Top 4 Varianten des Elektroschlackens (ESW)
Dieser Artikel beleuchtet die vier wichtigsten Varianten des Electroslag Welding (ESW). Die Varianten sind: 1. Verbrauchshandbuch ESW 2. ESW mit Platten- und Bandelektroden 3. Elektroschlacke-Stoßstumpfschweißen 4. Bifilar-Schaltung ESW.
Variante 1: Verbrauchshandbuch ESW:
Die verbrauchbare Führungsvariante von ESW ist ein Verfahren zum Elektroschlackeschweißen, bei dem durch das Schmelzen nicht nur des Elektrodendrahts, sondern auch seines Führungsrohrs oder des Kontaktrohrs Schweißmetall zugeführt wird, wodurch die Abscheidungsrate zunimmt. Dieses Merkmal hat die Anwendbarkeit des ESW-Prozesses in der strukturellen Industrie deutlich erweitert. Abb. 11.20 zeigt einen Aufbau für das Elektroschlackeschweißen von Verschleißteilen.
Der Schweißstrom wird von der Verbrauchsmaterialführung getragen, die von der Oberfläche des Schlackenbades abschmilzt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer vertikalen Bewegung der Maschine, und daher werden stationäre oder nicht verschiebbare Halteblöcke verwendet. Die Verbrauchsführung ESW ist somit einfacher durchzuführen, da weder eine vertikale Fahrvorrichtung noch ein Schwingsystem erforderlich ist.
Verbrauchsmaterialien:
Eine Verbrauchsführung ist entweder ein dünnwandiges Rohr oder eine Anordnung von Platten oder Stäben mit Leitungen zum Zuführen von Elektrodendraht. Im Allgemeinen wird eine Verbrauchsführung im Gelenk stationär gehalten.
Die Form einer Verbrauchsführung hängt von der Kontur der herzustellenden Verbindung ab. Es wird normalerweise aus einem Material hergestellt, das mit dem Arbeitsmetall und der erforderlichen chemischen Zusammensetzung des Schweißgutes übereinstimmt oder damit kompatibel ist. In den meisten Fällen sind Verbrauchsführungen mit Schraubenfederdraht gefüllt, um als Leitungen zu dienen. Einige der bekannten Formen von Verbrauchsführungen sind in Abb. 11.21 dargestellt.
Bei einer besonders kritischen Fertigung wird die Hauptleitung in einer Führung durch eine Ersatzleitung für einen zweiten Draht dupliziert, wie in Fig. 11.21 (g) gezeigt. Solange der Vorgang reibungslos läuft, wird der Draht durch die Hauptleitung geführt, während der zweite Draht in der Dublierleitung stationär bleibt. Wenn aus irgendeinem Grund die Elektrode in der Hauptleitung stoppt, wird die Standby-Einheit gestartet.
Bei einer Arbeitsdicke von bis zu 40 mm mit langer Naht (über 500 mm) wird empfohlen, ein Führungsrohr aus Stahl mit Unterlegscheiben gemäß Abb. 11.21 (0) zu verwenden, um es von der Arbeit zu isolieren.
Ein typisches Handbuch für Verbrauchsmaterialien besteht aus zwei Teilen, einem Verbrauchsmaterial und dem anderen dauerhaft oder nicht. Die Länge des Verschleißteils wird entsprechend der Fugenlänge variiert, wobei vorgesehen ist, den Startsumpf und die Endlasche abzudecken. Der nicht verbrauchbare Teil dient zur Befestigung der Führung und zum Verbinden von Schweißkabeln; Ihre Länge hängt von der Konstruktion der Ausrüstung ab und kann zwischen 100 und 500 mm variieren.
Die Dicke der Verbrauchsführung und die Anzahl der Elektroden hängen von der Kantenvorbereitung und der Dicke der Arbeit ab.
Bei Kenntnis der Arbeitsdicke kann die Anzahl der Elektroden aus der folgenden Beziehung bestimmt werden:
woher,
n = Anzahl der Elektroden
s = Dicke der Arbeit mm
d = Abstand zwischen den Elektroden, zwischen 50 und 60 mm angenommen. Diese Begriffe sind in Abb. 11.22 markiert.
