ESW: Giới thiệu, Thiết lập và Ứng dụng

Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về: - 1. Giới thiệu về Hàn điện (ESW) 2. Vật liệu cần thiết cho Hàn điện (ESW) 3. Mạch điện và thiết lập 4. Tốc độ lắng đọng 5. Thiết kế mối hàn 6. Cấu trúc mối hàn và Thuộc tính 7. Ứng dụng.

Giới thiệu về Electroslag Hàn:

Hàn Electroslag là một quá trình hàn tổng hợp để nối các chi tiết dày bằng một lần duy nhất. Quá trình này KHÔNG phải là quá trình hàn hồ quang mặc dù hầu hết các thiết lập tương tự như các quy trình hàn hồ quang thông thường và yêu cầu bắt buộc để bắt đầu quá trình và cũng có thể xảy ra sau đó khi sự ổn định của quá trình bị xáo trộn.

Nhiệt được tạo ra do dòng chảy qua xỉ nóng chảy cung cấp điện trở cần thiết thay thế cho điện trở hồ quang. Quá trình này có các đặc điểm giống với quá trình đúc nhưng trong đó hai mặt của thành khuôn tan chảy để tham gia vào kim loại nóng chảy bổ sung. Một tính năng đặc trưng của quá trình là di chuyển dọc lên trong hầu hết các trường hợp. Nó có thể sử dụng một hoặc nhiều điện cực tùy thuộc vào độ dày của công việc.

Phát minh của quá trình vào năm 1951 được ghi nhận cho Viện hàn Paton, Kiev (Liên Xô) và một số phát triển tiếp theo cho Viện nghiên cứu hàn, Bratislava (Tiệp Khắc). Hiện nay quá trình này được sử dụng trên toàn thế giới để hàn các thành phần có thành dày như bình chịu áp lực, vỏ tuabin, khung máy, v.v.

Quá trình này giúp loại bỏ các vấn đề liên quan đến các mối hàn đa chạy và dẫn đến các mối hàn kinh tế ở tốc độ hàn cao và không bị biến dạng góc. Không có giới hạn trên đối với độ dày có thể được hàn bằng quy trình này mặc dù 50 mm thường là giới hạn dưới cho hoạt động kinh tế.

Mặc dù gang, nhôm, magiê, đồng, titan, v.v ... đều có thể được hàn bằng quy trình này nhưng các nhà chế tạo thép là những người sử dụng chính. Các loại thép được hàn bằng hàn điện có thể bao gồm carbon và thép hợp kim thấp, thép hợp kim cao, thép chống ăn mòn và ăn mòn.

Vật liệu cần thiết cho hàn Electroslag:

Ngoài các vật liệu làm việc, các vật tư tiêu hao khác cần có là dây điện cực và từ thông. Các vật liệu hàn có thể được sử dụng một cách hiệu quả để kiểm soát thành phần của kim loại mối hàn và do đó tính chất cơ học và luyện kim của nó.

1. Điện cực:

Nói chung, hai loại điện cực viz., Rắn và kim loại, được sử dụng. Mặc dù các điện cực rắn phổ biến hơn, các điện cực lõi kim loại cho phép điều chỉnh thành phần kim loại phụ để hàn thép hợp kim thông qua việc bổ sung hợp kim (ví dụ, ferro-mangan, ferro-silicon, v.v.) trong lõi và giúp bổ sung từ thông trong bể nóng chảy .

Trong hàn điện của thép carbon và thép HSLA, dây điện cực thường chứa ít carbon hơn kim loại cơ bản. Điều này ngăn ngừa nứt trong kim loại hàn của thép có chứa carbon lên tới 0 - 35%. Tuy nhiên, dây điện cực được sử dụng để hàn. Thép hoy thường phù hợp với thành phần kim loại cơ bản. Các mối hàn điện trong thép hợp kim thường được xử lý nhiệt để đạt được các tính chất mong muốn trong kim loại hàn và HAZ và thành phần dây điện cực phù hợp đảm bảo đáp ứng tương tự với các phương pháp xử lý như vậy từ các phần khác nhau của mối hàn.

Các mối hàn Electroslag trên tài khoản chuẩn bị cạnh vuông thường có độ pha loãng cao nằm trong khoảng từ 25 đến 50%. Với dây điện cực phù hợp, nó không có nhiều hậu quả vì kim loại từ điện cực và kim loại cơ bản nóng chảy trộn kỹ để cung cấp thành phần hóa học gần như thống nhất trong suốt.

