Sveising i uvanlige omgivelser

Etter å ha lest denne artikkelen vil du lære om sveisemetoder i uvanlige omgivelser: 1. Sveising i vind 2. Sveising ved lave omgivelsestemperaturer 3. Sveising i vakuum 4. Sveising i rom.

Sveising i vind:

Sveising i blåsige forhold resulterer i bueforlengelse, noe som fører til forringelse av sveisepåskjerming fra de skadelige effektene av atmosfæriske gasser. Bue spenningen må derfor holdes i en rekkevidde for å sikre en defektfri sveising ved en gitt vindhastighet.

Beskyttelsesgassskjoldet ved forbrenning av belegg i skjermet metallbuesveising og skjermgassen i gassbuesveising av metallboks er funnet å bli alvorlig påvirket av vindhastigheten; men selvskjermende fluxkjerne ledninger er funnet å gi betydelig bedre beskyttelse.

Forutsatt at bueforlengelsen er et kvantitativt kriterium for skjermingseffektivitet, rapporteres resultatene for en merkevare av selvskjermende fluxkjernebuesveising (FCAW) wire av Shlepakov et al. fra simulerte laboratorieeksperimenter er vist i figur 22.1.

Det er tydelig at feilfrie sveiser kan oppnås for svært kort lysbue for et bue spenningsområde på 21 til 22, 5 volt for vindhastighet opptil 15 m per sekund. Imidlertid ble sveisestrådekvaliteten alvorlig påvirket for en lengre bue spesielt ved høyere vindhastighet. Lignende data for andre typer selvbeskyttende FCAW-ledninger har også blitt rapportert av de samme forfatterne.

Sveising ved lave omgivelsestemperaturer:

Sveising om vinteren i fjellområder i nord eller mer spesifikt i arktiske og antarktiske regioner involverer arbeid ved svært lave temperaturer ned til -40 ° C eller enda lavere. Produktiviteten til maskiner og strukturer i Arktis om vinteren er omtrent 1, 5 ganger lavere enn nominell, og dermed reduseres den faktiske levetiden med 2 til 3, 5 ganger, noe som medfører et tapt tap for de involverte landene.

Manglende bil-, traktor- og bulldoserkomponenter og -aggregater i vintertider er rapportert å være 4 til 6 ganger så høye som om sommeren. Den gjennomsnittlige månedlige arbeidet med bulldozer om vinteren er fra 2, 7 til 7 ganger så lavt som om sommeren. Mer enn 75% feil ut av de totale registrerte sveisede grunnkomponenter og samlinger av gravemaskiner skjer i vinterperioden. Brittle fraktur og tretthetbrudd er de tilskrivende årsakene til svikt i sveisede ledd i dredgers og annet jordgearutstyr.

Ved senkning av temperatur om vinteren i arktiske regionen rapporteres økte feil i rørledninger, broer, lastbærende bjelker, tanker, oljelagertanker og trykkbeholdere. Blant de viktigste årsakene til lav temperatur sprø frakturer av sveisede ledd er det dårlige utvalget av basematerialer og sveiseforbruksvarer, samt sveiseteknologien som er vedtatt. Dette fører til dannelsen av regioner med høyere følsomhet overfor sprøyting og igangsetting av kalde sprekker.

Dannelsen av kalde sprekker i sveisearter laget ved lave omgivelsestemperaturer tilskrives rask avkjøling og krystallisering av sveisebassenget som resulterer i innfangning av hydrogen, oksygen eller nitrogen og ikke-metalliske materialer i sveisemetallet. På grunn av rask avkjøling ved lav temperatur; smeltingen av metall kan også være utilstrekkelig som fører til ufullstendig penetrasjon og mangel på fusjon. Også kvaliteten på elektroder og fyllstråder påvirkes negativt hvis fuktighet geler på dem.

For å motvirke de skadelige effektene av lav temperatur for å oppnå kvalitetssveis, bør følgende regler overholdes:

1. Foreldremetallet som brukes, bør være fritt for riper, innrykk eller overflateskjæringer for å unngå hakseffekten

2. Rengjøring av arbeidskanter er viktig for å fjerne forurensninger og fuktighet eller snø. Om nødvendig kan kantene forvarmes før montering og deretter avkjøles sveiseledd sakte.

3. Kun høykvalitetselektroder, grundig tørket, skal brukes med riktig sveiseteknikk og variabler. Høyere strøminnstilling kan være nødvendig for å kompensere for lav omgivelsestemperatur.

