4 Ważne materiały do spawania łukowego
Ten artykuł rzuca światło na cztery ważne materiały spawalnicze. Materiały eksploatacyjne to: - 1. Elektrody powlekane 2. Pręty spawalnicze i druty 3. Spawanie strumieniowe 4. Gazy osłonowe.
Materiały eksploatacyjne # 1. Elektrody powlekane:
Prawie wszystkie spawanie ogólnego przeznaczenia odbywa się za pomocą ekranowanego spawania łukiem elektrycznym za pomocą powlekanych elektrod. Powlekane elektrody składają się z drutu rdzeniowego z pokryciem z materiału powlekającego. Drut rdzeniowy stosowany w elektrodach jest wykonany zgodnie z niektórymi normami krajowymi lub międzynarodowymi, które określają skrajnię drutu, skład materiału, zasady odbioru itp.
Elektrody do ręcznego i automatycznego spawania łukowego stali niskowęglowej i niskowęglowych, a także stali niskostopowych są najczęściej produkowane ze stali węglowej 012%.
Średnica drutów rdzenia dla elektrod zwykle waha się między 3, 15 a 12, 50 mm, a pośrednie standardowe średnice wynoszą 4, 00, 5, 00, 6, 30, 8, 00 i 10, 00 mm. Długość tych powlekanych elektrod waha się między 350 a 450 mm, z gołą częścią (bez powłoki) w zakresie od 20 do 30 mm, skąd jest trzymana w uchwycie elektrody.
Składy chemiczne drutów rdzeniowych dla stali niskowęglowej i średniej węgla podano w tabeli 5.1A, a dla drutów rdzeniowych ze stali miękkiej w tabeli 5.1B .:
Materiały eksploatacyjne # 2. Pręty spawalnicze i przewody:
Druty i pręty do spawania nagłego są stosowane w małych długościach około 1 metra lub w postaci zwojów w szpulach. Podczas gdy krótkie procesy są stosowane w procesach takich jak GTAW i spawanie plazmowe, w których nie są częścią obwodu spawalniczego, długie przewody są wykorzystywane do procesów takich jak GMAW i SAW, gdzie część drutu przewodzi prąd, gdy drut spawalniczy stanowi część obwód elektryczny nazywany jest elektrodą spawalniczą, inaczej nazywany jest prętem spawalniczym.
Większość drutów stosowanych do spawania stali konstrukcyjnej zwykle zawiera 0-10% węgla i 0-35 do 0-60% manganu. Inni mają zwiększoną zawartość manganu. Niektóre inne typy mają zwiększone ilości węgla, manganu i krzemu.
Nadmiar krzemu w drutu spawalniczym powoduje duże rozpryski, gazowanie w jeziorku spawalniczym i materiały niemetaliczne w metalu spoiny. Maksymalna dopuszczalna zawartość krzemu wynosi więc 0-95%.
Zawartość szkodliwych zanieczyszczeń, takich jak siarka i fosfor, nie powinna przekraczać 0-04%. W niektórych przewodach, w szczególności drutach ze stali stopowych, maksymalna dozwolona ilość siarki i fosforu wynosi 0-03%.
Zakres średnic drutu rozciąga się od 0-5 do 2-5 mm przy 0-5, 0-6, 0-8, 0-9, 1-0, 1-2, 1-6, 2-0, 2- Przewody o średnicy 4 i 2-5 mm są normalnie dostępne. Spawarki używają ciągłych drutów w cewkach. W zależności od średnicy drutu cewka może ważyć od 5 do 500 kg i mierzyć od 150 do 1000 mm.
Druty spawalnicze są zwykle powlekane miedzią, aby zapobiec rdzewieniu i poprawić odbiór prądu z rurki kontaktowej, pomaga to również podczas przeciągania drutów przez matryce. Aby uniknąć szkodliwych efektów i łuszczenia się powłoki miedzianej, zwykle jest ona bardzo cienka, a maksymalna ilość miedzi jest określona na 0-4% wagowych drutu.
Oprócz stali niskowęglowych druty spawalnicze są również produkowane ze stali nierdzewnej, aluminium i jego stopów, stopów niklu, stopów magnezu, stopów tytanu i stopów miedzi.
Druty spawalnicze są dostępne zarówno w postaci stałej, jak i rurowej, ta ostatnia zawiera w sobie strumień.
Dane techniczne drutu stałego i prętów :
Stosuje się kilka systemów do określania elektrod lub prętów spawalniczych. Specyfikacja AWS jest jednym z dobrze znanych systemów kodyfikacji. Składa się z litery przedrostka lub liter, po których następują dwie cyfry i litera S, a następnie sufiksu, który może być cyfrą lub literą lub jednym i drugim.
Identyfikacja AWS dla nieosłoniętych elektrod i prętów ze stali węglowej do spawania łukowego w osłonie gazów można wyjaśnić, biorąc pod uwagę kod np. ER-70S-1
ER - Prefiks wskazuje elektrodę lub pręt spawalniczy
70 - wskazuje minimalną spawaną wytrzymałość na rozciąganie 70 000 psi (5000 N / mm 2 )
S - wskazuje stałą elektrodę lub pręt
1 ...... .. 6- Numer sufiksu oznacza analizę chemiczną lub inny współczynnik użyteczności np. 1 oznacza 0-07% węgla i 0-30% krzemu.
Wszystkie te druty i pręty są zwykle przeznaczone do użycia z głęboką polarnością, a większość z nich jest przeznaczona do stosowania z CO2 jako gazem osłonowym.
System AWS przyjęty do identyfikacji drutów z czystej stali węglowej do spawania łukiem krytym jest następujący:
Ma przedrostek litery E, wskazujący elektrodę. Po nim następuje litera L lub M lub H, aby wskazać poziom manganu; L oznacza niskie, M oznacza średnie, a H oznacza wysoką zawartość manganu. Po nim następuje jedna lub dwie cyfry oznaczające średnią zawartość węgla w setnych procentach, na przykład 8 oznacza 0 08% węgla. Sufiks literowy K służy do oznaczenia zawartości krzemu wyższej niż 0 05%.
