ESW: Introduksjon, Oppsett og applikasjoner

Etter å ha lest denne artikkelen vil du lære om: - 1. Introduksjon til elektroslagssveising (ESW) 2. Materialer kreves for elektroslagssveising (ESW) 3. Elektrisk krets og en oppsett 4. Deposeringshastigheter 5. Sveis Joint Design 6. Sveisestruktur og Egenskaper 7. Programmer.

Introduksjon til Elektroslagssveising:

Elektroslagssveising er en fusjonsveisprosess for å forbinde tykke arbeidsstykker med et enkelt pass. Denne prosessen er IKKE en lysbue-sveiseprosess, selv om det meste av oppsettet ligner de vanlige lysbuesveisingsprosessene, og det er nødvendig med arcing for å starte prosessen og kan også oppstå senere når prosessstabiliteten forstyrres.

Varmen genereres på grunn av strømmen av strømmen gjennom den smeltede slagg som gir den nødvendige motstanden som erstatter lysbuenes motstand. Prosessen har egenskaper som ligner støpeprosesser, men i dette smelter de to sider av støpeveggen til det ekstra smeltede metall. Et karakteristisk trekk ved prosessen er vertikal oppovergående i de fleste tilfeller. Det kan bruke en eller flere elektroder avhengig av arbeidets tykkelse.

Oppfinnelsen av prosessen i 1951 krediteres Paton sveisinstituttet, Kiev (Sovjetunionen) og visse senere utviklinger til sveisforskningsinstituttet, Bratislava (Tsjekkoslovakia). For tiden brukes prosessen over hele verden til sveising av tykke vegger som trykkbeholdere, turbinehyllene, maskinrammer, etc.

Denne prosessen eliminerer problemene forbundet med multi-løp sveiser og fører til økonomiske sveiser ved høy sveisehastighet og uten vinkelforvrengning. Det er ingen øvre grense for tykkelse som kan sveises av denne prosessen, selv om 50 mm vanligvis er den nedre grensen for økonomisk drift.

Selv om støpejern, aluminium, magnesium, kobber, titan etc. kan alle sveises av denne prosessen, men stålfabrikanter er de store brukerne. Stålet sveiset ved elektroslag sveising kan omfatte karbon og lav legering stål, høy legering stål, slitesterk og korrosjonsbestandig stål.

Materialer som kreves for elektroslagssveising:

Bortsett fra arbeidsmaterialet er det nødvendig med andre forbruksvarer elektrodetråd og flux. Sveiseforbruksmaterialene kan effektivt utnyttes for å kontrollere sammensetningen av sveisemetallet og dermed dets mekaniske og metallurgiske egenskaper.

1. Elektroder:

Generelt benyttes to typer elektroder, dvs. faste og metallkjernede. Selv om faste elektroder er mer populære, tillater de metallkjerneelektroder justering av fyllmaterialemiddelsammensetningen for sveising av legeringsstål gjennom legeringstilsetninger (f.eks. Ferro-mangan, ferrosilis, etc.) i kjernen og hjelper til å etterfylle fluss i det smeltede badet .

Ved elektroslagssveising av karbonstål og HSLA-stål inneholder elektrodekarmen vanligvis mindre karbon enn grunnmetallet. Dette forhindrer sprekker i sveisemetall av stål som inneholder karbon opptil 0-35%. Men elektrodens ledninger som brukes til sveising. Sterke stål passer vanligvis til grunnmetallsammensetningen. Elektroslag sveiser i legeringsstål blir vanligvis varmebehandlet for å oppnå de ønskede egenskapene i sveisemetall og HAZ og matchende elektrodrådssammensetning sikrer tilsvarende respons på slike behandlinger fra forskjellige deler av sveisningen.

Elektroslagsvetser på grunn av kvadratkantspreparasjon har vanligvis høy fortynning på mellom 25 og 50%. Med tilpasning av elektrodetråd er det ikke særlig mye som metallet fra elektroden og smeltet basemetall blandes grundig for å gi nesten jevn kjemisk sammensetning gjennom hele tiden.

