Spawanie łukiem elektrycznym: znaczenie, procedura i wyposażenie

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o: - 1. Znaczenie spawania łukiem elektrycznym 2. Procedura spawania łukiem elektrycznym 3. Prąd elektryczny do spawania 4. Znaczenie biegunowości 5. Sprzęt 6. Przygotowanie krawędzi złącza 7. Elektrody.

Znaczenie spawania łukiem elektrycznym:

Spawanie łukowe jest procesem spawania, w którym ciepło potrzebne do stopienia metalu uzyskuje się z łuku elektrycznego między metalem podstawowym a elektrodą.

Łuk elektryczny jest wytwarzany, gdy dwa przewody stykają się ze sobą, a następnie są rozdzielane niewielką szczeliną 2 do 4 mm, tak, że prąd przepływa dalej przez powietrze. Temperatura wytwarzana przez łuk elektryczny wynosi około 4000 ° C do 6000 ° C.

Zastosowano metalową elektrodę, która dostarcza metal wypełniający. Elektroda może być pokryta strumieniem lub być odsłonięta. W przypadku gołej elektrody dostarczany jest dodatkowy materiał topnikowy. Zarówno prąd stały (DC), jak i prąd przemienny (AC) są wykorzystywane do spawania łukowego.

Prąd przemienny dla łuku jest uzyskiwany z transformatora obniżającego. Transformator odbiera prąd z głównego zasilania o wartości od 220 do 440 woltów i obniża napięcie do wymaganego napięcia, tj. Od 80 do 100 woltów. Prąd stały dla łuku jest zwykle uzyskiwany z generatora napędzanego albo silnikiem elektrycznym, albo patrolem lub silnikiem Diesla.

Napięcie w obwodzie otwartym (przy uderzeniu łuku) w przypadku spawania prądem stałym wynosi od 60 do 80 woltów, natomiast napięcie w obwodzie zamkniętym (w celu utrzymania łuku) wynosi od 15 do 25 woltów.

Procedura spawania łukiem elektrycznym:

Przede wszystkim, metalowe elementy do spawania są dokładnie czyszczone, aby usunąć kurz, brud, tłuszcz, olej, itp. Następnie obrabiany przedmiot powinien być mocno trzymany w odpowiednich uchwytach. Włóż odpowiednią elektrodę do uchwytu elektrody pod kątem 60 do 80 ° względem przedmiotu obrabianego.

Wybierz odpowiedni prąd i polaryzację. Miejsce jest oznaczone łukiem w miejscach, w których spawanie ma być wykonane. Spawanie odbywa się poprzez zetknięcie elektrody z pracą, a następnie rozdzielenie elektrody na odpowiednią odległość w celu wytworzenia łuku.

Kiedy powstaje łuk, powstaje tak intensywne ciepło, topi się praca pod łukiem i tworzy płynny metalowy basen. Podczas pracy powstaje małe zagłębienie, a stopiony metal osadza się wokół krawędzi tego zagłębienia. Nazywa się to crator łukowy. Żużel jest łatwo oczyszczany po ochłodzeniu złącza. Po zakończeniu spawania uchwyt elektrody powinien zostać szybko wyjęty w celu przerwania łuku, a zasilanie prądem zostaje wyłączone.

Prąd elektryczny do spawania:

Zarówno prąd stały (prąd stały), jak i prąd przemienny (AC) są wykorzystywane do wytwarzania łuku elektrycznego do spawania łukowego. Oba mają swoje zalety i zastosowania.

Spawarka prądu stałego pobiera swoją moc z silnika prądu przemiennego lub generatora spalinowego / benzynowego lub prostownika ze stałym stanem.

Wydajności maszyny prądu stałego to:

Obecny:

Do 600 amperów.

Napięcie otwartego obwodu:

50 do 90 woltów (w celu wytworzenia łuku).

Napięcie w obwodzie zamkniętym:

18 do 25 woltów (w celu utrzymania łuku).

Spawarka prądu przemiennego ma transformator obniżający, który odbiera prąd z głównego źródła prądu przemiennego. Ten transformator obniża napięcie z 220 V-440 V do normalnego napięcia obwodu otwartego od 80 do 100 woltów. Aktualny zakres dostępny do 400 amperów w krokach co 50 amperów.

