Elektrostruskové svařování: podstata, tavidla, proces, použití

Podobné práce se začaly objevovat s rozvojem hutního průmyslu. Kovové výrobky se používaly při vytváření uhelných a železných dolů a v místech těžby nerostů. V té době však neexistovalo žádné vhodné vybavení a součásti se spojovaly kováním.

V moderním světě existuje mnoho zařízení, která využívají různé zdroje energie. Vzhledem k jejich specifičnosti se však většina z nich používá jen zřídka. A možnost se struskou spadá do této kategorie. Ne, nízká popularita neznamená špatnou kvalitu hotového výrobku, je to jen to, že tento postup má svou vlastní jedinečnost.

Vlastnosti svařovacího procesu a typy ES svařování

Hlavní rozdíl spočívá v absenci elektrického oblouku. Veškerá elektrická energie je dodávána do strusky, která je vodičem. Díky této reakci se uvolňuje množství tepla potřebné pro tavení. Speciální elektroda je ponořena do připravené nádoby s vedlejšími produkty. Zde nedochází k hoření oblouku, ale proud nadále protéká roztavenou struskou. Je třeba poznamenat, že tyto práce mají charakteristické rysy:

• vzdálenost mezi deskami, které jsou ve svislé poloze;
• aktivní rovina nepřichází do kontaktu s kyslíkem, protože celá plocha je pokryta struskou;
• Elektrostruskové svařování je doprovázeno nízkou spotřebou tavidla a šev je legován elektrodovým drátem;
• Slitina zůstává kapalná po dlouhou dobu, díky čemuž se ze složení odpařují přebytečné plyny.

Spojování článků probíhá také pomocí ploché elektrody. Lze použít i válcové, ale to způsobí další potíže. Nejčastěji se šev provádí shora dolů a mezi oběma předměty je ponechána mezera. Pro správné pájení se však do prázdné mezery umisťují měděné jezdce s krystalizačními vlastnostmi.

Důležitý bod! Podstatou elektrostruskového svařování je tavení a následné rychlé ochlazení plechů.

A pokud se takové manipulace provádějí venku, mohou se na povrchu objevit praskliny. Strusková látka však před takovými problémy chrání.

Tato metoda umožňuje upevňovat pásy neomezené tloušťky, nicméně je nemožné tuto práci provádět doma. Koneckonců, celý mechanismus má velké rozměry a způsoby pohybu zařízení pro elektrostruskové svařování zahrnují použití kolejnicových instalací. A hlavní jednotkou je jednotka, která přivádí drát do spojovací zóny.

Pokud jde o další jemnosti, teplo vycházející z lázně ovlivňuje oblasti sousedící se švem. To se děje v důsledku silných teplotních rozdílů. Zóny v blízkosti švu se dělí do několika tříd:

1. Přehřátí. V tomto bodě se zrna základního kovu výrazně zvětšují.
2. Oblast úplné rekrystalizace. Zde dochází k transformačním fázím, ale ohřev je nedostatečný pro růst zrn.
3. Nejvzdálenější zóna. Zde se pevnost zóny snižuje, což lze korigovat nadcházejícím tepelným zpracováním.

Ano, takové automatické svařování není v soukromé domácnosti možné, ale člověk si může pořídit elektrostruskovou tavicí pec. Nezabere mnoho místa, snadno se používá a jako surovina lze použít cokoli: rezavé železo, čisté kusy slitin, hobliny atd.

Pro správné používání takového zařízení je nutné získat důležité znalosti. Zejména o vlastnostech válcovaného kovu. Například silnější plechy z litiny, titanu, mědi, hliníku a jejich analogů jsou pro takový postup ideální. Tato možnost však není vhodná pro pájení tenkých předmětů. Co se týče použití, je snazší ho pochopit z náčrtů. Schéma celého procesu elektrostruskového svařování umožňuje pochopit celou techniku a vlastnosti zařízení.

technologie EHS

Všechno začíná montáží dílů: dvě desky se instalují v určité vzdálenosti od sebe, dole a na obou stranách se instalují speciální svorky, které fixují polotovary. Poté se do prázdného prostoru umístí svařovací drát a naplní se tavidlem (později se roztaví a vytvoří pevný základ). Po nahromadění určitého množství tekuté strusky je oblouk jím posunut a zhasne. Dále protéká elektřina vedlejšími produkty, které mají zvýšené parametry odporu. Během svařovacího procesu se vytváří prostředí s vysokou teplotou, které uvádí železo do roztaveného stavu. Také během nanášení švu prochází povrch fází ochlazování.