Przykłady :
EL8 - Niski mangan (0-30 - 0-55%), średnia zawartość węgla 0-08%, 0-05% krzemu
EL8K - (0-30-055)% Mn, 0-08% C, (0-10-0-20)% Si
EM12 - (0-85 - 1-25%) Mn, (0-09 - 0-15)% C, 0-05% Si
EH 14 - (1-75-2-25)% Mn, (0-10 - 0-18)% C, 0-05% Si
Niektóre z tych drutów są bardzo podobne w składzie do tych używanych do spawania łukowego w metalach gazowych.
Elektrody rurowe lub druty rdzeniowe:
Drut rdzeniowy składa się z metalowej osłony, która otacza rdzeń strumienia. Strumień zawarty w elektrodzie spełnia zasadniczo te same funkcje, co powłoka na zakrytej elektrodzie, to znaczy działa jako odtleniacz, środek żużlowy, stabilizator łuku i może dostarczać pierwiastki stopowe, a także gaz osłonowy.
Istnieją dwa główne powody wprowadzenia drutu rdzeniowego z rdzeniem topnikowym. W przeciwieństwie do drutu litego, do jego produkcji niekoniecznie potrzebne są stalowe kęsy o określonym składzie, ponieważ mogą być wytwarzane z pasków pożądanego materiału; również jest łatwiejszy w użyciu szczególnie do spawania rur ułożonych w ustalonej pozycji.
Druty rdzeniowe w ich obecnej postaci zostały wprowadzone w 1956 roku w USA. Początkowo pasek zawierający topnik został sprowadzony do wymaganej średnicy przez składanie, ale kolejne etapy doprowadziły do powstania bezszwowej metalowej rurki wokół rdzenia, która zawierała strumień. Dostępne są druty proszkowe o różnej konfiguracji, niektóre z nich pokazano na rys. 5.1.
Początkowo druty rdzeniowe produkowane były w średnicy 3, 2 mm, ale teraz są dostępne w średnicy do 11 mm.
Typowe druty proszkowe stosuje się z CO2 jako gazem osłonowym z topnikiem zawierającym składniki tworzące żużel i pierwiastki stopowe. W wielu przypadkach druty zawierają także sproszkowane żelazo, wstawione druty lub metalowe paski, które przewodzą częściowo.
Średnica drutu zwykle mieści się w zakresie od 2 do 4 mm, przy czym topnik zwykle tworzy 5-25% wagowych całkowitego drutu, co daje sprawność osadzania od 85 do 95%.
Rodzaje drutów rdzeniowych:
Większość drutów proszkowych dostępnych do spawania stali węglowych jest typu rutylowego, w których TiO2 (dwutlenek tytanu) jest głównym składnikiem tworzącym żużel. Druty te umożliwiają względnie bezproblemowe spawanie i wytwarzają zgrzeiny o gładkiej powierzchni i łatwym do usunięcia żużlu.
Druty rdzeniowe typu podstawowego są jednak bardziej popularne. Składnikami tworzącymi żużel tych drutów są fluorki wapnia, kamień wapienny, węglany i tlenki metali ziem alkalicznych. Stosowane przy niskich prądach druty te dają więcej odprysków, jednak przy wyższym prądzie transfer metalu jest gładki i mało odprysków. W przypadku stali węglowych podstawowe druty dają spoiny o lepszej sile oddziaływania niż rutylowe elektrody. Dalszą charakterystyczną cechą metalu spoiny uzyskanego przy użyciu drutów rdzeniowych z rdzeniem topnikowym jest jego niewrażliwość na wyżarzanie odprężające. Po wyżarzaniu w temperaturze około 600 ° C, nie występuje budzący się spadek siły uderzenia.
Podczas gdy zawartość wodoru w metalu spoiny w podstawowych powlekanych elektrodach, nawet po całkowitym wysuszeniu przed użyciem, wynosi 3 ml / 100 g metalu spoiny, może wynosić nawet 1-2 ml / 100 g metalu spoiny dla strumienia topnika. druty rdzeniowe.
Istnieją dwa główne rodzaje drutów elektrodowych, mianowicie druty jednożyłowe i wielostrumieniowe. Ten pierwszy daje raczej wysoką zawartość manganu i krzemu w metalu spoiny niż ten ostatni. Ponadto druty rdzeniowe mogą być osłonięte gazem lub ekranowane (brak zewnętrznej osłony gazowej), to znaczy są osłonięte gazem wytwarzanym w wyniku rozkładu i odparowania rdzenia strumienia. W tym ostatnim przypadku stopiony żużel chroni kroplę przez cały transfer metalu.
Ekranowane i samou ekranowane druty proszkowe są coraz częściej używane głównie do spawania stali o grubości ponad 12 mm, dla których ich główną atrakcją była możliwość ciągłego i szybkiego osadzania metalu za pomocą półautomatycznych systemów spawalniczych. Nastąpił jednoczesny wzrost wykorzystania GMAW z mieszaniną gazu bogatą w argon do spawania stali, głównie poniżej 12 mm grubości. Główną zaletą tego jest połączenie wysokiej prędkości spawania z dobrym wykończeniem i minimalnymi rozpryskami i żużlem.
System kodowania do identyfikacji drutu rdzeniowego jest taki sam, jak w przypadku drutów pełnych GMAW, ale jest specyficzny dla elektrod rurkowych.
Weźmy na przykład E60T - 7
Tutaj,
E - Wskazuje elektrodę.
60 - Wskazuje 60 000 psi (420 N / mm) jako minimalną spawaną wytrzymałość na rozciąganie.
T - Wskazuje rurową, wykonaną lub elektrodę rdzeniową.
7 - Liczba od 1 do 8 jako przyrostek wskazuje chemię osadzonego metalu spoiny, gazu osłonowego i współczynnika użyteczności.
Wśród bardziej popularnych specyfikacji są typy rutylu (E70T - 1 i E70T - 2), typu samou ekranującego (E70T - 4) i typu podstawowego (E70T - 5).