Wydajności spawarki prądu przemiennego są następujące:

Zakres prądu:

Do 400 amperów w krokach co 50 amperów.

Napięcie wejściowe:

220V - 440V

Rzeczywiste wymagane napięcie:

80 - 100 woltów.

Częstotliwość:

50/60 HZ.

Znaczenie biegunowości:

W przypadku spawania prądem stałym dostępne są dwa typy polaryzacji:

(i) Prosta lub dodatnia polaryzacja.

(ii) Biegunowość odwrotna lub ujemna.

Gdy praca jest dodatnia, a elektroda ujemna, polaryzacja nazywana jest polaryzacją prostą lub dodatnią, jak pokazano na Rys. 7.16 (a).

W polarności prostej około 67% ciepła jest rozprowadzane w miejscu pracy (zacisk dodatni), a 33% w elektrodzie (zacisk ujemny). Prosta polaryzacja jest używana tam, gdzie w pracy jest więcej ciepła. Metale żelazne, takie jak stal miękka, o większej prędkości i zgrzewaniu, używają tej polaryzacji.

(a) Prosta polaryzacja.

(b) Odwróć polaryzację

Z drugiej strony, gdy praca jest ujemna, a elektroda dodatnia, polaryzacja jest określana jako biegunowość odwrotna lub ujemna, jak pokazano na Rys. 7.16 (b).

W odwrotnej polaryzacji około 67% ciepła uwalniane jest na elektrodzie (zacisk dodatni) i 33% na pracy (zacisk ujemny).

Odwrotna polaryzacja stosowana jest tam, gdzie wymagana jest mniejsza ilość ciepła w pracy, jak w przypadku cienkiej spoiny z blachy. Metale nieżelazne, takie jak aluminium, mosiądz i brąz nikiel, są spawane z odwrotną polaryzacją.

Sprzęt wymagany do spawania łukiem elektrycznym:

Różne urządzenia do spawania łukiem elektrycznym to:

1. Maszyna spawalnicza:

Używana spawarka może być spawarką prądu przemiennego lub prądu stałego. Spawarka prądu zmiennego ma transformator obniżający napięcie wejściowe w zakresie 220-440V do 80-100V. Zgrzewarka prądu stałego składa się z zespołu silnika prądotwórczego prądu przemiennego lub zespołu silnika wysokoprężnego z silnikiem diesla / benzyny lub zestawu spawalniczego do prostownika transformatorowego.

Urządzenie AC zwykle pracuje z 50 Hz lub 60 Hz. Wydajność transformatora spawalniczego AC zmienia się od 80% do 85%. Energia zużyta na kg. zdeponowanego metalu wynosi 3 do 4 kWh dla spawania prądem przemiennym, a 6 do 10 kWh dla spawania prądem stałym. Spawarka prądu przemiennego zwykle pracuje z niskim współczynnikiem mocy 0, 3 do 0, 4, natomiast w spawaniu prądem stałym współczynnik mocy wynosi 0, 6 do 0, 7. Poniższa tabela 7.9 pokazuje napięcie i prąd używany do zgrzewarki.

2. Uchwyty elektrod:

Zadaniem uchwytu elektrody jest utrzymywanie elektrody pod żądanym kątem. Są one dostępne w różnych rozmiarach, w zależności od amperażu od 50 do 500 amperów.

3. Kable lub odprowadzenia:

Zadaniem kabli lub przewodów jest doprowadzenie prądu z maszyny do pracy. Są elastyczne i wykonane z miedzi lub aluminium. Kable są wykonane z 900 do 2000 bardzo cienkich drutów skręconych razem, aby zapewnić elastyczność i większą wytrzymałość.

Druty są izolowane przez gumowe pokrycie, wzmocnioną osłonę z włókna, a następnie grubą gumową powłoką.

4. Złącza kablowe i ucha:

Funkcje złączy kablowych polegają na połączeniu przełączników maszyny i uchwytu elektrody spawalniczej. Złącza mechaniczne; jak mogli, bardzo łatwo się zmontowali i usunęli. Złącza są zaprojektowane zgodnie z aktualną pojemnością używanych kabli.

