Hàn hồ quang chìm (SAW): Thiết bị và ứng dụng

Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về: - 1. Giới thiệu về Hàn hồ quang chìm (SAW) 2. Thiết bị và vật liệu cho SAW 3. Mạch điện và thiết lập 4. Các loại chuẩn bị khớp và cạnh 5. Chuẩn bị 6. Ứng dụng.

Giới thiệu về hàn hồ quang chìm (SAW):

Với sự chấp nhận hàn như là một quá trình chế tạo cho các cấu trúc có kích thước khổng lồ như tàu, cầu và bình chịu áp lực, cần phải làm cho nó trở thành một phương pháp tốc độ lắng cao. Quá trình hàn chính được sử dụng tại thời điểm đó là hàn hồ quang kim loại được che chắn với gần như tất cả các loại điện cực hiện có ngoại trừ loại bột sắt. Người ta đã cố gắng sử dụng các điện cực dài và dày với dòng điện nặng hơn tuy nhiên nó làm cho kích thước bể hàn quá lớn để thao tác hiệu quả.

Giảm đường kính dẫn đến tăng nhiệt do hiệu ứng joule. Thất bại với các điện cực dài và dày đã được thực hiện để cơ giới hóa quá trình sử dụng một tạp chí các điện cực dính có kích thước bình thường để nuôi chúng một cách cơ học lần lượt. Tuy nhiên, hệ thống không tìm thấy sự ưu ái với các nhà chế tạo do thiếu thao tác điện cực và khó bắt đầu hồ quang mỗi khi một điện cực mới được đưa vào khớp.

Những nỗ lực cuối cùng được thực hiện bằng cách sử dụng dây điện cực cuộn với dòng điện lỏng lẻo đổ ra trước bể hàn để phủ kim loại mối hàn dẫn đến sự phát triển thành công của hàn hồ quang chìm vào năm 1930 gần như đồng thời ở cả Liên Xô và Hoa Kỳ. Kể từ đó, cả hai phiên bản tự động và bán tự động, đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Hàn hồ quang chìm (SAW) đôi khi cũng được gọi là hàn 'hồ quang phụ'.

Thiết bị và Vật liệu cho SAW:

Thiết bị cho SAW tùy thuộc vào quá trình thuộc loại tự động hay loại bán tự động. Đối với SAW tự động, nó bao gồm nguồn điện hàn, bộ cấp dây và hệ thống điều khiển, đầu hàn tự động, phễu thông lượng với cơ chế cấp từ thông, hệ thống phục hồi từ thông và cơ chế di chuyển thường bao gồm một cỗ xe du lịch và đường ray .

Một nguồn năng lượng cho quá trình SAW tự động phải được đánh giá cho chu kỳ nhiệm vụ 100% vì mối hàn thường mất hơn 10 phút để hoàn thành. Cả hai nguồn điện AC và DC đều được sử dụng và chúng có thể thuộc loại dòng không đổi (CC) hoặc điện áp không đổi (CV). Đối với hồ quang đơn, nguồn điện một chiều với CV hầu như được sử dụng thường xuyên trong khi nguồn điện xoay chiều thường được sử dụng cho SAW đa điện cực.

Thông thường các bộ chỉnh lưu hàn được sử dụng làm nguồn năng lượng để có được phạm vi hiện tại từ 50A đến 2000A, tuy nhiên hầu hết SAW được thực hiện với phạm vi hiện tại từ 200 đến 1200 ampe.

Súng hàn cho SAW tự động được gắn vào động cơ cấp dây và bao gồm các mẹo lấy hiện tại để cung cấp tiếp điểm điện cho điện cực dây. Phễu thông lượng được gắn vào đầu hàn và nó có thể được vận hành từ tính thông qua các van để chúng có thể được mở hoặc đóng bằng hệ thống điều khiển.

Đối với SAW bán tự động, thiết bị khác với SAW tự động ở chỗ nó có nguồn điện với định mức thấp hơn và đầu hàn tự động được thay thế bằng súng hàn và cụm cáp có phễu thông lượng gắn vào nó và nó không sử dụng vận chuyển hoặc đường ray.

