Шов сварочный или сварной шов как правильно: виды сварных соединений и классификация способов сварки

alexxlab | 16.08.1998 | 0 | Разное

Содержание

Как сформировать качественный сварочный шов без бугров?

Сварочная работа требует от рабочего знания

особенностей сварки металлов различной толщины, а также техники выполнения сварочных швов. Основным оборудованием сварщика служит сварочный аппарат и металлические стержни – электроды для сварки, которые выбираются в зависимости от того, с каким материалом предстоит работать.

Современное газосварочное оборудование от svarcka.ru значительно упрощает работу специалистов, позволяя выполнять сварку высокого уровня.

Качественный может быть сформирован только при последовательном применении трёх основных сварочных движений:

  • поступательное движение
  • движение вдоль оси валика
  • колебательное движение

После разжигания дуги выполняется поступательное движение по оси электрода, для выработки требующейся длинны дуги, от нее будет зависеть качество шва. Слишком длинная дуга ведёт к разбрызгиванию металла и его окислению, при этом металл становится пористым. Электроды для сварки нагреваются значительно быстрее основного металла, капли от электрода, попадая на холодную рабочую поверхность, застывают, образуя бугры.

Рекомендуется не задерживаться на первом этапе и переходить к движениям вдоль оси валика. На этом этапе большое значение имеет скорость движений. При высокой скорости происходит непровар, основной металл недостаточно разогревается. Низкая скорость наоборот оборачивается перегревом и сквозным проплавлением. Оптимально выбранная скорость позволяет получить чистый шов диаметром на 2-3 см превышающим электроды для сварки.

Важно отметить, что при работе сварочный электрод должен быть наклонен к оси шва под углом 15 градусов к стороне ведения шва, так он сформируется плотным и гладким. А также начало сваркилучше начинать с верхней части кратера, так вы сможете избежать перепадов на шве во время смены электрода.

Завершающий этап сварочной работы

– колебательные движения поперек сварочного шва для формирования сварочного валика большего диаметра. Колебательные движения могут быть разной формы, но амплитуда их совершения увеличивается по краям и снижается в середине шва. Так электрод обеспечивает лучший провар краям основного материала.

Дефекты сварных швов и соединений, виды, причины образования и способы устранения

Содержание

  1. Трещина сварного шва
  2. Возникновение пор
  3. Подрезы
  4. Непровары
  5. Несплавление
  6. Шлаковые включения
  7. Брызги
  8. Заключение

Трещина сварного шва

Самым серьезным видом сварочного дефекта считается трещина сварного шва, которая не принимается почти всеми отраслевыми стандартами. Она может появиться на поверхности, в металле сварного шва или в зоне воздействия сильного тепла. В зависимости от температуры, при которой они возникают, существуют разные типы трещин:


  1. Горячие трещины.
    Они появляются в процессе сварки или в процессе кристаллизации сварного соединения. Температура в этот момент может подняться выше 10 000 °C.
  2. Холодные трещины. Эти трещины появляются после завершения сварки и снижения температуры металла. Они могут образоваться спустя несколько часов или даже дней после проведения сварочных работ. Чаще всего это происходит при сварке стали. Причиной этого дефекта обычно являются деформация структуры стали.
  3. Кратеры. Обычно они образуются ближе к концу сварного шва. Когда сварочная ванна охлаждается и затвердевает, ей необходимо иметь достаточный объем, чтобы преодолеть усадку металла шва. В противном случае образуется кратерная трещина.

Причины появления трещин:

  • Повышенное содержание углерода и серы в основном металле
  • Повышенная жесткость свариваемой конструкции
  • Загрязнение основного металла
  • Высокая скорость сварки, но низкий ток
  • Неправильная форма шва из-за несоблюдения режима сварки
  • Резкое охлаждение конструкции

Способы предупреждения:

  • Правильно выбирайте основной металл и сварочные материалы
  • Выбирайте оптимальный режим сварки
  • Обеспечьте надлежащее охлаждение зоны сварки
  • Используйте правильную геометрию швов
  • Удалите загрязнения со свариваемого металла
  • Используйте подходящий металл
  • Убедитесь, что свариваете достаточную площадь сечения
  • Используйте правильную скорость сварки и силу тока
  • Чтобы предотвратить появление кратерных трещин, убедитесь, что кратер заполнен должным образом

Способы устранения:

Место образования трещины удалить шлифовальным инструментом. Образовавшуюся полость заварить.


Возникновение пор

Причиной возникновения пор может стать сварка сырыми (непросушенными) электродами или же сварка по грязному металлу (наличие ржавчины, масла, краски). Захваченные газы создают заполненный пузырьками сварной шов, который становится слабым и может со временем разрушиться.


Причины пористости:

  • Недостаточная прокалка электрода перед началом работы
  • Сварка длинной дугой
  • Плохая газовая защита сварочной ванны
  • Неправильная обработка поверхности перед началом работы
  • Работа по загрязненной поверхности
  • Наличие ржавчины, краски, жира или масла на металле

Способы предупреждения:

  • Перед сваркой очистите поверхность свариваемого металла
  • Прокалите электроды
  • Проверьте расходомер газа и убедитесь, что он оптимизирован в соответствии с требованиями с соответствующими настройками давления и расхода
  • Снизьте скорость движения дуги, чтобы газы улетучились
  • Используйте правильную технику сварки

Способы устранения:

Дефектный участок вырубают или вычищают и вновь заваривают.


Подрезы

Этот дефект сварки представляет собой образование бороздок на протяжении всего сварного шва, уменьшающее толщину поперечного сечения основного металла. В результате получается ослабленный сварной шов.


Причины возникновения подрезов:

  • Слишком высокий сварочный ток
  • Слишком высокая скорость сварки
  • Неудобное пространственное положение, из-за которого к свободным краям будет направлено больше тепла
  • Неточное ведение электрода по оси стыка
  • Неправильный присадочный металл
  • Плохая техника сварки

Способы предупреждения:

  • Ведите электрод под правильным углом
  • Проводите сварку короткой дугой
  • Выберите оптимальный режим сварки
  • Выберите защитный газ, состав которого соответствует типу материала, который вы будете сваривать
  • Использование электродов под правильным углом, при этом большее количество тепла направляйте на более толстые компоненты
  • Регулируйте силу тока, уменьшая его при приближении к более тонким участкам и свободным краям

Способы устранения:

Место подреза зачищают и заваривают шов заново.


Непровары

Этот тип сварочного дефекта возникает при отсутствии надлежащего сплавления основного металла и металла шва. Непровар также может появиться между прилегающими сварными швами. Это создает зазор в стыке, который не заполняется расплавленным металлом.


Причины непровара:

  • Недостаточная сила тока
  • Плохая зачистка свариваемых поверхностей
  • Неправильный угол электрода
  • Диаметр электрода не соответствует толщине свариваемого материала
  • Высокая скорость сварки

Способы предупреждения:

  • Соблюдайте режимы сварки
  • Перед тем как приступить к сварке, зачистите металл
  • Ведите сварку короткой дугой

Способы устранения:

Если непровар доступен для повторной заварки, то корень шва в месте дефекта вычищают и заваривают повторно.


Несплавление

Несплавление происходит, когда канавка металла заполнена не полностью, то есть металл сварного шва не заполнил толщину соединения.


Причины несплавления:

  • Между свариваемым металлом было слишком много места
  • Вы производите сварку при низких настройках силы тока, которого недостаточно, чтобы должным образом расплавить металл
  • Используете электроды большого диаметра

Способы предупреждения:

  • Используйте правильную геометрию шва
  • Используйте электрод подходящего размера
  • Снизьте скорость дуги
  • Выберите подходящий сварочный ток
  • Проверьте правильность центровки

Способы устранения:

Если несплавление доступно для повторной заварки, то корень шва в месте дефекта вычищают и заваривают повторно.


Шлаковые включения

Включение шлака – один из дефектов сварки, который обычно хорошо заметен в сварном шве. Шлак – это стекловидный материал, образующийся как побочный продукт при сварке электродом, дуговой сварке порошковой проволокой и дуговой сварке под флюсом. Это может произойти, когда флюс, который является твердым защитным материалом, используемым при сварке, плавится в сварном шве или на поверхности зоны сварного шва.


Причины возникновения шлаковых включений:

  • Плохая зачистка свариваемых поверхностей
  • Высокая скорость сварки
  • Неправильное положение сварки
  • Сварочная ванна остывает слишком быстро
  • Малый сварочный ток

Способы предупреждения:

  • Не использовать электроды с тонким покрытием
  • Отрегулируйте положение электрода во время сварочных работ
  • Удалите остатки шлака с предыдущего валика
  • Отрегулируйте скорость сварки

Способы устранения:

Дефектный участок удалить с помощью шлифовального инструмента и заварить вновь.


Брызги

Брызги возникают, когда мелкие частицы сварочного шва оседают на поверхности. Как ни старайся, полностью избавиться от брызг невозможно. Однако есть несколько способов свести его к минимуму.


Причины разбрызгивания:

  • Высокий сварочный ток
  • Слишком низкое напряжение
  • Рабочий угол электрода слишком большой
  • Плохая зачистка свариваемых поверхностей
  • Сварка длинной дугой
  • Неправильная полярность

Способы предупреждения:

  • Очистите поверхности перед сваркой
  • Уменьшите длину дуги
  • Отрегулируйте сварочный ток
  • Увеличьте угол электрода
  • Соблюдайте полярность

Способы устранения:

Зачистить шлифовальным инструментом поверхность сварного соединения от брызг металла.


Заключение

Итак, мы перечислили 7 наиболее распространенных дефектов сварочных швов и соединений, причины возникновения и способы устранения. При обнаружении важно исправить дефект, чтобы предотвратить потерю свойств и прочности материала. А здесь можно почитать о том как выбрать электроды и какие электроды для сварки инвертором лучше.

Заполнение сварного шва по сечению и длине

Чтобы заполнить сечение шва, может понадобиться не один проход. И в зависимости от этого могут быть однослойные, многослойные, многослойно-многоходные швы. Схематично такие швы изображены на рис.

 

 

Рис. 1. Движение электрода при различных режимах прогрева. 1 — при слабом прогреве кромок, 2— при усиленном прогреве кромок,  3 — при усиленном прогреве одной кромки, 4 — при хорошем прогреве корня шва

 

Если число слоев равно числу проходов дутой, то шов называют многослойным. В случае, если некоторые из слоев выполняются за несколько проходов, такой шов называют многопроходным. Многослойные швы чаще применяют в стыковых, соединениях, многопроходные — в угловых и тавровых. По протяженности все швы условно можно разделить на три группы: короткие — до *300 мм, средние — 300—1000, длинные — свыше 1000 мм.

В зависимости от протяженности шва, свойств свариваемого материала, требований к точности и качеству сварных соединений сварка швов выполняется различными способами. На рис. 3 представлены такие схемы сварки. Самое простое — это выполнение коротких швов.

 

 

Рис. 2. Виды заполнения сварного шва: 1 – однослойный шов; 2 – многопроходной шов; 3 – многослойный многопроходной шов

 

Осуществляется движение напроход — от начала до кон-ца шва. Если шов более длинный (назовем его швом средней длины), то сварка идет от средины к концам (обратноступенчатым способом). Если варится шов большой длины, то выполняться он может как обратносту-пенчатым способом, так и вразброс. Одна особенность — если применяется обратноступенчатый способ, то весь шов разбивается на небольшие участки (по 200—150 мм). и сварка на каждом участке ведется в направлении, об ратном общему направлению сварки.

«Горка» или «каскад» применяются при выполнении швов конструкций, несущих большую нагрузку и конструкций значительной толщины. При толщинах в 20—25 мм возникают объемные напряжения и появляется опасность возникновения трещин. При сварке «горкой» сама зона сварки должна постоянно находиться в горячем состоянии, что очень важно для предупреждения появления трещин.

Разновидностью сварки «горкой» является сварка «каскадом».

При сварке, низкоуглеродистой стали каждый слой шва имеет толщину 3—5 мм в зависимости от сварочного тока. Например, при токе 100 А дута расплавляет металл на глубину около 1 мм, при этом металл нижнего слоя подвергается термической обработке на глубину 1-2 мм с образованием мелкозернистой структуры. Нри сварочном токе до 200 А толщина наплавленного слоя возрастает до 4 мм, а термическая обработка нижнего слоя произойдет на глубине 2—3 мм.

 

 

Рис. 3. Схемы сварки. 1— сварка иапроход; 2 — сварка от середины к краям; 3 — сварка обргвгноступеичатым способом; 4 — сварка блоками; 5 — сварка каскадом; 6— сварка горкой

Чтобы получить мелкозернистую структуру корневого шва, надо нанести подварочный валик, использовав для этого электрод диаметром 3 мм при силе тока в 100 А. Перед этим корневой шов должен быть хорошо зачищен. На верхний слой шва наносится отжигающий (декоративный) слой. Толщина такого слоя — 1—2 мм. Этот слой можно получить электродом диаметром 5— 6 мм при силе тока в 200—300 А.

Окончание шва. При окончании сварки — обрыве дуги в конце шва — следует правильно заваривать кратер. Кратер является зоной с наибольшим количеством вредных примесей, поэтому в нем наиболее вероятно образование трещин. По окончании сварки не следует обрывать дугу, резко отводя электрод от изделия. Необходимо прекратить все перемещения электрода и медленно удлинять дугу до обрыва; расплавляющийся при этом электродный металл, заполнит кратер.

