Lassen in ongewone omgevingen

Na het lezen van dit artikel leert u over de methoden van lassen in ongewone omgevingen: 1. Lassen in wind 2. Lassen bij lage omgevingstemperaturen 3. Lassen in vacuüm 4. Lassen in de ruimte.

Lassen in wind:

Lassen onder winderige omstandigheden resulteert in boogverlenging hetgeen leidt tot verslechtering van de laspoolafscherming tegen de nadelige effecten van de atmosferische gassen. De boogspanning moet daarom binnen een bereik worden gehouden om een ​​defectvrije las bij een gegeven windsnelheid te garanderen.

Het beschermende gasscherm door het verbranden van coating in afgeschermd metaalbooglassen en het beschermgas bij gasmetaal booglassen wordt ernstig aangetast door de windsnelheid; er is echter gebleken dat zelfbeschermende gevloeide draden een aanzienlijk betere bescherming bieden.

Uitgaande van boogverlenging als een kwantitatief criterium van afschermingsefficiëntie, worden de resultaten voor één merk van zelfafschermende flux-gevulde booglassen (FCAW) draad gerapporteerd door Shlepakov, et al. uit gesimuleerde laboratoriumexperimenten worden getoond in Fig. 22.1.

Het is duidelijk dat defectvrije lassen kunnen worden verkregen voor een zeer korte booglengte voor een boogspanningsbereik van 21 tot 22, 5 volt voor windsnelheden tot 15 m per seconde. De lasrupskwaliteit werd echter ernstig aangetast voor een langere boog, vooral bij een hogere windsnelheid. Soortgelijke gegevens voor andere typen zelfbeschermende FCAW-draden zijn ook door dezelfde auteurs gemeld.

Lassen bij lage omgevingstemperaturen:

Lassen in de winter in bergachtige gebieden in het noorden of meer specifiek in Arctische en Antarctische regio's betekent werken bij zeer lage temperaturen tot -40 ° C of zelfs lager. De productiviteit van machines en structuren in de Arctische regio is in de winter ongeveer 1, 5 keer lager dan de nominale waarde en daardoor wordt de werkelijke levensduur met 2 tot 3, 5 keer verlaagd, wat resulteert in clossaal verlies voor de betrokken landen.

Het falen van auto-, tractor- en bulldozercomponenten en -samenstellingen in de winter is naar verluidt 4 tot 6 keer hoger dan in de zomer. De gemiddelde maandelijkse werking van een bulldozer in de winter is 2, 7 tot 7 keer zo laag als in de zomer. Meer dan 75% uitval van de totaal opgenomen gelaste basiscomponenten en samenstellen van graafmachines vindt plaats in de winterperiode. Brosse breuken en vermoeidheidsbreuken zijn de oorzaak van het falen van gelaste verbindingen in baggermachines en andere grondverzetmaterieel.

Met het verlagen van de temperatuur in de winter in het Arctisch gebied worden grotere storingen gemeld in pijpleidingen, bruggen, lastdragende balken, tanks, olieopslagtanks en drukvaten. Een van de belangrijkste oorzaken van brosse breuken bij lage temperatuur van gelaste verbindingen is de slechte keuze van basismaterialen en lastoevoegmaterialen voor lassen, evenals de toegepaste lasechnologie. Dit leidt tot de vorming van gebieden met een grotere vatbaarheid voor verbrossing en het initiëren van koude scheuren.

De vorming van koude scheuren in lasverbindingen gemaakt bij lage omgevingstemperaturen wordt toegeschreven aan snelle koeling en kristallisatie van het smeltbad resulterend in het invangen van waterstof, zuurstof of stikstof en niet-metalen materialen in het lasmetaal. Vanwege snelle afkoeling bij lage temperatuur; het smelten van metaal kan ook ontoereikend zijn, wat leidt tot onvolledige penetratie en gebrek aan fusie. Ook wordt de kwaliteit van elektroden en vuldraden nadelig beïnvloed als er vocht op wordt gegloeid.

