Этот процесс автоматической электродуговой сварки был осуществлен еще Н. Г. Славяновым, который расплавлял шлак и затем подавал электродную проволоку для заварки электрической дугой усадочных раковин при отливке стали. До промышленного применения этот вид сварки был доведен только в 40-х годах. Одновременно разрабатывались автоматические устройства и сварочные флюсы, применение которых давало бы гарантированное качество металла шва и всего сварного соединения.
В этой комплексной работе принимали участие многие организации, но ведущую роль играл Институт электросварки АН УССР, которым руководил в то время Е. О. Патон, чье имя присвоено теперь институту — ИЭС имени Е. О. Патона.
Идея электродуговой автоматической сварки под слоем флюса заключается в возбуждении дугового разряда под слоем порошка, который плавится и создает жидкую вязкую оболочку вокруг дугового разряда, изолируя его от воздушной атмосферы. В то же время шлак взаимодействует с металлом сварочной ванны, улучшая его качество за счет удаления из него окислов и других вредных примесей, и легирует его нужными компонентами.
Схема процесса сварки под слоем флюса показана на рис. 23. Зону сварки под слоем флюса можно считать в значительной степени защищенной от действия воздушной атмосферы, так как в вязкой оболочке расплавленного флюса давление выше атмосферного и, даже при ее прорывах, воздух не может попасть в атмосферу дугового разряда в значительных количествах.
Сварочные флюсы специально выплавляют в дуговых или пламенных печах и измельчают. В виде крупки размером 2—4 мм они поступают на заводы для сварки. Сварочные флюсы выпускают различных марок, отличающихся по составу. В основном они содержат кремнезем — Si02, глинозем — А1203, флюорит — CaF2 и окислы кальция, магния и марганца. Содержание закиси железа — FeO, серы и фосфора строго контролируется и должно быть малым.
Кроме плавленых флюсов, в сварочной технике применяют и керамические флюсы.
Эти флюсы, предложенные академиком УССР К. К. Хреновым, представляют собой крупку из тонко измельченных материалов, замешанных на жидком стекле и подвергнутых сушке и прокаливанию. Производство керамических флюсов во многом напоминает производство электродных покрытий.
Рис. 23. Схема процесса автоматической сварки под плавленым флюсом.
Керамические флюсы разработаны для сварки различных сталей (К. К. Хренов), сварки титановых и алюминиевых сплавов (К. В. Багрянский), сварки и наплавки на сталь медных сплавов (МВТУ).
Для сварки под слоем плавленого или керамического флюса используют автоматические установки или самодвижущиеся автоматы типа трактора, описанные ранее (см. рис. 23), но, кроме автоматической головки и механизма движения, автомат снабжают устройством для подачи флюса перед дугой и отбора флюса, не изменившегося после сварки, который снова попадает в бункер для флюса.
Автоматическую сварку под слоем флюса обычно ведут на подкладках для формирования корня шва. Для прокладки используют или графит, или сварочный флюс, прижимаемый к свариваемому изделию пневматическим устройством.
Сварку под слоем флюса можно выполнять в горизонтальном положении, или под небольшим углом к горизонту. Это ограничивает применение автоматической сварки под слоем флюса и требует соответствующих устройств для поворота изделий (кантователей). Применение автоматической сварки в монтажных условиях тоже ограничено. Большое преимущество автоматической сварки под слоем флюса — отсутствие излучения, так как дуга горит в замкнутом пространстве.
В условиях заготовительных цехов автоматическую сварку под слоем флюса применяют широко, так как она позволяет получать стабильные результаты и высокое качество изделий.
Электрошлаковая сварка разработана в Институте электросварки имени Е. О.Патона для автоматической сварки вертикальных швов из металла большой толщины. Этот процесс получил распространение в тяжелом машиностроении (станины прессов и т. д.) и в металлургии для переплава металлов под слоем флюса с целью улучшения их качества.
При электрошлаковой сварке дуговой разряд возникает только в самом начале процесса для создания жидкой шлаковой ванны, а затем плавление непрерывно подаваемого электродного металла и оплавление кромок изделия происходит за счет теплоты тока при прохождении его через расплавленный флюс или шлак:
где I — ток; R — сопротивление; U — напряжение; t — время.
Рис. 24. Схема процесса электрошлаковой сварки.
Схема электрошлаковой сварки показана на рис. 24. Свариваемые детали устанавливают вертикально и собирают под сварку с зазором между кромками. Автомат с помощью специального направляющего устройства перемещается сбоку от свариваемого стыка. Электродные проволоки (их может быть несколько и притом разного состава) подаются через изогнутые токопроводящие мундштуки в зазор между деталями.