Specyficzne techniki spawania

Ten artykuł rzuca światło na trzy specyficzne techniki spawania. Techniki są następujące: 1. MIAB (spawanie magnetyczne spawania łukowego) Spawanie 2. Wytwarzanie rur metodą spawania 3. Spawanie w wąskich odstępach.

Technika # 1. MIAB (spawanie magnetycznie spiłowane): Spawanie:

W spawaniu MIAB, który jest używany do spawania razem rurowych lub pustych przekrojów części, powierzchnie, które mają być połączone, są oddzielone niewielką szczeliną 1-2 mm, a łuk spawalniczy jest uderzany przez wyładowanie o wysokiej częstotliwości przez szczelinę, przy użyciu źródło prądu stałego, jak pokazano na rys. 22.25. Jednocześnie statyczne promieniowe pole magnetyczne utworzone za pomocą zawiasowej cewki magnetycznej nakłada się w szczelinę, co powoduje, że łuk porusza się wokół końców rury w wyniku oddziaływania z polem magnetycznym.

Prędkość obrotu łuku jest bardzo wysoka, do 150 m / s lub więcej, co powoduje bardzo szybkie i równomierne nagrzewanie końców rur. Czas wymagany do osiągnięcia pożądanego nagrzewania wynosi ½ do 2 sekund w zależności od masy nagrzewanego metalu. CO2 jest często używany jako gaz osłonowy w celu ochrony łuku i stopionego metalu. Po ogrzaniu końce rur są kute razem pod ciśnieniem do około 2200 N. Maksymalny prąd spawania wynosi zwykle 1000 A.

Spoina w fazie stałej wytwarzana przez spawanie MIAB ma charakterystyczny błysk otrzymany w wyniku działania spęczającego. Wytrzymałość i jakość spoin jest lepsza w porównaniu ze spawami wytwarzanymi metodą zgrzewania tarciowego i zgrzewania doczołowego. Najważniejsze zalety, jakie można uzyskać przy spawaniu MIAB w porównaniu z alternatywnymi metodami zgrzewania doczołowego, rzutowego i tarciowego to wysokie prędkości spawania, niskie zużycie energii, łatwość automatyzacji i możliwość łączenia rur nieokrągłych.

Przygotowanie powierzchni rur nie jest krytyczne, dlatego każda powierzchnia od ziemi do tego cięcia piłą jest odpowiednia do spawania metodą MIAB. Jednak spawy o dużej średnicy (powyżej 100 mm) wymagają równomiernego połączenia prądowego dookoła obwodu, aby zapewnić dobrą rotację łuku. Szybkość produkcji ze spawania MIAB może być 8-10 razy większa niż w przypadku procesów tarcia i zgrzewania doczołowego.

Spawanie MIAB do tej pory było wykorzystywane głównie przez europejski przemysł motoryzacyjny do spawania elementów niskowęglowych, niskostopowych i ze stali nierdzewnej. Specyficzne zastosowania procesu obejmują łączenie wałów śrubowych, wałów napędowych, końców osi tylnych, amortyzatorów (nasadka przyspawana do końca rury) i podpór wypełnionych gazem. Obecnie zakres średnic rur, które mogą być spawane przez spawanie MIAB wynosi około 10-300 mm przy grubości ściany od 0, 7 do 13 mm.

Sprzęt procesowy został opracowany zarówno do produkcji w sklepie, jak i w terenie.

Proces ten nie może być stosowany do spawania prętów litych, a jakość połączenia nie może być zapewniona przez NDT, ponieważ możliwe jest posiadanie bardzo cienkich warstw tlenku lub spłaszczonych wtrąceń na linii spawania. Jednak pomimo tych ograniczeń oczekuje się, że proces ten znajdzie szerokie zastosowanie w takich branżach, jak urządzenia gospodarstwa domowego, klimatyzacja, chłodnictwo i produkcja mebli.

Technika # 2. Produkcja rur przez spawanie:

Wysokowydajną produkcję rur i rur uzyskuje się dzięki następującym trzem wariantom zgrzewania oporowego:

(i) Spawanie elektrodą doczołową (proces ERW),

(ii) Spawanie z wysoką częstotliwością (HFRW), oraz

(iii) Spawanie indukcyjne wysokoczęstotliwościowe (HFIW).

(i) Proces ERW:

Duże ilości stalowej rury i rury są wytwarzane przez zgrzewanie doczołowe z taśmy, które jest stale ścinane krawędziowo i nawijane do rury o pożądanej średnicy przed spawaniem. Prąd zmienny do 4000 A przy około 5 V jest wprowadzany przez złącze za pomocą elektrod typu podzielonego walca, a siła jest przykładana przez rolki dociskowe, jak pokazano na Rys. 22.26. Do wprowadzania ciężkiego prądu bezpośrednio do ruchomych elektrod stosuje się obrotowy transformator z pierścieniami ślizgowymi po stronie pierwotnej. W przeciwieństwie do normalnego spawania, prąd i ruch roboczy są w tym procesie ciągłe.

