Drift af GTAW: 7 trin

De vigtigste trin i en vellykket drift af Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) omfatter: 1. Elektrodeforberedelse 2. Sikkerhedsplader og rensning 3. Arc-initiering 4. Arc-vedligeholdelse 5. Aktuel korrektion med AC-svejsning 6. Svejseteknik 7. Stop Arcen.

Trin # 1. Elektrodeforberedelse:

Forberedelse af wolframelektroden ordentligt er meget vigtig, hvis der skal opnås en stærk, ren og kvalitetssvejsning. Symmetrien for elektrodeformen bestemmer gasstrømningsmønsteret og følgelig graden af ​​beskyttelse tilvejebragt til det smeltede metal i svejsepuljen. Når strømmen er lav eller elektrodediameteren er for stor, vandrer bågen fra punkt til punkt, især når DC EN anvendes.

Denne betingelse kan dog korrigeres ved at male elektroden til et punkt. Elektrodens spidsvinkel er relateret til svejsestrømmen og tykkelsen af ​​materialet, der skal svejses. Den ligger mellem 30 ° og 120 °, men den mest almindelige vinkel er 60 °. Graden af ​​konus påvirker også svejsepennetrækningen; mindre vinklen dybere penetrationen og smalere perlen.

Elektroden fremstilles sædvanligvis til en kugleledende ende med en diameter, som ikke må overstige 1½ gange diameteren af ​​elektrodeenden. Skønt undertiden er den buede ende lavet specielt på en elektrode af den form og størrelse, der er vist i figur 9.5 ved først at forbinde elektroden i svejsekredsløbet med DCEP, og processen afbrydes, når en kugle af den ønskede størrelse fremstilles, men i virkeligheden brug af elektrodeenden antager formen afhængigt af typen af ​​strøm og polaritet, som det er vist i figur 9.6. Den smeltede halvkugleformede spids er mest ønskelig til svejsning.

Thoriated wolframelektroder kugler ikke let og derfor behøver nødvendigvis at være koniske, især til svejsning med lave strømme. De giver også mere pålidelig bueinitiering og bue stabilitet med høje svejsestrømme.

Elektrodefremspring ud over gasdysen bestemmes af fælles konstruktion og svejseposition, f.eks. Ved svejsning i hånden kan elektroden strække sig op til 5 mm ud over dysen, idet filetsvejsninger er vanskeligere at håndtere ud fra synsvinklen, så en forlængelse på op til 6 mm kan være ønskeligt, mens for hjørnsvejsninger er en forlængelse på mellem 1, 5 og 3 mm tilstrækkelig. Den minimale forlængelse af elektroden ud over dysen må ikke være mindre end 1, 5 mm, ellers vil dysen blive forkert opvarmet og sandsynligvis blive skadet hårdt.

Trin # 2. Backing-up plader og rensning:

Efter at GTAW-fakklen er forsynet med den velforberedte wolframelektrode, men inden svejseoperationen påbegyndes, er det vigtigt at indstille det rydde arbejde med tilstrækkelig beskyttelse fra bagsiden for at undgå enhver dårlig virkning af de atmosfæriske gasser.

Forskellige metoder bruges til at give tilfredsstillende understøttelse. En sådan metode er brugen af ​​understøtningsstænger som den carbon black bar, der almindeligvis anvendes til samme formål i oxy-acetylensvejsning. Den anden understøttelsesmetode er indførelsen af ​​afskærmningsgas på bagsiden.

Dette er særligt velegnet til svejsning af rør, selvom det kan bruges til et pladelignende arbejde ved at tilvejebringe en støttearmatur med opbakning af gas, der passerer gennem den, som vist i figur 9.7. Brugen af ​​fluxunderlag er en anden metode til beskyttelse af svejsens bagside mod atmosfærisk forurening. Hvis fluxen klistres på bagsiden, aktiveres den for at producere beskyttelsesgas, når temperaturen går ud over en bestemt grænse.