Elektrodråd for F.SW ligger vanligvis mellom 1, 6 og 4, 0 mm diameter; Tråd med diameter 2, 4 og 3, 2 mm er imidlertid mer populær. Disse ledningene leveres i spoleform med spolene varierende i størrelse og veier opp til maksimalt 350 kg; men den mest populære pakningen veier ca 25 kg.

2. Flux:

Flux er kanskje det viktigste forbruksmaterialet til ESW. I sin smeltede tilstand forvandler den den elektriske energien til varmeenergi som hjelper til ved smelting av elektrodetråd og grunnmetall for å danne en sveiseledd. Det er også nødvendig å beskytte smeltet sveisemetall fra atmosfæren og for å sikre en stabil drift.

Strømmen i sin smeltete tilstand er nødvendig for å lede strøm, men samtidig bør den gi tilstrekkelig motstand mot strømmen for å generere tilstrekkelig varme for sveising. Hvis motstanden er mindre enn nødvendig, resulterer det i bøyning. Slaggen må også ha optimal viskositet, dvs. det bør ikke være for tykt for å hindre god sirkulasjon og forårsake slagginnsatsing heller ikke for tynn for å forårsake overdreven lekkasje.

Smeltepunktet til flussen må være godt under det av grunnmetallet og dets kokepunkt må være godt over driftstemperaturen for å unngå uønskede tap som kan ha skadelige virkninger på driftsegenskapene. Driftstemperaturen for sveisestål er ca. 1650 ° C. Den smeltede flussen skal være ganske inert mot grunnmetallet og bør være stabil over et bredt spekter av sveisevilkår.

Hovedbestanddelene i ESW-fluxene er komplekse oksider av silisium, mangan, titan, kalsium, magnesium og aluminium med tilsetninger av kalsiumfluorid.

Forsinkelse av tap ved lekkasje, er mengden av flux som anvendes ca. 5 til 10 kg for hver ca. 100 kg metall avsatt. Med økningen i plate tykk nese eller sveiselengde reduserer strømforbruket til 1, 5 kg per ca. 100 kg metall deponert. En annen tilnærming er ca 350 g fluss per vertikal meter av felles høyde.

Det er to typer flusser som normalt brukes til ESW. Den ene kalles startstrømmen og den andre en løpende flux. Startstrømmen er utformet slik at den raskt stabiliserer ESW-prosessen; Den har lavt smeltepunkt og høy viskositet. Det smelter raskt, og lar deg svømme overflaten for å lette lett start.

Det er svært ledende og genererer høy varme raskt. En liten mengde av denne fluxen brukes til å starte prosessen. Det kan hjelpe til med å starte prosessen uten sump. Kjøringen eller driftstrømmen er konstruert for å gi riktig balanse mellom driftsparametrene for å oppnå riktig elektrisk ledningsevne, badtemperatur og viskositet for å oppnå ønsket kjemisk analyse. En løpende flux kan operere over et bredt spekter av forhold.

Solid elektroder for ESW av karbon og HSLA stål er delt inn i tre klasser, f.eks. Medium mangan (ca. 1% Mn), høy mangan (ca. 2% Mn) og spesielle klasser. ESW-flussene er klassifisert på grunnlag av mekaniske egenskaper til en sveiseposisjon laget med en bestemt elektrode og spesifisert basismetall.

Sammensetningen av fluxen er etter produsentens skjønn, men to nivåer av strekkfasthet for sveisemetallet er spesifisert: 415-550 MPa og 485-655 MPa; et minimum seighetskrav skal også oppfylles. En typisk fluss for sveising av lavkarbon strukturell stål ville ha en nominell analyse for hovedbestanddelene som vist i tabell 11.1.

Tilsetning av CaF ₂ reduserer viskositeten og forbedrer den elektriske ledningsevnen til smeltet slagg.