Nguồn năng lượng cho hàn bán tự động là loại dc và có thể có chu kỳ nhiệm vụ thấp hơn 100%. Phễu súng được cung cấp một công tắc để bắt đầu hoặc dừng hàn.

Một đơn vị phục hồi thông lượng loại hút được sử dụng để thu thập thông lượng không nóng chảy trong một thùng chứa từ nơi nó có thể được tinh lọc đến phễu; cách khác, thông lượng thu hồi có thể được đưa trực tiếp vào phễu, đặc biệt là trong các hệ thống SAW hạng nặng.

Một hệ thống hàn hồ quang chìm đôi khi được thực hiện khá phức tạp bằng cách kết hợp các tính năng bổ sung như theo đường may, thợ dệt, máy gia công, vv Các vật liệu tiêu hao chính cần thiết cho hàn hồ quang chìm là dây và từ thông.

Mạch điện và thiết lập cho SAW:

Hình 8.1 cho thấy mạch điện cho SAW trong khi Hình 8.2 cho thấy sơ đồ khối. Một thiết lập thực tế cho hàn hồ quang chìm tự động được hiển thị trong Hình 8.3.

Hình 8.1 Sơ đồ mạch điện để hàn hồ quang chìm

Các loại chuẩn bị khớp và cạnh cho SAW:

Chủ yếu là hai loại mối hàn viz., Mông và phi lê được thực hiện bằng cách hàn hồ quang chìm. Tuy nhiên, các khớp chu vi của các loại mông, phi lê, góc hoặc vòng cũng có thể được hàn thành công bởi quá trình này. Các loại chuẩn bị cạnh khác nhau với các chi tiết về góc rãnh, mặt gốc, khe hở gốc (nếu có) và dung sai thường cho phép trên chúng được đưa ra trong Hình 8.11.

Hình 8.11 Các loại chuẩn bị chung cho hàn hồ quang chìm

Việc chuẩn bị cạnh khớp thay đổi tùy theo độ dày của vật liệu được hàn và có thể bao gồm các loại mặt bích, vuông, vát đơn và vát kép. Theo quy trình sau, các mối hàn có thể được thực hiện từ một phía hoặc cả hai bên.

Chuẩn bị cho SAW:

Hàn hồ quang chìm đòi hỏi chuẩn bị cạnh kỹ lưỡng hơn và phù hợp hơn so với hàn hồ quang kim loại được che chắn. Điều này là do ở SAW, một bể kim loại nóng chảy lớn được hình thành nên nếu độ phù hợp kém, kim loại nóng chảy và xỉ có thể chảy ra qua các khoảng trống, do đó ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn.

Trong SMAW nếu khe hở không đồng đều, người vận hành có thể xử lý nó bằng cách thay đổi tốc độ và thao tác của chuyển động điện cực; tuy nhiên, trong SAW, quy trình này là tự động và các cạnh khớp được phủ thông lượng nên không có điều khiển nào có thể bị ảnh hưởng, do đó chất lượng của mối hàn bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự phù hợp của cạnh khớp.

Các mặt hợp nhất và các khu vực lân cận của phôi phải được làm sạch bằng gỉ, dầu, sơn, độ ẩm và các vật liệu lạ khác. Mặt khớp được làm sạch kém có thể dẫn đến độ xốp. Cả hai mặt rãnh và kim loại liền kề cho chiều rộng lên đến 50 mm cần được làm sạch hoàn toàn. Tốt hơn là làm sạch và căn chỉnh các bộ phận được hàn ngay trước khi hàn vì nếu không gỉ có thể bao phủ chúng một lần nữa trong một thời gian ngắn. Tuy nhiên, một lớp mỏng của quy mô nhà máy sẽ không ảnh hưởng đến chất lượng của mối hàn.

Làm sạch các mặt hợp hạch sau khi lắp ráp các bộ phận có thể không mang lại kết quả mong muốn vì các vết gỉ có thể nằm trong các khoảng trống giữa các cạnh tiếp giáp và chồng chéo, dẫn đến độ xốp trong các mối hàn.

