Submerged Arc Welding (SAW): apparatuur en toepassingen

Na het lezen van dit artikel leert u over: - 1. Inleiding tot ondergedompeld booglassen (SAW) 2. Apparatuur en materialen voor SAW 3. Elektrisch circuit en opstelling 4. Soorten verbindingen en randvoorbereiding 5. Voorbereiding 6. Toepassingen.

Introductie van Submerged Arc Welding (SAW):

Met de acceptatie van lassen als een fabricageproces voor enorme structuren zoals schepen, bruggen en drukvaten, nam de behoefte om het een hoge depositiesnelheid methode te maken toe. Het belangrijkste lasproces dat op dat moment werd gebruikt, was afgeschermd metaalbooglassen met bijna alle typen elektroden die momenteel beschikbaar zijn, behalve het type ijzermest. Er werden pogingen ondernomen om lange en dikke elektroden te gebruiken met zwaardere stromen, maar het maakte de lasbadafmeting te groot voor effectieve manipulatie.

Reductie van de diameter leidde tot een verhoogde verwarming door het joule-effect. Omdat gefaald met lange en dikke elektroden werden pogingen ondernomen om het proces te mechaniseren met behulp van een magazijn van stokelektroden van normale afmeting om ze mechanisch na elkaar te voeden. Het systeem vond echter geen genade bij de fabrikanten vanwege het ontbreken van elektrodenmanipulatie en de moeilijkheid van booginitiatie elke keer dat een nieuwe elektrode in de verbinding werd ingevoerd.

De laatste pogingen die werden gedaan door het gebruik van gespiraliseerde elektrodedraad met losse, flux die voor het lasbad werd gegoten om het lasmetaal te bedekken, leidde in de jaren '30 vrijwel tegelijkertijd tot succesvolle ontwikkeling van onderwaterbooglassen, zowel in USSR als in de VS. Sindsdien heeft het proces, zowel in de automatische als in de semi-automatische versie, in de industrie veel gebruikt. Ondergedompeld booglassen (SAW) wordt ook wel 'subbooglassen' genoemd.

Apparatuur en materialen voor SAW:

Apparatuur voor SAW hangt af van het feit of het proces van het automatische type of het semi-automatische type is. Voor automatische SAW bestaat het uit een lasstroombron, een draadaanvoer en een controlesysteem, een automatische laskop, een fluxhopper met fluxaanvoermechanisme, een fluxterugwinsysteem en een verplaatsingsmechanisme dat meestal bestaat uit een loopwagen en de rails .

Een voedingsbron voor automatisch SAW-proces moet worden beoordeeld voor een 100% inschakelduur, omdat het vaak langer dan 10 minuten duurt om de las te voltooien. Zowel AC- als DC-stroombronnen worden gebruikt en deze kunnen van het type met constante stroom (CC) of constante spanning (CV) zijn. Voor een enkele boog wordt DC-stroombron met CV bijna altijd gebruikt, terwijl AC-stroombronnen het meest worden gebruikt voor SAW met meerdere elektroden.

Over het algemeen worden lasgelijkrichters gebruikt als energiebronnen voor het verkrijgen van een stroombereik van 50A tot 2000A, maar meestal wordt SAW uitgevoerd met een stroombereik van 200 tot 1200 ampère.

Het laspistool voor automatische SAW is bevestigd aan de draadtoevoermotor en bevat stroomopnametips voor het verschaffen van het elektrische contact met de draadelektrode. De fluxtrechter is bevestigd aan de laskop en kan magnetisch worden bediend via kleppen, zodat deze kunnen worden geopend of gesloten door het regelsysteem.

Voor semi-automatische SAW is de uitrusting anders dan die voor automatische SAW, omdat deze een krachtbron heeft met een lagere rating en de automatische laskop wordt vervangen door een laspistool en kabelassemblage met een flux-hopper eraan bevestigd en hij gebruikt geen slede of rails.

De voedingsbron voor semi-automatisch lassen is van het DC-type en kan een lagere inschakelduur hebben dan 100%. Het hopperpistool is voorzien van een schakelaar om het lassen te starten of te stoppen.

