Применение наплавки

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ
ЛЕНТАМИ В ЭНЕРГЕТИКЕ

Способ электрошлаковой наплавки лентами (ЭШНЛ) со свободным формированием наплавляемого металла, разработанный в ИЭС им. Е.О.Патона, осуществляется в нижнем (горизонтальном) положении одной или двумя лентами. В последнем случае ленты подаются в  шлаковую  ванну параллельно с определенным зазором (рис. 1). Нагрев и плавление лент идут за счет теплопередачи от расплавленного шлака. Основные преимущества ЭШНЛ – высокая производительность (до 50 кг/ч для ЭШН двумя лентами размерами 60х0,5 мм) при малом проплавлении (5…10%) основного металла. Вследствие малого проплавления ЭШНЛ позволяет получить необходимый химический состав наплавленного металла уже в первом наплавленном слое. Это наилучшие показатели для наплавки со свободным формированием наплавленного металла.
 

Рис.1. Схема процесса ЭШНЛ двумя лентами

Способ ЭШНЛ используют, в основном, для антикоррозионной наплавки плоских изделий и тел вращения большого диаметра лентами из нержавеющих сталей и никелевых сплавов. Применяются холоднокатаные или спеченные электродные ленты шириной 30…100 мм и толщиной 0,5…1,0 мм и специальные флюсы АН-90 и АН-72, обеспечивающие высокую стабильность электрошлакового процесса, хорошую отделимость шлаковой корки, отличное формирование и высокое качество наплавленного металла.

При ЭШНЛ лентой шириной более 80 мм проявляется отрицательное влияние магнитного дутья, сказывающееся на качестве зоны сплавления и формировании наплавленного металла. Для борьбы с этим явлением предложены методы магнитного управления. Взаимодействие  магнитных  полей  электромагнитов  с  магнитным полем,  возникающим при прохождении  сварочного тока по ленте,  приводит к появлению сил Лоренца, способствующих  смещению  расплавленного металла к краям ванны.  Это  позволяет получать симметричные плоские валики. Этим методом можно наплавлять лентами шириной 75...150 мм, принципиально возможна наплавка лентой шириной до 300 мм. Однако, с учетом сложностей магнитного управления процессом ЭШНЛ, практическое применение нашла электрошлаковая наплавка одной лентами размерами 60х0,5 и 90х0,5 мм.

      Одновременно с  разработкой  процесса  ЭШН  одной лентой был создан и совершенствовался способ ЭШН двумя  лентами  в  горизонтальном положении. Установлено, что главными факторами,  влияющими на обеспечение устойчивого электрошлакового процесса, является состав флюса, режим наплавки и величина зазора между лентами. Электрошлаковый процесс в наилучшей степени обеспечивается при использовании флюсов с относительно низким содержанием фтористого кальция и  повышенным  содержанием  диоксида кремния. Расплавы этих флюсов обладают повышенным электросопротивлением, что приводит к росту выделения тепла в шлаковой ванне и росту ее температуры.  Это обеспечивает более быстрый нагрев электродных лент и повышение производительности процесса по сравнению с дуговой наплавкой, а также способствует уменьшению проплавления основного металла.  Доля основного металла  в первом слое при ЭШН двумя лентами составляет 6...8 %.

Для ЭШНЛ в ИЭС им. Е.О.Патона  разработаны специальные флюсы АН-72 и АН-90, обеспечивающие отличное формирование наплавленных валиков,  хорошую отделимость шлаковой корки при наплавке  лентами из нержавеющих сталей и никельхромовых сплавов, полное отсутствие  шлаковых  включений,  поддержание  стабильного шлакового процесса в широком диапазоне режимов при малой глубине шлаковой ванны и при большой скорости  наплавки. 

Для антикоррозионной электрошлаковой наплавки в настоящее время применяют холоднокатаные ленты Св-07Х25Н13, Св-08Х19Н10Г2Б, Св-04Х19Н11М3 и др., а также спеченные ленты типа ЛС-06Х21Н9Г, ЛС-02Х21Н12Г2Б и др.

Выбор электродных материалов основывается на требованиях, предъявляемых к плакирующему слою. Наплавленный металл может обладать не только высокими показателями коррозионной стойкости, но и быть устойчивым к водородному охрупчиванию, обладать высокой стойкостью против межкристаллитной коррозии после длительной выдержки при температурах 600..700 ºС.

В качестве оборудования для ЭШНЛ используют серийные наплавочные аппараты АД-231, А-874Н, АШ-100 и др., обеспечивающие скорость подачи электродных лент 5…75 м/ч. Серийные аппараты оснащают приставкой Об-1809 для подачи лент и дополнительной катушкой в случае наплавки двумя лентами (рис. 2). В ОКТБ ИЭС им.Е.О.Патона разработан специализированный наплавочный аппарат А-1722, предназначенный для электрошлаковой наплавки двумя лентами шириной до 100 мм. Для ЭШНЛ используют источники питания постоянного тока с пологопадающей внешней характеристикой, позволяющих вести наплавку на токах 500…2000 А.

а

б

Рис.2. Приставка Об-1809 (а) и серийный аппарат А-874Н (б)
оборудованный для ЭШНЛ

В качестве примера использования ЭШНЛ в промышленности можно привести получение биметаллических листов для изготовления сосудов и аппаратов в энергетическом и химическом машиностроении. Для их изготовления применили способ ЭШНЛ, что позволило существенно увеличить прочность сцепления основного металла и плакирующего слоя по сравнению с пакетным способом производства биметаллических листов. Прочность сцепления плакирующего слоя биметаллического листа, полученного пакетным способом не превышает 150…200 МПа, а при использовании ЭШНЛ 500…550 МПа.

Благодаря разнообразию свойств используемых материалов, метод ЭШНЛ  применяется для наплавки плунжеров гидропрессов, корпусов, крышек и фланцев различных сосудов, в том числе работающих при высоких давлениях и температурах, в агрессивных средах и водороде (рис. 3).

а 

б
Рис. 3. Наплавка внутренних поверхностей фланцев теплообменника:
Ду 1400 мм (а), Ду 600 мм (б)

В настоящее время с использованием ЭШН одной и двумя лентами разработаны технологические процессы изготовления  следующих деталей:

• коррозионностойких биметаллических листов  общей  толщиной 12...30 мм;
• слябов для последующей прокатки  в  биметаллические  листы;
• корпусных деталей  и  узлов  для  атомного  машиностроения;
• сосудов, работающих при высоких температурах и давлениях в средах, содержащих водород, в том числе, сосудов для гидрокрекинга нефти;
• химических аппаратов для синтеза карбамида;
• прокатных валков, ножей горячей резки металла, роликов моталок и т.д.

Следует отметить,  что не все типы лент  можно  использовать  для  ЭШНЛ.  Стабильный электрошлаковый процесс не удается получить при наплавке лентами из высокоуглеродистых сталей. Причиной нарушения стабильности процесса по-видимому является бурное выделение оксида углерода, сопровождающееся дуговыми пробоями газовых пузырей.