For fuldstændig beskyttelse af bagsiden af ​​svejsningen renses det sædvanligvis med gasstrøm på bagsiden på en måde svarende til den, der er vist i figur 9.7. Gas, der almindeligvis anvendes til backup, er inert gas som argon, men undertiden kan nitrogen anvendes som rensende gas til svejsning af rustfrit stål. Hydrogen kan også anvendes, hvor eksplosionsproblemet er sikret imod, og dets absorption af basismetal er ikke et problem. Når det ikke er muligt at tilvejebringe en understøtningsarmatur til rensning eller afskærmningsgas, er den alternative fremgangsmåde at anvende oxy-hydrogen-flammer ved bagsiden. Dette holder undersiden sikker fra atmosfæren og dens forurenende virkninger.

Trin # 3. Arc Initiation:

Regelmæssig strømning af elektroner er nødvendig for bueinitiering at finde sted. Elektronemission i wolfram er af termionisk type, det er vigtigt at øge temperaturen på elektrodespidsen for at starte emission af elektroner. Den "touch and draw" metode, der anvendes til bueinitiering i skærmet metalbuesvejsning, kan uden tvivl anvendes, men det resulterer i forurening af wolframelektroden, især i tilfælde af høj svejsestrøm.

Dette resulterer i sænkning af elektrodespidsens smeltepunkt, hvilket kan føre til wolframintegration i svejsemetal, højere elektrodekonsumtion og etablering af ustabil bue, og det er derfor en uønsket praksis.

I lyset af disse begrænsninger udføres normalt initiering i GTAW ved en af ​​følgende tre metoder:

(i) Brug af kulstofblok eller skrotmateriale,

(ii) Højfrekvent højspændingsforsyning, og

(iii) Lavstrøms pilotbue.

Det er en almindelig praksis at starte bue ved berøring og tegne metode på en kulstofblok. Buen er let etableret og opretholdes i et kort øjeblik for at opvarme wolframelektroden til dannelse af termionisk emission. Dette tager normalt nogle få sekunder, hvorefter buen startes let på stedet, hvor svejsningen skal påbegyndes på emnet.

Denne berøringsmetode og -trækning er ikke altid fejlfri, fordi carbonpartikler kan holde sig til wolframelektroden, som derefter kan overføres til emnet, hvilket fører til uønsket inklusion eller kulstofoptagelse af svejsemetallet. Volframcarbidet har også et lavere smeltepunkt og resulterer derfor i at forøge størrelsen af ​​smeltet sfærisk ende.

Dette resulterer også i buevandring og stigning i bue-modstand, som reducerer strømtætheden. Da det er uønskede forhold, anbefales det ofte at starte bue på skrot af arbejdsmateriale, indtil den ønskede varmeopvarmning af elektroden er opnået, og derefter overføres bue til det sted, hvor svejsningen skal påbegyndes.

Højspændings højfrekvensstrøm bruges ofte i forbindelse med vekselstrømkilder for at opnå let bueinitiering uden at berøre elektroden til emnet. Når højfrekvente højspændingsstrømmer overlejres over det normale svejsekredsløb, ioniserer det hurtigt luftgabet mellem elektrodespidsen og emnet, hvilket gør det nemt for elektronemissionen at stamme fra wolframelektroden.

Den anvendte højfrekvens varierer mellem 100 KHz og 2 MHz for en spænding på 3000 til 5000 volt. Denne fremgangsmåde til bueinitiering er meget effektiv og ren og giver et lang levetid til wolframelektroden. Når bågen er startet og stabiliseret, er HFHV-strømmen slukket, og det normale svejsekredsløb træder i drift. Figur 9.3 viser det elektriske kredsløb for HFHV-bue-initieringssystemet, og figur 9.8 viser den grundlæggende bølgeform opnået med en sådan enhed for at initiere eller bibeholde bue.

Lavstrøms pilotbuesystem er meget pålidelig bueinitieringsmetode, der kan anvendes med et DC-svejsesystem. Pilotbuen er etableret mellem wolframsvejselektroden og en anden elektrode (sædvanligvis anode) inkorporeret i GTAW-brænderens dyse, som vist i figur 9.9. Pilotbuen drives af en lille hjælpekilde og giver betingelser for at starte svejsebueen på en måde, der ligner pilotbue, der anvendes til belysning af gaskomfur. Pilotbueen kan enten startes med scratch-teknik eller ved højfrekvent energi.