При сварке низкоуглеродистой стали кратер иногда выводят в сторону от шва — на основной металл. Если сваривают сталь, склонную к образованию закалочных структур, вывод кратера в сторону недопустим ввиду возможности образования трещин.

 

Сварка операционного шва: как правильно варить операционку? | ММА сварка для начинающих

Сварочный операционный шов применяется в крайних случаях, когда по-обычному заварить или ввариться в трубопровод не представляется возможным. Производится он через технологическое отверстие, которое заранее вырезается в трубе, а потом обратно заваривается куском металла.

Например, труба лежит на поверхности, таким образом, что снизу никак не подлезть. В таком случае, в месте сварки, сварщик делает «окно» сверху трубопровода, после чего заваривает трубу через окно снизу, а потом и её верхнюю часть.

Несмотря на всю кажущуюся простоту действий, операционный шов в сварке требует немалого опыта. Далеко не каждый сварщик умеет варить операционные швы, к тому же, делать это правильно. И если внутри трубы сварочный шов будет сильно выступать вверх, то это грозит печальными последствиями при эксплуатации трубопровода.

Сварка операционного шва — что вы ещё не знали?

Расскажу занимательную историю. У нас на работе был один сварщик, которого звали всегда варить операционные швы. Сварщиков было несколько, но звали именно его одного, по двум простым причинам — наличия огромного опыта и назойливость. Этот парень так хорошо варить «операционки», что проблем в дальнейшем никаких с ними не возникало.

Итак, операционка в сварке представляет собой окно внутри трубопровода, через которое можно было бы заварить металлоизделие. Форма окна или как его называют ещё «крышка» может быть различной, в виде треугольника, квадрата или прямоугольника.

Если во время сварки из трубы все время бежит вода, то надрез окна делают в определённую сторону, таким образом, чтобы можно было бы заткнуть трубу куском тряпки. Конечно же, чем меньше будет окно, тем лучше. Однако не всегда условия сварки позволяют сделать небольшое операционное отверстие в трубе.

Как варить операционный сварочный шов

В месте соединения трубы необходимо сделать окно сверху и по возможности зачистить будущий шов. Для сварки операционного шва рекомендуется использовать рутиловые электроды. Их преимущество в том, что они способны быстро вывести ржавчину из сварочной ванны. Полностью очистить трубу от ржавчины внутри, увы, не получится.

После инициализации сварочной дуги, электрод подносится к стыку, и осуществляется сварка. Варить операционный шов нужно под небольшим углом, как правило, вперёд от центра. Нужно стараться проварить металл как можно глубже, при этом следует вести электрод с небольшим отрывом.

Таким образом, понадобится наложить несколько швов внутри трубы, которые будут слегка находить друг на друга. В конце заваривается само окно (крышка). Для облегчения данной работы к крышке приваривается временная рукоятка из электрода, за которую её можно было бы удобно удерживать рукой во время приваривания.

Порядок приваривания крышки операционного шва следующий:

  • Сначала нужно приставить крышку к трубе и прихватить сваркой в нескольких местах;
  • Затем можно приступать к обвариванию крышки;
  • Варить рекомендуется углом назад.

Таким образом, можно сделать операционный шов, там, где обычные приемы сварки не подходят или малоэффективны.

Еще статьи про сварку:

Обработка сварных швов после сварки

Помимо подготовительных действий, рабочего процесса и контроля качества существуют дополнительные этапы, которые просто обязательны в условиях крупномасштабного производства. Существуют отрасли, где качество сварных швов играет очень большую роль, и каждая ошибка может стоит дорого. На первый план выходит защита сварных швов от коррозии. Также нужно защитить сварочный шов от преждевременного разрушения.

Чтобы достичь наилучшего качества составляются подробные чертежи, подбираются оптимальные комплектующие и работа поручается настоящим профессионалам. Но есть еще один действенный способ — обработка сварного соединения. Существует несколько типов обработки, в этой статье мы поговорим о термической.

Общая информация

Термическая обработка сварных соединений — это метод обработки швов, основанный на применении высоких температур. Благодаря термообработке осуществляется защита сварных швов от коррозии, снижается вероятность появления трещин, улучшаются механические свойства шва, повышается жароустойчивость. Этот метод можно сравнить с обжигом глины, которая приобретает особые свойства благодаря высоким температурам.

Термообработке подвергается только сварной шов или также прилегающая к нему область. Сварное соединение нагревается до определенной температуры и выдерживается в нагретом состоянии определенное количество времени, затем охлаждается. Для процесса обработки используется специальная установка для термообработки сварных швов или отдельные приспособления, о которых мы поговорим позже.

Существует несколько методов термообработки. Все они отличаются температурой, используемой для нагрева шва. Температура нагрева может быть от 650 до 1125 градусов по Цельсию, выбирается в зависимости от типа стали и свойств, которые должна получить сталь. Детали могут прогревать от 1 до 5 часов. Затем металл охлаждается естественным путем, без применения дополнительных методов.

В результате улучшается пластичность и ударная вязкость сварного соединения, улучшаются механические свойства, снижается остаточное напряжение от сварки. Зачастую необходима термообработка сварных соединений технологических трубопроводов. Поскольку именно трубы формируют важнейшие узлы. Они должны быть прочными и долговечными.

Методы нагрева швов

Сварочные швы и соединения могут нагреваться несколькими способами. Среди наиболее распространенных можно выделить специальные гибкие нагревательные изделия, муфельные печи, индукционные и газопламенные приспособления.

Метод нагрева шва выбирается исходя из возможности установки дополнительного оборудования, доступа к трубам, диаметра детали и прочих субъективных факторов. Проще говоря, выбор метода нагрева не регламентируется нормами и правилами. Самое главное — нагревательные приспособления должны беспрепятственно монтироваться на деталь, весить немного и осуществлять равномерный нагрев, без перепадов температур. Такая обработка называется локальной или местной.

Локальная термообработка с помощью гибких нагревательных элементов — это самый простой и недорогой способ обработки шва. Ранее такие нагреватели выпускал завод «Минмонтажспецстрой», сейчас этим занимается «Корпорация Монтажспецстрой». Такие элементы легко подстраиваются под диаметр трубы и их монтаж не вызывает трудностей.

Также используются муфельные печи. Они вполне эффективны при работе с трубами небольшого диаметра. Но здесь есть один нюанс: чтобы прогрев был равномерным нужно устанавливать печь так, чтобы ее ось вращения не совпадала с геометрической осью.

Индукционные приспособления также довольно распространены. Они недорогие и эффективные. Широко применяются при нагреве швов как раз на трубах. В качестве нагревательного элемента здесь выступают многожильные медные кабели, которые охлаждаются с помощью воздуха. При нагреве шва труб нужно оставить небольшой зазор между самой трубой и кабелями. Такая установка для термообработки сварных швов позволяет прогреть соединения равномерно и быстро. Ниже представлена таблица с характеристиками индукторов.

Газопламенный метод нагрева предполагает использование многопламенных газовых горелок. Принцип работы такой специальной горелки ничем не отличается от обычной бытовой зажигалки, разве что каналов выхода пламени в десять раз больше. Здесь пламя образуется при сгорании кислорода и горючего газа. Газопламенный метод хорош в труднодоступных местах, но может занимать больше времени.

Технология термообработки

При проведении термической обработки учитывается длина шва, соблюдается равномерность прогрева соединения и прилегающих областей, выбирается подходящая скорость и температура нагрева, устанавливается время продолжительности нагрева (также называется выдержкой) и устанавливается скорость охлаждения.

Термообработка сварных швов трубопроводов начинается с того, что шов изолируют с помощью теплоизоляционного материала. Например, при применении газопламенной горелки шов обматывается слоем листового асбеста толщиной 2-3 сантиметра. Только затем происходит монтаж самой горелки. Тот же принцип и при сварке индукционными приспособлениями или нагревательными элементами.

Чтобы сварные швы не теряли тепло изоляционные материалы должны быть прочными и теплостойкими одновременно. При этом они должны иметь малый вес, легко изгибаться. В таблице ниже описаны основные теплоизоляционные материалы, применяемые при термообработке. Также указана из температурная область.

Обработка сварного шва доверяется только специалистам. Специалист проходит предварительное обучение и только после этого приступает к работе. При этом процессом должен руководить старший мастер. Специалист обязан не только правильно подобрать и установить нагревательное оборудование, но еще и проверить, насколько хорошо слесари подготовили металл.Термообработка сварных швов трубопроводов не начнется без тщательной подготовки.

После обработки можно осуществить термоотдых. Пусть деталь остынет. Затем производится шлифовка сварных швов болгаркой. Зачистка сварного шва после сварки необходима для удаления ненужных включений, образовавшихся при сварке. Например, шлака.

Вместо заключения

Термообработка сварных соединений технологических трубопроводов — обязательный этап, если качество шва стоит на первом месте. С помощью обработки возможна полная защита сварных швов от коррозии, трещин и разлома. Это простой, но вместе с тем эффективный метод. С помощью современных приспособлений можно быстро и равномерно обработать сварной шов. Делитесь этой статьей в социальных сетях и оставляйте комментарии к этой статье. Желаем удачи в работе!

Практически во всех видах строительства присутствуют металлические конструкции, которые требуют скрепления друг с другом. Самый распространенный способ крепления всех металлических деталей — сварка. Сварка, считается самым простым и самым экономным способом крепления.

С ее помощью, возможно соединить в одно целое целую крепкую металлическую конструкцию. Сварка – самое прочное крепление и самое надежное крепление всех металлических элементов.

Но вместе с достоинствами сварки, у этого способа существует один, очень важный недостаток – самое уязвимое звено в месте шва. В связи с этим, использование сварки требует дополнительных работ в местах крепления деталей. То есть необходимо все швы зачищать. Так требует норма по ГОСТу 9,402-80

Для чистки сварки в местах швов используют несколько способов:
1. Применение механической шлифовки;
2. Нейтрализацию швов;
3. Протравливание химическими материалами.
Каждый способ зачистки швов имеет свои достоинства и свои недостатки. Выбор способа зависит от материала и требуемого результата.
Для всех трех способов зачистки сварочных швов нужно использовать специальное оборудование. Главное правильно подобрать технику и конечно же правильно подобрать расходный материал. Например:
1. Щетка по металлу;
2. Машинка шлиф;
3. Шлифовальный станок и так далее
Выбирая то или иное приспособление, следует отталкиваться от мощности аппарата, а уж потом рассматривать показатель потребления.

Например, в строительстве суден, для шлифовки сварочных швов необходимо использовать передвижные шлифовочные машины с большими мощностями. Проще ведь подъехать к месту нужно обработки, нежели предмет с местом обработки шва, крутить вокруг шлифовочной машины.

Шлифовка сварочных швов – заключительный этап сварки. То есть очистка места сварки от шлака и металлических окалин. То есть необходимо провести обработку места шва и место вокруг соединения на расстоянии, в соответствии с установленными нормами стандарта зачистки после сварочных швов.

Для этого необходимо обработать место соединения и произвести полировку после обработки шва анти оксидом, а также произвести зачистку шва, устраняя дефекты на поверхности. То есть одновременно обработка шва это шлифовка а также устранение возможных лунок, кратеров, свищей и трещин на поверхности в месте шва, используя возможность шлифовочного агрегата на полную силу.

Механическая чистка – ручной способ чистки места шва при помощи болгарки, при помощи которой возможно устранить небольшие дефекты в виде скалин, заусениц и потеков по рабочей поверхности после работы сваркой.

Качество выполненной работы зачистки ш сварочного шва зависит от правильно подобранного шлифовочного круга.
Химическая чистка рабочей поверхности сварочного шва — применение двух способов чистки – механической чистки и химическое воздействие. То есть после механической чистки применяется метод травления или пассивации. Метод травления — обработка рабочей поверхности после сварочного шва специальным веществом. Травление проводится несколькими способами. Обрабатывается только рабочая поверхность, то есть только сам шов, и когда обрабатывается вся заготовка после сварки.

Пассивация – обработка после сварочного участка специальным веществом, которое наносится равномерно в один слой по всей поверхности. В результате чего обработанная часть поверхности образовывает пленку, которая предотвращает старение материала. Этот способ еще называют против коррозийной обработкой металлических поверхностей.

В современных условиях развития промышленного комплекса предполагается активное использование нержавеющей стали для создания трубопроводов и формирования емкостей для дальнейшего взаимодействия с агрессивными жидкостями. В повседневной жизни повсеместно встречаются изделия, изготовленные из данного металла, а именно всевозможные принадлежности в виде домашней утвари и прочих деталей обихода.

Характерной чертой нержавеющей стали является наличие привлекательной зеркальной поверхности и продолжительного срока службы. Однако следует отметить, что для создания такого эффекта первоначально нужно провести должным образом обработку шва нержавейки после сварки. В противном случае будет иметь место наличие черных и желтых пятен на сварочном месте с последующим потенциальным возникновением ржавчины.

Ввиду подобной особенности возникает вопрос, как очистить нержавейку после сварки и как правильно организовать обработку нержавейки после сварки.

