ESW: Introduktion, Setup och Applications

Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig om: - 1. Introduktion till elektroslagsvetsning (ESW) 2. Material som krävs för elektroslagsvetsning (ESW) 3. Elektrisk krets och en inställning 4. Deponeringshastigheter 5. Svets gemensam konstruktion 6. Svetsstruktur och Egenskaper 7. Applikationer.

Introduktion till elektroslagsvetsning:

Elektroslagsvetsning är en fusionssvetsprocess för att sammanfoga tjocka arbetsstycken med ett enda pass. Denna process är INTE en bågsvetsningsprocess, men det mesta av uppställningen liknar de vanliga bågsvetsprocesserna och bågning krävs för att initiera processen och kan också inträffa senare när processstabiliteten störs.

Värmen genereras på grund av strömflödet genom den smälta slaggen som ger den nödvändiga motstånden som ersätter båtmotståndet. Processen har egenskaper som liknar gjutningsprocesser, men i detta smälter de två sidorna av gjutväggen för att anslutas till den ytterligare smälta metallen. Ett karakteristiskt kännetecken för processen är dess vertikala uppkorsning i de flesta fallen. Det kan använda en eller flera elektroder beroende på arbetets tjocklek.

Uppfinningen av processen 1951 krediteras Paton Svetsinstitutet, Kiev (Sovjetunionen) och vissa efterföljande utvecklingar till Svetsforskningsinstitutet, Bratislava (Tjeckoslovakien). För närvarande används processen för att svetsa tjockväggiga komponenter som tryckkärl, turbinhöljen, maskinramar etc.

Denna process eliminerar problemen i samband med flervägssvetsar och leder till ekonomiska svetsar vid hög svetshastighet och utan vinkelförvrängning. Det finns ingen övre gräns för tjocklek som kan svetsas med denna process, men 50 mm är vanligtvis den lägre gränsen för ekonomisk drift.

Även om gjutjärn, aluminium, magnesium, koppar, titan etc. kan alla svetsas med denna process men ståltillverkarna är de stora användarna. Stålen svetsas genom elektroslagsvetsning kan innehålla kol- och låglegeringsstål, höglegerade stål, slitage och korrosionsbeständig stål.

Material som krävs för elektroslagssvetsning:

Bortsett från arbetsmaterialet krävs andra förbrukningsartiklar elektrodkabeln och flödet. Svetsförbrukningsmaterialen kan effektivt utnyttjas för att styra svetsmetallens sammansättning och därmed dess mekaniska och metallurgiska egenskaper.

1. Elektroder:

Vanligtvis används två typer av elektroder, fasta och metallkärnade. Fast elektroder är mer populära, men de metallkärnade elektroderna möjliggör justering av fyllmedelsammansättning för svetslegeringsstål genom legeringstillägg (t.ex. ferro-mangan, ferro-kisel etc.) i kärnan och hjälper till att fylla på fluss i det smälta badet .

Vid elektroslagsvetsning av kolstål och HSLA-stål innehåller elektrodkabeln vanligtvis mindre kol än basmetallen. Detta förhindrar sprickbildning i svetsmetall av stål som innehåller kol upp till 0-35%. Elektrodstrådarna används dock för svetsning. Stålstycken passar vanligen med basmetallkompositionen. Elektroslagsvetsar i legeringsstål värms vanligtvis för att uppnå de önskade egenskaperna i svetsmetall och HAZ och matchande elektrodtrådskomposition säkerställer liknande svar på sådana behandlingar från olika delar av svetsningen.

Elektroslagsvetsar på grund av kvadratkantsberedning har vanligen hög utspädning mellan 25 och 50%. Med matchande elektrodtråd är det inte en följd eftersom metallet från elektroden och den smälta basmetallen blandas noggrant för att ge nästan likformig kemisk sammansättning i hela.

Elektrodstråden för FW ligger vanligen mellan 1, 6 och 4, 0 mm diameter; Tråd med diameter 2, 4 och 3, 2 mm är dock mer populär. Dessa ledningar levereras i spolform med spolarna varierande i storlek och väger upp till högst 350 kg; men den mest populära förpackningen väger ca 25 kg.

2. Flux:

Flux är kanske det viktigaste förbrukningsämnet av ESW. I sitt smälta tillstånd omvandlar den den elektriska energin till värmeenergi som hjälper till att smälta elektrodtråden och grundmetallen för att bilda en svetsfog. Det är också nödvändigt att skydda den smälta svetsmetallen från atmosfären och för att säkerställa en stabil drift.

Flödet i dess smälta tillstånd är nödvändigt för att leda elektricitet, men samtidigt bör det erbjuda tillräckligt motstånd mot flödet för att generera tillräcklig värme för svetsning. Om motståndet är mindre än vad som krävs, resulterar det i bågning. Slaget måste också ha optimal viskositet, dvs det bör inte vara för tjockt för att hindra god cirkulation och orsaka slaktintag eller för tunt för att orsaka överdriven läckage.