Trin # 4. Arc Maintenance:

Vedligeholdelse af en stabil bue er afgørende for at få konsistente og god kvalitet svejsninger. Dette kan ikke være meget af et problem i en DC-bue, men i ac-svejsning opnår buespændingen og svejsestrømmen nul størrelsen hver halve cyklus. For en normal 50 Hz strømforsyning går bue således 100 gange hvert sekund, hvilket kan føre til lysbueafbrydelse, hvis der ikke træffes passende foranstaltninger for at opretholde stabiliteten.

Dette gøres normalt ved en af ​​følgende tre metoder:

(i) Svejsetransformatorens høje åbne spændingsspænding,

(ii) Indførelse af højfrekvent højspænding på hoved svejsekredsløbet, og

(iii) Injektion af højspændingsbølge.

Med den første metode er en transformer designet således, at den giver en tilstrækkelig høj OCV og lav elektrisk inerti for at hjælpe med at genskabe lysbuen umiddelbart efter den aktuelle nulpause. Under den positive halvcyklus løber elektroden varmere, så der ikke er behov for høj OCV i den negative halvcyklus, da bue genantændes straks ved ændring fra positiv til negativ halvcyklus, men ved negativ til positiv halvcyklusændring er elektroden køligere og Derfor er der forsinkelse i genindtrængning, hvilket resulterer i den aktuelle nulpause, og dette fænomen er kendt som delvis korrektion.

Under den aktuelle nulpause er der spændingsspænding for at tænde bågen igen som vist i figur 9.10. Således regner arken tilfredsstillende, når OCV'en er tilstrækkelig høj; dette resulterer i en velholdt bue. Denne fremgangsmåde til opretholdelse af en svejsebue betegnes også som selvantændelse.

Selvantændelse, selvom det er simpelt, har sine egne ulemper, idet OCV har en tendens til at være høj, som normalt nærmer sig 100 volt, og som fører til en lav effektfaktor (dvs. V _arc / OCV). For større pålidelighed er selvantænding ofte suppleret ved at levere en højfrekvens gnist enhed, der betjenes fra OCV og bliver uvirksom, når spændingen falder ned til den normale lysbuespænding. Denne afbrydelse begrænser også varigheden af ​​radiointerferens.

Når HFHV-enhed er indbygget i svejsekredsen til kontinuerlig brug, kan den ikke kun bruges til bueinitiering, men også til buevedligeholdelse. For at opnå genindtrængning udledes gnisterne over buen mellemrummet og der tilvejebringes en ioniseret bane for strømstrømmen i hovedsvejsekredsløbet. Lidt lavere åbne kredsløbsspændinger kræves med højfrekvente enheder, og det fører til tilsvarende forbedring af effektfaktoren.

Højfrekvens gnistsenheden består af en kondensator, der er opladet af højspændingstransformator, som udleder gennem et gnistgab. Det er så betjent, at et gnistret genereres, når svejsespændingsspændingen overskrider spændingsgabens spændingsspænding, og den er indrettet til at forekomme i den periode, hvor svejsestrømmen passerer gennem den aktuelle nulpause (se fig. 9.8). Det dækker normalt to tredjedele af hver halvcyklus. På grund af den cykliske karakter af dens funktion kan det ikke give øjeblikkelig lysantænding, så det resulterer i delvis korrektion.

Den tredje metode til lysantænding med bue involverer at indsprøjte en spændingsbølge i strømkredsløbet for at tilvejebringe den spidsspænding, der kræves til genindtænding. Dette opnås ved at udlade en kondensator gennem en omskifter, der betjenes af strømkredsløbet i det påtænkte øjeblik. Hvis buen slukker i slutningen af ​​den negative halvcyklus, begynder spændingsreignitionstoppen at udvikle sig, og det brænder en gasudladningsventil, som igen udlader kondensatoren for at genændre bågen. Antændelse i dette tilfælde er øjeblikkelig og eliminerer således muligheden for delvis korrigering i HFHV-metoden.