Poza drutami rdzeniowymi rdzeniowymi ze stali węglowej opracowano również druty proszkowe ze stali niskostopowej, które umożliwiają wytwarzanie stopiwa odpowiedniego dla większości stali i różnych wymagań technicznych. Druty proszkowe stopowe z niklem, molibdenem i chromem mogą być stosowane do spawania drobnoziarnistych stali konstrukcyjnych o wysokiej wytrzymałości, w których wcześniej pożądane było spawanie z podstawowymi elektrodami i podstawowymi topnikami.
Technologia drutu rdzeniowego doprowadziła użytkowników do przejścia z procesu drutu litego CO 2 na proces drutu rdzeniowego z różnymi zaletami. Proces ten jest znacznie szybszy, prostszy i ekonomiczny niż spawanie łukiem krytym, z wyższą produktywnością w niektórych zastosowaniach, na przykład w budownictwie okrętowym, przewody rurowe lub rdzeniowe proszkowe są również wykorzystywane do napawania i aplikacji SAW.
Drut rdzeniowy, w którym strumień zastąpiono metalowymi proszkami, stosuje się z gazem osłonowym o dużej zawartości argonu, aby osadzić metal spoiny z bardzo dużą szybkością w stalowych płytach o grubości od 5 do 60 mm. Mają dobre właściwości mechaniczne, są prawie wolne od odprysków i mają niską zawartość żużla. Dym jest również niski, a usuwanie żużlu między kolejnymi etapami nie jest konieczne.
Drut rdzeniowy Spawanie metodą MIG łączy w sobie najlepsze cechy zarówno ekranowania gazu obojętnego, jak i technologii rdzeniowej. Drut pełny jest zastępowany drutem rdzeniowym, w którym rdzeń składa się z proszków metali i odtleniaczy zamiast normalnych strumieni tworzących żużle. Kiedy drut ten jest osadzany pod gazem osłonowym składającym się z argonu z niewielkim procentem spoin CO 2, są one praktycznie identyczne ze spawami MIG, ale z wyższymi szybkościami osadzania związanymi z drutami rdzeniowymi.
Druty rdzeniowe są zwykle wykonane w średnicy 1, 6 mm i są przeznaczone do spawania na wszystkich pozycjach z wyższym odzyskiwaniem procentowym, gdy są stosowane z gazem bogatym w argon i praktycznie nie zawierają żużla. Procentowy odzysk określany jako stosunek masy metalu osadzonego do ciężaru użytych materiałów eksploatacyjnych pomnożony przez 100 zmienia się w zależności od procesu, jak pokazano w tabeli 5.3.
Materiały eksploatacyjne # 3. Fluxy spawalnicze:
Strumień jest istotnym aspektem procesu spawania łukiem krytym i służy do następujących celów:
1. Ta część topnika, który topi się, płynie w postaci ciekłego koca nad roztopionym metalem, chroni go przed szkodliwym działaniem otaczającej atmosfery, tym samym zmniejszając ilość tlenu i azotu.
Pomysł dotyczący skuteczności strumienia w ochronie jeziorka spawalniczego przed zanieczyszczeniem atmosferycznym można uzyskać z zawartości azotu w stopiwie. W przypadku spawania elektrodami gołymi zawartość azotu w stopiwie wynosi aż 0-18%. Ciężkie elektrody powlekane obniżają wartość do 0-026%, podczas gdy w SAW występuje maksimum 0 005% azotu w złożu spawalniczym.
2. Działa jako dobry izolator i koncentruje ciepło w stosunkowo małej strefie spawania, dzięki czemu polepsza stopienie roztopionego metalu z elektrody spawalniczej i materiału macierzystego.
3. Działa jako środek czyszczący do metalu spoiny, pochłania zanieczyszczenia i dodaje pierwiastki stopowe, takie jak mangan i krzem.
4. Dzięki topnikowi metal spoiny jest nie tylko czysty, ale także bardziej gęsty, a zatem ma doskonałe właściwości fizyczne.
5. Kołnierz topnika poprawia wydajność procesu, redukując odpryski i straty spalania, których nie można uniknąć przy zwykłym łuku otwartym.
Skład i klasyfikacja chemiczna topników SAW:
Składniki topników są zasadniczo surowcami pochodzenia geologicznego, które są oparte na krzemionce, krzemianach, wapieniu, glinie, tlenkach, fluorkach i innych minerałach. Wiele składników topnika nie poprawia swoich właściwości, ale występuje głównie jako pozostałość; jednak w pewnym stopniu mogą wpływać na fizyczne i chemiczne zachowanie.
Generalnie strumień SAW składa się z kwarcu (SiO 2 ), hausmanile (Mn 3 O 4 ), korundu (Al 2 O 3 ), peryklazu (MgO), kalcytu (CaCO 3 ), fluorytu (CaF 2 ), wapienia (CaO), tlenek cyrkonu (ZrO 2 ), kriolit (Na 3 AlF 6 ), dolomit (CaMg (CO 3 ) 2 ), żelazokrzem (FeSi 2 ), magnezyt (MgCO 3 ), rodenit (MnSi 0 3 ), rutyl (TiO 2 ), wellastonit (CaSiO 3 ), cyrkon (ZrSiO 4 ), a także tlenki baru, sodu, potasu i żelaza, tj. BaO, Na 2 O, K 2 O i FeO. Może składać się z wszystkich tych elementów lub niektórych z nich w pożądanych proporcjach. Każdy element indukuje różne charakterystyki strumienia spawalniczego, dlatego manipulowanie ich proporcjami daje przydatność strumienia do spełnienia wymagań.
W zależności od ilości różnych składników strumień może być kwaśny, zasadowy lub obojętny.
Te właściwości są określone przez INDEKS BASICITY (BI) strumienia, który jest zdefiniowany jako stosunek podstawowych tlenków do tlenków kwasowych, to jest:
Strumień uważa się za kwasowy, jeśli BI <1, neutralny dla BI między 1-0 a 1-5, podstawowy dla BI między 1, 5 a 2, 5, a wysoce zasadowy dla BI powyżej 2, 5.