5. Młotek do rozdrabniania:

Zadaniem młotka do odpryskiwania jest usunięcie żużlu po zestaleniu się stopiwa. Ma kształt dłuta i jest wycelowany w jeden koniec.

6. Wire Brush, Power Wire Wheel:

Funkcja szczotki drucianej polega na usuwaniu cząstek żużlu po odprysku za pomocą młotkowania. Czasami, jeśli jest to możliwe, stosuje się drut z drutu elektrodowego w miejsce ręcznej szczotki drucianej.

7. Odzież ochronna:

Funkcje odzieży ochronnej mają na celu ochronę rąk i ubrań spawacza przed promieniowaniem cieplnym, iskrowym, ultrafioletowym i podczerwonym. Używana odzież ochronna to skórzany fartuch, czapka, skórzane rękawiczki, skórzane rękawy itp. Wysokie buty ze skóry z kostki muszą być noszone przez spawacza.

9. Ekran lub osłona twarzy:

Zadaniem ekranu i osłony twarzy jest ochrona oczu i twarzy spawacza przed szkodliwymi promieniami ultrafioletowymi i podczerwonymi powstającymi podczas spawania. Osłony można uzyskać z kasku lub kasku.

Przygotowanie krawędzi złącza:

Sprawność i jakość połączenia spawanego zależy również od prawidłowego przygotowania krawędzi spawanych płyt. Przed spawaniem konieczne jest usunięcie z powierzchni wszystkich skal, rdzy, smarów, farb itp.

Czyszczenie powierzchni powinno odbywać się mechanicznie za pomocą szczotki drucianej lub koła drucianego, a następnie chemicznie za pomocą tetrachlorku węgla. Należy nadać odpowiedni kształt krawędziom blachy, aby uzyskać właściwe połączenie.

Kształt krawędzi może być prosty, w kształcie litery V, w kształcie litery U, przekształcony itd. Wybór różnych kształtów krawędzi zależy od rodzaju, grubości spawanego metalu. Niektóre różne rodzaje rowków dla krawędzi pracy pokazano na Rys. 7.17. BaDD

(i) Square Butt:

Jest stosowany, gdy grubość płyty wynosi od 3 do 5 mm. Zarówno krawędzie przeznaczone do spawania powinny być rozstawione w odległości około 2 do 3 mm, jak pokazano na Rys. 7.17 (a).

(ii) Single-V-Butt:

Jest stosowany, gdy grubość płytek wynosi od 8 do 16 mm. Obie krawędzie są ścięte pod kątem około 70 ° do 90 °, jak pokazano na Rys. 7.17 (b).

(Iii) Double-V-Butt:

Stosuje się go, gdy grubość płyt przekracza 16 mm, a spawanie można wykonać po obu stronach płyty. Obie krawędzie są ścięte, tworząc podwójny V, jak pokazano na Rys. 7.17 (c).

(iv) Single and Double-U Butt:

Jest stosowany, gdy grubość płyty przekracza 20 mm. Przygotowanie brzegów jest trudne, ale połączenia są bardziej zadowalające. Wymaga mniej metalu wypełniającego, jak pokazano na rys. 7.17 (d) i (e).

Elektrody do spawania łukowego:

Elektrody do spawania łukowego można podzielić na dwie szerokie kategorie:

1. Nieelektryczne elektrody.

2. Wytłaczane elektrody.

1. Elektrody nieelektryczne:

Elektrody te nie są zużywane podczas operacji spawania, stąd nazwano elektrody nie zużywające się. Zazwyczaj są wykonane z węgla, grafitu lub wolframu. Elektrody węglowe są bardziej miękkie, a elektrody wolframowe i grafitowe są twarde i kruche.

Elektrody węglowe i grafitowe mogą być używane tylko do spawania prądem stałym, natomiast elektrody tungston mogą być używane zarówno do spawania prądem stałym, jak i przemiennym. Materiał wypełniający dodaje się osobno, gdy stosuje się te typy elektrod. Ponieważ elektrody nie zużywają się, uzyskany łuk jest stabilny.

