Электрошлаковая сварка

При сварке под флюсом источником тепла служит сварочная дуга в которой электрическая энергия преобразуется в тепловую. На ином принципе основана электрошлаковая сварка. При этом способе превращение электрической энергии в тепловую происходит в шлаковой ванне, являющейся проводником электрического тока. При прохождении электрического тока через жидкий шлак в последнем выделяется тепло, которое используется на плавление металла.

При электрошлаковой сварке в пространстве между кромками свариваемого изделия и формирующими устройствами находится ванна расплавленного шлака, в которую погружен металлический электрод. Проходя между электродом и основным металлом, электрический ток нагревает шлак в ванне. Превращение электрического тока в теплоту происходит в шлаке, на контактных поверхностях шлак - металл и в самом металле. При этом расплавляются как погруженная в шлак часть электрода, так и кромки изделия. Расплавленные основной и электродный металлы собираются на дне шлаковой ванны в виде металлической, ванны. При ее затвердевании образуется шов, соединяющий кромки изделия.

Электрод, по мере его расплавления, подается в шлаковую ванну, а уровень металлической ванны постепенно повышается. При этом зона сварки перемещается вверх до тех пор, пока изделие не будет полностью сварено. При электрошлаковой сварке металл сварочной ванны и расплавляемый электродный металл защищены от действия воздуха слоем жидкого шлака.

Во время сварки плавлением происходит взаимодействие между жидкими шлаком и металлом. Длительность этого взаимодействия обычно очень невелика. При электродуговой сварке она колеблется от 10 с до 1 мин. При электрошлаковой сварке шлак и металл взаимодействуют значительно дольше - до нескольких минут. Из-за весьма небольшого расхода флюса при электрошлаковой сварке жидкий металл и шлак взаимодействуют слабо.

Электрошлаковый процесс принципиально отличается от электродугового, поэтому флюсы для электрошлаковой сварки тоже имеют характерные особенности, обусловленные, с одной стороны, необходимостью обеспечения устойчивости электрошлакового процесса, с другой - наличием устройств для удержания шлаковой и металлической ванн.

В связи с тем, что электрошлаковый процесс основан на электропроводности жидкого шлака, существенное влияние на него оказывает электропроводность шлакового расплава. Устойчивость электрошлакового процесса растет с повышением электропроводности жидкого шлака. Чем выше его электропроводность, тем при более низком напряжении тока должна вестись электрошлаковая сварка. Однако при прохождении электрического тока через шлаки с высокой электропроводностью выделяется мало тепла, а поэтому для успешного осуществления процесса сварки требуются значительные электрические мощности. При небольших силах тока сварка с применением таких шлаков не обеспечивает необходимого оплавления кромок. Электрошлаковую сварку обычно выполняют на переменном токе.

Способ электрошлаковой сварки широко используют в промышленности для соединения металлов повышенной толщины: стали и чугуна различного состава, меди, алюминия, титана и их сплавов. К преимуществам способа относится возможность сварки за один проход металла практически любой толщины, что не требует удаления шлака и соответствующей настройки сварочной установки перед сваркой последующего прохода, как при других способах сварки. При этом сварку выполняют без снятия фасок на кромках. Для сварки можно использовать один или несколько проволочных электродов или электродов другого увеличенного сечения. В результате этого достигается высокая производительность и экономичность процесса, повышающиеся с ростом толщины свариваемого металла.

К недостаткам способа следует отнести то, что электрошлаковая сварка технически возможна при толщине металла более 16 мм и за редкими исключениями экономически выгодна при сварке металла толщиной более 40 мм. Способ позволяет сваривать только вертикальные швы. При сварке некоторых металлов образование в металле шва и околошовной зоне неблагоприятных структур требует последующей термообработки для получения необходимых свойств сварного соединения.