ESW: Introduktion, Opsætning og applikationer

Efter læsning af denne artikel vil du lære om: - 1. Introduktion til Elektroslagssvejsning (ESW) 2. Materialer påkrævet til elektroslagssvejsning (ESW) 3. Elektrisk kredsløb og en opsætning 4. Deponeringshastigheder 5. Svejsearbejde Design 6. Svejsestruktur og Egenskaber 7. Ansøgninger.

Introduktion til Elektroslagssvejsning:

Elektroslagssvejsning er en fusionssvejseproces for sammenføjning af tykke arbejdsstykker med et enkelt pass. Denne proces er IKKE en buesvejsningsproces, selv om det meste af opsætningen ligner de sædvanlige buesvejseprocesser, og der kræves væskning for at igangsætte processen og kan også forekomme senere, når processtabiliteten forstyrres.

Varmen frembringes på grund af strømmen af ​​strøm gennem den smeltede slagge, som tilvejebringer den nødvendige modstand, der erstatter lysbuebestandigheden. Processen har karakteristika, der ligner støbeprocesser, men i denne smelter de to sider af støbevæggen til at forbinde det yderligere smeltede metal. Et karakteristisk træk ved processen er dens vertikale opstigning i de fleste tilfælde. Det kan anvende en eller flere elektroder afhængigt af tykkelsen af ​​arbejdet.

Opfindelsen af ​​processen i 1951 krediteres Paton Welding Institute, Kiev (USSR) og visse efterfølgende udviklinger til svejsningsforskningsinstitutet, Bratislava (Tjekkoslovakiet). I øjeblikket anvendes processen over hele verden til svejsning af tykvæggede komponenter som trykbeholdere, turbinehuse, maskinrammer mv.

Denne proces eliminerer problemerne forbundet med multi-run svejsninger og fører til økonomiske svejsninger ved høj svejsningshastighed og uden vinkelforvrængning. Der er ingen øvre grænse for tykkelse, der kan svejses ved denne proces, selvom 50 mm normalt er den nederste grænse for økonomisk drift.

Selvom støbejern, aluminium, magnesium, kobber, titan mv kan alle svejses af denne proces, men stålfabrikanterne er de største brugere. Stål svejset ved elektroslag svejsning kan omfatte kulstof og lav legeret stål, høj legeret stål, slid og korrosionsbestandig stål.

Materialer påkrævet til elektroslagssvejsning:

Bortset fra arbejdsmaterialet kræves andre forbrugsstoffer elektrodetråd og flux. Svejseforbrugsmaterialerne kan effektivt udnyttes til at styre sammensætningen af ​​svejsemetallet og dermed dets mekaniske og metallurgiske egenskaber.

1. Elektroder:

Generelt anvendes to typer elektroder, dvs. faste og metalkernede. Selvom faste elektroder er mere populære, tillader de metalkernede elektroder justering af fyldstofmetalsammensætning til svejsning af legeringsstål gennem legeringstillæg (f.eks. Ferro-mangan, ferro-silicium osv.) I kernen og hjælper med efterfyldning af flux i det smeltede bad .

Ved elektroslag svejsning af kulstofstål og HSLA-stål indeholder elektroden ledningen normalt mindre kulstof end basismetal. Dette forhindrer krakning i svejsemetal af stål indeholdende kulstof op til 0-35%. Elektrodtrådene anvendes til svejsning. Høje stål matcher sædvanligvis basismetalsammensætningen. Elektroslag svejsninger i legeringsstål er normalt varmebehandlet for at opnå de ønskede egenskaber i svejsemetal og HAZ og matchende elektrodrådssammensætning sikrer tilsvarende respons på sådanne behandlinger fra forskellige dele af svejsningen.

Elektroslag svejsninger på grund af kvadratkant forberedelse har normalt høj fortynding i intervallet mellem 25 og 50%. Med matchende elektrodetråd er det ikke meget konsekvens, da metallet fra elektroden og den smeltede basismetal blandes grundigt for at give næsten ensartet kemisk sammensætning igennem.

