1、 Lichtbogenschweißen
Lichtbogen: ein starkes und anhaltendes Gasentladungsphänomen. Zwischen der positiven und der negativen Elektrode liegt eine bestimmte Spannung an und das Gasmedium zwischen den beiden Elektroden sollte sich in einem ionisierten Zustand befinden. Beim Zünden des Schweißlichtbogens werden in der Regel die beiden Elektroden (ein Pol ist das Werkstück, der andere Pol ist der Zusatzdraht bzw. die Elektrode) an die Stromversorgung angeschlossen, kurzzeitig kontaktiert und schnell wieder getrennt. Wenn sich die beiden Pole berühren, entsteht ein Kurzschluss, der einen Lichtbogen bildet. Diese Methode wird als Kontaktlichtbogenzündung bezeichnet. Nachdem sich der Lichtbogen gebildet hat, kann die Lichtbogenverbrennung aufrechterhalten werden, solange die Stromversorgung eine bestimmte Potentialdifferenz zwischen den beiden Polen aufrechterhält.
Lichtbogeneigenschaften: niedrige Spannung, hoher Strom, hohe Temperatur, hohe Energiedichte, gute Mobilität usw. Im Allgemeinen kann eine Spannung von 20 bis 30 V die stabile Verbrennung des Lichtbogens aufrechterhalten, während der Strom im Lichtbogen mehrere zehn Ampere betragen kann bis zu Tausenden von Ampere, um den Schweißanforderungen verschiedener Werkstücke gerecht zu werden. Die Temperatur des Lichtbogens kann mehr als 5000 K erreichen, wodurch verschiedene Metalle schmelzen können.
Lichtbogenzusammensetzung: Kathodenbereich, Anodenbereich und Bogensäulenbereich.
Lichtbogenschweißstromquelle: Die zum Lichtbogenschweißen verwendete Stromquelle wird als Lichtbogenschweißstromquelle bezeichnet und kann im Allgemeinen in vier Kategorien unterteilt werden: Wechselstrom-Lichtbogenschweißstromquelle, Gleichstrom-Lichtbogenschweißstromquelle, Impulslichtbogenschweißstromquelle und Inverter-Lichtbogenschweißstrom Quelle.
Positiver DC-Anschluss: Wenn das Werkstück über ein DC-Schweißgerät mit der Anode und die Elektrode mit der Kathode verbunden wird, spricht man von positivem DC-Anschluss. Zu diesem Zeitpunkt wird das Werkstück stark erhitzt, was zum Schweißen dicker und großer Werkstücke geeignet ist.
Gleichstrom-Rückwärtsverbindung: Wenn das Werkstück mit der Kathode und die Elektrode mit der Anode verbunden ist, spricht man von Gleichstrom-Rückwärtsverbindung. Zu diesem Zeitpunkt wird das Werkstück weniger erhitzt und eignet sich zum Schweißen dünner und kleiner Werkstücke. Wenn das Wechselstromschweißgerät zum Schweißen verwendet wird, gibt es kein positives oder negatives Verbindungsproblem, da sich die Polarität der beiden Pole ständig ändert.
Schweißmetallurgischer Prozess:
Beim Lichtbogenschweißen ist die Wechselwirkung von flüssigem Metall, Schlacke und Gas ein Prozess des Metallumschmelzens. Aufgrund der Besonderheiten der Schweißbedingungen weist der chemische Metallurgieprozess des Schweißens jedoch andere Eigenschaften als der allgemeine Schmelzprozess auf.
Erstens ist die Schweißmetallurgietemperatur hoch, die Phasengrenze groß und die Reaktionsgeschwindigkeit hoch. Wenn Luft in den Lichtbogen eindringt, unterliegt das flüssige Metall starken Oxidations- und Nitridierungsreaktionen und eine große Anzahl von Metallen verdampft. Das Wasser in der Luft sowie die Wasserstoffatome, die unter der hohen Temperatur des Lichtbogens aus Öl, Rost und Wasser im Werkstück und den Schweißmaterialien zersetzt werden, können sich im flüssigen Metall auflösen, was zu einer verringerten Plastizität und Zähigkeit der Verbindung (Wasserstoff) führt Versprödung) und sogar Risse.