Cần đặc biệt chú ý đến khoảng cách giữa các bộ phận được hàn. Khoảng cách phải đồng nhất và trong giới hạn quy định. Khi các tấm dự phòng, giường thông lượng hoặc các thiết bị khác được sử dụng để hạn chế kim loại hàn có độ lỏng cao và xỉ nóng chảy, khe hở ở khớp mông không được vượt quá 2 mm đối với độ dày kim loại lên đến 16 mm và 3 mm đối với độ dày của tấm trên 16 mm. Khoảng cách trong mối hàn fillet và mối nối lap, với điện cực nghiêng, không được vượt quá 1-5 đến 2 mm.

Đầu hàn tự động bắt đầu di chuyển dọc theo khớp ngay khi một vòng cung được đánh. Do đó, thiếu phản ứng tổng hợp có khả năng xảy ra khi bắt đầu mối hàn, nơi kim loại chưa được nung nóng đủ. Vào cuối của mối hàn chạy lỗ chân lông hoặc ống co ngót có thể hình thành trong miệng hố đầy.

Đó là lý do tại sao nên sử dụng các tab hoặc tấm chạy vào và ra, như trong Hình 8.12. Các tấm chạy vào và hết và công việc lắp ráp thường được giữ đúng vị trí bằng các mũi hàn thủ công. Các điện cực tráng nặng nên được sử dụng để hàn tack vì các điện cực được phủ trần hoặc phủ nhẹ có thể tạo ra các mối hàn tack có lỗ chân lông và lỗ rỗng.

Các ứng dụng của SAW:

Hàn hồ quang chìm chủ yếu được sử dụng để hàn thép cacbon thấp và hợp kim thấp, mặc dù với sự phát triển của các từ thông phù hợp, nó có thể được sử dụng thành công để hàn thép không gỉ, đồng, nhôm và hợp kim cơ sở titan. SAW cũng có khả năng hàn thép carbon trung bình, thép chịu nhiệt, thép chống ăn mòn và nhiều loại thép cường độ cao. Quá trình này cũng thích ứng với hàn niken và monel (33/66 Cu-Ni), v.v.

Quá trình này được sử dụng chủ yếu ở vị trí hàn hạ cấp cho độ dày tấm từ 5 đến 50 mm, đặc biệt khi các mối hàn thẳng và dài. Các máy móc được sử dụng cho các mối hàn như vậy của loại máy kéo tự hành. Đối với các mối hàn nhỏ hơn và tròn, các phôi có thể được quay vòng trên đầu hàn cố định. SAW được sử dụng rộng rãi cho các mối hàn mông và phi lê trong các ngành công nghiệp nặng như đóng tàu, chế tạo tàu áp lực, xe bồn đường sắt, kỹ thuật kết cấu, hàn ống và cho bể chứa. Đối với bể chứa hàn tại công trường, các máy tự hành đặc biệt có thiết bị thu thập thông lượng tràn được sử dụng để tạo các mối hàn theo chu vi.

Các mối hàn do SAW chế tạo có độ bền và độ dẻo cao với hàm lượng hydro và nitơ thấp.

Các ứng dụng cụ thể của kết hợp dây và thông lượng của SAW:

Không giống như sự chấp nhận rộng rãi các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho các điện cực được phủ, dường như không có thỏa thuận nhất định giữa các nhà sản xuất từ ​​thông SAW để đồng ý với bất kỳ tiêu chuẩn quy định nào. Do đó, các tiêu chuẩn theo sau thay đổi từ sản xuất này sang sản xuất khác. Chi tiết được cung cấp trong phần này và dựa trên những thông tin thu được từ một trong những nhà cung cấp chính của dây và dây thông SAW, những người sản xuất các vật liệu này theo hướng dẫn của một công ty đa quốc gia lớn trong lĩnh vực hàn và thiết bị hàn.

Ba lớp dây và chín lớp từ thông, trong một số kết hợp nhất định, được sử dụng để hàn hồ quang chìm của thép kết cấu, thép cường độ trung bình, thép hợp kim siêu nhỏ hoặc thép HSLA, và thép không gỉ để bao quát một lĩnh vực ứng dụng rộng rãi.

Dây điện SAW :

Dây hàn hồ quang chìm của thép cacbon thấp và trung bình cũng như thép HSLA được phân loại là loại A, loại C và loại C-Mo với các thành phần hóa học như được nêu trong Bảng 8.2.