Niektóre strumienie sklasyfikowane na podstawie powyższych rozważań podano w tabeli 5.4:
Role składników flux:
1. Krzemionka (SiO 2 ):
Jest kwaśnym tlenkiem, który tworzy główny gradient wszystkich strumieni PIW. Zapewnia niezbędną lepkość i zdolność przenoszenia prądu do strumienia w stanie stopionym. Im wyższa zawartość SiO2, tym lepsza jest lepkość i nośna przepuszczalność strumienia. Poprawia zdolność do usuwania żużlu, dzięki czemu uzyskuje dobry wygląd ściegu spawanego bez podcięcia nawet przy 1000A. Jednak SiO2 prowadzi do utraty środków odtleniających i powoduje dyfuzję krzemu do metalu spoiny, co powoduje gorsze właściwości mechaniczne, w szczególności wytrzymałość na uderzenia.
SiO2 w strumieniu zmienia się od 25 do 55% wagowych. Ale strumienie zawierające SiO2 większe niż 40% wykazują szybkie utlenianie pierwiastków stopowych i zwiększone ilości niemetalicznego inkorporowania w metalu spoiny, co skutkuje zmniejszoną wiązkością spoiny metalowej.
SiO 2 zmniejsza szerokość do współczynnika penetracji ściegu spoiny. Zmniejsza również stabilność łuku.
2. Tlenek manganu (MnO):
Prowadzi to do stopowania manganu do metalu spoiny i poprawia jego właściwości poniżej zera.
MnO sprzyja wyższym prędkościom spawania i głębszej penetracji. Zmniejsza to wrażliwość na porowatość rdzy, ale także obniża zdolność przenoszenia prądu i lepkość. Jednak MnO poprawia stabilność łuku.
3. Rutyl (TiO 2 ):
Jest chemicznie obojętnym tlenkiem. Daje to przewagę metalurgiczną przez tworzenie się ferrytu iglastego z powodu rafinacji ziarna. Poprawia stabilność łuku i właściwości udarowe.
4. Tlenek glinu (Al 2 O 3 ):
Poprawia również właściwości udarowe metalu spoiny (rafinacja ziarna i tworzenie kłamstwa ferrytu iglastego, jednak zmniejsza stabilność i lepkość łuku, a także penetruje medium.
5. Cyrkon (ZrO 2 ):
Usuwa szkodliwe pierwiastki, takie jak tlen, azot, siarka i fosfor. Działa jednak głównie jako element uszlachetniający ziarno i sprzyja tworzeniu się ferrytu iglastego.
6. Bor, wanad i niob:
Elementy te są odpowiedzialne za udoskonalanie ziarna w metalu spoiny, ale w nadmiarze prowadzą do utwardzania wydzieleniowego.
7. Wapień (CaO):
Jest to jeden z głównych składników strumienia pod względem stabilności łuku i płynności. CaO jest bardzo stabilnym tlenkiem, o podstawowym charakterze. Zmniejsza lepkość i czyni strumień bardzo wrażliwym na wilgoć. Ten higroskopijny charakter prowadzi do porowatości ściegu spoiny.
CaO usuwa siarki i fosforu i zwiększa udarność metalu spoiny. Daje jednak bardzo płytką penetrację i zwiększa skłonność do podcinania.
8. Fluorku wapnia (CaF 2 ):
Zwiększa płynność stopionego metalu i prowadzi do przenoszenia natrysku. Pomaga w usuwaniu rozpuszczonego wodoru z roztopionej stali poprzez tworzenie fluorowodoru, dla którego stal nie ma powinowactwa.
9. Węglan wapnia (CaCO 3 ):
Zmniejsza lepkość i sprawia, że strumień staje się bardziej podstawowy. Pozwala uniknąć wchłaniania wilgoci.
10. Odtleniacze (Al, Mn, Ti, Si):
Te elementy strumienia pomagają w usuwaniu tlenu z metalu spoiny, ze względu na ich większe powinowactwo do tlenu niż inne pierwiastki. Poza tym Al, Ti i Mn poprawiają również właściwości mechaniczne stopiwa poprzez uszlachetnianie ziarna.
11. Tlenek sodu (Na 2 O) i tlenek potasu (K 2 O):
Są to elementy o niskim potencjale jonizacji i są najbardziej niestabilnymi składnikami strumienia. Rozpraszają się i dyfundują do wnęki łukowej, co zapewnia niskie opary potencjału jonizacji w sąsiedztwie łuku, a tym samym zwiększa stabilność łuku.
Główne cele różnych składników łuku topnika w celu uzyskania stabilności łuku, pożądanej płynności stopionego strumienia i łatwej dającej się odłączyć zestalonej żużlu po spawaniu.
Co do stabilności łuku, CaF 2 ją upośledza, chociaż jego dodatek jest niezbędny do kontroli porowatości. Konieczne jest zatem znalezienie równowagi między sprzecznymi wymogami. Elementy poprawiające stabilność łuku obejmują potas, sód i wapń. Poprzez wpływ na stabilność łuku, skład strumienia bezpośrednio wpływa na kształtowanie ściegu spoiny.
Nadmierna ilość CaF2 lub SiO2 w strumieniu będzie pogarszać stabilność łuku, a wraz z nim właściwe kształtowanie spoiny. Powstała spoina będzie wąska, z nadmierną penetracją, ponieważ łuk stanie się krótki i mniej zwrotny. Z drugiej strony, obecność niektórych gradientów, takich jak CaO, Na 2 O, K 2 O powoduje, że łuk jest długi i giętki, a wynikowa spoina jest szeroka i normalnie penetrowana.
Nadmierne ilości CaF2 i SiO2 są niepożądane również dlatego, że powodują powstawanie trujących fluorków, tlenku węgla (CO) i pentaoksydu azotu, dlatego należy stale kontrolować ich zawartość w atmosferze spawalni.
Płynność strumienia, gdy stopiony jest również czynnikiem wpływającym na kształt spoiny. Strumień, którego płynność w stanie stopionym jest bardzo różna w zależności od temperatury, nazywany jest krótkim strumieniem, a strumień, którego płynność pozostaje mniej więcej stała, nazywany jest długim strumieniem, jak pokazano na rys. 5.2. Długie strumienie wytwarzają grube zmarszczki na spoinie i krótkie strumienie, delikatne zmarszczki.