Een fluxterugwinningseenheid van het zuigtype wordt gebruikt voor het verzamelen van de niet-gesmolten flux in een houder van waaruit deze naar de trechter kan worden teruggeplaatst; als alternatief kan de gewonnen flux direct naar de hopper worden gevoerd, in het bijzonder in de heavy-duty SAW-systemen.

Een ondergedompeld booglassysteem wordt soms behoorlijk complex gemaakt door extra functies zoals naadvolgers, wevers, werkverplaatsingen, enz. Op te nemen. De belangrijkste verbruikbare materialen die nodig zijn voor onderwaterbooglassen zijn de draden en vloeimiddelen.

Elektrische schakeling en opstelling voor SAW:

Fig 8.1 toont het elektrische circuit voor SAW terwijl Fig. 8.2 het blokschema toont. Een feitelijke opstelling voor automatisch ondergedompeld booglassen wordt getoond in Fig. 8.3.

Afb. 8.1 Elektrisch schema voor onderwaterbooglassen

Soorten verbinding en randvoorbereiding voor SAW:

Hoofdzakelijk twee soorten lasnaden, namelijk butt en fillet worden gemaakt door ondergedompeld booglassen. Rondgaande verbindingen van de stomp-, hoek-, hoek- of schoottypes kunnen echter ook met succes worden gelast door dit proces. Verschillende soorten randvoorbereiding met de details van groefhoek, wortelvlak, wortelgat (indien aanwezig), en de toleranties die normaal op hen toegestaan ​​zijn, worden gegeven in figuur 8.11.

Fig. 8.11 Typen voegwerkvoorbereiding voor ondergedompeld booglassen

De voorbereiding van de voegrand varieert afhankelijk van de dikte van het te lassen materiaal en kan bestaan ​​uit geflenste, vierkante, enkele afschuining en dubbele afschuiningen. Volgens de gevolgde procedure kunnen lassen van één kant of van beide zijden worden gemaakt.

Voorbereiding voor SAW:

Onderdompeld booglassen vereist meer grondige randvoorbereiding en een betere pasvorm dan booglassen met afgeschermd metaal. Dit komt omdat in SAW een grote pool van gesmolten metaal wordt gevormd, dus als de montage slecht is, kunnen het gesmolten metaal en de slak via spleten naar buiten komen, waardoor de laskwaliteit nadelig wordt beïnvloed.

In SMAW als de opening niet gelijkmatig is, kan de operator dit doen door de snelheid en manipulatie van de elektrodebeweging te veranderen; Bij SAW verloopt het proces echter automatisch en zijn de randen van de verbinding bedekt met flux, zodat dergelijke bedieningselementen niet kunnen worden beïnvloed, waardoor de kwaliteit van de las ernstig wordt aangetast door de montage aan de andere kant.

De smeltvlakken en de aangrenzende delen van de werkstukken moeten worden gereinigd van roest, olie, verf, vocht en andere vreemde materialen. Slecht gereinigde voegvlakken kunnen porositeit veroorzaken. Zowel de groefvlakken als het aangrenzende metaal voor een breedte van 50 mm moeten grondig worden gereinigd. Het is beter om de te lasdelen vlak voor het lassen te reinigen en uit te lijnen, anders kan roest ze in korte tijd weer afdekken. Een dunne laag walshuid heeft echter geen invloed op de kwaliteit van de las.

Het reinigen van de fusievlakken na het monteren van de onderdelen kan niet het gewenste resultaat opleveren, omdat roestvlekken zich in de openingen tussen de aangrenzende en overlappende randen kunnen nestelen, wat leidt tot porositeit in lassen.

Er moet speciale aandacht worden besteed aan de afstand tussen de te lassen onderdelen. De opening moet uniform zijn en binnen de gespecificeerde limieten liggen. Wanneer reserveplaten, fluxbed of andere apparaten worden gebruikt om het zeer vloeibare lasmetaal en gesmolten slakken tegen te houden, mag de opening in een stootvoeg niet groter zijn dan 2 mm voor een metaaldikte van tot 16 mm, en 3 mm voor een plaatdikte van meer dan 16 mm. De opening in lasfilet en heupgewrichten, met een gekantelde elektrode, mag niet hoger zijn dan 1-5 tot 2 mm.

