Technik für Elektroschlacke (ESW)
Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, lernen Sie die Bedienung und Technik für das Elektroschlackenschweißen (ESW) kennen.
Vor dem Start des ESW-Vorgangs wird das Werkstück, das eckige Kanten aufweist, mit einer U-förmigen Start- oder Einlaufplatte (in Form eines Sumpfes) und einer Auslaufplatte mit einem Spalt von 20 bis 40 mm in aufrechter Position ausgerichtet wie in Abb. 11.6 dargestellt. Wassergekühlte Haltekupferschuhe werden in Position gebracht, um zu verhindern, dass die geschmolzene Schlacke herausläuft, und um ein Gehäuse für das geschmolzene Metall und die geschmolzene Schlacke zu bilden.
Um den Schweißvorgang zu starten, wird etwas Flussmittel auf den Boden des Sumpfes gegossen, und ein Stahlwollpad wird zur Unterstützung der Lichtbogenauslösung in Position gebracht, der Drahtvorschub wird eingeschaltet, der Lichtbogen wird angeschlagen und der Vorgang beginnt. Sobald sich eine ausreichend tiefe Schicht aus geschmolzenem Flussmittel oder Schlacke gebildet hat, wird der Lichtbogen gelöscht, das Lichtbogenschweißen wird in Elektroschlacke umgewandelt und der ESW-Prozess ist tatsächlich in Betrieb.
Beim Durchlauf durch den Schlackenpool erwärmt sich der elektrische Strom auf eine Temperatur von 1900 ° C oder etwa auf die Temperatur, die von der Tiefe der geschmolzenen Schlacke abhängt (siehe Abb. 11.7). In Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks werden eine oder mehrere Elektroden in das Becken der geschmolzenen Schlacke geführt.
Der (die) Elektrodendraht (e) und die Haltekupferblöcke sind mit dem Betätigungszahnrad der Elektroschlackeeinrichtung gekoppelt und bewegen sich nach oben, wenn der Spalt mit der Metallschmelze von der Elektrode gefüllt wird. Am Ende des Schweißvorgangs werden sowohl die Schlacke als auch das Metallbecken auf die Finishing-Laschen oder die Auslaufplatten gebracht.
Fehler, die zu Beginn und am Ende eines Schweißvorgangs unvermeidlich sind, sind auf Einlauf- und Auslaufplatten beschränkt und werden mit ihnen durch Gaszuschnitt oder mechanisches Abspanen entfernt. Manchmal werden diese Platten durch Kupferkühler mit einer Länge von 50 bis 100 mm ersetzt.
Um die Bewegung der Halteschuhe zu regulieren, ist es wichtig, die Tiefe des Pools der geschmolzenen Schlacke zu überwachen und den Pegel des Pools der geschmolzenen Metalle zu erfassen. Wenn der Pool für den Bediener zugänglich ist, kann ein Messstab eingesetzt werden, um die Tiefe zu bestimmen.
Es wird beobachtet, dass die Schweißbadtiefe korrekt ist, wenn das Becken ruhig ist und der Prozess ohne Funken oder Sputtern abläuft. Wenn die Tiefe des Beckens gering ist, werden die Funken von der Oberfläche abgegeben, die vom Bediener gesehen werden kann.
Dies macht die Zugabe von Flussmittel in den Pool erforderlich; Dies geschieht normalerweise aus einem kleinen flaschenähnlichen Behälter. Übermäßige Schlackenbecken-Tiefe sollte ebenfalls vermieden werden, da sonst das Eindringen der Seitenwand mangelhaft sein kann.
Neben der Peilstabmethode werden in der Industrie noch vier weitere Methoden verwendet, um das Niveau des Metallbeckens zu erfassen:
(i) elektrischer Kontaktwandler
(ii) Differential-Thermoelement
(iii) Pegelanzeige für Radioisotope und
(iv) Variable Reluktanzaufnahme.
Die Einstellung für den Einsatz eines elektrischen Kontaktwandlers ist in Abb. 11.8 dargestellt. Der wesentliche Teil des Wandlers ist eine Sonde aus hochleitfähigem Material. + Sie ist in einen der Kupferhalteschuhe eingebaut und von diesem isoliert.
Das heiße Ende der Sonde kommt mit der Schweißzone in Kontakt, während das entfernte Ende wassergekühlt ist. Um die Bildung einer Schicht aus getrockneter schlecht leitender Schlacke zwischen dem heißen Ende und der Schweißzone zu verhindern, führt die Sonde einen Strom aus dem Hauptkreis über eine Strombegrenzungsdrossel "CLC".
Der Spannungsabfall in der Sonde hängt von der Entfernung zwischen dem 1 km langen Ende und der Schweißbadoberfläche ab. Dieser Spannungsabfall wird mit einer Referenzspannung verglichen und die Differenz zwischen beiden wird durch einen Leistungsverstärker erhöht. Die verstärkte Spannung wird einem Servomotor zugeführt, der die Schweißvorrichtung nach oben treibt und dadurch die Spannungsdifferenz auf den voreingestellten Wert verringert. Auf diese Weise werden die Halteschuhe in der Regel innerhalb einer akzeptablen Genauigkeit von ± 2 mm auf das gewünschte Niveau bewegt.
