ESW: Inleiding, installatie en toepassingen

Na het lezen van dit artikel zult u leren over: - 1. Inleiding tot Electroslag Welding (ESW) 2. Benodigde materialen voor Electroslag Welding (ESW) 3. Elektrische stroomkring en een opstelling 4. Depositioneringen 5. Laslasontwerp 6. Lasstructuur en Eigenschappen 7. Toepassingen.

Introductie tot Electroslag-lassen:

Electroslag-lassen is een smeltlasproces voor het verbinden van dikke werkstukken met één enkele bewerking. Dit proces is GEEN booglasproces, hoewel het grootste deel van de opstelling vergelijkbaar is met de gebruikelijke booglasprocessen en boogvorming is vereist om het proces te starten en kan ook later optreden wanneer de processtabiliteit wordt verstoord.

De warmte wordt gegenereerd als gevolg van de stroom van stroom door de gesmolten slak die de nodige weerstand biedt ter vervanging van de boogweerstand. Het proces heeft kenmerken die lijken op gietprocessen, maar hierin smelten de twee zijden van de malwand om het extra gesmolten metaal te verbinden. Een kenmerkend kenmerk van het proces is in de meeste gevallen de verticale opgaande beweging. Het kan een of meer elektroden gebruiken afhankelijk van de dikte van het werk.

De uitvinding van het proces in 1951 wordt toegeschreven aan het Paton Welding Institute, Kiev (USSR) en bepaalde latere ontwikkelingen aan het Welding Research Institute, Bratislava (Tsjechoslowakije). Momenteel wordt het proces wereldwijd gebruikt voor het lassen van dikwandige componenten zoals drukvaten, de turbinebehuizingen, machineframes, enz.

Dit proces elimineert de problemen die samenhangen met meervoudige lasnaden en leidt tot economische lassen bij hoge lassnelheid en zonder hoekvervorming. Er is geen bovengrens voor de dikte die door dit proces kan worden gelast, hoewel 50 mm meestal de onderste limiet is voor economisch gebruik.

Hoewel gietijzer, aluminium, magnesium, koper, titanium, enz. Allemaal kunnen worden gelast door dit proces, maar de staalfabrikanten zijn de belangrijkste gebruikers. De staalsoorten die zijn gelast door elektroslaklassen kunnen koolstof en laaggelegeerde staalsoorten, hooggelegeerde staalsoorten, slijtage- en corrosiebestendige staalsoorten omvatten.

Benodigde materialen voor elektroslaklassen:

Afgezien van het werkmateriaal zijn andere benodigde verbruiksartikelen de elektrodedraad en de flux. De lastoevoegmaterialen voor lassen kunnen effectief worden gebruikt om de samenstelling van het lasmetaal en daarmee de mechanische en metallurgische eigenschappen ervan te regelen.

1. Elektroden:

Over het algemeen worden twee soorten elektroden gebruikt, namelijk massief en met metaal geboord. Hoewel vaste elektroden populairder zijn, maken de elektroden met metaalkern afstelling van de vulmetaalsamenstelling mogelijk voor het lassen van gelegeerde staalsoorten door legeringstoevoegingen (bijv. Ferro-mangaan, ferrosilicium, enz.) In de kern en helpen bij het bijvullen van flux in het gesmolten bad .

Bij elektroslaklassen van koolstofstaal en HSLA-staal bevat de elektrodedraad meestal minder koolstof dan het basismetaal. Dit voorkomt scheurvorming in lasmetaal van koolstofbevattende staalsoorten tot 0-35%. De elektrodedraden die worden gebruikt voor het lassen. Hoy-staalsoorten komen echter meestal overeen met de samenstelling van het basismetaal. Elektroslag-lassen in gelegeerde staalsoorten worden gewoonlijk met hitte behandeld om de gewenste eigenschappen in lasmetaal en HAZ te bereiken en overeenkomstige elektrodendraadsamenstelling zorgt voor een vergelijkbare reactie op dergelijke behandelingen uit verschillende delen van het lasproces.

Electroslag-lassen hebben vanwege de voorbereiding van de vierkante randen meestal een hoge verdunning tussen 25 en 50%. Met bijpassende elektrodedraad heeft dit niet veel consequenties, aangezien het metaal van de elektrode en het gesmolten basismetaal grondig mengen om overal een bijna uniforme chemische samenstelling te verschaffen.