Smältpunkten för flödet måste vara långt under den för basmetallen och dess kokpunkt måste ligga långt över driftstemperaturen för att undvika otillbörliga förluster som kan ha skadliga effekter på driftskarakteristiken. Driftstemperaturen för svetsstål är ca 1650 ° C. Det smälta flödet bör vara ganska inert mot basmetallen och bör vara stabilt över ett brett spektrum av svetsförhållanden.

Huvudbeståndsdelarna i ESW-flödena är komplexa oxider av kisel, mangan, titan, kalcium, magnesium och aluminium med tillsatser av kalciumfluorid.

Försummar förluster genom läckage är den använda mängden flöde ca 5 till 10 kg för vardera ca 100 kg av metall avsatt. Med ökningen i plåtens tjocka näs- eller svetslängder minskar flödeskonsumtionen till 1, 5 kg per ca 100 kg av metall avsatt. En annan approximation är ca 350 g fluss per vertikal mätare av foghöjden.

Det finns två typer av flöden som normalt används för ESW. En kallas startflödet och den andra ett löpande flöde. Startflödet är så utformat att det snabbt stabiliserar ESW-processen. den har låg smältpunkt och hög viskositet. Det smälter snabbt och väger sopytan för att underlätta lätt start.

Det är mycket ledande och genererar hög värme snabbt. En liten del av detta flöde används för att starta processen. Det kan hjälpa till att initiera processen utan sump. Loppet eller driftflödet är utformat för att ge en korrekt balans mellan driftsparametrarna för att uppnå korrekt elektrisk ledningsförmåga, badtemperatur och viskositet för att erhålla önskad kemisk analys. Ett löpande flöde kan fungera över ett brett spektrum av förhållanden.

Fasta elektroder för ESW av kol och HSLA-stål är uppdelade i tre klasser, nämligen medium mangan (ca 1% Mn), hög mangan (ca 2% Mn) och speciella klasser. ESW-flödena klassificeras på grundval av mekaniska egenskaper hos en svetsdeposition gjord med en viss elektrod och specificerad basmetall.

Fluxens sammansättning lämnas av tillverkarens diskretion men två nivåer av draghållfasthet för svetsmetallen specificeras: 415-550 MPa och 485-655 MPa; ett minimum seghetskrav ska också uppfyllas. Ett typiskt flöde för svetsning av stål med lågt kolhaltigt stål skulle ha en nominell analys av huvudbeståndsdelarna som visas i tabell 11.1.

Tillsats av CaF ₂ reducerar viskositeten och förbättrar den elektriska ledningsförmågan hos den smälta slaggen.

Elektrisk krets och en inställning för ESW:

Den elektriska kretsen för ESW-processen visas i figur 11.5 (a) och motsvarande schematiska för inställningen visas i figur 11.5 (b).

Deponeringsräntor för Elektroslagssvetsning:

Deponeringshastigheten för elektroslagsvetsningsprocessen är bland de högsta för vilken process som helst som används för att göra samma jobb. Fig. 11.11 visar deponeringshastigheterna som påverkas av svetsströmmen för 2, 4 mm och 3, 2 mm diameter elektrodkablar.

Antalet elektroder som används är också en viktig faktor som påverkar avsättningshastigheten i ESW och är ungefär 16-20 kg / h per elektrod. För arbete med stor tjocklek med hjälp av tre elektroder kan 45 - 60 kg / timme av svetsmetall avsättas. Med en gemensam avstånd på 30 mm visas svetshastigheten i figur 11.12. Tunga plattor med tjockleksvariation från 75 till 300 mm svetsas vid hastigheter som varierar från 60 till 120 cm / h.

Svets gemensam design för elektroslagsvetsning:

Huvudtyperna av fogar som kan svetsas genom ESW-processen inkluderar rumpa, filé, komer, övergång, T-fog och korssvetsningen som visas i figur 11.13; Dock behövs speciellt utformade kvarhållande skor för andra fogar än rumpa, hörn och T-leder. Några typiska elektroslagsvetsade sömmar visas i figur 11.14.

Edge Preparation och Fit-up:

Kantförberedelse för elektroslagsvetsning är mycket enklare än för bågsvetsning och i de flesta fall krävs endast skärning av plattor med kvadratkanter. För tjocklek upp till 200 mm kan detta göras med oxy-acetylen flamskärningsmaskiner. Eftersom elektroslagsvetsning ger djup penetration är slätheten hos klippkanter av liten betydelse; Inaktiva utsparrade spår 2-3 mm djupa kan enkelt hysas utan några skadliga effekter. I tjockare sektioner växer sådana spår, kallad kammusslor, ofta i djupet och därmed nödvändiggör bearbetning av flamskants.

För att passa upp delar till ESW används i allmänhet U-klämmor av de typer som visas i figur 11.15. Dessa är tacksvetsade på baksidan av leden. De U-formade klämmorna används för att åstadkomma en obegränsad rörelse av kopparhållningsblock eller för passage av tomgångsvagnen. Ibland kan U-klämmor ersättas med remsor som avlägsnas med hammarslag eller en gasskärningsbrännare när svetshuvudet närmar sig.

