Электрошлаковая сварка (ЭШС) — один из видов сварки плавлением. Источником

нагрева при ЭШС является шлаковая ванна, в которой выделяется теплота

при протекании по ней сварочного тока от электрода к металлической ванне. Ванна расплавленного шлака создается в пространстве, образованном кромками свариваемых деталей и формирующими приспособлениями (ползунами ). Сварочный ток, проходя через расплавленный шлак, нагревает его до температуры, превышающей температуру плавления основного и электродного металлов. Шлак расплавляет подаваемый в него электрод и оплавляет кромки свариваемых деталей. Расплавленный металл стекает на дно шлаковой ванны, образуя металлическую ванну. По мере подъема уровня металлической ванны расплавленный металл в нижней части ванны охлаждается и кристаллизуется, образуя шов, соединяющий кромки свариваемых деталей.

УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ

– электрод;
6, 7 – свариваемые детали.

флюсом, ЭШС обладает рядом преимуществ :
•возможность получения

за один проход сварного соединения практически любой толщины без разделки кромок свариваемых деталей;
•высокая устойчивость процесса, мало зависящая от рода тока, и нечувствительность к кратковременным изменениям тока;
•высокая производительность плавления электрода, в 1,5— 2 раза превышающая этот показатель сварки под флюсом;
•высокая экономичность в сравнении со сваркой под флюсом, заключающаяся в снижении расхода флюса в 10-20 раз и электроэнергии до20%.

•возможность сварки только в вертикальном или близком к вертикальному

положении свариваемых деталей;
•необходимость установки перед сваркой технологических деталей (стартовые карманы, формирующие устройства, выводные планки);
•необходимость водяного охлаждения формирующих устройств.

– тележка;
3 – приводная шестерня;
4 – зубчатая рейка;
5 – направляющая

рельса;
6 – подвески;
7 – ползуны;
8 – мундштук;
9 – кассета;
10 – подающий механизм;
11 – суппорт поперечного перемещения.
Источник питания;
Шкаф управления.

ЭШС. Аппарат установлен на вертикальной направляющей - рельсе 5 с

зубчатой рейкой 4. В зацеплении с рейкой находится приводная шестерня 3 ходового механизма перемещения тележки 2, при вращении шестерни 3 осуществляется вертикальное перемещение аппарата с маршевой или сварочной скоростью. На тележке расположен механизм 1 горизонтального перемещения, с помощью которого электрод движется вдоль зазора между свариваемыми деталями при настройке или колебаниях при сварке. Ниже установлен суппорт поперечного перемещения 11 для настройки положения электрода в зазоре свариваемых деталей. На суппорте закреплен подающий механизм 10. Механизмом 10 электродная проволока из кассеты 9, расположенной отдельно от тележки, с помощью изогнутого мундштука 8 подается в зазор между свариваемыми деталями. Каждый механизм имеет собственный двигатель М. Для удержания металлической и шлаковой ванн используются формирующие устройства в виде ползунов 7, закрепленных на подвесках 6 и плотно прижатых к свариваемым деталям. В состав аппарата входят также непоказанные на рисунке источник питания и шкаф управления.

тележек с изделием обеспечивается пружиной);
в) безрельсовый тип (магнитное сцепление рабочего

органа с деталями).

Рисунок (а):
1 – рельс;
2 – рейка;
3 – ходовой механизм;
4 – приводная шестерня.
Рисунок (б):
1 – изделие;
2 – холостая тележка;
3 – пружина;
4 – ведущая тележка.
Рисунок (б):
1 – изделие;
2 – электромагнит;
3 – электромагнит;
4 – приводное устройство;
5 – коленчатый вал;
6 – электрическая катушка.