Maksymalna szybkość produkcji jest ograniczona przez częstotliwość prądu spawania, ponieważ wraz ze wzrostem prędkości spawania poszczególne półprzewodniki prądu prowadzą ostatecznie do zgrzewania punktowego zamiast spawania. Aby przezwyciężyć tę trudność, częstotliwość prądu jest zwykle zwiększana do 350 Hz, aby osiągnąć prędkość spawania 36 m / min.

Rura wytwarzana tym sposobem ma żebro z rozerwaniem metalu wzdłuż połączenia zgrzewanego zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz, które zwykle jest usuwane przez instalowanie odpowiednich noży na linii produkcyjnej. Rura jest cięta na pożądaną długość za pomocą noża, który porusza się wzdłuż rury i jest zsynchronizowany, aby przyciąć pożądaną długość w dostępnym przebiegu w danym cyklu.

(ii) Proces HFRW:

W tym procesie rura jest utworzona przez rolki w taki sam sposób, jak w procesie ERW, ale prąd w zakresie 500 - 5000 A przy częstotliwości do 500 KHz i napięciu około 100 V, jest wprowadzany za pomocą sond wykonanych ze stopów miedzi i srebrne lutowane na ciężkich, chłodzonych wodą miedź. Maksymalne rozmiary końcówek kontaktowych mieszczą się w zakresie 15 - 650 mm ^{2, w} zależności od natężenia prądu, jaki ma być przenoszony.

Podczas gdy w ERW ciepło jest generowane głównie przez rezystancję międzyfazową, jest ono wytwarzane przez efekt naskórkowości, dzięki któremu prąd płynie w płytkiej głębokości przewodnika i jest proporcjonalny do √1 / f. Rolki dociskowe do zapewnienia ciśnienia kucia są instalowane w niewielkiej odległości od linii bieżącej sondy, jak pokazano na rys. 22.27. Ze względu na efekt naskórkowości, tor przepływu prądu leży wzdłuż paska przez wierzchołek Vee utworzony przez napotkane powierzchnie spotykające się pod kątem 4 ° -7 °, gdy zamykają się, tworząc rurę. Głębokość ogrzanego obszaru jest ogólnie mniejsza niż 0, 8 mm, a zatem zapewnia optymalny stan złącza spawanego.

W procesie ERW topnienie nie ma miejsca, dlatego spawanie wymaga znacznego odkształcenia ogrzanego metalu, aby rozerwać warstwę tlenku, aby uzyskać kontakt metalu w celu zapewnienia jakości spoin. Jednakże w HFW topienie powierzchniowe może mieć miejsce, a stopiony metal tak wytworzony jest wytłaczany pod ciśnieniem kowania walców, co powoduje wyciskanie utlenionego materiału lub innych zanieczyszczeń. To działanie sprawia, że ​​proces ten ma zastosowanie do spawania metali nieżelaznych, w których ogniotrwała warstwa tlenkowa formuje się bardzo szybko z powodu ogrzewania.

Zastosowanie wysokiego napięcia i wysokiej częstotliwości pomaga w uzyskaniu dobrego kontaktu między sondami i materiałem rury, nawet jeśli ma na sobie skalę. Chłodzone wodą sondy mają długą żywotność i mogą spawać tysiące metrów rury przed ich wymianą z powodu ubierać. Sondy kontaktowe stosowane w HFRW metali nieżelaznych mogą mieć trzykrotną żywotność sond używanych do metali żelaznych. Spawanie 100 000 m rur nieżelaznych z jednym zestawem sond nie jest rzadkością.

Ponieważ prędkość spawania zależy od grubości rury, a nie od średnicy, dlatego można uzyskać wysoką prędkość spawania do 150 m / min dla HFRW cienkościennej rury. Używając zasilacza o mocy 160 kW przy zasilaniu 400 kHz, rury i rury ze stali i aluminium mogą być wytwarzane z dużą szybkością produkcji, w zależności od grubości ścianki, jak pokazano w tabeli 22.6.

Podczas spawania rur i rur w HF prąd płynie na wewnętrznej powierzchni rur, jak również na zewnętrznej powierzchni. Ten dodatkowy prąd płynący równolegle z prądem spawania prowadzi do utraty mocy. Aby zminimalizować tę stratę mocy, rura magnetyczna lub impedor wykonany z materiału ferrytycznego, takiego jak kute, jest umieszczany wewnątrz rury.

