Под режимом электрошлаковой сварки также принято понимать совокупность ряда составляющих, которые определяют устойчивость процесса, а также размер, форму и качество шва. Такими составляющими являются:
1) ширина зазора между свариваемыми кромками (bэ);
2) размеры электрода в сечении (диаметр dэ при сварке электродными проволоками или толщина δэ и ширина bэ при сварке пластинами);
3) величина сварочного тока Iсв, либо скорость подачи электрода Vпэ, или плотность тока i;
4) напряжение сварки Uсв;
5) глубина шлаковой ванны hшв
6) количество и расположение электродов;
7) приближение электродов к формирующим приспособлениям а, а в случае сварки с поперечным перемещением электродов и время т выдержки их в неподвижном положении у формирующих приспособлений.
8) дозировка подачи флюса в зону сварки;
9) интенсивность охлаждения формирующих приспособлений.
Нормальное течение сварочного процесса и образование качественного сварного соединения обеспечиваются оптимальным режимом электрошлаковой сварки. Такой режим может быть получен только при оптимальных значениях его составляющих. Поэтому для правильного выбора значения составляющих необходимо знать, как они влияют на качество сварного соединения и электрошлаковый процесс.
Качество сварного соединения при электрошлаковой сварке зависит прежде всего от глубины проплавления свариваемых кромок. Здесь, как и при любом другом способе сварки, нельзя точно выдерживать номинальные значения выбранного режима.
Режим, как правило, колеблется в некоторых пределах, величина которых зависит от условий выполнения сварки. Колебание режима сварки вызывает колебание глубины проплавления свариваемых кромок. При чрезмерном колебании режима сварки в сварном соединении могут появляться непровары кромок.
При сварке среднеуглеродистых и легированных сталей глубина проплавления свариваемых кромок влияет на качество сварных соединений еще и потому, что она сказывается на механических свойствах металла шва.
В этих случаях химический состав электродного металла заметно отличается от химического состава свариваемого металла. Поэтому изменение глубины проплавления кромок свариваемого металла влияет на долю основного металла в металле шва, что изменяет его химический состав и тем самым механические свойства.
Из сказанного следует, что оптимальный режим электрошлаковой сварки должен обеспечивать проплавление кромок свариваемого металла на такую глубину, которая исключает появление не- проваров в сварном соединении, и необходимую долю основного металла в металле шва.
О глубине проплавления кромок свариваемого металла при электрошлаковой сварке можно судить по ширине получаемого шва и зазору между свариваемыми кромками.
Другими факторами, определяющими качество сварного соединения при электрошлаковой сварке, являются степень нагрева и скорость последующего охлаждения свариваемого металла в околошовной зоне, которые влияют на его структуру и механические свойства. О степени нагрева околошовной зоны приближенно можно судить по ее ширине.
Следовательно, при выборе оптимального значения составляющих режима электрошлаковой сварки следует в первую очередь учитывать влияние этих составляющих на глубину проплавления кромок свариваемого металла и ширину околошовной зоны.
Влияние составляющих режима электрошлаковой сварки на глубину проплавления кромок свариваемого металла и ширину околошовной зоны наиболее полно исследовано применительно к сварке одним электродом, перемещающимся по толщине свариваемого металла (рис. 124).
В меньшей степени исследовано влияние составляющих режима при сварке несколькими электродными проволоками (без колебаний), а также пластинами и плавящимся мундштуком на глубину проплавления кромок и ширину околошовной зоны.
Имеются, однако, данные, которые показывают, что при таких способах сварки составляющие режима влияют на глубину проплавления кромок и ширину околошовной зоны так же, как при сварке одним электродом, перемещающимся по толщине свариваемого металла. Изменяется только степень их влияния.
Как видно из рис. 124, глубина проплавления кромок свариваемого металла при электрошлаковой сварке увеличивается с увеличением напряжения сварки, ширины зазора между свариваемыми кромками и сечения электрода, а также с уменьшением глубины шлаковой ванны, вылета электрода и скорости перемещения его по толщине свариваемого металла.
Более сложно влияет на проплавление кромок свариваемого металла величина тока. Повышение тока до определенного предела (разного для разных условий сварки) увеличивают глубину проплавления кромок. Дальнейшее увеличение его приводит уже к некоторому уменьшению проплавления кромок.
Из всех составляющих режима электрошлаковой сварки на проплавление кромок свариваемого металла наиболее значительно влияет напряжение сварки. Поэтому глубину проплавления кромок, а следовательно, и ширину шва наиболее эффективно регулировать изменением напряжения сварки.
При электрошлаковой сварке перемещающимся электродом на глубину проплавления кромок и, следовательно, ширину шва довольно сильно влияет скорость перемещения электродов.
Однако пользоваться этим влиянием менее удобно потому, что скорость перемещения электродов по толщине свариваемого металла можно изменять только при настройке аппарата на сварку данного шва. Регулировать ее в процессе сварки при существующих конструкциях сварочных аппаратов не представляется возможным. Напряжение же можно свободно изменять в любой момент сварки.
Ширина зазора и глубина шлаковой ванны при нормальном процессе электрошлаковой сварки изменяются обычно в таких пределах, что не могут быть эффективным средством регулирования глубины проплавления кромок.
Так, например, зазор между свариваемыми кромками обычно не выходит из пределов 25—35мм. Глубина шлаковой ванны на практике составляет 30—55мм. Такое изменение ширины зазора и глубины ванны вызывает, как это видно из рис. 124, незначительное изменение глубины проплавления свариваемых кромок.
Рис. 124. Влияние составляющих режима электрошлаковой сварки на глубину проплавления кромок свариваемого металла (bпр) и ширину околошовной зоны (bоз): а — сварочного тока, б — напряжения сварки, в — глубины шлаковой ванны, г — зазора между свариваемыми кромками, д — скорости перемещения электрода по толщине свариваемого металла, е — вылета электрода, ж — диаметра (толщины) электрода.
Проплавление кромок у поверхности свариваемого металла, определяющее ширину усиления шва, зависит от расстояния между электродом и формирующим приспособлением. Чтобы кромки у поверхности свариваемого металла надежно проваривались, следует по возможности ближе подводить электроды к формирующим приспособлениям.
Максимальное приближение электродов к формирующим приспособлениям обеспечивает также лучшее формирование усиления шва. Формирование усиления зависит и от степени охлаждения формирующих приспособлений, контролируемого по температуре отводимой воды.
Если температура отводимой воды колеблется в пределах 40—60°С, поверхность усиления получается ровной и переход к основному металлу плавный. При более низкой температуре воды появляются грубая чешуйчатость и подрезы.
Электрошлаковая сварка выполняется на переменном и постоянном токе (в том и другом случае процесс сварки устойчив). Но благодаря значительным эксплуатационным преимуществам (простоте конструкций источника сварочного тока, его меньшей стоимости и более высокому к.п.д., возможности равномерной нагрузки трехфазной силовой сети и др.) сварка на переменном токе нашла широкое применение в промышленности.
При сварке неременным током сохраняется та же закономерность проплавления основного металла, что и при сварке постоянным током.
Однако при использовании переменного тока несколько увеличивается продолжительность перехода процесса от дугового к электрошлаковому в начале шва и во время восстановления электрошлакового процесса при случайных его нарушениях. Это удлиняет участок непровара кромок в начале шва и вызывает появление непровара в месте восстановления нарушенного процесса.
Продолжительность установления электрошлакового процесса на переменном токе можно значительно сократить, резко снижая в это время скорость подачи электрода.