Elektrostruskové navařování. Výhody a nevýhody elektrostruskového navařování. |

Typ elektrostruskového procesu. Technologie založená na nanášení roztaveného kovu na pracovní povrch výrobku, při které dochází k tavení základního kovu a tavení přídavného kovu vlivem tepla vznikajícího ve struskové lázni, když jí prochází elektrický proud. Kapalná strusková lázeň, která má hustotu nižší než hustota roztaveného kovu, je neustále umístěna nad povrchem kovové taveniny a chrání ji před vystavením vzduchu. Kapky přídavného kovu, procházející struskou, procházejí metalurgickým zpracováním a jsou očištěny od škodlivých nečistot. Směr konvekce strusky závisí na průměru elektrody: při nanášení tenkou elektrodou převládá nucená elektromagnetická konvekce, struska klesá u elektrody a stoupá podél okrajů struskové lázně, při použití tlusté elektrody volná tepelná konvekce převládá, struska padá podél okrajů struskové lázně a stoupá blízko elektrody.

Rozlišuje se navařování s nucenou (elektrosstruskové navařování ve vodou chlazených krystalizátorech a formovacích zařízeních) a volnou (elektrosstruské navařování páskami) vytvářením nanesené vrstvy. Podle počáteční fáze elektrostruskového procesu se rozlišuje start „pevný“ (k vytvoření struskové lázně dochází přímo v navařovací zóně) a start „kapalný“ (předem připravená struska se nasype do krystalizátoru dutina).

Podstata elektrostruskového navařování s nucenou tvorbou nanesené vrstvy je následující. Elektrodový výplňový materiál je přiváděn do struskové lázně umístěné v dutině tvořené ukládaným povrchem a vodou chlazeným krystalizátorem. Proud procházející mezi elektrodou a naneseným kovem přes tekutou strusku ji ohřeje na vysokou teplotu dostatečnou k roztavení dodávaného přídavného materiálu (od 1650 C o do více než 2000 C o) a roztavení povrchu výrobku. Roztavený kov klesá na dno struskové lázně a krystalizací tvoří usazenou vrstvu.

Jako výplňový materiál se používá jedna nebo více elektrod vyrobených z plných nebo plněných drátů, pásek, deskových elektrod s velkým průřezem a spotřebních náustků. Při použití nespotřebitelných (grafit, wolfram) elektrod je možné použít elektricky neutrální nekompaktní výplňové materiály: broky, tekutý kov.

Při elektrostruskovém navařování kompozitních povlaků se do struskové lázně nasype nahoře granulovaná tvrdá slitina, jejíž teplota tavení je vyšší než teplota tavení pojivového kovu, jehož nutnost použití je způsobena nepřípustností sekundárních tavení některých tvrdých slitin, což znemožňuje navařování monopovlaků z takových materiálů. Tvrdost a odolnost proti opotřebení zajišťují částice karbidu a kovové pojivo je drží na povrchu součásti.

Výhody elektrostruskového navařování

• vysoká stabilita procesu a necitlivost na krátkodobé změny proudu a jeho přerušení;
• vysoká produktivita (až 150 kg uloženého kovu za hodinu);
• hospodárnost procesu (nanášení stejného množství elektrodového kovu vyžaduje o 15-20 % méně elektřiny než navařování obloukem);
• rafinace (čištění) kovu od škodlivých nečistot a vysoká ochrana lázně tekutého kovu před vzduchem;
• schopnost získat nanesenou vrstvu téměř jakékoli tloušťky v jednom průchodu (od několika milimetrů do desítek centimetrů);
• schopnost zajistit nízkou penetraci základního kovu.

Nevýhody elektrostruskového navařování

• nepřípustnost přerušení procesu před koncem navařování;
• nutnost výroby technologického zařízení, které tvoří deponovanou vrstvu (v některých případech);
• hrubozrnná struktura svarového kovu a tepelně ovlivněná zóna.

Elektrostruskové navařování se nejvíce rozšířilo při navařování kovových vrstev o velké tloušťce na výrobcích (válce válcovacích stolic, sochory pro bimetalické válcované výrobky atd.), u kterých jsou všechny jeho výhody plně realizovány. Tato metoda se používá pro nanášení otěruvzdorných, tepelně odolných, korozivzdorných a dalších povlaků se speciálními vlastnostmi na povrchy strojních součástí pro hutní, petrochemické, důlní a stavební zařízení.