Om de schadelijke effecten van lage temperaturen tegen te gaan om kwaliteitslassen te bereiken, moeten de volgende regels worden gevolgd:

1. Het gebruikte moedermetaal moet vrij zijn van krassen, inkepingen of oppervlakkige sneden om het kerfeffect te vermijden

2. Het reinigen van werkranden is essentieel om verontreinigingen en vocht of sneeuw te verwijderen. Indien nodig kunnen de randen vóór de montage worden voorverwarmd en vervolgens de lasverbinding langzaam afkoelen.

3. Alleen hoogwaardige elektroden, grondig gedroogd, moeten worden gebruikt met de juiste lastechnieken en variabelen. Een hogere stroominstelling kan nodig zijn om de lage omgevingstemperatuur te compenseren.

4. Lasnaden moeten zorgvuldig worden bijgesneden na voltooiing om de vorming van krassen en inkepingen in lasmetaal en HAZ te voorkomen.

5. De ontwikkeling van de krater moet worden vermeden om de vorming van kraterscheuren te voorkomen die tot broze breuken kunnen leiden.

6. Gebruik armaturen in plaats van stijve kopspijkers om de ontwikkeling van overmatige spanningen in de lasverbinding te voorkomen; een goede gewoonte is om de warmte-inbreng met 4 tot 5% te verhogen voor elke afname van 10 ° C bij omgevingstemperatuur van bijvoorbeeld ongeveer 20 °.

Vanwege het toegenomen warmteafvoerende effect neemt de lasbaarheid van de las af naarmate de werkdikte toeneemt. Om het effect van dikte op ductiliteit tegen te gaan, kan de warmtetoevoer worden verhoogd, maar dit leidt gewoonlijk tot een verminderde sterkte van het lasmetaal. De koelsnelheid is een kritieke parameter in hoeklassen met meervoudige en meervoudige verbindingen. Dergelijke lassen worden daarom vermeden bij het gemak van belangrijke lassen gemaakt bij lage omgevingstemperaturen.

Een alternatieve methode is om lassen met een dikkere doorsnede te maken. Bijvoorbeeld, de dikte van het werkstuk van 16 - 24 mm, 25 - 40 mm en 41 - 50 mm moet worden gelast met een minimale dwarsdoorsnede van de lasverbinding of van respectievelijk 35 mm2, 50 mm2 en 60 mm2. Ook mogen de koelsnelheden van dergelijke lassen niet hoger zijn dan 30 ° C per seconde.

Versterkende staven van constructiestaal kunnen met succes worden gelast in mallen bij lage temperaturen. De eigenschappen die in dergelijke gevallen worden bereikt, zijn meestal vergelijkbaar met die welke bij normale winkeltemperaturen worden bereikt.

Het type coating heeft een aanzienlijk effect op het resultaat van booglassen met afgeschermde metalen bij lage temperaturen. De beste resultaten kunnen worden verkregen door het gebruik van basisbeklede elektroden aangezien het verkregen lasmetaal hoge mechanische en slagvastheidseigenschappen heeft vanwege het lage waterstofgehalte van lasmetaal dat weinig gevoeligheid heeft voor veroudering en brosse breuk alsmede voor toename in koolstof- en zwavelgehalten . Lassen van goede kwaliteit kunnen derhalve worden verkregen door basische beklede elektroden in laag- en hooggelegeerde staalsoorten.

Voor het verkrijgen van lasnaden van goede kwaliteit bij pijplassen bij lage temperaturen, moet het uiteinde worden geplakt volgens de voorwaarden in tabel 22.1:

Stuiklassen in pijpleidingen gemaakt van martensitisch staal van elke wanddikte moeten worden gemaakt bij een omgevingsluchttemperatuur van ongeveer 0 ° C; wanneer de omgevingstemperatuur lager is dan 0 ° C, moeten dergelijke stomplassen worden gemaakt in verwarmde ruimten of behuizingen. Het lassen van pijpleidingen gemaakt van rimming en semi-gedode staalsoorten evenals het hijsen, transporteren en monteren moet worden uitgevoerd bij omgevingsluchttemperaturen niet lager dan - 20 ° C.