Причины важности обработки

В ходе изготовления многочисленных конструкций с задействованием в качестве основного материала нержавеющей стали активно используются сварочные методы за счет функционирования электрической дуги в инертной газовой среде.

Несмотря на формирование относительно ровных и прочных швов, они отмечаются присутствием непривлекательного внешнего вида, в результате чего возникает необходимость обработки сварных швов нержавейки. Так, место сварного соединения характеризуется наличием зеркального цвета, а то время как область возле шва — желтого цвета и его многочисленных оттенков.

В случае формирования рисунка в виде чешуек в образующихся бороздках отмечается присутствие черных полосок малых размеров. По прошествии определенного периода времени может возникать риск образования ржавчины в данных местах.

Явления подобного характера являются следствием воздействия чрезмерно высокого температурного режима, в результате которого происходит, перегрев в сварочной области. В момент присутствия высоких температур происходит выгорание элементов легирования с одновременным обеднением, что имеет следствием изменение цвета и повышение степени уязвимости по отношению к факторам внешнего действия.

В завершении процесса образуется пленка, которая отмечается низким уровнем сопротивляемости к агрессивному влиянию окружающей среды, что ведет к поэтапному развитию коррозии в месте обработки.

Шлифовка механического характера

Нержавеющая сталь характеризуется присутствием высокого уровня коррозийных свойств, которые обуславливают ее активное применение в той среде, где зачастую применяются жидкости. Хотя изделия из подобного материала активно соприкасаются с водой и подвергаются предварительному проведению сварочных работ, со временем их внешний вид существенно не изменяется. Данная особенность прослеживается в результате задействования определенных принципов обработки.

Среди основных вариантов обработки принято выделять механическую шлифовку нержавейки после сварки. В ходе данного процесса устраняется верхний слой оксидной составляющей, образующийся на месте сварки и представляющий собой слабое место во всей конструкции. Также подвергаются устранению различимые переходы цвета и присутствующие неровности в соединении сварки.

Для данного процесса характерна следующая очередность:

  • устранение волн в области металлического шва посредством применения толстого шлифовального круга и болгарки, а также нивелирование присутствующих выпуклостей;
  • задействование лепестковых кругов для функционирования болгарки; основная цель подобных элементов — более аккуратное проведение работ наряду с большей длительностью процесса и расходованием материалов, что особо актуально для значительных масштабов выполнения работ;
  • использование специально разработанного оборудного комплекса в виде шлифовальной машины, в результате работы которой создается одноцветное матовое покрытие;
  • обязательное применение респиратора для снижения риска попадания в дыхательные пути абразивной пыли и металлических частиц, которые находятся в воздушном пространстве в течение выполнения работ.

Полировка нержавеющей стали после сварочных работ

Следующим шагом в комплексе обработки, осуществляемой по отношению к области проведения сварочных работ, является полировка нержавейки после сварки. Следует отметить, что подобному процессу подвергается не только отдельные области изделия, но и вся поверхность изделия в целом, что гарантирует получение блеска окончательного вида.

Полировка обеспечивает еще больший уровень зачистки обрабатываемой поверхности за счет получения цельного и ровного участка, что впоследствии имеет результатом способность противостоять внешнему влиянию жидкостей агрессивного характера.

Поначалу область сварных швов подвергается воздействию диска с вулканитом, цель которого заключается в придании шву необходимой формы и глубины за счет формирования структуры вогнутого образца.

Следующим этапом принято считать нанесение специальной пасты, предназначенной для осуществления полировки. В большинстве случаев применяется паста ГОИ. Основная задача полировочного процесса состоит в достижении зеркальной поверхности с одномоментным отсутствием ранее присутствовавших матовых пятен.

Гели и кислоты для процесса обработки

Для того, чтобы устранить присутствие цветовых переходов, образующихся в результате сварочного процесса, а также нивелировать формирование слоя оксидного характера, способствующего протеканию процесса коррозии, широко используется травление сварных швов нержавейки. Данный способ относится к категории кислотного воздействия с целью обработки материала.

Оптимальным вариантом является использование соляной и серной кислоты для обработки сварных швов по нержавейке. В случае отсутствия возможности задействования вышеуказанных соединений можно применить азотную или плавиковую кислоту. Эти вещества предполагаются к выпуску в форме геля и пасты для травления сварных швов на нержавеющей стали.

Также в настоящий момент считается возможным приобретение для таких целей специально разработанных аэрозолей.

Интересное видео

Проектирование и производство шовной сварки в центре внимания

Сварка швов набирает обороты в производстве листового металла. Большие и малые предприятия применяют контактную шовную сварку, лазерную шовную сварку или, возможно, и то, и другое. И еще больше людей ищут услуги по контрактной сварке.

 

Что делает шовную сварку звездой во многих проектах по обработке листового металла?

 

Услуги по проектированию и изготовлению шовной сварки

Использование для шовной сварки включает:

  • Прямоугольные и круглые металлические трубы
  • Стальные бочки
  • Топливные баки
  • Прочие изделия, требующие сварных швов с прямым или правильным изгибом

Сварные швы особенно подходят для создания соединений, которые должны быть непроницаемыми для газа или жидкости.

 

С внедрением в процесс лазерной технологии область применения расширилась до производства продуктов, начиная от компонентов радаров и заканчивая датчиками и корпусами инсулиновых помп .

 

Одна из причин, по которой шовная сварка так полезна при изготовлении листового металла, заключается в том, что в результате получается соединение, которое может быть прочнее металла, из которого оно изготовлено. Это означает, что конечные продукты более долговечны и надежны .

 

Как работает шовный шов?

Это зависит от того, идет ли речь о шовной сварке сопротивлением или лазерной шовной сварке.Хотя конечный результат почти одинаков, методы различаются.

 

Сварной шов выполняется для соединения сопрягаемых поверхностей двух деталей из однородных металлов. «Faying» относится к поверхностям, которые соприкасаются в месте соединения.

 

Для контактной шовной сварки процесс может быть непрерывным или прерывистым. В непрерывном режиме машина создает точечные сварные швы внахлест, а полученный шов является газо- и газонепроницаемым. В прерывистом режиме между сварными швами остается зазор, шов не является газо- и газонепроницаемым.

 

Как ваш изготовитель выполняет контактную шовную сварку?

Здесь мы немного коснемся технических вопросов. Для шовной сварки сопротивлением требуется два электрода, обычно изготовленных из меди. Соединение листового металла формируется, когда металл проходит между электродами, обычно имеющими форму диска, которые создают давление и ток для выполнения работы. Полученное соединение называется сварным швом сопротивления качению или негерметичным шовным швом.

 

Прочные швы, образованные контактной шовной сваркой, используются во многих продуктах.Рынки, которые обычно находят применений контактной шовной сварки, включают :

  • Строительство и инфраструктура
  • Транспорт
  • Товары длительного пользования

Как насчет лазерной сварки?

Лазерная шовная сварка листового металла становится все более популярной благодаря важным преимуществам , которые она предлагает, в том числе:

  • Устранение отделки
  • Удаление наполнителя
  • Повышенная прочность, гибкость и постоянство суставов

Шовная сварка лазером отличается от контактной шовной сварки тем, что используется для выполнения только герметичных швов.Для формирования сварного шва материал перемещается под фокусирующей лазерной головкой. Звучит просто, но есть несколько важных соображений, которые необходимо учесть перед тем, как приступить к фактической сварке.

Например, операторы должны определить правильные параметры для текущей работы, в том числе:

  • Частота повторения лазерных импульсов
  • Скорость перемещения линейной части
  • Процент перекрытия точек
  • Частота повторения импульсов
  • Диаметр фокусируемого пятна

Положительным моментом является то, что знание всей этой технической информации дает производителям доступ к новым рынкам, и это всегда хорошо.


Для шовной сварки будущее выглядит светлым

Сварка швов перспективна не только для производителей, но и для проектировщиков. Это дает им более широкий выбор и более экономичные способы удовлетворения широкого круга требований.

 

Чтобы узнать больше, поговорите с изготовителем о контактной и лазерной шовной сварке. Чтобы узнать больше о том, что должно входить в конструкцию точечной сварки, нажмите здесь.

 

 

( Примечание редактора: Эта статья была первоначально опубликована в августе 2018 г. и недавно была обновлена)

стежковая сварка против.Шовная сварка

Пусть вас не смущает вопрос о сварке стежком и сварке швом. Это важная концепция как для инженеров и сварщиков, работающих в производственных условиях, так и для предприятий и профессионалов, которые зависят от контрактного производства при поставке продукции. И шовная, и шовная сварка имеют свои преимущества и недостатки. Чтобы помочь вам урегулировать споры о шовной сварке и стыковой сварке в вашем магазине или в вашей компании, вот краткое изложение различий, когда вы будете использовать каждый из них, а также преимущества.

Что такое шовный шов?

Шовная сварка также известна как прерывистая сварка. Причина этого названия в том, что шовный шов не является непрерывным вдоль соединения. Вы найдете пробелы в сварке стежков, которые делают ее похожей на строчку. Шовный шов не так прочен, как шов, из-за этих зазоров. Шовный шов чаще всего используется, когда не нужна прочность шва, или когда нужно предотвратить тепловую деформацию.

Среди стежковых швов есть два распространенных типа: угловой шов и шов встык.Угловые сварные швы имеют треугольную форму и используются для соединения двух поверхностей под прямым углом. Стыковые сварные швы часто используются при сварке труб или трубок с другими поверхностями с использованием соединения внахлестку, Т-образного соединения или углового соединения.

Когда вы видите условное обозначение сварного шва, вы заметите две цифры. Первая — это длина каждого стежка в сварном шве, а вторая — шаг, то есть расстояние от центров двух стежков до сварного шва.

Что такое сварной шов?

То, что мы называем шовной сваркой, также известно как непрерывная сварка.Шовные сварные швы, как и шовные швы, могут использоваться для формирования угловых и стыковых швов с той лишь разницей, что в них нет зазоров или зазоров. Шовные сварные швы гораздо более долговечны, чем шовная сварка, из-за целостности непрерывного шва.

Учитывая долговечность сварного шва, зачем кому-то выбирать шовный шов? Как упоминалось выше, шовный шов требует меньше времени и денег. Если вам не требуется долговечность сварного шва, шовный шов отлично подойдет за меньшее время.Это главное преимущество шовной сварки.

Об инструменте Fairlawn

Если вам нужны сварочные работы и комплексные услуги контрактного производства, рассчитывайте на команду Fairlawn Tool. Мы предлагаем револьверную штамповку, штамповку, сварку, роботизированную сварку, изготовление, гибку труб и другие услуги, чтобы мы могли быть вашим универсальным поставщиком контрактного производства. Наша сертификация ISO 9001:2008 означает, что качество лежит в основе всего, что мы делаем. Для обслуживания в Вирджинии, Нью-Йорке, Нью-Джерси, Пенсильвании, Мэриленде и прилегающих районах доверьтесь нашему опыту, знаниям и приверженности потребностям клиентов.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать о ваших потребностях в контрактном производстве.

Свяжитесь с нами

Как выбрать правильный сварной шов для вашей трубы

Компания Timeless формирует нашу металлическую трубу из готовой круглой трубы. Но сначала нужно изготовить саму круглую трубку. То, как эта труба была сварена по шву, влияет на качество наших трубок и, следовательно, на качество вашего применения. Поэтому важно выбирать его с умом.

Существует несколько способов сварки круглых труб из нержавеющей стали (нержавеющей стали) в процессе производства.

Трубы, сваренные высокочастотной сваркой – лучше избегать!

Самый дешевый способ сварки круглых труб по шву – это высокочастотная сварка. Этот метод позволяет производителю создавать длину и длину этой трубы в течение нескольких минут (точнее, 100 метров в минуту). Тепло быстро передается по всей трубе, когда оно проходит через машину. Проблема в том, что тепло может не проникать так глубоко в толщину стенки трубы, как это необходимо.Если нагрев слишком поверхностный, возможно, трубка не склеилась должным образом по шву. Если эту трубку затем согнуть или придать ей форму во время дальнейшего изготовления, она может расколоться. Мы видели, как это происходило во время формовки, когда клиент указал, что мы используем трубу, сваренную высокочастотной сваркой; мы не будем использовать этот тип трубки снова. Может и дешевле, но качество хуже.

Трубка с лазерной сваркой – вечный фаворит

Это наша любимая трубка. Лазерная сварка круглой трубы в месте ее шва направляет тепло точно в ту область, которая нуждается в сварке, уменьшая зону термического влияния (ЗТВ).Эта точная изоляция тепла позволяет ему проникать достаточно глубоко, чтобы обеспечить надлежащее соединение. В результате получается трубка отличного качества. Меньший нагрев трубы означает меньшую активность горения – легирующие элементы не разделяются так, как при высокочастотной сварке (которая затрагивает всю трубу). Это означает, что трубка сохраняет те же характеристики исходного материала, поскольку тепло воздействует лишь на небольшую площадь.

На изготовление уходит больше времени, чем на высокочастотную трубку (около 10/15 метров в минуту).Но это быстрее, чем сварка TIG, поэтому дешевле. В отличие от сварки TIG, она не требует «отжига» после сварки, что также снижает стоимость.

