Электрошлаковая сварка — наиболее производительный способ получения сварных соединений больших толщин, выполняемых за один проход практически без пор и шлаковых включений. Однако большое тепловложение приводит к развитию поперечных свароч­ных деформаций и остаточных напряжений. Металл шва характе­ризуется значительной анизотропией свойств, крупнозернистой структурой, низкой ударной вязкостью, пониженной сопротивля­емостью к хрупким разрушениям. Необходимость применения тер­мообработки для улучшения свойств сварных соединений ограничи­вает возможности этого способа [61].

В Японии для снижения остаточных напряжений разработан способ электрошлаковой сварки пластин, при котором одной из пластин сообщается предварительный обратный прогиб. Для урав­новешивания напряжений, возникающих при сварке, поддержания постоянного зазора между кромками и регулирования величины усадки пластину с прогибом в процессе сварки поджимают с внеш­ней стороны к другой пластине при помощи специальных домкратов с фиксаторами [62].

В нефтехимическом машиностроении СССР успешно применяет­ся способ электрошлаковой сварки углеродистых и низколегиро­ванных сталей толщиной до 60 мм с регулированием термических циклов. Способ предусматривает сопутствующее охлаждение ме­талла шва и зоны термического воздействия водо-воздушной смесью.

В ГДР разработан способ электрошлаковой сварки ленточным электродом на повышенных токах [63]. Зазор между соединяемы­ми кромками может быть уменьшен до 15 мм для деталей толщи­ной 70 мм. Получаемые таким образом соединения лишены дефек­тов и обладают ударной вязкостью в 1,5 раза большей, чем у соединений, выполненных проволочным электродом. Производи­тельность плавления повышается в три раза, а скорость сварки — в девять раз по сравнению со сваркой проволочным электродом. Благодаря увеличению скорости сварки уменьшается ширина крупнозернистой области в зоне термического влияния, а сварной шов отличается более мелкозернистой структурой.

Из работы [64] следует, что наибольшая производительность и скорость достигаются при электрошлаковой сварке двойной электродной проволокой на больших токах с добавлением в сва­рочную ванну металлического порошка. При этом улучшается структура сварного соединения и повышается ударная вязкость. Во избежание образования горячих трещин или несплошностей в цент­ре шва необходимо обеспечить непрерывную подачу металлического порошка в количестве, равном примерно 140% от массы расплав­ленного электрода. Этот способ применяется для сварки листов толщиной 40—90 мм.

Как видно из вышеизложенного, форсированные режимы элект­рошлаковой сварки способствуют повышению качества сварного соединения. К недостаткам таких режимов относится образование глубокого кратера в металлической ванне под электродом, что ве­дет к росту кристаллитов сварного шва. Наложение продольно-ра­диального магнитного поля изменяет форму и глубину сварочной ванны и обеспечивает возможность сварки без снижения качества шва [65].

Тенденция к увеличению габарита сварных металлоконструкций и проблема повышения точности их изготовления обуславливают поиски путей повышения эффективности сварочных процессов, обеспечивающих снижение себестоимости при сохранении высокого качества сварных соединений.

Процесс сварки с узкощелевой разделкой кромок для деталей толщиной 20—300 мм приобретает все большее значение вследст­вие значительного снижения количества наплавленного металла и уменьшения трудоемкости подготовки кромок. Важным преиму­ществом этого процесса является сокращение тепловложения при сварке, что повышает качество швов и уменьшает остаточные сва­рочные деформации. Сварка толстостенных деталей с низким удельным тепловложением позволяет обойтись без дорогостоящей термообработки, применяемой для снятия напряжений. Благодаря экономии наплавленного металла расходы могут быть снижены почти на 50% в зависимости от области применения и свариваемых толщин [66].

Существует несколько способов сварки швов с узкощелевой под­готовкой кромок: одной прямой электродной проволокой большого диаметра (2 или 3,2 мм), расположенной по центру зазо­ра; двумя тонкими электродами (диаметром 1,2 или 1,6 мм); кру­ченым электродом.

В первом случае разделка полностью заполняется по ширине в каждом проходе. Основная проблема при осуществлении этого спо­соба заключается в необходимости введения в сварочную ванну зна­чительного количества тепла для получения большого объема рас­плавленного металла, чтобы исключить подрезы и шлаковые включения. Сварка в импульсном режиме позволяет существенно снизить количество дефектов [66, 67].

При сварке двумя электродами, характеризующейся низким тепловложением, в зазор вводятся две следующие друг за другом плоские горелки с токоведущими проволоками, каждая из которых направляется на торцовые поверхности свариваемых кромок в зазо­ре под углом к вертикальной оси. При этом образуется слой на­плавленного металла из двух смежных тонких валиков. Весь процесс сварки требует многократных проходов с подъемом свароч­ных головок после каждого прохода. Применение отогнутых к осно­ванию зазора проволок позволяет расширить диапазон свариваемых этим способом толщин и обеспечивает более полное проплавление свариваемых кромок.

Колебания дуги в зазоре при описанных способах узкощелевой сварки достигаются либо путем перемещения горелки в зазоре, либо путем колебания электродной проволоки при фиксированном положении горелки. Применение первого способа ограничено тол­щинами до 100 мм, а вторая схема процесса допускает сварку лю­бых толщин [66].

При сварке крученым электродом по мере его расплавления ду­га получает непрерывное вращательное движение. Считается, что фактический вылет крученого электрода за счет спиральности больше, чем у одинарной прямой электродной проволоки при оди­наковой продолжительности включения тока и поддержании в обо­их случаях постоянного расстояния между концом плавящегося электрода и основным металлом. Поэтому растет выделение тепла, и скорость плавления увеличивается. При сварке в смеси защит­ных газов (Аг+20% СОг) скорость плавления крученым электро­дом на 10% больше, чем обычной проволокой [39]. При этом спо­собе устраняются некачественное формирование нижней части шва и несплавление с боковыми стенками разделки, значительно умень­шается количество пор.

Узкощелевая разделка кромок может применяться при сварке в защитных газах, под флюсом, при электрошлаковой сварке. Причем при электрошлаковой сварке площадь разделки кромок может быть снижена до 7з от площади разделки при обычном спо­собе сварки [68].