Při zvedání vany se demontují upevňovací konzoly a vytvoří se hladká a pevná pájka. To však není poslední fáze, protože je nutné hotový šev očistit, odstranit povrchové trhliny a dutiny. Technologické lišty, které byly namontovány na začátku postupu, se odříznou bruskou nebo jiným nástrojem. Technologie elektrostruskového svařování umožňuje získat vysoce kvalitní vzorek, který lze následně kovat a lisovat. Je třeba poznamenat, že tato technika vykazuje nejvyšší účinnost při konstrukci prstencových spojů.

Navzdory veškeré složitosti mnoho firem aktivně praktikuje tento přístup. Faktem je, že výsledný spoj je tak kvalitní, že se podobá hlavní struktuře obrobku. Díky tomu odpadá potřeba odlévání a kování většiny dílů. Elektrostruskové svařování je také levnější a diagram, který jasně ukazuje všechny fáze, to přímo potvrzuje.

Pokrok nestojí nečinně a každý rok se objevují nové techniky, které umožňují řešit složité problémy hutního průmyslu. Zlepšení se netýkají jen vzniku nových zařízení, ale také objevování nových materiálů. Je třeba poznamenat, že prioritou takové „evoluce“ je automatizace a kompaktnost instalací, stejně jako způsob nanášení pájek.

Metody svařování

Všechny činnosti jsou zaměřeny na spojování úzkého spektra kovů, které spadají do třídy nízkouhlíkových a středněuhlíkových. Ve výjimečných případech jsou povoleny legované typy. Všechny plechy musí mít také dostatečnou tloušťku. Existují tři typy moderního elektrostruskového svařování:

• Používá se kontinuální podávání přídavné elektrody, směrované zleva doprava. Kontaktní zdvih je vratný, což zajišťuje vysokou hustotu interakce;
• S použitím plochých kontaktů nahrazujících měděné jezdce. Tento přístup je doprovázen nižší spotřebou přísad, ale elektrody musí ideálně odpovídat tvaru obrobků;
• Třetí je kombinací dvou předchozích typů. Zde se jedná o dva typy kontaktů najednou, kde plochý je pevně upevněn a tavicí je přiváděn do aktivního média.

Každý typ se používá v závislosti na vlastnostech budoucího předmětu a vlastnostech taveného materiálu.

Jaká tavidla se používají?

Tavidla a strusky pro elektrostruskové svařování jsou totéž. Tato látka je hlavní a musí splňovat určité podmínky:

• zajištění zahájení reakce v co nejkratším čase a s jakýmkoli napětím;
• vysoká úroveň penetrace hran;
• vysoké vlastnosti a pevnost hotového švu;
• snadno se po dokončení uklidí přebytečné množství.

Také pro každý postup je nutné zvolit vlastní typ látky. Například AN-8 je určen pro nízkolegované nebo uhlíkové typy železa. Jeho kalcinační režimy jsou 400-500 °C. Chemické složení granulí zahrnuje oxidy křemíku, manganu, vápníku, hořčíku a hliníku. Vyloučený kov bude obsahovat 0,12 % fosforu a 0,1 % síry.

AN-22 je určen pro vysoce legované oceli. Tento materiál má skelnou strukturu žluté barvy. Pokud jde o režim kalcinace, měl by dosáhnout 650-800 °C.

Při zpracování nerezové oceli se používají tavidla AN-45 a jeho analogy. Při tavení této látky však dochází k velkému uvolňování fluorovaných plynů, což je hlavní nevýhoda. Technologické vlastnosti jsou následující:

1. Dobrá tvorba švů s hladkým přechodem k základně výrobku.
2. Nízký sklon k odštípnutí a praskání.
3. Velikost zrna může být 0,25-3,0 mm.
4. Uspokojivá definovatelnost struskové kůry.

Existují i méně oblíbené odrůdy. Například AN-9, ANF-1, ANF-7. Každá složka má jiné chemické složení, bod tání a vzhled, které musí také splňovat normy GOST.

