Электрошлаковый переплав

Алан-э-Дейл       29.10.2022 г.

Вакуумно-дуговой переплав

Сталь должна выплавляться в мартеновских печах, электропечах методами электрошлакового и вакуумно-дугового переплава. Для изготовления гаек и шайб может применяться кислородно-конвертерная сталь. Не допускается применение кипящей, полуспокойной, бессемеровской и автоматной стали.

Сталь ОЗН17К10В10МТ — ВД получается методом плазменной выплавки с последующим вакуумно-дуговым переплавом. Прутки-из стали поставляются без термообработки.

Кованые прутки марки ХН77ТЮРУ — ВД дополнительно маркируют номером слитка вакуумно-дугового переплава.

Применять качественные ( чистые) материалы ( например, сталь вакуумно-дугового переплава), имеющих более высокую циклическую прочность.

Сталь ОЗН18К9М5Т — ВД — высоколегированная мартенситно-стареющая, выплавляется методом вакуумно-дугового переплава; поставляется по ТУ 14 — 1 — 1898 — 76 без термообработки.

Сталь ОЗН18К9М5Т — ВД — высоколегированная мартенеитно-стареющая, выплавляется методом вакуумно-дугового переплава; поставляется по ТУ 14 — 1 — 1898 — 76 без термообработки.

За рубежом производство жаропрочных сталей и так называемых сверхсплавов ориентируется на вакуумно-дуговой переплав. В нашей стране качественная металлургия широко использует ЭШП, хотя находит применение и ВДП. В ряде стран проявляется большой интерес к советскому металлургическому процессу.

По требованию потребителя проволока изготавливается из стали, выплавленной электрошлакоАым или вакуумно-дуговым переплавом или в вакуумно-индукционных печах; с омедненной поверхностью и ограниченным содержанием вредных примесей. Каждая п гия проволоки сопровождается сер ифиштом ( удостоверением), содержащим — Йодные технические данные.

По требованию потребителя проволока изготавливается из стали, выплавленной электрошлаковым или вакуумно-дуговым переплавом или в вакуумно-индукционных печах; с омедненной поверхностью и ограниченным содержанием вредных примесей.

В работе рассмотрена возможность снижения содержания кислорода в титане в процессе вакуумно-дугового переплава. Экспериментально была проверена возможность раскисления технически чистого титана цирконием, гадолинием и иттрием.

Вакуумная система плавильных установок.

Несмотря на описанные преимущества вакуумной дуговой плавки, на печах с расходуемым электродом вакуумно-дуговой переплав имеет ряд существенных недостатков и получаемый металл не может удовлетворить все повышающиеся требования к его качеству.

Температура старения сплава марки ХН77ТЮРУ ( ЭИ437БУ) ( открытого метода выплавки и вакуумно-дугового переплава), а также температуры закалки и старения сплава марки ХН67МВТЮ — ВД ( ЭП202 — ВД) выбирают в зависимости от назначения сплава в указанном интервале и выдерживают с точностью 10 С.

Сталь листовая открытой выплавки ( кривая 1) по атру не уступает стали вакуумно-дугового переплава, изготовленной в виде прутка диаметром 110 мм. Аналогичные данные для этих вариантов получены также по трещиностойкости при статическом испытании цилиндрических образцов с кольцевыми трещинами ( см. гл.

Вязкость разрушения сплава Inconel X750, полученного методом вакуумно-индукционной выплавки в сочетании с вакуумно-дуговым переплавом, очень незначительно уменьшается при снижении температуры от комнатной до 4 К. Такое поведение типично для материалов, имеющих структуру аустенита, у которых вязкость разрушения остается практически постоянной при снижении температуры.

Электрошлаковый переплав как способ повышения качества стали фланцев.

Детали трубопроводов и фланцы высокого давления, больших диаметров.