De gevoeligheid van een gelaste verbinding voor brosse breuk neemt sterk toe wanneer zelfs de kleinste koude scheuren of vermoeidheidsschade optreden onder wisselende belastingen, dit wordt meer uitgesproken als de temperatuur daalt. Om de prestaties van gelaste verbindingen onder impactbelastingen en bij negatieve temperaturen te verbeteren, wordt het bij hoge temperaturen temperen aanbevolen voor de verhoging van kerftaaiheid door warmtebehandeling op de HAZ-metaalstructuur.

Een andere methode voor het verbeteren van de impact- en vermoeiingseigenschappen van lassen gemaakt bij lage omgevingstemperaturen is de argonboogbehandeling van het lasmateriaal. In deze behandeling wordt de argonboog gebruikt om een ​​soepele overgang van de contour van las naar onedel metaal te bewerkstelligen en om lasmetaal te verbeteren door metallurgische veranderingen zoals ontzwaveling, ontgassen, verfijnen van niet-metallische insluitsels en variatie in hun vormen.

Deze behandeling leidt niet alleen tot een afname van de spanningsconcentratie in de HAZ, maar verbetert ook de structuur van de oppervlaktelaag van het metaal, waardoor de mechanische eigenschappen van de gelaste verbinding toenemen.

De effecten van hogetemperatuurontlaten en argonboogbehandeling bij het verbeteren van de slagsterkte van staal met een laag koolstofgehalte en het genitrideerde staal in vergelijking met hetzelfde staal zonder enige behandeling zijn zoals getoond in Fig. 22.2.

Lassen in vacuüm:

Bij laslassen is een effectieve afscherming van het smeltbad tegen de schadelijke effecten van de atmosferische gassen (zuurstof en stikstof) van essentieel belang om kwaliteitslassen te bereiken. Het lasmetaal kan ook waterstof opnemen van vocht, roest, elektrodebekleding, flux, etc.

Hoewel verschillende gassen verschillend reageren met het lasbadmetaal, tasten ze onvermijdelijk de fysico-mechanische eigenschappen van het lasmetaal aan. Wanneer opgeloste gassen in grote hoeveelheden worden opgesloten, kan dit leiden tot de vorming van blaren, uitblaasgaten en porositeit en een verminderde metaaldichtheid met als gevolg verminderde plasticiteit en sterkte. Gassen die aanwezig zijn, zelfs als chemische verbindingen zoals oxiden, nitriden en hydriden, kunnen evengoed de sterkte en taaiheid van het metaal aanzienlijk verminderen, wat kan leiden tot bros falen.

Dit is met name het geval met actieve metalen. Afgezien van het aantasten van de mechanische eigenschappen, vermindert oxidatie de weerstand van metalen tegen corrosie. Oxidesinsluitsels kunnen ook gasporositeit produceren omdat ze gassen absorberen en vasthouden terwijl het metaal zich in gesmolten toestand bevindt.

Om het lasbad te beschermen, worden verschillende afschermingsmedia gebruikt, waarbij elk zijn voordelen en beperkingen heeft. De meeste van de technische metalen worden adequaat afgeschermd door argon en helium, maar deze gassen blijken onvoldoende te zijn als afschermingsmedia voor lassen .metalen zoals zirkonium en tantaal. Waterstof wordt ook gemakkelijk geabsorbeerd door zirkonium, tantalium en niobium om hydriden te vormen die verschijnen als strepen langs de korrelgrenzen.

Zelfs een kleine hoeveelheid waterstof in zirkonium, tantaal of niobium kan porositeit produceren en hun plasticiteit en sterkte verminderen. Om dus lasnaden met voldoende plasticiteit in reactieve en vuurvaste metalen te maken, moet het afschermingsmedium minimale hoeveelheden zuurstof, stikstof, waterstof en vocht bevatten.

De effectiviteit van vacuüm als afschermingsmedium wordt bepaald door de hoeveelheid aanwezige onzuiverheden per eenheid van volume van de vacuümkamer. Tabel 22.2 laat zien dat zelfs een relatief slecht vacuüm een ​​laag gehalte aan onzuiverheden per volume-eenheid heeft. In vergelijking met het zuurstof- en stikstofgehalte van respectievelijk 0 005% en 0 01% van sterk gezuiverde en dure argonkwaliteit A, heeft een ruw vacuüm van 01 mm Hg het zuurstof- en stikstofgehalte van respectievelijk 0 003% en 0 01%.