Implant zwiększa reaktancję indukcyjną ścieżki porzeczki wokół wewnętrznej powierzchni rury, ograniczając niepożądany prąd wewnętrzny i zwiększając w ten sposób prąd zewnętrzny. Prowadzi to do wyższych wskaźników produkcji. Podajnik jest zazwyczaj chłodzony wodą, aby utrzymać niską temperaturę, aby nie utracić swoich właściwości magnetycznych. Aby uniknąć zapadnięcia się cienkościennych rur, impedor może być wyposażony w rolki podtrzymujące, jak pokazano na ryc. 22.28, wewnątrz spawanej rury.

Proces HFRW służy do produkcji rur i przewodów o średnicach od 12 do 1270 mm i grubości ścianek od 0, 25 do 25 mm. W tym procesie można spawać dowolny metal z zakresem prędkości od 5 do 300 m / minutę w zależności od grubości ściany.

Proces HFRW może być również wykorzystywany do produkcji rur spiralnych i żebrowanych. Rys. 22.29 przedstawia linię przesyłową zaprojektowaną do wytwarzania spiralnie spawanych rur z cewek skrętnych. Ma możliwość automatycznego odwijania i obciągania skelpu, przycinania końców, automatycznego spawania, obróbki cieplnej spoiny i przycinania rury na długość.

Rys. 22.30 pokazuje układ do spawania spiralnej płetwy na rurze. Odmienne połączenia metali materiałów rurowych i żeberek mogą być spawane za pomocą HFRW. Kombinacje często spawane obejmują rurkę ze stali nierdzewnej, płetwę ze stali miękkiej; rura typu cupronickel i aluminiowa lamela; łagodna stalowa rurka i płetwa ze stali miękkiej.

Średnice wahają się od 15 mm do 250 mm. Typowe wysokości płetwy są równe promieniowi rury, żebro może mieć grubość 6 mm, a skok płetwy może być mniejszy niż 1-2 na cm. Różne rodzaje ząbkowanych lub złożonych żeberek można również przyspawać do rur.

(iii) Proces HFIW:

Spawanie indukcyjne wysokiej częstotliwości rur jest podobne do zgrzewania oporowego o wysokiej częstotliwości, z tym wyjątkiem, że ciepło wytwarzane w materiale roboczym jest przez indukowany do niego prąd. Ponieważ nie ma kontaktu elektrycznego z pracą, proces ten może być stosowany tylko wtedy, gdy w ramach pracy jest pełna ścieżka prądowa lub zamknięta pętla. Indukowany prąd przepływa nie tylko przez obszar spoiny, ale także przez inne części pracy.

Krawędzie rurek łączone są w taki sam sposób, jak w procesach ERW lub HFIW. Chłodzona wodą cewka indukcyjna lub cewka wykonana z miedzi otaczają rurkę przy otwartym końcu kielicha, jak pokazano na ryc. 22.31. Prąd wysokiej częstotliwości przepływający przez cewkę indukuje prąd cyrkulacyjny wokół zewnętrznej powierzchni rury i wzdłuż krawędzi kadzi, ogrzewając je do temperatury spawania. Nacisk jest stosowany do wykonania spoiny, jak w HFRW.

HFIW nadaje się do rur wykonanych z dowolnego metalu w zakresie średnic od 12 do 150 mm przy grubości ściany od 0, 15 do 10 mm przy prędkości spawania od 5 do 300 m / minutę.

HFIW nie ogranicza się do wytwarzania rur, ale może być wykorzystany do wykonywania obwodowych spawów dla nasadki spawalniczej do rury. Proces można korzystnie stosować do powlekanych rur, rur o małych lub cienkościennych rurkach; i eliminuje znakowanie powierzchni za pomocą styków elektrycznych. Proces ten nie jest jednak odpowiedni do spawania metali o wysokiej przewodności lub tych, które z tlenków ogniotrwałych jako

nie ma skutecznego mechanizmu usuwania tlenków. Ogólnie proces HFIW jest mniej wydajny niż proces HFRW, szczególnie podczas spawania dużych rozmiarów rur i rurek.

Technika # 3. Spawanie w wąskich odstępach:

Zgrzewanie wąskie jest terminem stosowanym do dowolnego procesu spawania używanego do łączenia ciężkich odcinków (> 30 mm) z przygotowaniem krawędzi o kształcie prostopadłościanu lub prawie równolegle do siebie i małym odstępem od około 6, 5 do 9, 5 mm w celu uzyskania spoiny o małej objętości spoiny metal. Zwykle proces GMAW jest wykorzystywany do wykonywania spoin, ale z powodzeniem stosowane są również inne procesy, takie jak SAW i GTAW.

