Разработка технологии и выбор оборудования для сварки толстостенной заготовки

свариваемых кромок. Такие режимы характеризуются повышенным напряжением  сварки.

Особые трудности с предупреждением  надрывов в околошовной зоне возникают  при электрошлаковой сварке замыкающего  участка круговых швов толстостенных  сосудов. Сварку этого участка производят в условиях предельно жесткого закрепления  соединяемых элементов.

 

 

Для предупреждения образования надрывов в этом случае применяют специальный  технологический прием (рис. 10-21). Начальный  участок шва сваривают на повышенном напряжении и получают шов увеличенной  ширины (Ь = 70 —80 мм), затем напряжение снижают. В процессе сварки погонной части шва с помощью газовой  резки в начале шва прорезают  щель шириной около 30 мм Эта щель служит для последующей сварки участка  замыканич шва На кромках щели остается относительно толстый слой металла шва (около 20 мм), в котором  располагается участок перегрева  околошовпой зоны. Высокая стойкость  металла шва против образования  надрывов, обусловленная равномерным  и мелкодисперсным распределением неметаллических включений, и приводит в конечном счете к предупреждению появления этих дефектов в участке  замыкания круговых швов.

 

Вероятность образования надрывов при электрошлаковой сварке можно  ослабить, если использовать для изготовления толстостенных конструкций стали, микролегированные церием, титаном, алюминием и другими активными  по отношению к вредным примесям элементами. Эти элементы связывают  примеси в дисперсные тугоплавкие  соединения, равномерно распределенные в свариваемом металле. Наиболее важным в этом отношении является нейтрализация вредного влияния  серы. Наилучшие же результаты достигаются  при сочетании микролегирования с электрошлаковым переплавом основного  металла, благодаря чему не только предупреждается  образование трещин, но и значительно  повышается стойкость околошовной  зоны против хрупких разрушений

Помимо трещин в околошовной  зоне замыкающего участка кругового  шва образуются и трещины в  металле шва. По этой причине сварку этого участка приходится выполнять  с понижением силы тока до 200—250 А.

Для электрошлаковой сварки среднелегированных сталей применяют флюс АН-22 и сварочные проволоки Св-10Г2, Св-12Г2Х. Повышение содержания углерода и некоторых легирующих элементов в шве достигается за счет увеличения доли основного металла в металле шва.

В ряде случаев большие трудности  возникают в связи с необходимостью выполнения печной высокотемпературной  термообработки сварных соединений крупногабаритных конструкций, изготовленных  с применением электрошлаковой  сварки. Поэтому большое внимание уделяется вопросу изыскания  технологии сварки, марок сталей и  сварочных материалов, которые позволили  бы отказаться от такой термообработки.

Для устранения перегрева в околошовной  зоне можно использовать специальный  метод электрошлаковой сварки, предусматривающий  наплавку на кромки слоя металла, стойкого против перегрева.

Ограничения перегрева  в околошовной зоне и предупреждения образования грубокристаллической структуры в металле шва можно  достигнуть также следующими приемами: 1) уменьшением зазора между кромками, использованием сварочных проволок малых диаметров (1,6—2 мм) и больших  вылетов электрода; 2) осуществлением выделения основной части энергии  в зоне сварки непосредственно у  ползунов и ускорением в результате этого охлаждения соединения.

 В отдельных  случаях такое ускорение охлаждения  достигается путем опрыскивания  соединения водой при помощи  специального устройства; 3) прерывистой  подачей энергии в зону сварки  при помощи специальных прерывателей. При этом обеспечивается минимальное,  но достаточное проплавление свариваемых кромок, а ширина участка перегрева уменьшается.

Особое внимание уделяется металлургическому направлению  исследований проблемы отказа от высокотемпературной  термообработки соединений, выполненных  электрошлаковой сваркой. Сущность этого направления состоит в  изыскании рационального легирования  сталей и сварочных проволок, а  также выборе составов сварочных  флюсов, позволяющих получать достаточно высокие механические свойства околошовной  зоны и металла шва без применения высокотемпературной термообработки.

