Werking van GTAW: 7 stappen

De belangrijkste stappen voor een succesvolle werking van Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) zijn onder meer: ​​1. Voorbereiding van de elektrode 2. Reservekopieën en spoeling 3. Arc-initiatie 4. Boogonderhoud 5. Huidige rectificatie met wisselstroomlassen 6. Lastechniek 7. Stoppen de boog.

Stap # 1. Bereiding van de elektrode:

De juiste voorbereiding van de wolfraamelektrode is erg belangrijk als een sterke, schone en kwaliteitslas moet worden bereikt. De symmetrie van de elektrodevorm bepaalt het gasstroompatroon en bijgevolg de mate van bescherming die wordt verschaft aan het gesmolten metaal in het smeltbad. Wanneer de stroom laag is of de elektrodediameter te groot is, loopt de boog van punt naar punt, met name wanneer DC EN wordt gebruikt.

Deze toestand kan echter worden gecorrigeerd door de elektrode op een punt te slijpen. De punthoek van de elektrode is gerelateerd aan de lasstroom en de dikte van het te lassen materiaal. Het varieert van 30 ° tot 120 °, maar de meest gebruikte hoek is 60 °. De mate van versmalling heeft ook invloed op de laspenetratie; kleiner de hoek dieper de penetratie en smallere de kraal.

De elektrode wordt meestal voorbereid op een uiteinde met kogels met een diameter die niet groter mag zijn dan 1, 5 maal de diameter van het uiteinde van de elektrode. Hoewel het uiteinde met de kogel af en toe speciaal wordt gemaakt op een elektrode van de vorm en grootte zoals weergegeven in Fig. 9.5 door de elektrode in het lascircuit eerst met DCEP te verbinden en het proces wordt onderbroken wanneer een bal van de gewenste grootte wordt geproduceerd, maar in werkelijkheid gebruik het uiteinde van de elektrode en neem de vorm aan, afhankelijk van het type stroom en polariteit, zoals wordt getoond in Fig. 9.6. De gesmolten halfbolvormige punt is het meest wenselijk voor lassen.

Thoriated wolfraamelektroden kogels niet gemakkelijk en moeten daarom noodzakelijkerwijs taps toelopen, in het bijzonder voor lassen met lage stromen. Ze geven ook betrouwbaardere booginitiatie en boogstabiliteit met hoge lasstromen.

Het uitsteeksel van de elektrode voorbij het gasmondstuk wordt bepaald door het ontwerp van het verbindingsstuk en de laspositie, bijvoorbeeld bij downhandlassen kan de elektrode tot 5 mm voorbij het mondstuk lopen, hoeklassen zijn moeilijker te hanteren vanuit het oogpunt van toegang, dus een verlenging van maximaal 6 mm kan wenselijk zijn, terwijl voor hoeklassen een verlenging van tussen 1, 5 tot 3 mm voldoende is. De minimale verlenging van de elektrode tot voorbij het mondstuk mag niet minder zijn dan 1, 5 mm, anders zal het mondstuk te sterk worden verwarmd en naar alle waarschijnlijkheid ernstig worden beschadigd.

Stap # 2. Reservekopieën maken en opschonen:

Nadat de GTAW-toorts is uitgerust met de goed voorbereide wolfraamelektrode, maar voordat het lassen begint, is het van essentieel belang om de opgeschoonde werkzaamheden in te stellen met voldoende bescherming tegen de achterkant om elke slechte invloed van de atmosferische gassen te voorkomen.

Verschillende methoden worden gebruikt om een ​​bevredigende achtergrond te bieden. Eén zo'n methode is het gebruik van steunstaven zoals de roetstaaf die gewoonlijk voor hetzelfde doel wordt gebruikt bij het oxy-acetyleen lassen. De tweede backing-methode is de introductie van beschermgas aan de achterzijde.

Dit is met name geschikt voor het lassen van pijpen, hoewel het kan worden gebruikt voor een plaatachtige klus door een steunarmatuur te verschaffen met een back-up van gas dat er doorheen gaat, zoals weergegeven in Fig. 9.7. Het gebruik van een flux-rug is een andere methode om de achterzijde van de las te beschermen tegen atmosferische vervuiling. Als de flux aan de achterkant wordt geplakt, wordt deze geactiveerd om beschermend gas te produceren, wanneer de temperatuur een bepaalde limiet overschrijdt.