De automatische laskop begint langs de voeg te bewegen zodra een boog wordt geraakt. Daarom zal waarschijnlijk een gebrek aan fusie optreden aan het begin van de las, waar het metaal nog niet voldoende is verhit. Aan het einde van de las kunnen zich poriën of krimppijpen vormen in de gevulde krater.

Daarom is het raadzaam om in- en uitlooptabs of -platen te gebruiken, zoals weergegeven in Afb. 8.12. Inloop- en uitloopplaten en het geassembleerde werk worden meestal op hun plaats gehouden door handmatig gelaste kopspijkers. Zware gecoate elektroden moeten worden gebruikt voor hechtlassen, aangezien kale of licht gecoate elektroden hechtlassen met poriën en holten kunnen produceren.

Toepassingen van SAW:

Ondergedompeld booglassen wordt voornamelijk gebruikt voor het lassen van koolstofarme en laaggelegeerde staalsoorten, maar met de ontwikkeling van geschikte fluxen kan het met succes worden gebruikt voor het lassen van roestvast staal, koper, aluminium en titanium-basislegeringen. SAW is ook in staat om koolstofstaal, hittebestendig staal, corrosiebestendig staal en vele hoogsterkte staalsoorten te lassen. Het proces is ook aanpasbaar aan het lassen van nikkel en monel (33/66 Cu-Ni), enz.

Dit proces wordt voornamelijk gebruikt in de neerwaartse laspositie voor plaatdiktes tussen 5 en 50 mm, met name wanneer de lassen recht en lang zijn. De machines die voor dergelijke lassen worden gebruikt, zijn vervaardigd uit een trekker met eigen aandrijving. Voor kleinere en cirkelvormige lassen kunnen de werkstukken van een stationaire laskop worden voorzien. SAW wordt veel gebruikt voor stompe en hoeklassen in zware industrieën zoals de scheepsbouw, fabricage van drukvaten, tankwagens voor spoorwegen, bouwtechniek, pijplassen en voor opslagtanks. Voor het lassen van opslagtanks worden ter plekke speciale zelfaangedreven machines met inrichtingen voor het verzamelen van de strooiflux gebruikt om lasnaden in de omtrek te maken.

Lassen gemaakt door SAW hebben een hoge sterkte en ductiliteit met een laag waterstof- en stikstofgehalte.

Specifieke toepassingen van draad en flux combinaties van SAW:

In tegenstelling tot brede acceptatie van de standaardspecificaties voor gecoate elektroden, lijkt er geen definitieve overeenstemming te bestaan ​​tussen de fabrikanten van SAW-fluxen om in te stemmen met vastgestelde normen. De gevolgde normen variëren dus van de ene vervaardiging tot de andere. Details in deze sectie en gebaseerd op die verkregen van een van de belangrijkste leveranciers van SAW-draden en -fluxen die deze materialen vervaardigen onder leiding van een grote multinational op het gebied van lasbenodigdheden en apparatuur.

Drie soorten draden en negen soorten vloeimiddelen, in bepaalde combinaties, worden gebruikt voor ondergedompeld booglassen van constructiestaal, middelmatig treksterktestaal, microgelegeerd of HSLA-staal en roestvrij staal voor een breed toepassingsgebied.

SAW-draden :

Draden voor ondergedompeld booglassen van lage en middelmatige koolstofstaalsoorten en HSLA-staalsoorten worden gecategoriseerd als klasse A, klasse C en klasse C-Mo met de chemische samenstellingen zoals weergegeven in tabel 8.2.

SAW Fluxes:

Zowel geagglomereerde als gefuseerde fluxen zijn beschikbaar voor gebruik met verschillende soorten draden.

