Submerged Arc Welding (SAW): Utrustning och applikationer

Efter att ha läst denna artikel kommer du att lära dig om: - 1. Introduktion till sänkt bågsvetsning (SAW) 2. Utrustning och material för SAW 3. Elektrisk krets och installation 4. Typer av gemensam och kantberedning 5. Förberedelser 6. Tillämpningar.

Introduktion till nedsänkt bågsvetsning (SAW):

Med godtagandet av svetsning som tillverkningsprocess för stora konstruktioner som fartyg, broar och tryckkärl ökade behovet av att göra det till en hög deponeringshastighetsmetod. Den huvudsakliga svetsprocessen som användes vid den tiden var avskärmad metallbågsvetsning med nästan alla typer av elektroder som för närvarande är tillgängliga utom järnpulvertypen. Försök gjordes att använda långa och tjocka elektroder med tungare strömmar, men det gjorde svetspumpens storlek för stor för effektiv manipulation.

Minskning i diameter ledde till ökad uppvärmning på grund av jouleffekten. Efter att ha misslyckats med långa och tjocka elektroder gjordes ansträngningar för att mekanisera processen med användning av en tidning av stordelektroder av normal storlek för att mata dem mekaniskt efter varandra. Systemet hittade emellertid inte fördel med tillverkarna på grund av brist på elektrodmanipulation och svårighetsgraden för ljusbågsinitiering varje gång en ny elektrod matades in i fogen.

De slutliga försök som gjordes av användningen av spolad elektrodråd med lös flux hällt före svetsbassängen för att täcka svetsmetallen ledde till framgångsrik utveckling av nedsänkt bågsvetsning på 1930-talet nästan samtidigt både i USSR och USA. Sedan dess har processen, både i sina automatiska och halvautomatiska versioner, funnits stor användning inom industrin. Submerged bågsvetsning (SAW) kallas också ibland "sub-arc" -svetsning.

Utrustning och material för SAW:

Utrustningen för SAW beror på om processen är av automatisk typ eller halvautomatisk typ. För automatisk SAW består det av en svetsströmkälla, en trådmatare och ett styrsystem, ett automatiskt svetshuvud, en flussbehållare med flödesmatningsmekanism, ett fluxåtervinningssystem och en färdmekanism som vanligtvis består av en resevagn och skenorna .

En strömkälla för automatisk SAW-process måste bedömas för 100% arbetscykel, eftersom svetsen ofta tar mer än 10 minuter att slutföra. Både AC och DC-strömkällor används och de kan vara av konstant ström (CC) eller konstant spänning (CV) typ. För singelbåge används DC-strömkälla med CV nästan alltid, medan växelströmskällor oftast används för flera elektroder SAW.

Generellt används svetslikriktare som strömkällor för att få ett strömområde från 50A till 2000A, men oftast görs SAW med ett strömområde av 200 till 1200 ampere.

Svetspistolen för automatisk SAW är ansluten till trådmatningsmotorn och innehåller aktuella upptagstips för att ge den elektriska kontakten till ledningselektroden. Flussbehållaren är fastsatt på svetshuvudet och den kan drivas magnetiskt genom ventiler så att de kan öppnas eller stängas av styrsystemet.

För halvautomatisk SAW är utrustningen annorlunda än den som används för automatisk SAW, eftersom den har en strömkälla med lägre betyg och det automatiska svetshuvudet är ersatt av en svetspistol och en kabelsammansättning med flussbehållare som är ansluten till den och det använder ingen vagn eller skenor.

Effektkällan för halvautomatisk svetsning är av DC-typ och kan ha en lägre arbetscykel än 100%. Spjällpistolen är försedd med en brytare för att starta eller stoppa svetsningen.

En fluxåtervinningsenhet för sugtyp används för att samla det osmälta flödet i en behållare från vilken det kan hänvisas till behållaren. alternativt kan det återvunna flödet matas direkt till behållaren, särskilt i de tunga SAW-systemen.

Ett nedsänkt bågsvetsningssystem görs ibland ganska komplicerat genom att inkorporera ytterligare funktioner som sömmöjare, vävare, arbetsförflyttare, etc. De huvudsakliga förbrukningsmaterial som krävs för nedsänkt bågsvetsning är trådarna och flödena.

Elektrisk krets och inställning för SAW:

Fig 8.1 visar den elektriska kretsen för SAW medan figur 8.2 visar blockdiagrammet. En faktisk inställning för automatisk nedsänkt bågsvetsning visas i figur 8.3.

