Spawanie łukiem krytym (SAW): sprzęt i zastosowania

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o: - 1. Wstępie do spawania łukiem krytym (SAW) 2. Sprzęt i materiały dla SAW 3. Obwód elektryczny i konfiguracja 4. Rodzaje przygotowania spoiny i krawędzi 5. Przygotowanie 6. Zastosowania.

Wprowadzenie do spawania łukiem krytym (SAW):

Dzięki akceptacji spawania jako procesu wytwarzania dużych struktur, takich jak statki, mosty i zbiorniki ciśnieniowe, zwiększyła się potrzeba zapewnienia wysokiej szybkości osadzania. Głównym procesem spawalniczym stosowanym w tym czasie było ekranowane spawanie łukiem elektrycznym z niemal wszystkimi dostępnymi obecnie rodzajami elektrod, z wyjątkiem proszku żelaza. Próbowano używać długich i grubych elektrod o większym prądzie, jednak rozmiar puli spawalniczej był zbyt duży, aby można było skutecznie manipulować.

Zmniejszenie średnicy doprowadziło do zwiększenia ogrzewania z powodu efektu dżuli. Po nieudanych długich i grubych elektrodach podjęto wysiłki w celu zmechanizowania procesu za pomocą magazynka elektrod o normalnej wielkości, aby mechanicznie podawać je jeden po drugim. Jednak system nie znalazł uznania u wytwórców z powodu braku manipulacji elektrodami i trudności z inicjacją łuku za każdym razem, gdy nowa elektroda była wprowadzana do złącza.

Ostateczne próby użycia zwojowego drutu elektrodowego z luźnym strumieniem wylewającym się przed jeziorkiem spawalniczym w celu pokrycia metalu spoiny doprowadziły do ​​udanego rozwoju spawania łukiem krytym w latach 1930-tych niemal równocześnie w ZSRR i USA. Odtąd proces ten, zarówno w wersji automatycznej, jak i półautomatycznej, znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle. Spawanie łukiem krytym (SAW) jest czasami określane jako spawanie "pod łukiem".

Sprzęt i materiały dla SAW:

Wyposażenie dla SAW zależy od tego, czy proces jest typu automatycznego czy półautomatycznego. W przypadku automatycznego urządzenia SAW składa się ze źródła prądu spawania, podajnika drutu i układu sterowania, automatycznej głowicy spawalniczej, leja zasypowego z mechanizmem podawania strumienia, układu odzyskiwania strumienia i mechanizmu przesuwu, który zazwyczaj składa się z wózka jezdnego i szyn. .

Źródło zasilania automatycznego procesu SAW musi mieć znamionowy cykl pracy 100%, ponieważ spoina często trwa dłużej niż 10 minut. Używane są zarówno źródła prądu przemiennego, jak i prądu stałego, i mogą one mieć stały prąd (CC) lub napięcie stałe (CV). W przypadku pojedynczego łuku, źródło prądu stałego z CV jest prawie zawsze wykorzystywane, podczas gdy źródła prądu przemiennego są najczęściej używane w przypadku wieloelektrodowych czujników SAW.

Generalnie prostowniki spawalnicze są wykorzystywane jako źródła zasilania dla uzyskania prądu w zakresie od 50A do 2000A, jednak najczęściej SAW wykonuje się w zakresie prądu od 200 do 1200 amperów.

Pistolet spawalniczy do automatycznego SAW jest przymocowany do silnika podajnika drutu i zawiera bieżące końcówki pick-up do zapewnienia elektrycznego kontaktu z elektrodą drutową. Zbiornik strumienia jest przymocowany do głowicy spawalniczej i może być sterowany magnetycznie przez zawory, dzięki czemu mogą być otwierane lub zamykane za pomocą układu sterowania.

W przypadku półautomatycznego SAW, urządzenie różni się od tego używanego do automatycznego SAW, ponieważ ma źródło o niższej wartości, a automatyczna głowica spawalnicza jest zastąpiona przez pistolet spawalniczy i zespół kabli z dołączonym do niego zasobnikiem strumienia i nie ma w nim wagonów lub szyn.