Elektrode ledning til F.SW ligger normalt mellem 1, 6 og 4, 0 mm diameter; Tråd med diameter 2, 4 og 3, 2 mm er imidlertid mere populær. Disse ledninger leveres i spoleform med spolerne varierende i størrelse og vejer op til maksimalt 350 kg; men den mest populære pakning vejer omkring 25 kg.

2. Flux:

Flux er måske det vigtigste forbrugsmateriale af ESW. I sin smeltede tilstand forvandler den den elektriske energi til varmeenergi, som hjælper med at smelte elektroden og basismetallet til dannelse af en svejsesamling. Det er også nødvendigt at beskytte det smeltede svejsemetal fra atmosfæren og sikre en stabil drift.

Strømmen i sin smeltede tilstand er nødvendig for at lede elektricitet, men samtidig bør den tilbyde tilstrækkelig modstandsdygtighed over for strømmen for at skabe tilstrækkelig varme til svejsning. Hvis modstanden er mindre end nødvendigt, resulterer det i bue. Slaggen skal også have optimal viskositet, dvs. den bør ikke være for tyk til at forhindre god cirkulation og forårsage slaggindsættelse eller for tynd for at forårsage overdreven lækage.

Flusens smeltepunkt skal være langt under basemetallets, og kogepunktet skal være godt over driftstemperaturen for at undgå uønskede tab, der kan have skadelige virkninger på driftsegenskaberne. Driftstemperaturen for svejsestål er ca. 1650 ° C. Den smeltede flux bør være temmelig inert over for basemetallet og bør være stabil over en lang række svejsebetingelser.

Hovedbestanddele i ESW-fluxerne er komplekse oxider af silicium, mangan, titan, calcium, magnesium og aluminium med tilsætninger af calciumfluorid.

Forsigelse af tab ved lækage er den anvendte mængde flux ca. 5 til 10 kg for hver ca. 100 kg metalaflejret. Med stigningen i pladetykkelse eller svejselængde reduceres strømforbruget til 1, 5 kg pr. Ca. 100 kg metalaflejret. En anden tilnærmelse er ca. 350 g flux pr. Vertikal måler af den fælles højde.

Der er to typer flusser, der normalt bruges til ESW. Den ene hedder startfluxen og den anden en løbende flux. Startstrømmen er konstrueret til hurtigt at stabilisere ESW-processen; den har lavt smeltepunkt og høj viskositet. Det smelter hurtigt og wets sump overfladen for at lette let start.

Det er meget ledende og genererer høj varme hurtigt. En lille mængde af denne flux anvendes til at starte processen. Det kan hjælpe med at indlede processen uden sump. Kørslen eller driftstrømmen er konstrueret til at tilvejebringe en passende balance mellem driftsparametrene for at opnå korrekt elektrisk ledningsevne, badtemperatur og viskositet for at opnå ønsket kemisk analyse. En løbende flux kan operere over en bred vifte af forhold.

Faste elektroder til ESW af carbon- og HSLA-stål er opdelt i tre klasser, nemlig medium mangan (ca. 1% Mn), højt mangan (ca. 2% Mn) og specielle klasser. ESW-fluxerne er klassificeret på grundlag af mekaniske egenskaber ved en svejsepåfyldning lavet med en bestemt elektrode og specificeret basismetal.

Fluxens sammensætning overlades til fabrikantens skøn, men to niveauer af trækstyrke til svejsemetallet er specificeret: 415-550 MPa og 485-655 MPa; et minimum sejhedskrav skal også opfyldes. En typisk flux til svejsning af lavkonstruktiv stålstål ville have en nominel analyse for hovedbestanddelene som vist i tabel 11.1.

Tilsætning af CaF ₂ reducerer viskositeten og forbedrer den elektriske ledningsevne af den smeltede slagge.