Zweitens ist das Schweißschmelzbad klein und die Abkühlung erfolgt schnell, was es für verschiedene metallurgische Reaktionen schwierig macht, den Gleichgewichtszustand zu erreichen. Die chemische Zusammensetzung in der Schweißnaht ist ungleichmäßig und Gas und Oxid im Schmelzbad können nicht rechtzeitig herausschwimmen. Es kommt leicht zur Bildung von Defekten wie Poren, Schlackeneinschlüssen und sogar Rissen.
Beim Lichtbogenschweißen werden üblicherweise folgende Maßnahmen ergriffen:
(1) Während des Schweißens muss die Metallschmelze mechanisch geschützt werden, um sie von der Luft zu isolieren. Es gibt drei Schutzmethoden: Gasschutz, Schlackeschutz und kombinierter Gasschlackeschutz.
(2) Die metallurgische Behandlung des Schweißbades erfolgt hauptsächlich durch Zugabe einer bestimmten Menge Desoxidationsmittels (hauptsächlich Ferromangan und Ferrosilizium) und einer bestimmten Menge Legierungselementen zu den Schweißmaterialien (Elektrodenbeschichtung, Schweißdraht und Flussmittel), um FeO im Schweißbad zu entfernen Schmelzbad beim Schweißen und kompensieren den Verbrennungsverlust von Legierungselementen.
Gängige Lichtbogenschweißverfahren:
1. Manuelles Lichtbogenschweißen
Das manuelle Lichtbogenschweißen ist eines der ältesten und am weitesten verbreiteten Lichtbogenschweißverfahren. Dabei wird die umhüllte Elektrode als Elektrode und Zusatzwerkstoff verwendet und der Lichtbogen brennt zwischen dem Ende der Elektrode und der Oberfläche des zu schweißenden Werkstücks. Einerseits kann die Beschichtung Gas erzeugen, um den Lichtbogen unter der Einwirkung der Lichtbogenwärme zu schützen, andererseits kann sie Schlacke erzeugen, die die Oberfläche des Schmelzbades bedeckt, um die Wechselwirkung zwischen dem geschmolzenen Metall und dem umgebenden Gas zu verhindern .
Die wichtigere Rolle der Schlacke besteht darin, eine physikalische und chemische Reaktion mit dem geschmolzenen Metall hervorzurufen oder Legierungselemente hinzuzufügen, um die Energie des Schweißmetalls zu verbessern. Manuelle Lichtbogenschweißgeräte sind einfach, tragbar und flexibel zu bedienen. Es eignet sich zum Schweißen kurzer Nähte im Wartungs- und Montagebereich, insbesondere zum Schweißen schwer zugänglicher Teile. Das manuelle Lichtbogenschweißen mit entsprechenden Elektroden kann auf den meisten industriellen Kohlenstoffstählen, Edelstahl, Gusseisen, Kupfer, Aluminium, Nickel und deren Legierungen angewendet werden.
2. Unterpulverschweißen
Das Unterpulverschweißen (SAW) ist ein Schmelzelektrodenschweißverfahren, bei dem das körnige Flussmittel als Schutzmedium verwendet wird und der Lichtbogen unter der Flussmittelschicht verborgen ist. Der Schweißprozess des Unterpulverschweißens besteht aus drei Schritten: 1. Ausreichend körniges Flussmittel gleichmäßig auf die Verbindungsstellen der zu schweißenden Schweißteile auftragen; 2. Die leitfähige Düse und das Schweißstück sind jeweils an zwei Ebenen der Schweißstromversorgung angeschlossen, um einen Schweißlichtbogen zu erzeugen. 3 Führen Sie den Schweißdraht automatisch ein und bewegen Sie den Lichtbogen zum Schweißen.
