Jaké svařovací zařízení se používá pro elektrostruskové svařování?

Metoda tavného svařování charakterizovaná ohřevem kovu pomocí tepla z průchodu elektrického proudu roztavenou elektricky vodivou struskou se nazývá elektrostruskové svařování. Při tomto procesu se elektrická energie téměř úplně přenese do struskové lázně az ní na elektrodu a poté na základní kov. Tavenina tavidla je navíc současně jak prostředkem k ovlivnění nemetalurgického procesu probíhajícího v roztaveném kovu, tak k jeho ochraně před nepříznivými vlivy atmosférického prostředí. Vrstva roztavené strusky, která se tvoří na povrchu lázně a brání do ní pronikání okolního vzduchu, díky své nižší hustotě než kov čistí i kapky kovu elektrody od nežádoucích nečistot.

Technologie elektrostruskového svařování

Podstatou elektrostruskového svařování je využití tohoto procesu jako zdroje energie. V tomto případě je maximální výhřevné plochy dosaženo s minimální koncentrací energie na výhřevném místě. Existuje několik možností pro svařování touto metodou. Nejrozšířenější svařování je pomocí náustkových nebo deskových elektrod, jedné drátové elektrody nebo několika, s oscilačními pohyby nebo bez nich.

Schéma procesu elektrostruskového svařování zahrnuje kombinování základního a elektrodového kovu do svařovacího okruhu prostřednictvím roztavené strusky s elektrickým proudem, který jimi prochází. Během této operace se ve struskové lázni vytváří teplo, pod jehož vlivem kovy připojených prvků a elektrody, tající a proudící, klesají ke dnu roztavené hmoty a tvoří tak svarovou lázeň. Při zahájení svařovacích prací se zapálí elektrický oblouk, jehož působením se v procesu tavení tavidel vytvoří strusková lázeň, která oblouk vyplňuje. Když zhasne, začíná přechod z obloukového procesu na elektrostruskový proces.

Nezbytné vybavení

O jeho výhodách rozhoduje řada vlastností zařízení pro elektrostruskové svařování, jednou z nich je nízká spotřeba tavidel, v průměru asi 5 % hmotnosti ukládaných kovů. Také pomocí této metody můžete svařovat obrobky libovolné tloušťky, a to i v jednom průchodu. Navíc nevyžaduje řezné hrany a produktivita takového svařování je několikanásobně vyšší než vícevrstvé svařování tavidlem prováděné pomocí automatického stroje. Elektrostrusková metoda také pomáhá čistit svarový kov od cizích vměstků a odstraňovat z něj plyny. K tomu dochází v důsledku značných teplot horní vrstvy kovové lázně, její vertikální polohy a dlouhé doby zdržení kovů v roztavené formě.

K nevýhodám provozu zařízení pro elektrostruskové svařování patří výrazné přehřívání materiálů v oblasti u svaru. To může vést ke zhoršení jeho plastických vlastností. Pro dosažení požadovaných mechanických vlastností svarového spoje je navíc podroben speciální vysokoteplotní úpravě. Také elektrostrusková metoda je komplikována nutností instalace speciálních technologických zařízení (kapsy, pásy atd.) před svařováním. Je účinný pouze ve vertikální poloze nebo blízko k ní a zastavení jeho procesu před dokončením svařování je spojeno s výskytem defektů ve švech.

Obrobky svařované elektrostruskovým svařovacím zařízením jsou sestaveny vertikálně bez použití zkosených hran a velikost mezery mezi nimi je obvykle od 2 do 4 cm Pomocí speciálních tvářecích zařízení, desek nebo vodou chlazených měděných šoupátek, roztavený kov se struskou je bráněno vytékání, dokud se nevytvoří svarový spoj. Šev se tvoří během krystalizace kovové taveniny ve spodní zóně kovové lázně.

