Elektrostruskové svařování – TECHNOLOGIE KONSTRUKČNÍCH MATERIÁLŮ. SVÁŘENÍ VÝROBY

Na rozdíl od konvenčního svařování pod tavidlem, při kterém se kov taví obloukem, elektrostruskové svařování Základní a přídavné elektrody se taví teplem uvolněným bez oblouku při průchodu elektrického proudu struskovou lázní.

Před elektrostruskovým svařováním (obr. 5.12- а) svařované hrany obrobků 1 и 2 Jsou instalovány ve svislé poloze a ke spodní části polotovarů je přivařen vstupní pásek 3a nahoře jsou výstupní proužky 4Tyto pásky jsou potřebné k odstranění vad, které se tvoří na začátku a na konci svařování: na začátku svaru dochází k nedostatečnému svarení hran a na konci svaru se koncentruje smršťovací dutina a nekovové vměstky. Kromě toho úvodní pásek 3 tvoří počáteční dno svarové lázně. Protože při elektrostruskovém svařování je kapalná lázeň, obsahující roztavenou strusku a kov, velmi hluboká a má relativně velký objem, může vytékat do bočních mezer mezi obrobky. Aby se tomu zabránilo a dosáhlo se svarové dutiny, která je zespodu a ze všech čtyř stran zcela uzavřena, jsou obě mezery mezi okraji pevně uzavřeny speciálními měděnými jezdci. 5 (Obr. 5.12- б). Tyto posuvníky mají vnitřní dutiny chlazené vodou a při vytváření svaru se mohou pohybovat nahoru, aby bočně zakryly nový prostor svarové lázně.

Na začátku elektrostruskového svařování se tavidlo nalije na vstupní pás a poté na něj pomocí vodicí trysky 6 (Obr. 5.12- в) svařovací drát pro elektrody je dodáván 7 a zapálí se oblouk, který roztaví tavidlo, což vede k vytvoření kapalné struskové lázně 8Tekutá struska je elektricky vodivý elektrolyt, který odvádí obloukovou zónu, čímž ji zhasne, a procházející proud dále zahřívá lázeň na vysokou teplotu okolo 2000 °C, která překračuje bod tání základního a přídavného kovu. V důsledku toho se kov elektrodového drátu a okrajů obrobků taví, prochází struskou, deoxiduje a slitinuje a stéká ke dnu, čímž vytváří svarovou lázeň. 9Když je mezera dostatečně dlouhá, tryska s elektrodou provádí příčné kmitání, aby zajistila rovnoměrné ohřev struskové lázně po celé její délce. Jak se svařovaná mezera plní kovem, tryska a boční jezdce se pohybují nahoru a zanechávají za sebou ztuhlý svarový šev. 10Po dokončení svařování se vstupní a výstupní pásy odstraní řezáním plynem.

Obr. 5.12. Elektrostruskové svařování: а – svařované obrobky v počáteční poloze; б – vytvoření svařovací dutiny pomocí bočních posuvníků; в – svařovací proces (přední obrobek není zobrazen): 1 – zadní obrobek; 2 – přední obrobek; 3 – vstupní pás; 4 – výstupní pásy; 5 – vodou chlazený jezdec; 6 – vodicí tryska; 7 – elektrodový drát; 8 – lázeň tekuté strusky; 9 – tavná lázeň; 10 – ztuhlý svarový šev

Vzhledem k relativně nízké rychlosti tuhnutí odstraňuje elektrostruskové svařování bubliny plynu, strusku a další nečistoty úplněji než svařování tavidlem. Struskovou lázeň je rozptýlenějším zdrojem tepla než elektrický oblouk. V důsledku toho se základní kov taví současně po celém obvodu struskové lázně, což umožňuje svařování silného kovu v jednom průchodu. Protože svar je tvořen převážně z přídavného kovu, při svařování silných obrobků (více než 150 mm) se proces neprovádí s jednou, ale se dvěma nebo třemi elektrodami najednou a do svarové lázně se někdy dodatečně zavádí kovová drť nebo sekaný drát.

Elektrostruskové svařování se snadno automatizuje a má oproti automatickému svařování pod tavidlem řadu výhod: 1) zvýšená produktivita díky kontinuitě svařovacího procesu díky provedení svaru v jednom průchodu při jakékoli tloušťce kovu a také 1,5–2násobné zvýšení svařovacího proudu; 2) lepší makrostruktura svaru díky absenci vícevrstvého svaru a vytvoření rovnoměrného jednovrstvého svaru; 3) snížené náklady na provedení 1 m svaru díky zvýšené produktivitě, absenci nutnosti předběžné přípravy hran obrobků a snížené spotřebě tavidla a elektřiny.