Der durch Gleichung (11.1) bestimmte Wert von n wird auf die nächste ganze Zahl gerundet und zur Ermittlung des exakten Wertes von d verwendet. Typische Werte von d und d max als Funktionen der Leitrohrdicke t g sind in Tabelle 11.5 angegeben.
Die Dicke der üblicherweise verwendeten Verbrauchsführungen beträgt in der Industrie 5 mm und 10 mm.
Führungsisolatoren:
Isolatoren werden verwendet, um die Möglichkeit eines Kontakts zwischen der Führung und den Arbeits- oder Halteblöcken zu vermeiden. Die Isolatoren müssen beim Schmelzen ein Teil des Schlackenbades werden, ohne die Funktion der Schlacke, des Schweißgutes oder der Prozessstabilität negativ zu beeinflussen. Die Isolatoren sollten eine hohe Druckfestigkeit aufweisen und kostengünstig sein.
Die Isolatoren bestehen üblicherweise aus Glasfaser- oder Glasgewebebeuteln, die mit Glaswolle gefüllt sind. Der Durchmesser der Beutel variiert zwischen 25 und 30 mm. Manchmal bestehen die Isolatoren aus gewöhnlichen Stoffen, die mit Schweißfluss gefüllt sind.
Für eine optimale Leistung sollte das Gewicht der Isolatorpaletten 15-25 g betragen. Die Anzahl der verwendeten Paletten sollte 15 - 20% des Gesamtvolumens des Schlackenbades nicht überschreiten. In der Praxis werden zwei Isolatoren (einer auf jeder Seite der Führung) alle 100 - 150 mm der Dicke des Werkstücks angeordnet. Entlang der Schweißnaht sind Isolatoren im Abstand von 200-250 mm angeordnet. Isolatoren können entweder zwischen der Führung und dem Werkstück eingeklemmt oder auf die Führung gesteckt werden, wobei letztere Methode bevorzugt wird.
Halteblöcke:
Die Haltekupferblöcke vom stationären Typ werden in der Verbrauchsmaterialführung ESW bevorzugt und wirken als die beste Schweißformvorrichtung. Solche Halteblöcke stören jedoch die Überwachung der Tiefe des Schlackenbades und die richtige Positionierung der Führungen. Es ist daher bevorzugt, einen wassergekühlten stationären Kupferblock auf einer Seite der Verbindung und einen Gleitblock auf der anderen Seite zu verwenden.
Wenn stationäre Halteblöcke auf beiden Seiten der Fuge verwendet werden, kann die Tiefe des Schlackenbades entweder durch das Geräusch des Prozesses überwacht werden, was am besten ist, wenn es ein blubberndes Geräusch ist, oder wissenschaftlicher, indem das Volumen des Flusses festgestellt wird. V f ' in die Fuge eingespeist Die Tiefe des Schlackenbades wird normalerweise zur Berechnung mit 4 cm angenommen und sollte während des Betriebs auf keinen Fall 5 cm überschreiten. Das Flussmittel wird während des Betriebs aus einem Behälter hinzugefügt, der aus einem elektrischen Nichtleiter besteht.
Betriebs- und Schweißstrom:
Der Elektrodendraht wird durch die Verbrauchsführung gedrückt, bis er die Unterseite des Startsumpfes berührt. Sie wird dann zurückgezogen, bis sie mit der unteren Spitze des Führungsrohrs bündig ist. Dann wird der Boden des Sammelbehälters mit einer Menge Stahlwolle bedeckt, und die Halteschuhe werden installiert. Jeder Abstand zwischen dem Werkstück und den Halteblöcken wird mit Ton oder Kitt versiegelt.
Der ESW-Prozess für Verbrauchsmaterialien wird wie der herkömmliche ESW-Prozess nur mit den Elektroden gestartet. Wenn die Elektrode während des Anfahrens an den Sumpfboden geschweißt wird, wird die Andruckrolle im Drahtvorschubgerät herausgezogen, der Draht wird mit einer Zange aus der Führung gezogen und um 300 - 500 mm angehoben.
Die Andruckrolle ist wieder eingerastet und der Drahtvorschub wird fortgesetzt. Wenn dies mehr als einmal vorkommt, wird der obige Vorgang jedes Mal wiederholt, der Drahtvorschub sollte jedoch nicht fortgesetzt werden, bis die Oberfläche des Schlackenbades die Spitze der Führung schmilzt. Dies kann 2 bis 5 Minuten dauern. Das gleiche Verfahren kann angewendet werden, wenn der Elektrodendraht an der unteren Spitze des Führungsrohrs angeschweißt wird.