2. Elektrody konsumpcyjne:

Elektrody te topią się podczas operacji spawania i dostarczają materiału wypełniającego. Generalnie są one wytwarzane z podobnym składem jak spawany metal.

Długość łuku można utrzymać, przesuwając elektrodę w kierunku lub z dala od pracy.

Elektrody mogą być następujące:

(i) Elektrody nagie:

Są one dostępne w postaci ciągłego drutu lub prętów. Mogą być używane tylko z prostą polaryzacją przy spawaniu prądem stałym. Nagie elektrody nie zapewniają żadnego osłaniania roztopionego metalu przed atmosferycznym tlenem i azotem.

W związku z tym spoiny uzyskane przez te elektrody mają mniejszą wytrzymałość, niższą ciągliwość i mniejszą odporność na korozję. Znajdują one ograniczone zastosowanie w drobnych naprawach i złej jakości pracy. Używali oni do spawania kutego żelaza i miękkiej stali. W nowoczesnej praktyce nie są one używane lub są rzadko używane. Są one również znane jako zwykłe elektrody.

(ii) Elektrody powlekane:

Są one czasami nazywane również konwencjonalnymi elektrodami. Powłoka (cienka warstwa) materiału topnikowego jest nakładana na cały pręt spawalniczy, a zatem jest określana jako elektroda powlekana. Strumień podczas spawania zapewnia osłonę strefy stopionego metalu przed atmosferycznym tlenem i azotem. Ten strumień zapobiega również powstawaniu tlenków i azotków. Strumień reaguje chemicznie z tlenkami obecnymi w metalu i tworzy topliwy żużel o niskiej temperaturze topnienia.

Żużel jest unoszony na wierzchu spoiny i można go łatwo zetrzeć po zestaleniu spoiny. Jakość spoiny wytwarzanej przez powlekaną elektrodę jest znacznie lepsza w porównaniu z elektrodami gołymi.

W zależności od współczynnika powlekania lub grubości powłoki topnika, elektrody powlekane są podzielone na trzy grupy:

(a) Lekko powlekane elektrody.

(b) Średnio powlekane elektrody.

(c) Silnie powlekane elektrody.

Porównanie trzech rodzajów powlekanych elektrod podano w tabeli 7.10:

Zalety elektrod powlekanych fluxem:

Powłoka topnika na elektrodach spawalniczych może mieć zalety. Niektóre z nich są następujące:

1. Chroni strefę spawania przed utlenianiem, zapewniając atmosferę gazową wokół łuku.

2. Wytwarza żużel o niskiej temperaturze topnienia, który rozpuszcza zanieczyszczenia obecne w metalu, takie jak tlenki i azotki, i unosi się na powierzchni jeziorka spawalniczego.

3. Poprawia rozmiar ziaren spawanego metalu.

4. Dodaje pierwiastki stopowe do spawanego metalu.

5. Stabilizuje łuk poprzez dostarczanie pewnych substancji chemicznych, które mają tę zdolność.

6. Zmniejsza rozpryskiwanie się metalu spoiny.

7. Koncentruje strumień łuku i redukuje straty cieplne. Powoduje to wzrost temperatury łuku.

8. Spowalnia szybkość chłodzenia spoiny i przyspiesza proces hartowania.

9. Zwiększa szybkość osadzania się metalu i uzyskaną penetrację.

Składniki powłok elektrodowych:

Powłoka elektrody może składać się z dwóch lub więcej składników. Różne typy powłok stosowanych do różnego rodzaju spawanych metali.

Składniki typowych powłok elektrodowych i ich funkcje podano w tabeli 7 11. Niektóre z nich omówiono tutaj:

1. Żużle tworzące składniki:

Składnikami tworzącymi żużel są tlenek krzemu (Sio 2 ), tlenek manganu (Mno 2 ), tlenek żelaza (F e O), azbest, mika itp. W niektórych przypadkach stosuje się również tlenek glinu (Al 2 o 3 ), ale sprawia, że ​​łuk jest mniej stabilny.

2. Składniki poprawiające charakterystykę łuku:

Składnikami poprawiającymi charakterystykę łuku są tlenki sodu (Na 2 O), tlenki wapnia (CaO), tlenki magnezu (MgO) i tlenek tytanu (TIO 2 ).