Proces svařování se provádí pomocí speciálních zařízení, která poskytují požadované režimy elektrostruskového svařování. Jsou schopné přivádět elektrody do oblasti svařování, udržovat elektrostruskové operace stabilní a pohybovat se podle potřeby podél svarové linie. Nejčastěji se pro tyto účely používají automatické stroje, protože těžší zařízení poloautomatických zařízení se obtížněji pohybují ve vertikálním směru. Každé automatické zařízení pro elektrostruskové svařování se skládá ze samojízdného svařovacího stroje, který je připojen k měděným botkám, chlazeným vodou a tvořícím šev; kazety s elektrodovým drátem v nich obsaženým; násypka naplněná tavidlem; zdroj energie s ovládacím zařízením. K provádění svařování tímto způsobem se používají jak konvenční tavidla, tak speciální, schopná vytvořit elektricky vodivou taveninu.

Aplikace elektrostruskového svařování

Podstata procesu elektrostruskového svařování a oblast jeho použití jsou neoddělitelně spojeny. Vzhledem k tomu, že tato možnost svařování je technicky proveditelná pouze pro tloušťky materiálu nad 1,6 cm a ekonomické výhody jsou patrné u obrobků o tloušťce 2,5-3 cm, je nejvhodnější ji použít při konstrukci silnostěnných konstrukcí. Tímto způsobem je možné spojovat litiny a oceli (legované, nízkou a středně uhlíkaté), ale i neželezné kovy, především měď a hliník. Kromě toho se elektrostruskový proces používá pro navařování různých slitin na výrobcích vyrobených z nízkolegovaných nebo nízkouhlíkových ocelí.

Tato metoda svařování umožňuje provádět jak rovné švy, tak zakřivené nebo kruhové. S jeho pomocí lze vyrobit nejen tupé spoje, ale také T-spojy nebo rohové spoje, i když jsou vzácné. To je vysvětleno možností jejich nahrazení možnostmi zadku. Konfigurace výsledných švů umožňuje variabilní zakřivení, prstencový, přímočarý a variabilní průřez. Pokud si zakoupíte zařízení pro elektrostruskové svařování, můžete radikálně změnit celý postup výroby velkorozměrových konstrukcí. Díky ní bude možné nahradit velkorozměrové kované a odlévané obrobky prvky menších rozměrů vyráběné metodou svařované-kované nebo svařované-odlévané.

Elektrostruskové svařování bylo vynalezeno, dalo by se říci, náhodou. G. Voloshkevich, vědecký pracovník Institutu elektrického svařování Akademie věd Ukrajinské SSR, zdokonalil technologii automatického svařování pod tavidlem vertikálních švů s nucenou tvorbou. Během svého výzkumu si všiml, že při určitých parametrech procesu oblouk zmizel, ale svařování se nezastavilo. Tak se objevil tento druh elektrotermického zpracování kovů, který nejen rozšířil možnosti výroby silnostěnných masivních kovových konstrukcí, ale dal podnět k vytvoření samostatného a velmi důležitého oboru speciální elektrometalurgie slitin – elektrostruskového přetavování. Tavení základního a elektrodového kovu v procesu elektrostruskového přetavování se provádí v důsledku tepla, které se uvolňuje v roztaveném stavu a přehřívá se na teplotu 1700-2200 ° C strusková lázeň, když jí protéká svařovací proud:

kde /_St. — svařovací proud, A; Я_шл – elektrický odpor roztavené strusky, Ohm. Okraje svařovaného kovu, umístěné v určité vzdálenosti od sebe, se zahřejí na teplotu tavení a prostor mezi nimi je vyplněn roztaveným přídavným kovem. Schéma procesu je znázorněno na Obr. 9.1. V prostoru tvořeném hranami svařovaných výrobků 1 a zařízení pro zadržování strusky 3, vzniká lázeň roztavené strusky 4, do kterých jsou ponořeny kovové tyče elektrod 2. Proud procházející mezi elektrodami a základním kovem ohřívá taveninu a udržuje v ní vysokou teplotu a elektrickou vodivost. Teplota struskové lázně musí překročit bod tání základního a elektrodového kovu. Struska taví elektrodu v ní ponořenou a okraje výrobku. Roztavený základní kov se spolu s elektrodovým kovem shromažďuje na dně struskové lázně a vytváří kovovou lázeň 5, která po ztuhnutí vytvoří šev. 6, spojování okrajů výrobku. Jak se taví, elektroda se pohybuje směrem dolů. Obr. 9.1. Schéma elektrostruskového svařování: А_м — hloubka kovové lázně; A_шл — hloubka struskové lázně; L_s — hloubka ponoření elektrody do svarové lázně; L_c — suchá elektroda vyčnívat; У_э — rychlost podávání drátu elektrody; У_п — rychlost příčných pohybů náústku; L je vzdálenost mezi krajními polohami dvou náustků; D₂ — vzdálenost mezi náustkem a jezdcem Jednou z podmínek pro tok elektrostruskového procesu je přítomnost dostatečně hluboké struskové lázně. Nejjednodušší je získat, když je osa svaru svislá. Proto se elektrostruskové svařování obvykle používá v kombinaci s nuceným vytvářením švu. Nejohřívanější zóna se sice nachází v zóně proudění mezi elektrodou a kovovou lázní, ale působením magnetických polí dochází k intenzivnímu promíchávání struskové lázně a jejímu téměř vyrovnání v celém objemu. Jak se teplo přenáší hluboko do základního kovu a do vodou chlazených jezdců, kovová lázeň krystalizuje a vytváří svar 6, která je pokryta struskovou krustou malé tloušťky. Celý systém se svařovací hlavou a jezdci se pohybuje zdola nahoru rychlostí svařování V_CB, a pro vytvoření rovnoměrného tepelného gradientu struskové lázně a zajištění spolehlivého průniku v celé tloušťce produktu je náustek s elektrodou vystaven příčnému pohybu od jezdce k jezdci rychlostí příčných vibrací У_пк. V tomto případě je příčný pohyb elektrod omezen vzdáleností A! = D₂. Během procesu svařování se část strusky spotřebuje na odpařování a tvorbu struskové krusty, takže se do struskové lázně periodicky přidává tavidlo v malých dávkách.

• • průměr elektrody d₃, mm, nebo průřez deskové elektrody, které se volí v závislosti na tloušťce svařovaného kovu a výkonu zdroje energie;
• • počet elektrod p, v závislosti na tloušťce svařovaného kovu. Obvykle nepřesahuje tři, ale v některých případech to může být i více, například při svařování tavnou špičkou. Takže s jedním drátem můžete svařovat kov až do tloušťky 60 mm bez vibrací a s vibracemi – až 150 mm. Největší tloušťka, kterou lze svařit třemi oscilačními elektrodami, je 450 mm.

Velikost deskových elektrod a jejich počet se volí v závislosti na tloušťce svařovaného kovu při konstantní tloušťce plechu 10-12 mm.

Kov o tloušťce 200 mm lze svařovat buď jednou elektrodou šířky 200 mm nebo dvěma elektrodami šířky 92-94 mm. Při svařování kovu o tloušťce 400 mm se používají tři elektrody o šířce 122-125 mm. Pokud je tloušťka kovu 800 mm, šířka každé ze tří elektrod je 258-268 mm;

• • síla svařovacího proudu /_St. = 500–2500 А, v závislosti na průřezu elektrody a rychlosti jejího posuvu a do určité míry na rychlosti svařování;
• • namáhání struskové lázně 1/_шв = 25-50 V v závislosti na síle svařovacího proudu s klesající charakteristikou a téměř se rovná napětí naprázdno s tuhou charakteristikou zdroje;
• • rychlost svařování V_CB = 0,5-2,5 m/h v závislosti na rychlosti posuvu elektrody a jejím průřezu, počtu elektrod, tloušťce svařovaného kovu a velikosti mezery.

