Электрошлаковый переплав стали достоинства и недостатки

Электрошлаковая сварка: сущность процесса и область применения, технология, оборудование, преимущества и недостатки

Электрошлаковый переплав стали достоинства и недостатки
Это тоже сварка. Тоже металлов. Тоже через нагревание соединяемых деталей. Вот только тепло для этого нагревания формируется от тока, который проходит через оплавленный шлак. Зачем такие трудности, когда можно нагреть детали без лишней возни?

А вот зачем: это классный способ для сварки в самых проблематичных для сварщиков плоскостях – вертикальных. Или для работы с металлическими кромками большой толщины, которые также являются весьма непростыми объектами для мастеров.

  1. Сущность процесса электрошлаковой сварки
  • Основные схемы процесса
  • Типы сварных соединений и виды сварных швов
  • Преимущества и недостатки электрошлаковой сварки
  • Преимущества
  • Недостатки
  • Область применения ЭШС
  • Технология электрошлаковой сварки
    • Выбор сварочных материалов (проволоки и флюса)
    • Выбор параметров режима сварки
    • Выбор количества электродных проволок
    • Подготовка деталей к сварке
  • Способы скоростной электрошлаковой сварки
    • Сварка с порошковым присадочным материалом
    • Способ с сопутствующим охлаждением
    • Сварка при увеличенном вылете сварочной проволоки
  • Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком
  • Контроль качества электрошлаковой сварки
    • Наиболее характерные дефекты
    • Способы контроля сварных швов
  • : Электрошлаковая сварка, технология
  • Электрошлаковая сварка — это один из видов сварки плавлением, который появился недавно, если сравнивать его с традиционными способами, например, относительно ручной дуговой сварки. Этот способ позволяет сваривать металлы практически неограниченной толщины, что делает его одним из ведущих и перспективных технологических процессов.

    Наиболее важным остаётся качество сварки в сложных крупногабаритных изделиях, поэтому, большое внимание уделяется процессу подготовки свариваемых частей и техника сварки.

    Сущность процесса электрошлаковой сварки

    В процессе электрошлаковой сварки, электрический ток, подающийся через ванну расплавленного шлака, расплавляет основной и присадочный металл и поддерживает постоянную температуру расплава. Этот процесс стабилен при глубине шлаковой ванны в пределах 35-60мм. Ванну легче сформировать при вертикальном положении сварного шва. Наименее удобно электрошлаковую сварку выполнять в нижнем положении. Для принудительного охлаждения расплава и формирования сварного шва, в большинстве случаев, применяются медные устройства с водным охлаждением. Схема электрошлаковой сварки показана на рисунке:

    При электрошлаковой сварке весь электрический ток подаётся к шлаковой ванне, а через неё к электроду и свариваемым кромкам. Стабильность этого процесса возможно только благодаря постоянной температуре расплавленной шлаковой ванны. Температура расплава может достигать 1900-2000°C.

    Большая часть тепловой энергии из шлаковой ванны передаётся в металлическую ванну, а от неё — к свариваемым кромкам через капли электродного металла. Распределение всей тепловой энергии, выделяющейся в шлаковой ванне, распределяется следующим образом: 20-25% тепла расходуется на расплавление сварочной проволоки, 55-60% идёт на расплавление основного металла, 4-6% уходит на расплавление флюса и поддержание стабильно температуры шлаковой ванны, а 12-16% составляют потери тепла через ползуны и теплоотвод в свариваемых деталях.

    Основные схемы процесса

    Электрошлаковый процесс может быть применён не только для сварки, но и для наплавки, переплава и отливки. Электрошлаковую сварку (ЭШС) можно выполнять проволочными электродами, плавящимся мундштуком, или же электродами большого сечения. На рисунке ниже представлены схемы ЭШС проволочными электродами:

    На практике наибольшее распространение получили схемы а и б, они позволяют сваривать металл толщиной от 20 до 450мм с помощью проволоки диаметром 3мм. Схема в предназначена для сварки металла, толщиной до 120мм. Схема г в 1,5-2 раза производительнее схем а и б. А схема д узконаправлена и предназначена для сварки низколегированных сталей толщиной до 100 мм без последующей термообработки.

