什么是电渣焊 (ESW)？ 👨‍🏭

介绍

电渣焊不是电弧过程，因为电弧仅用于启动焊接过程。ESW 是 Electro Slag Welding 的首字母缩写。

在电渣焊中，熔渣（温度约为 1700°C）熔化填充金属和母材。形成的渣浴叠加在熔池上，在焊接过程中起到保护作用。

该过程首先打开电极和放置在接头底部的附件之间的电弧。通过电弧的热量添加并熔化颗粒状焊剂。当形成一层熔渣时，所有电弧作用停止，焊接电流通过电导管通过熔渣从焊条传到母材。

ESW 流程的工作原理

熔渣对焊接电流通过的阻力足以产生焊接所需的热量（焦耳效应），足以熔化电极和坡口面。熔融电极（和导管，如果使用）和熔融母材在熔渣池下方形成焊缝。下图示意性地演示了此过程。

焊接设备

电渣焊所用设备由以下部件组成：

• 能量源。
• 芳纶喂料器和振荡器
• 导管和电极
• 置换器（以防导向器不可消耗）
• 固定靴（安装靴）
• 控制系统。
• 电缆和电气连接
• 绝缘子

有必要在焊接开始时放置一个附件板，因为该过程在其初始阶段是不稳定的，因此会损害焊接质量。这个附录后来被丢弃了。对于焊接的垂直推进，通常使用挡板，可以水冷。（见下图）

固定靴用于容纳熔融焊缝金属和熔融焊剂。当熔池沿接头向上移动时，焊缝的表面由鞋的轮廓或形状形成。随着凝固的发生，金属杂质通过熔渣从熔融金属中上浮。

电渣焊过程的电源是恒压变压器/整流器类型，工作电流范围为 450 至 1000 A。它们与埋弧焊过程中使用的电源相似。电源的最小开路电压必须为 60 V。每个电极都需要单独的电源。

下图示意性地显示了典型的电渣焊接装置。

送丝机电机和焊接控制系统与用于 MIG/MAG 焊接或其他使用自耗焊丝的工艺的相同。

焊接电流和电极进给速率可以被视为一个变量，因为一个变量取决于另一个变量。如果电极进给速度增加，焊接电流和熔敷率也会增加。随着焊接电流的增加，熔池的深度也随之增加。

焊接电压是另一个需要考虑的变量。应力对母材的熔合深度以及工艺的运行稳定性有很大影响。

增加应力会增加熔池的深度和宽度，同时也会增加形状因子（宽度/深度比），从而降低开裂的可能性。

如果电压低，电极和熔池之间会发生短路。如果电压过高，熔渣顶部可能会出现焊接飞溅或电弧。

耗材的类型和功能——电极和助焊剂

填充材料必须具有与基材相似的化学成分；最终，可以使用具有不同特性的添加材料，但最好是化学成分相容，因为如果需要进行热处理，将保证其、基材和铸造材料之间的充分性。

电渣焊使用的耗材为实心焊丝，配焊剂，管状焊丝，加入合金元素。

流的组成也很重要，因为它决定了过程的顺利运行。焊剂可以由各种材料制成，例如硅、锰、钛、钙、镁和铝的复合氧化物。焊料所需的特殊特性是通过改变或改变助焊剂的成分来实现的。

流的正常功能是：

• 焊接电流的传导。
• 提供热量以熔化电极和基底金属。
• 实现稳定运行。
• 保护熔融金属免受大气影响。

焊接只需要少量的助焊剂。通常需要 40 至 50 毫米深的渣浴，以便电极可以留在熔池中并在表面以下熔化。

特点和用途

电渣焊工艺的应用范围有限，它用于在中等厚度的碳、低合金、高强度、中碳和一些不锈钢中进行立焊。该工艺最适用于 200 毫米以上的厚度，对于最大厚度几乎没有限制。虽然不需要手动技能，但操作设备需要技术知识。

电渣焊接工艺有许多应用，主要是由于高沉积率，使该工艺在经济上可行。在使用电渣工艺的优点中，我们可以提到：

• 相对于无损检测而言，高沉积率和良好的焊接质量使得该工艺适用于重型机械、压力容器、船舶和大型铸件等众多工业应用中的厚型材。
• 几乎不需要调整和接头准备（通常是没有倒角的接头）。
• 一次调整即可焊接厚材料。
• 这是一个机械化过程，材料处理最少。一旦该过程开始，它将继续完成。
• 需要最少的焊接时间并且具有最小的变形。
• 没有可见的焊接电弧和电弧闪光。

该工艺的主要缺点是电渣焊在单道中完成。热源的位移足够慢以允许过热，因此，晶粒在热影响区的生长，这导致焊接接头的韧性不足。

因此获得的焊缝的脆弱性需要进行校正，焊后热处理 - 正火。当然，这是一个概括，因为工程师必须在测试和验证焊接程序后评估这种需求。

过程引起的不连续性

在适当的操作条件下使用电渣焊工艺制成的焊缝质量高且没有不连续性。但是，如果不遵循适当的焊接程序，可能会出现不连续性。

焊接检验员应注意此过程可能导致的一些不连续性：

缺乏融合

厚板焊缝，其中热量通过电极振荡分布，可能在中心或附近缺乏熔合。

鞋子的冷却效果可以防止贱金属在靠近鞋子的表面熔化。

产生的指示类似于咬伤。

它们也可能发生在焊接开始时，温度低于必要温度。

夹杂物

它们并不常见，但它们可能会发生。在这种情况下，送丝装置将金属丝片过快地引入熔池中并且不会熔化。

在熔化区也发现了棒材甚至焊接设备的零件，例如电极管导管的末端。

夹渣

如果焊接几乎停止并重新开始，就会发生这种情况。焊接过程需要将熔渣池加热到大约 1700°C。焊接重新启动不当可能无法完美熔合金属，从而导致焊渣。

重叠

如果鞋没有很好地适应板，可能会发生这种情况，从而导致熔融材料泄漏。

孔隙率

当它发生时，它是粗糙的和蠕虫状的，并且可能是由一块湿石棉用作固定靴和待焊接零件之间的密封，污染或潮湿的焊剂，电极，导管或材料启动湿焊。

特殊裂缝

在对接接头的电渣焊中没有观察到，因为在母材金属板的厚度方向上没有记录应力。

裂缝

电渣焊未发现冷裂纹。这是由于过程中固有的加热和冷却接头的缓慢过程。热裂纹在电渣焊中很常见，特别是在限制程度较高的焊缝中，由于焊接接头的晶粒粗大。这些裂纹沿晶界扩展。

叠片

它们不构成电渣焊接的主要不便。熔渣抽出双叠层中的任何现有夹杂物并沿焊缝密封双叠层。同样，切屑和折弯也被电渣焊吸收。

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引文

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Luz, Gelson. 什么是电渣焊 (ESW)？. 材料博客。 Gelson Luz.com。 dd mm yyyy。 网址。

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