Další parametry režimu jsou:

• • suché vysunutí elektrody /_э = 45-60 mm v závislosti na průměru elektrody, její přehřátí při protékání proudu;
• • hloubka struskové lázně /?_шв = 35-60 mm v závislosti na množství tepla, které se uvolňuje, když jím protéká svařovací proud. V malé hloubce se proces změní na oblouk ve velké hloubce, strusková lázeň „zamrzne“ kvůli jejímu nedostatečnému ohřevu;
• • velikost mezery je 25-35 mm, což určuje možnost umístění náustku bez nebezpečí, že se dotkne svařovaných dílů, bez ohledu na tloušťku svařovaného kovu;
• • rychlost vratných pohybů náustku V_UK = 60-90 m/h a dobu jeho zpoždění v krajní poloze jezdců t₃ = 4-6 s, určující rovnoměrnost ohřevu a průniku v celé tloušťce kovu.

Technika elektrostruskového svařování je složitější než dříve diskutované metody. Příprava hran a rozměry svarů jsou upraveny GOST 15164-80. Norma stanovuje povahu a čistotu opracování koncových ploch svařovaných hran (provádí se mechanickým nebo plynovým řezáním), stav bočních ploch hran, po kterých se budou tvářecí zařízení pohybovat nebo instalovat, vzájemnou polohu úseků svařovaných dílů po montáži pomocí speciálních pásů ve tvaru U, vstupní kapsy a výstupních pásů.

Na rozdíl od výše diskutovaných metod musí být elektrostruskové svařování prováděno od začátku do konce bez přerušení, aby se zabránilo tvorbě vad ve svaru, které je obtížné odstranit. Proces svařování je dokončen na olověných pásech, kde se odstraní strusková lázeň a horní část svaru, která zpravidla obsahuje vady ve formě plynových dutin, struskových vměstků, trhlin atd. Po dokončení procesu se kapsa a olověné pásky odříznou.

Rohové a T-spoje se svařují stejným způsobem. Technicky nejnáročnější na provedení jsou obvodové švy, které vyžadují obzvláště pečlivou přípravu a vysoce kvalifikované pracovníky.

Tavidla pro elektrostruskové svařování musí splňovat vedle obecných i speciální požadavky dané specifiky samotného procesu, které jsou splněny při odpovídajících hodnotách elektrické vodivosti a viskozity strusky.

U elektrostruskového svařování, stejně jako u obloukového svařování, technologické vlastnosti procesu závisí na chemickém složení tavidla. Oxidační tavidlo s vysokým obsahem křemíku a manganu, například jakost AN-8 (33-36 % Si0₂; 21-26 % MnO; 4-7 % CaO; 11-15 % A1₂₃; 13-19 % CaF₂; 1,5-3,5 % Fe₂₃), zajišťuje stabilitu procesu při jakémkoli proudu, nepřispívá k protáčení skluzů a netěsnosti svarové lázně a nevyžaduje vysokou přesnost montáže pro svařování. Během procesu svařování však legující prvky vyhoří.

Základní fluoridové tavidlo, například ANF-14 (14-16% Si0₂; 8 % CaO; 4-8 % MgO; 10-12 % A1₂₃; 60-65 % CaF₂; 1 % Fe₂₃), zajišťuje zachování legujících prvků, ale stabilita procesu je zachována při konstantním proudu obrácené polarity. Tavidlo způsobuje vytlačení jezdců a vytékání svarové lázně vyžaduje vysokou přesnost montáže dílů pro svařování.

Obsah škodlivých nečistot – síry a fosforu – v oxidačních tavidlech je 0,1-0,12%, ve fluoridových tavidlech – každý 0,05%.