Die Hauptmerkmale des Unterpulverschweißens sind folgende:
① Einzigartige Lichtbogenleistung
Hohe Schweißqualität. Die Schlacke hat eine gute Luftschutzwirkung. Der Hauptbestandteil der Lichtbogenzone ist CO2. Der Stickstoffgehalt und der Sauerstoffgehalt im Schweißgut werden stark reduziert. Die Schweißparameter werden automatisch angepasst, die Lichtbogenbewegung ist mechanisiert, das Schmelzbad existiert lange, die metallurgische Reaktion ist ausreichend und der Windwiderstand ist stark, sodass die Schweißzusammensetzung stabil ist und die mechanischen Eigenschaften gut sind.
Gute Arbeitsbedingungen, Lichtbogenlicht zur Schlackenisolierung fördert den Schweißvorgang; Mechanisiertes Gehen, geringe Arbeitsintensität.
② Die elektrische Feldstärke der Lichtbogensäule ist hoch, was im Vergleich zum MIG-Schweißen die folgenden Eigenschaften aufweist
Das Gerät verfügt über eine gute Einstellleistung. Aufgrund der hohen elektrischen Feldstärke und der hohen Empfindlichkeit des automatischen Einstellsystems wird die Stabilität des Schweißprozesses verbessert;
Die Untergrenze des Schweißstroms ist hoch.
③ Hohe Produktionseffizienz Da die leitende Länge des Schweißdrahts verkürzt wird, werden Strom und Stromdichte erheblich verbessert, so dass die Durchdringungsfähigkeit des Lichtbogens und die Abscheidungsrate des Schweißdrahts erheblich verbessert werden. Aufgrund der wärmeisolierenden Wirkung von Flussmittel und Schlacke wird der thermische Gesamtwirkungsgrad erheblich erhöht, was die Schweißgeschwindigkeit erheblich verbessert.
Geltungsbereich:
Aufgrund der großen Eindringtiefe, der hohen Produktivität und des hohen Grads an mechanischem Betrieb eignet sich das Unterpulverschweißen zum Schweißen langer Schweißnähte an mittel- und dicken Blechstrukturen. Es wird häufig im Schiffbau, bei Kesseln und Druckbehältern, Brücken, übergewichtigen Maschinen, Kernkraftwerksstrukturen, Schiffsstrukturen, Waffen und anderen Fertigungsbereichen eingesetzt und ist eines der am häufigsten verwendeten Schweißverfahren in der heutigen Schweißproduktion.
Neben der Verbindung von Bauteilen in Metallkonstruktionen können durch Unterpulverschweißen auch verschleißfeste oder korrosionsbeständige Legierungsschichten auf die Oberfläche von Grundmetallen aufgebracht werden.
Mit der Entwicklung der Schweißmetallurgietechnologie und der Schweißmaterialproduktionstechnologie haben sich die Materialien, die durch Unterpulverschweißen geschweißt werden können, von Kohlenstoffbaustahl zu niedriglegiertem Baustahl, Edelstahl, hitzebeständigem Stahl und einigen Nichteisenmetallen entwickelt. wie Nickelbasislegierung, Titanlegierung, Kupferlegierung usw.
Aufgrund seiner Eigenheiten unterliegt seine Anwendung auch gewissen Einschränkungen, vor allem:
① Um die Schweißposition aus Gründen der Flussmittelerhaltung einzuschränken, wird das Unterpulverschweißen, sofern keine besonderen Maßnahmen ergriffen werden, hauptsächlich zum Schweißen von horizontalen und nach unten gerichteten Schweißnähten verwendet, nicht jedoch zum horizontalen, vertikalen und Überkopfschweißen.
② Aufgrund der Beschränkung der Schweißmaterialien ist das Schweißen von Aluminium, Titan und anderen stark oxidierenden Metallen und deren Legierungen, die hauptsächlich zum Schweißen von Eisenmetallen verwendet werden, nicht gestattet.
③ Es ist nur zum Schweißen und Schneiden langer Schweißnähte geeignet und kann keine Schweißnähte mit begrenztem Platzangebot schweißen.
④ Der Lichtbogen kann nicht direkt beobachtet werden;
⑤ Dies gilt nicht für das Schweißen dünner Bleche und bei geringem Strom.
3. Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen
Dies ist eine Art Schutzgasschweißen mit nicht schmelzender Elektrode, bei dem der Lichtbogen zwischen der Wolframelektrode und dem Werkstück verwendet wird, um das Metall zu schmelzen und die Schweißnaht zu bilden. Die Wolframelektrode schmilzt beim Schweißen nicht und fungiert nur als Elektrode. Gleichzeitig wird zum Schutz Argon oder Helium in die Düse des Schweißbrenners geleitet. Bei Bedarf können auch weitere Metalle hinzugefügt werden. Weltweit wird es allgemein als WIG-Schweißen bezeichnet.
Das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen ist eine hervorragende Methode zum Verbinden von Blechen und zum Hinterschweißen, da sich der Wärmeeintrag gut steuern lässt. Mit diesem Verfahren lassen sich fast alle Metalle verbinden, insbesondere Aluminium, Magnesium, das feuerfeste Oxide bilden kann, und Aktivmetalle wie Titan und Zirkonium. Die Schweißqualität dieser Schweißmethode ist hoch, aber im Vergleich zu anderen Lichtbogenschweißverfahren ist die Schweißgeschwindigkeit langsam.
4. GMAW
GMAW gehört zum Schmelzschweißverfahren, bei dem der Lichtbogen als Wärmequelle verwendet wird. Sein Lichtbogen basiert auf dem Schmelzbad, das durch Mischen des geschmolzenen Drahtmetalls und des Grundmetalls zwischen dem kontinuierlich zugeführten Schweißdraht und dem Schmelzbad entsteht. Nachdem die Lichtbogenwärmequelle entfernt wurde, wird die Schweißnaht durch Kristallisation gebildet und das abgetrennte Grundmetall wird durch Metallurgie verbunden.
Merkmale des CO2-Schweißens:
① CO2 wird unter der hohen Temperatur des Schweißlichtbogens in CO, O2 und O zerlegt, was einen starken Kompressionseffekt auf den Lichtbogen hat. Infolgedessen weist die Lichtbogenform dieses Schweißverfahrens die Eigenschaften eines kleinen Lichtbogensäulendurchmessers und einer kleinen Lichtbogenfußfläche auf, und es ist oft schwierig, alle Tröpfchen am Ende des Schweißdrahtes abzudecken. Daher ist der Übertragungswiderstand (Punktkraft) des Tröpfchens groß, wodurch das Tröpfchen gröber wird, die axialen Eigenschaften des Übergangspfads schlechter werden und die Spritzerrate groß ist;
② Der Schweißbereich ist gut geschützt. Die Dichte von CO2 ist unter den gängigen Schutzgasen die größte. Darüber hinaus nimmt das Volumen des CO2-Gases nach der thermischen Zersetzung zu, sodass der Schutz gut ist;
③ Die Energie ist relativ konzentriert und die Durchdringungskapazität ist groß;
④ Niedrige Produktionskosten und Energieeinsparung;
⑤ In Bezug auf Prozess und Technologie verfügt der Schweißbereich über eine gute Sicht, was für die Beobachtung und Bedienung praktisch ist. Die durch die Schweißwärme beeinflusste Zone und die Schweißverformung sind gering; Das Volumen des Schmelzbades ist klein, die Kristallisationsgeschwindigkeit ist hoch und die Schweißleistung in allen Positionen ist gut. Der Vorteil der geringen Rostempfindlichkeit.
Metallurgische Eigenschaften:
① Oxidation von Legierungselementen Beim CO2-Schweißen wird CO2 unter Einwirkung hoher Lichtbogentemperatur in CO, O2 und O zersetzt. Unter Schweißbedingungen ist CO in Metallen unlöslich und nimmt nicht an der Reaktion teil. CO2 und O weisen eine starke Oxidation auf, wodurch Fe und andere Legierungselemente oxidiert werden.
② Desoxidation und Legierung des Schweißgutes? Im Allgemeinen wird dem Schweißdraht zur Desoxidation eine bestimmte Menge Desoxidationsmittels zugesetzt. Darüber hinaus verbleibt das verbleibende Desoxidationsmittel als Legierungselement in der Schweißnaht, um den Oxidations- und Verbrennungsverlust auszugleichen und die Anforderungen an die chemische Zusammensetzung der Schweißnaht sicherzustellen.