Elektrisk kredsløb og en opsætning til ESW:

Det elektriske kredsløb til ESW-processen er vist i figur 11.5 (a), og den tilsvarende skematiske for opsætningen er vist i figur 11.5 (b).

Deponeringssatser for Elektroslagssvejsning:

Deponeringshastigheden for elektroslag svejseprocessen er blandt de højeste for enhver proces, der bruges til at gøre det samme arbejde. Figur 11.11 viser aflejringshastighederne som påvirket af svejsestrømmen for 2, 4 mm og 3, 2 mm diameter elektrodetråde.

Antallet af anvendte elektroder er også en vigtig faktor, der påvirker aflejringshastigheden i ESW, og den er ca. 16-20 kg / time pr. Elektrode. Til arbejde med kraftig tykkelse ved hjælp af tre elektroder kan 45 - 60 kg / time svejsemetal aflejres. Ved anvendelse af en fælles afstand på 30 mm er svejsningshastigheden vist i figur 11.12. Tungplader med tykkelsesvariation fra 75 til 300 mm svejses ved hastigheder, der varierer fra 60 til 120 cm / time.

Svejsesamlet design til elektroslagssvejsning:

Hovedtyperne af led, som kan svejses ved ESW-processen, omfatter stød, filet, komer, overgang, T-led og tværsvejsningen som vist i figur 11.13; Men der kræves specielt konstruerede fastgørelsesko til andre led end rumpa, hjørne og T-led. Nogle typiske elektroslagssvejsede sømme er vist i figur 11.14.

Edge Forberedelse og Fit-up:

Edge forberedelse til elektroslag svejsning er meget enklere end til buesvejsning, og de fleste tilfælde kræver kun skæring af plader med firkantede kanter. For tykkelse op til 200 mm kan dette ske ved oxy-acetylen flamme skæremaskiner. Da elektroslag svejsning giver dyb penetration, er glatheden af ​​skærekanter af ringe betydning; Fuldt udsparede riller 2-3 mm dyb kan nemt optages uden nogen dårlige virkninger. I tykkere sektioner kan sådanne spor, der kaldes kammuslinger, dog vokse dybtgående og derved nødvendiggøre bearbejdning af flammeskærede kanter.

For at passe dele til ESW anvendes der generelt U-klemmer af de typer, der er vist i figur 11.15. Disse er tacksvetsede på bagsiden af ​​leddet. De U-formede klemmer anvendes til at tilvejebringe en uhindret bevægelse af kobberfastholdelsesblokke eller til passagen af ​​tomgangsvognen. Nogle gange kan U-klemmer udskiftes med stropper, der fjernes med hammerblæse eller en gasskærende fakkel, når svejseproppen nærmer sig.

For at tilpasse dele til ESW er det vigtigt at opretholde det udformede hul. Det accepteres dog normalt, at der er en forskel mellem konstruktionshullet og tilpasningsgabet. Designhullet anses ofte for at være en antaget mængde, der anvendes til at beregne dimensionerne af en færdig svejsning, og den er mindre end opsætningsgabet ved mængden af ​​krympning af det aflejrede metal. Monteringsgabet er afstanden mellem fusionsfladerne samlet til svejsning.

Det varierer normalt langs længden af ​​det samme led. Generelt stiger det med 2 - 5 mm for hver meter i ledlængden ved at bevæge sig opad langs sømmen. Med den tilpassede åbningsgap er den faktiske afstand efter svejsning og sammentrækning ud til at være ensartet langs leddets længde og er lig med designgabet. De foreslåede værdier for konstruktion og tilpasningsgab er angivet i tabel 11.3, og figur 11.16 viser en typisk tilpasning til ESW.