4. Sveisene skal forsiktig trimmes etter ferdigstillelse for å unngå dannelse av riper og innrykk i sveisemetall og HAZ.

5. Utviklingen av krater bør unngås for å unngå dannelse av kratersprekk som kan føre til sprø brudd.

6. Bruk armaturer i stedet for stive klipper for å unngå utvikling av overdreven spenning i sveiseleddet; en god praksis er å øke varmetilførselen med 4 til 5% for hver reduksjon på 10 ° C i omgivelsestemperatur fra for eksempel ca. 20 °.

På grunn av økt kjøleboksseffekt reduseres sveisningsduktiliteten med økningen i arbeidstykkelsen. For å motvirke effekten av tykkelse på duktilitet, kan varmeinngangen økes, men dette fører vanligvis til svekket metallets reduserte styrke. Kjølehastighet som er en kritisk parameter i filet og flerkjørne sveisesveiser, sveises så unngås ved hjelp av viktige sveiser laget ved lave omgivelsestemperaturer.

En alternativ metode er å lage sveiser av tykkere tverrsnitt. For eksempel sveises arbeidsstykketykkelsen på 16-24 mm, 25 til 40 mm og 41 til 50 mm med minimum sveisekobling eller henholdsvis 35 mm 2, 50 mm 2 og 60 mm 2 . Kjølehastighetene for slike sveiser må heller ikke overstige 30 ° C pr. Sekund.

Forsterkende stenger av konstruktjonsstål kan sveises vellykket i mugg ved lave temperaturer. Egenskapene som oppnås i slike tilfeller, er vanligvis lik de som oppnås ved normale butikk temperaturer.

Beleggets type påvirker resultatet av skjermet metallbuesveising ved lave temperaturer. De beste resultatene kan oppnås ved bruk av basisbelagte elektroder idet sveisemetallet som er oppnådd, har høye mekaniske og slagegenskaper på grunn av lavt hydrogeninnhold av sveisemetall som har liten mottakelighet for aldring og sprø brudd, samt å øke innholdet av karbon og svovel . Godkvalitets sveiser kan således oppnås med grunnbelagte elektroder i lav- og høylegeringsstål.

For å oppnå god sveisesøm i rørsveising ved lave temperaturer, bør røret fjernes etter forholdene gitt i tabell 22.1:

Butt sveiser i rørledninger laget av martensitisk stål av en hvilken som helst veggtykkelse bør gjøres ved en omgivelsestemperatur på ca. 0 ° C; når omgivelsestemperaturen er under 0 ° C, bør slike sveisesveis gjøres i oppvarmede lokaler eller innkapslinger. Sveisingen av rørledninger laget av riper og halvdøde stål samt løfting, transport og montering skal utføres ved omgivende lufttemperaturer ikke under 20 ° C.

Følsomheten av sveiset skjøt til sprø brudd øker kraftig når selv de minste kuldepresjonene eller tretthetskader vises under alternerende belastninger, blir dette mer uttalt når temperaturen avtar. For å forbedre ytelsen av sveisede leddene under støtbelastninger og ved negative temperaturer, anbefales høy temperaturherding for økningen i hakkhøyden ved varmebehandling på HAZ-metallstrukturen.

En annen metode for å forbedre sveisestoffets innvirkning og utmattingsegenskaper ved lave omgivelsestemperaturer er argonbuebehandlingen av sveisningen. I denne behandlingen brukes argonbuen til å gi en jevn overgang av kontur fra sveis til grunnmetall, samt å forbedre sveisemetall ved metallurgiske endringer som desulfurisering, avgassing, raffinering av ikke-metalliske inneslutninger og variasjon av deres former.

Denne behandlingen fører ikke bare til reduksjonen av spenningskonsentrasjon i HAZ, men forbedrer også strukturen av overflatelaget av metallet og derved øker de sveisede leddens mekaniske egenskaper.

Effektene av høy temperaturherding og argonbuebehandling for å forbedre slagstyrken til lavkarbonstål og det nitrerte stål i sammenligning med det samme stål uten behandling er som vist i figur 22.2.

Sveising i vakuum:

Ved fusjonssveising er effektiv avskjerming av sveisebassenget fra de sykeffektene av atmosfæriske gasser (oksygen og nitrogen) avgjørende for å oppnå kvalitetssveis. Sveisemetallet kan også hente hydrogen fra fuktighet, rust, elektrodebelegg, fluss, etc.