3. Elementy utleniające:

Składniki odtleniające to grafit, sproszkowane aluminium, mączka drzewna, węglan wapnia, skrobia, celuloza, dolomit itp.

4. Elementy wiążące:

Zastosowane materiały wiążące to krzemian sodu, krzemian potasu i azbest.

5. Alloying components:

Elementy stopowe stosowane do poprawy wytrzymałości spoiny to wanadowo-kobaltowe, molibdenowe, aluminiowe, chromowe, niklowe, cyrkonowe, wolframowe itp.

Specyfikacja elektrod:

Specyfikację elektrod zapewnia Bureau indyjskiej normy IS: 815-1974 (druga wersja).

Zgodnie z tym powlekane elektrody są określone przez:

(i) Prefiks.

(ii) sześciocyfrowy kod numeryczny.

(iii) List sufiksu.

(i) List przedrostków:

Litera prefiksu wskazuje metodę wytwarzania elektrod.

Te przedrostki z metodą wytwarzania elektrod podano w tabeli 7.12:

(ii) Numer kodu sześciocyfrowego:

Sześciocyfrowy kod oznaczał charakterystykę wydajności i właściwości mechaniczne stopiwa metalu spoiny.

Znaczenie poszczególnych cyfr od jednego do sześciu podano w tabeli 7.13:

(iii) Przyrostek:

Litera sufiksu wskazuje specjalne właściwości lub charakterystyki elektrody.

Podano je w tabeli 7.14:

Pierwsze cyfry numeru kodu w zasadzie wyjaśniają rodzaj pokrycia zastosowanego na elektrodzie, a to pokrycie oznacza charakterystykę działania.

Siedem rodzajów pokrycia reprezentujących pierwszą cyfrę podano w tabeli 7.15:

Druga cyfra kodu wskazuje pozycję spawania, zgodnie z tabelą 7.16 podaną poniżej:

Trzecia cyfra numeru kodu wskazuje na warunki prądu spawania zalecane przez producenta elektrody.

Podano je w tabeli 7.17:

Czwarta, piąta i szósta cyfra numeru kodu reprezentują wytrzymałość na rozciąganie, maksymalne naprężenie graniczne i procentowe wydłużenie przy wartości uderzenia.

Podano je w tabeli 7.18:

Oprócz kodowania podanego powyżej, wszystkie elektrody muszą spełniać wymagania testowe IS: 814 (część I i II) - 1974. Każdy pakiet elektrod musi mieć oznaczenie wskazujące kodowanie i specyfikację.

Przykład:

IS: kodowanie 815: E 315 - 411K

Specyfikacja: Ref: 814 (Part-1)

Znaczenie powyższego przykładu jest następujące:

(i) Elektroda jest wytwarzana przez wytłaczanie na stałe i jest odpowiednia do spawania łukiem elektrycznym ze stali miękkiej. [MI].

(ii) Powłoka elektrody zawiera znaczną ilość tytanu z materiałami podstawowymi i będzie wytwarzać ciekły żużel. [3].

(iii) Elektroda nadaje się do spawania w pozycji płaskiej, poziomej, pionowej i górnej. [1].

(iv) Elektroda jest odpowiednia do spawania prądem stałym, z elektrodą + ve lub -ve. Nadaje się również do spawania prądem przemiennym o napięciu w obwodzie otwartym mniejszym niż 90 woltów. [5].

(v) Elektroda ma zakres naprężeń rozciągających odkładanego metalu od 410 do 510 N / mm2. [411].

(vi) Maksymalna wytrzymałość osadzanego elektrody na osadzonym metalu wynosi 330 N / nm2. [411].

(vii) Elektroda ma minimalne procentowe wydłużenie w próbie rozciągania, w której osadzony metal wynosi 20% na długości wzorcowej 5, 65 √So, a średnia wartość udarności zdeponowanego metalu wynosi 47J przy 27 ° C. [411].

(viii) Elektroda ma sproszkowany żelazo w powłoce, dając metalowy odzysk od 130 do 150 procent.

(ix) Elektroda jest zgodna z IS: 814 (Część I) -1974.