Nogle foreslåede sæt af variabler for ESW er opsummeret i tabel 11 .4 .:

Svejsestruktur og egenskaber ved elektroslagssvejsning:

Elektroslagssvejsning anvendes hovedsageligt til svejsestål, selvom Q & T (Quenched og Tempered) stål normalt ikke er forbundet med denne proces. Temperaturen opnået i det umiddelbare svejseområde er ca. 1925 ° C. Denne høje temperatur med en langvarig termisk cyklus resulterer i en svejsemetallstruktur bestående af store tidligere austenitkorn med kolonneformige størkningsmønstre, der har grove korn, der frembringer skøre portioner i færdigproduktet.

Normalt er det ønskeligt at normalisere svejsemetallet ved opvarmning til ca. 40 ° C over den nedre transformationstemperatur af arbejdsmaterialet efterfulgt af langsom afkøling. Dette forbedrer i høj grad egenskaberne af kulstof og lav legeret stål, især deres modstand mod sprød frakturinitiering og udbredelse.

De resterende stressmønstre produceret i den asvejsede tilstand er ret gunstige som vist i figur 11.17. Normalt produceres ingen vinkelforvrængning i E5W leddene på grund af symmetrien af ​​de fleste sådanne svejsninger (firkantet rilleled i et enkelt pass). Trækstyrken på stål svejsninger varierer fra 380 MPa til 420 MPa.

Anvendelser af Electroslag Welding (ESW):

De vigtigste anvendelsesområder for ESW-processen er svejsning af konstruktion, maskiner, skibe, trykbeholdere og støbegods.

Svejsning af overgangstype stødsvejsninger til sammenføjning af forskellige tykkelser er en fælles strukturel ESW-applikation. En anden bred anvendelse på dette område er svejsning af stivere i boksekolonner og brede flanger; i alle disse tilfælde ville stivningssvejsningen være en T-ledd.

Sammenføjning af store brede flange bjælker er en anden imponerende anvendelse af ESW, og endnu en anden almindelig brug af ESW er splejsningen af ​​flanger, det vil sige rumpesvejsningen af ​​plader af samme tykkelse.

Ved fremstilling af maskiner fremstilles store presser og værktøjsmaskiner, der kræver tunge og store plader, ved hjælp af ESW. Særlige anvendelser omfatter brugen i ovne, gearemner, motorrammer, trykrammer, turbine ringe, knuserlegemer og fælge til vejruller.

Storformede savblokke som vist i figur 11.18 anvendes i presser til at arbejde med højstyrke-metaller, især titanium, da det forbedrer trykets dimensionelle nøjagtighed. En sårblok er et tetrahedrisk prisme 1800 mm højt og vejer ca. 140 tons.

Den er lavet ved svejsning af tre smedestænger af legering (0, 25 C - Cr - 3 Ni - Mo - V) stål. Formen, størrelsen og vægten af ​​en sugeblok tillader ikke smedning efter svejsning for at sikre ønskede mekaniske egenskaber i svejsede led. Det opnås derfor ved en udførlig varmebehandlingscyklus som vist i figur 11.19.

Elektroslagssvejsning er populær i fremstillingen af ​​tykke vægge trykbeholdere til kemi-, petroleum-, marine- og elproduktionsindustrien, men efter-svejsebehandling er afgørende i denne applikation for at genoprette hakkens duktilitet, som ofte går tabt på grund af langsomme ESW-kølecykler i HAZ.

ESW bruges også til at lave filialrørforbindelser til tykke vægge og også at svejse løfteflåder til fartøjerne.

Det attraktive træk ved ESW er, at forvrængningen kan forudsiges og regnes for. Dette har gjort det populært især til skibsbygning, hvor lodrette led i skrogene på store tankskibe er blevet svejset.

For at reducere omkostningerne og for at forbedre kvaliteten produceres mange af de store og vanskelige dele, der produceres i mindre enheder af højere kvalitet, og derefter svejses elektroslag. De metallurgiske egenskaber ved en støbning og elektroslagssvejsning er ens, begge svarer på efter-svejsning af varmebehandling på en lignende måde, hvilket resulterer i ensartede strukturer og egenskaber.