    Схема е применяется при монтаже крупных изделий больших габаритов без последующей термообработки. Толщина свариваемого металла до 60мм. Сварку по этой схеме отличает высокая производительность и повышенные мех. свойства сварного шва. Все эти схемы можно выполнить на обычном сварочном оборудовании.

    На следующем рисунке представлены схемы электрошлаковой сварки мундштуком и электродами большого сечения:

    Схемы а-в выполняются плавящимся мундштуком и предназначены для сварки металла очень большой толщины, более 450мм при помощи прямых и криволинейных швов. При сварке сталей и сварке титана этим способом применяется проволока диаметром 3-мм.

    Схемы г-ж выполняются электродами большого сечения. По схеме г сварка выполняется одной, двумя, или тремя пластинами, подключенными к общему, или разным источникам сварочного тока. По схеме д сварку выполняют одной, двумя, или тремя пластинами, имеющими продольные разрезы. На схеме е изображён процесс контактно-шлаковой сварки. Схема ж представляет собой сварку пластинчатыми электродами с бифилярной схемой подключения электродов к источнику питания. Такой способ сварки редко применяется для сварки сталей, он получил наибольшее распространение при сварке алюминия, или при сварке меди.

    Читайте также  Виды дамасской стали для ножей

    Типы сварных соединений и виды сварных швов

    На рисунках ниже представлены типы сварных соединений и виды сварных швов, которые можно выполнить при помощи электрошлаковой сварки:

    При сварке стыкового шва между двумя кромками, обычно, предусматривается технологический зазор, являющийся одним из важных параметров режима сварки. Все конструктивные элементы сварных кромок и сварных швов для электрошлаковой сварки регламентированы в ГОСТ 15164.

    В случае ЭШС в стык при разной толщине свариваемых деталей, либо утончают более толстую кромку, либо к более тонкой приваривают дополнительную пластину для уравнивания толщины.

    Электрошлаковая сварка угловых соединений и тавровых на практике встречается реже, чем стыковых. Если ЭШС выполняется плавящимся мундштуком, то на сварных кромках делают V- или К-образную разделку. Прямолинейные швы выполняются в вертикальном положении. Допустимая величина наклона составляет 15-20°. Выполнение кольцевых швов возможно на цилиндрической, конической или сферической поверхностях.

    Оборудование

    Метод требует применения оборудования – сварочных аппаратов автоматического и полуавтоматического типа, станков и установок.

    Сварочный автомат для шлаковой сварки содержит:

    • источник питания;
    • сварочную головку;
    • устройства (ползуны) для принудительного удержания сварочной ванны;
    • механизмы перемещения сварочного аппарата и электродов;
    • элементы управления;
    • катушки для проволоки;
    • бункер для флюса;
    • приборы контроля положения сварочной ванны.

    Примерная стоимость сварочных аппаратов на Яндекс.маркет

    Преимущества

    1. Главным преимуществом электрошлаковой сварки является очень высокая производительность, которая возрастает, в зависимости от толщины свариваемого металла. Это обусловлено двумя факторами. Во-первых, у ЭШС высокий коэффициент наплавки, превышающий этот показатель для дуговой сварки под флюсом почти в 2 раза. Во-вторых, металл практически любой толщины сваривается за один проход.

    2. ЭШС позволяет на порядок сократить расход флюса. По сравнению с электродуговой сваркой, расход флюса меньше в 10-20 раз и составляет, приблизительно 5% расхода электродной проволоки.

    3. Расход электроэнергии при ЭШС в 1,5-2 раза меньше, чем при электродуговой варке под флюсом и в 4 раза меньше, чем при ручной дуговой сварке.

    4. Сварные дефекты минимальны. При сварке вертикальных швов всплытие газов и частиц шлака из расплавленного металла и их удаление существенно облегчается. Поэтому склонность к образованию пор и других дефектов сварного шва у электрошлаковой сварки намного ниже, чем при дуговой многопроходной сварке.

