Prozessvariablen in SAW

Zu den wichtigen Prozessgrößen beim Unterpulverschweißen zählen der Schweißstrom, die Lichtbogenspannung und die Schweißgeschwindigkeit.

Die Schweißraupengeometrie wird jedoch auch erheblich durch den Winkel der Elektrode zur Bearbeitung, die Neigung des Werkstücks (bergauf oder bergab), die Vorbereitung der Fugenflanken, das Herausragen der Elektrode, die Art des Stroms und der Polarität, den Elektrodendurchmesser und die Dicke beeinflusst Art und Korngröße des Flussmittels. Die Auswirkungen dieser Prozessvariablen werden durch ihre Auswirkungen auf die Geometrie der Schweißnaht bestimmt.

Aufgrund des hohen Wärmeeintrags in SAW ist das Schweißbad, dh die Schicht aus der geschmolzenen Metallschicht zwischen dem Lichtbogen und dem nicht geschmolzenen Grundmetall, von beträchtlichem Ausmaß, und da diese Schicht eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hat sie daher einen ausgeprägten Wert Auswirkungen auf die Eindringtiefe. Eine Zunahme der Tiefe dieser geschmolzenen Metallschicht geht daher mit einer Zunahme der Eindringtiefe einher.

Mit dem Anstieg des Schweißstroms steigt der durch den Lichtbogen ausgeübte Druck an, wodurch die Metallschmelze unterhalb des Lichtbogens ausgestoßen wird, und dies führt zu einer erhöhten Eindringtiefe. Die Breite der Schweißnaht bleibt nahezu unberührt. Da der erhöhte Schweißstrom mit einer Erhöhung der Drahtvorschubgeschwindigkeit einhergeht, führt dies zu einer stärkeren Schweißnahtverstärkung, wie in Abb. 8.5 dargestellt. Die Änderung der Stromdichte hat fast denselben Effekt auf die Schweißnahtgeometrie wie die Änderung der Stromstärke. Das Schweißen mit DCEP führt zu einer tieferen Durchdringung als bei DCEN.

Der Schweißstrom I _w ist gegeben durch:

I _w = p / k

Dabei ist p die Eindringtiefe und k der Proportionalitätsfaktor, der von der Stromart, der Elektrodenpolarität, dem Drahtdurchmesser und der Art des verwendeten Flusses abhängt. Sein Wert variiert zwischen 1, 25 und 1, 75 für Kehl- und Stoßverbindungen, während er für Oberflächen mit SAW zwischen 1, 0 und 1, 15 liegt.

Bei einem gegebenen Schweißstrom führt eine Abnahme des Drahtdurchmessers zu einer Erhöhung der Stromdichte. Dies führt zu einer Schweißnaht mit tieferer Durchdringung, jedoch mit etwas geringerer Breite. Beim Unterpulverschweißen werden üblicherweise Drähte mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm verwendet. Daher ist bei tieferen Strömen ein Draht mit einem Durchmesser von 2 bis 3 mm am besten geeignet.

Die Lichtbogenspannung variiert direkt proportional zur Lichtbogenlänge. Mit der Zunahme der Lichtbogenlänge steigt die Lichtbogenspannung an und somit steht mehr Wärme zum Schmelzen des Metalls und des Flussmittels zur Verfügung. Eine vergrößerte Bogenlänge bedeutet jedoch eine größere Streuung der Bogensäule. Dies führt zu einer Zunahme der Schweißnahtbreite und des Verstärkungsvolumens, während die Eindringtiefe abnimmt, wie in Abb. 8.6 gezeigt. Die Lichtbogenspannung variiert mit dem Schweißstrom und dem Drahtdurchmesser und liegt bei SAW normalerweise zwischen 30 und 50 Volt.

Mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit nimmt die Breite der Schweißnaht ab. Wenn jedoch die Geschwindigkeitszunahme gering ist, nimmt die Eindringtiefe zu, da die Schicht aus geschmolzenem Metall reduziert wird, was zu einer höheren Wärmeleitung in Richtung Boden der Platte führt.

Bei weiterer Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit über 40 m / h nimmt der Wärmeeintrag pro Längeneinheit der Schweißnaht beträchtlich ab und die Eindringtiefe verringert sich somit, wie in Abb. 8.7 dargestellt. Bei Geschwindigkeiten über 80 m / h kann es zu einer mangelnden Verschmelzung kommen. Es wurde experimentell festgestellt, dass in erster Näherung die Schweißgeschwindigkeit S für eine gut geformte Schweißnaht auf der folgenden Beziehung basieren sollte.