осуществляют перемещение аппарата по жесткой или гибкой направляющей, установленной параллельно

свариваемым кромкам. Как правило, он и имеют жесткую связь между приводом ходовой тележки и рельсом, или необходимое сцепление обеспечивается с помощью сил трения. В первом случае (рис. а) связь между рельсом 1 и ходовым механизмом 3осуществляется за счет сцепления приводной шестерни 4 с рейкой 2, расположенной на рельсе. Во втором случае механизмы, в которых связь тележки с рельсом осуществляется за счет трения между ведущими роликами и направляющей, позволяют использовать простой и дешевый рельс, например угловой прокат.
Из безрельсовых получили распространение ходовые механизмы, состоящие из двух тележек, перемещающихся непосредственно по свариваемым деталям (рис . б). При этом связь тележек с изделием 1 обеспечивается пружиной 3, прижимающей к свариваемым кромкам ведущую 4 и холостую 2 тележки, расположенные по обе стороны заготовок.
Приводы аппаратов обоих типов (рис. а и б) по конструкции сходны с приводом аппаратов для автоматической дуговой сварки, т.е. имеют электрический двигатель, понижающий редуктор и ходовые колеса или зубчатые шестерни для сцепления с рейкой.
Магнитошагающие аппараты (рис. в) удерживаются и перемещаются по вертикальной поверхности свариваемых деталей 1 с помощью электромагнитов 2 и 3, связанных между собой коленчатым валом 5. При вращении коленчатого вала от приводного устройства 4 электромагниты поочередно отрываются от деталей, «переступая » по ним в направлении сварки. Магнитный поток в системе создается электрической катушкой 6. Существуют другие типы магнитных ходовых механизмов, использующих электрические или постоянные магниты: тележки с магнитными колесами, гусеничные устройства, траки которых содержат магниты, и др.
Ручные ходовые механизмы используют при изготовлении конструкций относительно небольшой толщины (до50мм) преимущественно в условиях монтажа и в труднодоступных местах, где большое значение имеют малые масса и габаритные размеры , а также простота конструкции аппарата.

сварка пластинчатыми электродами;
г) сварка плавящимся мундштуком.

а), имеет пару роликов — подающий и прижимной, доставляет проволоку

в шлаковую ванну со скоростью подачи.
В многоэлектродном аппарате (рис. б), как правило, на каждый из электродов назначается отдельная пара роликов .При сварке тремя электродами в качестве источника питания обычно применяют трехфазный трансформатор.
В аппарате для сварки пластинчатыми электродами (рис.в) они опускаются в шлаковую ванну с помощью механизма подачи, либо для этой цели используется механизм вертикального перемещения всего аппарата.
Сварка плавящимся мундштуком (рис. г) — наиболее универсальный способ, которым можно соединять детали, имеющие переменную толщину и криволинейную форму. Плавящийся мундштук состоит из пластин 2, снабженных каналами 3 для подачи электродной проволоки 1. Плавящийся мундштук повторяет конфигурацию свариваемого стыка и надежно изолируется от свариваемых кромок. В процессе сварки мундштук плавится, оставаясь неподвижным, а недостаток металла для заполнения зазора компенсируется непрерывной подачей электродных проволок.

приводом;

б) с общим приводом
1 – двигатель;
2 – редуктор;
3

– ходовой винт;
4 – мундштук;
5 – упор;
6 – переключатель;
7 – упор.

1 – проволока;
2,3 – ролики;
4 – пружина;
5 – мундштук;
6 – шатун;
7 – палец;
8 – винт.

а) имеет двигатель 1 с редуктором 2 и ходовым винтом

3, который перемещает сварочную головку с мундштуком 4 вдоль зазора между деталями, обеспечивая более равномерный разогрев шлаковой ванны и равномерное оплавление кромок свариваемых деталей . Изменение направления движения мундштука осуществляется упорами 5 и 7 конечных выключателей при достижении ими переключателя 6. При переключении сначала происходит остановка, а затем реверс привода. Настройка момента остановки привода и амплитуды колебаний выполняется перестановкой упоров. Выдержка мундштука в течение нескольких секунд в крайних положениях выполняется с помощью реле времени.
В схеме с общим приводом (рис.б) объединены механизмы колебания и подачи. Колебания электрода осуществляются периодическим перегибом электродной проволок и 1 в токоподводящем мундштуке 5. Для этого поступательное движение проволоки преобразуется во вращательное движение роликов 2 и 3, на одном из которых расположен палец 7 кривошипно-шатунного механизма, шарнирно связанный с шатуном 6. Во избежание деформации проволоки ролики прижимаются друг к другу пружиной 4 с постоянным усилием. При сварке без колебаний прижимной ролик 3 отводится винтом8 .