Voor de volledige bescherming van de achterkant van de las wordt deze meestal met gasstroming aan de achterkant schoongemaakt op een manier vergelijkbaar met die getoond in Fig. 9.7. Gas dat gewoonlijk wordt gebruikt voor back-up is inert gas zoals argon, maar soms kan stikstof worden gebruikt als spoelgas voor het lassen van roestvrij staal. Waterstof kan ook worden gebruikt waar het explosieprobleem is gewaarborgd en de absorptie door het basismetaal is geen probleem. Wanneer het niet mogelijk is om een ​​ondersteunend armatuur voor het reinigen of afschermen van gas te bieden, dan is de alternatieve methode om oxy-waterstof-vlammen aan de achterkant te gebruiken. Hierdoor blijft de onderkant beschermd tegen de atmosfeer en de vervuilende effecten.

Stap # 3. Arc-initiatie:

Regelmatige stroom van elektronen is vereist om de boog te laten plaatsvinden. Omdat de elektronenemissie in wolfraam van het thermionische type is, is het noodzakelijk om de temperatuur van de elektrodetip te verhogen om de emissie van elektronen te starten. De 'touch and draw'-methode die wordt gebruikt voor booginitialisatie in booglassen met afgeschermd metaal kan zonder twijfel worden gebruikt, maar dit resulteert in de vervuiling van de wolfraamelektrode vooral bij hoge lasstromen.

Dit resulteert in een verlaging van het smeltpunt van de elektrodepunt hetgeen kan leiden tot het opnemen van wolfraam in lasmetaal, een hoger elektronenverbruik en het instellen van onstabiele boog, vandaar dat dit een ongewenste praktijk is.

In het licht van deze beperkingen wordt booginitiatie in GTAW normaal gedaan door een van de volgende drie methoden:

(i) Gebruik van koolstofblok of schrootmateriaal,

(ii) Hoogfrequente hoogspanningsvoeding, en

(iii) Lage stroom proefboog.

Het is een gebruikelijke praktijk om de boog te starten met een aanraak- en tekenmethode op een koolstofblok. De boog kan gemakkelijk worden vastgesteld en wordt gedurende een korte tijd gehandhaafd om de wolfraamelektrode op te warmen voor het tot stand brengen van thermionische emissie. Dit duurt normaal gesproken enkele seconden, waarna de boog eenvoudig wordt gestart op de plek waar op het werkstuk moet worden gelast.

Deze methode van aanraken en trekken is niet altijd vlekkeloos omdat koolstofdeeltjes aan de wolfraamelektrode kunnen kleven, die vervolgens op het werkstuk kan worden overgebracht, wat leidt tot ongewenste opneming of koolstofopname door het lasmetaal. Het wolfraamcarbide heeft ook een lager smeltpunt en resulteert daarom in het vergroten van de grootte van het gesmolten bolvormige uiteinde.

Dit resulteert ook in boogzwerven en toename in boogweerstand die de stroomdichtheid vermindert. Omdat dit ongewenste omstandigheden zijn, wordt vaak aanbevolen om de boog op werkafval te starten totdat de gewenste opwarming van de elektrode is bereikt en vervolgens wordt de boog overgebracht naar de plek waar met lassen moet worden begonnen.

Hoogfrequente hoogfrequente stroom wordt vaak gebruikt in combinatie met wisselstroomvoedingsbronnen om een ​​eenvoudige booginitiatie te verkrijgen zonder de elektrode met het werkstuk te raken. Wanneer de hoogfrequente hoogspanningsstroom wordt gesuperponeerd over het normale lascircuit, ioniseert deze snel de luchtspleet tussen de elektrodetip en het werkstuk, waardoor het gemakkelijk wordt gemaakt voor de elektronenemissie om uit de wolfraamelektrode te komen.

De gebruikte hoge frequentie ligt tussen 100 KHz en 2 MHz voor een spanning van 3000 tot 5000 volt. Deze methode van booginitiatie is zeer efficiënt en schoon en geeft een lange levensduur aan de wolfraamelektrode. Nadat de boog is gestart en gestabiliseerd, wordt de HFHV-stroom uitgeschakeld en wordt het normale lascircuit in werking gesteld. Fig. 9.3 toont de elektrische schakelingen voor het HFHV-booginitiatiesysteem en Fig. 9.8 toont de basisgolfvorm verkregen met een dergelijke eenheid om de boog te initiëren of in stand te houden.

Het lage stroom pilotboogsysteem is een zeer betrouwbare booginleidende methode die kan worden gebruikt met een gelijkstroomlasysteem. De stuurboog wordt ingesteld tussen de wolfraamelektrode en een andere elektrode (meestal anode) die is opgenomen in het GTAW-toortsmondstuk, zoals weergegeven in afbeelding 9.9. De stuurboog wordt aangedreven door een kleine hulpvoedingsbron en verschaft voorwaarden voor het initiëren van de lasboog op een wijze vergelijkbaar met de stuurboog die wordt gebruikt voor het aansteken van een gasfornuis. De stuurboog kan ofwel worden gestart door krastechniek of door hoogfrequente energie.

