Elektrostruskové svařování: podstata procesu a rozsah použití, technologie, zařízení, výhody a nevýhody

Metoda tavného svařování charakterizovaná ohřevem kovu pomocí tepla z průchodu elektrického proudu roztavenou elektricky vodivou struskou se nazývá elektrostruskové svařování. Při tomto procesu se elektrická energie téměř úplně přenese do struskové lázně az ní na elektrodu a poté na základní kov. Tavenina tavidla je navíc současně jak prostředkem k ovlivnění nemetalurgického procesu probíhajícího v roztaveném kovu, tak k jeho ochraně před nepříznivými vlivy atmosférického prostředí. Vrstva roztavené strusky, která se tvoří na povrchu lázně a brání do ní pronikání okolního vzduchu, díky své nižší hustotě než kov čistí i kapky kovu elektrody od nežádoucích nečistot.

Technologie elektrostruskového svařování

Podstatou elektrostruskového svařování je využití tohoto procesu jako zdroje energie. V tomto případě je maximální výhřevné plochy dosaženo s minimální koncentrací energie na výhřevném místě. Existuje několik možností pro svařování touto metodou. Nejrozšířenější svařování je pomocí náustkových nebo deskových elektrod, jedné drátové elektrody nebo několika, s oscilačními pohyby nebo bez nich.

Schéma procesu elektrostruskového svařování zahrnuje kombinování základního a elektrodového kovu do svařovacího okruhu prostřednictvím roztavené strusky s elektrickým proudem, který jimi prochází. Během této operace se ve struskové lázni vytváří teplo, pod jehož vlivem kovy připojených prvků a elektrody, tající a proudící, klesají ke dnu roztavené hmoty a tvoří tak svarovou lázeň. Při zahájení svařovacích prací se zapálí elektrický oblouk, jehož působením se v procesu tavení tavidel vytvoří strusková lázeň, která oblouk vyplňuje. Když zhasne, začíná přechod z obloukového procesu na elektrostruskový proces.

Nezbytné vybavení

O jeho výhodách rozhoduje řada vlastností zařízení pro elektrostruskové svařování, jednou z nich je nízká spotřeba tavidel, v průměru asi 5 % hmotnosti ukládaných kovů. Také pomocí této metody můžete svařovat obrobky libovolné tloušťky, a to i v jednom průchodu. Navíc nevyžaduje řezné hrany a produktivita takového svařování je několikanásobně vyšší než vícevrstvé svařování tavidlem prováděné pomocí automatického stroje. Elektrostrusková metoda také pomáhá čistit svarový kov od cizích vměstků a odstraňovat z něj plyny. K tomu dochází v důsledku značných teplot horní vrstvy kovové lázně, její vertikální polohy a dlouhé doby zdržení kovů v roztavené formě.

K nevýhodám provozu zařízení pro elektrostruskové svařování patří výrazné přehřívání materiálů v oblasti u svaru. To může vést ke zhoršení jeho plastických vlastností. Pro dosažení požadovaných mechanických vlastností svarového spoje je navíc podroben speciální vysokoteplotní úpravě. Také elektrostrusková metoda je komplikována nutností instalace speciálních technologických zařízení (kapsy, pásy atd.) před svařováním. Je účinný pouze ve vertikální poloze nebo blízko k ní a zastavení jeho procesu před dokončením svařování je spojeno s výskytem defektů ve švech.

Obrobky svařované elektrostruskovým svařovacím zařízením jsou sestaveny vertikálně bez použití zkosených hran a velikost mezery mezi nimi je obvykle od 2 do 4 cm Pomocí speciálních tvářecích zařízení, desek nebo vodou chlazených měděných šoupátek, roztavený kov se struskou je bráněno vytékání, dokud se nevytvoří svarový spoj. Šev se tvoří během krystalizace kovové taveniny ve spodní zóně kovové lázně.

