Varianten des SAW-Prozesses

Dieser Artikel beleuchtet die vier Hauptvarianten des UPW-Prozesses (Submerged Arc Welding). Die Varianten sind: 1. Doppelelektrode mit einer einzigen Stromquelle 2. Doppelelektrode mit mehreren Stromquellen 3. Dreifache Elektrode mit mehreren Stromquellen 4. Fus-Lichtbogenschweißen.

Variante 1: Doppelelektrode mit einer Stromquelle :

Obwohl Einzeldraht-SAW das am häufigsten verwendete Verfahren ist, finden die Mehrdrahtsysteme aufgrund der erhöhten Abscheidungsrate und Schweißgeschwindigkeit, die erreichbar sind, eine weitreichende Verwendung, wodurch der Bereich des Prozesses erweitert wird. Abb. 8.28 zeigt ein Doppelelektroden-SAW-System mit einer einzigen Stromquelle. Bei diesem Verfahren werden zwei Elektroden gleichzeitig in einen Doppelschweißkopf eingespeist, wodurch die Verwendung eines höheren Stroms ermöglicht wird. Elektroden können entweder parallel oder geneigt zueinander positioniert werden.

In paralleler Anordnung sind die Elektroden 6 bis 12 mm voneinander entfernt und können entweder hintereinander angeordnet sein, das heißt aufeinander folgend oder quer angeordnet, dh nebeneinander bewegt werden. Diese beiden Systeme sind in Abb. 8.29 dargestellt. Wenn die Elektroden hintereinander verwendet werden, kann eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit um bis zu 50% erzielt werden, wenn in Queranordnung verwendet wird, können breitere Rillen gefüllt werden. Wechselstrom wird bevorzugt, da mehrere Gleichstrombögen der gleichen Polarität dazu neigen, zusammenzuziehen.

Die in Abb. 8.29 gezeigte quer verlaufende Anordnung von Elektroden wird das Metall nicht so tief abscheiden wie Tandemelektroden; Das Schweißnahtdurchdringungsmuster kann jedoch verbreitert werden, um eine Anzahl schmaler Schweißperlen vollständig abzudecken.

Eine andere Anordnung ist die Verwendung von Doppelelektroden mit Serienverbindungen, Abb. 8.30, so dass eine Elektrode die Kathode und die andere die Anode ist; und die Elektroden sind in V-Konfiguration über die Schweißachse angeordnet. Dieser Aufbau von Schweißelektroden führt zu der geringsten Eindringtiefe, erlaubt jedoch das Schweißen von Blechen und dünnen Platten bei hohen Schweißgeschwindigkeiten. Da das Eindringen flach ist, beträgt die Dicke des zu schweißenden Metalls normalerweise weniger als 12 mm.

Variante 2: Doppelelektrode mit mehreren Stromquellen:

Doppelelektroden-SAW-Systeme sind weit verbreitet, und es gibt eine Auswahl aus beiden Drähten Gleichstrom, einem Draht Gleichstrom und einem Draht Wechselstrom oder beiden Drähten Wechselstrom

Die Zweidraht-Tandem-Elektrodenposition mit den einzelnen Stromquellen und beiden positiven Elektroden ergibt die tiefste Durchdringung aller Systeme und damit die höchste Schweißgeschwindigkeit. Dieses System neigt jedoch zu starkem Lichtbogenschlag, daher wird das häufig verwendete System mit der Leitelektrode positiv verwendet, und der hintere und der hintere Draht AC oder beide Drähte AC A DC / AC, wie in Abb. 8.31 gezeigt, hat den Vorteil tiefe Elektrode negativ. Die am meisten verwendete Anordnung ist jedoch entweder tief, um den Draht in den führenden Gleichstrombogen einzudringen, um eine hohe Schweißgeschwindigkeit zu erreichen; Der Wechselstrombogen, der normalerweise bei etwas geringerem Strom läuft, verbessert das Profil und die Oberflächengüte der Schweißnaht.

Ein Wechselstromsystem ist weniger anfällig für Lichtbogenblasen und wird daher für ein Werkstück mit komplizierter Geometrie bevorzugt. Es findet auch breite Anwendung beim Schweißen mit mehreren Durchgängen.

Obwohl AC-Lichtbögen vergleichsweise frei von Lichtbogen sind, sind sie dennoch abhängig von der Phasendifferenz zwischen den Lichtbögen anfällig für die Lichtbogenablenkung. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, werden die Wechselstrom- / Wechselstromsysteme häufig mit einem zwei- oder dreiphasigen Scott-Transformator betrieben (siehe Abb. 8.32), der eine 90 ° -Phasendifferenz zwischen den Bögen liefert. Eine geschlossene Dreieckschaltung von Stromquellen (siehe Abb. 8.33) mit verfügbarer Impedanz im Rückweg wird auch zur Steuerung der Phasendifferenz zwischen den beiden Bögen verwendet.

Variante 3: Dreifache Elektroden mit mehreren Stromquellen :

Die anhaltende Forderung nach Produktivitätssteigerung, insbesondere im Schiffbau, wo lange Schweißnähte vorhanden sind, hat zur Entwicklung von SAW-Systemen mit mehreren Stromquellen mit bis zu zehn Drähten geführt. Abgesehen von speziellen Anwendungen sind jedoch drei Drähte die praktische Grenze, und solche Systeme werden im Schiffbau, in der Herstellung von Druckbehältern und in den Rohrmühlen weit verbreitet.