De superieure mechanische eigenschappen van lassen gemaakt in vacuüm worden bevestigd door het feit dat de hardheid van het metaal in zirkoniumlassen gemaakt door het argonboogproces bijna tweemaal zo hoog was als die van de vacuümlassen. Ook verbetert het verminderde gasgehalte van het lasmetaal door vacuümafscherming de plasticiteit ervan, zoals wordt gevonden in het geval van lassen gemaakt in molybdeen.

Vacuümafscherming beïnvloedt de lasmetaalactiviteit door het te ontgassen, de dichtheid ervan te vergroten, oxiden, onzuiverheden en verontreinigingen te verwijderen van zowel het oppervlak als de bulk van metaal. Naarmate de verontreiniging van het lasmetaal wordt verminderd, worden de korrelgrenzen schoner wat resulteert in een verhoogde corrosieweerstand van het lasmetaal. Lassen vervaardigd door het argonboogproces corroderen sneller dan lassen gemaakt in vacuüm.

Vacuümafscherming elimineert ook de mogelijkheid van de vorming van gaszakken in lasmetaal aangezien er geen gassen beschikbaar zijn om door te worden geabsorbeerd; dus vacuüm lassen van veel reactieve en vuurvaste metalen produceert lassen vrij van porositeit.

Vacuümafscherming vermindert het gasgehalte van lasmetaal als gevolg van de dissociatie van oxiden, nitriden en hydriden. Waterstof, zelfs indien aanwezig in gecombineerde toestand, kan gemakkelijk uit het lasmetaal worden verwijderd.

Zuurstof en stikstof kunnen alleen van het lasmetaal worden verwijderd als de partiële druk van deze gassen in de laskamer lager is dan de druk van dissociatie van oxiden en nitriden bij de temperatuur van het smeltbad. Omdat zuurstof een extreem lage partiële druk heeft, is het heel moeilijk om het volledig te verwijderen van de overgrote meerderheid van metalen behalve koper, nikkel en kobalt.

Nitriden van aluminium, niobium, chroom, magnesium, silicium en tantaal hebben echter een relatief hoge dissociatiedruk van nitriden behalve in het geval van zirkonium en tantaal omdat hun nitriden een lage dissociatiedruk hebben. Vacuümafscherming is dus een actief afschermingsmedium omdat het het lasmetaal in staat stelt zich te ontdoen van oppervlaktecontaminanten, geabsorbeerde gassen van vloeibare films. Over het algemeen neemt het metaal een hoge glans binnen een breed gebied naast de randen die worden gelast.

Vacuüm afscherming is niet alleen eenvoudig en gemakkelijk te onderhouden, maar biedt ook economische voordelen. Vacuümafscherming is bijvoorbeeld bijna half zo duur als argonafscherming en soms kost het net zo veel als CO 2 -afscherming. Het elimineert ook de noodzaak van gasflessen en de kosten van hun transport en behandeling.

Vacuümafscherming biedt niet alleen een ideaal scherm voor het lassen van metalen, maar is ook effectief in het vastzetten van gelaste verbindingen van hoge kwaliteit in niet-metalen materialen. Voor sommige materialen is vacuümafscherming het enige afschermingsmedium om vereiste kwaliteitslassen te bereiken.

Lassen in de ruimte:

Met de ontwikkeling van grote ruimtebaletten met veel bemanningsleden, grote radiotelescopen, antennes, reflecterende en absorberende schermen, zonnestralingstechnologiesystemen groeit de behoefte aan herstel en herstel van de lucht met de verlenging van de gebruikstijd, terwijl de problemen bij de inzet assemblage en montage wordt steeds dringender met de toename in massa en afmetingen van structuren.