Nízkouhlíkové a nízkolegované oceli jakostí StZ, 20, 22K, 10G2S1, 09G2DT jsou svařovány drátem jakostí Sv-10G2, Sv-10G2S, vysokopevnostní oceli jakosti 25Kh2GMT, 35NZMFA – drát Sv-20KhN

V závislosti na tloušťce a uhlíkovém ekvivalentu vyžaduje elektrostruskové svařování někdy předehřátí. Vzhledem k tomu, že tepelný cyklus elektrostruskového svařování zajišťuje pomalé ochlazování svarového kovu a tepelně ovlivněné zóny, jsou kotlové oceli 20K, 22K dlouhodobě za vysokých teplot, což vede k růstu zrn austenitu. vytvoření jehlovité struktury, v důsledku čehož se zhorší plastické vlastnosti spojení. Proto jsou po svaření podrobeny tepelnému zpracování – normalizaci při 900-910 °C a popouštění při 650-670 °C. Někdy se svařování kombinuje s tepelným zpracováním pomocí plynových hořáků, které se pohybují za sklíčky. Od tepelného zpracování lze upustit, pokud svařujete nízkolegovanou ocel 09G2DT s primární jemnozrnností, speciálně určenou pro elektrostruskové svařování.

pro vysoce legované oceli и slitiny Při výrobě kovových konstrukcí je elektrostruskové svařování omezeno v použití z důvodu přehřátí tepelně ovlivněné zóny, a proto je nutné výrobky podrobit tepelnému zpracování. Svařování se provádí pomocí fluoridových tavidel.

pro svařování litiny Tepelný cyklus elektrostruskového procesu je velmi příznivý, neboť zajišťuje pomalé ochlazování výrobku a uvolňování uhlíku ve formě grafitu, díky čemuž mají svary vysoké mechanické vlastnosti a dobře se opracovávají běžnými řeznými nástroji. Jako elektrody se používají desky a tyče odlévané z litiny stejného složení jako základní kov a plněné dráty jakosti PPCh-2 a PPCh-3. Svařování se provádí pomocí tavidla třídy ANF-6. Tento postup je vhodné použít pro opravy a svařování průchozích a nepropustných odlitků, pokud průřez přesahuje 10 cm.

Defekty musí být vyčištěny a připraveny k vytvoření tvarovacích zařízení a výstupních prstenců z grafitu. Technika svařování je stejná jako u oceli. Vyvolání struskové lázně lze provést tak, že se potřebné množství tavidla nejprve roztaví, přehřeje a nalije do vytvořeného tavného prostoru, poté se zapne svařovací proud a začne pohyb elektrody.

pro měď elektrostruskové svařování vyžaduje zvýšení tepelného příkonu, čehož je dosaženo použitím deskové elektrody nebo odtavné trysky. Potřebného vývinu tepla a dostatečného natavení spojovaných hran i čištění svarového švu je dosaženo použitím speciálního nízkotavného tavidla značky AN-M10 na bázi fluoridů kovů alkalických zemin (50-70% NaF, 10-20 % LiF, 10-20 % CaF₂5-10 % SiO₂3 % CaO). K vytvoření lázně se používají grafitové desky. Měděné obrobky o průřezu 140×160 mm se svařují deskovou elektrodou o tloušťce 18 mm při zvýšených svařovacích proudech 8000–10 000 A při 1/_шв = 40–50 V, mezera 55–60 mm, hloubka struskové lázně 60–70 mm.

Svařování niklu a jeho slitin lze vyrobit jak dráty legovanými manganem např. Sv-NMTs2,5, Sv-NMTs5 (pro odstranění síry), tak deskovými elektrodami pod fluoridovými tavidly značek ANF-5, ANF-8 atd. Technika a parametry svařování se blíží těm, které se používají při svařování ocelí.

Titan a jeho slitiny lze spojovat všemi metodami elektrostruskového svařování pod žárovzdornými tavidly na bázi CaF systémů₂-VaS1₂—NaF a CaF₂-MgF₂-SrF₂ třídy ANT-2, ANT-4, ANT-6 s dodatečnou ochranou tavného prostoru argonem, vyhřívaného povrchu svaru v blízkosti jezdců a titanové elektrody u nástavce.