Способ электрошлакового переплава (ЭШП) расходуемых электродов в кристаллизаторе или тигле нашел широкое применение для получения коррозионно-стойких и других сталей специального назначения. Переплаву подвергается сортовой металл или порезанный на круглые прутки металл, сваренный в расходуемый электрод. Электрошлаковый переплав считается наиболее эффективным методом рафинирования, так как после него содержание серы в металле снижается почти в два раза, уменьшается количество оксидов, неметаллических включений и растворенных газов. 

Схема установки электрошлакового переплава приведена на рисунке 1. Между электродом 1 из переплавляемой стали и наплавляемым слитком 6 находится слой электропроводящего шлака 3, который предварительно плавят и заливают в кристаллизатор 2. В состав шлака входят Al2O3, CaO и CaF2.

При прохождении электрического тока через шлак выделяется теплота, нагревающая его до температуры 1700°C. Металл расходуемого электрода плавится, каплями стекает сквозь слой шлака и образует металлическую ванну 5, расположенную на поддоне 7. Такой способ обеспечивает большую площадь соприкосновения металла со шлаком и усиливает протекание процессов рафинирования стали.

Под слоем шлака в кристаллизаторе (тигле) постепенно наплавляется слиток. Направленная кристаллизация металла способствует получению плотного однородного расплава или слитка. Слитки выплавляют круглого, и прямоугольного сечения с массой до нескольких тонн.

Сущность процесса и область применения

Что же такое электрошлаковая сварка? Нагрев металла в шлаковой массе, разогреваемой электрической дугой переменного тока. Она возникает между электродом и деталью. Другого не дано. Шлаковая ванна выполняет роль защитной атмосферы. С обеих сторон от расползания он сдерживается двумя параллельно расположенными бегунами. Они ограничивают площадь разогрева деталей. Электрод или присадочную проволоку опускают во флюс. При прохождении тока он плавится, образуя с металлом ванну расплава.

В сущности, электрошлаковая сварка – это бездуговая вертикальная сварка, в процессе задействован температурный потенциал разогреваемого током шлака. Он остается в зоне шва благодаря ползунам. Фокус заключается в том, что вертикальным способом можно за один проход проварить толстый слой сплава.

В процессе разогрева жидкий металл за счет большой плотности оседает вниз, заполняя зазор, а легкие шлаковые образования всплывают, захватывая с собой пузырьки воздуха из расплава. Ванна расплава четко разграничена на две фракции: металл/неметалл благодаря высоте сварочной зоны.

Область использования метода ЭШС ограничена:

  • не применяется для тонкостенных элементов, они под шлаком расплавятся полностью;
  • не образует разнонаправленных швов;
  • размер деталей не должен выходить за рамки возможностей установки ползунов.

Метод удобен для сварки массивных элементов из различных стальных сплавов от чугуна до высоколегированных.

Технология электрошлаковой сварки

Две свариваемые детали располагаются рядом с небольшим зазором, с торцов плотно фиксируются медными бегунами. От возбуждения электродуги слой флюса расплавляется, образуя горячий шлак. Он заполняет все ограниченное пространство. За счет хорошей электропроводности шлака дуга угасает, но движение тока при этом не прекращается, выделяется тепло, шлаковые частицы прогреваются до температуры плавления присадки и мягкости сплава. Расплав заполняет зазор, образуется однородный шов. Он защищен шлаковой ванной, разогретой свыше 1500°С. Во флюс можно одновременно опустить параллельно несколько присадок, все они будут равномерно разогреваться горячим шлаком. Подаются они всегда сверху вниз. При искусственном охлаждении ползунов (к ним подводится вода) нижние диффузионные слои твердеют постепенно и равномерно.

Виды сварных швов, образуемых методом ЭШС:

  • стыковые прямой, криволинейной формы;
  • тавровые, двутавровые;
  • угловые односторонние, двухсторонние;
  • вертикальные переменного сечения.

Технология электрошлаковой сварки

Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком

Плавящийся электрод состоит из набора пластин, или стержней с каналами для
подвода сварочной проволоки. Также мундштук может быть в виде трубы с толстой
стенкой.