 

Проведенные в ИЭС  им. Е. О. Патона исследования применительно  к стали 12ХМ показали перспективность  рафинирования и микролегирования основного металла церием, алюминием  и титаном, а также повышенного  легирования хромом и дополнительного  легирования марганцем и никелем. Механические свойства металла шва  можно повысить, дополнительно легируя  его небольшими количествами циркония и применяя флюс АН-22 взамен флюса  АН-8. При этом повышение механических свойств достигается в основном за счет улучшения первичной и  вторичной структуры металла  шва, а также вследствие уменьшения количества и улучшения состава  и распределения неметаллических  включений.

 

Для упрочнения и  удешевления изготовления сварных  конструкций при помощи электрошлаковой  сварки используют местную термообработку. Газопламенные или индукционные нагреватели располагают с одной  стороны при термообработке соединений толщиной до 80 мм и с двух сторон — толщиной до 160 мм. По механическим свойствам соединений местная термообработка не уступает печной.

 

 

 

 

Благодаря применению рассмотренных методов непрерывно расширяется номенклатура ответственных  сварных конструкций, изготовляемых  электрошлаковой сваркой без  высокотемпературной обработки  вообще или же при замене печной обработки местной термообработкой  соединений.

Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком является как  бы соединением способов сварки электродными проволоками и электродами большого сечения. Как видно, в зазоре между  свариваемыми деталями неподвижно устанавливается  стальная пластинка. имеющая пазы или  трубки для пропуска электродных  проволок. В процессе сварки пластина, являющаяся мундштуком, остается неподвижной. Электродные проволоки подаются в шлаковую ванну и там расплавляются, заполняя зазор между деталями.

Одновременно с  расплавлением электродных проволок оплавляется и сам мундштук, вернее часть мундштука, погруженная в  шлаковую ванну. Размеры плавящихся мундштуков и количество электродных  проволок выбирается в зависимости  от размера свариваемых деталей. Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком применяется главным  образом при сварке деталей, имеющих  сложное сечение и небольшую  высоту швов. Для сварки таких сечений  плавящиеся мундштуки изготовляются  такой же формы, как и сечение  свариваемых деталей. В начале сварки производится подача только электродных  проволок, расположенных в нижней части плавящегося мундштука. По мере заполнения зазора электродным  металлом шлаковая ванна поднимается  выше и достигает каналов соседних электродных проволок, подача которых  начинается после сближения со шлаковой ванной.

 

При ЭШС плавящимся мундштуком наплавление сварочной  проволоки и подвод электрического тока осуществляется мундштуком, представляющим собой набор пластин или стержней, которые снабжены каналами для подачи электродной проволоки. В частном  случае плавящийся мундштук может представлять собой толстостенную трубку.

Наиболее широкое распространение  получил мундштук с каналами для  подачи электродной проволоки в  виде спиралей .

 

Спираль из сварочной  проволоки диаметром 3-5 мм плотно навивается на токарном станке. Диаметр внутреннего  канала спирали 4.5-5 мм. Приваривается  спираль к пластине газоэлектрической  сваркой или ручной электродуговой сваркой с одной стороны электродами  диаметром 2-3 мм прихватами длинной 20-30 мм, а с другой - сплошным швом. Для  предупреждения случайных затеканий  металла и шлака во время сварки мундштука внутрь спирали вставляется  проволока диаметром 3-4 мм.

 

При сварке прямолинейных  швов одинаковой толщины можно использовать штампованные мундштуки. В случае различной  длины или толщины мундштуки  можно выбирать из секций как по длине, так и по ширине стыка.

 

На некоторых  заводах применяются мундштуки, конструкция которых показана на рисунке. Направляющие каналы имеют  вид трубок, которые соединяются  с пластиной скобами, изогнутыми из стальной полосы толщиной 1 мм, точечной сваркой. Мундштуки такой конструкции  применяют, как правило, для прямолинейных  швов. При сварке швов переменного  сечения в том случае, когда  толщина свариваемого материала  в нижней части стыка значительно  меньше, чем в верхней, применяют конструкции мундштуков, приведенные на рисунке.