Ook de noodzaak van dringende aandacht voor de zieke satellieten om het wereldwijde communicatienetwerk soepel te laten verlopen, is het noodzakelijk geworden om geschikte methoden voor het samenvoegen van materialen te ontwikkelen. Lasprocessen lijken onmisbaar voor gebruik in de ruimte, waar de omstandigheden voor het lassen sterk verschillen van die op aarde.

Vergeleken met de omgeving op aarde wordt de ruimte gekenmerkt door drie belangrijke factoren, namelijk zwaartekracht, hoog ruimtevacuüm en een hoog contrast door licht-schaduwgrenzen.

een. Gewichtloosheid:

Dit veroorzaakt de afwezigheid of onderdrukking van de opwaartse kracht en convectie. De speciale eigenschap van zero-G is echter dat de kosmonaut zonder ondersteuning moet werken, wat aanzienlijk ongemak bij handmatige handelingen veroorzaakt.

b. High Space Vacuum:

De atmosferische druk in het lage hoogtegebied waar grote ruimtestations nu vliegen en waarvan verwacht wordt dat ze in de nabije toekomst zullen vliegen, is 10-2 tot 10-4 Pa. Dit drukregio kan goed worden beheerst door de grondindustrie die elektronenbundels gebruikt. en diffusielassen. Het speciale aan ruimtevacuüm is echter de extreem hoge of bijna oneindige evacuatiesnelheid.

c. Hoog contrast door licht-schaduwgrenzen:

Vanwege plotselinge verandering van licht- naar schaduwzone kan het temperatuurverschil ergens tussen 150 en 500 ° C liggen. Ook vanwege de verminderde aard van warmte- en massaoverdracht in de ruimte kan de zone met de hoge temperatuurverschillen dicht bij elkaar op het werkstuk liggen.

Vanwege deze speciale kenmerken van lassen in de ruimte is het essentieel om een ​​industrieel toepassingsproces te kiezen met veelzijdigheid, eenvoud, betrouwbaarheid, veiligheid, laag energieverbruik, minimale massa en volume apparatuur. Rekening houdend met al deze vereisten, blijkt dat de EBW de meest efficiënte methode is voor lassen in de ruimte.

De basisfactor van de ruimte die het meest actief van invloed is op de lasprocessen die samenhangen met de aanwezigheid van vloeibare fase is de zwaartekracht. Onder nul-G is de uitgesproken actie van oppervlaktekrachten beweging van gesmolten metaal onder invloed van elektronenstraal en dissipatie-effecten veroorzaakt door viscositeit en thermische diffusie. De meeste gesmolten metalen materialen hebben een lage kinetische viscositeit, een matige thermische diffusie en een hoge oppervlaktespanning.

De mogelijkheid van doorbranden in plaatmateriaal onder nul-G bij niet-ondersteund lassen met lage concentratie thermische energie is moeilijk. De diameter van het lasbad kan echter tien keer (of zelfs meer) zo groot zijn als de materiaaldikte met de daaruit voortvloeiende problemen bij het hanteren van grote hoeveelheden gesmolten materiaal daarin.

De voordelen van een hoge oppervlaktespanning met nul-G in de ruimte is dat in het geval dat een doorbranden plaatsvindt of een gat wordt gesneden in een plaat, het gesmolten metaal aan de onderkant van het werk blijft kleven of zelfs het gat of 'hiel' kan sluiten de snede. Als het niet zo was, zou het erg gevaarlijk zijn vanwege deze vliegende metalen bits in de ruimte.

De ruimte en het speciale karakter van het werk vereisen de garantie van de hoogst mogelijke betrouwbaarheid van de apparatuur, de absolute veiligheid van de mensen die ermee werken en het elimineren van het risico op schade aan het ruimteschip. Ook moet het ontwikkelde gereedschap worden gekenmerkt door compactheid, laag energieverbruik, laag gewicht en gebruik.

Een veelzijdig handlasapparaat dat zo veel mogelijk is ontwikkeld om aan al deze vereisten te voldoen, is gebaseerd op het gebruik van EBW en heeft de naam VHT, dat is veelzijdige handgereedschap. EB W is echter geassocieerd met een hoge versnellingsspanning en kan resulteren in het genereren van röntgenstralen. Contact van de omhulling van de buitenste mantel met gesmolten metaal of elektronenbundel kan ook ernstige gevolgen hebben.