Ein anderes zuverlässiges Verfahren zum Einleiten des Verbrauchsleitfadens ESW besteht darin, geschmolzene Schlacke in den Startsumpf zu gießen. Das Flussmittel wird in einem Graphittiegel aufgeschmolzen und dann in den Ausgangssumpf gegossen.
Für Elektrodendraht mit einem Durchmesser von 3 mm ist der Schweißstrom I w gegeben durch:
Die optimale Schweißgeschwindigkeit hängt von der Arbeitsstärke ab und kann aus Abb. 11.23 entnommen werden.
Die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit ist gegeben durch:
V e = V w (A d - t g S g ) / ∑A e ……. (11.3)
woher,
v e = Elektrodenvorschubgeschwindigkeit, m / h
A d = Querschnittsfläche des abgeschiedenen Metalls
A e = Summe der Querschnittsflächen aller Elektroden.
Die durch Gleichung (11-3) erhaltene Drahtvorschubgeschwindigkeit sollte den kritischen Wert nicht überschreiten, der für Arbeitsdicken über 100 bis 150 mm zwischen 100 und 150 m / h (1, 65 bis 2 bis 35 m / min) liegt.
Anwendungen:
Abgesehen von den für die herkömmliche ESW genannten Anwendungen kann die verbrauchbare Führungsmethode für T-Stücke mit Versteifungsrippen mit einer Dicke von mehr als 50 mm verwendet werden. Es wird auch zum Herstellen von Verbindungen in nicht drehbaren Schweißnähten an dickwandigen Rohrleitungen in Elektrizitätswerken verwendet; Die Effizienz, mit der solche Verbindungen hergestellt werden können, steigt mit der Zunahme des Durchmessers und der Wandstärke von Rohren. ESW für Verbrauchsmaterialien eignet sich jedoch besser für kürzere Schweißnähte als für längere Schweißnähte.
Variante 2. ESW mit Platten- und Bandelektroden:
Mit Platten- und Bandelektroden werden gerade Schweißnähte mit einer maximalen Länge von 1500 mm und einer Arbeitsdicke von 30 - 1000 mm hergestellt. Der allgemeine Aufbau und die am häufigsten verwendeten Konstruktionen von Elektroden mit großen Querschnittsflächen sind in den Fig. 3 und 4 gezeigt. 11.24 bzw. 11.25. Diese Elektroden können einteilig sein oder aus mehreren Platten, Stäben, Quadraten oder anderen Abschnitten aufgebaut sein.
Für Arbeitsdicken bis zu 200 mm ist eine Plattenelektrode ausreichend, bei schwereren Arbeitsabschnitten werden zwei oder drei Elektroden verwendet. Ein Drei-Elektrodensystem wird normalerweise bevorzugt, da es die Hauptversorgung unter ausgeglichener Last hält. Plattenelektroden mit Längsschlitzen (Abb. 11-24) sorgen für eine gleichmäßigere Randdurchdringung, die insbesondere beim Schweißen von Kupfer, Aluminium, Titan und deren Legierungen wichtig ist.
Die Plattenelektroden jeder gewünschten Dicke können verwendet werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass der optimale Abstand zwischen der Elektrode und der Verbindungsseite 8 bis 10 mm beträgt und dass die optimale Elektrodendicke 10 bis 12 mm für einen Spalt von 28 bis 32 mm beträgt.
Die Breite der Plattenelektrode hängt von der Arbeitsdicke ab. Beim Schweißen mit einer Elektrode ist die Breite der Plattenelektrode gleich der Dicke des Werkstücks, aber wenn zwei oder drei Plattenelektroden verwendet werden, verringert sich ihre Breite um einen Betrag, der gleich dem Abstand zwischen ihnen ist, der im Allgemeinen 12 bis 16 mm beträgt .