    Недостатки

    Наиболее значительным недостатком электрошлаковой сварки является необходимость последующей высокотемпературной термической обработки сварного соединения для того, чтобы восстановить высокие эксплуатационные характеристики сварной конструкции. В процессе сварки металл сварного шва и зоны термического влияния сильно перегреваются. Это снижает пластические характеристики соединения, что особенно заметно при отрицательных температурах.

    Имеющийся опыт применения ЭШС показал, что вопрос о целесообразности проведения термообработки, повышения качества сварных соединений и производительности процесса необходимо рассматривать комплексно, рационально подбирая сварочные материалы, режимы и технологию сварки в зависимости от свариваемого металла.

    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.

    Область применения ЭШС

    В современном мире электрошлаковая сварка внедрена на многих предприятиях не только нашей страны, но и в мире. Этот способ сварки применяется в тяжёлом и энергетическом машиностроении, кораблестроении, химическом машиностроении, авиационной промышленности.

    При помощи ЭШС можно сваривать стали разных марок и классов. Это и сварка жаропрочных сталей, и сварка никелевых сплавов, алюминия, меди и сплавов на медной основе, сварка титана и титановых сплавов.

    Изобретение и внедрение ЭШС позволило получать изделия и заготовки любой формы и практически любых габаритов из отливок и поковок, а также из относительно небольших размеров проката простой формы. Разработанные способы устранения деформаций после сварки делают возможным изготовление крупногабаритных сварных конструкций с требуемыми размерами.

    Читайте также  Литье стали по выплавляемым моделям

    Диапазон свариваемого металла способом ЭШС составляет 20-3000 мм. Практические результаты показали, что целесообразнее всего применение ЭШС при толщине свариваемого металла не менее 40мм.

    Где применяется

    Основная область применения – тяжелое машиностроение.

    Источник: https://instanko.ru/osnastka/elektroshlakovaya-svarka.html

    Электрошлаковый переплав

    Электрошлаковый переплав стали достоинства и недостатки
    1. Установка электрошлакового переплава

    Электрошлаковый переплав (ЭШП) — это бездуговой процесс переплава расходуемого металлического электрода в шлаковой ванне, при котором необходимая для плавки теплота выделяется при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак, поддерживая в нем температуру 1800-2000 °С. Часть тепла, выделяемого в шлаковой ванне, передается расходуемому (с оплавленным торцом) электроду. Капли металла с торца электрода проходят через химически активный шлак, рафинируются там и формируются в кристаллизаторе в виде слитка.

    Процесс ЭШП разработан в 1952-1953 гг. в Институте электросварки им. Е. О. Патона (Киев, Украина). ЭШП применяют для получения стальных 1—20-т слитков, а тж. для производства крупных 40—200-т кузнечных слитков.

    Установка электрошлакового переплава

    Схема установки ЭШП показана на рис 107, а. Переплав осуществляется в водоохлаждаемом кристаллизаторе. К расходуемому электроду и наплавляемому слитку подведен ток. Между слитком и электродом имеется слой шлака, в котором и выделяется тепло при прохождении через него тока. Кристаллизатор, изготовленный из меди, может иметь дно (см. рис. 107, а) или слиток можно непрерывно вытягивать из кристаллизатора.

    При использовании трехфазного трансформатора возможно одновременное расплавление в одном кристаллизаторе трех электродов (рис. 107, б) или подключение к одному трансформатору трех кристаллизаторов (рис. 107, в)

    Рис. 107. Однофазная (а) и трехфаэная (6, схемы нал ля влепил слитков лри ЭШП: 1 — расходуемый электрод; 2 — кристаллизатор; 3 — шлак; 4 — наплавляемый слиток

    Однофазная установка ОКБ-1065, предназначенная для переплава электродов на слитки квадратного сечения массой 3500 кг, представлена на рис. 108. Расходуемый электрод, закрепленный в электрододержателе каретки, перемещается по вертикальной стойке при помощи троса от электромеханического привода.