Та или иная форма мундштука предназначена для каждого конкретного случая. Эта
форма зависит от формы свариваемого шва. Материал мундштука должен быть схож
по составу с основным материалом.

Наиболее распространёнными являются мундштуки со спиралевидными каналами для
сварочной проволоки. Диаметр проволоки составляет 4-5мм. Спираль приваривается
к пластине мундштука при помощи электродов диаметрами 2-3мм.

Плавящийся мундштук необходимо надёжно изолировать от свариваемых кромок, иначе
возможно короткое замыкание. Естественно, в процессе сварки вместе с материалом
мундштука в сварочную ванную будет попадать и материал изоляторов, поэтому их
состав должен быть таким, чтобы исключить негативное влияние на состав сварного
шва. Кроме того, изолятор необходимо изготавливать пластичным.

Изоляторы устанавливаются на расстояние 100-150мм по горизонтали и на расстоянии
200-250мм по высоте между рядами.

После подготовки и сборки свариваемых заготовок, устанавливают плавящийся мундштук
в зазоре независимо от аппарата. Мундштук крепится на специальном кронштейне.

Каналы мундштука соединяются с механизмом подачи проволоки переходными трубками,
образующими переходной тракт. На дно кармана помещают стальной порошок или стружку.
Места неплотного прилегания формирующих устройств замазывают глиной. На слой
стружки засыпается немного флюса, примерно 20-30% от общего объёма, проверяют
напряжение холостого хода трансформаторов, расход воды в системе охлаждения
формирующих устройств, а также наличие всех нужных инструментов.

Сварку ведут при скорости подачи сварочной проволоки 150-170м/ч. После стабилизации
процесса скорость подачи снижают до 90-100м/ч, в зазор засыпается флюс из расчёта
два объёма флюса на один объём жидкого металла.

Техника выполнения швов электрошлаковой сваркой, окончание процесса и все последующие
операции сходны с техникой выполнения прямолинейных швов. При сварке толстого
металла толщиной 100-200мм предпочтительнее использовать трёхфазную систему
питания для предотвращения перекоса фаз.

Плавящийся мундштук широко используется не только для сварки, но и при наплавочных
работах при ремонте. При этом толщина наплавленного слоя может составлять 20-100мм.

Технология электрошлаковой сварки

Выбор сварочных материалов (проволоки и флюса)

В таблице ниже приведены рекомендованные и наиболее распространённые сочетания
свариваемых материалов и марок сварной проволоки для них:

Все сочетания, данные в таблице, можно выполнять с использованием флюса марки
АН-8 и АН-99, за исключением сталей 25ХН3МФА и 08Х18Н10Т. Сварку этих сталей
рекомендуется выполнять с применением флюса 48-ОФ-6. Химический состав этих
флюсов должен соответствовать ГОСТ 9087.

Также был разработан флюс марки АН-9, состоящий из CaF2 — 25-30%, CaO — 20-35%,
Al2O3 — 10-15%, SiO2 — 15-20% и ZrO2 — 6-10%. Этот флюс сочетает в себе металлургические
свойства флюса 48-ОФ-6 и технологические свойства флюса АН-8.

Выбор параметров режима сварки

Основными параметрами режима электрошлаковой сварки являются: падение напряжения
на участке электрод-шлаковая ванна U, скорость подачи проволоки Vе, сила сварочного
тока I, скорость сварки Vсв, глубина шлаковой ванны h, вылет электродной проволоки
l, скорость поперечных колебаний электродов Vк, количество электродов n, сечение
электрода (или сумма сечений всех электродов) S, зазор между кромками g, расстояние
между электродными проволоками d, толщина пластины плавящегося мундштука sм,
время остановки электродных проволок у ползунов t, толщина свариваемого металла
s.

Правильный выбор режимов и поддержание их на требуемом уровне обеспечивают
хорошее качество сварки. Одной из важных характеристик сварного соединения является
коэффициент формы шва f, который равен отношению ширины металлической ванны
к её глубине. Это соотношение характеризует склонность сварного шва к образованию
холодных трещин, одного из самых частых дефектов электрошлаковой сварки. Среднее
значение f составляет 1,5-4,0.

