Введение

Сварка в однопроходке

Электрошлаковая сварка (ЭСШ) – это высокопроизводительный процесс сварки в однопроходке для толстых (более 25 мм до примерно 300 мм) материалов в вертикальном или близком к вертикальному положении. ЭСШ похожа на электрогазовую сварку, но основное отличие заключается в месте зажигания дуги. Электрическая дуга первоначально возникает при подаче проволоки в место сварки, после чего добавляется флюс. Дополнительный флюс добавляется до тех пор, пока расплавленная шлак, достигнув конца электрода, не погасит дугу. Затем проволока непрерывно подается через расходную направляющую трубку (которая может колебаться при необходимости) в поверхности свариваемых металлических деталей, а присадочный металл расплавляется за счет электрического сопротивления расплавленной шлаки, что обеспечивает соединение. Проволока и трубка перемещаются вверх по заготовке, а медный удерживающий башмак, установленный перед началом сварки (может быть водяного охлаждения при необходимости), удерживает шов между свариваемыми пластинами. Электрошлаковая сварка в основном используется для соединения толстых листов и профилей низкоуглеродистой стали. Она также может применяться для сварки конструкционных сталей при соблюдении определенных мер предосторожности, а также для шин из алюминия большого поперечного сечения. В этом процессе используется напряжение постоянного тока (DC), обычно в диапазоне от 600 А до 40–50 В, при этом для более толстых материалов требуются более высокие токи. Поскольку дуга гасится, это не дуговой процесс.

История

Процесс был запатентован Робертом К. Хопкинсом в Соединенных Штатах в феврале 1940 года (патент 2191481) и разработан и усовершенствован в Институте электросварки им. Е.О. Патона, Киев, СССР, в течение 1940-х годов. Метод Патона был представлен западным странам на Брюссельской торговой ярмарке в 1950 году. Первое широкое применение в США произошло в 1959 году, когда компания General Motors Electromotive Division в Чикаго использовала его для изготовления рамок тяговых двигателей. В 1968 году компания Hobart Brothers из Трой, штат Огайо, выпустила ряд машин для использования в судостроении, строительстве мостов и крупногабаритном металлоконструкторском производстве. По оценкам, между концом 1960-х и концом 1980-х годов только в Калифорнии было сварено более миллиона ребер жесткости методом электрошлаковой сварки. Два самых высоких здания в Калифорнии – здание Банка Америки в Сан-Франциско и комплекс зданий Security Pacific в Лос-Анджелесе – были построены с использованием электрошлаковой сварки. Землетрясения в Нортридже и Лома-Приета предоставили возможность провести «реальные» испытания для сравнения различных методов сварки. После землетрясения в Нортридже потребовался один миллиард долларов на ремонт трещин в сварных соединениях, выполненных порошковой проволокой без защитного газа, в то время как ни в одном из сотен тысяч сварных швов настычных пластин, выполненных электрошлаковой сваркой, не было обнаружено дефектов или распространения трещин. Однако Федеральное управление автомобильных дорог (FHWA) осуществляло мониторинг нового процесса и установило, что электрошлаковая сварка, из-за большого количества локализованного тепла, приводит к образованию грубозернистой и хрупкой структуры сварного шва, и в 1977 году запретило его использование во многих областях. FHWA заказало исследования в университетах и промышленности, в результате чего была разработана улучшенная электрошлаковая сварка в узкой щели (Narrow Gap Improved Electro Slag Welding, NGI ESW) в качестве замены. Мораторий FHWA был снят в 2000 году.

Преимущества

Преимущества процесса включают в себя высокую скорость наплавки металла – он может наплавлять металл со скоростью от 15 до 20 кг в час (35 и 45 фунтов в час) на электрод – и способность сваривать толстые материалы. Для сварки толстых заготовок многие процессы требуют нескольких проходов, но для электрошлаковой сварки часто достаточно одного прохода. Процесс также очень эффективен, поскольку минимизируется подготовка кромок и обработка материалов, а коэффициент использования присадочного металла высок. Процесс безопасен и обеспечивает чистоту сварки, без дуговой вспышки и с минимальным разбрызгиванием металла и деформацией. Электрошлаковая сварка легко поддается механизации, что снижает потребность в высококвалифицированных ручных сварщиках. Обычно для сварки материалов толщиной от 25 до 75 мм используется один электрод, а для более толстых деталей требуется больше электродов. Максимальная толщина свариваемого изделия, которая была успешно достигнута, составляла 0,91 м (36 дюймов), для завершения сварки потребовалось одновременное использование шести электродов.