Основы дуговой сварки в защитном металле
By Дженнифер Даллос on on
Объясняются основы этого давно используемого и универсального процесса
При дуговой сварке защищенным металлом (SMAW) дуга между покрытым электродом и сварочной ванной используется для выполнения сварного шва. По мере того, как сварщик постоянно подает электрод с покрытием в сварочную ванну, при распаде покрытия выделяются газы, защищающие ванну. Процесс используется без приложения давления и с присадочным металлом из покрытого электрода. Качественный металл шва, наплавленный в процессе, используется как для соединения, так и для нанесения функциональной поверхности на металлические изделия.
Из-за множества возможных вариаций состава покрытия электрода и большого выбора химического состава сердечника в процессе можно получить широкий спектр наплавленного металла с требуемыми механическими и физическими свойствами, обеспечивая при этом ровную дугу, однородный металл.
передаточные характеристики и простота в эксплуатации. Это один из старейших и простейших процессов сварки, который до сих пор широко используется.
Простота процесса распространяется на количество и характер необходимых компонентов схемы, а именно:
1. Источник питания с соответствующим номинальным током и рабочим циклом
2. Электрод SMAW, совместимый с выходной мощностью источника питания
3. Сварочный кабель подходящего размера
4. Электрододержатель
5. Кабель заготовки.
Основы процесса
Отличительной особенностью SMAW является физическое наличие покрытия/покрытия, которое окружает жилу расходуемого электрода. Покрытый стержень называется электродом, потому что он функционирует как клемма, от которой электрический поток переходит от проводящего твердого тела к проводящей плазме сварочной дуги.
Для любого применения электрод должен соответствовать следующим трем критериям:
1. Он должен экранировать дугу и металл сварного шва.
2. Должен добавлять металл к сварному шву.
3. Он должен выдерживать сварочную дугу.
Эти функции выполняют составляющие покрытия. При достаточном нагреве ингредиенты покрытия делают следующее:
1. Разлагаются на газы и вытесняют воздух в месте сварки, обеспечивая тем самым защиту дуги и металла сварного шва;
2. Ионизация для поддержки дуговой плазмы;
3. Плавить расплавленный металл и при охлаждении образовывать на сварном шве защитный шлаковый покров.
Покрытие может также содержать металлические порошки, которые увеличивают вклад металла электрода в сварочную ванну.
Принципы работы
В процессе SMAW используется электрическая цепь, которая поддерживает сварочную дугу для преобразования мощности электрической линии или топлива в тепло. Тепло от сварочной дуги является интенсивным и чрезвычайно концентрированным. Он сразу расплавляет часть заготовки и конец электрода. Сварщик поддерживает длину дуги, удерживая постоянное пространство между электродом и сварочной ванной, которая образуется на изделии.
При снятии дуги жидкость плавится, а расплав застывает в сплошной металл.
Элементы типовой сварочной схемы для дуговой сварки защищенным металлом.
Как показано на схеме на рис. 1, источник питания включен в цепь с электродом и заготовкой последовательно. Сварочный кабель, используемый в цепи, электрододержатель и соединение между кабелем и заготовкой также являются важными элементами цепи. Источник питания имеет две отдельные выходные клеммы. С одной клеммы осуществляется подключение к электроду. При использовании постоянного тока (DC) правильная клемма для подключения электрода определяется требуемой полярностью для данного типа электрода. При использовании переменного тока (AC) электрод можно подключить к любой клемме. Цепь между заготовкой и электродом разомкнута.
Пока электрод SMAW удерживается на расстоянии от заготовки, цепь
остается разомкнутой, и можно использовать вольтметр для измерения падения напряжения между электрододержателем
и заготовкой для этого состояния разомкнутой цепи (предварительной сварки).
Покрытые электроды
Все электроды SMAW имеют покрытие с компонентами, облегчающими процесс сварки, и добавляют легирующие элементы, придающие шву полезные свойства. Без покрытия дугу было бы очень трудно поддерживать, наплавленный металл был бы хрупким из-за растворенного кислорода и азота, валик сварного шва был бы тусклым и неправильной формы, а заготовка была бы подрезана.
Производители электродов наносят покрытие на электроды SMAW методом экструзии или погружением. Экструзия
используется гораздо шире и достигается путем смешивания сухих компонентов с жидкими силикатами. Процесс погружения используется в основном для электродов SMAW, используемых для сварки чугуна, и для некоторых специальных электродов, которые имеют сложную сердечную проволоку.
Покрытие содержит большую часть стабилизирующих, экранирующих, флюсующих, раскисляющих и шлакообразующих материалов, необходимых для процесса. Помимо поддержания дуги и подачи присадочного металла для наплавленного металла, разрушение покрытия электрода приводит к попаданию других ключевых материалов в дугу или вокруг нее, или и в то, и в другое.