Elektrodedraad voor F.SW ligt gewoonlijk tussen 1, 6 en 4, 0 mm diameter; echter, draad met een diameter van 2, 4 en 3, 2 mm zijn meer populair. Deze draden worden geleverd in spoelvorm waarbij de spoelen variëren in grootte en wegen tot een maximum van 350 kg; maar de meest populaire verpakking weegt ongeveer 25 kg.

2. Flux:

Flux is misschien wel het belangrijkste verbruikbare materiaal van ESW. In zijn gesmolten toestand transformeert het de elektrische energie in warmte-energie die helpt bij het smelten van de elektrodedraad en het basismetaal om een ​​lasverbinding te vormen. Het is ook vereist om het gesmolten lasmetaal te beschermen tegen de atmosfeer en om een ​​stabiele werking te garanderen.

De flux in zijn gesmolten toestand is vereist om elektriciteit te geleiden, maar tegelijkertijd moet het voldoende weerstand bieden tegen zijn stroom voor het genereren van voldoende warmte voor lassen. Als de weerstand minder is dan vereist, resulteert dit in boogvorming. De slak moet ook een optimale viscositeit hebben, dwz het mag niet te dik zijn om een ​​goede circulatie te belemmeren en slakvorming te veroorzaken, en niet te dun om overmatige lekkage te veroorzaken.

Het smeltpunt van de flux moet ruim onder dat van het basismetaal liggen en het kookpunt ervan moet ruim boven de bedrijfstemperatuur liggen om onnodige verliezen te voorkomen die nadelige effecten op de bedrijfskarakteristieken kunnen hebben. De bedrijfstemperatuur voor het lassen van staal is ongeveer 1650 ° C. De gesmolten flux moet vrij inert zijn ten opzichte van het basismetaal en moet stabiel zijn over een breed bereik van lasomstandigheden.

Hoofdbestanddelen van de ESW-fluxen zijn complexe oxiden van silicium, mangaan, titanium, calcium, magnesium en aluminium met toevoegingen van calciumfluoride.

Verwaarloosbare verliezen door lekkage, de hoeveelheid gebruikte flux is ongeveer 5 tot 10 kg voor elke ongeveer 100 kg afgezet metaal. Met de toename in plaatdikte of laslengte neemt het fluxverbruik af tot 1, 5 kg per ongeveer 100 kg afgezet metaal. Een andere benadering is ongeveer 350 g flux per verticale meter van de gewrichtshoogte.

Er zijn twee soorten fluxen die normaal worden gebruikt voor ESW. De ene wordt de startflux genoemd en de andere een lopende flux. De startflux is zo ontworpen dat het ESW-proces snel stabiliseert; het heeft een laag smeltpunt en een hoge viscositeit. Het smelt snel en bevochtigt het oppervlak van het carter om gemakkelijk starten te vergemakkelijken.

Het is zeer geleidend en genereert snel een hoog vuur. Een kleine hoeveelheid van deze flux wordt gebruikt voor het starten van het proces. Het kan helpen het proces te starten zonder het carter. De lopende of de operationele flux is ontworpen om een ​​goede balans te bieden tussen de bedrijfsparameters om correcte elektrische geleidbaarheid, badtemperatuur en viscositeit te bereiken om de gewenste chemische analyse te verkrijgen. Een lopende flux kan over een breed scala van omstandigheden werken.

Vaste elektroden voor ESW van koolstof- en HSLA-staalsoorten zijn onderverdeeld in drie klassen, namelijk medium mangaan (ongeveer 1% Mn), hoog mangaan (ongeveer 2% Mn) en speciale klassen. De ESW-fluxen worden geclassificeerd op basis van mechanische eigenschappen van een lasafzetting gemaakt met een specifieke elektrode en gespecificeerd onedel metaal.

De samenstelling van de flux wordt overgelaten aan de discretie van de fabrikant, maar twee niveaus van treksterkte voor het lasmetaal worden gespecificeerd: 415-550 MPa en 485-655 MPa; er moet ook aan een minimale taaiheidseis worden voldaan. Een typische flux voor het lassen van staal met een laag koolstofgehalte heeft een nominale analyse voor de hoofdbestanddelen, zoals weergegeven in tabel 11.1.

Toevoeging van CaF2 verlaagt de viscositeit en verbetert de elektrische geleidbaarheid van de gesmolten slakken.