Źródło prądu do spawania półautomatycznego jest typu prądu stałego i może mieć niższy cykl pracy niż 100%. Pistolet dozujący jest wyposażony w przełącznik do rozpoczynania lub kończenia spawania.

Jednostka odzyskiwania strumienia ssącego typu ssącego służy do zbierania nietopionego strumienia w pojemniku, skąd może być skierowana do kosza; alternatywnie odzyskany strumień może być podawany bezpośrednio do leja samowyładowczego, zwłaszcza w ciężkich systemach SAW.

Układ do spawania łukiem krytym jest czasem dość skomplikowany dzięki zastosowaniu dodatkowych funkcji, takich jak popychacze szwu, tkacze, urządzenia robocze itp. Głównymi materiałami eksploatacyjnymi wymaganymi do spawania łukiem krytym są druty i topniki.

Obwód elektryczny i konfiguracja dla SAW:

Rys. 8.1 pokazuje obwód elektryczny dla SAW, natomiast rys. 8.2 pokazuje schemat blokowy. Rzeczywisty układ automatycznego spawania łukiem krytym pokazano na rys. 8.3.

Rys. 8.1 Schemat obwodu elektrycznego do spawania łukiem krytym

Rodzaje przygotowania połączenia i krawędzi dla SAW:

Głównie dwa rodzaje połączeń spawanych, a mianowicie doczoł i filet są wykonywane przez spawanie łukiem krytym. Jednak połączenia obwodowe typu tyłek, zaokrąglenia, narożniki lub okrążenia mogą być również z powodzeniem przyspawane przez ten proces. Różne typy przygotowania krawędzi ze szczegółami kąta rowka, powierzchni korzenia, luki korzeniowej (jeśli występują) i tolerancji normalnie dozwolonej na nich są podane na rysunku 8.11.

Rys. 8.11 Rodzaje przygotowania spoin do spawania łukiem krytym

Przygotowanie krawędzi złącza różni się w zależności od grubości spawanego materiału i może obejmować typy kołnierzowe, kwadratowe, jedno fazowe i podwójne. Zgodnie z procedurą, spoiny mogą być wykonane z jednej lub z obu stron.

Przygotowanie do SAW:

Spawanie łukiem krytym wymaga dokładniejszego przygotowania krawędzi i lepszego dopasowania niż ekranowane spawanie łukiem elektrycznym. Dzieje się tak dlatego, że w SAW tworzy się duży basen z ciekłym metalem, więc jeśli dopasowanie jest złe, stopiony metal i żużel mogą przechodzić przez szczeliny, co wpływa na jakość spoiny.

W przypadku SMAW, jeśli luka nie jest jednolita, operator może zająć się nią, zmieniając prędkość i manipulując ruchem elektrody; jednak w SAW proces jest automatyczny, a krawędzie połączenia są pokryte topnikiem, więc nie można wpływać na takie kontrole, a zatem jakość spoiny jest poważnie naruszona przez dopasowanie krawędzi wspólnej.

Powierzchnie fuzji i sąsiednie obszary przedmiotów powinny być oczyszczone z rdzy, oleju, farby, wilgoci i innych obcych materiałów. Źle oczyszczone powierzchnie złącza mogą powodować porowatość. Powierzchnie rowka i sąsiedni metal o szerokości do 50 mm należy dokładnie oczyścić. Lepiej jest czyścić i wyrównywać części do spawania tuż przed spawaniem, ponieważ w przeciwnym razie rdza może je ponownie pokryć w krótkim czasie. Cienka warstwa zgorzeliny nie wpłynie jednak na jakość spoiny.

Czyszczenie powierzchni zespalających po złożeniu części może nie dać pożądanego rezultatu, ponieważ plamy rdzy mogą gromadzić się w szczelinach między stykającymi się i nakładającymi krawędziami, prowadząc do porowatości spoin.

