Электрошлаковая сварка

 Электродная сварка, получившая широкое распространение благодаря своей относительной простоте, не всегда способна обеспечить стабильное качество структуры сварного шва. Между тем, при изготовлении некоторых видов продукции именно эта характеристика имеет важное значение. Для того чтобы устранить существующий технологический недостаток, была разработана методика электрошлаковой сварки. Сокращённо её называют ЭШС.

Зри в корень

Сущность процесса заключается в том, что в подготовленный зазор между соединяемыми деталями помещают специальный химический состав – сварочный флюс, на который воздействуют с помощью электрической дуги. В результате нагрева флюс расплавляется, превращаясь в шлак, который защищает зону обработки от воздействия атмосферного воздуха. При использовании этой технологии расплавленный металл остывает медленно, что создаёт благоприятные условия для формирования качественной структуры соединительного шва. Понять, что такое электрошлаковая сварка, посмотрев видео, довольно сложно. Ведь в этом случае зрители получают представление лишь о внешней стороне процесса.

Общие принципы

Понять сущность электрошлаковой сварки проще, если рассмотреть этот процесс в упрощённом виде. Всё происходит следующим образом:

• Соединяемые детали устанавливают с некоторым зазором, величина которого варьируется в зависимости от размеров изделия, химического состава материала и параметров сварочного тока. В этот зазор помещают химическое вещество, именуемое флюсом, к которому подводят электрод.
• Подаваемый на электрод ток проходит через флюс, состав которого может быть различен. В результате нагрева образуется так называемая шлаковая ванна, внутри которой и поддерживается необходимая для расплавления металла температура. Более лёгкий, чем металл, шлак всегда находится сверху, блокируя поступление атмосферного воздуха к зоне формирования шва и увеличивая время остывания расплавленного металла.
• Чтобы удержать расплавленные материалы от вытекания, зону обработки ограждают охлаждаемыми водой подвижными ползунами, изготовленными из меди. В некоторых случаях допускается использование остающихся на уже готовой детали ограждающих пластин.

Особый подход

Оборудование для электрошлаковой сварки имеет свои особенности. В частности, для удобства выполнения работ принято использовать не цилиндрические, а плоские или ленточные электроды. Для оптимизации рабочего процесса и достижения заданных характеристик сварного шва используются флюсы различного состава.

• АН-348А. Отличающийся повышенным содержанием трёхвалентного железа, он относится к высококремнистым марганцевым составам и хорошо подходит для соединения нелегированных или низколегированных сталей.
• ФЦ-7. Близкий по характеристикам и условиям применения с АН-348А он обеспечивает лучшую стабильность процесса в шлаковых ваннах малой глубины.
• Флюсы АН-8, ФЦ-21, АН-22 относятся к группе низкокремнистых марганцевых смесей. Для теплоустойчивых сталей перлитного класса лучше подходит ФЦ-21, для углеродистых и низколегированных – АН-8, а для среднелегированных – АН-22.
• Для сварки легированных сталей хорошо подходят низкокремнистые безмарганцевые составы, имеющие маркировку АН-9 и АН-25, пришедшие на смену разработанному ещё перед началом Второй мировой войны флюсу АН-2. Именно благодаря последнему крепко соединялись листы брони отечественных танков.
• Также стоит упомянуть составы, относящиеся к группе фторидных. С помощью АНФ-5 изготавливают детали из нержавеющей стали, а использование АНФ-14 оправданно в том случае, когда идёт речь о сварке или наплавке чугуна.

Разумеется, это далеко не полный перечень флюсов, а лишь отдельные примеры, иллюстрирующие, каким образом химический состав используемых для создания шлаковой ванны веществ может влиять на параметры процесса электрошлаковой сварки.

Достоинства

У электрошлаковой сварки есть ряд несомненных достоинств, которыми нельзя пренебрегать при организации производственных процессов.

• Возможность обеспечения стабильной и качественной структуры шва при соединении деталей, имеющих значительную массу и толщину.
• Нет нужды в предварительном снятии фасок на кромках и последующей обработке готового изделия для удаления шлака.
• В случае одновременного использования нескольких электродов появляется возможность наложения сварочного шва по всей длине за один проход, что существенно сокращает сроки работ и ускоряет производство.

Недостатки

Более широкому распространению технологии мешают её недостатки, а точнее – специфические особенности процесса.

• Таким способом удаётся сваривать только вертикальные швы, что допустимо только при изготовлении деталей относительно простой формы.
• Для создания необходимых условий плавления флюса и поддержания температуры шлака на заданном уровне требуется специальное оборудование.
• Метод не применим, если толщина листов соединяемого металла менее 16 мм. На самом деле, даже в этом случае экономическая эффективность электрошлаковой сварки остаётся под вопросом. Действительно оправданной она становится при работе с металлом толщиной 40 мм и более, а наивысшей эффективности достигает, когда этот показатель превышает 100 мм.

Важно знать!

Собираясь использовать эту технологию, нужно сначала здраво оценить все её достоинства и недостатки. Обязательно следует учесть ряд важных моментов.

• Поверхность металла в месте соединения необходимо тщательно очищать от грязи и окислений. В противном случае процесс плавления внутри шлаковой ванны будет протекать нестабильно.

• Для обеспечения наилучшего качества сварного соединения температура металла должна быть максимально приближена к температуре плавления.
• Появление дугового разряда в глубине шлаковой ванны или между её свободной поверхностью и электродом является распространённой причиной дефектов шва. Именно поэтому следует уделять особое внимание регулированию дуги.

Новые возможности

Нетрудно догадаться, что требующая наличия квалифицированного персонала, использования специального оборудования и имеющая ряд жёстких технологических ограничений, электрошлаковая сварка не может быть осуществлена в домашних условиях. Тем не менее, многие предприятия активно и вполне успешно применяют эту методику. Причин этому несколько.

• При правильной организации процесса структура соединительного шва максимально приближается к структуре соединяемого материала, благодаря чему обеспечивается высокая прочность готовых изделий.
• Эта прочность настолько велика, что во многих случаях технология электрошлаковой сварки позволяет отказаться от использования сложного оборудования, необходимого для отливки и ковки заготовок, а также их последующей обработки.
• По сравнению с другими способами сварки существенно снижается расход материалов. Это важно, поскольку именно стоимость материалов составляет значительную часть стоимости конечного продукта.

Станки точны, броня крепка!

Даже с учётом всех специфических особенностей, достоинств и недостатков, область применения ЭШС широка. Более того, благодаря разработке современного оборудования этой технологии находят даже в тех областях производства, где об этом ранее не помышляли.

• В тяжёлом машиностроении, где благодаря электрошлаковой сварке удаётся упростить производство сложных фундаментов и оснований. Раньше станину паровой турбины или высокоточного станка приходилось отливать, а иногда и ковать, тратя драгоценное время на длительную последующую обработку, при которой шла в отходы значительная часть материала. Сегодня подобную деталь можно заранее разбить на несколько более простых для изготовления и обработки частей, соединив их воедино с помощью ЭШС.
• В строительстве, когда необходимо надёжно срастить массивные балки несущих конструкций. Возведённые с помощью такой методики небоскрёбы стоят долго.
• При производстве бронетехники. Ведь, как уже было отмечено выше, именно электрошлаковая сварка используется для сваривания толстых броневых листов, защищающих экипажи и агрегаты боевых машин. Прочность такого соединения практически не отличается от прошедшего сложную обработку материала, способного противостоять различным средствам поражения.

Проверенная годами технология постоянно совершенствуется и, вполне возможно, что когда вы прочитаете эту статью, она уже выйдет на новый уровень!