Jak se provádí elektrostruskové svařování?

Elektrostruskové svařování (ESW) je proces vytváření trvalého spoje, při kterém dochází k tavení základního a přídavného kovu vlivem tepla vznikajícího při průtoku elektrického proudu roztaveným tavidlem. V tomto případě vrstva roztaveného tavidla slouží k ochraně kovu svarové lázně před interakcí s kyslíkem a dusíkem ve vzduchu. Schéma elektrostruskového procesu je na Obr. 2.40. Strusková lázeň 2 vzniká (indukuje) tavením tavidla, které vyplňuje prostor mezi okraji základního kovu 1 a speciální vodou chlazené jezdce 3, pevně přitlačeny k povrchu svařovaných dílů. Rýže. 2.40. Schéma procesu ESW. Svislá šipka ukazuje směr svařování, vodorovná šipka ukazuje směr pohybu elektrody v mezeře

Energie potřebná k provedení struskového procesu je dodávána ze zdroje energie s tuhou AC nebo DC charakteristikou, připojeného k základnímu kovu a spotřební elektrodě (elektrody). 6, vloží se do mezery mezi svařenými okraji a ponoří se do struskové lázně. Elektroda je umístěna uprostřed struskové lázně nebo se pohybuje v mezeře z jednoho povrchu svařovaných dílů na druhý. Proud je přiváděn do elektrody pomocí náustku 5. Proud struskovou lázní ji ohřívá na teplotu 2000 °C, překračující bod tání kovu báze a elektrody. Struska taví okraje základního kovu a elektrodu, která je přiváděna do struskové lázně rychlostí rovnou rychlosti jejího tavení. Roztavená elektroda a základní kovy proudí na dno struskové lázně a tvoří svařovací (kovovou) lázeň 4. Když je zdroj tepla odstraněn, kov svarové lázně krystalizuje. Roztavená struska umístěná nad kovovou lázní spolehlivě chrání kov před působením vzduchu. Když je mezera mezi svařovanými hranami vyplněna, náustek se pohybuje podél svařovaného obrobku pomocí speciálního pohonu. Strusková lázeň, vytvořená na začátku svařování, se při vytváření svaru pohybuje od začátku dílu ke konci. Lázeň na nich při kontaktu s chlazenými šoupátky vytváří tenkou struskovou krustu, která zabraňuje přímému kontaktu roztaveného kovu s povrchem šoupátka. Spotřeba tavidla u tohoto způsobu svařování nepřesahuje 5 % hmotnosti naneseného kovu. Vzhledem k malému množství strusky dochází k legování uloženého kovu především díky elektrodovému drátu. V tomto případě lze podíl obecného kovu ve svaru snížit na 10-20%. Ve srovnání se svařovacím obloukem je strusková lázeň méně koncentrovaným zdrojem tepla, proto se TVD vyznačuje pomalejším ohřevem a chlazením. Významná doba zdržení kovu v roztaveném stavu pomáhá zlepšit podmínky pro odstraňování plynů a nekovových vměstků ze svarového kovu. Elektrostruskový proces probíhá plynule i při proudových hustotách y = 0,1 A/mm 2 (při ručním obloukovém svařování obalenými elektrodami y = 10-30 A/mm 2, při automatickém pod vrstvou tavidla y = 200 A/mm 2, s svařovací elektroda v ochranných plynech y = 400 A/mm 2 ), proto je možné použít elektrody dostatečně velké sekce. V praxi používané metody ESW se rozlišují podle typu elektrody: svařování elektrodovým drátem, svařování elektrodovou deskou nebo tyčí a svařování odtavnou tryskou (kombinovaná elektroda). Při svařování elektrodový drát Jako elektrody se používá drát o průměru 2,5-3,5 mm. Jedna elektroda může svařovat kov až do tloušťky 60 mm. Když je tloušťka svařovaných obrobků velká, pro zajištění rovnoměrného tavení základního kovu se elektrodě uvede vratný pohyb ve vodorovné rovině rychlostí 30-40 m/h, nebo se použije víceelektrodové svařování. Proudová hustota v elektrodách se může měnit od 15 do 160 A/mm 2 (100-600 A pro každou elektrodu).