оборудования”
Институт электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины
ESAB

535

от 30мм до 450мм. Сварка производится на постоянном токе одним,

двумя или тремя электродами одновременно с двухсторонним принудительным формированием шва.
Предназначен для следующих видов соединений:
- продольных стыковых швов толщиной от 30мм до 450мм;
кольцевых швов с наружным диаметром до 3000 мм при толщине стенок от 30мм до 450 мм.

ползун;
5 – электродная пластина;
6 – пульт управления;
7 – кронштейн с

шунтирующим токоподводом;
8 – станина;
9 – суппорт;
10 – суппорт;
11 – привод подачи электрода.

зажиме 3, жестко связанном с ползуном 4 винтового механизма подачи

1. Подача электрода по мере его плавления осуществляется приводом 11, снабженным электродвигателем постоянного тока с регулируемой частотой вращения.
Винтовой механизм с приводом смонтирован в колонне 2, собранной на станине 8, внутри которой установлена вся пускорегулирующая аппаратура. Пульт управления 6 расположен на колонне. Система управления позволяет автоматически поддерживать заданный режим сварки путем изменения скорости подачи электрода.
Для установочных и корректировочных перемещений электрода относительно кромок свариваемых деталей колонна с винтовым приводом установлена на системе горизонтальных суппортов, один из которых 9 обеспечивает перемещение вдоль зазора между кромками, второй 10 – поперек зазора. Для точного направления электрода в зазор и снижения влияния падения напряжения в электроде, особенно при использовании электродов из материалов с высоким активным сопротивлением, например титана и коррозионно-стойкой стали , автомат снабжен дополнительным кронштейном 7 с шунтирующим токоподводом.

скорости сварки и маршевой скорости;
- аппарат оснащён системами аварийного контроля

сварочным процессом (подача сварочной проволоки, охлаждающей жидкости, давление воздуха, короткого замыкания, сбой в работе колебания) со звуковым и визуальным оповещением;
- независимое, раздельное управления сварочными выпрямителями;
- аппарат имеет плавное регулирование и цифровое отображение сварочных режимов (тока, напряжения, скорости подачи, скорости перемещения);
- ввод данных с панелей оператора расположенных на сварочной головке и на пульте управления;
- аппарат оснащён видеокамерой следящей за процессом происходящим в сварочной ванне с отображением на ЖК панели;
- все кабеля в аппарате защищены в коробах, а в гибких местах уложены в кабелеукладчик;
- оператор может следить и управлять сварочным процессом находясь на подвижной платформе и подыматься вместе со сварочной головкой;
- оператор может следить и частично управлять сварочным процессом находясь за пределами аппарата, с дистанционного пульта управления;
- шкаф управления с принудительной вентиляцией и внутренним освещением, со звуковой системой контроля безопасности;
- тормозные механизмы с катушками позволяющие наматывать сварочную проволоку до 100кг.

регулирования механизма колебания электродов;
- пневматический зажим заднего ползуна с

возможностью и ручного зажима;
- 4-х роликовые правильно-прижимные механизмы;
- ручная вертикальная корректировка механизмов подачи проволоки;
- раздельная подача сварочной проволоки в зону сварки;
- ручная осевая и горизонтальная корректировка сварочных электродов для подачи сварочной проволоки;
- возможность задержка по времени сварочных электродов в зоне сварки при колебательном процессе;
- установка 3-х стандартных катушек с проволокой на тормозные механизмы до 30кг каждой на подвижную платформу;
- охлаждаемые медные ползуны обеспечивают принудительное формирование шва с усилением, а также хорошее формирование шва при смещении кромок изделия до ± 8мм.