Величину сварочного тока можно определить по формуле:

I=(0,22Ve+90)n+1,2(Vсв+0,48Vп)ab,

где Vп — скорость подачи пластины; a и b — ширина и толщина, см. Размерности
всех скоростей даны в см/ч.

Скорость подачи электродной проволоки:

Vе= VсвF/S,

где F=gs, см2; S=0,071n, см2.

Практический опыт применения ЭШС показал, что параметры h, l, Vк, t почти не
зависят от толщины свариваемого металла и имеют следующие значения: h=40-50мм,
l=80-90мм, t=4-5с. Ориентировочные значения между параллельными кромками свариваемых
элементов можно выбрать из таблицы:

Выбор количества электродных проволок

Это количество выбирается, исходя из толщины свариваемого металла. Металл,
толщиной не более 50мм, сваривают одной проволокой, 50-120мм — двумя, а метал
толщиной 120-450мм — тремя электродными проволоками.

Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком

При выборе числа электродных проволок, следует учитывать толщину пластины плавящегося
мундштука sм. Число электродов рассчитывают по формуле:

n=[(s-40)/d]+1,

округляют до единиц. Оптимальную величину d можно выбрать, исходя из следующих
соотношений:

ЭШС пластинчатым электродом

При варке стали пластинчатым электродом, ширину пластины подбирают равной толщине
свариваемого металла. При использовании двух или трёх пластин, общая их ширина
должна быть на 15-20мм меньше толщины свариваемого металла (15-20мм уходит на
зазор между пластинами). Толщина пластинчатых электродов составляет 10-12мм.
Оптимальная скорость подачи электродов 1,2-3,5 м/ч.

Подготовка деталей к сварке

Подготовка
ведётся в два этапа: предварительный и непосредственный. На предварительном
подготавливают свариваемые кромки, придавая им необходимые геометрические форму,
размеры и класс обработки поверхностей, по которым будут перемещаться устройства,
формирующие сварной шов.

При сварке деталей из конструкционных сталей с толщиной, не превышающей 200мм,
кромки подготавливают газоплазменной резкой, а при толщине более 200мм — мех.
обработкой. При сварке
цветных металлов или легированных сталей также применяют мех. обработку.

Непосредственная подготовка включает в себя сборку деталей под сварку. Результаты,
полученные на практике, показали, что для хорошей фиксации и для устранения
деформаций, возникающих при сварке, сборку деталей выполняют с клиновидным
зазором, расширяющимся кверху. Схема сборки показана на рисунке:

В зависимости от свариваемого материала, способа электрошлаковой сварки, её
режимов и способа закрепления, угол раскрытия может составлять 1-2°. Свариваемые
детали фиксируют при помощи скоб или планок, приваренных вдоль стыка с интервалом
50-80см. По окончании сварки выводные планки и входной карман срезаются газоплазменной
резкой.

Контроль качества электрошлаковой сварки

Наиболее характерные дефекты

В большинстве случаем, сварные швы, полученные при помощи ЭШС, обладают высокими
механическими свойствами, химически однородны и с отсутствием металлических
включений, трещин, пор и шлаковых частиц. Но, при нарушении технологии сварки,
или техники выполнения швов, могут появиться дефекты,
снижающие качество сварного соединения.

К наиболее распространённым дефектам относятся горячие
трещины в металле шва и надрывы в зоне термического влияния. Горячие трещины
могут возникать при сварке любых типов стали, но чаще всего они возникают у
сталей
с большим показателем углеродного эквивалента и у сталей с содержанием углерода
более 0,2% при жёстком закреплении свариваемых заготовок и при повышенных скоростях
сварки.

Из параметров режима сварки, наибольшее влияние на образование трещин оказывает
величина силы тока, которая напрямую зависит от скорости подачи проволоки. Соответственно,
для предотвращения образования данного дефекта, следует уменьшать скорость сварки,
и выполнять предварительный подогрев до 150-500°C.