Jeżeli strumień ma niską płynność w temperaturze krzepnięcia metalu spoiny, powierzchnia spoiny będzie szorstka, z wieloma grzbietami i zagłębieniami. Żużel łatwo przylega do takiej powierzchni i jest bardzo trudny do usunięcia.
Nadmierne ilości SiO 2, MnO i FeO również utrudniają oderwanie żużlu, co wpływa ujemnie na szybkość spawania, zwłaszcza w przypadku spawania wieloprzebiegowego.
Ponadto topniki nie powinny tworzyć zbyt dużej ilości pyłu, ponieważ może to powodować krzemicę (chorobę płuc wywołaną przez obłok zawierający pył zawierający krzemionkę). Jako środek ostrożności, wszystkie topniki wymagają zmechanizowania.
Klasyfikacja fizyczna strumieni PIW:
Topniki do spawania łukiem krytym są granulowane do kontrolowanej wielkości i mogą być jednym z dwóch głównych typów:
(i) Topniki topione.
(ii) Aglomerowane topniki.
(i) topione topniki:
Najczęściej stosowanymi topnikami są topione topniki. Wytwarzane są z minerałów takich jak piasek (SiO 2 ), ruda manganu (MnSiO 3 ), dolomit (CaMg (CO 3 ) 2 ) par, kreda (CaCO 3 ), itp. Jak sama nazwa wskazuje, topiony topnik jest wytwarzany przez stapianie nachylenie w górnej części pieca i ziarno w miarę potrzeby Jest wolne od wilgoci i nie jest higroskopijne.
Powodem łączenia składników jest to, że kruszenie i mechaniczne mieszanie gradientów nie daje jednorodnej masy. Ziarna różnych minerałów różnią się gęstością i oddzielają się od siebie podczas manipulacji. Rozdział ten nieuchronnie zmienia skład mieszaniny, a strumień nie spełnia swojej zamierzonej funkcji.
Stale niskowęglowe są najczęściej spawane z topionymi topnikami.
Niektóre z dobrze znanych stopionych topników są dostępne w dwóch rozmiarach ziaren. Grubszy rozmiar jest przeznaczony dla automatów spawalniczych automatycznych, a drobniejszy rozmiar dla półautomatycznych przenośnych automatów SAW. W pierwszym przypadku wielkość ziarna wynosi od 3-0 do 0-355 mm, aw drugim 1-6 do 0-25 mm. Z wyglądu ziarna są przezroczystymi cząstkami od żółtego do czerwonobrązowego. Nominalny skład jednego z tych strumieni to
Dostępny inny topiony topnik również niewiele różni się od powyższego. Oba są przygotowane z piasku zawierającego co najmniej 97% krzemionki, rudę manganu zawierającą co najmniej 50% manganu i nie zawierającą 0-2% fosforu; fluoryt zawierający 75% CaF 2 i nie więcej niż 0, 2% siarki; magnezyt kaustyczny z co najmniej 87% tlenkiem magnezu; i materiały przenoszące węgiel do odtleniania topnika podczas jego topienia, na przykład węgla drzewnego, antracytu, koksu, trociny itp.
(ii) Aglomerowane strumienie:
Które zawierają również topniki ceramiczne, są przygotowywane przez mieszanie razem gradientów i łączenie ziaren ze szkłem wodnym (krzemianem sodu). Te topniki zawierają żelazo-stopy (żelazo-mangan, żelazokrzem i żelazo-tytan) i zapewniają wysoką zawartość krzemu i manganu i innych pierwiastków stopowych w stopiwie.
Jeden taki strumień, z którego można uzyskać wszystkie inne klasyfikacje przez wprowadzenie dodatków stopowych, ma następujący skład wagowy:
Dzięki tej kompozycji można uzyskać stopowy metal o wysokiej zawartości stopu z elektrodą o niskiej zawartości węgla.
Wadą ceramicznych duxów jest to, że łatwo pochłaniają one wilgoć, a ich ziarna mają gorszą wytrzymałość mechaniczną, z powodu której strumień nie może być wielokrotnie używany.
Strumienie ceramiczne powinny być przechowywane w hermetycznie zamkniętych pojemnikach i zastrzeżone przed użyciem. Aby uniknąć tworzenia się pyłu, nigdy nie należy ich przechowywać ani transportować w miękkich workach gunny.
Czynnikami decydującymi o wydajności strumienia w osiąganiu pożądanych funkcji są głębokość i szerokość złoża topnika, a także rozmiar i kształt ziaren topnika. Zwykle złoże strumienia powinno mieć co najmniej 40 mm głębokości i 30-40 mm więcej niż połączenie. Niewystarczająca głębokość lub szerokość złoża topnika będzie wystawiać strefę na działanie powietrza, w wyniku czego stopiony metal będzie zbierać azot i zmniejszać się będzie ciągliwość metalu spoiny. Dotyczy to również strumieni gruboziarnistych. Z tego samego powodu płyny szkliste są lepsze niż pumeksowe.
W ekranowanym spawaniu łukiem elektrycznym z grubymi elektrodami otulonymi metal spoiny jest stopowany z zawartymi w powłoce stopami żelaza. Z tego powodu metal stopowy o wysokim stopie można uzyskać nawet ze zwykłym drutem elektrody niskowęglowej. Jednak najczęściej stosowane topniki topliwe nie zawierają żelazostopów, a jedynymi pierwiastkami stopowymi są krzem i mangan.
Ilość Si i Mn zebranych przez metal spoiny zależy od warunków spawania, analizy strumienia, a także od elektrody i zastosowanego metalu macierzystego. Typowe liczby to 0-1 do 0-3% krzemu i 0-1 do 0-4% manganu.
Przybliżona proporcja różnych głównych składników strumieni wytwarzanych przez znaczącego producenta w Wielkiej Brytanii i ich wpływ na skład metalu spoiny dla danego drutu spawalniczego podano w tabeli 5.5.