сварки плавящимся мундштуком изделий из стали вертикальных швов на постоянном

токе обратной полярности металла толщиной от 18 до 70 мм., а также для электродуговой сварки порошковой проволокой металла толщиной от 14 до 35 мм. с двухсторонним формированием шва медными ползунами. Электродуговая сварка сплошной проволокой производится при толщинах металла от 14 до 20 мм.

мундштуком изделий из сталей или алюминия и его сплавов.

Аппарат может применяться при изготовлении толстостенных деталей, деталей сложной конфигурации, а также при ремонтных работах.

Аппарат предназначен для однопроходной электрошлаковой сварки с двусторонним формированием шва

сталей толщиной до 450 мм. Аппарат позволяет осуществлять сварку продольных и кольцевых стыковых швов, угловых и тавровых соединений.
Может поставляться в исполнении, предназначенном для сварки вертикально-стыковых швов сталей толщиной до 250 мм., а также различных других швов и толщин по спецзаказу.

зубчатая рейка;
5 – кронштейн;
6 – прижим;
7 – корректоры;
8 – тяга;
9

– мундштук;
10 – подпружиненный стакан;
11 – рычаг;
12 – формирующие ползуны;
13 – подвеска;
14 – подающий механизм;
15 – рукоятка;
16 – катушки с проволокой;
17 – корректоры;
18 – поперечный корректор;
19 – суппорт;
20 – радиальный корректор;
21 – корректор.

с ходовой тележкой 3. Тележка снабжена электрическим приводом и коробкой

скоростей, перемещается по вертикальному рельсу 4 с зубчатой рейкой. Рельс жестко связан с изделием при помощи кронштейна 5 и прижима 6. Для переключения скорости перемещения с рабочей на маршевую служит рукоятка 15. В корпусе 2 находятся пульт управления 1, механизм возвратно-поступательного перемещения с суппортом 19, поперечный 18 и радиальный 20 корректоры. На суппорте установлен подающий механизм 14 для трех электродных проволок. Три катушки 16 с электродной проволокой установлены рядом с автоматом. К месту сварки проволоки направляются с помощью мундштуков 9. В автомате предусмотрены корректоры 7 для регулировки положения электродов в зазоре и корректоры 17 для настройки расстояния между электродами. Формирующие ползуны 12 удерживают от вытекания шлаковую и металлическую ванны. Передний ползун связан с подвеской 13, его прижим к свариваемым деталям настраивается корректором 21. Задний ползун подвешен на тяге 8, пропущенной через зазор между свариваемыми кромками, и прижимается к кромкам при помощи рычага 11 и подпружиненного стакана 10.

сварочный трансформатор П марки ТШС-1000-3, двигатель M l для подачи

электродной проволоки, двигатель М2 для возвратно-поступательного перемещения мундштуков, а также двигатель М4 для вертикального перемещения автомата с питанием якоря от электромашинного усилителя (ЭМУ), состоящего из двигателя МЗ и генератора G.
Подготовка к работе начинается с замыкания автоматических выключателей: QF1—для питания сварочного трансформатора и QF2—для питания цепей управления. Начинает работать трансформатор ТЗ цепей управления, о чем сигнализирует лампа HL1. Также от трансформатора ТЗ через блок VD2 получают питание обмотки возбуждения LM1 и LM4 двигателей M1 иМ4. При включении тумблером SA3 магнитного пускателя КМ8 начинает работать двигатель МЗ и в целом ЭМУ. С помощью переключателя SA9 устанавливают сварочное напряжение у трансформатора Т1. Затем с помощью привода вертикального перемещения подгоняют автомат к месту сварки. Для этого устанавливают переключатель SA6 в положение «Ручная » и , переставляя переключатель SA8 в положения «Вверх» или «Вниз», пускают двигатель М4, обеспечивая подъем или спуск автомата. Частоту вращения двигателя М4 и, следовательно, скорость вертикального перемещения настраивают с помощью потенциометра R2 в цепи обмотки возбуждения LG генератора G. Вслед за этим готовят привод возвратно-поступательного перемещения мундштуков. Для этого настраивают концевые переключатели SQ1 и SO2 для срабатывания в крайних точках движения мундштуков. Затем перегоняют мундштук и к середине зазора, переставляя переключатель SA5 в положения «Вправо» или «Влево». Например, в первом случае срабатывает пускатель КМ4, который своими контактами КМ4.1 и КМ4.2 пускает двигатель М2 на движение мундштуков в сторону заднего ползуна, во втором случае пускатель КМ5 обеспечит движение к переднему ползуну. Далее готовят привод подачи проволоки. Сначала устанавливают скорость подачи с помощью переключателя SA2. Затем закорачивают электродную проволоку в технологическом кармане свариваемых деталей. Для этого нажимают кнопку SB3 «Вниз», запитывая пускатель КМ2, который своими контактами КМ2.1 и КМ2.2 включает двигатель Мl на подачу проволоки. Возможен и реверс подачи, для чего используются кнопка SB4 «Вверх » и пускатель КМЗ. Система управления готова к сварке.