Труба, сваренная методом ВИГ – прочная, но дорогая

Этот традиционный производственный процесс широко известен как сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG), но иногда его называют дуговой сваркой вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW). Присадочные стержни расплавляются и добавляются в шов, чтобы соединить металл. Затем следует термическая обработка для отжига сварного шва.Сварка TIG дает действительно качественный результат, но это более трудоемкий процесс, поэтому покупать его дороже. Фармацевтическая и аэрокосмическая промышленность могут предпочесть этот тип трубок.

Бесшовные трубы

Это самый дорогой тип круглых труб, так как их изготовление занимает больше времени. Не имеет сварного шва. Когда мы формируем трубы из мельхиора, алюминия и латуни — практически все металлы не из нержавеющей стали — круглые трубы получаются бесшовными. Для его изготовления необходим механизм для продавливания отверстия в заготовке (наиболее распространенным способом его изготовления является ротационная прошивка и прокатка).

Нам не часто требуются бесшовные трубы из нержавеющей стали для применений, которые мы производим в Timeless, хотя мы использовали их раньше для некоторого лабораторного оборудования, через которое жидкость проходила под давлением. Это отлично подходит для критически важных приложений, таких как это.

Если у вас есть какие-либо сомнения, какую трубку указать, просто позвоните по телефону нашей команде , и мы с удовольствием обсудим ваше приложение, чтобы выбрать наиболее подходящий тип для вас.

Timeless Tube крайне требовательны к качеству трубы, которую мы используем при формовке труб.Мы используем материалы только от поставщиков премиум-класса. Узнайте больше о металлах , из которых мы производим.

Повышение производительности шовной сварки с помощью адаптивного управления

Преимущества включают регулирование однородности сварного шва, работу на высоких скоростях производства и улучшение качества сварного шва

Роберт К. Коэн

Создание газонепроницаемого шва с помощью машины для сварки швов включает в себя выполнение ряда перекрывающихся точек. Каждое образовавшееся пятно должно представлять собой полностью сформированный самородок, не подверженный вытеснению.При слишком малом нагреве образуется пятно меньшего размера, что может привести к утечке. Использование слишком большого количества тепла приводит к изгнанию, что также может вызвать утечку. В дополнение к контролю за формированием каждого самородка необходимо поддерживать достаточный контроль за расстоянием между точками, чтобы гарантировать, что каждый самородок перекрывает следующий.

Каждое приложение для точной точечной сварки, как правило, требует выбора электродов из правильного материала, а также правильного диаметра поверхности электрода, электродного усилия, силы тока и количества времени.Для поддержания контроля площади контакта электрода с деталью и приложения силы электрода, которая повторяется от сварки к сварке, требуется эффективная машина с надлежащими инструментами. Для обеспечения точной подачи запрограммированного тока для каждого сварного шва требуется надежное управление. Изменение любого из этих параметров повлияет на результаты точечной сварки.

Аппарат для точечной сварки может использоваться для создания газонепроницаемого уплотнения путем выполнения сварного шва, отрыва электродов от детали, перемещения детали на заданное расстояние, возвращения электродов на деталь для выполнения еще одного сварного шва и повторения этого процесса. пока не получится шов нужной длины.Расстояние между точками должно точно контролироваться, чтобы каждое создаваемое пятно в достаточной степени перекрывалось с последующим.

При создании точек с перекрытием второй сварной шов меньше первого. Это связано с тем, что часть тока, используемого для производства второго сварного шва, проходит через электрический путь, созданный первым сварным швом. Третий сварной шов меньше второго. Это связано с тем, что в дополнение к части тока, используемого для создания третьего сварного шва, проводимого через электрический путь, созданный вторым сварным швом, некоторая часть тока также проходит через первый сварной шов.Это явление известно как шунтирование.

Сварочные операции, которые программируют один и тот же ток для всех сварных швов в шве, сталкиваются с высокой частотой выталкивания на первом и втором сварных швах. Если ток снижен настолько, чтобы предотвратить выбросы в первых нескольких сварных швах, то все последующие сварные швы в шве в конечном итоге будут меньше, чем хотелось бы. Это условие можно исправить, запрограммировав соответственно более низкие токи для первого и второго сварных швов.

Детали шовной сварки

Машина для шовной сварки может сделать газонепроницаемое соединение намного эффективнее, чем точечная сварка

Машина

.Колеса шовных электродов могут просто катиться к следующему месту, чтобы выполнить следующий сварной шов, вместо того, чтобы поднимать электроды с детали, продвигать деталь на заданное расстояние и возвращать электроды обратно на деталь. Кроме того, машина для сварки швов, интегрированная с эффективным управлением, способна точно контролировать расстояние между точками без необходимости добавления каких-либо специальных механизмов позиционирования или инструментов.

Существует два основных режима шовной сварки — прерывистый (также обычно называемый роликовой точечной сваркой) и непрерывный.

Сварка прерывистым швом

При сварке с прерывистым швом колеса перемещаются в нужное положение и останавливаются для выполнения каждого сварного шва. После завершения сварки колеса перемещаются к следующему месту и останавливаются, чтобы выполнить следующий сварной шов. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет сделан шов нужной длины.

Физическая динамика сварки прерывистым швом аналогична точечной сварке. Контроль может занять любое время, необходимое для качественного сварного шва. Все действия, которые обычно используются адаптивным управлением для регулирования качества точечной сварки, могут быть применены и к сварке с прерывистым швом.Такие действия могут включать в себя автоматическое исправление таких проблем, как загрязнение поверхности детали и плохая подгонка детали, а в случаях, когда происходит выброс, мгновенное отключение нагрева в течение 1 мс и автоматическое выполнение ремонтной сварки на месте.

В процессе прерывистой или роликовой/точечной сварки производительность ограничена тем, насколько быстро колеса могут быть ускорены из стационарного состояния после сварки до следующего положения для сварки, а затем полностью остановлены, чтобы можно было выполнить следующий сварной шов. сделанный.

Непрерывная шовная сварка

При сварке непрерывным швом колеса продолжают вращаться по мере выполнения каждого сварного шва. В отличие от сварки с прерывистым швом, этот процесс накладывает ограничение на фиксированное временное окно для выполнения каждого сварного шва. Поскольку нет возможности изменять продолжительность каждого сварного шва, все адаптивные решения и компенсирующие действия должны приниматься во время выполнения сварного шва. Основное преимущество заключается в том, что производство может происходить на гораздо более высоких скоростях.

Скорость

При сварке непрерывным швом скорость является еще одним фундаментальным параметром, вводимым в процесс сварки.Как только геометрия электрода, усилие электрода, сварочный ток и время сварки определены для получения желаемого сварного шва, увеличение скорости вращения колеса приводит к более холодным сварным швам, а уменьшение скорости вращения колеса приводит к более горячим сварным швам.

Типовые режимы работы

В производстве обычно используются три основных режима непрерывной шовной сварки.

1. Все сварные швы производятся путем прокатки колес по поверхности детали с одинаковой скоростью вращения колес.Колеса зажимают деталь и начинают катиться. Сварка не начинается до тех пор, пока колеса не разгонятся до запрограммированной скорости сварки. Последний сварной шов завершается до того, как колеса начинают замедляться до нуля.

Если на машину подаются одинаковые детали с одинаковыми инструментами и поддерживается контроль силы электрода, скорости круга, тепла и времени, то управление явлением шунтирования во время первых нескольких сварных швов в шве, как правило, является единственным оставшимся конкретным условием процесса. это необходимо решить.

2. Не все сварные швы выполняются при одинаковой скорости вращения колеса. Колеса зажимают деталь и начинают катиться. Сварка начинается до того, как колеса закончат разгон до запрограммированной скорости сварки. Сварка в конце шва все еще продолжается, когда колеса замедляются до нуля.

Эта компоновка требует выполнения действий в начале и конце шва, чтобы избежать перегрева сварных швов, производимых при более низких скоростях. Обычный метод управления этим условием заключается в использовании восходящего нагрева в начале пласта и нисходящего нагрева в конце пласта.Достижение стабильной производительности сварки требует точного масштабирования и координации нарастания нагрева с возрастающей скоростью круга в начале шва, а также точного масштабирования и координации спада накала со скоростью падения в конце шва. На практике этого может быть трудно добиться.

По мере увеличения скорости колеса мгновенные колебания скорости также увеличиваются из-за таких факторов, как переменная нагрузка на деталь, подаваемую на станок. Все эти вариации могут привести к вариациям размеров сварных швов.

3. Сварка происходит встык по всей детали. Типичные применения сварки встык используются в производстве таких продуктов, как водонагреватели, 55-галлонные бочки, ведра и аэрозольные баллончики. По мере того, как каждая свариваемая деталь проходит через машину, шовные ролики должны накатывать на переднюю кромку детали, перемещаться по всей длине детали и скатываться с задней кромки. Целостность шва по всей длине детали необходима для предотвращения ее брака.

Обычная система

Большинство операций по изготовлению этих типов деталей пытаются контролировать процесс, используя восходящий нагрев в начале шва и нисходящий нагрев в конце шва. Концевой выключатель или датчик приближения определяет приближение детали к шовным роликам и запускает последовательность графика сварки. Датчик, обнаруживающий приближение задней части детали, запускает спуск в конце шва. Производители, использующие этот тип операции, имеют высокий процент брака из-за непостоянных характеристик сварки.

Кроме того, приборы для шовной сварки по этой схеме показывают, что сварные швы на передней кромке детали либо слишком холодные, либо слишком горячие. Независимо от того, какие корректировки вносятся в датчики приближения, временная неопределенность системы обнаружения переднего конца детали в сочетании с изменчивостью времени с момента обнаружения до момента контакта детали со шовными роликами делает практически невозможным точно синхронизировать начало накала с входом передней кромки детали в шовные круги.

Синхронизация наклона вниз на задней части детали и отключение нагрева в нужное время создает аналогичные проблемы. Если нагрев отключится слишком рано, до того, как колеса начнут скатываться с задней кромки, сварные швы будут слишком холодными. Если нагрев будет продолжаться слишком долго после того, как колеса сойдут с задней кромки, сварные швы будут слишком горячими. Если последний сварной шов на детали все еще выполняется, когда колеса откатились слишком далеко от задней кромки детали, то произойдет чрезмерное искрение из-за выталкивания и потери материала.

Примеры использования

Производитель стальных бочек на 55 галлонов в Нью-Джерси выполняет сварку встык со скоростью 50 футов/мин. Чтобы улучшить качество сварки и уменьшить брак, компания заменила свой однофазный сварочный трансформатор переменного тока (AC) и управление сваркой на основе кремниевого управляемого выпрямителя (SCR) на среднечастотный трансформатор постоянного тока (MFDC) и обычное инверторное управление.

Вместо увеличения производительности и сокращения брака эти обновления оборудования привели к снижению производительности и увеличению брака.Производитель обратился в WeldComputer Corp., г. Трой, штат Нью-Йорк, с просьбой проанализировать операцию сварки.

Портативный монитор WeldView® был подключен к машине на производственной линии для контроля существующего процесса сварки. Изучение данных, записанных в течение нескольких часов во время фактического производства, выявило множество проблем, наиболее распространенными из которых были следующие: непостоянная подача контроля нагрева для каждого сварочного импульса и непостоянная синхронизация начала нагрева с передней кромкой детали, плюс остановка нагрева задней кромкой детали.

Первой замеченной проблемой была неравномерная подача тепла при каждом сварочном импульсе. Монитор зафиксировал множественные случаи колебаний тока более чем на 10 % и колебания продолжительности сварочного импульса более чем на 50 %. Также наблюдался непостоянный высокий остаточный ток во время интервала охлаждения между каждым сварочным импульсом. Эти колебания тока варьировались в достаточно широком диапазоне, чтобы сварные швы были слишком горячими и слишком холодными.

Второй замеченной проблемой была непоследовательная синхронизация начала нагрева с передним краем детали и прекращения нагрева с задним краем детали.Монитор зафиксировал повторные случаи нагревания детали до того, как деталь достигла сварочных кругов, за которыми последовали другие случаи, когда колеса уже накатывались на деталь до включения тока.

В случаях, когда нагрев начинался до контакта детали со сварочными кругами, сварной шов на передней кромке детали был слишком горячим. В начале контакта детали со сварочными кругами возникали искры, и наблюдалось отложение выбрасываемого материала на сварочных кругах.

В случаях, когда колеса уже накатывались на деталь до начала тока, передняя кромка детали была недостаточно приварена.Аналогичное явление имело место на задней кромке детали. Чрезмерный нагрев и выталкивание материала происходили всякий раз, когда тепло все еще продолжалось, когда колеса соскальзывали с заднего конца детали, а неадекватная сварка происходила, когда тепло отключалось до того, как колеса начинали скатываться с заднего конца детали.

Также наблюдались случаи слишком раннего начала нагрева одной детали и слишком позднего для следующей детали без каких-либо корректировок на производственной линии. Это привело к выводу, что существующая система не способна надежно координировать синхронизацию тепла и тепла.время, необходимое для надлежащего нагрева каждой детали, проходящей через машину.

Записанные трассировки монитора документируют управление, выдающее непоследовательные тепловые импульсы, которые непоследовательно синхронизированы с деталями, подаваемыми через машину

Адаптивная сварочная система

Использование адаптивного управления определяет, когда колеса начинают накатывать на переднюю часть детали, и динамически регулирует нагрев в соответствии с рисунком профиля колес, накатывающих на деталь.