Specyfikacja dla topników SAW:
Zgodnie z systemem kodowania AWS, strumienie SAW są określone zgodnie z właściwościami mechanicznymi metalu spoiny dla określonego drutu elektrody.
Strumień jest identyfikowany przez specjalny system specyfikacji, który używa litery prefiksu F do oznaczenia strumienia. Kolejna cyfra oznacza minimalną wytrzymałość na rozciąganie, w 10, 000 psi (70 N / mm 2 ), metalu spoiny. Kolejna cyfra lub kod literowy wskazuje najniższą temperaturę, w której wytrzymałość na uderzenie metalu spoiny będzie równa lub większa niż 27 J (20 ft-Ib).
Ten kod jest następujący:
Po cyfrze kodu następuje myślnik, a następnie litera E oznaczająca elektrodę. Po nim następuje litera wskazująca poziom manganu, który jest L za niski (0-30 - 0-60%), M dla medium (0-85 -1-40%), a H za wysoki (1-75 - 2-25%) manganu. Po nim następuje liczba, która jest średnią ilością węgla w punktach lub setnych procentach.
Na przykład F74-EM12 wskazuje strumień SAW o następujących cechach:
F - strumień
7 - metal spoiny o minimalnej wytrzymałości na rozciąganie 70 000 psi (500 N / mm 2 )
4 - zgrzewanie o udarności 27 J przy -40 ° C
E - z drutu spawalniczego jako elektrody
M - spiekany metal mangan o średnim poziomie, tj. 0-85 do 1-40%
12 - zawartość metalu spajanego wynosi 0-12%.
Strumienie spawania elektrycznego (ESW) są podobne do strumieni PIW, ale częściej są typu topionego. "Strumień matrycy musi pozostawać całkowicie w stanie stopionym, aby przewodzić elektryczność, aby proces ESW działał. Stopiony strumień zapewnia niezbędną odporność na przepływ prądu, aby utrzymać go w pożądanej temperaturze.
Strumień zapewnia również elementy do oczyszczania i odtleniania stopiwa i chroni go przed szkodliwym działaniem atmosferycznego azotu i tlenu. Strumień w stanie stopionym musi mieć niższą gęstość niż stal, aby utrzymać go na powierzchni powyżej stopionego metalu.
Materiały eksploatacyjne # 4. Gazy osłonowe:
Głównymi gazami osłonowymi stosowanymi do spawania łukiem elektrycznym z użyciem wolframu gazowego, spawania łukiem elektrycznym z metalu i spawania łukiem plazmowym są argon, hel i dwutlenek węgla. Oprócz tego azotu, tlen, wodór i ich mieszaniny z pierwszymi trzema gazami są również wykorzystywane do uzyskania pożądanej konfiguracji ściegu i właściwości metalu spoiny.
Te gazy osłonowe można podzielić na dwie grupy:
za. Gazy obojętne, takie jak (i) argon i (ii) hel,
b. Gazy, które rozpuszczają się i reagują z metalem, na przykład CO 2, O 2, H 2 i N 2 .
Argon:
Jest to niepalny, niewybuchowy gaz otrzymany z powietrza przez głębokie chłodzenie i frakcjonowanie, w którym jest obecny w zakresie 9, 3 x 10. Jest o około 23% cięższy od powietrza.
Zasadniczo argon jest sprzedawany w trzech klasach, powiedzmy, A, B i C zawierających odpowiednio 0-01, 0-04, 0-1% zanieczyszczeń. Handlowy argon zawiera 16-7% zanieczyszczeń. W przypadku wysokiej klasy prac spawalniczych wymagana czystość argonu wynosi około 99-995%.
Argon jest nietoksyczny, ale może powodować uduszenie w ograniczonej przestrzeni poprzez wymianę powietrza.
Argon jest magazynowany i wysyłany w standardowych stalowych butlach w pakiecie gazowym. Butle do czystego argonu są pomalowane na czarno u dołu i białe u góry, na których wypisane są słowa "Pure Argon". W butli gaz jest utrzymywany pod ciśnieniem 150 atmosfer (ok. 15 N / mm 2 ) - po całkowitym napełnieniu.
Standardowy cylinder o pojemności 40 litrów mieści 6 metrów sześciennych (6000 litrów) argonu. Od cylindra argon jest doprowadzany do punktu spawania poprzez regulator ciśnienia przymocowany do zaworu w szyjce cylindra. Regulator ciśnienia doprowadza ciśnienie gazu do wartości wymaganej do spawania (zwykle poniżej 0-5 atmosfer), a także utrzymuje stałe ciśnienie robocze, niezależnie od ciśnienia w cylindrze. Regulatory ciśnienia dla cylindrów argonowych są pomalowane na czarno.
Natężenie przepływu argonu mierzy się za pomocą miernika przepływu o nazwie rota-metr, który jest dołączony do regulatora.
Konkretne zastosowania różnych gatunków argonu do spawania są wymienione poniżej:
Klasa A:
Klasa A (99-99% czystości lub więcej) argonu służy do spawania metali aktywnych i rzadkich, a także do spawania elementów wykonanych z innych materiałów, w końcowym etapie produkcji.
Klasa B:
Grade B (99-96% Pure) argonu służy do spawania stopów bazowych z aluminium i magnezu.
Klasa C:
Klasa C (Czysty 99-9%) argon służy do spawania stali nierdzewnych i innych stali wysokostopowych.
Hel:
Hel jest rzadkim gazem. Jest obecny w atmosferze w zakresie jedynie 0-52 x 10-3 %. Ponadto hel jest obecny w ilości do 10% w gazie ziemnym. Wynika to również z rozpadu niektórych pierwiastków radioaktywnych i występuje w niektórych minerałach uranu.
Ze względu na wysokie koszty helu jest stosunkowo mniej używany gaz obojętny.
Jest to lekki gaz ważący tylko 1/7 powietrza. To komplikuje ochronę basenu spawalniczego i powoduje zwiększone zużycie gazu.