Geagglomereerde fluxen produceren lasafzettingen met betere ductiliteit en slagsterkte in vergelijking met gefuseerde fluxen. De overdrachtsdoelmatigheid van de legering is ook beter in het geval van geagglomereerde fluxen en daarom hebben deze de voorkeur wanneer een hoog percentage legeringoverdracht uit de flux vereist is. Geagglomereerde fluxen hebben een lagere bulkdichtheid en derhalve wordt onder identieke lasparameters minder flux gesmolten voor een gegeven hoeveelheid lasafzetting in vergelijking met gefuseerde fluxen.

Geagglomereerde fluxen reageren echter op dezelfde manier op vocht als elektroden met een laag waterstofgehalte, dat wil zeggen dat ze de neiging hebben om de porositeit van het lasmetaal bij zelfs een laag vochtniveau te geven. Vandaar dat ze voor gebruik grondiger moeten drogen in vergelijking met gefuseerde fluxen.

Gefuseerde fluxen kunnen ook vocht opnemen wanneer ze worden opgeslagen in een vochtige atmosfeer, maar ze kunnen een groot percentage vocht verdragen met betrekking tot de porositeit van het lasmetaal. Ook vereisen ze minder drastische verwarming om het opgenomen vocht te verwijderen. Gefuseerde fluxen zijn toleranter voor walshuid, olie, vet en vuil op werkoppervlakten in vergelijking met geagglomereerde fluxen.

Fluxen, ongeacht of ze geagglomereerd of gefuseerd zijn, moeten vóór gebruik grondig worden gedroogd. In zwaar belaste stalen en gewrichtsarme staalverbindingen met matige belasting genereren vochtige fluxen waterstof in de boog, wat kan leiden tot koude scheuren in het lasmetaal of HAZ.

Verschillende fluxen van deze twee typen met enkele van hun kenmerken, aangeboden door de genoemde fabrikant, zijn gegeven in tabel 8.3.

Specifieke toepassingen van bepaalde combinaties van de SAW-draden gegeven in tabel 8.2 en SAW-fluxwaarden gegeven in tabel 8.3 zijn gedetailleerd in tabel 8.4.

Rvs Flux-I:

Deze flux wordt gebruikt met het juiste type roestvrij staaldraad. De flux is ontworpen om verliezen van chroom en nikkel over de boog te compenseren en om de koolstof- en siliciumopname te vermijden.

toepassingen:

(i) Voor 18/8 Cr-Ni-staalsoorten moet de flux worden gebruikt met 18/8 (304 of 304L) draad.

(ii) Voor 18/8 Mo-staalsoorten moet de flux worden gebruikt met 18/8 Mo (316 of 316L) draad.

(iii) Voor staalsoorten zoals 25/20 Cr-Ni (310) of 25/12 Cr-Ni (309), moet de flux worden gebruikt met enigszins overgelegeerde roestvrij staaldraad, dat wil zeggen, met hogere niveaus van chroom en nikkel.

(iv) Voor titaniumgestabiliseerde roestvrijstalen platen, moet de flux worden gebruikt met niobium-gestabiliseerde roestvrijstalen draden.

(v) Het kan worden gebruikt voor het bekleden van roestvast staal met behulp van geschikte soorten roestvrijstalen draden.

Stainless Steel Flux-II:

Het verschilt van roestvrij staal flux SS Flux-I in zoverre dat het niobium in de lasafzetting kan overbrengen. Het wordt gebruikt in combinatie met het juiste type niet-gestabiliseerde roestvrij staaldraad om een ​​niobium-gestabiliseerde lasafzetting te verkrijgen. De flux is ook ontworpen om verliezen van chroom en nikkel in de boog te compenseren en koolstof- en siliciumopname te voorkomen.

toepassingen:

(i) Voor 18/8 Ti-gestabiliseerde staalsoorten moet de flux worden gebruikt met 18/8 niet-gestabiliseerde draad.

(ii) Voor 18/8 titanium-gestabiliseerde Mo-staalsoorten, moet de flux worden gebruikt met 18/8 Mo niet-gestabiliseerde roestvrij staaldraad.