Mezi nevýhody elektrostruskového svařování patří tvorba velkých zrn ve svaru a v zóně ovlivněné svarem v důsledku pomalého ohřevu a chlazení. Z tohoto důvodu je po svařování nutné dodatečné tepelné zpracování (žíhání nebo normalizace), aby se zjemnila zrnitost svarového kovu.

Elektrostruskové svařování se široce používá v těžkém strojírenství při výrobě kovaných a litých konstrukcí, jako jsou rámy a části výkonných lisů a strojů, klikové hřídele lodních dieselových motorů, rotory a hřídele hydraulických turbín, vysokotlaké kotle atd. Tloušťka svařovaného kovu je 50. 2000 mm.

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:

Elektrostruskové svařování (ESW) je proces tavného svařování, při kterém se k ohřevu využívá teplo generované průchodem elektrického proudu 69 roztavenou struskou z elektrody do obrobků. Během svařování nedochází k žádnému oblouku. Schéma nastavení pro ESW je znázorněno na obr. 2.25. Proces svařování začíná vytvořením struskové lázně. 3 v prostoru mezi okraji polotovarů 7 a měděnými vodou chlazenými tvářecími zařízeními (posuvníky) 8. Voda pro chlazení jezdců je přiváděna přes armatury. 11. Strusková lázeň se tvoří tavením tavidla 2 elektrickým obloukem buzeným mezi svařovacím drátem 4 a vstupní proužek 10. Po nahromadění dostatečného množství tekuté strusky je oblouk struskou odkloněn a zhasnut, zatímco podávání drátu a přívod proudu tryskou 5 pokračuje.

Když proud prochází roztavenou struskou (elektricky vodivý elektrolyt), uvolňuje se v ní teplo, které je dostatečné k udržení vysoké teploty struskové lázně (kolem 2 000 °C), a také k roztavení hran obrobků a svařování (obr. 2.25). Schéma instalace pro elektrostruskové svařování: 7 — lázeň s roztaveným kovem; 2 – tavidlo; 3 – strusková lázeň; 4 — svařovací drát; 5 — náustek; 6 — výstupní proužky; 7 — prázdné; 8— jezdec; 9 — svarový šev; 10 — vstupní proužek; 11 — armatury; V_ct — rychlost svařování drátem. Ta je nezbytná pro dodávku proudu a doplňování lázně/roztaveného kovu. Elektrostruskové svařování se obvykle provádí se svařovanými obrobky ve svislé poloze. Tryska a jezdce se pohybují nahoru, jakmile se mezera mezi obrobky naplní roztaveným kovem, a zanechávají za sebou svar 9. Okraje obrobků se taví současně po celém obvodu struskové lázně, což umožňuje svařování silného kovu v jednom průchodu. V důsledku toho je ESW v produktivitě lepší než obloukové svařování. Vady svařování se tvoří v počáteční a koncové části svaru: nedostatečné svaření hran v počáteční části a smršťovací dutiny a cizí vměstky v koncové části. Svařování proto začíná u zaváděcí tyče a končí u vyváděcích tyčí 6. Po dokončení svařování se tyče odstraňují plynovým řezáním. Nejčastěji se používají tři metody ESW: svařování drátovou elektrodou, tavnou tryskou a elektrodou s velkým průřezem. U ESHS drátová elektroda Pro obrobky o tloušťce 20-150 mm se používá jeden až tři dráty o průměru 3 mm. Pro zajištění rovnoměrného ohřevu struskové lázně po celé tloušťce se elektrodě v mezeře mezi obrobky vyvíjejí příčné vibrace. Při svařování obrobků o tloušťce 5-150 mm se požadovaný počet drátů v elektrodě určí na základě výpočtu 500-45 mm tloušťky obrobku na drát. Při ESW (elektrickém svařování s nulovým tlakem) tavící náustek V mezeře mezi obrobky je upevněna speciální tryska. Ta vede elektrodový drát do svařovací zóny, slouží k dodávání elektrického proudu a taví se s ním. Tato metoda umožňuje provádět všechny hlavní typy svarových spojů obrobků o tloušťce až 2 000 mm. S ESW (elektronické svařování s přetlakem) elektroda s velkým průřezem Jako elektrody se používají desky, tyče, trubky (získá se šev omezené délky) nebo válcovaná kovová páska (šev neomezené délky). Tato metoda svařování umožňuje spojovat obrobky o tloušťce 30–1 000 mm. Nutnost instalace obrobků svisle nebo pod mírným úhlem (15–20°) předurčuje vysokou výšku svařovacího zařízení, dosahující 8–10 m. stupeň mechanizace Existují tři typy svařovacích jednotek, které:

• 1) veškeré montážní a svařovací operace a operace pro rekonfiguraci instalace při přechodu na výrobu výrobků jiného typu jsou mechanizovány nebo automatizovány (dílenské jeřáby se používají pouze pro instalaci obrobků a odstraňování výrobků);
• 2) automatizované jsou pouze svařovací operace (instalace obrobků, montáž a odstraňování výrobku se provádí dílenskými jeřáby);
• 3) svařovací operace jsou částečně mechanizované a automatizované (doba trvání samotného svařování je 10 % pracovního cyklu; zbytek času je věnován pomocným a přípravným pracím).

První typ instalací zkracuje dobu přípravy o 30–35 %, ale je drahý. Druhý typ instalací je nejrozšířenější.

ESW má oproti automatickému svařování pod tavidlem následující výhody:

• • zvýšená produktivita díky kontinuitě svařovacího procesu, provedení svaru v jednom průchodu s velkou tloušťkou obrobků a zvýšení svařovacího proudu 1,5 – 2krát;
• • lepší makrostruktura a zvýšená homogenita jednovrstvého svaru (hustá makrostruktura svarového kovu bez pórů a zonální likvace vzniká v důsledku krystalizace kovu zdola nahoru nízkou rychlostí odpovídající tepelnému cyklu);
• • snížení nákladů na svařování díky zvýšení produktivity, zjednodušení procesu přípravy hran obrobků, snížení průřezu svaru, spotřeby svařovacího drátu, tavidla a elektřiny.

Mezi nevýhody ESW patří velké vertikální rozměry jednotek, stejně jako hrubozrnná struktura svaru a zóny ovlivněné svarem, která vzniká v důsledku jejich pomalého ohřevu a ochlazování.

Elektrostruskové svařování se ve strojírenství hojně používá k výrobě kovaných nebo odlévaných svařovaných konstrukcí (rámy a části výkonných lisů a strojů, klikové hřídele lodních motorů, rotory a hřídele hydraulických turbín atd.).

Při svařování hliníkových a titanových slitin plyny rozpuštěné v tavenině výrazně snižují pevnostní charakteristiky svarového spoje. Proces ESW nezajišťuje odplynění svarového kovu. Proto při svařování hliníkových a titanových slitin, bublinuAby se absorbovaly plyny rozpuštěné v kapalině a aby se lépe promíchala, prochází se jí plyn.

Bublávání je založeno na difúzi plynů rozpuštěných v tavenině na povrch bublin inertního plynu procházejícího taveninou, adsorpci rozpuštěných plynů na povrchu bublin a jejich částečné molybdenizaci.

Schéma elektrosvařovacího procesu s probubláváním tavné lázně je znázorněno na obr. 2.26. Do plynové komory je přiváděn inertní plyn (argon). 5

Obr. 2.26. Schéma elektrostruskového svařování s bublinkami svaru

1 – tvarovací zařízení; 2 – lázeň s tekutým kovem; 3 – strusková lázeň; 4 – svazek; 5 – plynová komora; 6 — elektroda; 7 — tavicí náustek; 8 — svarový šev; R_St. — rychlost svařování

přes armaturu 4. Procházející kanály tavicí trysky 7 proniká plyn do struskové lázně 3 a koupel 2 tekutý kov. V tomto případě plyn ztrácí rychlost, předává část své kinetické energie taveninám a vytváří cirkulační proudění a turbulentní pulzace. Když se plyn zahřívá, jeho objem a tlak se zvyšují. Celková práce expanze plynu potřebná k promíchání tavenin se rovná součtu práce adiabatické expanze proudu plynu při jeho průchodu kanály a izotermické expanze při stoupání bublin.

Probublávání umožňuje eliminovat nerovnoměrné tavení okrajů základního kovu, zvýšit přenos tepla na obvod lázně roztaveného kovu, zjemnit strukturu svarového kovu, odstranit nekovové vměstky ze svaru a zintenzivnit proces zušlechťování tekutého kovu.