Thông lượng SAW:

Cả hai thông lượng kết tụ và hợp nhất đều có sẵn để sử dụng với các loại dây khác nhau.

Thông lượng kết tụ tạo ra các mỏ hàn có độ dẻo và độ bền va đập tốt hơn so với thông lượng hợp nhất. Hiệu suất chuyển hợp kim cũng tốt hơn trong trường hợp từ thông kết tụ và do đó, chúng được ưu tiên khi yêu cầu tỷ lệ chuyển hợp kim cao từ thông lượng cao. Thông lượng kết tụ có mật độ khối thấp hơn và do đó theo các thông số hàn giống hệt nhau, từ thông ít hơn được nấu chảy cho một lượng nhất định của mối hàn so với thông lượng hợp nhất.

Tuy nhiên, thông lượng kết tụ phản ứng với độ ẩm giống như các điện cực hydro thấp, nghĩa là chúng có xu hướng tạo ra độ xốp của kim loại hàn ở mức độ ẩm thấp. Do đó, chúng đòi hỏi phải làm khô kỹ hơn trước khi sử dụng so với thông lượng hợp nhất.

Thông lượng hợp nhất cũng có thể thu được độ ẩm khi được bảo quản trong môi trường ẩm ướt, nhưng chúng có thể chịu được một tỷ lệ lớn độ ẩm về độ xốp của mối hàn kim loại. Ngoài ra, họ yêu cầu sưởi ấm mạnh hơn để loại bỏ độ ẩm nhặt được. Thông lượng hợp nhất có khả năng chịu được quy mô nhà máy, dầu, mỡ và bụi bẩn trên bề mặt làm việc tốt hơn so với thông lượng kết tụ.

Thông lượng, cho dù kết tụ hoặc hợp nhất, phải được làm khô hoàn toàn trước khi sử dụng. Trong các loại thép nhẹ có độ bền cao và các mối nối thép cường độ cao trung bình, các từ thông ẩm tạo ra hydro trong hồ quang có thể dẫn đến các vết nứt lạnh trong kim loại hàn hoặc HAZ.

Các thông lượng khác nhau của hai loại này với một số đặc điểm của chúng, được cung cấp bởi nhà sản xuất nói trên, cung được đưa ra trong bảng 8.3.

Việc sử dụng cụ thể các kết hợp nhất định của dây SAW được cho trong bảng 8.2 và các mức thông lượng SAW được đưa ra trong bảng 8.3 được trình bày chi tiết trong bảng 8.4.

Thép không gỉ Flux tôi:

Thông lượng này được sử dụng với loại dây thép không gỉ thích hợp. Thông lượng được thiết kế để bù đắp tổn thất của crom và niken trên hồ quang cũng như để tránh sự hấp thụ carbon và silicon.

Các ứng dụng:

(i) Đối với thép 18/8 Cr-Ni, từ thông sẽ được sử dụng với dây 18/8 (304 hoặc 304L).

(ii) Đối với thép 18/8 Mo, từ thông sẽ được sử dụng với dây 18/8 Mo (316 hoặc 316L).

. niken.

(iv) Đối với loại thép không gỉ được ổn định bằng titan, từ thông được sử dụng với dây thép không gỉ ổn định niobi.

(v) Nó có thể được sử dụng để bọc dải thép không gỉ, sử dụng các loại dây thép không gỉ thích hợp.

Flux thép không gỉ II:

Nó khác với thông lượng thép không gỉ SS Flux-I ở chỗ nó có thể chuyển niobi vào mỏ hàn. Nó được sử dụng kết hợp với loại dây thép không gỉ không ổn định thích hợp để thu được cặn hàn ổn định niobi. Thông lượng cũng được thiết kế để bù đắp tổn thất của crom và niken trong hồ quang và để tránh sự hấp thụ carbon và silicon.

Các ứng dụng:

(i) Đối với thép ổn định 18/8 Ti, từ thông sẽ được sử dụng với dây không ổn định 18/8.

(ii) Đối với thép Mo-ổn định titan 18/8, từ thông sẽ được sử dụng với dây thép không gỉ 18/8 Mo không ổn định.