Холодные
трещины шва могут появиться при сварке среднелегированных сталей ферритной
проволокой, когда зона проплавления находится на удалении от ванны с расплавом.
Для предотвращения этих трещин сварку рекомендуется вести при малой глубине
ванны (35-40мм) и равномерном проваре.

Другие дефекты, такие как непровары, поры и неметаллические включения появляются,
как правило, при грубом нарушении технологии сварки.

Способы контроля сварных швов

Соединения, полученные ЭШС, контролируют комплексно. Этот контроль включает
в себя визуальный
осмотр сварных швов, контроль сварки на предварительно изготовленных образцах,
ультразвуковой
контроль сварных швов, магнитную
дефектоскопию, контроль
рентгеновскими лучами или же радиационный
контроль гамма-излучением.

Технология ВДП

При ВДП, так же как и при ЭШП, используют переплавляемые электроды из стали той же марки, слиток которой необходимо получить. Металл для электродов выплавляют в дуговых электропечах, иногда в мартеновских печах с последующей обработкой его синтетическим шлаком, а в некоторых случаях в других агрегатах для переплава (ЭШП, вакуумных индукционных печах или в тех же установках ВДП). Выплавка электродов в открытых печах более экономически оправдана.

При использовании кованых или катаных электродов заготовки под них обдирают и торцуют на токарных станках. Основной недостаток этой технологии заключается в большом количестве отходов (50%). Более экономически целесообразно использование литых электро- 1 дов. Однако литые электроды имеют глубокую усадочную раковину, которая возникает при кристаллизации в высоких изложницах, и грубую поверхность. Более высокое качество электродов наблюдается при отливке их на МНЛЗ.

Необходимо иметь в виду, что из всех статей себестоимости стали ВДП особенно высока стоимость электрода (до 85%). Поэтому снижение стоимости электрода уменьшает стоимость всего процесса ВДП.

Диаметр электрода должен быть на 50 – 140 мм меньше диаметра кристаллизатора. При малом зазоре между электродом и поверхностью кристаллизатора давление над ванной выше, чем в рабочей камере. Поэтому между электродом и кристаллизатором будут появляться паразитные дуги. При большом зазоре электрод не экранирует ванну и тепло излучается вверх.

Установки ВДП работают на постоянном токе: расходуемый электрод является катодом, а жидкий металл в кристаллизаторе — анодом. В вакууме дуга может быть более растянутой без значительного снижения силы тока и увеличения напряжения. При короткой дуге капли металла, срывающиеся с конца электрода, замыкают дуговой промежуток, вследствие чего происходит разбрызгивание металла, ванна охлаждается, так как ток идет через капли, а не через газовый столб разряда.

Температура дуги не одинакова по ее длине и изменяется в пределах 2000—12000° С. Несмотря на высокую температуру, капля, падая в столбе дуги, не успевает значительно нагреваться, так как дуговой промежуток она проходит за 0,05—0,1 с. Поэтому температура жидкой ванны при ВДП обычно незначительно превышает температуру плавления металла (на 60—100° С).

Зажигание дуги производят при уменьшенной силе тока, а после образования лунки жидкого металла печь переводят на рабочую силу тока. В связи с интенсивным охлаждением металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе в наплавляемом слитке на протяжении всего процесса остается только лунка жидкого металла.

Для уменьшения отходов металла от головной части слитка вследствие наличия в ней усадочной раковины в конце переплава прибегают к операции выведения усадочной раковины. В этот момент скорость кристаллизации металла несколько меньше скорости плавления электродов, что обеспечивает постепенное заполнение образующейся усадочной раковины металлом.

После полного затвердевания слитка вакуум в печи нарушают, отсоединяют кристаллизатор со слитком и приступают к очистке печи. При работе с двумя кристаллизаторами второй, заранее подготовленный, ставят в печь и плавку начинают вновь. Для печи с кристаллизатором диаметром 320 мм продолжительность отдельных операций примерно следующая: подготовка печи к плавке 20—30 мин, загрузка и крепление электродов при внепечной сварке 25—15 мин, откачка 35 мин, плавление 4 ч 30 мин — 5 ч 30 мин, выведение усадочной раковины 40 мин. Максимальная годовая производительность печи составляет 895 т.