S = 2500/1 m / h

Wo ist der Schweißstrom in Ampere.

Die Elektrode kann senkrecht zum Werkstück gehalten werden, in Bezug auf das Schweißbad nach vorne oder nach hinten geneigt. Da der Lichtbogenstrom dazu neigt, sich entlang der Achse der Elektrode auszurichten, ist die Form des Schweißbades in jedem Fall unterschiedlich, ebenso die Form der Schweißnaht.

Beim Schweißen mit rückwärts gekippter Elektrode, das heißt in Richtung des bereits abgelagerten Wulstes, das als Handschweißen bekannt ist, fließt geschmolzenes Metall unter dem Lichtbogen, die Eindringtiefe und der Verstärkungsbogen werden reduziert, während die Breite der Schweißnaht zunimmt.

Beim Schweißen mit der Elektrode nach vorne geneigt, dh in Richtung der zu schweißenden Naht, bekannt als Rückhandschweißen, schöpft der Druck des Lichtbogens das geschmolzene Metall von unterhalb des Lichtbogens, die Eindringtiefe und die Höhe der Verstärkung nehmen zu, während die Schweißnahtbreite zunimmt ist reduziert. Die senkrechte Position der Elektrode führt zu einer Perlengeometrie zwischen derjenigen, die in den beiden obigen Fällen erhalten wurde. Diese Effekte sind in Abb. 8.8 dargestellt.

Abb. 8.8. Auswirkung des Arbeitswinkels der Elektrode auf die Geometrie der Schweißperlen

Das Werkstück kann so positioniert sein, dass es sich in einer bergab-, ebenen oder bergauf gelegenen Schweißposition befindet. Diese Positionen des Werkes haben ähnliche Auswirkungen wie der Winkel zwischen Elektrode und Arbeit. Beim Schweißen bergab fließt das geschmolzene Metall unter dem Lichtbogen, die Eindringtiefe nimmt ab und die Breite der Schweißnaht wird erhöht, während umgekehrt in der bergwärts gelegenen Schweißposition der Fall ist, wie in Abb. 8.9 dargestellt. Die Neigung des Werkstücks sollte 6 ° bis 8 ° nicht überschreiten. Andernfalls kann die Form der Schweißnaht beeinträchtigt werden.

Der Abstand zwischen der Stromaufnahmespitze und der Lichtbogenwurzel, der als Elektrodenabstand bezeichnet wird, hat einen erheblichen Einfluss auf die Geometrie der Schweißnaht. Normalerweise beträgt der Abstand zwischen der Kontaktspitze und dem Werkstück 25 bis 40 mm. Wenn der Stick-out über diesen Bereich hinaus erhöht wird, führt dies zu einem Vorwärmen der Elektrode aufgrund des Joule-Effekts, und dies erhöht die Abscheiderate stark, wie in Abb. 8.10 dargestellt. Auch die Zunahme der Schmelzrate der Elektrode als Folge der Zunahme des Elektrodenaussaugens in kg / min pro Ampere ist proportional zu dem Produkt der Elektrodenstromdichte und des Herausragens.

Die Gesamtschmelzrate (MR) in kg / min ergibt sich aus der Beziehung:

Abb. 8.10 Auswirkung von Elektroden durch die Abscheidungsrate

Dabei sind d und L der Durchmesser der Elektrode und der Abstand in mm. Mit der Zunahme des Abstands verringert sich die Eindringtiefe. Dieser Faktor muss gebührend berücksichtigt werden, wenn ein tieferes Eindringen erforderlich ist.

Wenn die Flussmittelschicht zu dünn ist, kann es zu einem zu starken Lichtbogen oder Lichtbogen durch den Fluss kommen. Ein Teil davon ist nicht schädlich für die Augen des Bedieners

kann zu Schweißporosität führen. Wenn die Flussmittelschicht zu dick ist, kann die Schweißnaht schmal und bucklig sein. Ein übermäßiger Prozentsatz eines sehr feinkörnigen Flussmittels kann zu einer Oberflächenkornbildung führen, da die im Schweißgut erzeugten Gase möglicherweise nicht entweichen können. Diese Vertiefungen auf der Wulstoberfläche werden manchmal als "Pockmarkierungen" bezeichnet.