только проволока, но и электроды в виде пластин, стержней.
Пластинчатые электроды

применяются главным образом при большой толщине свариваемых деталей и небольшой высоте швов жидкого металла и перегретого шлака.
Электрошлаковая сварка может быть осуществлена одним проволочным электродом диаметром 2 или 3 мм без поперечных колебаний и с постоянной скоростью подачи проволоки в шлаковую ванну при сварке металла толщиной до 50 мм.
При сварке больших толщин применяют двух-, трех- и многоэлектродную сварку проволочными электродами без поперечных или с поперечными колебаниями.
Электрошлаковой сваркой можно выполнить любой тип соединений, регламентированных ГОСТ 15164-79.

тока, Iсв, А.
Напряжение на шлаковой ванне, Uш.в., B.
Скорость сварки, Vсв,

м/ч.
Скорость подачи электрода, Vп.э., м/ч.
Скорость поперечных перемещений электрода, Vп.п., м/ч.
Дополнительными параметрами режима являются:
Сухой вылет электрода, lс, сек.
Время выдержки у ползуна при сварке с поперечными колебаниями,
bв, сек.
Число сварочных проволок-электродов, nэл.
Величина зазора в стыке, B, мм.
Глубина шлаковой ванны, hшл, мм.
Недоход электрода до ползуна.
Марка флюса.
Расстояние между электродами, lэ, мм.

стыке, пользуясь рекомендациями таблицы 1, а затем выбирают диаметр проволочного электрода.

Наиболее рациональное применение проволоки диаметрами 2 и 3 мм, так как увеличение диаметра проволоки приводит к росту ширины провара и уменьшению глубины шлаковой ванны.
Число проволочных электродов (nэл) выбирают по таблице.

30-50 мм, при сварке с поперечными колебаниями – 50-180 мм.

Выбрать конкретную величину. При числе электродов более трех, количество электродов nэл определяют по формуле:

nэл = S / lэ ,

где S – толщина свариваемого металла, мм;
lэ – расстояние между электродами, мм.

Силу сварочного тока (Iсв) на одну сварочную проволоку выбирают в зависимости от отношения толщины свариваемого металла к числу электродных проволок по формуле:

Iсв= A+B · S/n эл ,

где S – толщина металла, мм;
nэл – число проволочных электродов;
A – коэффициент, равный 220-280;
B – коэффициент, равный 3,2-4,0.

nэл.
Uш.в. = 12 +  125+S/(0,075·nэл.) (34)
Напряжение шлаковой ванны (Uш.в.) определяется по

формуле:

где S – толщина свариваемого металла, мм;
nэл – количество проволочных электродов.

Скорость подачи проволочных электродов (Vп.э.) определяют по формуле:
Vн.э. = Iсв/ (1,6-2,2), (м/ч)

где Iсв – сила сварочного тока, А.