Dây điện cực cho F.SW thường nằm trong khoảng từ 1, 6 đến 4, 0 mm đường kính; tuy nhiên, dây có đường kính 2, 4 và 3, 2 mm là phổ biến hơn. Các dây này được cung cấp ở dạng ống chỉ với các ống cuộn có kích thước khác nhau và nặng tối đa 350 kg; nhưng bao bì phổ biến nhất nặng khoảng 25 kg.

2. Thông lượng:

Flux có lẽ là vật liệu tiêu thụ quan trọng nhất của ESW. Ở trạng thái nóng chảy, nó biến đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt giúp làm nóng chảy dây điện cực và kim loại cơ bản để tạo thành mối hàn. Nó cũng được yêu cầu để bảo vệ kim loại hàn nóng chảy khỏi khí quyển và đảm bảo hoạt động ổn định.

Thông lượng ở trạng thái nóng chảy của nó là cần thiết để dẫn điện, nhưng đồng thời nó phải cung cấp đủ lực cản cho dòng chảy của nó để tạo ra nhiệt đủ để hàn. Nếu điện trở nhỏ hơn yêu cầu, kết quả là tạo ra hồ quang. Xỉ cũng phải có độ nhớt tối ưu, nghĩa là không nên quá dày để cản trở lưu thông tốt và gây ra xỉ cũng không quá mỏng để gây rò rỉ quá mức.

Điểm nóng chảy của từ thông phải thấp hơn nhiệt độ của kim loại cơ bản và điểm sôi của nó phải cao hơn nhiệt độ vận hành để tránh những tổn thất không đáng có có thể gây ảnh hưởng xấu đến đặc tính vận hành. Nhiệt độ hoạt động cho thép hàn là khoảng 1650 ° C. Thông lượng nóng chảy nên trơ khá nhiều với kim loại cơ bản và phải ổn định trong một loạt các điều kiện hàn.

Thành phần chính của thông lượng ESW là các oxit phức tạp của silic, mangan, titan, canxi, magiê và nhôm có bổ sung canxi florua.

Bỏ qua tổn thất do rò rỉ, lượng từ thông được sử dụng là khoảng 5 đến 10 kg cho mỗi khoảng 100 kg kim loại lắng. Với sự gia tăng độ dày của tấm hoặc chiều dài mối hàn, mức tiêu thụ từ thông giảm xuống còn 1, 5 kg cho khoảng 100 kg kim loại lắng. Một xấp xỉ khác là khoảng 350 gm từ thông trên một mét dọc của chiều cao khớp.

Có hai loại từ thông thường được sử dụng cho ESW. Một cái được gọi là thông lượng bắt đầu và cái còn lại là thông lượng chạy. Thông lượng khởi đầu được thiết kế để nhanh chóng ổn định quy trình ESW; nó có điểm nóng chảy thấp và độ nhớt cao. Nó tan chảy nhanh chóng và làm ướt bề mặt bể lắng để dễ dàng bắt đầu.

Nó có tính dẫn điện cao và sinh nhiệt cao nhanh chóng. Một lượng nhỏ thông lượng này được sử dụng để bắt đầu quá trình. Nó có thể giúp bắt đầu quá trình mà không cần bể phốt. Thông lượng hoạt động hoặc thông lượng vận hành được thiết kế để cung cấp sự cân bằng hợp lý giữa các thông số vận hành để đạt được độ dẫn điện, nhiệt độ nước tắm và độ nhớt chính xác để có được phân tích hóa học mong muốn. Một thông lượng chạy có thể hoạt động trong một loạt các điều kiện.

Các điện cực rắn cho ESW của thép carbon và HSLA được chia thành ba loại viz., Mangan trung bình (khoảng 1% Mn), mangan cao (khoảng 2% Mn) và các lớp đặc biệt. Các thông lượng ESW được phân loại trên cơ sở các tính chất cơ học của mỏ hàn được chế tạo bằng một điện cực cụ thể và kim loại cơ bản cụ thể.

Thành phần của từ thông được để lại theo quyết định của nhà sản xuất, nhưng hai mức độ bền kéo cho kim loại mối hàn được chỉ định: 415-550 MPa và 485-655 MPa; một yêu cầu độ bền tối thiểu cũng được thực hiện. Một thông lượng điển hình để hàn thép kết cấu carbon thấp sẽ có một phân tích danh nghĩa cho các thành phần chính như trong bảng 11.1.

Bổ sung CaF ₂ làm giảm độ nhớt và cải thiện tính dẫn điện của xỉ nóng chảy.

