. Это в несколько раз уменьшает трудоёмкость и стоимость подготовки кромок под сварку.  
 Благодаря симметричности разделки и положения в ней электродов при электрошлаковой сварке, как правило, отсутствуют угловые деформации. Они могут возникать только при сварке некоторых специальных типов сварных соединений. При толщине свариваемого металла меньше 40-50 мм трудоёмкость и стоимость сварных соединений при электрошлаковой сварке больше, чем при дуговой сварке под флюсом. Однако с ростом толщины производительность и экономичность электрошлаковой сварки быстро растут и при толщинах свыше 100 мм бывают во много раз выше, чем при дуговой сварке.

 

 

 

Преимущества  и недостатки электрошлаковой сварки

Электрошлаковая сварка имеет  следующие технико-экономические достоинства:

  • высокую устойчивость процесса, мало зависящую от рода тока, и нечувствительность (благодаря тепловой энергии шлаковой ванны) к кратковременным изменениям тока и даже его прерыванию;
  • электрошлаковый процесс устойчив при плотностях тока 0,2—300 А/мм2 и возможен при использовании проволочных электродов диаметром 1,6 мм и менее и пластинчатых электродов сечением 400 мм2 и более;
  • высокую производительность. По скорости плавления присадочного металла электрошлаковая сварка вне конкуренции. Она позволяет допускать нагрузку на электрод до 10 000 А;
  • высокую экономичность процесса. На плавление равных количеств электродного металла при ЭШС затрачивается на 15—20% меньше электроэнергии, чем при дуговой сварке. Расход флюса меньше, чем при дуговой сварке, в 10—20 раз и составляет около 5% расхода электродной проволоки;
  • отсутствие необходимости в специальной подготовке кромок свариваемых деталей и малую чувствительность их к качеству обработки;
  • высокое качество защиты сварочной ванны от воздуха;
  • недефицитность и сравнительно низкую стоимость сварочных материалов;
  • возможность получения за один проход сварных соединений теоретически любой толщины.

Недостатками  электрошлаковой сварки являются:

  • производство сварки только в вертикальном или в близком к вертикальному положению (отклонение от вертикали не более 30°) свариваемых плоскостей;
  • недопустимость остановки электрошлакового процесса до окончания сварки. В случае вынужденной остановки в сварном шве возникает дефект. В таком случае сварной шов подвергают ремонту или полностью удаляют и вновь заваривают;
  • крупнозернистая структура в металле шва и зоне термического влияния и связанная с этим низкая ударная вязкость металла сварного соединения при отрицательных температурах;
  • необходимость изготовления и установки перед сваркой технологических деталей (планки, «стартовые карманы», формирующие устройства и др.).

Область применения.

Важнейшей проблемой современного машиностроения является экономное  использование металлов, снижение металлоёмкости конструкций, повышение их надёжности и долговечности. Известно, что в  сварных машиностроительных конструкциях затраты на материалы превышают 50%. Поэтому наибольший народнохозяйственный эффект от внедрения мероприятий, способствующих экономии металла, реализуется в  таких отраслях машиностроения, производящих крупногабаритное толстостенное оборудование, как газо-нефтехимическая и энергетическая.  
 Первоначальным назначением электрошлакового процесса была сварка вертикальных монтажных швов изделий, швы которых нельзя поставить в удобное для дуговой сварки нижнее положение.  
 Однако высокая эффективность электрошлакового процесса вывела его за пределы монтажной сварки, сделав его основным способом сварки металла большой толщины, а затем и за пределы собственно сварочного производства. Сейчас электрошлаковый процесс применяется не только при сварке и наплавке, но также для получения отливок и слитков специального назначения и для уплотнения обычных слитков и отливок.  
 Электрошлаковая сварка применяется в производстве барабанов паровых котлов и других сосудов высокого давления, где уже полностью вытеснила применявшуюся ранее многослойную автоматическую сварку, при изготовлении станин крупных механических прессов, траверс, архитравов и цилиндров гидравлических прессов, валов крупных гидротурбин и гидрогенераторов, станин прокатных станов, судовых корпусов, ахтерштевней, форштевней и других судовых деталей, корпусов крупных электромашин, паровозных и тепловозных рам, стоек мартеновских печей, коленчатых валов, крупных фланцев и многих других деталей. Широкое распространение получила электрошлаковая сварка стыков арматуры. Несмотря на сравнительно небольшое сечение сварных соединений, этот способ оказался эффективнее других.  
 В ряде случаев применение сварных конструкций позволяет сэкономить большое количество металла. Так для сварных валов Варваринской ГЭС развес слитков составил 59 т вместо 100 т для цельнокованых; сварная станина механического ковочно-штамповочного пресса давлением 4000 т весит на 24 т меньше чем в литом варианте. С применением сварки при изготовлении стоек мартеновских печей на Днепропетровском заводе металлоконструкций получена большая экономия толстого проката за счёт ликвидации отходов.  
Значение электрошлаковой сварки не исчерпывается её экономическим эффектом. Широкое её применение коренным образом изменяет характер развития тяжёлого машиностроения. Факторами, ограничивающими размеры элементов, могут быть: мощность кузнечно-прессового оборудования, размеры нагревательных и термических печей, размеры металлообрабатывающих станков. Отдельно следует рассмотреть ограничения, вносимые трудностями перевозки негабаритных грузов на место их монтажа. 
 Рост размеров и веса элементов может происходить только на основе пропорционального роста перечисленных выше производственных мощностей. Однако с применением электрошлаковой сварки такая пропорциональность может сохраняться не во всех случаях.  
 В первую очередь отпадает необходимость роста мощностей, связанных с ростом развеса слитка, поскольку электрошлаковая сварка позволяет сваривать между собой отливки в блоки любых размеров и почти любой формы.           