Оптимальным нагревом задней части детали можно аналогичным образом управлять, профилируя тепло в зависимости от того, как колеса скатываются с задней части детали. Адаптивное управление также может мгновенно прекратить нагрев в течение 1 мс при обнаружении того, что колеса закончили откат на заданное расстояние от задней части детали. Это ограничивает восприимчивость процесса к искрообразованию и выбросу материала из-за слишком долгого поддержания тока. Это также увеличивает количество времени, в течение которого производство может продолжаться до очистки электродов.

Факторы ограничения скорости сварки непрерывным швом

Двумя факторами, которые ограничивают скорость процесса сварки производственного шва, являются возможности машины и возможности управления.

По мере увеличения скорости круга для производства каждого сварного шва требуется больший ток. По мере увеличения тока требуется больше охлаждения, чтобы электроды и токоведущие проводники не перегревались, и требуется большее усилие электрода для удержания материала во время формирования каждого сварного шва.Скорость процесса шовной сварки можно увеличивать до тех пор, пока не будет достигнут предел, на который можно дополнительно увеличить один из этих четырех параметров.

Выбор управления с достаточно высоким пределом рабочего тока, чтобы ток не был ограничивающим фактором при определении того, насколько быстро может происходить сварка, гарантирует, что адаптивное управление сможет управлять машиной на максимальной скорости, которая может быть достигнута при поддержании целостность сварного шва, соответствующая нормам сварочных работ.

Скорость

По мере увеличения скорости машины для шовной сварки переменная нагрузка детали, подаваемой на машину, ограничение крутящего момента двигателя, люфт шестерни, колебания ремня, неоптимальная настройка параметров обратной связи управления двигателем и механические резонансы машины могут вызвать мгновенные колебания скорости колеса.Увеличение скорости также сокращает время, необходимое для выполнения каждого сварного шва. По мере того, как время сварки сокращается, мгновенные колебания скорости становятся растущим источником вариаций сварки.

Изменения скорости на машине для шовной сварки приводят к изменениям размера производимых сварных швов. Уменьшение колебаний скорости существующей машины может потребовать внесения изменений в конструкцию и модернизации. Отклонения сварного шва от этих колебаний можно уменьшить, модернизировав машину с адаптивным управлением, которое автоматически регулирует нагрев вверх и вниз в ответ на эти мгновенные колебания скорости.

Вибрация

По мере увеличения скорости машины для шовной сварки повышенное изменение силы электрода становится все более частым источником вариаций сварного шва. Поскольку шовные ролики накатываются на переднюю часть детали на высоких скоростях, они часто промахиваются и отскакивают от детали. Кратковременное более высокое усилие на электроде, вызванное отскоком, может привести к недостаточному размеру сварного шва, что может вызвать утечку. В зависимости от резонансных характеристик электродной силовой системы шаг накатывания колес на деталь может возбудить машинный резонанс, для затухания которого может потребоваться несколько циклов колебаний.Каждый из этих циклов колебаний может превратиться в слишком холодный сварной шов, когда диск отскакивает от детали, за которым следует слишком горячий сварной шов, когда диск отскакивает от детали.

Устранение колебаний усилия на электроде, вызванных возбуждением резонансов на существующем оборудовании, может потребовать внесения изменений в конструкцию и модернизации. В дополнение к компенсации колебаний скорости машины, адаптивное управление может уменьшить колебания сварного шва из-за колебаний силы электрода, автоматически регулируя нагрев вверх и вниз в ответ на эти мгновенные колебания силы.

Текущий

Поскольку скорость круга увеличивается, кроме того, что требуется более высокий ток, каждый сварной шов должен производиться за более короткий период времени. Для выполнения каждой точки требуется меньше времени, потому что точка должна быть изготовлена ​​и завершена до того, как значительная часть поверхности колеса откатится от места выполнения сварного шва.

Для контроля повторяемости сварки требуется точная подача коротких импульсов сильного тока. Время охлаждения между каждым из этих сварочных импульсов полезно, поскольку оно способствует формированию отдельных перекрывающихся сварных швов и снижает рабочую температуру шовных сварочных кругов.Снижение температуры кругов для шовной сварки обычно улучшает качество сварки, продлевает срок службы электрода и снижает требования к техническому обслуживанию машины.

Элементы управления SCR

Во многих операциях шовной сварки контроль является ограничивающим фактором, который ограничивает скорость, на которой может работать машина. Поскольку производитель пытается увеличить скорость производственной линии, управление часто становится самым большим источником изменчивости в операции сварки. Это приводит к высокому проценту брака, высоким потерям из-за снижения общей производительности, потерям от разрушающих испытаний и потерям рабочей силы.

Существующие операции шовной сварки, использующие более старую технологию управления сваркой на основе SCR для привода однофазного сварочного трансформатора переменного тока, имеют ограничения по скорости из-за используемой технологии управления. Это ограничение связано с частотой электроэнергии, поставляемой энергетической компанией. Количество сварных швов в секунду, которое может произвести машина для шовной сварки, равно количеству полупериодов мощности в секунду, отдаваемых энергокомпанией.

На линиях электропередач переменного тока с частотой 60 Гц это означает, что операция сварки швов ограничена 120 сварочными импульсами в секунду.При питании от сети переменного тока с частотой 50 Гц это сокращается до 100 сварочных импульсов в секунду. Время возникновения каждого сварного шва предопределено, поскольку оно должно быть синхронизировано со временем, когда энергетическая компания обеспечивает полупериод, а не со временем, когда желательно, чтобы сварка имела место. По мере увеличения скорости шовного круга требование синхронизации сварного шва со временем доставки полуцикла, а не со временем, когда деталь входит в машину, становится большим источником изменчивости сварного шва, что влияет на стабильность сварного шва на края части.

Возможность регулировать температуру любого отдельного сварочного импульса с помощью управления SCR также ограничена, поскольку после того, как управление инициирует импульс полупериода сварки, оно больше не влияет на то, что происходит во время сварки. Фактическое тепло, выделяемое при сварке, определяется тем, что электроэнергетическая компания подает в течение полуцикла, в течение которого происходит сварка. На сварной шов также влияет кратковременная нагрузка других заводских машин.

Еще одним ограничением технологии управления SCR является то, что после включения сварочного импульса его нельзя отключить системой управления.

Блок управления инвертором

Чтобы преодолеть ограничения, налагаемые технологией управления SCR, производители, выполняющие высокоскоростную шовную сварку, переходят на инверторную технологию. Ожидается, что новая технология инверторного управления обеспечит превосходное регулирование сварочного тока, улучшит качество сварки и повысит производительность. Производители, обращающиеся за советом к эксперту, часто получают информацию о том, что для использования преимущества более новой инверторной технологии необходимо будет выбросить существующий сварочный трансформатор переменного тока и заменить его сварочным трансформатором MFDC с более новой технологией.

В тематических исследованиях производителей шовной сварки, которые осуществили переход с однофазного переменного тока на многофазный постоянный ток, они сообщили, что вместо увеличения производительности и улучшения качества сварки вместо этого произошло снижение производительности, снижение качества сварки и увеличение объема технического обслуживания. Эти проблемы усугубились, когда производители запрограммировали более короткое время импульса сварки и более короткое время охлаждения между каждым импульсом, пытаясь попытаться достичь или превысить скорость импульса 120 сварок в секунду, реализованную с помощью более старой технологии управления.

Контрольно-измерительные приборы для этих сварочных операций выявляют две перечисленные ниже причины ухудшения характеристик сварки.

Выбранное управление инвертором, если оно запрограммировано на создание коротких импульсов, обеспечивает неточную и/или нестабильную регулировку тока, что приводит к большей изменчивости сварочного импульсного тока, чем то, что было ранее достигнуто с помощью более старого управления на основе SCR.

В течение запрограммированного времени охлаждения между каждым импульсом ток медленно спадает и часто не спадает до нуля до начала следующего сварочного импульса.Этот высокий остаточный ток во время каждого интервала охлаждения, вызванный введением трансформатора MFDC, снижает эффективность функции времени охлаждения.

Это приводит к тому, что шовные ролики работают при более высокой температуре, чтобы сделать сварные швы того же размера, что и раньше, когда ток можно было довести до нуля в течение большей части запрограммированного интервала охлаждения. Повышенная температура колеса, вызванная переключением на трансформатор MFDC, создает вторичные проблемы, в том числе более быстрое налипание материала на поверхность колеса.

Вопросы MFDC

Помимо плохо определенных интервалов охлаждения при работе на высоких скоростях, другие факторы, связанные с MFDC, включают следующее:

Повышенный механический износ машины. На машинах с коротким зевом нормальная функция переключения 1-кГц регуляторов MFDC вызывает два колебания тока в течение каждой мс запрограммированного нагрева сварки. Эти колебания вызывают тепловое расширение и сжатие, дважды за мс, многих движущихся частей сварочного аппарата.Дополнительная нагрузка и движение машины из-за этих расширений и сжатий приводят к более быстрому износу подшипников и подвижных звеньев.

Увеличение размера горловины сварочного аппарата помогает подавить эти колебания тока, возникающие во время каждой запрограммированной мс операции, но замедляет скорость регулировки тока системой управления.

Машина и изделие намагничиваются. При сварке магнитного материала на машине с трансформатором MFDC машина и свариваемые детали намагничиваются.Металлические опилки притягиваются к поверхностям машины. Эти накапливающиеся опилки в конечном итоге попадают в движущиеся подшипники, направляющие и рычажные механизмы сварочного аппарата. Это увеличивает количество отказов оборудования и налагает дополнительные требования к техническому обслуживанию.

Несбалансированная температура и износ двух электродов. Широко известный как эффект Пельтье, выпрямленный вторичный ток, создаваемый сварочным трансформатором MFDC, приводит к тому, что анодный электрод (колесо, соединенное со стороной + трансформатора MFDC) имеет более высокую рабочую температуру, чем другой электрод.В дополнение к созданию температурного дисбаланса, который может сместить расположение самородков в свариваемой детали, вместо равномерного износа обоих электродов положительный электрод деформируется и собирает загрязнения быстрее, чем отрицательный электрод.

Синтез волн переменного тока

Анализ нескольких операций высокоскоростной шовной сварки показал, что правильное применение инверторной технологии к существующему сварочному трансформатору переменного тока дает лучшие результаты, чем те, которые можно было бы получить, заменив трансформатор переменного тока трансформатором MFDC.

Помимо дополнительных затрат на снижение производительности процесса сварки, новый трансформатор MFDC не прослужит так же долго, как существующий трансформатор переменного тока. В трансформатор MFDC встроены диоды, которые могут выйти из строя. Одно событие перегрузки по току может повредить диоды. Напротив, трансформатор переменного тока является более надежным компонентом, который может выдерживать перегрузки по току без ухудшения или сокращения ожидаемого срока службы трансформатора.

Компании, предписывающие производителю взять на себя расходы по выбрасыванию существующего сварочного трансформатора переменного тока и замене его трансформатором MFDC, либо не знают, что инверторная технология может быть применена непосредственно к трансформатору переменного тока, либо не проводят реальных измерений, сравнивающих характеристики тот же процесс с трансформатором переменного тока и трансформатором MFDC, где выбор трансформатора является единственной переменной, вводимой в процесс.

На рис. 6 показано среднеквадратичное значение тока (RMS) с интервалом 10 мкс для последовательности импульсов, создаваемых инвертором WeldComputer®, сконфигурированным для создания оптимально настроенной схемы переключения MFDC, при этом каждый импульс состоит из 4 мс нагрева и 1 импульса. мс прохладно в повторяющемся шаблоне.

На рис. 7 показано среднеквадратичное значение тока с интервалом 10 мкс для последовательности импульсов, создаваемых инвертором управления синтезом волны WeldComputer®, управляющим стандартным трансформатором переменного тока с частотой 60 Гц, причем каждый импульс состоит из 4 мс нагрева и 1 мс охлаждения. в повторяющемся узоре.(Это тот же режим нагрева-охлаждения, который был запрограммирован в предыдущей конфигурации MFDC.)

Обратите внимание, что график среднеквадратичного значения тока не предоставляет информацию о фактической полярности тока.

На рис. 8 показана фактическая форма волны тока с тем же набором сигналов, что и на рис. 7. На нем видна чередующаяся полярность каждого сварного шва, созданная с помощью управления синтезом волны инвертора переменного тока.

Выводы

Среди преимуществ трансформаторов переменного тока: 1) возможность сварки с меньшей продолжительностью сварки с хорошей переходной характеристикой; 2) обеспечение регулирования за счет большего количества регулировок в мс и управления при коротком времени охлаждения; 3) обеспечение работы шовных колес и токопроводов машин при более низкой температуре; 4) не намагничивать машину или свариваемые детали; 5) устранение проблемы с эффектом Пельтье, из-за которого анодный электрод достигает более высокой рабочей температуры, чем катодный электрод после выполнения нескольких сварных швов; и 6) предотвращение проблемы с асимметричной деградацией электродов, связанной с полярностью протекания тока.

Использование системы управления, способной обеспечить стабилизацию каждого производимого импульса тока на запрограммированной настройке до того, как будет запрограммировано новое значение, необходимо для обеспечения повторяемости процесса, который точно регулируется системой управления.