Głównym celem spawania w wąskim odstępie jest redukcja stopiwa w celu uzyskania niskich kosztów, wyższej prędkości spawania, zmniejszonych zniekształceń i naprężeń oraz zastosowania jednostronnej techniki spawania. Objętość metalu spoiny może wynosić zaledwie 20% konwencjonalnych metod, co wynika z porównania przygotowania krawędzi dla SAW odcinków 150 mm za pomocą metod konwencjonalnych i wąskich szczelin pokazanych na rys. 22.32.

Źródło prądu zastosowane w procesie GMAW o wąskiej szczelinie jest typu stałego napięcia ze stałym podajnikiem drutu, ale głowica spawalnicza i dysze mają specjalne konstrukcje, tak aby mogły być umieszczone w wąskiej szczelinie. Proces wąskoszczelinowy GMAW jest metodą w pełni automatyczną i może być wykorzystywany w dowolnych pozycjach. Zwykle dwa druty elektrodowe o średnicy około 1 mm są używane jednocześnie z jednym drutem skierowanym w stronę każdej ze ścian. Każda elektroda wymaga własnego stałego napięcia zasilania DC i układu podawania drutu.

Rury stykowe są zamontowane na wózku w stałej odległości między nimi. Jednak metoda wąskiej szczeliny może być stosowana również z jednym drutem elektrody, który może być oscylowany, aby uzyskać równomierne osadzenie spoiny. Zastosowanym gazem osłonowym jest mieszanina argonu z 20 do 25% CO2.

Zastosowany prąd wynosi około 230 do 250 A dla drutu elektrodowego o średnicy 1 mm z elektrodą dodatnią przy 25 do 26 woltów.

Prędkość przesuwu wynosi około 1-1.25 m / min, co daje wkład cieplny wynoszący około 300 do 450 J / mm na elektrodę na przejście. Odległość wierzchołka dyszy do dyszy jest ustalona na około 13 mm. Do zainicjowania procesu spawania wymagana jest taśma zabezpieczająca. Następnie należy go usunąć zazwyczaj przez żłobienie i szlifowanie łukowo-powietrzne przed spawaniem korzeni. Jest to nie tylko kosztowne i czasochłonne, ale także pogarsza jakość spoiny. Wymagane jest około 4 przejścia na cm grubości prac spawanych.

Aby przezwyciężyć brak zespolenia ścianki bocznej, rury kontaktowe są rozmieszczone w taki sposób, aby kierować przewód elektrody do właściwego punktu na ścianie bocznej, alternatywnie stosuje się specjalne podajniki elektrod dla zapewnienia niezbędnej krzywizny, pofalowania lub skręcenia na drucie elektrody, jak pokazano na fig. 22, 33, tuż przed przejściem do rurki kontaktowej. Rury stykowe są zwykle chłodzone wodą i izolowane, aby uniknąć zwarcia przez kontakt ze ściankami bocznymi.

Ograniczenia spawania w wąskim odstępie obejmują względnie delikatne głowice spawalnicze oraz trudności związane z naprawami takich wąskich spoin. Trudności te są obecnie przezwyciężane za pomocą procesu o szczelinie 14 do 20 mm i przy użyciu 3 drutów elektrodowych. Gdy używany jest proces SAW lub FCAW, wówczas spawanie jest wykonywane w pozycji spawania w dół, ale w przypadku spawania całopowierzchniowego stosuje się proces GMAW z pojedynczą elektrodą o średnicy około 3, 2 mm z ustawieniem prądu 400-450 A i napięciem 30 37 woltów. Stosowany gaz osłonowy jest zazwyczaj mieszaniną helu, argonu i CO2 w równych proporcjach.

Osiągnięta prędkość przesuwu wynosi około 40 cm / min. Jako źródło zasilania stosuje się prąd stały o stałym napięciu, ale stosuje się ujemną polaryzację elektrody. Podczas gdy przenoszenie metalu za pomocą wąskiego spawania jest w trybie natryskiwania, jest ono kuliste z szerszymi szczelinami. W tym sposobie rurka stykowa nie rozciąga się wewnątrz szczeliny, dzięki czemu zapewnia długą pracę z naciskiem, co powoduje znaczne nagrzewanie oporowe drutu elektrody.

Głównym problemem związanym z obydwoma wersjami spawania w wąskim odstępie jest przygotowanie złącza spawanego, tak aby szczelina między dwiema częściami do spawania była jednolita. Podczas gdy tolerancja dozwolona jest dla geometrii luk

Do spawania stali węglowych, stali Q & T o wysokiej wytrzymałości, aluminium i tytanu można stosować zgrzewanie wąskie. Specyficzne zastosowania tego procesu obejmują spawanie zbiorników ciśnieniowych reaktorów, zbiorników parowych i wymienników ciepła, wałów napędowych o dużej średnicy, wysokociśnieniowych wysokociśnieniowych podajników wody, grubościennych rur i spawów o pełnej penetracji w elementach o grubości do 900 mm w energetyce jądrowej.