 

При необходимости  дополнения части конструкции наплавляемым металлом или сварке стыков, имеющих  неплоскую осевую поверхность шва, применяют мундштуки пространственной формы. Иногда для сварки весьма ответственных  конструкций в мундштуке рядом  с основным каналом делают запасной для дублирующей проволоки. Во время  сварки по основным каналам подают электроды, а в запасные каналы проволока  введена , но не подается. В случае непредвиденной остановки основного подающего  механизма или даже одной из подаваемых проволок включается запасной канал

 

При сварке одним  аппаратом типа А-645 лили А-1304 мундштук, как правило, представляет собой  монолитную цельную конструкцию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Подбор параметров электрошлаковой сварки

 

Основными параметрами режима электрошлаковой сварки проволочным  электродом являются следующие величины:

Рис 1. Расположение электродов при электрошлаковой сварке несколькими  проволоками.

диаметр электродной проволоки (обычно принимается равным 3 мм);

2. величина сварочного тока;
3. скорость подачи электрода;
4. напряжение на шлаковой ванне;
5. скорость сварки;
6. толщина свариваемого металла;
7. скорость поперечных перемещений электрода;
8. время выдержки у ползуна при сварке с поперечными колебаниями;
9. величина недокрыша при сварке несколькими проволоками (рис.1);
10. количество сварочных проволок (электродов);
11. величина зазора;
12. марка флюса;
13. глубина шлаковой ванны;
14. расстояние от электродов до ползунов.

Все эти параметры существенно  влияют на качество и формообразование сварного шва и должны правильно  подбираться. При выборе параметров электрошлаковой сварки обычно исходят  из двух условий:

1. Выбранный режим электрошлаковой сварки должен гарантировать сплошность сварного соединения - отсутствие внутренних и внешних несплавлений. При сварке проволочными электродами необходимо обеспечить провар кромок на глубину 6—10 мм на сторону.
2. При электрошлаковой сварке на выбранном режиме с применением выбранного электродного металла в шве не должны возникать горячие (кристаллизационные) трещины, для чего режим электрошлаковой сварки должен обеспечивать получение оптимального коэффициента формы сварочной ванны.

Рассмотрим влияние некоторых  параметров режима электрошлаковой  сварки на форму и размеры шва  и способ их выбора, исходя из указанных  условий, для сварки малоуглеродистой и низколегированной сталей проволоками Св-08А, Св-10Г2.

 

Сварочный ток. Ток в сварочной цепи зависит от скорости подачи электродной проволоки и связан с ней линейной зависимостью I_св = (1,6 - 2,2)·v_св [1] (коэффициенты зависят от марки флюса и проволоки).

Увеличение тока при увеличении скорости подачи может быть объяснено  тем, что с увеличением скорости подачи уменьшается расстояние между  концом погруженного в шлаковую ванну  электрода и поверхностью металлической  ванны. Высота слоя шлака уменьшается  и, как следствие, уменьшается сопротивление  слоя шлака. Это приводит к повышению  тока, к дополнительному подогреву  ванны, повышению температуры шлака  и, следовательно, к дальнейшему  уменьшению его сопротивления. С  другой стороны, увеличение температуры  увеличивает скорость расплавления электрода и увеличивает расстояние между концом электрода и металлической  ванной. Это приводит к установлению нового стабильного состояния в  процессе плавления электрода.

Повышение тока приводит к  примерно пропорциональному увеличению глубины металлической ванны  и к некоторому увеличению глубины  провара (последнее наблюдается  при токе не выше 700а). В результате, коэффициент формы металлической ванны с увеличением тока снижается и вероятность образования в шве горячих трещин возрастает .

  Чем больше содержится в шве углерода, тем больше должен быть коэффициент формы, чтобы не возникало горячих трещин, а следовательно, тем меньше должен быть ток .