Bild 8.1 Elektrisk kretsschema för nedsänkt bågsvetsning

Typer av gemensam och kantberedning för SAW:

Huvudvis två typer av svetsfogar, nämligen rumpa och filé är gjorda av nedsänkt bågsvetsning. Emellertid kan även omkretsled i skarv-, filett-, hörn- eller varvtyperna svetsas framgångsrikt med denna process. Olika typer av kantförberedelser med detaljerna i spårvinkeln, rotansidan, rotspalten (om någon) och de toleranser som normalt är tillåtna för dem ges i figur 8.11.

Fig. 8.11 Typer av gemensam förberedelse för nedsänkt bågsvetsning

Den gemensamma kantförberedelsen varierar beroende på tjockleken hos materialet som ska svetsas och kan innefatta flänsade, kvadratiska, enkla fasade och dubbelformade typer. Enligt förfarandet följs svetsar antingen från ena sidan eller från båda sidor.

Förberedelse för SAW:

Undervattensbågsvetsning kräver mer noggrann förberedelse och bättre passform än skärmad metallbågsvetsning. Detta beror på att i SAW bildas en stor smältmetallpool, så om smältningen är dålig kan den smälta metallen och slaggen rinna ut genom luckor och på så sätt påverka svetskvaliteten.

I SMAW om gapet inte är enhetligt kan operatören ta hand om det genom att ändra hastigheten och manipuleringen av elektrodrörelsen. I SAW är processen dock automatisk och fogkanterna är täckta med fluss så att inga sådana kontroller kan påverkas, varigenom svetskvaliteten påverkas allvarligt av fogkanten.

Fusionsytorna och de angränsande områdena av arbetsstyckena ska rengöras av rost, olja, färg, fukt och andra främmande material. Dåligt rengjorda gemensamma ytor kan resultera i porositet. Både spårytorna och den angränsande metallen för en bredd på upp till 50 mm bör rengöras noggrant. Det är bättre att rengöra och justera de delar som ska svetsas strax före svetsning, eftersom annars kan rost täcka dem igen på kort tid. Ett tunt lager av kvarnskala kommer emellertid inte att påverka svetsens kvalitet.

Rengöring av fusionsyta efter montering av delarna kan inte producera det önskade resultatet eftersom rostspår kan komma in i mellanrummen mellan de anliggande och överlappande kanterna, vilket leder till porositet i svetsar.

Särskild försiktighet bör beaktas om avståndet mellan de delar som ska svetsas. Spalten ska vara enhetlig och inom de angivna gränserna. När backplattor, flussbädd eller andra anordningar används för att begränsa högsvetssvetsmetallen och smält slaggen, bör gapet i en stötfog inte överskrida 2 mm för en metalltjocklek på upp till 16 mm och 3 mm för en plåttjocklek över 16 mm. Spalten i svetsfilé och varvtal med en lutad elektrod bör inte överstiga 1-5 till 2 mm.

Automatiskt svetshuvud börjar röra sig längs fogen så fort en båge slås. Därför kommer brist på fusion sannolikt att uppstå vid svetsstart, där metallen ännu inte är tillräckligt uppvärmd. Vid slutet av svetsen kan porer eller krympningsrör bildas i den fyllda kratern.

Det är därför som det är lämpligt att använda inlopps- och utloppsflikar eller -plattor, som visas i figur 8.12. Inlopps- och utloppsplattor och det monterade arbetet hålls vanligen i läge med manuellt svetsade klibbar. Tungbelagda elektroder bör användas för klibbsvetsning, eftersom nakna eller lättbelagda elektroder kan producera klibbsvetsar med porer och hålrum.

Tillämpningar av SAW:

Submerged bågsvetsning används huvudsakligen för svetsning av lågkolv och låglegeringsstål, men med utveckling av lämpliga flussmedel kan den användas framgångsrikt för svetsning av rostfritt stål, koppar, aluminium och titanbaserade legeringar. SAW är också kapabelt att svetsa medelt kolstål, värmebeständigt stål, korrosionsbeständigt stål och många höghållfasta stål. Processen kan också anpassas till svetsnickel och monel (33/66 Cu-Ni), etc.

Denna process används huvudsakligen i svetsläget för plåttyckningar mellan 5 och 50 mm, speciellt där svetsarna är raka och långa. Maskinerna som används för sådana svetsar båg av självgående traktortyp. För mindre och cirkulära svetsar kan arbetsstyckena vridas till ett stationärt svetshuvud. SAW används i stor utsträckning för skott och filtsvetsar i tunga industrier som skeppsbyggnad, tillverkning av tryckkärl, järnvägsvagnar, konstruktionsmaskiner, rörsvetsning och för lagertankar. För svetsförvaringstankar på plats används speciella självgående maskiner med anordningar för uppsamling av spillflödet för att skapa omkretssömsvetsar.