Příprava produktu pro svařovací proces

Konec předmětu o rozměrech maximálně 20 cm se opracuje plynovou řezačkou. Potřeba této operace vyplývá z potřeby korekce hřebenů a záhybů: musí být 0,2-0,3 cm, s odchylkou od pravého úhlu maximálně 0.4 cm. Povrch silnějších kovových výrobků prochází fází mechanického působení a všechny válcované výrobky se čistí od oxidů a koroze pomocí brusky. Odlévání a kování musí být opracovávány podobnou technikou a ve vzdálenosti 8 cm od konce.

Pokud je potřeba spojit dva válcované výrobky s různými vrstvami, pak se při práci používá stupňovitý systém posuvníků nebo se požadovaná vrstva odstraní nad povrchem kovu větší tloušťky. Při upevňování prstencových slitin by rozdíl v průměru spoje neměl být větší než 0,5 a posun by neměl překročit 1 mm. Z výše uvedeného lze usoudit, že takové úkony mají klenotnický charakter. Je zde však ještě jeden důležitý bod: aby se získala vysoce kvalitní součástka, musí být všechna označení provedena s malým prohloubením na větší straně. To je nutné provést kvůli deformaci, ke které dochází při vystavení teplu.

Excitace procesu ES

Tato reakce začíná hned na začátku, kdy se tavidlo v lázni roztaví a celá oblast se zahřeje na provozní teplotu. Silný vliv na kvalitu má také příprava.

Existují pouze dvě možnosti pro vytvoření struskové lázně:

• pevný start. Zde se tavení provádí pomocí elektrického oblouku s následným posunem a přidáním nové strusky;
• tekutý start. Zde se tavidlo přidává do pracovního prostoru v kapalném stavu. Předem se roztaví v peci.

Použití prvního bodu vyžaduje vyšší náklady na energii kvůli zvýšené síle proudu. Na spodní část tyče se také nalije mletý kovový prášek, což pomáhá dosáhnout svařovacího oblouku. Během práce je nutné sledovat spotřební materiál a pravidelně jej doplňovat.

Materiály a vybavení pro provádění ESW

Jedním z oblíbených strojů pro tento postup je A535. Je určen pro jednoprůchodové elektrostruskové svařování se střídavým proudem. Tato jednotka je však vhodná i pro omezené elektrostruskové svařování.

Je důležité dodat, že zařízení si dokonale poradí se svařováním kruhových i podélných švů, jejichž průměr nepřesáhne 300 mm.

• síťové napětí – 380 V;
• frekvence proudu – 50 Hz;
• počet tyčí – 3 ks;
• průměr drátu – 3 mm;
• tloušťka kovu – až 450 mm.

Dalším zařízením je A550. Elektrostruskové svařování s jeho pomocí se provádí podle podobného scénáře, ale zde se některé jeho parametry a vlastnosti liší. Někteří výrobci nabízejí výrobu modelu na zakázku, kde jeho napětí bude 380 V, 415 V s frekvencí 50 Hz. Lze také nastavit výšku zdvihu stroje v závislosti na velikosti obrobku. Pro zlepšení kvality produktu lze přidat různé přísady. Ty se také přivádějí přímo do nádrže, kde se mísí s hlavní látkou a pomáhají po celou dobu činnosti.

Výhody a nevýhody metody ESW

Hlavním pozitivním rysem tohoto efektu je schopnost svařovat předměty obrovských rozměrů. Díky objevu této metody se stala snazší konstrukce a opravy masivních předmětů. Další pozitivní vlastnosti procesu elektrostruskového svařování:

• nejvyšší výkonnostní ukazatele při práci s velkými deskami;
• konzervativní spotřeba elektřiny a pomocných látek na 1 kg;
• vynikající kvalita spoje, která je podobná struktuře základního materiálu;
• není třeba ořezávat okraje, což značně zjednodušuje přípravné práce.

K popisu těchto charakteristik lze dodat, že tato metoda je ekonomičtější a teoreticky je možné vytvořit šev libovolné tloušťky v jednom průchodu.

Aplikace

Oblast použití jakéhokoli elektrostruskového svařování má úzký rozsah specializace. Nejčastěji se používá při stavbě velkých dopravních, například obchodních lodí. EBS také pomáhá při stavbě masivních mostů, kde kvalita a pevnost spojení hrají zásadní roli.

Takto se svařuje nosná forma válcovny silných plechů, jejíž hmotnost je více než 100 tun a průřez je několik metrů čtverečních. Během výzkumu a zdokonalování se ukázalo, že elektrostruskové svařování lze použít v různých metalurgických manipulacích: elektrostruskovém přetavování. Rozdíl spočívá v tom, že proud není přiváděn k drátu, ale k elektrodě vyrobené z přetavovaného materiálu. Samotná roztavená látka se hromadí v nádobě, která je chlazena cirkulující vodou.