Szczególną uwagę należy zwrócić na odstępy między spawanymi częściami. Luka powinna być jednolita i mieści się w określonych granicach. Gdy płyty podtrzymujące, złoże strumienia lub inne urządzenia są używane do krępowania wysoce płynnego metalu spoiny i stopionego żużla, przerwa w złączu stykowym nie powinna przekraczać 2 mm dla grubości metalu do 16 mm i 3 mm dla grubości płyty ponad 16 mm. Szczelina w spoinie i połączeniach zakładkowych z pochyloną elektrodą nie powinna przekraczać 1-5 do 2 mm.

Automatyczna głowica spawalnicza zaczyna poruszać się wzdłuż złącza, gdy tylko zostanie uderzony łuk. W związku z tym na początku spawania prawdopodobnie wystąpi brak stopienia, w którym metal nie jest jeszcze wystarczająco nagrzany. Na końcu spawania w wypełnionym kraterze mogą tworzyć się pory lub skurczowe rury.

Z tego powodu zaleca się stosowanie zakładek lub płyt wbijanych i wysuwanych, jak pokazano na rys. 8.12. Płyty docierania i wybierania oraz zmontowane prace są zwykle utrzymywane w pozycji za pomocą ręcznych spawów. Do spawania sczepnego powinny być stosowane ciężko powlekane elektrody, ponieważ elektrody mogą być cienko lub lekko pokryte elektrodami, które mogą tworzyć spoiny o porach i pustych przestrzeniach.

Zastosowania SAW:

Spawanie łukiem krytym używane jest głównie do spawania stali niskowęglowej i niskostopowej, jednak wraz z opracowaniem odpowiednich topników może być z powodzeniem stosowane do spawania stali nierdzewnych, miedzi, aluminium i stopów bazowych tytanowych. SAW może również spawać średnie stale węglowe, stale żaroodporne, stale odporne na korozję i wiele stali o wysokiej wytrzymałości. Proces ten można również dostosować do spawania niklu i monelu (33/66 Cu-Ni), itp.

Proces ten jest wykorzystywany głównie w pozycji zgrzewania w dół dla płytek o grubości od 5 do 50 mm, szczególnie tam, gdzie spoiny są proste i długie. Maszyny stosowane do takich spoin łukowych ciągników samojezdnych. W przypadku mniejszych i okrągłych spawów przedmioty obrabiane można obracać pomocą stacjonarnej głowicy spawalniczej. Piła SAW jest szeroko stosowana do spoin czołowych i pachwinowych w przemyśle ciężkim, takim jak budownictwo okrętowe, produkcja zbiorników ciśnieniowych, cysterny kolejowo-drogowe, inżynieria budowlana, spawanie rur i do zbiorników magazynowych. Do spawania zbiorników magazynowych na miejscu specjalne maszyny samobieżne z urządzeniami do zbierania rozlewanego topnika służą do wykonywania spoin na obwodzie.

Spoiny wykonane przez SAW mają wysoką wytrzymałość i ciągliwość przy niskiej zawartości wodoru i azotu.

Specyficzne zastosowania kombinacji drutu i fluktuacji SAW:

W przeciwieństwie do szerokiej akceptacji standardowych specyfikacji dla elektrod powlekanych, wydaje się, że nie ma jednoznacznego porozumienia pomiędzy producentami strumieni SAW, aby zgodzić się na jakiekolwiek ustalone standardy. Zatem stosowane standardy różnią się w zależności od producenta. Szczegóły podane w tej sekcji i oparte na tych uzyskanych od jednego z głównych dostawców drutów i topników SAW, którzy wytwarzają te materiały pod kierunkiem dużej międzynarodowej firmy z branży spawania materiałów eksploatacyjnych i sprzętu.

Trzy rodzaje drutów i dziewięć stopni topników, w pewnych kombinacjach, są używane do spawania łukiem krytym ze stali konstrukcyjnych, stali o średniej wytrzymałości na rozciąganie, stali mikrostopowych lub stali HSLA i stali nierdzewnych w celu pokrycia szerokiego zakresu zastosowań.

Przewody SAW :

Przewody do spawania łukiem krytym stali niskowęglowej i średniowłóknistej oraz stali HSLA są klasyfikowane jako gatunek A, gatunek C i gatunek C-Mo o składzie chemicznym podanym w tabeli 8.2.

SAW Fluxes:

Zarówno aglomerowane, jak i topione topniki są dostępne do stosowania z różnymi gatunkami drutów.