Кроме того, скорость, с которой может производиться шов при сохранении контроля над процессом, может быть максимизирована за счет использования многопараметрического адаптивного управления, которое может динамически компенсировать изменения площади контакта электрода с деталью, силы электрода, положения и скорости при выполнении шва. производятся.

 

Каталожные номера

Автор цитирует свое исследование в следующих шести отчетах:

1. 2014. Многопараметрический адаптивный график сварки для сварки швов промышленных водонагревателей. Отчет WeldComputer Corp. WC60214-1.

2. 2012. Анализ MFDC применительно к сварочному аппарату со стальным барабаном на 55 галлонов. Отчет WeldComputer Corp. WC42412-1.

3. 2011. Анализ сдвига шва в месте расположения наггетов при сварке нержавеющей стали толщиной 5 mil с MFDC.Отчет WeldComputer Corp. WC21711-1.

4. 2010. Анализ MFDC применительно к производству радиаторов. Отчет WeldComputer Corp. WC93010-1.

5. 2006. Контролируемый эксперимент по синтезу волн MFDC и AC при высокоскоростной шовной сварке. Отчет WeldComputer Corp. WC62706-1.

6. 2006 г. Анализ МФДК при сварке швов банок с краской. Отчет WeldComputer Corp. WC32106-1.

 

Эта статья «Повышение производительности шовной сварки сопротивлением с помощью адаптивного управления» была опубликована в февральском номере журнала The Welding Journal за 2015 г.Узнайте больше об адаптивном управлении WeldComputer с приложениями для сварки швов.

Тепловая сварка швов полов – овладение изобразительным искусством

В качестве эксперта по оказанию помощи и обучению по тепловой сварке меня часто приглашают в коммерческий проект напольных покрытий, когда возникает проблема с эластичным полом, сваренным методом горячей сварки. Обычно меня просят посетить объект, когда есть заметные проблемы со швами термосварки после монтажа и после того, как клиент въехал в помещение.

Типичные видимые проблемы со сварными швами пола варьируются от незначительных зазоров в швах пола до полностью разделенных швов на бесшовном эластичном полу. Отверстия в сварных швах могут вызвать серьезные проблемы, потому что они позволяют бактериям и другим микробам скапливаться в трещинах и щелях пола. В противном случае стерильная среда может быть нарушена, если сварные швы пола выходят из строя. Кроме того, поврежденный пол приобретет тусклый, грязный вид из-за отложений грязи, которые попадают в дефектные швы во время уборки пола.Все это отличные причины, чтобы овладеть изящным искусством тепловой сварки или нанять кого-то, кто является мастером тепловой сварки швов эластичных полов, прежде чем завершить крупный проект коммерческого или институционального напольного покрытия.

      

Широко используется в больницах и других медицинских учреждениях, термосварные эластичные полы обеспечивают герметичную герметизацию полов из ПВХ и не-ПВХ или линолеума в стерильных операционных, лабораториях и критических помещениях для ухода за пациентами, поэтому лучше сначала правильно термически сплавить сварные стержни. время, потому что ремонт в напряженном графике медицинского учреждения требует больше времени и прерывает бизнес клиента.Когда процесс выполнен правильно, что приводит к отсутствию зазоров в полученной монолитной поверхности пола, можно получить стерильный пол, когда швы должным образом сварены.

Тепловая сварка — это простой процесс, требующий большой точности и практики. При наличии соответствующих инструментов овладение искусством термосварки швов на коммерческих виниловых полах доступно большинству монтажников качественных напольных покрытий.

 

Основные правила овладения изящным искусством тепловой сварки:

1.Постоянно выполняйте процедуры тепловой сварки по порядку и в соответствии со спецификациями каждого производителя напольных покрытий. Инструкции по инструментам, температуре и размеру стержня зависят от марки и модели напольного покрытия. Это означает, что вы должны читать инструкции по каждой сварке!

2.     Перед сваркой швов на уложенном листовом полу отработайте технику тепловой сварки на обрезках напольного покрытия, характерную для работы, над которой вы работаете. Сделайте это на месте, чтобы ваша техника соответствовала обстановке на этаже вашего клиента.Все факторы окружающей среды влияют на результат при сварке и обрезке, включая температуру в помещении, температуру плиты и влажность.

      

3.     Обрежьте швы ЧЕТКО или с небольшими зазорами РАВНОМЕРНО, чтобы можно было использовать автоматический желобок! Несоблюдение этого требования приведет к выходу из строя сварного соединения и недовольству заказчика — управляющего хозяйством, владельца здания и т. д.

4.     Термически расплавьте виниловый сварочный стержень, чтобы он равномерно прилегал к каждой стороне шва и под швом.Это создает необходимую прочность в сварных швах пола, чтобы выдерживать нагрузки в условиях экстремального использования и больших нагрузок от качения.

5.     Избегайте загрязнения и НИКОГДА не прорезайте швы, пока не будете готовы к сварке! Когда придет время, разровняйте канавки по центру линии шва. Глубина канавки должна составлять примерно 2/3 общей толщины упругого материала напольного покрытия, чтобы готовая канавка обеспечивала материал под и с обеих сторон линии шва для оптимального сплавления.Важное примечание. Если в инструкциях производителя напольного покрытия указана другая толщина канавки, следуйте информации о марке напольного покрытия.

     

6.     Используйте инструменты для сварочных пистолетов, которые обеспечивают температуру, необходимую изготовителю напольного покрытия, для сплавления стержня с его напольным покрытием. (напоминание: прочтите инструкции по укладке напольного покрытия!) Горловина сопла для скоростной сварки — это место, где плавится сварочный стержень. Крайне важно, чтобы скоростное сопло имело правильный диаметр для сварочного стержня, а горловина сопла за портом подачи стержня должна быть немного меньше ширины канавки.Это удержит тепло от сварочного пистолета в пазу и предотвратит «глазурование» напольного покрытия с каждой стороны шва. «Остекление» делает пол в месте стыка более глянцевым, чем остальная часть пола. См. правило № 2 – Потренируйтесь на ломовом настиле, чтобы соединить СВОЮ скорость с температурой сварочного пистолета; вы должны хорошо видеть красивую «размывку» или слегка деформированную область на стыке свариваемого стержня с настилом с каждой стороны шва во время сварки. Если вы не видите этой промывки, стержень можно легко вытащить из паза.

7.     Обработайте сварные швы острым шпателем, предназначенным для зачистки сварных швов, или аналогичными инструментами, разработанными для той же цели. Используйте обрезную пластину, чтобы удалить большую часть лишнего стержня. ТОГДА ЖДИТЕ! Подождите не менее 30 минут, прежде чем делать финишную отделку. Сварочный пруток имеет естественную тенденцию к усадке при охлаждении. При слишком коротком времени ожидания это сжатие оставит небольшую вогнутость на обрезанном стержне, что в конечном итоге станет убежищем для грязи, так что наберитесь терпения и подождите.

           

 

Если вы, как и я, любите скучные полы, возможно, вам захочется узнать немного истории о тонком искусстве сварки швов полов…

Тепловая сварка дебютировала в 1960-х и 1970-х годах в Соединенных Штатах со сварными виниловыми напольными покрытиями и сварочными электродами, произведенными тогда еще небольшой европейской компанией, известной как Tarkett. Цель термосварных швов – позиционировать листовые полы из ПВХ так, чтобы они могли конкурировать с другими «бесшовными» полами на рынке, такими как эпоксидные, наливные полиуретановые и терраццо.

Напольные покрытия из ПВХ, сваренные методом термосварки, были использованы в медицинских учреждениях, где требовалась безмикробная среда в больничных палатах и ​​палатах пациентов.

В начале 1980-х годов компания Armstrong представила линейку однородного листового пола Medintech, разработанного как простое в уходе и долговечное напольное покрытие для коммерческих помещений, требующее тепловой сварки швов листа и стыков с выступами для бесшовного готового пола. Этот монолитный непрерывный пол обеспечивал превосходный инфекционный контроль для удовлетворения потребностей медицинских, институциональных и технических учреждений, в честь которых был назван продукт.Этот трудолюбивый пол добился большого успеха в 1980-х годах и продолжает развиваться и оставаться прочным в начале нового тысячелетия. Интересный факт: когда компания Medintech впервые представила свою продукцию, компания Armstrong продавала эту новую линейку напольных покрытий только поставщикам, прошедшим курс сертификации по тепловой сварке.

Спустя сорок лет после появления на рынке напольных покрытий сварные швы на упругом листовом напольном покрытии продолжают оставаться идеальным решением для растущего числа медицинских учреждений и домов престарелых в Соединенных Штатах Америки и во всем мире.

Сегодня большинство коммерческих производителей напольных покрытий, в том числе Tarkett, Armstrong, Mannington, Roppe, UPO, Altro, Forbo, Gerflor, Shaw, Parterre, Mohawk, CBC America, Lonseal и другие, производят винил, линолеум и другие листовые напольные покрытия, требующие опыт укладчиков напольных покрытий в освоении изящного искусства сварки швов напольных покрытий.

 

Качественные инструменты для тепловой сварки можно купить в розничном магазине FloorConsult, 1 877 FloorGuy/Heat Weld Tools. Условия финансирования доступны для инструментов и оборудования для напольных покрытий на общую сумму 2000 долларов США или более.

Сравнение решений по отслеживанию швов

Рассмотрение проблемы отслеживания швов означает поиск множества возможных решений. В зависимости от ваших потребностей в процессе, материалах и продолжительности цикла правильное решение обычно приходит со временем.

А если вы не знаете обо ВСЕХ доступных решениях?

Или просто знаете о парочке?

Каковы преимущества и недостатки всех доступных решений для отслеживания швов?

И не подходят ли мне некоторые решения для отслеживания швов в зависимости от того, что я свариваю?

Сенсорная технология

открывает перед вашими сварочными операциями множество возможностей.Некоторые из них недороги и ограничены в возможностях, а другие требуют больших инвестиций и продуманного дизайна, с огромным преимуществом в экономии средств.

Лазерная указка и ручные слайды

Фиксированные указатели с ручными ползунками — это очень простые версии отслеживания швов. Это буквально какой-то фиксированный указатель. Это может быть пружина на стержне или лазерная указка, спускающаяся вниз, чтобы обеспечить визуальную оптику.

Какой бы ни была конфигурация, этот параметр требует, чтобы оператор приводил в движение набор направляющих, чтобы сохранить сварной шов на стыке.Это так же экономично, как отслеживание швов для автоматизированного сварочного производства.

Laser Pointing имеет большие возможности для ошибок оператора. Это неизбежно. Вы будете полагаться на своего оператора, чтобы убедиться, что механическая настройка правильная, а указатель находится в нужном месте.

Время цикла также является серьезной проблемой. Почему вы инвестируете в отслеживание швов? Чтобы сэкономить время цикла для начинающих. Когда вы полагаетесь на то, что оператор будет принимать решения со слайдами на лету, экономите ли вы время, которое вы ожидаете от инвестиций?

Если у вас есть оператор, который может последовательно и эффективно управлять этим типом отслеживания швов, не отпускайте его или ее.В противном случае вы, вероятно, сможете получить лучшие результаты и возврат инвестиций, используя более продвинутый вариант.

Датчик касания

Датчик касания, когда робот подает небольшое напряжение либо на сварочное сопло, либо на сварочную проволоку. Оба они работают одинаково, с той лишь разницей, что каждый метод передает данные роботу.

Благодаря напряжению робот подойдет к рабочему материалу, коснется его, произойдет короткое замыкание, затем робот запишет положение, в котором находится записанное значение, и сообщит роботу, где находится поверхность.

В большинстве случаев требуется как минимум 2 прикосновения к каждому суставу, чтобы определить местоположение — вертикальная и горизонтальная поверхность. Робот соединит эти векторы поиска и триангулирует, где находится сварной шов.

На угловых или наружных краевых соединениях обычно требуется третье касание робота, чтобы получить все правильные положения, позволяющие роботу найти и «отследить» соединение.

Датчик касания полезен как недорогое решение для отслеживания суставов. Это простое программное решение, которое можно применять с пульта обучения без дополнительных систем.Одним из других основных преимуществ сенсорного распознавания является то, что вы можете попасть в труднодоступные места, потому что нет никакого дополнительного оборудования, кроме сопла вашего робота-резака, препятствующего доступу к стыку.

Сенсорное распознавание имеет несколько ограничений, которые делают его корректирующим решением для распознавания стыков и отслеживания швов. Во-первых, распознавание касаний — это медленный процесс, который добавляет от 3 до 5 секунд на каждый вектор поиска. Таким образом, если вы распознаете прикосновение к 2D-детали, вы потенциально добавляете от 6 до 10 секунд к циклу сварки, а если вы распознаете прикосновение к 3D-детали, ко времени цикла добавляется до 15 секунд времени на запуск дуги и дугу. конец.

Количество точек отказа с датчиком касания также намного больше, чем у других решений. Такие условия, как изогнутая проволока или грязный и чешуйчатый материал, затрудняют постоянную работу сенсорного датчика. Сенсорное распознавание предназначено только для определения начала или окончания дуги и не помогает с отклонениями деталей по всей длине сварного шва, поэтому оно не компенсирует непоследовательное крепление или инструменты детали.

