Vlastnosti aplikace elektrostruskového svařování

V současné době existuje poměrně velké množství elektrostruskových svařovacích strojů s různým provedením a účelem.

Hlavní komponenty nejuniverzálnějších drátových zařízení:

• mechanismy pro podávání elektrodového drátu a vratný pohyb elektrody;
• vozík pohybující se podél svařovaných okrajů;
• skříň s hardwarem;
• Dálkové ovládání;
• tvarování posuvníků a kazet drátem.

Mechanismus podávání elektrodového drátu je konstruován podobně jako mechanismy podávání elektrodového drátu v poloautomatických strojích. Mechanismus je vybaven střídavým nebo stejnosměrným elektromotorem a převodovkou. Nejrozšířenější jsou stejnosměrné elektromotory. Jejich použití umožňuje regulovat rychlost podávání drátu během svařovacího procesu. To je často nutné na začátku procesu a v případě jeho porušení. Mechanismus podávání elektrodového drátu je instalován buď na vozíku stroje, nebo samostatně. V druhém případě je drát přiváděn k tryskám stroje pomocí flexibilních hadic (vodicích kanálů) jeho zatlačením.

Mechanismus vratného pohybu elektrod je obvykle vybaven samostatným elektromotorem stejnosměrného nebo střídavého proudu s nastavitelnou převodovkou. Reverzace elektromotoru a amplituda pohybů elektrod se provádějí systémem koncových spínačů. Rychlost pohybu elektrod je 20-60 m/h. Na začátku a na konci pohybů musí mechanismus zajišťovat nastavitelné zastavení elektrody po dobu 2-6 s.

Vozík je určen pro vertikální pohyb elektrostruskového zařízení podél svařovaných hran. Výkon pojezdu je dán vlastní hmotností zařízení a ztrátami třením v tvářecích jezdcích. Vozík slouží jako základní prvek, na kterém jsou upevněny další mechanismy zařízení a ovládací panel. U některých konstrukcí zařízení je mechanismus podávání drátu instalován samostatně, aby se snížila hmotnost vozíku. K pohybu vozíku se používá stejnosměrný elektromotor s převodovkou. Je vhodné automatizovat regulaci provozní rychlosti vertikálního pohybu vozíku v závislosti na kolísání hladiny kovové lázně. V praxi se pro regulaci rychlosti vozíku používají dva způsoby: změnou frekvence otáčení elektromotoru nebo periodickými spouštěními a zastavováními pojezdu. Obr. 23.3 znázorňuje elektrický obvod pro automatické udržování hladiny kovové lázně regulací rychlosti vozíku a jeho periodickými zastaveními.

Elektromotor troleje DT je napájen ze zesilovače elektrického stroje EMU. Budící (řídicí) vinutí zesilovače elektrického stroje OU je připojeno k rozdílu dvou napětí odebíraných z potenciometrů R1 a R2. Potenciometr R1 je připojen k nezávislému zdroji (snižujícímu transformátoru) přes usměrňovač BC1. Potenciometr R2 je napájen z úbytku napětí mezi sondou 1, umístěnou ve struskové lázni 2, a kovovou lázní 3 přes zvyšující transformátor PT a usměrňovač BC2.

Usměrňovač B je zapojen sériově s řídicím vinutím, které zajišťuje průtok proudu vinutím OU, pokud je napětí odebírané z potenciometru R1 větší než napětí získané na potenciometru R2. V ustáleném stavu je napětí odebírané z R1 vždy větší než napětí odebírané z R2 a vozík se pohybuje směrem nahoru rychlostí svařování. Při změně hloubky kovové lázně se mění i napětí odebírané z potenciometru R1.

Při malé vzdálenosti mezi sondou a kovovou lázní (rostoucí hloubka kovové lázně) je úbytek napětí na sondě blízký nule. Vinutím operačního zesilovače bude protékat velký proud. Vozík s přístrojem se bude pohybovat nahoru rychlostí překračující rychlost stoupání kovové lázně. Tím se obnoví narušená rovnováha. Při velké vzdálenosti mezi sondou a kovovou lázní (zmenšující se hloubka kovové lázně) se úbytek napětí mezi sondou a kovovou lázní zvýší a bude větší než napětí odebírané z R1. To způsobí zastavení elektromotoru vozíku a obnovení zadané hloubky kovové lázně.