Při svařování elektrodovou desku Desky o tloušťce 5-12 mm (ne více než Ouse mezera mezi svařovanými obrobky) a délka do 3,5 m Šířka desky je dána výkonem zdroje a obvykle nepřesahuje 150 mm. Proudová hustota v deskách je v rozmezí 0,3-2,5 A/mm2 (400-2500 A na desku). Při svařování švů složitého tvaru použijte tavící náustky, které fungují jako výplňový materiál. Tavicí tryska je deska, ke které jsou přivařeny vodicí trubky pro podávání svařovacího drátu. Náustek kopíruje tvar svařovaného spoje a jeho tloušťka je 15-20% šířky spáry. Náustek je upevněn v mezeře pomocí keramických držáků, destiček atd. Během procesu svařování se roztaví tryska a přídavný drát, který je dodáván automaticky. Průřez tavného náustku je menší než průřez elektrodových desek, takže proudová hustota se pohybuje mezi 3-7 A/mm 2 a celkový proud kolísá od 500 do 1500 A. Zpravidla ESW se provádí s produkty ve svislé poloze. Okraje jsou umístěny svisle nebo v úhlu až 30° k vertikále. Zrcadlo svarové lázně je stejně jako při svařování ve spodní poloze umístěno ve vodorovné rovině a pohyb roztavené elektrody a základních kovů probíhá ve směru gravitace. Hlavní typy připojení provedených ESW jsou znázorněny na Obr. 2.41. Mezera mezi svařovanými kusy závisí na tloušťce spojovaných hran a je zvolena dostatečná pro umístění elektrody. Mezera mezi formovacím zařízením (jezdcem) a výrobkem by neměla přesáhnout 0,5 mm, jinak může dojít k úniku strusky a kovových lázní. Svařování obvykle začíná v kovové matrici dlouhé 50-100 mm připevněné ke spodní části spoje, kde je zahájen obloukový proces. Aby se odstranila strusková lázeň a zabránilo se vzniku smršťovacích trhlin a uvolnění na konci švu, jsou na výrobku instalovány výstupní pásy o délce cca 100 mm. Hlavní parametry režimu EWS jsou svařovací proud, napětí na struskové lázni a rychlost svařování. Změna těchto parametrů má vliv na rozměry svarové lázně – šířku / a hloubku h. Konvexnost švu g určena velikostí tvářecích zařízení (obr. 2.42). Změna svařovacího proudu má největší vliv na hloubku kovového bazénu. S nárůstem /_St. hloubka lázně se zvyšuje podle závislosti blízké lineární. Šířka bazénu je mírně ovlivněna změnami svařovacího proudu. Obr. 2.41. Hlavní typy elektrostruskových svarových spojů: a-c – natupo; g, d – hranatý; f, g – odpaliště; b – svařovací mezera Obr. 2.42. Rozměry svarové lázně a svaru při TVD

Změna napětí na struskové lázni má velký vliv na šířku kovové lázně, vztah je lineární. S rostoucím napětím se mírně zvětšuje i hloubka kovové lázně. S rostoucí rychlostí svařování je pozorováno zvýšení hloubky bazénu. Technologické vlastnosti tavidla pro TVD jsou určeny jeho elektrickou vodivostí, viskozitou a nasycením plynem. Se zvýšenou elektrickou vodivostí tavidla se zvyšuje stabilita procesu a snadnost jeho iniciace. Při vysoké elektrické vodivosti tavidla však může být množství tepla uvolněného ve struskové lázni nedostatečné k roztavení okrajů svařovaných kusů. Při práci s „krátkými“ tavidly, jejichž viskozita se prudce mění s teplotou, stejně jako se žáruvzdornými tavidly, dochází k vytlačení šoupátek, zatímco tavidla s nízkou viskozitou mají tendenci unikat do mezery. Nasycení tavidla plynem by mělo být minimální, protože uvolňování plynu během procesu svařování vede k rozstřikování kovu a snížení stability procesu. Elektrostruskový proces se používá pro svařování uhlíkových a legovaných konstrukčních ocelí, speciálních ocelí, hliníku, titanu, slitin niklu a dalších kovů a slitin. Rozsah svařovaných tlouštěk v této technice je 8-2500 mm, i když v zásadě lze elektrostruskovým procesem spojovat kovy neomezené tloušťky.

Elektrostruskové svařování označuje jeden z typů spojování kovových konstrukcí, ale svým principem se výrazně liší od svařování elektrickým obloukem, které si každý umí představit. Navíc se liší nejen podstata procesu spojování dílů, ale také rozsah použití tohoto svařování. Jediné společné je, že okraje dílů se velmi zahřívají. Povaha přenosu tepla je zde ale jiná.