Elektrische schakeling en een installatie voor ESW:

Het elektrische circuit voor het ESW-proces wordt getoond in Fig. 11.5 (a) en het bijbehorende schema voor de opstelling wordt getoond in figuur 11.5 (b).

Depositiesnelheden van elektroslaklassen:

De afzettingssnelheden van het elektroslak-lasproces behoren tot de hoogste voor elk proces dat wordt gebruikt om hetzelfde werk uit te voeren. 11.11 toont de afzettingssnelheden zoals beïnvloed door de lasstroom voor elektrodedraden met een diameter van 2, 4 mm en 3, 2 mm.

Het aantal gebruikte elektroden is ook een belangrijke factor die de depositiesnelheid in ESW beïnvloedt en is ongeveer 16 - 20 kg / uur per elektrode. Voor werk met zware dikte met behulp van drie elektroden kan 45 - 60 kg / uur lasmetaal worden afgezet. Met een voegafstand van 30 mm wordt de snelheid van lassen getoond in Fig. 11.12. Zware platen met diktevariatie van 75 tot 300 mm worden gelast met snelheden variërend van 60 tot 120 cm / uur.

Weld Joint Design voor Electroslag Welding:

De belangrijkste soorten verbindingen die kunnen worden gelast met het ESW-proces zijn stomp, hoekstuk, hoek, overgang, T-verbinding en kruislas zoals getoond in Fig. 11.13; er zijn echter speciaal ontworpen vasthoudschoenen nodig voor andere verbindingen dan billen, hoeken en T-naden. Sommige typische gelaste naden van electroslag worden getoond in Fig. 11.14.

Randvoorbereiding en -fit-up:

Randvoorbereiding voor elektroslaklassen is veel eenvoudiger dan voor booglassen en de meeste gevallen vereisen alleen het snijden van platen met vierkante randen. Voor een dikte tot 200 mm kan dit worden gedaan met oxy-acetylene vlamsnijmachines. Omdat elektroslaklassen diepe penetratie veroorzaakt, is de gladheid van snijranden van weinig belang; Ingebouwde groeven 2-3 mm diep kunnen gemakkelijk worden ondergebracht zonder enige nadelige gevolgen. In dikkere secties groeien dergelijke groeven, sint-jakobsschelpen genoemd, vaak in de diepte en maken daardoor de bewerking van vlamsnijranden noodzakelijk.

Voor het monteren van onderdelen voor ESW wordt over het algemeen gebruik gemaakt van U-klemmen van de typen die worden getoond in Fig. 11.15. Deze worden aan de achterkant van het scharnier gepuntlast. De U-vormige klemmen worden gebruikt om een ​​onbelemmerde beweging van koperen bevestigingsblokken of voor de doorgang van de lege wagen te verschaffen. Soms kunnen U-klemmen worden vervangen door riemen die worden verwijderd met een hamerslag of een snijbrander bij het naderen van de laskop.

Om onderdelen voor ESW in te bouwen, is het absoluut noodzakelijk om de ontworpen opening te behouden. Normaal wordt echter geaccepteerd dat er een verschil is tussen de ontwerpopening en de fit-up gap. De ontwerpspleet wordt vaak beschouwd als een veronderstelde grootheid die wordt gebruikt om de afmetingen van een afgewerkt laswerk te berekenen en deze is kleiner dan de fit-up opening door de hoeveelheid krimp van het afgezette metaal. De fit-up gap is de afstand tussen de fusievlakken die zijn samengevoegd om te lassen.

Het varieert gewoonlijk langs de lengte van dezelfde verbinding. Over het algemeen neemt het toe met 2 - 5 mm voor elke meter van de voeglengte bij het omhoog bewegen langs de naad. Met de afgestelde opening zo afgesteld, komt de werkelijke opening na het lassen en inkrimpen uniform over de volledige lengte van de verbinding en is gelijk aan de ontwerpopening. De voorgestelde waarden van het ontwerp en de montageopeningen worden gegeven in Tabel 11.3 en Fig. 11.16 toont een typische pasvorm voor ESW.