Da transformator docs ikke behøver at levere top OCV derfor kan systemets effektfaktor forbedres ved at anvende en lav OCV-transformer. Re-ignition infact kan udføres med 50 volt rms; dermed kan det også forbedre driftssikkerheden. Systemet virker øjeblikkeligt og slukker automatisk, når lysbuen genstartes.

Den tidsstyrede spændingsbølge kan kun bevare en bue, den kan ikke starte den fra kold eller altid efter øjeblikkelig udryddelse. Kredsløbsdiagrammet for en stigningsinjektor og dets virkning er afbildet i figur 9.11.

Trin # 5. Aktuel korrektion med AC svejsning:

Når en stabil bue er etableret med ac i GTAW, bliver wolframelektroden opvarmet til en meget højere temperatur end temperaturen af ​​metallet, der svejses. Dette resulterer i forskellige evner af elektroden og emnet til at udstede elektroner; elektroden bliver varmere udsender elektroner langt lettere end emnet. Dette resulterer i forskel i modstandsdygtighed over for strømmen, som har tendens til at producere ubalanceret ac vist i figur 9.12.

Da højere spænding er nødvendig, når elektroden er positiv, resulterer det i en lavere strømstrøm, der forårsager delvis korrektion. Denne delvise rettelse er også kendt som en iboende udbedring og resulterer i en d. c-komponent af strøm, som har en tendens til at mætte transformatoren, hvilket resulterer i dens afledning i omfanget af 30%. Denne situation er yderligere accentueret på grund af nuværende nul pauser, når de opstår.

De skadelige virkninger af iboende retificering kan korrigeres ved at indsætte banker af reversible elektrolytkondensatorer, som kan give op til 100 pF / A i effektkredsløbet som vist i figur 9.13. Dette resulterer i en ladning tilbage på disse kondensatorer, når elektroden er negativ, hvilket gør det mere strøm, når elektroden er positiv.

Imidlertid er denne kondensatorbanks rolle vendt på tidspunktet for bueinitiering, når buen fejler under strømens negative cyklus. Således resulterer det i omvendt retifikation, som efterlader en ladning af omvendt polaritet til den, for hvilken den er indsat i kredsløbet. Derfor modsætter det sig bueindvielsen. For at forhindre dette er undertrykkelseskondensatoren slukket i løbet af bueinitieringstiden.

Når højfrekvens ac anvendes, er det let at starte GTAW-bue og hvis HF-enheden bruges regelmæssigt, end buevedligeholdelse, er det heller ikke noget problem. I et sådant tilfælde er svejsetransformatoren konstrueret således, at wolframelektroden afkøles og tilvejebringer den nødvendige varmebalance ved at modificere de positive og negative halvcykluser for at give det ønskede resultat. Til dette formål kan en positiv til en negativ halvcyklus have et forhold så højt som 1: 20, og det kan være af en hvilken som helst ønsket konfiguration som vist i figur 9.14.

Trin # 6. Svejsningsteknik:

Både manuelle og mekaniserede driftsformer anvendes til GTAW. Ved manuel svejsning holdes svejsebrænderen i en vinkel på 70 ° til 80 ° i forvejs svejseposition, efter at bågen er startet. Til mekaniseret GTAW holdes svejsebrænderen generelt vinkelret på emnet.

For at påbegynde manuel svejsning flyttes buen i en lille cirkel for at skabe en svejsepool af passende størrelse. Når først en svejsepool af ønsket størrelse er etableret ved startpunktet, laves en svejsning ved at flytte faklen langs svejsearbejdet ved den ønskede svejsningshastighed. Stivelse af det smeltede metal giver den ønskede svejsepirform og svejsningen opnås.

Tilsætning eller fravær af fyldmetal i GTAW afhænger af arbejdsstykketykkelsen og samlingsdesignet. Når der kræves fyldstof i løbet af manuel svejsning, udføres hånden med fyldstang ved den forreste ende af svejsepuljen.