Tropfenübertragung:
① Die Kurzschlussübertragung (kurzer Lichtbogen, dünner Draht, kleiner Strom) eignet sich zum Schweißen dünner Bleche in allen Positionen.
② Feinkornübergang, dicker Draht, langer Lichtbogen, Hochstromschweißen;
③ Tröpfchenübertragung im Unterpulverlichtbogen (selten verwendet).
Geltungsbereich:
Gegenwärtig wird CO2-Schutzgasschweißen häufig im Lokomotivbau, Schiffbau, Automobilbau, Maschinenbau für den Kohlebergbau und anderen Bereichen eingesetzt. Es eignet sich zum Schweißen von kohlenstoffarmem Stahl, niedriglegiertem Stahl und niedriglegiertem hochfestem Stahl, jedoch nicht zum Schweißen von Nichteisenmetallen und Edelstahl. Obwohl einige Daten zeigen, dass CO2-Schutzgasschweißen zum Schweißen von Edelstahl verwendet werden kann, ist es nicht die erste Wahl zum Schweißen von Edelstahl.
5. Plasmalichtbogenschweißen
Durch die Wasserkühlungsdüse und andere Maßnahmen kann die Querschnittsfläche der Lichtbogensäule reduziert und die Lichtbogentemperatur, Energiedichte und Plasmadurchflussrate deutlich erhöht werden. Diese Art von Lichtbogen, der die Lichtbogensäule durch äußere Zwänge komprimiert, wird Plasmalichtbogen genannt.
Der Plasmalichtbogen ist eine Sonderform des Lichtbogens, bei dem es sich um eine Art Lichtbogen mit hoher Energiedichte handelt, der immer noch ein gasleitendes Phänomen darstellt. Das Plasmalichtbogenschweißen ist eine Methode, bei der die Wärme des Plasmalichtbogens zum Erhitzen und Schmelzen des Werkstücks und des Grundmetalls genutzt wird, um das Schweißen zu ermöglichen.
Das Plasmalichtbogenschweißen umfasst das Stichloch-Plasmalichtbogenschweißen und das Mikroplasmalichtbogenschweißen.
Perforierter Plasmalichtbogen:
Wenn der Schweißstrom 100–300 A beträgt, muss die Verbindung nicht abgeschrägt werden und es bleibt kein Spalt übrig. Während des Schweißens kann der Plasmalichtbogen die Schweißnaht vollständig durchdringen und ein kleines Durchgangsloch bilden, das geschmolzene Metall wird um das Loch herumgedrückt, der Lichtbogen bewegt sich, das Loch bewegt sich mit und dahinter bildet sich eine Schweißnaht, um eine zu realisieren Seitenschweißen und gleichzeitiges Formen von zwei Seiten. Die Obergrenze der Blechdicke, die mit dieser Methode geschweißt werden kann, beträgt 7 mm für Kohlenstoffstahl und 10 mm für Edelstahl.
Mikroplasmabogen:
Der Schweißstrom beträgt 0.1 bis 30 A und die Schweißdicke beträgt 0.025 bis 2.5 mm. Darüber hinaus gibt es auch das Schmelzplasma-Lichtbogenschweißen für das Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen, das zum Tiefschweißen dicker Bleche oder zum Hochgeschwindigkeitsschweißen dünner Bleche verwendet werden kann, sowie das MIG-Lichtbogenschweißen zum Auftragschweißen Lösen Sie das AC-Plasmaschweißen (variable Polarität) und andere Prozessmethoden des Plasmalichtbogenschweißens aus Aluminiumlegierungen. Zu den wichtigsten Prozessparametern des Plasmalichtbogenschweißens gehören Schweißstrom, Schweißgeschwindigkeit, Schutzgasfluss, Ionengasfluss, Brennerdüsenstruktur und -öffnung usw.