Selv om forskjellige gasser reagerer annerledes med sveisepumpemetallet, men de uunngåelig nedbryter sveisemetallets fysisk-mekaniske egenskaper. Når fanget i store mengder, kan oppløste gasser føre til dannelse av blærer, bløthull og porøsitet og redusert metalltetthet med følgelig redusert plastisitet og styrke. Gasser som er til stede selv som kjemiske forbindelser som oksider, nitrider og hydrider, kan også sterkt svekke styrken og seigheten i metallet som kan føre til sprø svikt.

Dette er særlig tilfellet med aktive metaller. Bortsett fra å svekke de mekaniske egenskapene, reduserer oksidasjon metallernes motstand mot korrosjon. Oksidinneslutninger kan også gi gassporøsitet fordi de absorberer og beholder gasser mens metallet er i smeltet tilstand.

For å beskytte sveisebassenget er forskjellige skjermmedier ansatt, idet hver har sine fordeler og begrensninger. De fleste ingeniørmetaller er tilstrekkelig skjermet av argon og helium, men disse gassene er funnet å være utilstrekkelige som skjermmedier for sveising. Metaller som zirkonium og tantal. Hydrogen absorberes også lett av zirkonium, tantal og niob for å danne hydrider som ser ut som streker langs korngrensene.

Selv et minutt mengde hydrogen i zirkonium, tantal eller niob kan produsere porøsitet og redusere plastisitet og styrke. For å gjøre sveiser av tilstrekkelig plastisitet i reaktive og ildfaste metaller, bør beskyttelsesmediet inneholde minimum mengder oksygen, nitrogen, hydrogen og fuktighet.

Effektiviteten av vakuum som et skjermmedium bestemmes av mengden av urenheter som er tilstede pr. Volumdel av vakuumkammeret. Tabell 22.2 viser at selv et relativt dårlig vakuum har lavt urenhetsinnhold per volumdel. Sammenlignet med oksygen- og nitrogeninnholdet henholdsvis 0 005% og 0 01% av høyt renset og dyrt argon klasse A har et grovt vakuum på 01 mm Hg oksygen- og nitrogeninnholdet henholdsvis 0 003% og 0 01%.

De overlegne mekaniske egenskapene til sveiser laget i vakuum bekreftes av det faktum at hardheten til metallet i zirkoniumsvetser laget av argonbueprosessen var nesten det dobbelte av vakuumsvetsene. Også redusert gassinnhold i sveisemetallet ved vakuumskjerming forbedrer plastisiteten som det er funnet ved sveising i molybden.

Vakuumskjerming påvirker sveisemetallaktiviteten ved å avgassere den, øke tettheten, fjerne oksider, urenheter og forurensninger fra både overflaten og massen av metall. Når forurensningen av sveisemetallet blir redusert, blir korngrensene renere og resulterer i økt korrosjonsbestandighet av sveisemetallet. Sveiser laget av argonbue-prosess korroderer raskere enn sveiser laget i vakuum.

Vakuumskjerming eliminerer også muligheten for dannelsen av gasslommer i sveisemetall, da det ikke er gasser tilgjengelig for å bli absorbert av det. Dvs. vakuumsveising av mange reaktive og ildfaste metaller gir sveiser fri fra porøsitet.

Vakuumskjerming reduserer gassinnholdet i sveisemetallet på grunn av dissosieringen av oksider, nitrider og hydrider. Hydrogen, selv om det er tilstede i kombinert tilstand, kan lett fjernes fra sveisemetallet.

Oksygen og nitrogen kan bare fjernes fra sveisemetallet når partialtrykket av disse gassene i sveisekammeret er under trykket for dissosiasjon av oksider og nitrider ved sveisepunktets temperatur. Siden oksygen har ekstremt lavt partialtrykk er det svært vanskelig å fjerne det helt fra det overveldende flertallet av metaller unntatt kobber, nikkel og kobolt.

Imidlertid har nitrider av aluminium, niob, krom, magnesium, silisium og tantal et relativt høyt trykk for dissosirasjon av nitrider, bortsett fra når det gjelder zirkonium og tantal fordi deres nitrider har lavt trykk på dissosiasjon. Vakuumskjerming er således et aktivt skjermmedium fordi det gjør det mulig for sveisemetallet å kvitte seg med overflateforurensninger, absorberte gasser av væskefilmer. Vanligvis tar metallet en høy glans innenfor en bred sone ved siden av kantene som sveises.