Датчик касания также ограничен типом сварного соединения. Угловые соединения и соединения внахлест являются наиболее распространенными и рекомендуемыми соединениями, но даже при соединениях внахлест необходимо учитывать толщину материала.Все, что меньше 5 мм (1/4 дюйма), может стать проблематичным для выполнения сенсорного распознавания, потому что толщина материала верхней пластины потенциально может быть пропущена проволокой, что приведет к тому, что вы пропустите деталь, или вы можете ударить нижнюю пластину и получить ложное чтение

Для вашего робота-резака также требуется тормоз проволоки и кусачки, входящие в комплект горелки, чтобы резать проволоку на известном расстоянии от наконечника, чтобы ваши показания были постоянными на протяжении всего процесса.

Сенсорное восприятие также требует чистых краев.Прихваточные швы или плохо обрезанные детали могут давать ложные показания.

Отслеживание шва сквозной дугой

Отслеживание швов по дуге (TAST) — это второй этап, который вы применяете с Touch Sensing. После распознавания касания вы находите начало и конец дуги, а затем применяете TAST к отслеживанию шва по осям Z и Y соединения.

TAST хорошо подходит для более толстого материала. Это также требует процесса ткачества. Когда провод переходит с одной стороны соединения на другую, напряжение меняется.Это происходит из-за того, что вылет проволоки уменьшается при переходе от наконечника к рабочему расстоянию. Это позволяет роботу интерпретировать изменение напряжения и корректировать заданный путь, сохраняя правильное положение сварного шва в соединении.

TAST требует толщины 5 мм (1/4 дюйма) или больше, чтобы быть стабильной. Делать TAST при меньшей толщине не рекомендуется. Я никогда не видел TAST на материале тоньше 1/4 дюйма за все годы работы со швом. приложения для отслеживания. Выполнение TAST на тонком материале может привести к образованию червячных следов или змеевиков в сварном шве, что может снизить целостность сварного шва.

Еще одна причина, по которой TAST не рекомендуется для более тонкого материала, заключается в склонности TAST к промыванию или удалению плеча верхней пластины. Эта промывка не допускает значительного изменения напряжения, заставляя робота искать — вот где возникает риск выслеживания червей.

Еще одно ограничение TAST заключается в том, что вы должны добавить время цикла, потому что для этого требуется, чтобы робот прокручивал соединение. Обычно скорость движения для TAST ограничена 35-50 дюймами в минуту. Процесс TAST также ограничен только приложениями MIG — это невозможно с TIG или Plasma.

Наконец, TAST может использоваться только для низкоуглеродистой или нержавеющей стали. Напряжения недостаточно соответствуют алюминию, чтобы надежно выполнить TAST. Состояние материала также важно. Чистота деталей, прокатная окалина или ржавчина влияют на наборы параметров, поскольку вы устанавливаете критерии желаемого изменения напряжения. Изменение напряжения на 2% при отрицательном значении Y из-за прокатной окалины или ржавчины на металле приведет к несогласованным характеристикам для TAST.

Пробные прогоны также невозможны с TAST, поскольку робот должен привариваться к гусенице.Прихватки также проблематичны, потому что, когда вы наезжаете на прихватку, вылет изменяется, поэтому робот теряет отслеживание, пока не выйдет с другой стороны прихватки.

Системы 2D Vision

Думайте о двухмерном зрении как о камере. Он берет эталонное изображение идеальной детали перед зажиганием дуги и сопоставляет эталонное изображение с каждой новой последующей деталью, обнаруживая любые смещения и корректируя траекторию сварки. Он дает только черно-белое изображение и передает, где это изображение расположено на его поверхности.2D не может определить высоту или глубину и не считается надежным процессом отслеживания шва.

Соединения, такие как V-образные соединения и соединения внахлестку, очень проблематичны для 2D Vision, поскольку он не может определить глубину этих типов сварных соединений. Блестящие материалы, такие как алюминий, также проблематичны для 2D-систем, поскольку вызывают помехи.

Обычно 2D используется для идентификации деталей вместо отслеживания. Это система, основанная на зрении, поэтому помехи от внешнего света очень важны для работы оптики.Кроме того, объектив камеры чувствителен к повреждениям от сварочных брызг и света дуги.

Тактильное отслеживание швов

Тактильный датчик физического контакта, который касается материала. Tactile обычно используется в жесткой автоматизации и некоторых приложениях для лазерной пайки, и не рекомендуется в качестве приложения для отслеживания швов для 6-осевого робота. Tactile перемещает наконечник или щуп внутри сварного шва и обнаруживает отклонения от края, которого он касается, и исходного источника, и соответствующим образом регулирует свои поперечные салазки, чтобы правильно расположиться над сварным швом.

Тактильное отслеживание швов

имеет очень простую операционную функцию, которую можно применять к различным процессам, включая субдуговую дугу, открытую дугу и пайку, что делает его очень универсальной формой отслеживания швов. Осязание также не ограничено каким-либо материалом, поэтому вы можете тактильно отслеживать шов любого материала, от нержавеющей стали до алюминия, без какого-либо воздействия на систему.

Техническое обслуживание является важной частью обеспечения правильной работы тактильной системы слежения за швами.Изнашивание деталей часто происходит с тактильной системой, потому что кончик находится в постоянном контакте с суставной поверхностью. По мере того, как ваш тактильный зонд изнашивается и становится короче, он будет иметь тенденцию перемещать сварочный инструмент ближе к стыку, что может привести к некачественному сварному шву или полному повреждению передней части горелки. Важно проверить зонд на предмет износа, чтобы убедиться, что он правильно стоит над горелкой, чтобы обеспечить высокое качество сварки.

Такие условия, как разбрызгивание сварных швов и прокладка кабеля, являются другими элементами, которые необходимо проверять и обслуживать чаще, чем бесконтактные решения.

Тактильные решения

также плохо адаптируются к прихваткам. Прихватки могут поднимать зонд над прихваточным швом и направлять дугу в том же направлении, в отличие от того, чтобы сварочная горелка проваривала прихватку, как это обычно рекомендуется.

Тактильный тоже не адаптивный. Системы такого типа следуют линии стыка и не учитывают несоответствия или размеры зазоров в результате использования инструментов. Расчет площади также невозможен. Тактильный зонд фиксируется в канавке и следует за ней с очень небольшими отклонениями.Достаточно большое отклонение в канавке или достаточно большой прихваточный шов могут сбить датчик с заданной траектории.

Профили сварных швов, такие как стыковые сварные швы, трудно отслеживать тактильно без зазора. Нелинейные сварные швы, которые заставляют датчик двигаться резко в определенном направлении, не являются идеальным сценарием для приложений тактильного отслеживания швов; он хорошо работает со сварными швами больших цилиндров или сваркой труб.

Скорость движения является еще одним ограничением для тактильного отслеживания швов, поскольку обычно оно движется с более низкой скоростью, что может замедлить время цикла.

Сравнение тактильного и зрительного отслеживания швов заключается в том, что один подход основан на контакте, а другой — на бесконтактном. Несмотря на то, что это механическая установка, как правило, это более низкие первоначальные капиталовложения, системы тактильного отслеживания швов в открытых и субдуговых приложениях требуют большего обслуживания, поскольку это механический процесс, который в долгосрочной перспективе может сделать его менее рентабельным решением из-за чувствительность измерительного органа и постоянный износ компонентов.

3D-лазерное отслеживание швов

Система трехмерного лазерного отслеживания швов, также известная как оптическое или визуальное отслеживание швов, использует лазерную триангуляцию.Трехмерное отслеживание швов можно использовать как на жестких автоматизированных, так и на роботизированных системах с правильным пакетом программного обеспечения.

Концептуально, лазерное отслеживание швов включает в себя лазерный луч, выходящий из устройства, ударяющий о поверхность, отражающийся от поверхности, отражающийся обратно в датчик, и датчик улавливает место попадания лучей. Таким образом, с помощью лазерного отслеживания швов датчик знает расстояние между лазерным излучателем и датчиком на камере, что позволяет ему триангулировать положение того материала, от которого он отразился.

По сути, вы получаете изображение Z (высоты) и Y (поперек) сустава, поэтому датчик знает, что изображение, от которого он отразился, было измерением X (расстояние) от луча датчика, и функция, которая его выбор является положительным или отрицательным в поле зрения по направлению Y.

Лазерное отслеживание швов не знает направление X или длину детали. Вот почему вы подключаете устройство к системе управления, а система управления определяет значение X – процесс, известный как калибровка.После калибровки ваша система отслеживания шва знает координаты X, Y и Z на протяжении всего процесса сварки.

Любое решение для отслеживания швов в процессе сварки увеличивает время цикла, но оптическое отслеживание швов добавляет меньше всего — обычно около четверти секунды (0,25 секунды) к циклу сварки на сканирование.

Он также движется быстрее всех. Оптическое отслеживание швов может работать со скоростью до 200 дюймов в минуту, поэтому оно не ограничивает скорость робота или гентри, если требуются высокие скорости перемещения. Оптическое отслеживание швов также можно использовать в процессах, не связанных со сваркой, таких как склеивание, наклеп и шлифование.

Лазер

имеет особое преимущество перед TAST, поскольку он позволяет устройству пробовать деталь или видеть ее в автономном режиме. Несоответствия материалов, такие как ржавчина, окалина или даже прихватки, практически не влияют на оптическое отслеживание швов, поскольку отслеживание основано исключительно на изображении детали.

Зазор с оптическим отслеживанием швов является ограничением. Еще одно соображение, которое следует учитывать, это направление движения, так как датчик должен все время находиться впереди траектории сварки. Это может привести к проблемам с досягаемостью робота, проблемам с углом наклона резака, а инструменты и конструкция детали должны быть хорошо продуманы.

Как правило, единственный материал, с которым оптическое отслеживание швов сталкивается с трудностями, — это блестящий материал. Причина в том, что всякий раз, когда вы излучаете лазер от материала, он должен отражаться. Подумайте о различных типах сварных соединений и о том, как они будут отражать лазерные лучи в зависимости от материала. В коленном суставе он отражает прямо назад. Если это V-образный шарнир, он отражается не только прямо назад, но и под противоположными углами, под которыми он отражается, почти как диско-шар.

В таких случаях сенсорам трудно определить, какой луч, отражающийся назад, является правильным.У вас есть много ложных лучей, возвращающихся назад, и это выглядит как перекрестие, потому что вы получаете много отражений. Для этих типов материалов важно, чтобы фильтрация устройства и расчет путей от контроллера компенсировали такие комбинации соединения/материала.

Комбинации материалов и соединений, такие как угловые сварные швы алюминиевой алмазной пластины, были бы невозможны для адекватного отслеживания лазерным отслеживанием швов.

Другие комбинации, такие как внутренние углы из нержавеющей стали с зеркальной полировкой, также являются чрезвычайно сложными поверхностями и соединениями для шовной дорожки.

Хотя отслеживание этих комбинаций с помощью оптической системы возможно, для повторного выполнения этого требуется исключительное знакомство с датчиком лазерного отслеживания швов.

Резюме

Когда вы ищете решения для отслеживания швов, вы обычно ищете решение конкретной проблемы.

Достаточно ли быстр ваш сварочный робот?

У вас проблемы с качеством?

Полностью автоматизированное отслеживание швов требует больших инвестиций. Нет никакого способа обойти это.Вы должны убедиться, что ваша проблема заслуживает такого технически совершенного решения, и что улучшения окупятся тем, что даст решение такого масштаба.

Ищете дополнительную информацию об оптическом отслеживании швов? Ознакомьтесь с нашим полным руководством в этой бесплатной электронной книге!

 

WeldForming: новая комбинация встроенных процессов для улучшения свойств сварного шва

В этой главе описываются различные этапы экспериментов, проводимых для реализации объединенного процесса WeldForming, начиная с результатов процесса сварки и заканчивая результатами объединенного процесса , включая оптимизационный подход.

Сварочные испытания

Результаты сварки с использованием трех различных кривых сварочных характеристик проверяются в отношении геометрии сварного шва, дефектов шва и склонности к разбрызгиванию. Чтобы обеспечить достаточное количество материала для процесса формовки, сварной шов должен иметь лицевую и корневую арматуру, которые в сумме не должны превышать 80% толщины листа.

Характеристическая кривая холодного переноса металла (CMT) оказалась непригодной для сварки материала такой толщины.Подвод тепла в процессе CMT был слишком низким, чтобы обеспечить непрерывное армирование корня. Хорошие результаты были получены со стандартной кривой характеристики дуги. Сварной шов был удовлетворительным с точки зрения геометрии и структурной целостности. Для уменьшения разбрызгивания сварной шов выполнялся переносом металла струйной дугой. Наилучшие результаты сварки достигаются при использовании импульсного процесса. Соответствующие параметры сварки приведены в таблице 2.

Таблица 2 Параметры сварки стандартной дугой и импульсной характеристикой при t  = 4 мм

Типичное поперечное сечение шва, полученного импульсным способом, показано на рис.4.

Рис. 4

Поперечное сечение сварного шва для 4-мм листа с использованием импульсного процесса GMAW

Сварной шов соответствует требованиям высокого армирования для последующего процесса формовки, и, кроме того, процесс имеет чрезвычайно низкая склонность к разбрызгиванию. Этот процесс привел к лучшим свойствам шва по геометрии шва, отсутствию брызг и дефектов; кроме того, корневая поддержка не требовалась.