электродов;
Lн – коэффициент наплавки, г/А ч (Lн = 30 ÷ 35 г/А

ч);
Iсв – сила сварочного тока, А;
γ – плотность наплавленного металла, г/см (7,8 см3 – для стали);
в – величина зазора в стыке, мм;
S – толщина свариваемого металла, мм;
Ку – коэффициент увеличения, учитывающий выпуклость шва;
(Ку = 1,05 – 1,10)

провара, определяется по формуле:

hшл = Inсв·(0,0000375·Iсв – 0,0025)+ 30 (мм),

где Iсв – сила

сварочного тока, А;
Inсв – сила сварочного тока с учетом количества проволок, А.
Скорость поперечных перемещений электрода, Uп.п. определяют по формуле:

Un.n. = 66-0,22 ·S/nэл, (м/ч)

где S – толщина свариваемого металла, мм;
nэл – количество проволочных электродов.
Время выдержки у ползуна (tв) определяют по формуле:

tв = 0,0375 · S/nэл. +0,75 (сек)

Недоход электрода до ползунов принимают равным 5-7 мм.

АД 381М (Ш)

для сварки прямолинейных и криволинейных швов металла толщиной от 30

мм до 100 мм в монтажных и стационарных условиях работы.
Автоматический аппарат электрошлаковой сварки АД-381Ш состоит из 4 модулей, двух подающих механизмов, в которых можно по отдельности регулировать скорость подачи проволок. Все процессы контролируются и регулируются с помощью блока управления.
Автоматический аппарат электрошлаковой сварки АД-381Ш имеет два электрода диаметром 3 мм, на каждый с которых подходит ток не более 100 А, при скорости подачи электрода от 0 до 450 м/ч. Скорость перемещения автомата весом 60 кг – от 2 м/ч до 6 м/ч. Для работы аппарата нужна подача трехфазного напряжения 380 В и 50 Гц.

Технические характеристики:

Толщина свариваемого металла, мм………………………………………..…30-100
Количество

электродов, шт…………………………………………………….. …...2
Диаметр электродов, мм …………………………………………………………......3
Сила сварочною тока на каждый электрод при ПВ=100%, А, не более ...........1000
Скорость подачи электрода, м/ч ……………………………………………......0-450
Скорость перемещения автомата, м/ч ....................................................................2-6 
Масса аппарата, кг, не более …………………………………………………….....60

неповоротных криволинейных стыков

АД 381М предназначен для
электрошлаковой сварки металла толщиной 30 -

100 мм.
Снабжен двумя подающими механизмами для проволок диаметром 2 - 4 мм с раздельным,
независимым регулированием скорости подачи каждой из них.
Аппарат состоит из четырех модулей, быстро монтируемых с помощью ключа-трещетки
без дополнительных инструментов, что значительно сокращает подготовительно-заключительное время при выполнении электрошлакового шва.
Аппарат успешно опробован в производственных условиях металлургических предприятий Украины при ремонте и сооружении корпусов доменных печей и корпусов конвертеров.

В два раза меньшая доля участия основного металла (10-15%)
объясняется

меньшей глубиной проплавления.
• Более низкое напряжение (24-26 В)
• Большая величина и плотность тока (около1000-1200 А при ширине ленты 60 мм, соответственно 33-42 А/мм2). Специальные флюсы для высокоскоростной наплавки позволяют вести процесс на токах более 2000 А, обеспечивая при этом плотность тока доходит до70 А/мм2.
• Повышение скорости наплавки (50-200%), и как результат– большая площадь наплавленной поверхности м2/час.
• Меньший расход флюса (около 0,5 кг/кг ленты)
• Время нахождения металла в расплавленном состоянии при ESW меньше, и, как следствие, уменьшенное газонасыщение и повышение стойкости к образованию пор. Оксиды всплывают на поверхность, легко переходя из расплавленной ванны на поверхность, в результате, с точки зрения металлографии, получаем более чистый металл, менее склонный к
горячим трещинам и коррозии.

наплавки – A6S для дуговой наплавки под флюсом и ESW-S60

и ESW-S90 для электрошлаковой. Специальные наплавочные головки SAW/ESW-S60 и SAW/ESW-S90 используются как для дуговой,
так и электрошлаковой наплавки. Головки стыкуются с мотором A6 ESAB и контроллером PEH.