В зависимости от типа используемого электрода покрытие электрода обеспечивает следующее:
1. Газ для защиты дуги и предотвращения чрезмерного атмосферного загрязнения расплавленного металла;
2. Раскислители, реагирующие с растворенными газообразными элементами, которые могут вызывать пористость, и снижающие их уровень;
3. Флюсы для ускорения химических реакций и очистки сварочной ванны;
4. Шлаковый покров для защиты горячего металла шва от воздуха и улучшения механических свойств, формы валика и чистоты поверхности металла шва;
5. Легирующие элементы для получения желаемой микроструктуры;
6. Элементы и соединения для контроля роста зерна;
7. Легирующие материалы для улучшения механических свойств металла шва;
8. Элементы, влияющие на форму сварочной ванны;
9. Элементы, влияющие на смачивание заготовки и вязкость жидкого металла шва; и
10. Стабилизаторы, помогающие установить желаемые электрические характеристики электрода и свести к минимуму разбрызгивание.
Химические соединения в покрытии в сочетании с составом основной проволоки создают уникальные механические свойства сварного шва и улучшают характеристики сварки, такие как стабильность дуги, тип переноса металла и шлак. Различные типы электродов разработаны не только для сварки различных металлов, но и для оптимизации определенных характеристик процесса и получения преимущества в определенной области 9.Приложение 0011.
Защита от дуги
Экранирующее действие процесса, показанного на рис. 2, практически одинаково для всех электродов SMAW, но конкретный метод защиты и объем образующегося шлака варьируются от одного типа электрода к другому.
Как показано на рис. 2, работают два механизма для предотвращения вредного воздействия на сварочную ванну газов, содержащихся в воздухе. Первый — принудительное вытеснение воздуха газами, образующимися при горении и разложении покрытия электрода. Во-вторых, это покрывающее действие флюса или шлака, которое предотвращает диффузию компонентов воздуха в жидкий металл.
Покрытия электродов различаются по своей зависимости от этих двух механизмов, чтобы обеспечить наиболее выгодное экранирующее действие для конкретного сварного шва.
Преимущества процесса
Основным преимуществом SMAW является большое разнообразие металлов и сплавов, которые можно сваривать. Имеются процедуры и электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей, высоколегированных сталей, сталей с покрытиями, инструментальных и штамповых сталей, нержавеющих и жаропрочных сталей, чугунов, меди и медных сплавов, а также никелевых и кобальтовых сплавов.
Ниже приведены другие преимущества процесса:
1. Оборудование относительно простое, недорогое и портативное.
2. Электрод SMAW обеспечивает как экранирование, так и присадочный металл для получения качественного сварного шва.
3. Вспомогательная газовая защита или гранулированный флюс не требуются.
4. Этот процесс менее чувствителен к ветру и сквозняку, чем процессы дуговой сварки в среде защитного газа.
5. Размеры электродов SMAW идеальны для проникновения в зоны с ограниченным доступом (электроды можно сгибать и с помощью зеркал накладывать в слепых зонах).
6. Этот процесс подходит для большинства часто используемых металлов и сплавов.
7. Этот процесс является гибким и может применяться к различным конфигурациям соединений и положениям сварки.
8. Можно легко и надежно получить оптимальные результаты.
Ограничения процесса
1. Металлы с низкой температурой плавления, такие как свинец, олово и цинк, и их сплавы не свариваются методом SMAW. Эти металлы имеют относительно низкие температуры кипения, и сильный нагрев дуги SMAW немедленно заставляет их испаряться из твердого состояния. Дуговая сварка защитным металлом также не подходит для химически активных металлов, таких как титан, цирконий, тантал и ниобий, поскольку обеспечиваемая защита недостаточно инертна для предотвращения загрязнения сварного шва.
2. Этот процесс обеспечивает более низкую скорость наплавки, чем процессы дуговой сварки металлическим электродом в среде защитного газа (GMAW) и дуговой сварки с флюсовой проволокой (FCAW).
Скорость осаждения ниже, поскольку максимальный полезный ток ограничен.
3. Если электрод слишком длинный или сила тока слишком высока, количество тепла, выделяемого внутри электрода SMAW, будет чрезмерным. После начала сварки температура покрытия в конечном итоге поднимется до предела, который вызовет преждевременное разрушение покрытия. Этот пробой, в свою очередь, вызывает ухудшение характеристик дуги и снижает уровень защиты. Следовательно, сварка должна быть остановлена до того, как электрод полностью израсходуется. Следовательно, величина тока, который может быть использован, ограничена в пределах, исключающих перегрев электрода и пробой покрытия. Ограниченный полезный ток обычно приводит к более низкой скорости осаждения, чем при использовании GMAW или FCAW.