Возможность проплавления стенки кристаллизатора установки ВДП почти исключена при поддержании стабильного электрического режима. Необходимо следить за тем, чтобы длина дуги была меньше расстояния от поверхности электрода до стенки кристаллизатора. Наиболее эффективным способом устранения взрыва при проплавлении кристаллизатора является оснащение печи мощной системой вакуумирования, способной даже при большой течи воды поддерживать в печи, низкое давление. При нормальной работе давление в печи должно поддерживаться <13 Па (<0,1 мм рт. ст.).

На стенках кристаллизатора во время плавки образуется корона из брызг металла и конденсатов паров примесей. Корона заливается жидким металлом и не полностью расплавляется. На поверхности слитка образуется грубая корка, которую приходится снимать на глубину 5—10 мм на токарных станках.

С увеличением длины дуги и силы тока корона быстрее расплавляется, поверхность слитка улучшается. Длина дуги, равная 25—30 мм, на больших кристаллизаторах считается оптимальной.

8 ДЕФЕКТЫ СЛИТКОВ ЭШП

Химическая неоднородность. Сталь является многокомпонентным
сплавом (раствором), затвердевающим, как правило, в интервале температур. Одни
химические элементы понижают температуру затвердевания, другие ее повышают.

Затвердевание расплава в интервале температур в любом случае приводит
к неодинаковой концентрации элемента-примеси в твердом и жидком металле (закон
распределения). При ЭШП это может привести (как и в обычных слитках) к
появлению таких дефектов, как химическая неоднородность: зональная и
дендритная.

При ЭШП осуществляется непрерывное поступление капель электродного
металла, которые, с одной стороны, обновляют состав жидкой ванны, а с другой —
усредняют ее перемешиванием. Поэтому химическая неоднородность в поперечном
сечении слитков ЭШП значительно меньше, чем в обычном металле.

Несмотря на менее выраженную химическую неоднородность в поперечном
сечении металл ЭШП имеет химическую неоднородность по высоте слитка, главным
образом, по легкоокисляющимися элементами, таким, как Si, Al, Ti
и др. Но эта неоднородность не связана с затвердеванием металла, а является
следствием неравномерного окисления элементов кислородом шлака по ходу
процесса. Ранее отмечалось, что при переплаве происходит накопление в шлаке
элементов, имеющих переменную валентность, таких, как Fe, Cr, Ti,
которые и «перекачивают» кислород из атмосферы к границе металл-шлак.
Вследствие этого верх слитка, как правило, содержит несколько меньше Si, Al,
Ti
, чем нижние горизонты слитка. Но изменение химического состава металла
по высоте носит плавный характер.

Послойная кристаллизация. В начале процесса ЭШП, особенно в
период расплавления флюса, имеет место колебание тока и напряжения (неустойчивый
электрический режим плавки). В другие периоды плавки отклонения электрического
режима от заданного встречаются реже. Неустойчивость электрического режима
нарушает тепловой баланс металлической ванны: резко изменяется скорость
продвижения фронта затвердевания. При ускорении кристаллизации затвердевает
слой металла с повышенным содержанием ликвирующих элементов, при замедлении —
наоборот.

На макротемплете периодичность затвердевания металла обнаруживается
в виде чередующихся тонких светлых и темных полос. Это явление получило
наименование послойной кристаллизации.

Исследования показали, что химический состав, свойства металла с зонами
послойной кристаллизации не отличаются от состава и свойств металла, не
имеющего послойной кристаллизации. Поэтому послойная кристаллизация не является
браковочным пределом.