Elektrický proud procházející elektrodou ohřívá a taví strusku, což je tavidlo. Tento způsob svařování, i když není triviální, má výhodu při svařování ve vertikálních rovinách. Lze uvést ještě jednu oblast použitelnosti elektrostruskového svařování. Příkladem je situace, kdy tloušťka dílů je desítky milimetrů.

Технология

Roztavená struska v zařízení je druh chladicí kapaliny. Mezi okraji dílů, které je třeba spojit, se vytvoří prostor, který funguje jako lázeň, ve které se taví struska. Mezery po stranách jsou uzavřeny měděnými jezdci. Posuvníky odvádějí teplo, proto jsou vybaveny vodními trubicemi. Na dně je vytvořena speciální „kapsa“. Během procesu se posuvníky pohybují podél celého švu. Po naplnění strusky zbývá pouze přivést proud přes náustek k elektrodě. Elektrický obvod je uzavřen elektrodou ke svařovanému dílu.

Nejdůležitější podmínkou pro svařování je vysoká teplota v lázni, která může dosáhnout 1700°C stupňů. Hodnota se bere podmíněně, protože je důležité, aby tato teplota výrazně převyšovala teplotu tavení materiálu obrobku a kovu elektrody.

Zpočátku se vytvoří elektrický oblouk, který však po roztavení elektrodového drátu okamžitě zhasne. Dále je sledován elementární tepelný účinek elektrického proudu, který prochází struskou. Základní proces svařování lze nazvat bez oblouku.

Abychom si představili schéma elektrostruskového svařovacího zařízení, stačí se seznámit se slovním popisem procesu. Během procesu tavení elektrody a kovu na okrajích klesá roztavená látka na dno struskové lázně, čímž se vytváří kovová lázeň. Z této lázně se při další krystalizaci vytvoří šev. Elektroda musí být vedena ve směru shora dolů. Díky výše uvedené technologii se výsledná lázeň nazývá nucená. Přesně se používá při práci s vertikálními švy. Nedílnou součástí této technologie je umělé chlazení kovové lázně.

Nyní uvažujme, jakou roli hraje v procesu samotná struska, která slouží jako chladicí kapalina a převodník. Elektrická energie se přeměňuje na tepelnou energii a přenáší se do oblastí svařovaných ploch. Jedním z požadavků na složení strusky je vysoký stupeň elektrické vodivosti. Schopnost strusky vést elektrický proud závisí na skupenství látky. Struska má ve své krystalické formě vysokou odolnost, která při zahřívání a tavení postupně klesá. Závislost odporu na teplotě se v praxi většinou nepoužívá, proto je hlavním úkolem projektantů procesů zajistit konstantní teplotu tavidla.

Strusky různého složení mají různé vodivosti. Struska s titanovými nečistotami vede proud i v neroztaveném stavu. Další často používanou složkou je fluorid vápenatý. Takové nečistoty umožňují racionalizovat proces, protože snižují náklady ve fázi přeměny fáze oblouku na fázi elektrostruskovou.

druhy

Pro určení metody klasifikace je nutné vybrat parametr, který bude mít výrazné vlastnosti. V případě elektrostruskového svařování (ESW) není jistota. Procesy můžete například rozdělit podle způsobu formování lázně. V tomto případě je svařování rozděleno do dvou typů: s volným vytvářením bazénu a s nuceným svařováním.

Nejčastěji je klasifikace spojena s rozdíly v elektrodách a také s různými metodami ponoření.

• Svařování drátem. Do prostoru struskové lázně je postupně přiváděna elektroda ve formě drátu. Jak taje, musí se neustále přidávat. Samotná elektroda je pohyblivá a může se pohybovat dopředu ve vodorovné rovině. Okraje svařovaných dílů se ohřívají rovnoměrně po celé tloušťce. Odborníci berou na vědomí složitost procesu, protože vyžaduje dostatečné zkušenosti.
• Svařování s deskami. Na stejném principu se tento typ svařování liší tím, že elektrody jsou vyrobeny ve formě desek. Jsou dodávány do vany v určitých časových intervalech. Množství roztaveného kovu musí být dostatečné k překlenutí mezery a vytvoření vysoce kvalitního švu. Samotné zařízení má jednodušší konstrukci, protože deskové elektrody nejsou poháněny horizontálně. Patří sem také svařování elektrodami o velkém průměru. Průřez takové tyče může být libovolný a je zvolen na základě geometrie obrobku.
• Svařování spotřebním hrotem. Uvážíme-li principiální schéma tohoto procesu, jedná se o kombinaci dvou popsaných typů svařování. Jako elektroda se používá napájecí drát. Je fixován v mezeře a zůstává nehybný v rovině. Roztaveného kovu je dostatek pro naplnění kovové lázně. Tento typ svařování se používá při práci se složitými konstrukcemi, protože neexistují prakticky žádná omezení na tloušťku okrajů a délku švu.