    Привод перемещения электродов состоит из электродвигателей, дифференциального редуктора и двух пар открытых цилиндрических передач. Удерживается электрод в электрододержателе усилием пружин, а освобождается при помощи пневматического цилиндра. Слиток наплавляется в кристаллизаторе, к поддону которого крепится токопровод в виде медных шин. К электроду ток подводится по гибким водоохлажденным кабелям. Кристаллизатор по мере наплавления слитка поднимается специальной кареткой с самостоятельным реечным приводом.

    Кристаллизатор с поддоном устанавливается на самоходную тележку, предназначенную для выкатывания наплавленного слитка.

    Рис. 108.

    Установка ЭШП типа ОКБ-1065: 1 — расходуемый электрод: 2 — электрододержатель; 3 — каретка; 4 — стойка; 5 — привод перемещения электрододержателя; 6 — кристаллизатор; 7 — токоподвод к поддону; 8 — водоохлаждаемый кабель; 9 — каретка для подъема слитка

    Недостатком однофазных установок является высокая реактивность токопровода низкой стороны вследствие большей длины токопроводящей части расходуемого электрода и наличия петель гибких проводов. Трехфазные установки обладают меньшей реактивностью, однако питание трех кристаллизаторов от трехфазного трансформатора нарушает стабильность режима на каждом электроде. Трехфазные установки с тремя электродами на одном кристаллизаторе целесообразны при выплавке крупных слитков.

    Для снижения электрических потерь представляет интерес применение бифилярного токоподвода. В этом случае в одном кристаллизаторе одновременно переплавляют два электрода, включенных последовательно и подаваемых в кристаллизатор одним электрододержателем с двумя электрически изолированными друг от друга токоподводами. При бифилярном токоподводе достигается близкое и параллельное расположение токоподвода на всех участках, включая и расходуемые электроды, что снижает индуктивность короткой цепи.

    Масса слитков, переплавляемых на установках ЭШП, достигает несколько десятков тонн. Этот способ переплава является наиболее экономичным из переплавных методов, и он находит все более широкое распространение для производства качественных сталей и сплавов.

    Технология ЭШП

    При ЭШП тепло выделяется благодаря прохождению тока через шлак. Плотность тока при этом процессе обычно составляет 0,1—0,5 А/мм2. Чем меньше плотность тока, тем труднее навести шлак в начале процесса, но тем легче поддерживать стабильность процесса, так как при малой плотности тока процесс идет достаточно устойчиво в широком диапазоне токов и напряжений. Шлак должен обладать следующими свойствами:

    • большая легкоплавкость, чем металла расходуемого электрода, что обеспечивает лучшее рафинирование от газов и неметаллических включений;
    • достаточное электросопротивление (при большой электропроводности шлака будет выделяться мало тепла);
    • необходимая жидкотекучесть (иначе ухудшается теплопередача через шлаковую прослойку к кристаллизатору и ухудшается качество слитка).
    Читайте также  Сталь угловая неравнополочная ГОСТ 8510 86

    В начале процесса применяют электропроводный флюс, например, марки С-1, состоящий из 17% калиевой селитры, 16,5% алюмомагниевого порошка и 66,5% наполнителя. Расход флюса С-1 составляет ~0,5 кг/т металла. Этот шлак предназначен для запуска процесса и был предложен институтом электросварки им. О. Е. Патона.

    После того, как процесс пойдет устойчиво, в кристаллизатор загружают рабочий флюс. Основой для большинства рабочих флюсов, применяемых при ЭШП, является фтористый кальций. Наиболее широко применяется рабочий флюс марки АНФ-6, содержащий 25—30% Al2O3, 57—65% CaF2, 4—5% CaO. Температура плавления этого флюса 1320—1340° С, расход составляет 3— 4% от массы слитка. Этот шлак обеспечивает десульфурацию металла и применяется для сталей и сплавов, не содержащих бор и титан. Флюс АНФ-111, содержащий 95% CaF2 и 5% СаО с температурой плавления ~ 1400° С, может быть использован для переплава сталей, содержащих бор и титан.