4. Потеря заглушки — еще один существенный недостаток. Заглушка — это конец электрода SMAW, который выбрасывается. Он состоит из жилы провода в захвате держателя электрода и небольшой части покрытой длины. Потери на заглушках влияют на эффективность осаждения, а не на скорость осаждения.
Более длинные потери в шлейфе напрямую приводят к снижению эффективности осаждения.
5. Фактор оператора — время дуги в процентах от общего рабочего времени сварщика — для SMAW обычно ниже, чем при непрерывном электродном процессе, таком как GMAW или FCAW.
Когда для сварки требуется большой объем присадочного металла, сочетание низкой скорости наплавки и
более низкого коэффициента оператора отвлекает от использования SMAW. В этих случаях скорость завершения сварки может быть слишком низкой, а стоимость сварки относительно высокой.
На основании информации из Справочника по сварке, 9-е издание, том 2, Сварочные процессы, часть 1, и Карманного справочника по дуговой сварке в среде защитного металла (SMAW), Американское общество сварщиков,
Майами, Флорида,
Сварка
Описание программы
Учебная программа для сертификатов
Учебная программа AAS
ACC предлагает сертификат общего уровня и степень младшего специалиста по программе получения степени в области прикладных наук.
специализированный сварщик, сварщик металлоконструкций или сварщик.
Для программы сертификации вы пройдете 30 кредитных часов практической теории и практических занятий с использованием реального оборудования и материалов в классе и лаборатории. Степень AAS можно получить, завершив программу сертификации, один дополнительный курс математики и второй год более продвинутых курсов.
Некоторые студенты, возможно, уже работают сварщиками, но хотят записаться на программу сертификации, чтобы получить формальное обучение и расширить свои возможности трудоустройства в этой области. Если вы в настоящее время сертифицированы Американским обществом сварщиков (AWS) как сварщик начального уровня (AWS-уровень I), продвинутый сварщик (AWS-уровень II) или сварщик конструкций (AWS D1.1-2015), вы можете иметь право чтобы получить кредит на соответствующие курсы сварки.
Сертификация
Учащиеся могут одновременно работать над получением сертификатов SENSE по программе Американского общества сварщиков (AWS) уровня I и уровня II.
Подготовка
Чтобы добиться успеха в этой области, полезно получать удовольствие от тщательной работы и иметь гибкость движений, чтобы выдерживать работу в иногда неудобных или физически сложных положениях. Как сварщик, вы будете читать чертежи, правильно настраивать, подгонять, сваривать и проверять готовые детали. Отличная ловкость рук и зрительно-моторная координация необходимы для выполнения детальной работы и соблюдения техники безопасности.
Перед началом занятий ваш академический опыт, оценочные баллы или результаты тестирования проверяются консультантом по программе сварки, после чего могут быть даны любые рекомендации перед назначением курсов. Доступны обзорные курсы, которые подготовят вас к выполнению академических требований программы ACC Welding technology.
Средства программы
Вы пройдете практическое обучение в современной, полностью оборудованной сварочной лаборатории.
Студенты научатся правильно использовать стандартное защитное оборудование и соблюдать меры предосторожности, связанные со сваркой. Студенты будут практиковаться на стандартном отраслевом оборудовании с использованием источников сварочного тока SMAW, GTAW, GMAW и FCAW, в том числе некоторых из них с усовершенствованной формой волны переменного тока и возможностями управления синергетическим импульсом. Студенты также обучаются программированию, настройке и эксплуатации как механизированного, так и автоматического оборудования для плазменной резки с ЧПУ.
Лаборатория сварки также включает в себя полноразмерную, 6-осевую, полностью автоматизированную производственную роботизированную сварочную ячейку. Лаборатория контроля оснащена оборудованием для разрушающего и неразрушающего контроля, в том числе ультразвуковым дефектоскопом с фазированной решеткой, оборудованием для магнитопорошкового контроля, а также большим ассортиментом стандартных контрольно-измерительных приборов. Инструкторы программы сварки преданы своему делу, имеют многолетний опыт преподавания и работы и являются сварщиками, сертифицированными AWS.
Работа студента будет проверяться сертифицированным AWS инспектором/преподавателем по сварке (CWI, CWE), который проверяет работу студента на соответствие отраслевым стандартам и стандартам.
Варианты карьеры
Учащиеся, успешно закончившие эту программу, получат разнообразный набор навыков, что даст им возможность войти в состав рабочей силы в качестве сварщиков комбинированных труб и пластин начального уровня, изготовителей, программистов роботов, инспекторов или слесарей-трубопроводчиков. Эта программа также позволяет им получить высшее образование в области технологии сварки в Государственном университете Ферриса или стать сертифицированным инспектором по сварке AWS (CWI).
Поскольку один из двух продуктов, составляющих валовой внутренний продукт США, содержит сварку, профессия сварщика преобладает во всех сферах нашей экономики.