Hel jest sprzedawany w dwóch klasach. Klasa I wynosi 99-6-99-7% czystości, a klasa II 98-5-99-5% czystości. Jest przechowywany i wysyłany w stanie gazowym w standardowych butlach pod ciśnieniem 15 MPa (150 atomów). Komercyjny hel I jest przechowywany w cylindrach, które są pomalowane na brązowo i nie mają napisów. Komercyjny hel II przechowywany jest w cylindrach pomalowanych na brunatny i opatrzony słowem "Helium" z białą farbą.
Hel ma najwyższy potencjał jonizacji któregokolwiek z gazów osłonowych, a zatem łuk spawalniczy może pracować z dużo większym potencjałem niż argon. Zatem łuk z osłoną helową wytwarza większą ilość ciepła. Ze względu na niewielki ciężar helu ma tendencję do odpływania od strefy łuku, a tym samym wytwarza nieefektywną osłonę, o ile nie zostaną utrzymane wyższe prędkości przepływu.
Jednak jego niewielka waga jest przydatna do spawania górnego. Ze względu na większe natężenie przepływu wymagane dla helu, można osiągnąć wyższe prędkości spawania. Z helem można przyspawać około 35 do 40% szybciej niż przy użyciu argonu jako gazu osłonowego. Stosuje się go często w spawaniu łukiem elektrycznym z wolframu gazowego, spawaniu za pomocą spawania gazowego i automatycznym spawaniem MIG.
Dwutlenek węgla:
Jest to bezbarwny gaz o lekko wyczuwalnym zapachu. Po rozpuszczeniu w wodzie daje kwaśny smak. Jest to około 1, 5 liścia cięższego od powietrza.
Przemysłowo, CO 2 jest przygotowywany przez kalcynację koksu lub antracytu w specjalnie zaprojektowanych paleniskach bojlerów oraz poprzez wychwytywanie z naturalnych źródeł. Otrzymuje się go również jako produkt uboczny wytwarzania amoniaku i fermentacji alkoholu
Pod ciśnieniem CO 2 staje się cieczą, a dzięki wystarczającemu chłodzeniu, zestala się z substancją śnieżną (nazywaną suchym lodem), odparowując w temperaturze -57 ° C.
Suchy lód i gazowy CO2 stosowane komercyjnie otrzymuje się z ciekłego CO2, który jest bezbarwną cieczą. Po pozostawieniu do odparowania w temperaturze 0 ° C i pod normalnym ciśnieniem (760 mm Hg), jeden kg CO2 wytwarza 509 litrów gazowego CO2.
Ciekły CO 2 jest wysyłany w stalowych butlach, w których zajmuje od 60 do 80% całkowitej powierzchni. Standardowy cylinder o pojemności 40 litrów mieści 25 kg płynu, co daje około 15 m3. gazu po odparowaniu. Ciśnienie gazu w cylindrze zależy od temperatury, która spada, gdy więcej gazu jest pobieranego z cylindra.
CO2 wykorzystywany do celów spawalniczych może być dwuetapowy. Klasa I musi zawierać co najmniej 99-5% (objętościowo) czystego CO2, a nie ponad 0-178 g / m 3 wilgoci. Odpowiednie liczby dla klasy II wynoszą 99-0% i 0-515 g / m 3 .
Charakterystyka penetracji CO 2 jest podobna do charakterystyki penetracji helu z powodu podobieństwa masy gazów. CO2, który jest używany do spawania, musi być wolny od wszelkiej wilgoci, ponieważ wilgoć uwalnia wodór, który wytwarza porowatość w metalu spoiny. Ponieważ CO 2 ma większy opór elektryczny, ustawienie prądu musi być o 20 do 30% wyższe niż w przypadku argonu i helu.
CO2 jest uważany za obojętny w normalnej temperaturze i ciśnieniu. W podwyższonej temperaturze dysocjuje ona jednak w zakresie od 20 do 30% na CO i O. CO jest toksyczny i ma bezpieczne stężenie jedynie 175 ppm (części na milion) w porównaniu z 5000 ppm dla CO 2 . Wymaga to efektywnego układu wydechowego, aby zabezpieczyć się przed złymi skutkami CO.
Negatywną cechą powstawania tlenu jest to, że może on zmniejszyć nominalną wytrzymałość metalu. Inną poważną wadą stosowania CO2 jest jego ekstremalna odporność na przepływ prądu. Z powodu tej oporności długość łuku jest wrażliwa. Kiedy długość łuku jest zbyt długa, gaśnie ona łatwiej niż wtedy, gdy używany jest gaz obojętny, taki jak argon lub hel.
Wadliwe spoiny są najczęściej wytwarzane podczas używania CO2 z górnej lub dolnej części cylindra. Dzieje się tak dlatego, że gaz znajdujący się na górze przenosi większość zanieczyszczeń (azotu, tlenu i wilgoci), podczas gdy woda może być obecna. 150-200 g / cylinder zbiera się pod ciekłym CO2 na dnie. Po całkowitym zużyciu cieczy C02, gaz wydobywający się z butli będzie zawierał nadmierną wilgoć.
Aby uniknąć wad spowodowanych zanieczyszczeniami w CO 2, dobrym pomysłem będzie umożliwienie osiadania świeżo dostarczonego CO2 na 15.20 minut i uwolnienie górnej części zawartości do atmosfery. Dobrą praktyką jest również odwrócenie butli do góry dnem i pozostawienie go w tej pozycji przez około 15 minut. Po tym okresie otwórz ostrożnie zawór, cała woda w cylindrze wypłynie.
Kiedy CO 2 jest spuszczany z prędkością ponad 1000 litów / godzinę (w ciągłych operacjach spawalniczych), dobrze będzie, jeśli operator użyje co najmniej dwóch cylindrów połączonych równolegle.
W przypadku dużych ilości CO 2 mogą być wysyłane w cysternach i wlane do parowników. CO2 może również być wysyłany jako suchy lód i odparowywany w pomieszczeniach użytkownika. Głównymi zaletami stosowania stałego CO2 do spawania są wysoka czystość gazu i lepsza podatność na transport. Brykiety stałego CO2, wysyłane przez dostawcę, zamieniają się w gaz w specjalnych naczyniach ogrzewanych elektrycznie lub ciepłą wodą.