Zařízení pro elektrostruskové svařování mají složitou strukturu, ale každý funkční prvek je vyroben podle GOST 15164, který definuje parametry svařování. Při práci s díly se silnými hranami se používají přístroje ESW s oscilačními pohyby elektrod, zajišťující rovnoměrný ohřev, nebo přístroje s velkoprůměrovými deskami a elektrodami.

Při použití drátu je možné získat švy o tloušťce 20 až 600 mm. Instalace desky umožňuje širší švy, ale délka švu by neměla přesáhnout 1,5 m V některých případech lze použít litinové elektrody.

Používaná tavidla

Jak bylo uvedeno výše, struska může mít různé složení, které určuje její fyzikální vlastnosti. Berou se v úvahu při práci s konkrétním materiálem. Existuje několik typů toků pro TVD.

• Tavidlo AN-348A se vyznačuje vysokým obsahem železa s mocenstvím 3. Tato struska se používá pro svařování nelegovaných ocelí.
• Flux FC-7. Jeho vlastnosti jsou podobné předchozímu. Našel uplatnění v procesech, kde se tvoří strusková lázeň malé hloubky.
• Tavidla AN-8, FC-21 nebo AN-22 jsou považována v jedné kategorii za směsi manganu s nízkým obsahem křemíku. Používá se pro svařování uhlíkových a středně legovaných ocelí a také perlitických ocelí.
• AN-9 a AN-25 jsou tavidla bez obsahu manganu. Byly vyvinuty v předválečné době. Používaly se při svařování pancéřování tanků.
• Nerezová ocel musí být svařována pomocí tavidla ANF-5.

Vlastnosti

Zde můžete zdůraznit nejen charakteristické vlastnosti získaných výsledků, ale také zdůraznit všechny výhody a nevýhody tohoto typu svařování. Při provádění obloukového svařování vede uvolňování plynů k tak nepříjemnému důsledku, jako je rozstřikování kovu. V tomto ohledu má ECS jasnou výhodu. Struskovou lázeň není nutné přikrývat ochrannými fóliemi. Během procesu svařování se struska dávkuje po malých dávkách. Výsledkem je zvýšená produktivita procesu při současném snížení nákladů na energii.

Pokud budeme pokračovat ve srovnání, bude zřejmé, že okraje obrobku, které se začínají částečně tavit, jsou umístěny ve značné vzdálenosti od elektrody. Při obloukovém svařování je elektroda umístěna mnohem blíže k povrchu.

Je třeba si uvědomit i úsporu materiálu. Z celkového podílu uloženého kovu tvoří struska pouze 5 %. Tavidlo při obloukovém svařování se spotřebovává desítkykrát rychleji. EHS je nepostradatelný v těžkém strojírenství, kde se často musíme potýkat s masivními díly. Jedním průchodem můžete spojit dva obrobky až do tloušťky 200 mm. Ale možnosti instalace nejsou omezeny na toto. Pokud je elektrod více, tloušťka může být výrazně vyšší.

Samotný proces má také určité výhody. Svařování nevyžaduje kolísání elektrického proudu. Není potřeba jej upravovat jako při provádění obloukových svařovacích prací. Okraje není třeba zpracovávat v přípravné fázi.

Mezi nevýhody patří omezení směru svařování. ESW umožňuje tvorbu pouze vertikálních švů. Výjimečně jsou uvažovány případy s mírnou odchylkou švu od svislice. Další nevýhodou je nemožnost přerušit proces. Steh musí být aplikován v jednom průchodu. Záporné okolní teploty neumožňují svařování. Nedostatek opracování hran je kompenzován časem stráveným výrobou kapsy a připevněním sliderů.