Vakuumskjerming er ikke bare enkel og enkel å vedlikeholde, men gir også økonomiske fordeler. For eksempel er vakuumskjerming nesten halvparten så kostbar som argonskjerming, og til tider kan det koste like mye som CO 2 -skjerming. Det eliminerer også behovet for gassflasker og kostnaden for transport og håndtering.

Vakuumskjerming gir ikke bare et ideelt skjold for sveising av metaller, men er også effektivt for sikring av sveisede ledd av høy kvalitet i ikke-metalliske materialer. For noen materialer er vakuumskjerming det eneste skjermmediet for å oppnå nødvendige kvalitetssveis.

Sveising i rommet:

Med utviklingen av storstrålende orbitalstasjoner som inneholder mange besetningsmedlemmer, store radioteleskoper, antenner, reflekterende og absorberende skjermer, systemer for solstrålingsteknikk, øker behovet for inflight-reparasjon og gjenoppretting med forlenget driftstid, mens problemer med distribusjon, montering og ereksjon blir mer og mer presserende med økningen i masse og størrelser av strukturer.

Behovet for akutt oppmerksomhet til de syke satellittene for å holde det verdensomspennende kommunikasjonsnettverket kjørt jevnt, er det også viktig å utvikle hensiktsmessige metoder for materialtilslutning. Sveiseprosesser virker uunnværlige for bruk i rommet, hvor forholdene for sveising er forskjellig radikalt fra de på jorden.

Sammenlignet med miljøet på jorden, er rom preget av tre hovedfaktorer, nemlig null tyngdekraft, høyt vakuum og høy kontrast på grunn av lysskygge grenser.

en. Null gravitasjon:

Dette fører til fravær eller undertrykking av flytkraft og konveksjon. Den spesielle egenskapen til null-G er imidlertid at kosmonauten må jobbe uten støtte som forårsaker stor ulempe ved manuell drift.

b. Høy plass vakuum:

Det atmosfæriske trykket i lavhøysområdet der store orbitalstasjoner nå flyr og forventes å fly i nær fremtid er 10-2 til 10 -4 Pa. Denne trykkregionen kan mestrer seg godt av grunnindustrien som bruker elektronstråle og diffusjons sveising. Den spesielle egenskapen til romvakuum er imidlertid den ekstremt høye eller nær uendelige evakueringshastigheten.

c. Høy kontrast på grunn av lysskyggegrenser:

På grunn av plutselig endring fra lys til skygge sone, kan temperaturforskjellen være mellom 150 og 500 ° C. Også på grunn av redusert varme og masseoverføring i rommet kan sone med høytemperaturforskjeller være nær hverandre på arbeidsstykket.

På grunn av disse spesielle egenskapene for sveising i rommet er det viktig å velge en prosess med industriell applikasjon som har allsidighet, enkelhet, pålitelighet, sikkerhet, lavt energiforbruk, minimumsmasse og volum av utstyr. Ved å følge alle disse kravene er det funnet at EBW er den mest effektive metoden for sveising i rommet.

Den grunnleggende faktoren for plass som mest aktivt påvirker sveiseprosessene assosiert med tilstedeværelsen av væskefase er null-tyngdekraften. Under null-G er den utprøvde virkningen av overflatekrefter styrking av smeltet metall under påvirkning av elektronstråle- og avledningseffekter forårsaket av viskositet og termisk diffusivitet. De fleste smeltede metalliske materialer har lav kinetisk viskositet, moderat termisk diffusivitet og høy overflatespenning.

Mulighet for å brenne gjennom arkmateriale under null-G i ikke-støttet sveising med lav konsentrasjon av termisk energi er vanskelig. Imidlertid kan sveisebassengets diameter være ti ganger (eller enda mer) så stor som materialtykkelsen med følgelig vanskeligheter ved håndtering av stor mengde smeltet inneholdt i den.

Fordelene ved høy overflatespenning med null-G i rommet er at i tilfelle en brenning oppstår eller et hull skjæres i et ark, smelter det smeltede metallet til underkanten av arbeidet eller kan til og med lukke hullet eller "hælen" kuttet. Hvis det ikke var så, ville det være veldig farlig på grunn av disse flygende metallbitene i rommet.