Sommige voorgestelde sets van variabelen voor ESW zijn samengevat in Tabel 11.4:

Lasstructuur en eigenschappen van Electroslag-lassen:

Electroslag-lassen wordt voornamelijk gebruikt voor het lassen van staal, hoewel Q & T-staal (Quenched and Tempered) gewoonlijk niet door dit proces wordt verbonden. De bereikte temperatuur in het onmiddellijke lasgebied is ongeveer 1925 ° C. Deze hoge temperatuur met een verlengde thermische cyclus resulteert in een lasmetaalstructuur bestaande uit grote austenietkorrels met kolomvormige stollingspatronen met grove korrels die brosse delen in het gerede product produceren.

Gewoonlijk is het wenselijk om het lasmetaal te normaliseren door te verwarmen tot ongeveer 40 ° C boven de lagere transformatietemperatuur van het werkmateriaal gevolgd door langzame afkoeling. Dit verbetert in sterke mate de eigenschappen van koolstof en laag gelegeerd staal, in het bijzonder hun bestandheid tegen brosse breukinitiatie en voortplanting.

De restspanningspatronen geproduceerd in de gelaste toestand zijn zeer gunstig zoals getoond in Fig. 11.17. Normaal gesproken wordt geen hoekige vervorming geproduceerd in E5W-verbindingen vanwege de symmetrie van de meeste van dergelijke lassen (vierkante groefverbinding in een enkele doorgang). De treksterkte van staallassen varieert van 380 MPa tot 420 MPa.

Toepassingen van Electroslag Welding (ESW):

De belangrijkste toepassingsgebieden van het ESW-proces zijn het lassen van constructies, machines, schepen, drukvaten en gietstukken.

Het lassen van stuiklassen van het overgangstype voor het verbinden van verschillende dikten is een gebruikelijke structurele ESW-toepassing. Een ander breed gebruik in dit gebied is het lassen van verstijvers in dooskolommen en brede flenzen; in al deze gevallen zou de verstevigingslas een T-verbinding zijn.

Het samenvoegen van grote, brede flensbalken is een andere indrukwekkende toepassing van ESW en nog een ander veelgebruikt gebruik van ESW is het verbinden van flenzen, dat wil zeggen het stuiklassen van platen met dezelfde dikte.

Bij de fabricage van machines, de vervaardiging van grote persen en werktuigmachines die zware en grote platen vereisen, wordt met behulp van ESW gewerkt. Speciale toepassingen zijn het gebruik in ovens, tandwielblokken, motorframes, persframes, turbineringen, brekerlichamen en velgen voor wegwalsen.

Big-size zaaiblokken zoals weergegeven in Fig. 11.18 worden gebruikt in persen voor het bewerken van hoge sterkte metalen, met name titanium, omdat het de dimensionale nauwkeurigheid van persen verbetert. Een zeugenblok is een tetraëdisch prisma van 1800 mm hoog en weegt ongeveer 140 ton.

Het is gemaakt door drie smeedstukken van gelegeerd (0.25 C - Cr - 3 Ni - Mo - V) staal te lassen. De vorm, afmeting en het gewicht van een zeugblok maakt het smeden na het lassen niet mogelijk om de gewenste mechanische eigenschappen in gelaste verbindingen te verzekeren. Het wordt daarom bereikt door een uitgebreide warmtebehandelingscyclus zoals wordt getoond in Fig. 11.19.

Electroslag-lassen is populair bij de fabricage van drukvaten met dikke wanden voor de chemische, aardolie-, scheepvaart- en energieopwekkende industrie, maar een nabehandeling is essentieel in deze toepassing om de taaiheid te herstellen die vaak verloren gaat als gevolg van langzame ESW-koelcycli. in de HAZ.

ESW wordt ook gebruikt om aftakleidingverbindingen met dikwandige vaten te maken en ook om hijsogen aan de vaten te lassen.

Het aantrekkelijke aan ESW is dat de vervorming kan worden voorspeld en verantwoord. Hierdoor is het vooral populair geworden voor de scheepsbouw, waar verticale voegen in de rompen van grote tankers met succes zijn gelast.

Om de kosten te verlagen en de kwaliteit te verbeteren, worden veel van de grote en moeilijk te gieten componenten geproduceerd in kleinere eenheden van hogere kwaliteit en vervolgens gelast met elektroslak. De metallurgische eigenschappen van een giet- en elektroslak-las zijn vergelijkbaar, beide reageren op een warmtebehandeling na lassen op een vergelijkbare manier, wat resulteert in uniforme structuren en eigenschappen.