Das System ist zwar einfach und genau, aber da die Sonde sehr starken thermischen Bedingungen ausgesetzt ist, ist ihre Lebensdauer sehr kurz und das hat ihre Beliebtheit beeinträchtigt.
Die Verwendung eines Differential-Thermoelementsystems ist in Abb. 11.9 dargestellt. Bei diesem System werden zwei Konstantandrähte an einen der Kupferhalteschuhe gelötet. Das Differential-Thermoelement ist so ausgebildet, dass ein Draht einen Konstantan-Kupfer-Übergang bildet, während der andere einen Kupfer-Konstantan-Übergang bildet.
Die erzeugte EMK ist proportional zu der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Übergängen. Das Temperaturfeld in den Halteschuhen wird durch seine relative Position in Bezug auf die Schweißbadoberfläche und die Wirksamkeit des Kühlwassersystems bestimmt.
Solange sich die obere Oberfläche des Schweißbads in der Mitte zwischen den beiden Thermoelementverbindungen befindet, bleibt die Differenz der EMK auf Null. Wenn sich jedoch die Position des Schweißbades ändert, überschreitet die Temperatur an der oberen Verbindung die an der unteren Verbindung. eine Steuerschaltung erzeugt ein Signal, um die Schweißvorrichtung aufwärts zu bewegen, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist.
Für eine zufriedenstellende Leistung von Differential-Thermoelement-Wandlersystemen ist es erforderlich, dass der Abstand zwischen Elektrode und Schuh 35-40 mm nicht überschreitet. Wenn diese Entfernung groß ist, was häufig der Fall ist, wird ihre Leistung unberechenbar, weshalb sie nicht weit verbreitet sind.
Der Pegelmesser für das Radioisotop basiert auf seiner Fähigkeit, den Unterschied in der Dichte des Metalls und der Schlacke zu erfassen. Sie besteht normalerweise aus einem Radioisotop- oder Vakuumröhrenstrahlungsdetektor. Eine solche Strahlungsquelle weist eine hohe Richtwirkung auf, die von dem modernen Strahlungsdetektor mit hoher Auflösung leicht detektiert werden kann.
Aufgrund dieser Eigenschaften des Radioisotopenfüllstandsmessers und der geringen Dichte der Schweißschlacke überschreitet der radioaktive Pegel innerhalb der Schweißzone nicht die sicheren Schweißgrenzwerte für Elemente mit einer Dicke von bis zu 150 mm. Ein großes Hindernis in seiner Popularität ist die Verknappung von Personal im Fertigungsbereich, das für den Umgang mit und den Betrieb radioaktiver Quellen qualifiziert ist.
Die variable Reluktanzaufnahme hängt für ihren Betrieb von Wirbelströmen ab, die in den Schlacken- und Metallbädern induziert werden. Es hat Wicklungen auf einem E-förmigen Kern, der in einen der Halteschuhe eingebaut ist, wie in Abb. 11.10 gezeigt. Die Hauptwicklungen w 1 und w 2 werden an den äußeren Gliedern getragen, und das mittlere Glied trägt eine Sensor- (oder Mess-) Wicklung w s . Die beiden Hauptwicklungen induzieren entgegengesetzte Flüsse Ø 1 und Ø 2 in den mittleren Gliedmaßen.
Dies führt zu einer induzierten EMK in der Größenordnung von Ø 1 - Ø 2 in der Abtastwicklung. Der Wandler ist so angeordnet, dass die in den Sensor- oder mittleren Wicklungen induzierte EMK maximal ist, wenn die obere Oberfläche des Verbindungsschlackenbades und des mittleren Verbindungsmittels auf derselben Höhe liegt. Die Schaltung arbeitet im Bang-Bang-Steuermodus.
Die Halteschuhe passen offensichtlich nicht immer fest auf die Arbeitsflächen, die geschmolzene Schlacke kann daher aus der Öffnung herauslaufen. In diesem Fall wird das Leck durch die Verwendung einer kittartigen Versiegelung gestoppt, und dem Schlackebecken wird zusätzliches Flussmittel hinzugefügt, um die richtige Badtiefe zu erhalten.
Die Bewertung des Elektrodendrahtgewichts, das erforderlich ist, um das Schweißen ohne Unterbrechung in einem einzigen Schritt durchzuführen, wird vor Beginn der Operation vorgenommen. Wenn der Betrieb jedoch aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, sollte das System ausgeschaltet und die erforderlichen Korrekturmaßnahmen getroffen werden, bevor der Vorgang wieder aufgenommen wird. Normalerweise gibt es an der Unterbrechungsstelle eine nicht abgesicherte Zone, die durch einen anderen Prozess herausgeschnitten und geschweißt werden muss.