Rommet og den spesielle karakteren av arbeidet i den krever sikring av høyest mulig pålitelighet av utstyr, absolutt sikkerhet for de som jobber med det og eliminering av risiko for eventuelle romfartskader. Utviklet verktøy bør også preges av kompaktitet, lavt energiforbruk, lett vekt og driftssituasjon.

Et allsidig håndsveising verktøy utviklet for å tilfredsstille alle disse kravene i den grad det er mulig, er basert på bruken av EBW og heter VHT, det vil si Versatile Hand Tool. EB W er imidlertid assosiert med høy akselererende spenning og kan resultere i generering av røntgenstråler. Kontakt av den ytre kostymenes konvolutt med smeltet metall eller elektronstråle kan også føre til alvorlige konsekvenser.

En VHT utviklet av russiske ingeniører som oppfyller de fleste ovennevnte krav, har følgende spesifikasjoner.

Eksempler sveiset ved å bruke ovennevnte VHT i rommet, oppfyller alle aktive industrielle krav. I motsetning til andre bueveisprosesser, gjør manuell EBW det mulig å holde sveisepolens størrelse og penetrasjonsdybden innenfor kontroll, ikke bare ved å håndtere verktøyet, men også ved å endre strålefokusering; Dette minimerer all risiko for brenning gjennom. Mangelen som oppstår oftest ved romsvetsing ved hjelp av VHT, er mangel på penetrasjon, som generelt tilskrives den menneskelige reaksjonen til operatørens egen frykt for å forårsake en uopprettelig brannskader.

Til tross for forekomsten av mangel på gjennomtrengning er sveisingen utført i rommet høyt estimert.

Selv om EBW har blitt brukt vellykket til sveising i rom siden 1990, men den siste utviklingen i Friction Stir Welding (FSW) -prosessen har projisert noen av sine varianter for deres bruk i sveis- og sveisreparasjoner i rommet. Noen av disse utviklingene inkluderer High Speed ​​FSW (HS-FSW), Ultrasonic Stir Welding (USW) og Termisk Stir Welding (TSW).

en. High Speed ​​FSW :

Det er basert på konseptet at høye spindelhastigheter på opptil hundre tusen omdr./min. I FSW reduserer kreftene som er nødvendige for å produsere lydsveis til et nivå som tillater manuelle håndholdte enheter. Arbeidet er allerede på vei for sveising 1, 5 mm tykk kobberlegering med rotasjonshastighet på opptil 30 000 o / min og sveishastighet på opptil 5 m / min.

En parallell undersøkelse pågår for å utvikle robotoperasjon av en manuell håndholdt solid state-apparat for bruk av HS-FSW.

b. Ultrasonic Stir Welding (USW):

Denne ultralydsenergien oppvarmer materialene i plasttilstanden. I motsetning til standard FSW er det ingen roterende skuldre og pinner for å produsere friksjonsvarme. Dette konseptet forventes å være mer praktisk enn HS-FSW som en sveise- og reparasjonsprosess i omløp fordi høy stabilitetsproblemer for rotasjonshastigheten vil bli eliminert.

c. Termisk omrøringsveising (TSW):

Dette er enda en sveiseprosess for sveising av tykkere medlemmer. TSW er forskjellig fra FSW ved at oppvarming, omrøring og smiing av prosesselementer funnet i FSW styres uavhengig. Det er lite friksjonsoppvarming og ingen høyhastighets roterende pinner / skuldre. Som USW, unngår TSW også stabilitetsproblemer forbundet med roterende deler med høy hastighet. Bortsett fra bruk i sveising og reparasjon i rommet, kan TSW brukes til Navalkonstruksjon for bruk i sveising av titanlegeringer for skipsbygging, som også for fabrikasjon av yachter med høy ytelse fra titan.

Bortsett fra sveising; skjæring, lodding og metallspraying har også blitt utført i rommet. Lodding er funnet å være den vanskeligste prosessen å utføre i rommet. Dette skyldes det faktum at i rommet er lysstyrken av solstråling ekstremt høy, er det nesten umulig å se fargeendringen i metall med temperatur, og dermed må sveiser-kosmonauten bestemme omfanget av oppvarming av arbeidet på det tidspunktet intervall.

Sprøyting av metall er ikke vanskelig å utføre i rommet, og komponentene som er sprøytet i rommet, oppfyller kravene til de strengeste standardene.