Elektrisk krets og en oppsett for ESW:

Den elektriske kretsen for ESW-prosessen er vist i figur 11.5 (a), og den tilsvarende skjematiske for oppsettet er vist i figur 11.5 (b).

Avsetningsrente for elektroslagssveising:

Avsetningshastigheten for elektroslag sveiseprosessen er blant de høyeste for enhver prosess som brukes til å gjøre den samme jobben. Fig. 11.11 viser avsetningshastighetene som påvirket av sveisestrømmen for 2, 4 mm og 3, 2 mm diameter elektrodråd.

Antallet elektroder som brukes er også en viktig faktor som påvirker avsetningshastigheten i ESW, og den er ca. 16-20 kg / time per elektrode. For arbeid med tung tykkelse ved hjelp av tre elektroder kan 45 - 60 kg / time sveisemetall bli avsatt. Ved hjelp av en fellesavstand på 30 mm er sveisesatsen vist i figur 11.12. Tungplater med tykkelsesvariasjon fra 75 til 300 mm sveises ved hastigheter som varierer fra 60 til 120 cm / time.

Weld Joint Design for Electroslag Welding:

Hovedtyper av ledd som kan sveises av ESW-prosessen, omfatter rump, filet, komer, overgang, T-ledd og kryssveis som vist i figur 11.13; Imidlertid er det behov for spesialdesignede festesko for andre ledd enn rumpa, hjørne og T-ledd. Noen typiske elektroslagsvetsede sømmer er vist i figur 11.14.

Kantforberedelse og tilpasning:

Kantforberedelse for elektroslag sveising er mye enklere enn for buesveising, og de fleste tilfeller krever bare kutting av plater med firkantede kanter. For tykkelse opptil 200 mm kan dette gjøres ved hjelp av oxy-acetylen flamme skjære maskiner. Siden elektroslag sveising gir dyp penetrasjon, er glattheten av kuttkanter liten betydning; Inaktive utsparinger 2-3 mm dype kan lett innkvarteres uten noen dårlige effekter. Imidlertid, i tykkere seksjoner, sporer slike spor, kalt kamskjell, ofte i dybden og derved nødvendiggjør bearbeiding av flamskuttede kanter.

For å sette opp deler til ESW, er bruken vanligvis laget av U-klemmer av typene vist i figur 11.15. Disse er klipsveiset på baksiden av skjøten. De U-formede klemmene benyttes for å tilveiebringe en uhindret bevegelse av kobberbeholderblokker eller for passering av tomgangsvognen. Noen ganger kan U-klemmer erstattes av stropper som fjernes med hammerblås eller en gassskjæringsbrenner når sveisehodet nærmer seg.

For å sette opp deler til ESW, er det viktig å opprettholde det konstruerte gapet. Det er imidlertid normalt akseptert at det er forskjell mellom utformingsspalten og oppstøtningsgapet. Designgapet regnes ofte for å være en antatt mengde som brukes til å beregne dimensjonene til en ferdig sveising, og den er mindre enn oppslemmingsgapet ved mengden av krymping av det avsatte metall. Monteringsgapet er avstanden mellom fusjonsflatene samlet for sveising.

Det varierer vanligvis langs lengden på samme ledd. Generelt øker den med 2 - 5 mm for hvert meter i ledd lengden ved å bevege seg oppover langs sømmen. Med tilpassingsspalten slik justert, kommer det faktiske gapet etter sveising og sammentrekning ut til å være jevnt langs hele leddets lengde og tilsvarer designspalten. De foreslåtte verdiene for konstruksjons- og monteringshullene er gitt i tabell 11.3 og figur 11.16 viser en typisk passform for ESW.