Protože všechny fluoridové strusky se vyznačují vysokou tekutostí, neměly by mezery mezi tvarovacími podložkami, jezdci a hranami svařovaných dílů přesáhnout 0,5 mm, na což jsou mechanicky zpracovány. Pro zlepšení tažnosti a houževnatosti některých dvoufázových slitin titanu po svařování se doporučuje provádět difúzní žíhání výrobků při teplotě 750–850 °C. Elektrostruskové svařování titanu se provádí na specializovaných zařízeních, která jsou napájena střídavým svařovacím proudem.

pro hliník a jeho slitiny elektrostruskové svařování se provádí deskovými elektrodami a odtavnou tryskou vyrobenou z kovu stejného složení jako základní kov, za použití tavidla AN-A301 (20 % LiCl, 50 % KCL, 10 % BaCl, 8 % LiCl, 2 % A1F₃). Proces se provádí při vyšším tepelném příkonu než u oceli. Z hlediska pevnosti není svar čistého hliníku horší než základní kov, pevnost svarů na slitinách typu AMg je 0,7-0,9 pevnosti základního kovu.

Pro zajištění samoregulace procesu tavení elektrody se používají zdroje AC a DC s přísnými vnějšími charakteristikami.

Zařízení pro elektrostruskové svařování by měla zajistit současný ohřev struskové lázně, svarových hran a přídavného kovu na jejich teplotu tavení, přívod elektrodového kovu do mezery mezi hranami s přívodem svařovacího proudu k ní a možnost vratného pohybu trysky od šoupátka k šoupátku , zadržení svarové lázně v tavicím prostoru při jejím pohybu spolu s tvářecími zařízeními. Všechny tyto operace zajišťuje soubor mechanismů, z nichž mnohé plní podobné funkce u strojů pro obloukové svařování. Například hlavy pro svařování drátovými elektrodami mají stejnou strukturu jako pro obloukové svařování. Podle způsobu pohybu mohou být samohybné (kolejové a bezkolejové) a zavěšené.

Formovací jezdce jsou měděné vodou chlazené desky. Když se vytvoří šev, pohybují se nebo se nepohybují. Provedení jezdců závisí na typu švů, stavu okrajů, kvalitě montážních prací atd. Při svařování kovu malé tloušťky a při vysoce kvalitní montáži se tedy používají tuhé jezdce. Při zkosení hran je vhodné použít pružné jezdce – kloubové, kompozitní, které zajišťují nezávislý přítlak na každou z hran. Posuvníky byly navrženy pro koutové a přeplátované svary nebo pro tváření svarového kovu. Šoupátka pro svařování titanu a jeho slitin mají zařízení pro přívod ochranného plynu horní hranou.

Typ zařízení se volí v závislosti na tloušťce svařovaného kovu, podmínkách práce, nomenklatuře a počtu výrobků.

Možnosti elektrostruskového svařování určitých konstrukčních materiálů jsou uvedeny v tabulce. 8.2.

Kontrolní otázky

• 1. Co je elektrostruskové svařování?
• 2. Vyjmenujte druhy elektrostruskového svařování.
• 3. Jak vzniká strusková lázeň při použití drátových a deskových elektrod?
• 4. K čemu slouží vstupní kapsa a výstupní pásy?
• 5. Jak se skládají díly pro svařování při elektrostruskovém svařování?
• 6. Jaké zvláštní požadavky platí pro tavidla pro elektrostruskové svařování?
• 7. Jaké materiály elektrod se používají pro elektrostruskové svařování uhlíkových ocelí?
• 8. Jaké parametry režimu jsou přiřazeny při elektrostruskovém svařování uhlíkových ocelí?
• 9. Jaké zařízení se používá pro elektrostruskové svařování?