Mạch điện và thiết lập cho ESW:

Mạch điện cho quy trình ESW được hiển thị trong Hình 11, 5 (a) và sơ đồ tương ứng cho thiết lập được hiển thị trong hình 11.5 (b).

Tốc độ lắng đọng của hàn điện:

Tốc độ lắng đọng của quá trình hàn electroslag là một trong những mức cao nhất cho bất kỳ quy trình nào được sử dụng để thực hiện cùng một công việc. Hình 11.11 cho thấy tốc độ lắng đọng như bị ảnh hưởng bởi dòng hàn đối với dây điện cực có đường kính 2, 4 mm và 3, 2 mm.

Số lượng điện cực được sử dụng cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ lắng đọng trong ESW và nó xấp xỉ 16 - 20 kg / giờ trên mỗi điện cực. Đối với công việc có độ dày nặng sử dụng ba điện cực 45 - 60 kg / giờ kim loại hàn có thể được gửi. Sử dụng khoảng cách khớp 30 mm, tốc độ hàn được thể hiện trong hình 11.12. Các tấm nặng có độ dày thay đổi từ 75 đến 300 mm được hàn với tốc độ thay đổi từ 60 đến 120 cm / giờ.

Thiết kế hàn cho hàn Electroslag:

Các loại khớp chính có thể được hàn theo quy trình ESW bao gồm mông, fillet, comer, chuyển tiếp, khớp T và mối hàn chéo như trong hình 11.13; tuy nhiên giày giữ được thiết kế đặc biệt là cần thiết cho các khớp khác ngoài khớp mông, góc và khớp chữ T. Một số đường nối hàn điện điển hình được thể hiện trong hình 11, 14.

Chuẩn bị cạnh và trang bị:

Chuẩn bị cạnh cho hàn điện là đơn giản hơn nhiều so với hàn hồ quang và hầu hết các trường hợp chỉ yêu cầu cắt các tấm có cạnh vuông. Đối với độ dày lên đến 200 mm, điều này có thể được thực hiện bằng máy cắt ngọn lửa oxy-axetylen. Vì hàn điện tạo ra sự thâm nhập sâu, độ mịn của các cạnh cắt ít quan trọng; có thể dễ dàng khoét rãnh sâu 2-3 mm có thể dễ dàng chứa mà không có bất kỳ ảnh hưởng xấu nào. Tuy nhiên, trong các phần dày hơn các rãnh như vậy, được gọi là sò, thường phát triển theo chiều sâu và do đó cần phải gia công các cạnh cắt ngọn lửa.

Để lắp các bộ phận phù hợp cho ESW, việc sử dụng thường được làm bằng kẹp chữ U của các loại được hiển thị trong Hình 11.15. Đây là tack hàn ở phía sau của khớp. Các kẹp hình chữ U được sử dụng để cung cấp một chuyển động không bị cản trở của các khối giữ đồng hoặc cho lối đi của cỗ xe nhàn rỗi. Đôi khi kẹp chữ U có thể được thay thế bằng dây đai được tháo ra bằng búa thổi hoặc mỏ hàn khí khi đầu hàn đến gần.

Để phù hợp với các bộ phận cho ESW, bắt buộc phải duy trì khoảng cách thiết kế. Tuy nhiên, thông thường người ta chấp nhận rằng có một sự khác biệt giữa khoảng cách thiết kế và khoảng cách phù hợp. Khoảng cách thiết kế thường được coi là một đại lượng giả định được sử dụng để tính toán kích thước của mối hàn đã hoàn thành và nó nhỏ hơn khoảng cách phù hợp bởi lượng co ngót của kim loại lắng. Khoảng cách phù hợp là khoảng cách giữa các mặt hợp nhất được lắp ráp để hàn.

Nó thường thay đổi dọc theo chiều dài của cùng một khớp Thông thường, nó tăng thêm 2 - 5 mm cho mỗi mét chiều dài khớp khi di chuyển lên trên dọc theo đường may. Với khe hở vừa vặn được điều chỉnh, khoảng cách thực tế sau khi hàn và co rút ra đồng nhất dọc theo toàn bộ chiều dài của khớp và bằng với khe hở thiết kế. Các giá trị được đề xuất của các khoảng trống thiết kế và phù hợp được đưa ra trong Bảng 11.3 và Hình 11.16 cho thấy sự phù hợp điển hình cho ESW.