Stap # 4. Boog onderhoud:

Het onderhoud van een stabiele boog is noodzakelijk voor het verkrijgen van consistente lassen van goede kwaliteit. Dit is misschien niet zo'n probleem in een gelijkstroomboog, maar bij wissellassen bereiken de boogspanning en lasstroom elke halve cyclus een nulwaarde. Dus voor een normale 50 Hz netvoeding gaat de boog 100 keer per seconde af, wat kan leiden tot een boogonderbreking als er geen adequate maatregelen worden genomen om de stabiliteit te behouden.

Dit gebeurt normaal gesproken op een van de volgende drie manieren:

(i) Hoogspanning in open circuit van de lastransformator,

(ii) oplegging van hoogfrequente hoogspanning op het hoofdlascircuit, en

(iii) Injectie van hoogspanningstoename.

Bij de eerste methode is een transformator zo ontworpen dat deze een voldoende hoge OCV en lage elektrische traagheid geeft om de boog onmiddellijk na de huidige nulpauze opnieuw te ontsteken. Tijdens de positieve halve cyclus wordt de elektrode heter, dus er is geen behoefte aan hoge OCV op de negatieve halve cyclus omdat de boog opnieuw ontbrandt onmiddellijk bij verandering van positieve naar negatieve halve cyclus maar bij negatieve tot positieve halve cyclusverandering is de elektrode koeler en dus er is een vertraging in herontsteking die resulteert in de huidige nul-pauze en dit fenomeen staat bekend als gedeeltelijke rectificatie.

Tijdens de huidige nul-pauze is er een sprong in spanning om de boog opnieuw te ontsteken zoals weergegeven in Fig. 9.10. Dus de boog herontstaat bevredigend wanneer de OCV voldoende hoog is; dit resulteert in een goed onderhouden boog. Deze methode voor het onderhouden van een lasboog wordt ook wel zelfontbranding genoemd.

Zelf herontsteking hoewel simpel heeft zijn eigen nadelen, omdat de OCV de neiging heeft hoog te zijn, die gewoonlijk 100 volt nadert en dat leidt tot een lage arbeidsfactor (dat wil zeggen V _arc / OCV). Voor grotere betrouwbaarheid wordt zelfontbranding vaak aangevuld door het verschaffen van een hoogfrequente vonkeenheid die wordt bediend vanuit de OCV en buiten bedrijf wordt gesteld wanneer de spanning zakt tot de normale boog-bedrijfsspanning. Dit uitschakelen beperkt ook de duur van radio-interferentie.

Wanneer de HFHV-eenheid is ingebouwd in het lascircuit voor continu gebruik, kan deze niet alleen worden gebruikt voor booginitiatie maar ook voor boogonderhoud. Om opnieuw te ontbranden worden de vonken ontladen over de boogopening en dat levert een geïoniseerd pad op voor de stroom van stroom in het hoofdlascircuit. Bij hoogfrequente eenheden zijn iets lagere opencircuitspanningen vereist en dat leidt tot een overeenkomstige verbetering van de arbeidsfactor.

De hoogfrequente vonkeenheid bestaat uit een condensator die wordt opgeladen door een hoogspanningstransformator die wordt ontladen door een vonkbrug. Het wordt zo bediend dat een reeks vonken wordt gegenereerd wanneer de voedingsspanning van het lassen de doorslagspanning van de vonkbrug overschrijdt en is ingesteld om op te treden tijdens de periode dat de lasstroom door de stroomnulpauze gaat (zie figuur 9.8). Het beslaat gewoonlijk twee derde van elke halve cyclus. Vanwege het cyclische karakter van de werking ervan kan het niet zorgen voor ogenblikkelijke ontbranding van de boog, wat resulteert in gedeeltelijke gelijkrichting.

De derde methode van boogherontsteking omvat het injecteren van een spanningsstoot in het stroomcircuit om de piekspanning te leveren die nodig is voor herontsteking. Dit wordt bereikt door een condensator af te voeren via een schakelaar die door het stroomcircuit op het beoogde moment wordt bediend. Als de boog aan het einde van de negatieve halve cyclus afgaat, begint de spanningsherinitiepiek zich te ontwikkelen en dat ontsteekt een gasafvoerklep die op zijn beurt de condensator ontlaadt om de boog opnieuw te ontsteken. Herontsteking is in dit geval ogenblikkelijk en elimineert zo de mogelijkheid van gedeeltelijke rectificatie die men tegenkomt in de HFHV-methode.