Proces svařování se provádí pomocí speciálních zařízení, která poskytují požadované režimy elektrostruskového svařování. Jsou schopné přivádět elektrody do oblasti svařování, udržovat elektrostruskové operace stabilní a pohybovat se podle potřeby podél svarové linie. Nejčastěji se pro tyto účely používají automatické stroje, protože těžší zařízení poloautomatických zařízení se obtížněji pohybují ve vertikálním směru. Každé automatické zařízení pro elektrostruskové svařování se skládá ze samojízdného svařovacího stroje, který je připojen k měděným botkám, chlazeným vodou a tvořícím šev; kazety s elektrodovým drátem v nich obsaženým; násypka naplněná tavidlem; zdroj energie s ovládacím zařízením. K provádění svařování tímto způsobem se používají jak konvenční tavidla, tak speciální, schopná vytvořit elektricky vodivou taveninu.

Aplikace elektrostruskového svařování

Podstata procesu elektrostruskového svařování a oblast jeho použití jsou neoddělitelně spojeny. Vzhledem k tomu, že tato možnost svařování je technicky proveditelná pouze pro tloušťky materiálu nad 1,6 cm a ekonomické výhody jsou patrné u obrobků o tloušťce 2,5-3 cm, je nejvhodnější ji použít při konstrukci silnostěnných konstrukcí. Tímto způsobem je možné spojovat litiny a oceli (legované, nízkou a středně uhlíkaté), ale i neželezné kovy, především měď a hliník. Kromě toho se elektrostruskový proces používá pro navařování různých slitin na výrobcích vyrobených z nízkolegovaných nebo nízkouhlíkových ocelí.

Tato metoda svařování umožňuje provádět jak rovné švy, tak zakřivené nebo kruhové. S jeho pomocí lze vyrobit nejen tupé spoje, ale také T-spojy nebo rohové spoje, i když jsou vzácné. To je vysvětleno možností jejich nahrazení možnostmi zadku. Konfigurace výsledných švů umožňuje variabilní zakřivení, prstencový, přímočarý a variabilní průřez. Pokud si zakoupíte zařízení pro elektrostruskové svařování, můžete radikálně změnit celý postup výroby velkorozměrových konstrukcí. Díky ní bude možné nahradit velkorozměrové kované a odlévané obrobky prvky menších rozměrů vyráběné metodou svařované-kované nebo svařované-odlévané.

Elektrostruskové svařování patří do tepelné třídy a je to typ tavného svařování. Zdrojem tepla je teplo uvolňované při průchodu nosiče energie struskovou lázní.

Pracovní proces probíhá ve svislé rovině a spočívá v průchodu svařovacího obvodu elektrického proudu elektrodou, základním kovem a tekutou struskou. Základní kov a přídavný materiál se taví v důsledku tepla z ohřáté struskové lázně.

Elektrostruskové svařování se klasifikuje podle typu, počtu elektrod a přítomnosti kmitů elektrod.

GOST

Požadavky, specifikace, typy spojů a další informace týkající se elektrostruskového svařování jsou obsaženy v povinných GOST. Některé normy:

1. Svařovací procesyGOST 30482-97 – pravidla pro technologický postup provádění prací s drátovou elektrodou nebo tavicí tryskou z nízkolegovaných a uhlíkových ocelí.
2. Svařovací spotřební materiálGOST 9087-81, GOST 30756-2001 – technické podmínky pro tavené svařovací tavidla pro elektrostruskové svařování a technologie.
3. Svařované spojeGOST 15164-78 – typy, prvky, rozměry.

Kde se používá

Hlavní oblastí použití je těžké strojírenství.

• spojování silnostěnných plechů a dílů (pancéřované trupy lodí, hřídele hydraulických turbín, rámy výkonných lisů a válcoven, pancéřování tanků, bubny vysokotlakých kotlů);
• svařování kovů s různým chemickým složením;
• konstrukce plášťů vysokých pecí;
• výroba svařovaných, kovaných a svařovaných litých konstrukcí;
• výroba hutních zařízení, silnostěnné válce.

Metoda se také používá pro svařování tenkých kovů (14-30 mm), například montážních spojů lodních trupů na skluzu.

Metody svařování

Metody elektrostruskového svařování závisí na typu použitých elektrod a dělí se na:

Použití elektrodových drátů

Proces se provádí pomocí drátěné elektrody o průměru průřezu 2-3 mm bez příčných vibrací.

Rychlost podávání drátu do struskové lázně musí být konstantní. Tato metoda se používá při svařování kovů do tloušťky 50 mm.