Một số bộ biến được đề xuất cho ESW được tóm tắt trong Bảng 11 .4.:

Cấu trúc mối hàn và tính chất của hàn Electroslag:

Hàn Electroslag chủ yếu được sử dụng để hàn thép mặc dù thép Q & T (Quenched và Tempered) thường không được tham gia bởi quá trình này. Nhiệt độ đạt được trong khu vực hàn ngay lập tức là khoảng 1925 ° C. Nhiệt độ cao với chu kỳ nhiệt kéo dài này dẫn đến cấu trúc kim loại hàn bao gồm các hạt austenit lớn trước đó với các mẫu hóa rắn cột có các hạt thô tạo ra các phần giòn trong thành phẩm.

Thông thường, mong muốn bình thường hóa kim loại mối hàn bằng cách nung nóng đến khoảng 40 ° C so với nhiệt độ biến đổi thấp hơn của vật liệu làm việc sau đó làm lạnh chậm. Điều này cải thiện đáng kể tính chất của carbon và thép hợp kim thấp, đặc biệt là khả năng chống lại sự bắt đầu và lan truyền gãy xương giòn.

Các mẫu ứng suất dư được tạo ra trong điều kiện hàn là khá thuận lợi như trong hình 11, 17. Thông thường không có biến dạng góc được tạo ra trong các khớp E5W do tính đối xứng của hầu hết các mối hàn như vậy (khớp rãnh vuông trong một lần chạy). Độ bền kéo của mối hàn thép dao động từ 380 MPa đến 420 MPa.

Các ứng dụng của Electroslag Hàn (ESW):

Các lĩnh vực chính của ứng dụng quy trình ESW bao gồm hàn kết cấu, máy móc, tàu, bình chịu áp lực và đúc.

Hàn các mối hàn loại chuyển tiếp để nối các độ dày khác nhau là một ứng dụng ESW cấu trúc phổ biến. Một ứng dụng rộng rãi khác trong lĩnh vực này là hàn các chất làm cứng trong cột hộp và mặt bích rộng; trong tất cả các trường hợp này, mối hàn cứng sẽ là khớp T.

Nối các dầm mặt bích lớn, rộng là một ứng dụng ấn tượng khác của ESW và vẫn còn một cách sử dụng phổ biến khác của ESW là nối các mặt bích, đó là hàn mông các tấm có cùng độ dày.

Trong chế tạo máy móc, việc chế tạo máy ép lớn và máy công cụ đòi hỏi các tấm nặng và lớn được thực hiện với sự trợ giúp của ESW. Các ứng dụng đặc biệt bao gồm sử dụng trong lò nung, phôi bánh răng, khung động cơ, khung ép, vòng tuabin, thân máy nghiền và vành cho xe lăn.

Các khối lợn nái có kích thước lớn như trong hình 11, 18 được sử dụng trong máy ép để gia công các kim loại có độ bền cao đáng chú ý là titan vì nó giúp tăng cường độ chính xác của các lần ép. Một khối lợn nái là một lăng kính tứ diện cao 1800 mm và nặng khoảng 140 tấn.

Nó được chế tạo bằng cách hàn ba vật liệu bằng thép hợp kim (0, 25 C - Cr - 3 Ni - Mo - V). Hình dạng, kích thước và trọng lượng của khối lợn nái không cho phép rèn sau khi hàn để đảm bảo các tính chất cơ học mong muốn trong các mối hàn. Do đó, nó đạt được bằng chu trình xử lý nhiệt phức tạp như trong hình 11, 19.

Hàn điện là phổ biến trong chế tạo các bình áp lực dày cho các ngành công nghiệp hóa chất, dầu khí, hàng hải và sản xuất điện, nhưng xử lý sau hàn là rất cần thiết trong ứng dụng này để khôi phục độ dẻo thường bị mất do chu kỳ làm mát ESW chậm trong HAZ.

ESW cũng được sử dụng để thực hiện các kết nối đường ống nhánh với các tàu có thành dày và cũng để hàn các vấu nâng lên các tàu.

Tính năng hấp dẫn của ESW là sự biến dạng có thể được dự đoán và tính toán. Điều này đã làm cho nó trở nên phổ biến đặc biệt đối với việc đóng tàu, nơi các khớp dọc trong thân tàu chở dầu lớn đã được hàn thành công.

Để giảm chi phí và cải thiện chất lượng, nhiều bộ phận lớn và khó đúc được sản xuất trong các đơn vị nhỏ hơn, chất lượng cao hơn và sau đó hàn điện. Các đặc tính luyện kim của một mối hàn đúc và hàn điện là tương tự nhau, cả hai đều đáp ứng với xử lý nhiệt sau hàn theo cách tương tự dẫn đến các cấu trúc và tính chất đồng nhất.