Электрошлаковая сварка, в  большинстве случаев, даёт возможность  соединять поковки так, чтобы  в случае надобности обойтись сравнительно лёгкими прессами.  
 В настоящее время электрошлаковая сварка позволяет изготовить на заводах со сравнительно маломощным станочным и кузнечно-прессовым оборудованием заготовки любых размеров. Дальнейший рост размеров отдельных деталей ограничен возможностью транспортировки.  
 Большие возможности открываются для применения электрошлакового процесса при наплавочных работах. Электрошлаковая наплавка может успешно выполняться электродами большого сечения, например при изготовлении биметаллических изделий, при облицовке рабочих поверхностей толстостенных сосудов и т.д. Чаще всего наплавляемые поверхности располагают вертикально или наклонно: в этом случае электрошлаковый процесс ведётся также, как и при сварке.  
 Электрошлаковым способом успешно свариваются стали различных классов и марок. Наряду с мало- и среднеуглеродистыми сталями удаётся сваривать ферритные нержавеющие стали, хромоникелевые аустенитные стали, жаропрочные сплавы на никелевой основе, сваривают титан и его сплавы. Помимо прямолинейных и кольцевых швов большой протяжённости, можно сваривать короткие швы толстого металла. При сварке вертикальных монтажных швов электрошлаковая сварка может оказаться выгоднее ручной сварки уже при толщине металла 16-20 мм.  
 Целесообразность применения данного вида сварки во многом зависит от количества швов, подлежащих сварке. Чем оно больше, тем ниже предел толщины, с которого выгодно применять электрошлаковую сварку. 

 

Ст1кп:

1. Общие название стали  – углеродистая сталь;

2. Химический состав:

C – 0,12%

Si – 0,05%

Mn – 0,5%

S – до 0,05%

P – до 0,04%

3. Качество – обыкновенного  качества;

4. Степень раскисления  – кипящая;

5. Назначение – конструкционная;

6. Микроструктура – феррит + перлит;

7. Виды обработки –  отжиг и нормализация;

8. Свариваемость:

Сэкв.= С + =  0,12 + = 0,16%

Выполняется условие 0,16%≤0,25%, значит данная сталь хорошо свариваемая.

 

65Г:

1. Общие название стали  – рессорно-пружинная сталь (легированная);

2. Химический состав:

C – 0,65%

Si – 0,3%

Mn – 1%

3. Качество – качественная  сталь;

4. Степень раскисления  – спокойная;

5. Назначение – рессорно-пружинная ( для изготовления хозяйственных ножей, тормозных дисков, рессор и пружин);

6. Микроструктура – феррит + перлит;

7. Виды обработки –  закалка + отпуск;

8. Свариваемость:

Сэкв.= С + = 0,65 + = 0,78%

Так как в этой стали  Сэкв.> 0,45%, то эта сталь плохо свариваемая.

16Г2АФД:

1. Общие название стали  – низколегированная;

2. Химический состав:

C – 0,16%

Mn – 1,5%

N2 – 2%

Va – 1,5%

Cu – 1,5%

3. Качество – качественная  сталь;

4. Степень раскисления  – спокойная;

5. Назначение – спокойная;

6. Микроструктура – феррит + перлит;

7. Виды обработки –  нормализация;

8. Свариваемость:

Сэкв.= С + = 0,16 + = 0,74%

Так как в этой стали  Сэкв.> 0,45%, то эта сталь плохо свариваемая и относится к IV группе свариваемости.

ХГС:

1. Общие название стали  – инструментальная (легированная);

2. Химический состав:

C – 1%

Si – 1,5%

Mn – 1,5%

Cr – 1,5%

3. Качество – высококачественная сталь;

4. Степень раскисления  – спокойная;

5. Назначение конструкционная;

6. Микроструктура – цементит + перлит;

7. Виды обработки –  закалка + отпуск;

8. Свариваемость:

Сэкв.= С + = 1 + = 1,37%

Так как в этой стали  Сэкв.> 0,45%, то эта сталь плохо свариваемая и относится к IV группе свариваемости. Перед сваркой требует отжига; варится только в нагретом состоянии, после сварки требует медленного охлаждения.

Задание №4

Механизированная  сварка  -  это способ, за которым применяют вместо искусственного электрода бесконечный провод, который сматывается из барабана специальным подавальним механизмом (рис.1).


 

 

 

 

Рис.1. Схема  механизированного способа сварки. 1-источник тока;2-контактор; 3 - регулятор  тока; 4 - амперметр; 5-вольтметр; 6 - подавальний  механизм; 7- сварочный провод; 8 - барабан (катушка); 9 - сварочная горелка; 10-редуктор газовый;  11-газовый баллон.

Этот вид сварки распространен  в строительстве и строительной индустрии. Его преимуществами является:

      • доступность для выполнения коротких и криволинейных швов,
      • высокая производительность,
      • маневренность,
      • возможность выполнять швы в разных пространственных положениях, 
      • возможность следить за дугой в процессе сварки.
Электрошлаковая сварка