Пробой. Дефект пробой встречается при ЭШП на однофазных
одноэлектродных печах и реже при переплаве на бифилярных установках. Пробой
представляет собой полость, идущую от поверхности вглубь слитка, глубиной до
500 мм, чаще всего заполненную шлаком. Вокруг полости располагается зона,
имеющая мелкокристаллическую структуру, которая загрязнена крупными
неметаллическими включениями. Если пробой не выявлен при осмотре слитка, то в
деформированном металле он будет причиной дефектной макроструктуры, получившей
название “корки и загрязнения”. Дефектные участки макроструктуры имеют грубое
скопление неметаллических включений и пузырей.

Электрошлаковый переплав

Методом электрошлакового переплава получают высококачественные высоколегированные стали типа 18Х2Н4МА для изготовления шатунов и коленчатых валов дизелей ( с. ЭШП применяется в производстве быстрорежущей стали. Уменьшение величины карбидов и карбидной ликвации приводит к повышению стойкости режущего инструмента.

Схема процесса электрошлаковой плавки слитков.

Принцип электрошлакового переплава очень прост. Электрод-слиток / ( рис. 35) диаметром до 150 мм и длиной от 2 до 6 м вводят в медный водоохлаждаемый кристаллизатор 2, который представляет собой полый цилиндр. К дну кристаллизатора прикреплен поддон 5 с затравкой 4 — это шайба из переплавляемой стали. На затравку насыпают электропроводный флюс из порошка алюминия с магнием.

Схема установки электрошлакового переплава для получения трубной заготовки. / — кристаллизатор. 2 — электроды. 3 — полый слиток.| Схема устройства кристаллизатора с пленочным.

Способ электрошлакового переплава как у нас, так и за рубежом применяют также для получения тонкостенных трубных заготовок.

Электрические схемы установок для электрошлакового переплава.

Установки электрошлакового переплава работают на переменном токе промышленной частоты, который обеспечивает высокую стабильность процесса плавления и эффективное рафинирование металла. Применение переменного тока является важнейшим достоинством электрошлакового переплава по сравнению с ва-куумно-дуговой, электроннолучевой и плазменно-дуговои плавкой.

Методом электрошлакового переплава в настоящее время получают высоколегированные стали и сплавы специального назначения с минимальным количеством неметаллических и газовых включений, однородные по структуре, с очень высокими механическими и технологическими свойствами.

Строение слитка.

Методом электрошлакового переплава можно отливать не только круглые, но и прямоугольные слитки. В этом случае кристаллизатор выполняют также прямоугольным и применяют два или три круглых или прямоугольных электрода. Для наиболее крупных слитков Институтом электросварки им. АН УССР разработана конструкция печи ЭШП с семью электродами, из которых шесть расположены по окружности и подсоединены к питающему трансформатору, а седьмой расположен в центре кристаллизатора и не включен в цепь питания.

Задача электрошлакового переплава заключается в производстве высококачественного материала путем химической очистки и управляемой кристаллизации. Сведения о процессе появлялись, начиная с 1930 — х гг. Однако лишь в конце 1950 — х возникло ограниченное производство ( единственное предприятие), и на рынке газотурбинных материалов появился продукт, альтернативный продукту вакуумно-дугового переплава.

Процесс электрошлакового переплава запускают, наливая горячий жидкий шлак в медный тигель или зажигая электрическую дугу между электродом и металлической стружкой на подине изложнице и расплавляя тем самым первые порции шлака, помещенного в изложнице. Эти две процедуры известны соответственно как старт с горячим и холодным шлаком; обе они используются в промышленных установках в условиях промышленного производства. Плавку проводят при регулируемом напряжении; о скорости плавления судят по силе тока, а о скорости подачи электрода — по уровню напряжения. Когда плавление электрода близится к завершению, на слитке формируют прибыльную наставку, чтобы устранить усадочную раковину. Дав достаточно времени для затвердевания шлака, слиток раздевают. В зависимости от типа сплава и размеров слитка последний охлаждают на воздухе, подвергают медленному регулируемому охлаждению или отжигу.

Схема дуговой вакуумной установки.

Способ электрошлакового переплава расходуемых электродов в водоохлаждаемом тигле разработан Институтом электросварки им. Способ позволяет производить рафинирование сталей без применения вакуума.

