Оборудование для электрошлаковой сварки

Схема электрошлаковой сварки показана на рис.1. В пространстве между кромками свариваемых деталей 1 и медными пластинами 2 в начальный период сварки создается замкнутая ванна расплавленного шлака 8, в которую погружается металлический стержень - электрод 3, Ток, подведенный к электроду и свариваемому металлу, проходя через жидкий шлак, нагревает его до температуры, достаточной для плавления электрода и кромок свариваемого металла. Расплавленный электродный и основной металлы, смешиваясь, образуют общую металлическую ванну 7, которая после остывания образует сварной шов 6.

Наиболее благоприятны условия сварки при вертикальном расположении шва. В зависимости от типа применяемого электрода различают: а) сварку электродной проволоки 3 (рис.1, а и б), б) сварку электродами большого сечения, например, пластинами 5 или лентами (рис. 1, б), в) сварку плавящимся мундштуком 4 (рис. 1, г),

Рис. 1. Схема процесса электрошлаковой сварки:
а - одним проволочным электродом с неподвижной осью или с колебанием электрода, б - тремя проволочными электродами с их колебанием, в - пластинчатыми электродами, г - плавящимся мундштуком

Автоматы для электрошлаковой сварки отличаются от ранее рассмотренных. Эти отличия вызваны особенностями процесса, который они выполняют: а) наличие в зазоре между кромками ванны, содержащей значительное количество расплавленного шлака и металла и обладающей, следовательно, большой тепловой инерцией; б) вертикальное или близкое к вертикальному расположение свариваемых швов; в) сварка в один проход металла практически неограниченной толщины.

Для этого оборудование снабжена: устройствами удержания жидкого металла и шлака в зазоре между кромками; механизмами для перемещения сварочной головки и других систем движения по вертикали, вдоль свариваемых кромок; механизмами перемещения электродов вдоль зеркала сварочной ванны для равномерного ее прогрева и, следовательно, для получения равномерного провара кромок.

Источники питания должны обеспечивать устойчивость процесса и теплосодержание шлаковой ванны, достаточное для оплавления кромок и присадочного металла.

Основные характеристики шлаковой ванны и требования к источникам питания

Плавление металла при электрошлаковом процессе происходит под действием тепловой энергии, выделяемой током в расплавленном электропроводном шлаке. Полная тепловая мощность Рш шлаковой ванны равна: Рш= (Uэ + Uш)×Iш, где Uэ и Uш - падение напряжения соответственно на вылете электрода и на шлаковой ванне, Iш - сварочный ток. Таким образом, первостепенное значение имеет электропроводность шлаковой ванны.

В холодном состоянии большинство шлаков не электропроводны. С увеличением температуры электрическая проводимость шлаков растет. Температура шлаковой ванны в различных точках неодинакова. Поэтому большая часть сварочного тока проходит через наиболее нагретый объем расплавленного шлака, расположенный между торцом электрода и поверхностью металлической ванны.

Статическая вольт - амперная характеристика шлаковой ванны (рис. 2) при постоянном расстоянии между концом электрода и ванной представляет собой падающую кривую, показывающую зависимость проводимости шлака от его температуры. Форма вольт - амперной характеристики при постоянной скорости подачи электродной проволоки (рис. 3) имеет такой же вид, как и при дуговой сварке, т. е. каждой скорости подачи 1 соответствует определенный интервал токов, в котором плавление электродной проволоки происходит устойчиво. Поэтому для усиления саморегулирования процесса плавления целесообразно применять (как и при дуговой сварке) источники питания переменным или постоянным током, с жесткими или пологопадающими внешними характеристиками 2. Возможность применения источников переменного тока с жесткими характеристиками обусловлена тем, что шлаковая ванна представляет собой активное сопротивление и перемена направления тока в ней не сопряжена с какими - либо дополнительными явлениями (вроде повторного возбуждения дуги). Отпадает надобность в выборе соответствующей величины напряжения холостого хода и сопротивления сварочной цепи.

Рис. 2. Статическая вольт - амперная характеристика шлаковой ванны

Рис. 3. Кривые устойчивой работы при постоянной скорости подачи электродной проволоки диаметром 3 мм (1) и пологопадающей внешней характеристики источника питания (2)

Рис. 4. Принципиальная схема трансформатора с секционированными обмотками для электрошлаковой сварки:
К1 - К6 - пускатели, ПН - переключатель, РП1 - РП6 - промежуточные реле, ТП - понижающий трансформатор, М - двигатель вентилятора

Трансформаторы с жесткими внешними характеристиками для электрошлаковой сварки обладают, по сравнению с трансформаторами для дуговой сварки, меньшим весом, более высоким к. п. д. и коэффициентом мощности, близким к единице. Благодаря жесткой характеристике источника питания значительно облегчается техника установления необходимого режима сварки. Это объясняется тем, что напряжение зависит только от настройки источника и может быть установлено заблаговременно, а сварочный ток регулируют изменением скорости подачи электрода.

В автоматах для электрошлаковой сварки могут применяться три электрода, что позволяет использовать трехфазные трансформаторы, равномерно загружающие цеховую сеть.

Основная особенность трансформаторов для электрошлаковой сварки - широкий диапазон регулирования вторичного напряжения. По способам регулирования напряжения трансформаторы можно разделить на три группы:

1.  с секционированными обмотками (рис. 4);

2.  с дополнительными регулировочными (вольтодобавочными) трансформаторами малой мощности,

3.  с плавным регулированием напряжения магнитными шунтами.

Переключение секционированных обмоток или вольтодобавочных трансформаторов может выполняться контакторами, контроллерами или другими приспособлениями, одновременно во всех фазах или в каждой фазе раздельно.

Для электрошлаковой сварки применяют источники постоянного тока; преобразователи или выпрямители с жесткими характеристиками, в том числе и многопостовые преобразователи или выпрямители.