Таким образом, было принято решение использовать импульсный процесс для реализации процесса WeldForming, при толщине материала t  = 4 мм.

Горячая прокатка

Процесс рекристаллизации зависит от температуры, скорости деформации, начальной микроструктуры и вызванной пластической деформации. Во время и вскоре после процесса формования происходят различные типы процессов разупрочнения в зависимости от условий формования (например, средней пластической деформации, температуры формования, средней скорости деформации, времени паузы) [14]. Примечательно, что динамическое восстановление и динамическая рекристаллизация происходят в процессе формования после превышения критической пластической деформации.Кроме того, имеют место метадинамическое восстановление и метадинамическая рекристаллизация, которые происходят после процесса формования с продолжающимся динамическим разупрочнением [14].

Наконец, происходит статическое восстановление и статическая рекристаллизация. Эти процессы происходят после формирования, без предварительного динамического разупрочнения. Описанные типы разупрочнения представлены на рис. 5.1.

$$ \overline{\upvarphi}=\ln \left(\frac{h_{\mathrm{total}}}{S_{\mathrm{rolling}}}\right) $$

(1)

Пластическая деформация 휑̅ определяется по общей высоте сварного шва ( h всего ) и межвалковому зазору или остаточной высоте сварного шва после процесса формовки ( s прокатка ). Это соответствует общей пластической деформации 0,58 при измеренной высоте пласта до прокатки 7.12 мм в соответствии с рис. 4 и зазором между валками 4 мм и значением 휑̅ = 0,35 в случае зазора между валками 5 мм. На рис. 6 представлены результаты моделирования распределения пластической деформации при прокатке.

Рис. 6

Распределение пластической деформации в прокатном шве

При межвалковом зазоре 4 мм в зоне ЗТВ также должна присутствовать повышенная пластическая деформация. Следовательно, эта повышенная пластическая деформация должна также вызывать соответствующие явления рекристаллизации в этих областях.

Для подтверждения этого предположения готовятся металлографические поперечные срезы и исследуются с помощью световой микроскопии. В связи с этим размер зерна определяли с помощью метода линейных пересечений в различных зонах подготовленного поперечного сечения. Обзор исследованных зон показан на рис. 7.

Рис. 7

Различные зоны исследования

Подробно исследованные зоны находятся в основном материале (1), мелкозернистой ЗТВ (2), крупнозернистая ЗТВ (3), линия сплавления (4) и металл шва (5).Развитие микроструктуры в связи с пластической деформацией с зазором 4 мм или 5 мм было сопоставимо. Поэтому будут обсуждаться только результаты более критической установки с более низкой пластической деформацией.

Обзор эволюции микроструктуры вышеупомянутых зон, подвергшихся воздействию различных температур формования, показан на рис. 8.

Рис. 8

Эволюция микроструктуры при различных температурах формования \)= 0.35)

В образце, сформированном при 700 °C, явления рекристаллизации не проявляются. Образец показывает ожидаемую деформационно-упрочненную структуру. Начиная с мелкозернистой структуры основного материала (1) со средним размером зерна 17 мкм, переходя в мелкозернистую ЗТВ (2) с размером зерна 24 мкм. К ней примыкает крупнозернистая ЗТВ (3) с диаметром зерен 56 мкм и линия сплавления (4) с микроструктурой, сравнимой с литой микроструктурой. Наконец, следует микроструктура сварного шва после деформационного упрочнения с типичными удлиненными зернами.В заключение следует отметить, что температуры 700 °C недостаточно для инициации рекристаллизации микроструктур металла сварного шва.

В сварном шве, сформированном при 900 °C, размер зерна основного материала (1) остается неизменным и составляет 14 мкм. В мелкозернистой ЗТВ (2) и в крупнозернистой ЗТВ (3) сформировалась мелкозернистая микроструктура со средним диаметром зерна 15 ± 2 мкм. На линии сплавления (4) происходит смена мелкозернистой структуры на частично рекристаллизованную структуру металла шва.В микроструктуре металла шва еще видны нечеткие текстуры микроструктуры предшествующей отливки. Уже заметно опережающее новообразование зерен, но рекристаллизация еще не завершена. Четкое очерчивание зерен в металле шва еще не везде различимо.

Образец, сформированный при 1100 °C, имеет аналогичную микроструктуру от основного материала (1) до крупнозернистой ЗТВ (3) со средним диаметром зерна 37 мкм. По линии сплавления (4) видно измельчение зерна от 30 до 17 мкм.Части бывшей крупнозернистой зоны (т. е. более светлые участки на изображении) уже содержат рекристаллизованную структуру с диаметром зерен 18 мкм. Металл сварного шва имеет полностью рекристаллизованную мелкозернистую микроструктуру со средним диаметром зерна 15 мкм. Более крупное зерно в основном материале и мелкозернистая ЗТВ являются результатом термической обработки до 1100 °C всей сборки. Начиная приблизительно с 950 °C достигается температурный диапазон отжига крупного зерна. Это приводит к укрупнению зерен всей микроструктуры детали.За исключением сварного шва, остальная часть пластины не достигает необходимой пластической деформации для рекристаллизации крупнозернистой структуры. Только в области переходной зоны и в металле шва происходит образование нового зерна.

Термомеханическое и численное моделирование

Термомеханическое моделирование следует плану систематических испытаний, начиная с низких температур деформации ( T  > 700 °C), скоростей деформации (\( \dot{\upvarphi} \) > 1 с −1 ), а пластические деформации (\( \overline{\upvarphi} \) > 0.3). Эти граничные условия были определены из предварительных экспериментов с учетом реальных условий формирования в более позднем процессе.

Для достижения заданных исходных микроструктур (мелкозернистая и крупнозернистая ЗТВ, цельносварной металл) непосредственно перед деформированием образцы подвергают термообработке в дилатометре в одном температурном цикле, как показано на рис. 9.

Рис. 9

Температурно-временной профиль термомеханического моделирования

Записанные данные (e.g., температурный профиль, расширение, сила) используется для определения кинетики рекристаллизации и для расчета кривых течения. Затем эти данные используются для проверки процесса формования в численном моделировании. Более подробное описание подхода к численному моделированию можно найти в [15].

На рис. 10 показано сравнение результатов моделирования и металлографии в отношении накопленной фракции рекристаллизации. Исходная микроструктура в этом случае представляла собой литейную структуру, аналогичную структуре металла шва.Формование в этом примере было выполнено при трех различных температурах с постоянной скоростью деформации \( \dot{\upvarphi} \) = 5 с 90 728 −1 и пластической деформацией \( \overline{\upvarphi} \) = 0,7. В качестве формообразующих температур применялись 900°С, 1000°С и 1100°С. При более низких температурах явления рекристаллизации не наблюдались.

Рис. 10

Сравнение результатов моделирования и металлографии для испытаний на осадку при различных температурах

Сравнение показывает, что моделирование уже дает надежный прогноз условий штамповки с учетом рассеивания тепла формовочными пуансонами.В местах штамповки образец не достигает температуры или пластической деформации, необходимых для начала процесса рекристаллизации. В результате никаких микроструктурных изменений не наблюдается. Наибольшая доля рекристаллизации локализована в центре образца, где присутствует наибольшая пластическая деформация. Эти результаты моделирования были подтверждены оценкой микроскопических изображений микроструктуры.

Термомеханическое моделирование и производное численное моделирование также подтверждают результаты для вышеупомянутого многостадийного процесса.Было подтверждено, что более высокая температура и более высокая пластическая деформация способствуют процессу рекристаллизации.

Измерение твердости

Для определения влияния процесса рекристаллизации на механические свойства сварных соединений были измерены профили твердости поперечного сечения с использованием HV1.

На рис. 11 показано сравнение пиковой твердости металла сварного шва в исходном состоянии и трех горячедеформированных образцов.

Рис. 11

Сравнение максимальной твердости в металле сварного шва (твердость основного материала = светло-голубая область)

Оценка сформированных образцов показывает, что разница твердости в сварном соединении уменьшается с более высокой температурой формовки.Сварные швы, сформированные при температуре 700 °С, не показывают каких-либо изменений твердости сварных швов. При 900 °C можно было измерить снижение до 160 HV1. При 1100 °C твердость падает примерно до 140 HV1. Это можно объяснить количеством рекристаллизованных участков в сварном шве. Как описано в предыдущей главе, более высокая температура формования приводит к более высокой степени рекристаллизации. В результате в сварном шве формируется более однородная микроструктура, максимально приближенная к структуре основного материала.

Принимая во внимание, что твердость основного материала составляет около 110 HV1, видно, что пик твердости в сварном шве может быть уменьшен более чем на 50%. Таким образом можно свести к минимуму эффект надреза, возникающий из-за большой разницы в твердости сварного соединения.

WeldForming

На основе экспериментальных и численных исследований можно определить подходящую скорость сварки, при которой общая рекристаллизация составит ок. 75% было предсказано численно. Чтобы подтвердить это экспериментально, процесс WeldForming выполнялся со скоростью сварки, равной 0.9 м/мин. Используемая установка машины показана на рис. 12.

Рис. 12

Экспериментальная установка для процесса WeldForming

Сварочная горелка была интегрирована в каркас прокатного стана над конструкцией ITEM. Для обеспечения максимальной гибкости крепление сварочной горелки сконструировано таким образом, что оно регулируется по высоте и наклону. Зона входа и выхода была увеличена, а регулирование скорости сварки достигается за счет регулировки числа оборотов ведомых роликов в минуту.

На рис. 13 показаны микроструктурные изображения различных стадий сварного образца, полученные с помощью световой микроскопии.

Рис. 13

Микроструктура после сварки (слева), микроструктура в переходной зоне (посередине) и микроструктура после WeldForming (справа)

Видно, что характерная литейная структура металла шва (рис. 13, слева) может быть преобразован в очень мелкозернистую структуру посредством процессов рекристаллизации (рис. 13, справа). Таким образом, доказан функциональный принцип новой методологии WeldForming.Однако в микроструктуре все еще присутствуют удлиненные зерна, которые образуются в процессе прокатки. Это свидетельствует о том, что процесс рекристаллизации еще не полностью завершен. Это, в свою очередь, коррелирует с предварительными результатами численных исследований, в которых общая доля рекристаллизации составляет ок. было рассчитано 75%.

Оптимизация процесса

Для достижения полной рекристаллизации в зоне соединения в принципе можно уменьшить расстояние между сварочной горелкой и роликом.Это должно привести к более высокой температуре формования из-за более короткого времени процесса и связанного с этим меньшего рассеивания тепла; таким образом, большая часть микроструктуры должна рекристаллизоваться при идентичных условиях формования.

В текущей конфигурации минимальное расстояние между сварочной горелкой и центром валка составляет 130 мм (см. рис. 14, слева). Уменьшение минимального расстояния до 105 мм может быть достигнуто за счет наклона сварочной горелки на 20° (см. рис. 14, справа).Эта настройка перетаскивания приводит к более глубокому проплавлению, поэтому параметры сварки необходимо отрегулировать заново. Общий результат — значительно меньшее армирование лицевой стороны сварного шва (рис. 14). Это приводит к более низкой пластической деформации в процессе прокатки.

Рис. 14

Конфигурация сварки и результирующая геометрия шва для стандартного (слева) и оптимизированного процесса (справа)

В какой степени наклон горелки влияет на поведение рекристаллизации, было исследовано численно и экспериментально.

Численное моделирование оптимизированного процесса показало, что, несмотря на более низкую пластическую деформацию при формовании, может быть достигнута более высокая доля рекристаллизации. Причиной увеличения доли рекристаллизованной микроструктуры является более высокая температура. В таблице 3 показаны температуры на расстоянии 50 мм до и после центра валка.

Таблица 3 Температура на входе и выходе для стандартного и оптимизированного процесса

Уменьшение расстояния между сварочной горелкой и центром ролика приводит к значительному повышению температуры как до, так и после процесса прокатки.Поскольку процессы рекристаллизации зависят от диффузии, повышенная температура прокатки приводит к ускорению кинетики рекристаллизации и, таким образом, к увеличению рекристаллизованной фракции. Однако моделирование оптимизированного процесса показывает небольшую область в верхней части с рекристаллизованной микроструктурой только на 50% (см. рис. 15). Причиной этого явления является низкая лицевая арматура (см. рис. 14). В области с рекристаллизованной микроструктурой 50 % пластическая деформация ок.0,3 достигается в оптимизированном процессе. В стандартном процессе пластическая деформация ок. индуцируется 0,8. Тем не менее, при использовании оптимизированного процесса удалось увеличить долю рекристаллизации, в основном за счет более высоких температур. По этой причине оптимизированная схема процесса была реализована экспериментально. Для проверки моделирования использовали световую и сканирующую электронную микроскопию (СЭМ). На рис. 15 показаны соответствующие СЭМ-изображения различных частей шва.

Рис.15

Моделирование рекристаллизованной фракции оптимизированного процесса и соответствующие СЭМ-изображения

В верхней части шва, помимо вновь образованной микроструктуры, еще присутствует игольчатая структура процесса затвердевания из-за высокого тепловыделения в площадь контакта. Исследование, проведенное с помощью световой микроскопии, подтверждает приблизительную долю рекристаллизации от 50 до 60%. В нижней части шва игольчатого строения нет. В этой области можно обнаружить очень мелкозернистую новообразованную микроструктуру.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.