Схема установки.

Преимущества и недостатки

Логичнее начать с достоинств ЭШС:

  1. Металл не окисляется под слоем шлаковой ванны, не нужно использовать газовое оборудование для создания безопасной атмосферы.
  2. Соединяемые детали равномерно разогреваются и медленнее остывают. Нагрев начинается на уровне флюса. Благодаря «шубе» сохраняется стабильная температура в процессе образования шва. Это благотворно сказывается на качестве соединения.
  3. Параметры токовой нагрузки меньше влияют на процесс образования шва, прогрев происходит за счет разогретого шлака. При прерывании подачи электричества процесс не прерывается.
  4. За один проход проваривается металл толщиной до 200 мм, не нужно делать много проходов, сокращается время сварки. При двух электродах допустимо соединять металл толщиной свыше 200 мм.
  5. Минимизируются затраты на расходные материалы, объем шлака составляет не более 5% от объема металла, затраты на электроэнергию небольшие, нет потерь, свойственных сварке на постоянном токе.
  6. Высокий коэффициент полезного действия. При минусе временных и денежных затрат – большой объем работ хорошего качества.
  7. Минимизируется человеческий фактор: автоматически выдерживается заданное расстояние электрода до детали.
  8. Сокращается время подготовительного этапа, разделки кромок не требуется. Заплавляется зазор между деталями.

Несколько минусов, которые нельзя скидывать со счетов:

  1. Вариативность швов уменьшается, методом ЭШС выполняют только вертикальные или сильно приближенные к ним швы.
  2. Процесс непрерывный, нельзя остановиться на середине шва, пострадает качество соединения.
  3. Высокая зернистость диффузионного слоя, при минусовых соединениях пластичность металла существенно снижается, шов приобретает хрупкость.

В промышленных масштабах электрошлаковая сварка экономически целесообразна при соединении толстых элементов. Для тонкостенных деталей расходы на оборудование окажутся слишком большими.

Способы разливки стали в изложницы

Выплавленную сталь выпускают из
плавильной печи в разливочный ковш, из
которого се разливают в изложницы или
кристаллизаторы машины для непрерывного
литья заготовок (МНЛЗ). В изложницах или
кристаллизаторах сталь затвердевает,
и получаются слитки, которые подвергают
прокатке, ковке.

Изложницы— чугунные формы для
изготовления слитков. Изложницы выполняют
с квадратным, прямоугольным, круглым и
многогранным поперечными сечениями.

Слитки
квадратного сечения переделывают на
сортовой прокат (двутавровые балки,
швеллеры, уголки и т.д.). Слитки
прямоугольного сечения переделывают
на лист. Из слитков круглого сечения
изготовляют трубы, колеса. Многогранные
слитки используют для поковок.

Для
прокатки отливают слитки массой 200
кг…25 т; для поковок — массой 300 т и
более. Обычно углеродистые спокойные
и кипящие стали разливают в слитки
массой до 25 т, легированные и
высококачественные стали — в слитки
массой 500 кг … 7 т, а некоторые сорта
высоколегированных сталей — в слитки
массой несколько кг.

Сталь
разливают в изложницы сверху, снизу
(сифоном) и на МНЛЗ.

В
изложницы сверху

(рис. а) сталь разливают непосредственно
из ковша.

Сифонная
разливка

(рис. б) сталью заполняют несколько
изложниц (4 … 60). Изложницы устанавливают
на поддоне
6, в центре
которого располагается центровой
литник 3,
футерованный огнеупорными
трубками 4,
соединенный каналами
7 с
изложницами.

Жидкая
сталь 2 из
ковша 1
поступает в центровой литник и снизу
плавно, без разбрызгивания заполняет
изложницу
5. Поверхность
слитка получается чистой, можно
разливать большую массу металла
одновременно в несколько слитков.

Для обычных
углеродистых сталей используют
разливку сверху, а для легированных
и высококачественных — разливку
сифоном.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.