För att passa upp delar till ESW är det viktigt att behålla det konstruerade gapet. Det är emellertid normalt accepterat att det finns en skillnad mellan konstruktionsgapet och inpassningsgapet. Konstruktionsklyftan anses ofta vara en antagen mängd som används för att beräkna dimensionerna för en färdig svetsning och den är mindre än inpassningsgapet genom mängden krympning av den deponerade metallen. Monteringsgapet är avståndet mellan fusionsytorna monterade för svetsning.

Det varierar normalt längs samma gemensam längd. Generellt ökar den med 2 - 5 mm för varje meter i foglängden när den rör sig uppåt längs sömmen. Med anpassningsgapet så anpassat uppträder den faktiska klyftan efter svetsning och sammandragning att vara likformig längs hela längden av fogen och är lika med konstruktionsspalten. De föreslagna värdena för konstruktionen och monteringsluckorna anges i tabell 11.3 och figur 11.16 visar en typisk passform för ESW.

Några föreslagna variabler för ESW sammanfattas i tabell 11 .4 .:

Svetsstruktur och egenskaper hos elektroslagsvetsning:

Elektroslagsvetsning används huvudsakligen för svetsning av stål, men Q & T (Quenched and Tempered) stål är vanligtvis inte förenade med denna process. Temperaturen uppnådd i det omedelbara svetsområdet är omkring 1925 ° C. Denna höga temperatur med en långvarig termisk cykel resulterar i en svetsmetallstruktur bestående av stora tidigare austenitkorn med kolonnformiga stelningsmönster med grova korn som producerar spröda portioner i den färdiga produkten.

Vanligtvis är det önskvärt att normalisera svetsmetallen genom uppvärmning till ca 40 ° C över den nedre transformationstemperaturen av arbetsmaterialet följt av långsam kylning. Detta förbättrar kraftigt egenskaperna hos kol och låglegeringsstål, särskilt deras motstånd mot spröd frakturinitiering och förökning.

De återstående spänningsmönster som produceras i det svetsade tillståndet är ganska gynnsamma, såsom visas i fig 11.17. Normalt produceras ingen vinkelförvrängning i E5W-lederna på grund av symmetrin hos de flesta svetsar (fyrkantspår i ett enda pass). Draghållfastheten hos stålsvetsar varierar från 380 MPa till 420 MPa.

Tillämpningar av elektroslagsvetsning (ESW):

Huvudområdena för tillämpning av ESW-processen innefattar svetsning av konstruktion, maskiner, fartyg, tryckkärl och gjutgods.

Svetsning av svetsar för övergångstyp för att ansluta olika tjocklekar är en vanlig strukturell ESW-applikation. En annan stor användning i detta område är svetsning av förstyvningar i lådkolumner och vida flänsar; i alla dessa fall skulle förstyvningssvetsen vara en T-ledd.

Sammankoppling av stora, breda flänsbalkar är en annan imponerande tillämpning av ESW, och ännu en vanlig användning av ESW är skarvning av flänsar, det vill säga stötsvetsningen av plattor av samma tjocklek.

Vid tillverkning av maskiner sker tillverkning av stora pressar och verktygsmaskiner som kräver tunga och stora plattor med hjälp av ESW. Särskilda användningsområden är användningen i ugnar, växellådor, motorramar, pressramar, turbinringar, krosskroppar och fälgar för vägvalsar.

Storstorade sågblock som visas i figur 11.18 används i pressar för att arbeta höghållfasta metaller, särskilt titan, eftersom det förbättrar dimensionens noggrannhet av pressningar. Ett sågblock är en tetrahedral prisma 1800 mm hög och väger ca 140 ton.

Det tillverkas genom svetsning av tre smidda legeringar (0, 25 C - Cr - 3 Ni - Mo - V) stål. Formen, storleken och vikten på ett sågblock tillåter inte smide efter svetsning för att säkra önskade mekaniska egenskaper i svetsade leder. Det uppnås därför genom en detaljerad värmebehandlingscykel som visas i fig 11.19.

Elektroslagssvetsning är populär vid tillverkning av tjockväggiga tryckkärl för kemi-, petroleum-, marin- och kraftgenererande industrier, men eftersvetsbehandling är avgörande för denna applikation för att återställa den skårbara duktiliteten som ofta förloras på grund av långsamma ESW-kylcykler i HAZ.

ESW används också för att göra grenröranslutningar till tjockväggiga fartyg och även att svetsa lyftklackar till fartygen.

Den attraktiva funktionen hos ESW är att förvrängningen kan förutsägas och redovisas. Detta har gjort det populärt speciellt för skeppsbyggnad där vertikala fogar i skrov på stora tankfartyg har framgångsrikt svetsats.

För att minska kostnaderna och förbättra kvaliteten är många av de stora och svåra att gjutna komponenterna producerade i mindre högkvalitativa enheter och sedan elektroslagna svetsade. De metallurgiska egenskaperna hos en gjutnings- och elektroslagsvets är likartade, båda svarar mot värmebehandling efter svetsning på ett liknande sätt som resulterar i likformiga strukturer och egenskaper.