Elektrický obvod zařízení musí umožňovat montážní pohyby vozíku, zejména cestovní rychlost.

V praxi se široce používají dva způsoby pohybu vozíku: podél kolejnicového sloupu (kolejnicové elektrostruskové stroje) a přímo podél svařovaného výrobku (bezkolejnicové elektrostruskové stroje).

Tvářecí jezdce jsou určeny k vytváření švů během svařování. Jsou vyrobeny z mědi a chlazeny vodou. Tvářecí jezdce jsou připevněny k vozíku zařízení a pohybují se s ním společně. Aby se zabránilo úniku kovu a strusky, musí být jezdce pevně přitlačeny k povrchu svařovaných prvků.

Pro elektrostruskové svařování se spolu s univerzálním drátem (A-535) hojně používají i specializovaná zařízení. Patří mezi ně zařízení pro svařování deskovými elektrodami (A-550), tavicí tryska (A-645) atd.

Elektrostruskové svařovací stroje pro svařování deskových elektrod jsou vybaveny mechanismem pro podávání jednoho nebo více desek do struskové lázně během jejich tavení. Takový mechanismus se obvykle pohybuje pomocí vodicího šroubu elektrostruskového stroje.

Zařízení pro svařování s tavnou tryskou jsou vybavena mechanismy pro podávání drátu. Jsou instalována nehybně vzhledem ke svařovanému spoji.

V současné době existuje tendence vytvářet vysoce mechanizovaná víceelektrodová bezstopá zařízení vybavená automatickými a softwarovými regulátory, které zajišťují konstantní hladinu kovové a struskové lázně a další procesní parametry.

Obr. 23.3. Schéma automatické regulace hladiny kovové lázně

Metoda tavného svařování charakterizovaná ohřevem kovu pomocí tepla z průchodu elektrického proudu roztavenou elektricky vodivou struskou se nazývá elektrostruskové svařování. Při tomto procesu se elektrická energie téměř úplně přenese do struskové lázně az ní na elektrodu a poté na základní kov. Tavenina tavidla je navíc současně jak prostředkem k ovlivnění nemetalurgického procesu probíhajícího v roztaveném kovu, tak k jeho ochraně před nepříznivými vlivy atmosférického prostředí. Vrstva roztavené strusky, která se tvoří na povrchu lázně a brání do ní pronikání okolního vzduchu, díky své nižší hustotě než kov čistí i kapky kovu elektrody od nežádoucích nečistot.

Technologie elektrostruskového svařování

Podstatou elektrostruskového svařování je využití tohoto procesu jako zdroje energie. V tomto případě je maximální výhřevné plochy dosaženo s minimální koncentrací energie na výhřevném místě. Existuje několik možností pro svařování touto metodou. Nejrozšířenější svařování je pomocí náustkových nebo deskových elektrod, jedné drátové elektrody nebo několika, s oscilačními pohyby nebo bez nich.

Schéma procesu elektrostruskového svařování zahrnuje kombinování základního a elektrodového kovu do svařovacího okruhu prostřednictvím roztavené strusky s elektrickým proudem, který jimi prochází. Během této operace se ve struskové lázni vytváří teplo, pod jehož vlivem kovy připojených prvků a elektrody, tající a proudící, klesají ke dnu roztavené hmoty a tvoří tak svarovou lázeň. Při zahájení svařovacích prací se zapálí elektrický oblouk, jehož působením se v procesu tavení tavidel vytvoří strusková lázeň, která oblouk vyplňuje. Když zhasne, začíná přechod z obloukového procesu na elektrostruskový proces.