Svejsebrænderen og påfyldningsstangen bevæges glat langs samlingskanterne for at opretholde en svejsepølje af ensartet størrelse. Det sikres, at beskyttelsesgasdækket fastholdes over det smeltede metal, indtil det størkner, og den varme ende af fyldstangen opretholdes ligeledes inden i afskærmningsgaskappen for at undgå muligheden for oxidation.

Forskellige metoder til tilførsel af fyldmaterialet til svejsepuljen er vedtaget. Den mest anbefalede til tyndt materiale er det, hvor fyldstangen holdes ved 15 ° til arbejdsstykkefladen foran lommelygten, og den tilsættes gentagne gange til svejsepuljen som vist i figur 9.15. I den anden metode holdes fyldtrådene imod emnet langs svejsesømmen og smeltes sammen med fugekanten. Til stor svejsning tilføres fyldtråd kontinuerligt ind i svejsepuljen; både lommelygte og fyldtråd er oscilleret, men i modsat retning. I automatisk GTAW tilføres fyldetråden mekanisk gennem en føring ind i svejsepuljen med ensartet hastighed.

Ud fra et synspunkt om god gennemtrængning, korrekt forstærkning, svejsekvalitet og økonomi er downhand eller flat svejsning bedst egnet til GTAW. Imidlertid kan en god indtrængning også opnås ved lodret opsvetsning. GTAW-fakkel holdes normalt ved 75 ° til arbejdsemnet i forvejs svejseposition både til downhand og lodret op svejsning. Lodret svejse er normalt ikke tilfredsstillende; metal kan falde, og manglende penetration resulterer ofte.

Mekaniseret GTAW anvendes ofte og ofte er samlingerne konstrueret således, at behovet for fyldtråd elimineres. Når det er nødvendigt, føres tilførselsledningen af ​​den krævede størrelse ind i svejsepuljen fra en spole. De mekaniserede enheder benytter ofte brug af buelængdekontrolanordninger, for hvilke GTAW-faklen er fastspændt på en lineær aktuator, og fakkelens bevægelse langs den er baseret på tilbagemeldingen opnået i form af ændring i buespænding.

Denne enhed er meget nyttig at holde konstant lysbue længde og kan således let eliminere variationen i svejses geometri på grund af mindre variation i arbejdsemnerens kontur. Det er dog også anvendt i automatiske GTAW-rørledninger, hvor det automatisk justerer lysbue længden ved at skifte fakkelposition hver gang en runde er afsluttet i en multi-pass-perifer svejsning. Dette sikrer, at lysbuespændingen og svejsestrømmen forbliver i overensstemmelse med konsistensen i svejsekvaliteten.

Trin # 7. Stop Arc:

Buen skal slukke i slutningen af ​​svejsekørslen, og dette skal gøres gradvist snarere end brat. Pludselig standsning af svejsning kan medføre defekter som centrale rør- og pawesprækker. Disse fejl kan forårsage lækager i leddene, især dem, der er beregnet til brug under vakuum eller under tryk.

Den normale metode til at stoppe buen er derfor ved at reducere svejsningshastigheden og trække faksen gradvist til krateret er helt fyldt op. Ved DC-svejsning slukker bågen også ved at forlænge den, hvilket fører til øget spænding og reduceret strøm på en måde, der afhænger af svejsekraftkildeens volt-ampere karakteristika.

Ved mekanisk svejsning reduceres endekrateret ved at øge svejseprocessen inden slukning. Kraterrøret kan også elimineres ved at reducere strømmen gradvist før standsning ved at anvende en anordning kaldet kraterfyldstof.

I alle disse tilfælde er svejsekredsløbet konstrueret til at tænde afskærmningsgasen før strømmen starter i svejsekredsløbet, og når faksen er slukket strømmen af ​​strømstop straks, men afskærmningsgasstrømmen opretholdes for et par sekunder mere for at sikre beskyttelse af det varme stivende svejsemetal. Dette opnås ved at tilvejebringe magnetventiler i kredsløbet.