Svetsar av SAW har hög hållfasthet och duktilitet med lågt väte och kväveinnehåll.

Särskilda tillämpningar av Wire and Flux Combinations of SAW:

Till skillnad från bred acceptans av standardspecifikationerna för belagda elektroder verkar det inte finnas någon bestämd överenskommelse bland tillverkarna av SAW-flöden för att godkänna några uppsatta standarder. Följaktligen varierar de standarder som följer från en tillverkning till en annan. Detaljer som anges i detta avsnitt och baseras på de som erhållits av en av de största leverantörerna av SAW-ledningar och flussar som tillverkar dessa material under ledning av en stor multinationell inom området svetsförbrukning och utrustning.

Tre klasser av ledningar och nio flussgrader, i vissa kombinationer, används för nedsänkt bågsvetsning av konstruktionsstål, medelstålstål, mikrolegerade eller HSLA-stål och rostfria stål för att täcka ett brett användningsområde.

SAW-ledningar :

Ledningar för nedsänkt bågsvetsning av låga och medelstora kolstål samt HSLA-stål kategoriseras som klass A, klass C och klass C-Mo med de kemiska kompositionerna som anges i tabell 8.2.

SAW Fluxes:

Båda agglomererade och smälta flödena är tillgängliga för användning med olika ledningsklasser.

Agglomererade flöden ger svetsavlagringar med bättre duktilitet och slaghållfasthet jämfört med smältflöden. Alloyöverföringseffektivitet är också bättre i fallet med agglomererade flöden och därför är de föredragna när hög procentandel av legeringsöverföring från flödet krävs. Agglomererade flöden har lägre bulkdensitet och följaktligen under identiska svetsparametrar smälts mindre flöde för en given mängd svetsavsättning jämfört med smältflöden.

Agglomererade flöden reagerar emellertid på fukt på samma sätt som lågvätteelektroder, det vill säga att de tenderar att ge svetsmetallporositet vid jämn låg fuktighetsnivå. Därför kräver de noggrannare torkning före användning jämfört med smältflöden.

Smältflöden kan också hämta fukt vid lagring under fuktig atmosfär, men de kan tolerera en stor andel fukt i form av svetsmetallporositet. Dessutom kräver de mindre drastisk uppvärmning för att avlägsna den upptagna fukten. Smältflöden är mer toleranta mot kvarnskala, olja, fett och smuts på arbetsytor jämfört med agglomererade flöden.

Fluxer, vare sig agglomererade eller smälta, måste torkas noggrant före användning. I kraftigt begränsade mjuka stål och medelstora höghållfasta stålfogar genererar fuktiga flöden väte i bågen som kan leda till kalla sprickor i svetsmetallen eller HAZ.

Olika flöden av dessa två typer med några av deras egenskaper, som erbjuds av sagda tillverkare, båg anges i tabell 8.3.

Särskilda användningar av vissa kombinationer av SAW-kablarna som anges i tabell 8.2 och SAW-flussgrader i tabell 8.3 finns angivna i tabell 8.4.

Rostfritt stål Flux-I:

Detta flöde används med lämplig typ av rostfritt ståltråd. Flödet är utformat för att kompensera för förluster av krom och nickel över bågen såväl som för att undvika kol och kiselhämtning.

Användningsområden:

(i) För 18/8 Cr-Ni-stål ska flödet användas med 18/8 (304 eller 304L) tråd.

(ii) För 18/8 Mo stål ska flödet användas med 18/8 Mo (316 eller 316L) tråd.

iii) För stål som 25/20 Cr-Ni (310) eller 25/12 Cr-Ni (309) ska flödet användas med lätt överlegerad rostfri ståltråd, det vill säga med högre nivåer av krom och nickel.

iv) För titanstabiliserad kvalitet av rostfria stål ska flödet användas med niobstabiliserade rostfria ståltrådar.

(v) Den kan användas för bandbeklädnad av rostfritt stål, med lämpliga kvaliteter av rostfria ståltrådar.

Rostfritt stål Flux-II:

Det skiljer sig från fluss SS Flux-I i rostfritt stål genom att det kan överföra niob i svetsdepositionen. Den ska användas i kombination med lämplig typ av ostabiliserad rostfritt ståltråd för att erhålla niobstabiliserad svetsavsättning. Flödet är också utformat för att kompensera för förluster av krom och nickel i bågen och för att undvika upptagning av kol och kisel.

Användningsområden:

(i) För 18/8 Ti-stabiliserade stål ska flödet användas med 18/8 ostabiliserad tråd.

(ii) För 18/8 titanstabiliserade Mo-stål ska fluxet användas med 18/8 Mo icke-stabiliserad rostfritt ståltråd.