Proces spojování dílů, při kterém dochází k roztavení přídavného drátu a okrajů dílů v důsledku ohřevu roztaveného tavidla na vysokou teplotu, se nazývá elektrostruskové svařování. Struska má vysoký odpor a když jí prochází proud, ohřívá vše kolem sebe. V důsledku toho se tekuté kovy spojují. Struska vyplave nahoru a vytvoří ochranný film. Poskytuje rovnoměrné chlazení.

Aplikace

Podstatou procesu a rozsahu svařování pod tavidlem je spojování velkých dílů. Nejčastěji se jedná o plechy o tloušťce 40 mm až 500 mm. Šev se aplikuje jedním průchodem a nemá prakticky žádná omezení délky.

Nejoblíbenější oblastí použití v těžkém průmyslu je výroba velkoplošných lavicových desek a svařování dílů s prvky různých tlouštěk. Při výstavbě těžkých potrubí se používá automatické zařízení pro spojování potrubí s předběžnou přípravou a následným tepelným zpracováním a izolací.

Odrůdy

Při spojování 2 dílů, mezi jejichž povrchy je mezera, se provádí svařování. Dělí se na typy podle typu proudového napájecího prvku, jeho tvaru a provedení. Existují odrůdy:

• jednoelektrodový;
• multielektroda;
• s drátem;
• talíře;
• tavící náustek;
• byt.

Svařování jedním proudovým drátem se používá ke spojování tenkých plechů pomocí automatických a poloautomatických strojů.

[Elektrody textboxu se používají k nanášení kovu na povrch součásti. Jejich proudová přívodní hrana je plochá, široká, umístěná ve struskové lázni rovnoběžně s rovinou součásti. Plochá elektroda pokryje široký pás dílu naneseným kovem v jednom průchodu.[/stextbox]

S drátem

Mohou být 1 až 3 drátové elektrody. Jsou přiváděny do struskové lázně konstantní rychlostí. Při spojování spojů velké šířky mohou provádět klikatý pohyb kolmo k ose švu.

Proud je aplikován přímo na samotný drát a prochází tavidlem, zahřívá jej a taví samotný drát-elektroda.

S talíři

Pro svařování velkých dílů se používají plechy se širokou mezerou. Plnicí drát je přiváděn ze strany nebo položen podél spodní části švu. Elektroda je spuštěna do lázně a míchána podél švu, ponořená do tavidla.

S tajícím náustkem

Náustek je deska ponořená do strusky, skrz kanály, uvnitř kterých je drát přiváděn do tavicí lázně. Pohybuje se konstantní rychlostí. V závislosti na šířce švu mohou být 2 nebo 3 otvory pro drát.

[textové pole může být široké pouze ve spodní části a může mít libovolný tvar. Drát je přiváděn podél tyče namontované kolmo k základně tavicí formy. Externě je součástí obrácené písmeno T s jednou nebo více nohami. Rychlost svařování se nesnižuje.[/stextbox]

Технология

Technologie elektrostruskového svařování je proces spojování dílů tavením jejich hran a přídavného drátu ve svarové lázni. Hlavním zdrojem ohřevu je kapalná struska – roztavené tavidlo, kterým prochází elektrický proud. Tavenina v lázni má vysoký elektrický odpor a je velmi horká.

Připojte mínus k dílu, který se má svařovat, nebo obojí a plus k elektrodě. Proud prochází vysokoodolnou roztavenou struskou umístěnou mezi nimi a ohřívá tavicí lázeň. V tomto případě jsou okraje dílu roztaveny a výplňový drát je zcela roztaven, čímž se mezera vyplní.

[textbox procesu elektrického svařování závisí na hloubce struskové lázně a správné velikosti mezery mezi díly. Pokud je šířka lázně malá, naruší se proces tavení tavidla a vytvoří se obloukové výboje.[/stextbox]

Pokud je pod elektrodou místo spoje pevný povrch, elektrostruskové navařování. Jeho podstatou je spojení kovů s různými mechanickými vlastnostmi nebo zvětšení jeho velikosti.

Jaká tavidla se používají?

Použití tavidel je dáno jejich elektrickou vodivostí a viskozitou v kapalném stavu. Kvalitní a rychlé svařování středně uhlíkatých a nízkolegovaných ocelí probíhá pod fluoridovými tavidly, které mají vysokou elektrickou vodivost. Pro práci s nízkými proudy, například svařování vysokolegovaných ocelí, není vhodný pro svou vysokou viskozitu. Rychle tvrdne, narušuje postup elektrody a vytlačuje jezdce.

Zakalené barvy ukazují, že zahřívání části kolem švu nemá přechodové zóny.