    Флюсы необходимо хранить в сухом помещении; перед использованием для удаления влаги их нужно просушивать при температуре 300° С. Флюсы выплавляют в однофазной дуговой электропечи с углеродистой футеровкой или в водоохлаждаемом тигле. Выплавленный флюс дробят, размалывают и просеивают через сито с отверстием 2×2 мм.

    При ЭШП жидкий металл расходуемого электрода переносится через шлаковую ванну в кристаллизатор в виде капель. Это увеличивает площадь соприкосновения металла со шлаком и обеспечивает более полное протекание рафинировочных процессов, чем в обычных дуговых электропечах.

    В связи с этим важным моментом ЭШП является обеспечение оптимальной частоты отрыва капель от расплавляемого электрода и их оптимального размера. Частота отрыва капель от конца электрода, их средний размер, длина пути, который они проходят в шлаке, зависят от параметров плавки: силы тока и напряжения, состава переплавляемого металла и др.

    В каждом конкретном случае подбирают технологию переплава, обеспечивающую при максимальной производительности установки ЭШП получение высококачественного металла.

    Перед началом плавки тщательно осматривают кристаллизатор и при удовлетворительном его состоянии, прежде всего при отсутствии течи, зачищают дно кристаллизатора, на которое устанавливают затравку, представляющую собой пластину из того же металла, что и переплавленный металл. Затравка защищает дно кристаллизатора в первые моменты плавки. На затравку засыпают хорошо перемешанный электропроводный флюс. Это необходимо для получения жидкого шлака в начале процесса.

    После засыпки рабочего флюса подают воду на охлаждение кристаллизатора и поддона, а затем включают ток. Максимальная сила тока, обеспечивающая устойчивое протекание процесса ЭШП, зависит от диаметра расходуемого электрода:

    Через 10—15 мин после включения печи в кристаллизаторе образуется жидкая шлаковая ванна высотой 90—140 мм.

    Электрический режим плавки оказывает решающее влияние на качество слитка и его поверхность. С увеличением подводимой мощности увеличивается глубина жидкой части металла в кристаллизаторе и продолжительность затвердевания заготовки. Это вызывает загрязнение металла неметаллическими включениями. Так, например, на заводе «Днепроспецсталь» снижение силы тока, подводимого к установке с диаметром кристаллизатора 300 мм, с 9 до 6 кА обеспечило снижение загрязненности стали неметаллическими включениями на 25—35%.

    Однако понижение температуры металла при малой подводимой мощности приводит к повышению его вязкости и попаданию в металл частиц шлака, появлению корочек шлака. Поверхность заготовок резко ухудшается.

    При небольшой высоте жидкого шлака и большой подводимой мощности наблюдается клокотание шлаковой ванны и значительное колебание силы тока. Для устранения отмеченного явления необходимо уменьшить силу тока. Производительность установки ЭШП зависит от диаметра кристаллизатора, выбранного электрического режима, марки стали и т. д. Например, при диаметре кристаллизатора 200 мм производительность установки составляет 100—150 кг/ч, а расход электроэнергии 1300—1600 кВт • ч на 1 т металла.

    Улучшение технико-экономических показателей работы установок ЭШП достигается уменьшением простоев между плавками и повышением степени механизации вспомогательной операции, увеличением выхода годного.

    Увеличение выхода годного на установках ЭШП может быть достигнуто при использовании жидкого шлака. Заливка жидкого шлака в кристаллизаторы установок ЭШП снизу (сифонным способом) была впервые внедрена на трехфазной установке завода «Электросталь».

    На этой установке имеются три электрода диаметром 170 мм. Процесс ЭШП с сифонной заливкой жидкого шлака экономически целесообразен.

    Совершенствование систем управления мощностью шлаковой ванны и скоростью подачи или массовой скоростью плавления электрода также повышает производительность установки.

    Улучшение технико-экономических показателей установок ЭШП достигается и повторным использованием шлака в случаях, когда он не окисляется и не обогащается серой.

    ontakteWhatsAppEmail

    Источник: https://metallurgist.pro/eshp/