Omdat de transformator niet de piek-OCV hoeft te leveren, kan de vermogensfactor van het systeem worden verbeterd door een lage OCV-transformator te gebruiken. De herontsteking is mogelijk met 50 volt rms; zo kan het ook de operationele veiligheid verbeteren. Het systeem werkt kortstondig en wordt automatisch uitgeschakeld zodra de boog opnieuw wordt ontstoken.

De getimede spanningsstoot kan alleen een boog behouden, hij kan deze niet starten vanuit koude of altijd na tijdelijke uitdoving. Het schakelschema voor een overspanningsinjector en zijn werking zijn afgebeeld in Fig. 9.11.

Stap # 5. Huidige rectificatie met AC-lassen:

Zodra een stabiele boog is vastgesteld met ac in GTAW, wordt de wolfraamelektrode verhit tot een veel hogere temperatuur dan de temperatuur van het metaal dat wordt gelast. Dit resulteert in verschillende mogelijkheden van de elektrode en het werkstuk om elektronen uit te zenden; de elektrode die heter is, emitteert veel sneller elektronen dan het werkstuk. Dit resulteert in een verschil in weerstand tegen stroom die de neiging heeft om ongebalanceerde ac te produceren zoals getoond in Fig. 9.12.

Omdat een hogere spanning nodig is wanneer de elektrode positief is, resulteert dit in een lagere stroomsterkte die gedeeltelijke gelijkrichting veroorzaakt. Deze gedeeltelijke rectificatie is ook bekend als inherente rectificatie en resulteert in een d. c component van stroom die de transformator vaak verzadigt, resulterend in zijn derating tot 30%. Deze situatie wordt verder geaccentueerd door de huidige nul-pauzes wanneer deze zich voordoen.

De nadelige effecten van inherente rectificatie kunnen worden gecorrigeerd door banken met omkeerbare elektrolytische condensatoren in te voegen die tot 100 pF / A in het stroomcircuit kunnen geven, zoals weergegeven in Fig. 9.13. Dit resulteert in het laden van deze condensatoren wanneer de elektrode negatief is, waardoor meer stroom vloeit wanneer de elektrode positief is.

De rol van deze condensatorbank wordt echter omgekeerd op het moment dat de boog wordt gestart, wanneer de boog tijdens de negatieve cyclus van de stroom uitvalt. Aldus resulteert het in omgekeerde rectificatie die een lading van omgekeerde polariteit laat aan die waarvoor het in de kring wordt opgenomen. Daarom is het tegen de booginitiatie. Om dit te voorkomen, wordt de onderdrukkingscondensator uitgeschakeld tijdens de periode van booginitiatie.

Wanneer hoogfrequente wisselstroom wordt gebruikt, is het eenvoudig om de GTAW-boog te starten en als de HF-unit regelmatig wordt gebruikt, is ook boogonderhoud geen probleem. In een dergelijk geval is de lastransformator zodanig ontworpen dat de wolfraamelektrode afkoelt en zorgt voor de nodige warmtebalans door de positieve en negatieve halve cycli te modificeren om het gewenste resultaat te verkrijgen. Voor dit doel kan een positieve tot een negatieve halve cyclus een verhouding hebben zo hoog als 1: 20 en deze kan elke gewenste configuratie hebben, zoals getoond in Fig. 9.14.

Stap # 6. Lastechniek:

Zowel handmatige als gemechaniseerde werkingsmodi worden gebruikt voor GTAW. Voor handmatig lassen, nadat de boog is gestart, wordt de lastoorts onder een hoek van 70 ° tot 80 ° gehouden in de voorhand-laspositie. Voor gemechaniseerde GTAW wordt de lastoorts in het algemeen loodrecht op het werkstuk gehouden.

Om met handmatig lassen te beginnen, wordt de boog in een kleine cirkel verplaatst om een ​​lasbad van geschikte grootte te creëren. Zodra een lasbad van de gewenste afmeting bij het beginpunt is vastgesteld, wordt een las gemaakt door de toorts langs de lasverbinding bij de gewenste lassnelheid te bewegen. Het stollen van het gesmolten metaal geeft de gewenste vorm van de lasrups en de las wordt bereikt.

Toevoeging of afwezigheid van vulmetaal in GTAW hangt af van de dikte van het werkstuk en het ontwerp van de verbinding. Wanneer tijdens het handmatig lassen toevoegmateriaal moet worden toegevoegd, wordt dit gedaan door de vulstaaf aan de voorkant van het smeltbad met de hand in te voeren.