Aglomerowane topniki tworzą spoiny o lepszej plastyczności i udarności w porównaniu z topionymi stopami. Sprawność transferu stopu jest również lepsza w przypadku zaglomerowanych topników, a zatem są one korzystne, gdy wymagany jest wysoki procent przeniesienia stopu ze strumienia. Aglomerowane topniki mają niższą gęstość nasypową, a zatem przy identycznych parametrach spawania, mniej topnika topi się dla danej ilości osadu spoiny w porównaniu z topionymi stopami.

Jednak zaglomerowane topniki reagują na wilgoć w taki sam sposób, jak elektrody o niskiej zawartości wodoru, to znaczy mają tendencję do nadawania porowatości metalu spoiny przy nawet niskim poziomie wilgoci. W związku z tym wymagają one dokładniejszego suszenia przed użyciem w porównaniu z topionymi topnikami.

Topniki topione mogą także gromadzić wilgoć, gdy są przechowywane w wilgotnej atmosferze, ale mogą tolerować duży procent wilgoci pod względem porowatości metalu spoiny. Ponadto wymagają mniej drastycznego ogrzewania, aby usunąć pobraną wilgoć. Topniki topliwe są bardziej odporne na zgorzelinę walcowniczą, olej, tłuszcz i brud na powierzchniach roboczych w porównaniu z aglomerowanymi topnikami.

Topniki, niezależnie od tego, czy są aglomerowane, czy skondensowane, muszą zostać dokładnie wysuszone przed użyciem. W mocno skrępowanych stalach miękkich i stalach o średniej wytrzymałości na rozciąganie, wilgotne strumienie wytwarzają wodór w łuku, który może prowadzić do pęknięć zimna w metalu spoiny lub HAZ.

Różne strumienie tych dwóch typów o pewnej ich charakterystyce, oferowane przez wspomnianego producenta, podano w tabeli 8.3.

Konkretne zastosowania niektórych kombinacji drutów SAW podane w tabeli 8.2 i stopnie strumienia SAW podane w tabeli 8.3 zostały szczegółowo przedstawione w tabeli 8.4.

Flux-I ze stali nierdzewnej:

Ten strumień jest używany z odpowiednim rodzajem drutu ze stali nierdzewnej. Strumień został zaprojektowany, aby zrekompensować straty chromu i niklu na łuku oraz uniknąć zbierania węgla i krzemu.

Aplikacje:

(i) W przypadku stali 18/8 Cr-Ni strumień należy stosować z drutem 18/8 (304 lub 304L).

(ii) W przypadku stali 18/8 Mo strumień należy stosować z drutem 18/8 Mo (316 lub 316L).

(iii) W przypadku stali takich jak 25/20 Cr-Ni (310) lub 25/12 Cr-Ni (309), topnik powinien być stosowany z lekko przewyższającym stopem drutem ze stali nierdzewnej, to znaczy z wyższymi poziomami chromu i nikiel.

(iv) W przypadku stali nierdzewnych stabilizowanych tytanem topnik powinien być stosowany z drutami ze stali nierdzewnej stabilizowanymi niobem.

(v) Może być stosowany do powlekania taśmowego stalą nierdzewną, stosując odpowiednie gatunki drutów ze stali nierdzewnej.

Stal nierdzewna Flux-II:

Różni się od topnika stali nierdzewnej SS Flux-I tym, że może przenosić niobium na złoże spawalnicze. Należy go stosować w połączeniu z odpowiednim rodzajem niestabilizowanego drutu ze stali nierdzewnej w celu uzyskania powłoki spawanej stabilizowanej niobem. Strumień został tak zaprojektowany, aby kompensować straty chromu i niklu w łuku oraz aby uniknąć zbierania węgla i krzemu.

Aplikacje:

(i) W przypadku stali stabilizowanych 18/8 Ti strumień należy stosować z drutem niestabilizowanym 18/8.

(ii) W przypadku stopów Mo 18/8 stabilizowanych tytanem, topnik powinien być stosowany z niestabilizowanym drutem ze stali nierdzewnej 18/8 Mo.