Inne gazy:
Ogólnie Ar, He i CO 2 są stosowane pojedynczo lub w mieszaninach jako gazy osłonowe do spawania. Jednak często do gazów tych dodawane są inne gazy, takie jak O2, H2 i N2, w celu uzyskania określonych pożądanych kształtów i charakterystyk osadów zgrzewanych.
Tlen jest bezbarwnym, bezwonnym i pozbawionym smaku gazem aktywnym, który łączy się z wieloma pierwiastkami tworząc tlenki. W stali może łączyć się z węglem, tworząc CO, który może zostać uwięziony w zestalającym się metalu spoiny i spowodować pory lub puste przestrzenie. Ta wada jest zwykle przezwyciężona przez dodanie odtleniaczy, takich jak Mn i Si.
Wodór jest najlżejszym gazem obecnym w atmosferze w zakresie 0-01%. Jednak wodór może również występować w atmosferze łuku z wilgoci lub węglowodorów obecnych na metalu nieszlachetnym lub drutu spawalniczego. Rozpuszcza się w stopionej stali, ale jego rozpuszczalność w stali w temperaturze pokojowej jest bardzo niska. W ten sposób uciekający wodór trafia na granice ziaren i może powodować pęknięcia. Powoduje również pękanie pod perełkami w HAZ.
Azot jest obfity w atmosferze. Jest bezbarwny, bezwonny, nietoksyczny i prawie obojętny. Jest rozpuszczalny w roztopionej stali, ale jego rozpuszczalność w stali w temperaturze pokojowej jest bardzo niska. W ten sposób może również powodować pory i puste przestrzenie. W bardzo małych ilościach, azotyny, jeśli są formowane, mogą zwiększać wytrzymałość i twardość stali, ale zmniejszają ich ciągliwość, co może prowadzić do pękania. Azot jest czasem używany do spawania miedzi, ponieważ zapewnia wysoki łuk cieplny. Ze względu na niski koszt, w porównaniu z argonem, jest często używany do czyszczenia rur i przewodów rurowych ze stali nierdzewnej.
Mieszaniny gazowe:
Mieszaniny gazowe powszechnie stosowane w procesach spawania łukowego obejmują Ar-He, Ar-CO 2, Ar-O2, Ar-H 2, Ar-CO 2 - O 2 i tym podobne.
Stosunek argonu w mieszankach Ar-He może wynosić od 25 do 95% Ar. Jednak w przypadku spawania aluminium często stosowaną kombinacją jest mieszanina Ar-75% He lub Ar-80% He. Argon jako gaz osłonowy pomaga usuwać tlenki, a także wykazuje pewną kontrolę porowatości nad złożem spawalniczym. Hel pomaga uzyskać dobrą konfigurację kulek. Większość metali żelaznych i nieżelaznych może być spajana zarówno helem, jak i argonem lub ich mieszaninami. Hel jest szczególnie przydatny do spawania cięższych odcinków aluminium, magnezu i miedzi oraz spawania górnego.
Mieszanina CO 2 -75% Ar lub CO, -SO 2 % Ar jest dość popularna do spawania stali konstrukcyjnych i niskostopowych. Argon poprawia właściwości przenoszenia metalu, a CO 2 pomaga w poprawie kształtu kulki i ekonomiczności procesu. Mieszaniny te są jednak stosowane na cieńszych odcinkach stali, gdy wygląd perełki jest ważny. Są one również przydatne do spawania poza pozycją na bardzo cienkich blachach.
Tlen jest czasem dodawany do argonu w celu polepszenia kształtu perełek w spawaniu stali niskowęglowych. Mała ilość tlenu dodana do argonu powoduje znaczne zmiany. Na przykład poszerza on palec głębokiej penetracji w środku perełki; poprawia również kontur kulki i eliminuje podcięcie przy krawędzi spoiny.
Tlen jest zwykle dodawany w ilościach 1%, 2% lub 5%. Maksymalna ilość tlenu stosowanego w mieszankach Ar-O2 wynosi 5%. Większe ilości, jeśli są dodawane, mogą prowadzić do porowatości w metalu spoiny. Głównym celem dodawania tlenu do argonu jest tworzenie termonowego tlenku żelaza na powierzchni stalowej elektrody, co poprawia jego emisyjność i powoduje, że plama katody jest szersza i stabilniejsza, jeśli elektroda jest ujemna.
Wodór jest czasem dodawany do argonu, ale jego ilość jest ograniczona do maksymalnie 5%. Zwykle stosowane mieszaniny to Ar-2% II lub Ar-4% H2. Dodatek wodoru powoduje wzrost napięcia łuku, co prowadzi do wyższego ciepła w łuku. Mieszanina Ar-H 2 nie powinna być stosowana w przypadku stali niskowęglowej lub niskostopowej, ponieważ może prowadzić do pękania wodorowego, często określanego jako kruchość wodorowa. Stosowany jest głównie do spawania stopów niklu i niklu. Ciężkie odcinki stali nierdzewnych są również spawane tą mieszanką.
Mieszanina CO 2 - O 2 lub Ar - CO 2 - O 2 jest również czasami stosowana do spawania stali miękkich. Poprawia to tryb przenoszenia metalu i kształtu kulki. Dodatek tlenu powoduje gorętszą pracę łuku, a tym samym pozwala uniknąć braku fuzji.
Zastosowanie chloru w niewielkich ilościach jako gazu osłonowego dla aluminium poprawia stabilność łuku. Także tlenek azotu jako bardzo mały dodatek (<0-03%) do gazu osłonowego, do spawania aluminium, pomaga w zmniejszeniu zawartości ozonu w strefie spawania.
Zasadniczo skład gazu osłonowego do spawania łukowego w osłonie gazowej różnych metali i ich stopów można oprzeć na wytycznych podanych w tabeli 5.6. Kształt perełek uzyskanych przy różnych gazach osłonowych pokazano na ryc. 5.3.