Noen foreslåtte sett med variabler for ESW er oppsummert i tabell 11 .4 .:

Sveisestruktur og egenskaper ved elektroslagssveising:

Elektroslagssveising er hovedsakelig brukt for sveising av stål, selv om Q & T (Quenched and Tempered) stål vanligvis ikke er med i denne prosessen. Temperaturen som oppnås i det umiddelbare sveiseområdet er ca. 1925 ° C. Denne høye temperaturen med en langvarig termisk syklus resulterer i en sveisemetallstruktur bestående av store tidligere austenittkorn med kolonnformige størkningsmønstre som har grove korn som produserer sprø porsjoner i ferdigproduktet.

Vanligvis er det ønskelig å normalisere sveisemetallet ved oppvarming til ca. 40 ° C over den nedre transformasjonstemperaturen av arbeidsmaterialet etterfulgt av langsom avkjøling. Dette forbedrer egenskapene til karbon og lav legering sterkt, spesielt deres motstand mot sprø bruddinitiering og forplantning.

Restspenningsmønstre produsert i den sveisete tilstanden er ganske gunstige som vist i figur 11.17. Normalt er det ingen vinkelforvrengning produsert i E5W leddene på grunn av symmetrien til de fleste sveiser (firkantspor i et enkelt pass). Strekkfastheten til stål sveiser varierer fra 380 MPa til 420 MPa.

Anvendelser av elektroslag sveising (ESW):

De viktigste anvendelsesområdene til ESW-prosessen inkluderer sveising av konstruksjon, maskiner, skip, trykkbeholdere og støpegods.

Sveising av overgangstype støt sveiser for å bli med forskjellige tykkelser er en vanlig strukturell ESW-applikasjon. En annen bred bruk i dette området er sveising av stivere i boksekolonner og brede flenser; i alle disse tilfellene ville stiveren sveis være en T-ledd.

Sammenkobling av store, brede flensbjelker er en annen imponerende anvendelse av ESW, og enda en vanlig bruk av ESW er spleising av flenser, det vil si rumpesveising av plater av samme tykkelse.

Ved maskinfabrikasjon utføres produksjon av store presser og maskinverktøy som krever store og store plater ved hjelp av ESW. Spesielle bruksområder inkluderer bruk i ovner, redskaper, motorrammer, trykkrammer, turbine ringer, knuserlegemer og felger for ruller.

Større sårblokker som vist i figur 11.18 brukes i presser for å arbeide med høystyrke metaller, spesielt titan, da den forbedrer dimensjonsnøyaktigheten av pressinger. En sårblokk er et tetrahedrisk prisme 1800 mm høyt og veier ca. 140 tonn.

Det er laget ved sveising tre smelteverk av legering (0, 25 C - Cr - 3 Ni - Mo - V) stål. Formen, størrelsen og vekten på en sågblokk tillater ikke smiing etter sveising for å sikre ønskede mekaniske egenskaper i sveisede ledd. Det oppnås derfor ved utførlig varmebehandlingssyklus som vist i figur 11.19.

Elektroslagssveising er populær i fremstilling av tykke vegger med trykkbeholdere for kjemikalier, petroleum, marine og kraftgenererende næringer, men etterbehandling er avgjørende i denne applikasjonen for å gjenopprette hakkesduktiliteten som ofte går tapt på grunn av langsomme ESW-kjølesykluser i HAZ.

ESW brukes også til å lage grensesnittsforbindelser til tykkveggede fartøyer og også å sveise løftefløyene til fartøyene.

Den attraktive egenskapen til ESW er at forvrengningen kan forutsies og regnes for. Dette har gjort det populært spesielt for skipbygging hvor vertikale ledd i skrogene til store tankskip har blitt sveiset.

For å redusere kostnadene og forbedre kvaliteten, produseres mange av de store og vanskelige komponentene i mindre, høyere kvalitetsenheter og deretter sveises elektroslag. De metallurgiske egenskapene til en støpe- og elektroslagssveis er like, begge svarer på etter-sveis-varmebehandling på en lignende måte som resulterer i ensartede strukturer og egenskaper.