Een VHT ontwikkeld door Russische ingenieurs die voldoen aan de meeste van de bovengenoemde vereisten heeft de volgende specificaties.

Specimens gelast met behulp van de bovenstaande VHT in de ruimte voldoen aan alle actieve industriële vereisten. In tegenstelling tot andere booglasprocessen, maakt handmatige EBW het mogelijk om de lasbadafmeting en penetratiediepte binnen de controle te houden, niet alleen door het gereedschap te hanteren, maar ook door de bundelfocusering te veranderen; dit minimaliseert elk risico op doorbranden. Het defect dat vaker voorkomt bij het lassen in de ruimte met behulp van VHT is een gebrek aan penetratie dat in het algemeen wordt toegeschreven aan de menselijke reactie op de eigen angst van de operator om een ​​onherstelbaar defect van de doorbranding te veroorzaken.

Ondanks het voorkomen van een gebrek aan penetratie wordt het in de ruimte uitgevoerde lassen hoog ingeschat.

Hoewel EBW al sinds 1990 met succes wordt gebruikt voor het lassen in de ruimte, hebben recente ontwikkelingen in het Friction Stir Welding (FSW) -proces enkele van zijn varianten geprojecteerd voor gebruik in lassen in de ruimte en lasreparaties. Enkele van deze ontwikkelingen omvatten High Speed ​​FSW (HS-FSW), Ultrasonic Stir Welding (USW) en Thermal Stir Welding (TSW).

een. Hoge snelheid FSW :

Het is gebaseerd op het concept dat hoge spilsnelheden tot 100.000 tpm in FSW de krachten verminderen die nodig zijn om geluidlassen te produceren tot een niveau dat handmatige handapparaten mogelijk maakt. Het werk is al aan de gang voor het lassen van een 1, 5 mm dikke koperlegering met een rotatiesnelheid tot 30.000 toeren per minuut en een lassnelheid tot 5 m / min.

Een parallel onderzoek is aan de gang voor de ontwikkeling van de robotwerking van een handmatig in de hand te houden halfgeleiderapparaat voor gebruik van HS-FSW.

b. Ultrasoon roerlassen (USW):

Deze ultrasone energie verwarmt de materialen in de plastische toestand. In tegenstelling tot standaard FSW zijn er geen roterende schouders en pennen om wrijvingswarmte te produceren. Van dit concept wordt verwacht dat het praktischer is dan HS-FSW als een in-orbitlas- en reparatieproces omdat stabiliteitsproblemen met een hoge rotatiesnelheid worden geëlimineerd.

c. Thermal Stir Welding (TSW):

Dit is nog een ander lasproces voor het lassen van dikkere onderdelen. TSW verschilt van FSW doordat verwarmings-, roer- en smeedprocessen die in FSW worden aangetroffen, onafhankelijk worden gecontroleerd. Er is weinig wrijvingsverwarming en geen snel draaiende pennen / schouders. Net als USW vermijdt TSW ook stabiliteitsproblemen die verband houden met rotatieonderdelen met hoge snelheid. Afgezien van het gebruik bij lassen en repareren in de ruimte, kan TSW worden gebruikt voor scheepsbouw voor gebruik bij het lassen van titaniumlegeringen voor de scheepsbouw en ook voor de fabricage van hoogwaardige persoonlijke jachten van titanium.

Afgezien van lassen; snijden, hardsolderen en metaalspuiten zijn ook in de ruimte uitgevoerd. Hardsolderen blijkt het moeilijkste proces uit te voeren in de ruimte. Dit wordt toegeschreven aan het feit dat in de ruimte de helderheid van zonnestraling extreem hoog is, het bijna onmogelijk is om de kleurverandering in metaal met temperatuur te zien, en dus moet de lasser-kosmonaut de mate van verwarming van het werk tegen de tijd bepalen interval.

Metaalspuiten is helemaal niet moeilijk om uit te voeren in de ruimte en de in de ruimte gespoten componenten voldoen aan de eisen van de strengste normen.