Das Dreileitersystem wird auch zur Herstellung von horizontalen Hochgeschwindigkeitsnähten für Rohre mit großem Durchmesser und für gefertigte Balken verwendet. Bei entsprechend hohen Verfahrgeschwindigkeiten und Abscheideraten können sehr hohe Ströme eingesetzt werden. Zwei elektrische Systeme, die normalerweise für solche Anwendungen verwendet werden, sind die in Abb. 8.34 gezeigten Gleichstrom / Wechselstrom / Wechselstrom und die in Fig. 8.35 gezeigten Wechselstrom / Wechselstrom / Wechselstrom, deren Eindringtiefe denen des Doppelelektrodensystems für entsprechende elektrische Schaltungen ähnelt .

Der Elektroden-zu-Arbeitswinkel in sowohl dem Doppeldraht- als auch dem Dreileitersystem wird so gesteuert, dass die gewünschte Schweißraupenform erreicht wird. Die voreilende Elektrode wird mit hohem Strom und niedriger Spannung betrieben, um eine gute Durchdringung zu erreichen, die am besten erreicht wird, indem die Elektrode in einem Winkel von 90 ° oder sogar etwas über 90 ° zu der auf dem Werkstück abgelagerten Wulst gehalten wird.

Die mittlere Elektrode wird auf etwas weniger als 90 ° gehalten, während die nachlaufende Elektrode sowohl im Doppel- als auch im Dreifachelektrodensystem bei etwa 70 ° bis 75 ° gehalten wird, um eine glatte Schweißnahtoberfläche zu erhalten. Drei Stufen beim Füllen einer Verbindungsnut sind in Abb. 8.36 dargestellt. Die Strom- und Spannungseinstellungen für 3-Leiter-Systeme können beispielsweise wie die führende Elektrode bei 1000 A bei 32 V, die hintere Elektrode bei 500 A bei 42 V und die mittlere Elektrode bei 700 A bei 38 V liegen.

Abb. 8.36 Drei Stufen beim Füllen einer Fugenrille mit dem SAW-Verfahren mit drei Elektroden

Abgesehen von den Mehrfachdrahtsystemen können die Ablagerungsraten in SAW auch erhöht werden, indem der Verbindung unter dem Flussmittel Eisenpulver zugesetzt wird. Das Eisen schmilzt und wird Teil der Schweißnaht; Dies erhöht die Expositionsrate stark, ohne die Schweißeigenschaften negativ zu beeinflussen. Eisenpulver kann mit einem Einzeldraht- oder Mehrfachdraht-SAW-System verwendet werden; Das Ausmaß der Erhöhung der Abscheideraten ist in Abb. 8.37 dargestellt.

Eine andere Variante des Verfahrens ist eine, bei der separater oder "kalter" Schweißdraht in die Lichtbogenzone eingeführt wird. Dieser kalte Fülldraht kann für Flussmittelkerne massiv sein, um dem Schweißgut spezielle Legierungen hinzuzufügen. Durch die richtige Kontrolle des Zusatzes dieser Legierungselemente können die Schweißeigenschaften erheblich verbessert werden. Ein Fülldraht kann auch als regulärer Elektrodendraht verwendet werden, um die Zugabe von speziellen Legierungselementen im Schweißgut zu erreichen. Solche Verfahrensvarianten bedürfen jedoch einer sorgfältigen und vorherigen Überlegung für ihre ordnungsgemäßen Anwendungen.

Variante Nr. 4. Fusbogenschweißen:

Das Schmelzlichtbogenschweißen oder das kontinuierliche Elektrodenschweißen ist eine Variante des SAW-Prozesses, die auch als Hybrid zwischen SMAW- und SAW-Prozessen angesehen werden kann, da sie wie bei SMAW einen offenen Lichtbogen aufweist. Die verwendete Ausrüstung ist jedoch diejenige, die für automatische SAW-Prozesse verwendet wird. Durch den offenen Lichtbogen des Fus Arc Welding kann der Bediener jederzeit sehen, was im Schweißbad vor sich geht.

Der verwendete Elektrodendraht wird kontinuierlich mit einem Flussmittel bedeckt, das in dem spiralförmig gewickelten Netz aus dünnen Drähten um einen Vollkerndraht gehalten wird (siehe Abb. 8.38). Um den elektrischen Kontakt zu erreichen, werden diese spiralförmig gewickelten Drähte an ihren äußersten Randbereichen freigelegt.

Der Prozess wird eingeleitet, indem zuerst der flussmittelbedeckte Draht vorwärtsbewegt wird, um mit dem Werkstück in Kontakt zu treten. Anschließend wird er zurückgezogen, um einen stabilen Lichtbogen zu erzeugen. Der Lichtbogen kann mit einer zusätzlichen CO ₂ -Abschirmung versehen werden, um die Qualität der Schweißnaht aufgrund der größeren Freiheit beim Zusammensetzen des Flussmittels und der zulässigen höheren Schweißstromniveaus erheblich zu verbessern.

Daher verwendet der Lichtbogenprozess das gesteuerte Bogensystem, um die Bogenlänge konstant zu halten. Dies geschieht durch Erfassen der Lichtbogenspannung, die nahezu direkt proportional dazu ist. Dies wird dann verwendet, um die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit zu steuern.

Dieses Verfahren wird hauptsächlich zum Schweißen von Längsnähten verwendet und ist daher besonders im Schiffbau und bei Konstruktionsarbeiten mit Kehlnähten von Nutzen. Für diese Anwendungen ist das Verfahren aufgrund seiner offenen Lichtbogencharakteristik und der Toleranz bei schlechten Wetter- und Plattenoberflächenbedingungen besonders erfolgreich.