Die Länge der Plattenelektrode kann mit Hilfe der Gleichung bestimmt werden:
L p = l w b w / δ e + l c ……. (11.4)
woher,
L p = Länge der Plattenelektrode
l w = Fugenlänge einschließlich Start- und Endetiketten,
b w = Fugenspalt
e = Elektrodendicke
l c = Länge zur Berücksichtigung des Klemmendesigns (ungefähr gleich 500 mm)
Die Elektrodenlänge beträgt 3600 mm für eine Schweißnahtlänge von 1000 mm, während die Größe und Anzahl der Elektroden als Funktion der Plattendicke in Tabelle 11.6 angegeben sind.
Plattenelektrodenschweißungen werden mit einer niedrigen Stromdichte von 0 bis 6 A / mm 2 und einer niedrigen Spannung von 30 bis 40 Volt hergestellt. Dies führt zu einer verbesserten Prozessstabilität bei schwereren Dicken.
Der Schweißstrom für Plattenelektroden ist gegeben durch:
I w = 1, 2 (V w + 0, 2 V p ) & dgr; e
woher,
l w - Schweißstrom, A
v w = Schweißgeschwindigkeit, m / h
v p = Plattenelektroden-Vorschubgeschwindigkeit, cm / h
e = Elektrodendicke, cm
Se = Breite der Plattenelektrode, cm.
Die optimale Vorschubgeschwindigkeit für eine Plattenelektrode mit großem Querschnitt liegt zwischen 1, 2 und 3 bis 5 m / h.
Bei Schweißnähten mit einer Länge von bis zu 300 mm sind keine Isolatoren erforderlich, um einen versehentlichen Kurzschluss zwischen Elektrode und Werkstück zu vermeiden. Nähte, die länger als 300 mm sind, sind jedoch mit den üblichen Isolatoren versehen, wie bei der Verbrauchsführung ESW.
Der Plattenelektroden-ESW-Prozess kann mit einer der folgenden drei Methoden gestartet werden:
1. Durch die Verwendung eines Startflusses
2. Mit einer spitzen Elektrode
3. Gießen Sie geschmolzenes Flussmittel in den Ausgangssumpf.
Um den Prozess mit "Startfluss" einzuleiten, wird er am Boden des Sumpfs platziert, die Elektrode wird mit der niedrigsten Geschwindigkeit zugeführt und in regelmäßigen Abständen mit einem Hammer angezapft, um einen besseren Kontakt mit dem Flussmittel zu erhalten. Wenn ein Teil des Startflusses schmilzt, werden kleine Mengen an "Lauffluss" hinzugefügt, um das Schlackebad der gewünschten Tiefe aufzubauen, und die Elektrodenzuführungsrate wird über einen Zeitraum von ein bis zwei Minuten auf den spezifizierten Wert erhöht.
Um den Prozess mit einer spitzen Elektrode zu beginnen, ist es üblich, eine Kugel aus Stahlwolle (oder Stahlspänen) zwischen die Elektrodenspitze und das Werkstück zu legen. Manchmal ist die Elektrode selbst nicht spitz, stattdessen sind mehrere Stäbe mit einem Durchmesser von 5 bis 6 mm und einer Länge von 150 bis 200 mm an der Spitze angeschweißt (Abb. 11.25).
Die dritte Methode der Prozessinitiierung, dh die Verwendung von geschmolzener Schlacke ist die schnellste aller Methoden. Dies erfordert jedoch eine zusätzliche Einrichtung, um geschmolzene Schlacke zu schmelzen und in den Sumpf zu gießen.
Um ein Verschmelzen und Unterschneiden zu vermeiden, ist es besser, die Entlastung im Halteblock auf etwa 8 mm zu erhöhen. Für ein besseres Eindringen sollte die Tiefe des Schlackenbades zwischen 25 und 35 mm gehalten werden.
Zum Schweißen mit der Bandelektrode wird es durch eine flache Führung, die von der Arbeit isoliert ist, in das Schlackenbad eingeführt, wie in Abb. 11.26 gezeigt. Je nach Dicke der Arbeit können bis zu 3 Bandelektroden verwendet werden. Die Elektrodenführungen sind verschleißfähig und bestehen aus 1 oder 2 mm starkem Blech mit passender Zusammensetzung. Die Bandelektroden sind normalerweise 1 oder 1, 2 mm dick.
Bandelektroden können in der gewünschten Länge hergestellt werden, um längere Schweißverbindungen herzustellen, als durch Plattenelektroden geschweißt werden können. Im Vergleich zum verschweißbaren Führungsschweißen gewährleisten Bandelektroden ein gleichmäßigeres Eindringen.