Nezbytné vybavení

O jeho výhodách rozhoduje řada vlastností zařízení pro elektrostruskové svařování, jednou z nich je nízká spotřeba tavidel, v průměru asi 5 % hmotnosti ukládaných kovů. Také pomocí této metody můžete svařovat obrobky libovolné tloušťky, a to i v jednom průchodu. Navíc nevyžaduje řezné hrany a produktivita takového svařování je několikanásobně vyšší než vícevrstvé svařování tavidlem prováděné pomocí automatického stroje. Elektrostrusková metoda také pomáhá čistit svarový kov od cizích vměstků a odstraňovat z něj plyny. K tomu dochází v důsledku značných teplot horní vrstvy kovové lázně, její vertikální polohy a dlouhé doby zdržení kovů v roztavené formě.

K nevýhodám provozu zařízení pro elektrostruskové svařování patří výrazné přehřívání materiálů v oblasti u svaru. To může vést ke zhoršení jeho plastických vlastností. Pro dosažení požadovaných mechanických vlastností svarového spoje je navíc podroben speciální vysokoteplotní úpravě. Také elektrostrusková metoda je komplikována nutností instalace speciálních technologických zařízení (kapsy, pásy atd.) před svařováním. Je účinný pouze ve vertikální poloze nebo blízko k ní a zastavení jeho procesu před dokončením svařování je spojeno s výskytem defektů ve švech.

Obrobky svařované elektrostruskovým svařovacím zařízením jsou sestaveny vertikálně bez použití zkosených hran a velikost mezery mezi nimi je obvykle od 2 do 4 cm Pomocí speciálních tvářecích zařízení, desek nebo vodou chlazených měděných šoupátek, roztavený kov se struskou je bráněno vytékání, dokud se nevytvoří svarový spoj. Šev se tvoří během krystalizace kovové taveniny ve spodní zóně kovové lázně.

Proces svařování se provádí pomocí speciálních zařízení, která poskytují požadované režimy elektrostruskového svařování. Jsou schopné přivádět elektrody do oblasti svařování, udržovat elektrostruskové operace stabilní a pohybovat se podle potřeby podél svarové linie. Nejčastěji se pro tyto účely používají automatické stroje, protože těžší zařízení poloautomatických zařízení se obtížněji pohybují ve vertikálním směru. Každé automatické zařízení pro elektrostruskové svařování se skládá ze samojízdného svařovacího stroje, který je připojen k měděným botkám, chlazeným vodou a tvořícím šev; kazety s elektrodovým drátem v nich obsaženým; násypka naplněná tavidlem; zdroj energie s ovládacím zařízením. K provádění svařování tímto způsobem se používají jak konvenční tavidla, tak speciální, schopná vytvořit elektricky vodivou taveninu.

Aplikace elektrostruskového svařování

Podstata procesu elektrostruskového svařování a oblast jeho použití jsou neoddělitelně spojeny. Vzhledem k tomu, že tato možnost svařování je technicky proveditelná pouze pro tloušťky materiálu nad 1,6 cm a ekonomické výhody jsou patrné u obrobků o tloušťce 2,5-3 cm, je nejvhodnější ji použít při konstrukci silnostěnných konstrukcí. Tímto způsobem je možné spojovat litiny a oceli (legované, nízkou a středně uhlíkaté), ale i neželezné kovy, především měď a hliník. Kromě toho se elektrostruskový proces používá pro navařování různých slitin na výrobcích vyrobených z nízkolegovaných nebo nízkouhlíkových ocelí.

Tato metoda svařování umožňuje provádět jak rovné švy, tak zakřivené nebo kruhové. S jeho pomocí lze vyrobit nejen tupé spoje, ale také T-spojy nebo rohové spoje, i když jsou vzácné. To je vysvětleno možností jejich nahrazení možnostmi zadku. Konfigurace výsledných švů umožňuje variabilní zakřivení, prstencový, přímočarý a variabilní průřez. Pokud si zakoupíte zařízení pro elektrostruskové svařování, můžete radikálně změnit celý postup výroby velkorozměrových konstrukcí. Díky ní bude možné nahradit velkorozměrové kované a odlévané obrobky prvky menších rozměrů vyráběné metodou svařované-kované nebo svařované-odlévané.