Mangan ovlivňuje oddělitelnost kůry po ochlazení směsi. Čím je menší, tím snáze se odstraňuje struska. K zapálení oblouku se používají sloučeniny s nízkým obsahem křemíku, které neobsahují mangan, lze je nalít na začátku svaru. Poté se při svařování doporučuje používat tavidla, která tvoří dobrý povlak na švu a zaručují postupné ochlazování:

• mangan s nízkým obsahem křemíku;
• mangan s vysokým obsahem křemíku.

Legované kovy jsou náchylné k praskání při náhlém ochlazení. Pro ně je nejlepší použít tavidla s vysokým obsahem křemíku a manganu, která zajistí provoz při malých proudech a pomalé chlazení bez přístupu vzduchu.

[stextbox Oddělení kontroly kvality závodu SVEL, člen certifikační komise svářečů Bratishchev A.I.: «Při použití ESW by se měla používat tavidla vyrobená v souladu s GOST 9087-81. Před prací je třeba je sušit v pecích při teplotě 110⁰ – 120⁰C, který vydržel nejméně 2 hodiny na 100 mm minimálního průřezu obalu, ve kterém je umístěn. Jinak vlhkost zbývající ve strusce zvýší elektrickou vodivost tavidla, sníží jeho zahřívání a vytvoří póry ve svarovém materiálu.“[/ stextbox]

Příprava produktu

Okraje spojovaných dílů není třeba čistit. Kov se řeže pomocí plynové řezačky. Pro tloušťku plechu do 3 mm jsou povoleny nerovnosti a výstupky do velikosti 200 mm. Odchylka od rovnoběžnosti hran protilehlých částí může být do 4 mm na výšku.

Při spojování bočních rovin válcovaných výrobků je třeba je očistit od vodního kamene a rzi. K tomuto účelu se používá bruska nebo ruční čištění bruskami s hrubozrnnými kotouči.

Odlitky a výkovky ve spoji musí být opracovány mechanicky na strojích. Pokud se ke zvýšení hloubky lázně používají měděné nebo ocelové desky, můžete vařit bez úpravy.

Před svařováním dílů různé tloušťky se okraje vyrovnají odstraněním větší části pod úhlem nebo prodloužením tenkého kovového pásu.

Excitace procesu ES

Při studeném startu se spoj mezi svařovanými díly vyplní tavidlem. Do ní se zasune náustek a dojde k vybuzení proudu. Pod tavidlem vzniká oblouk, který se taví a mění se v tekutou strusku s vysokým elektrickým odporem.

Svařovací oblouk zhasne po roztavení první části tavidla. Struska, kterou prochází proud, vytváří velké množství tepla a taví další část tavidla, přídavný drát a okraje svařovaných dílů.

Horká metoda se používá méně často. Tavidlo, dříve roztavené v peci, se nalije do lázně tvořené měděnými pláty po stranách na začátku švu.

Použité vybavení a materiály

Pro elektrostruskové svařování se používají automatické a poloautomatické instalace. Patří mezi ně:

• svařovací stroj;
• vodítka pro jeho pohyb;
• násypka tavidla;
• jezdce, které silou tvoří šev;
• cívka drátu a mechanismus podávání drátu;
• zdroj napájení.

Speciální zařízení řídí proces svařování a polohu bazénu. Oblast tavení a tvorby svaru by měla být v prostoru mezi chladicími měděnými deskami.

Výhody a nevýhody

Elektrostruskové svařování má ve svých aplikačních oblastech své klady i zápory. Mezi pozitivní vlastnosti patří:

• relativně nízký proud;
• nedochází k rozstřiku kovu;
• možnost povrchové úpravy kovem s jiným chemickým složením;
• schopnost svařovat tlusté spoje v jednom průchodu;
• absence přechodové zóny při vytápění;
• svarový kov a díly se nemíchají;
• svařování v několika průchodech se provádí v jednom režimu bez odstraňování strusky;
• žádné smršťovací dutiny;
• jednoduchá příprava okraje.

Mezi nevýhody patří:

• velké uvolňování škodlivých látek při varu tavidla;
• plechy tenčí než 1,6 mm se nevyvařují;
• díly pro svařování musí být rozloženy a převráceny;
• Je obtížné svařovat radiální spoje.

Pokud náhodou přestanete svařovat, šev skončí s velkým počtem defektů. Nelze to převařit. Již položený kov je nutné zcela vybrat a celý znovu vyvařit.

Elektrostruskové svařování umožňuje rychlé a levné svařování velkých dílů.. Pro spojení metodou elektrického oblouku je zapotřebí řezání, důkladné čištění a aplikace vícevrstvého švu.