Variante 3: Elektroschlacke-Stumpfschweißen:
Das Elektroschlacke-Blitzstoßschweißen, dessen Aufbau in Abb. 11.27 dargestellt ist, erfordert kein Schweißgut. Um den Prozess einzuleiten, wird geschmolzene Schlacke in den Sumpf gegossen, der um das untere, vertikal gehaltene Stück gebaut ist. alternativ wird ein geschmolzenes Schlackenbad durch Funkenbildung mit einer Kohlenstoffelektrode entwickelt.
Dies sorgt für die Erwärmung des Unterteils. Sobald das Schlackenbad der gewünschten Tiefe entwickelt ist, wird die Kohlenstoffelektrode zurückgezogen und das obere Stück wird in das Schlackenbad getaucht. Die Schlacke blitzt das obere Stück auf, dh es hebt es bis zum Schmelzpunkt an, und das geschmolzene Metall fließt auf das untere Stück, um ein Metallbecken unter dem Schlackenbad zu bilden.
Die Blinkzeit wird durch Ausprobieren ermittelt und liegt normalerweise zwischen 2 und 3 Minuten. Sobald die gewünschten Bedingungen erreicht sind, wird die Stromquelle abgeschaltet und das Oberteil mit einer Stauchgeschwindigkeit von 5, 5 bis 8, 5 mm / s (20 bis 30 m / h) auf das Unterteil gedrückt. Die Menge an geschmolzenem Metall im Becken und die durch Stauchen ausgestoßene Menge sollte gerade ausreichen, um zu vermeiden, dass mit Schlacke gefüllte Hohlräume zwischen den beiden Werkstücken nahe der Peripherie verbleiben.
Die Tiefe des Schlackenbades, die Schweißspannung und die Vorschubgeschwindigkeit des Oberteils beim Stumpfstoßschweißen werden wie beim Schweißen mit der Plattenelektrode beibehalten. Dieses Verfahren eignet sich am besten für die Massenproduktion von Stangen- oder Stabartikeln mit einem Querschnitt von bis zu 300 cm 2 .
Variante 4: Bifilar-Schaltung ESW:
Das Setup für die Bifilar-Variante von ESW ist in Abb. 11.28 dargestellt. Es werden vier plattenförmige Elektroden mit großem Querschnitt verwendet. Die beiden äußeren Elektroden bleiben stationär, während die beiden inneren mit gleicher Geschwindigkeit in das Schweißbad geführt werden.
Die chemische Zusammensetzung der Elektroden stimmt mit der des Arbeitsmaterials überein. Durch Anschließen des Einphasen-Schweißtransformators an die Elektroden gemäß dem Diagramm wird die induktive Impotenz der Schweißschaltung minimiert, und der Anschluss des Mittelabgriffs an dem Transformator sekundär zu der Arbeit ermöglicht, dass die Schmelzrate der stationären und der beweglichen Elektroden variiert wird pro Anforderung. Die inneren beweglichen Elektroden sind normalerweise zwei- bis dreimal so groß wie die Verbindungslänge, während die äußeren Elektroden offensichtlich die gleiche Länge wie die Schweißverbindung selbst haben. Der Montagespalt beträgt normalerweise 60 - 80 mm.
Der Abstand zwischen den Außenelektroden und den zu schweißenden Werkstückflächen ist auf ein Minimum beschränkt und liegt üblicherweise in der Größenordnung von 7 bis 10 mm. Die Innenelektroden haben eine um 35 bis 50% geringere Dicke als die Außenelektroden und haben einen Abstand von 30 bis 40 mm. Das Ende der Schweißnaht wird durch die Aussparung in den wassergekühlten festen Kupferhalteblöcken kontrolliert.
Die Schweißnaht wird normalerweise durch Eingießen der geschmolzenen Schlacke in die Schweißnaht eingeleitet (Abb. 11.28). Der Startsumpf ist flach, da sich der Prozess schnell stabilisiert. Der Stromregler sorgt für die automatische Aufrechterhaltung konstanter Schweißbedingungen. Diese Variante des ESW-Verfahrens kann zum erfolgreichen Schweißen von rechteckigen, quadratischen und kreisförmigen Abschnitten mit praktisch allen Abmessungen verwendet werden.