De lastoorts en de vulstaaf worden soepel langs de verbindingsranden bewogen om een ​​lasbad van consistente grootte te behouden. Er wordt voor gezorgd dat de beschermgasdeken over het gesmolten metaal wordt gehouden totdat deze vast wordt en het hete uiteinde van de vulstaaf ook binnen het omhulsel van het beschermende gas wordt gehouden om de mogelijkheid van oxidatie te voorkomen.

Verschillende methoden voor het toevoeren van het vulmateriaal aan het smeltbad worden toegepast. Het meest aanbevolen voor dun materiaal is dat waarbij de vulstaaf op 15 ° van het werkstukoppervlak voor de toorts wordt gehouden en herhaaldelijk wordt toegevoegd aan het smeltbad, zoals weergegeven in figuur 9.15. Bij de tweede methode wordt de vuldraad tegen het werkstuk gehouden langs de lasnaad en samen met de verbindingsrand gesmolten. Voor grote lasnaden wordt de lasdraad continu in het smeltbad geleid; zowel de toorts als de vuldraad zijn geoscilleerd, maar in de tegenovergestelde richting. In automatische GTAW wordt de vuldraad mechanisch geleid door een geleider in het smeltbad met een uniforme snelheid.

Vanuit het oogpunt van een goede penetratie, goede versteviging, laskwaliteit en -economie, downhand of vlak lassen is het meest geschikt voor GTAW. Een goede penetratie kan echter ook worden bereikt bij verticaal lassen. GTAW-toorts wordt meestal op 75 ° van het werkstuk gehouden in de voorhandlaspositie, zowel voor downhand- als verticaal omhoog lassen. Verticaal omlaag lassen is meestal niet bevredigend; metaal kan hangen en er is vaak sprake van een gebrek aan penetratie.

GTAW wordt vaak gebruikt en vaak zijn de verbindingen zo ontworpen dat de behoefte aan vuldraad wordt geëlimineerd. Wanneer nodig, wordt de stuurboomkabel van de vereiste afmeting vanaf een spoel in het smeltbad geleid. De gemechaniseerde eenheden maken vaak gebruik van booglengtebesturingsinrichtingen, waarvoor de GTAW-toorts op een lineaire actuator is geklemd en de beweging van de toorts erlangs is gebaseerd op de terugkoppeling verkregen in termen van verandering in boogspanning.

Deze inrichting is zeer nuttig om een ​​consistente booglengte te behouden en kan derhalve gemakkelijk de variatie in lasgeometrie ten gevolge van kleine variatie in de werkstukcontour elimineren. Het wordt echter ook gebruikt in automatische GTAW van pijplijnen waar het automatisch de booglengte aanpast door de toortspositie te verplaatsen elke keer dat een ronde wordt voltooid in een meervoudige passerende omtrekslas. Dit zorgt ervoor dat de boogspanning en lasstroom consistent blijven met consequente consistentie in laskwaliteit.

Stap # 7. De boog stoppen:

De boog moet worden gedoofd aan het einde van de lascyclus en dit moet geleidelijk gebeuren in plaats van abrupt. Plotseling stoppen van het lassen kan leiden tot defecten zoals centrale pijp- en pootscheuren. Deze defecten kunnen lekken in verbindingen veroorzaken, met name die bedoeld voor gebruik in vacuüm of onder druk.

De normale manier om de boog te stoppen, is daarom door de lassnelheid te verlagen en geleidelijk de toorts te onttrekken tot de krater volledig is opgevuld. Bij gelijkstroomlassen wordt de boog ook gedoofd door deze te verlengen hetgeen leidt tot een verhoogde spanning en een verminderde stroom op een wijze die afhangt van de voltampère-eigenschap van de lasstroombron.

Bij gemechaniseerd lassen wordt de eindkrater gereduceerd door de lassnelheid te verhogen voordat deze wordt uitgeschakeld. De kraterpijp kan ook worden geëlimineerd door de stroom geleidelijk te verminderen vóór het stoppen door een apparaat te gebruiken dat kratervuller wordt genoemd.

In al deze gevallen is het lascircuit zodanig ontworpen dat het afschermgas wordt ingeschakeld voordat de stroomstroming in het lascircuit begint en op het moment dat de toorts wordt uitgeschakeld stopt de stroomstroming onmiddellijk maar wordt de afschermgasstroom gehandhaafd voor een paar seconden langer om de bescherming van het hete stollende lasmetaal te garanderen. Dit wordt bereikt door elektromagnetische kleppen in het circuit aan te brengen.