Plasmalichtbogenschneiden: Bezieht sich auf die Schneidmethode, bei der die hohe Temperatur und die hohe Geschwindigkeit des Lichtbogenstroms des Plasmalichtbogens genutzt werden, um das Metall der Kerbe lokal zu schmelzen, sodass es verdampft, und der Hochgeschwindigkeitsluftstrom oder Wasserstrom zum Blasen verwendet wird das geschmolzene Material vom Substrat weg, um die Kerbe zu bilden.
charakteristisch:
① Der Plasmalichtbogen weist eine hohe Energiedichte, eine hohe Lichtbogensäulentemperatur und ein starkes Durchdringungsvermögen auf. Der Stahl mit einer Dicke von 10 bis 12 mm kann auf beiden Seiten ohne Nut geformt und einmal durchgeschweißt werden. Die Schweißgeschwindigkeit ist hoch, die Produktivität hoch und die Spannungsverformung gering.
② Der Schweißabschnitt hat die Form eines Weinbechers, ohne dass die Finger eindringen.
③ Die Geradheit des Lichtbogens ist gut und die Schwankung des Schweißbades ist aufgrund der Schwankung der Lichtbogenlänge gering.
④ Der Lichtbogen ist stabil bei 0.1 A und hat immer noch eine relativ flache statische Charakteristik. Mit einer Konstantstromquelle lässt sich das dünne Blech gut verschweißen (0.1mm);
⑤ Die Wolframelektrode schrumpft nach innen, um Wolframeinschlüsse in der Schweißnaht zu verhindern.
Die Technologie des Kleinlochschweißens wird eingesetzt, um einseitiges Schweißen und doppelseitiges Formen zu realisieren.
⑦ Die Ausrüstung ist komplex und der Gasverbrauch hoch, daher ist sie nur zum Schweißen in Innenräumen geeignet. Die Zugänglichkeit der Schweißpistole ist schlechter als bei WIG;
⑧ Der Lichtbogendurchmesser ist klein, daher muss die Achse der Schweißpistole genauer auf die Mittellinie der Schweißnaht ausgerichtet werden.
Metallurgische Reaktion: einfach, nur Verdampfung.
Stromversorgung: Steilabfall-Stromversorgung, positiver Gleichstromanschluss; Für das Aluminium-Magnesium-Schweißen sind Wechselstrom und Steilstromversorgung zu verwenden und es sind Maßnahmen zur Lichtbogenzündung und Stabilisierung zu ergreifen. Schweißmaterialien: Schutzgas, Wolframelektrode.
Anwendungsbereich: Es wird häufig in der industriellen Produktion eingesetzt, insbesondere beim Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen, Titan und Titanlegierungen, legiertem Stahl, Edelstahl, Molybdän und anderen Metallen, die in der Militärindustrie wie der Luft- und Raumfahrt sowie in der hochmodernen Industrietechnologie verwendet werden , wie Raketengranaten aus Titanlegierung, einige dünnwandige Behälter in Flugzeugen usw.
6. Rohrdraht-Lichtbogenschweißen
Auch beim Rohrdraht-Lichtbogenschweißen wird der brennende Lichtbogen zwischen dem kontinuierlich zugeführten Schweißdraht und dem Werkstück als Wärmequelle genutzt, was als eine Art MIG-Schweißen angesehen werden kann. Der verwendete Schweißdraht ist röhrenförmiger Schweißdraht, und das Rohr ist mit verschiedenen Schweißpulverkomponenten gefüllt. Beim Schweißen Schutzgas, hauptsächlich CO2, verwenden. Beim Erhitzen zersetzt oder schmilzt das Flussmittel und dient als Schlacke, um das Schmelzbad zu schützen, zu legieren und den Lichtbogen zu stabilisieren.
Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen des MIG-Schweißens bietet das Rohrdraht-Lichtbogenschweißen aufgrund der Rolle des Flussmittels im Rohr weitere Vorteile in der Metallurgie. Das Rohrdraht-Lichtbogenschweißen kann zum Schweißen verschiedener Verbindungen der meisten Eisenmetalle eingesetzt werden. Das Rohrdraht-Lichtbogenschweißen ist in einigen hochentwickelten Industrieländern weit verbreitet. „Rohrschweißdraht“ wird heute als „Fülldraht“ bezeichnet.