Při svařování pod tavidlem je zdrojem tepla svařovací oblouk, ve kterém se elektrická energie přeměňuje na teplo. Elektrostruskové svařování je založeno na jiném principu. Při této metodě dochází k přeměně elektrické energie na teplo ve struskové lázni, která je vodičem elektrického proudu. Když elektrický proud prochází tekutou struskou, uvolňuje se v ní teplo, které se používá k roztavení kovu.

Při elektrostruskovém svařování se v prostoru mezi okraji svařovaného díla a tvářecími zařízeními nachází lázeň roztavené strusky, ve které je ponořena kovová elektroda. Elektrický proud prochází mezi elektrodou a základním kovem a ohřívá strusku v lázni. K přeměně elektrického proudu na teplo dochází ve strusce, na kontaktních plochách struska-kov a v kovu samotném. V tomto případě se taví jak část elektrody ponořená ve strusce, tak okraje produktu. Roztavený základní a elektrodový kov se shromažďují na dně struskové lázně ve formě kovové lázně. Když ztuhne, vytvoří se šev, který spojuje okraje výrobku.

Elektroda se při tavení přivádí do struskové lázně a hladina kovové lázně se postupně zvyšuje. V tomto případě se svařovací zóna pohybuje nahoru, dokud není výrobek zcela svařen. Při elektrostruskovém svařování jsou kov svarové lázně a roztavený elektrodový kov chráněny před působením vzduchu vrstvou tekuté strusky.

Během tavného svařování dochází k interakci mezi tekutou struskou a kovem. Doba trvání této interakce je obvykle velmi krátká. Při svařování elektrickým obloukem se pohybuje od 10 s do 1 min. Během elektrostruskového svařování interaguje struska a kov mnohem déle – až několik minut. Vzhledem k velmi malé spotřebě tavidla při elektrostruskovém svařování dochází ke slabé interakci tekutého kovu a strusky.

Elektrostruskový proces se zásadně liší od procesu elektrického oblouku, proto tavidla pro elektrostruskové svařování mají také charakteristické rysy dané jednak potřebou zajistit stabilitu elektrostruskového procesu a jednak přítomností zařízení pro zadržování struskových a kovových bazénů.

Vzhledem k tomu, že elektrostruskový proces je založen na elektrické vodivosti kapalné strusky, má na ni významný vliv elektrická vodivost roztavené strusky. Stabilita elektrostruskového procesu se zvyšuje se zvyšující se elektrickou vodivostí kapalné strusky. Čím vyšší je jeho elektrická vodivost, tím nižší proudové napětí by mělo být použito pro elektrostruskové svařování. Když však elektrický proud prochází vysoce vodivými struskami, vzniká málo tepla, a proto je pro úspěšný svařovací proces zapotřebí značné množství elektrické energie. Při nízkých proudech neposkytuje svařování pomocí takových strusek potřebné spojení hran. Elektrostruskové svařování se obvykle provádí pomocí střídavého proudu.

Metoda elektrostruskového svařování je široce používána v průmyslu pro spojování kovů se zvýšenou tloušťkou: oceli a litiny různého složení, mědi, hliníku, titanu a jejich slitin. Mezi výhody metody patří možnost svařit kov téměř libovolné tloušťky v jednom průchodu, což nevyžaduje odstraňování strusky a vhodné nastavení svařovacího zařízení před svařováním následného průchodu, jako u jiných metod svařování. V tomto případě se svařování provádí bez zkosení hran. Pro svařování lze použít jednu nebo více drátových elektrod nebo elektrod jiného většího průřezu. V důsledku toho je dosaženo vysoké produktivity a účinnosti procesu, které se zvyšují s rostoucí tloušťkou svařovaného kovu.

Mezi nevýhody metody patří skutečnost, že elektrostruskové svařování je technicky možné při tloušťce kovu větší než 16 mm a až na vzácné výjimky je ekonomicky výhodné při svařování kovu o tloušťce větší než 40 mm. Metoda umožňuje svařovat pouze vertikální švy. Při svařování některých kovů vyžaduje vznik nepříznivých struktur ve svarovém kovu a tepelně ovlivněné zóně následné tepelné zpracování pro získání potřebných vlastností svarového spoje.