Pro svařování silnějších kovů se používá několik elektrodových drátů. Elektrody se pohybují vratně ve směru kolmém k podélné ose svaru.

Použití elektrod s velkým průřezem

Používají se tyče a desky kruhového, čtvercového nebo jiného průřezu. Velikost a množství elektrod závisí na velikosti spojovaných dílů, tvaru a velikosti svařovaných otvorů a dutin.

Metoda se používá hlavně pro velké tloušťky svařovaných prvků a výšku svaru až 1 m.

Desková elektroda se při tavení spustí do struskové lázně, jejíž hloubka je 20-25 mm. K vytvoření švu dochází v důsledku kombinace tavení základního kovu s roztaveným materiálem desek.

Aplikace tavného náustku

Metoda kombinuje svařování elektrodovými dráty a elektrodami s velkým průřezem. Do mezery mezi spojovanými částmi je instalována ocelová deska (tryska). Ta má trubky nebo drážky, kterými jsou protahovány elektrodové dráty.

Tryska zůstává během svařovacího procesu nehybná. Do struskové lázně jsou přiváděny elektrodové dráty, které se taví a vyplňují mezeru mezi spojovanými prvky. Současně s drátem se taví i část trysky, která se nachází ve struskové lázni.

Velikost trysky a počet drátů se volí podle rozměrů svařovaných dílů. Tato metoda se používá při spojování prvků se složitým průřezem a malou výškou švu. Tavná tryska je vyrobena s průřezem stejného tvaru jako spojované díly.

Technologie svařování

Svařované díly se instalují svisle s ponecháním dostatečné mezery mezi okraji. Svarový kov se tvoří násilím. Do svařovací zóny se přivádí drátová elektroda nebo ocelový plech (tyč) a tavidlo. Na začátku procesu hoří mezi drátem a kovem oblouk. Po vytvoření dostatečné vrstvy kapalného tavidla (struskové lázně) oblouk zhasne a elektrický proud prochází pouze tavidlem. Uvolněné teplo podporuje další tavení tavidla, drátové elektrody a okrajů svařovaných materiálů. Roztavený kov tvoří tavnou lázeň, která stéká ke dnu struskové lázně.

Svařovací hlava se spolu s jezdci měděného krystalizátoru pohybuje podél spojovaných dílů zdola nahoru a drží je. Kluzce, které tvoří svarový kov, jsou chlazeny kanálky, kterými cirkuluje voda. Účelem je zajistit normální tvorbu svaru a zabránit úniku tekuté strusky a kovu z tavicího prostoru. Jakmile se mezera vyplní, jezdcové desky se pohybují nahoru. Kov lázně se ochlazuje, dochází ke krystalizaci a svar se vytvoří po celé výšce okrajů spojovaných materiálů.

Оборудование

Metoda vyžaduje použití zařízení – automatických a poloautomatických svařovacích strojů, strojů a instalací.

Svářecí stroj pro svařování strusky obsahuje:

• zdroj napájení;
• svařovací hlava;
• zařízení (posuvníky) pro nucené držení tavné lázně;
• mechanismy pro pohyb svařovacího stroje a elektrod;
• řízení;
• cívky drátu;
• Zásobník tavidla;
• Zařízení pro regulaci polohy svařovací lázně.

Výhody a nevýhody

Mezi pozitivní vlastnosti této metody patří:

1. Možnost jednorázového svařování výrobků s neomezenou tloušťkouVýsledkem je snížení pracnosti svařovacího procesu, levnější výroba a zlepšení kvality svarů.
2. Není nutná speciální úprava hran dílů, což snižuje množství přípravných prací.
3. Spotřeba tavidla je 15–20krát nižší ve srovnání se svařováním pod tavidlem.
4. Vertikální poloha svařovacího procesu nevyžaduje časté otáčení výrobků.
5. Zajištění rovnoměrného svařování okrajů spojovaných prvků.
6. Žádné úhlové deformace plechů po svařování.
7. Vysoký výkon.

• povinná vertikální orientace švu;
• nepřípustnost přerušení svařovacího procesu aby se předešlo vadám;
• nutnost instalace dalšího vybavení (posuvníky, prkna);
• hrubozrnná struktura svaru;
• potřeba tepelného zpracování hotového výrobku za účelem zlepšení síly.