1、 Soldagem a arco
Arco: fenômeno de descarga de gás forte e duradouro. Há uma certa tensão entre os eletrodos positivo e negativo, e o meio gasoso entre os dois eletrodos deve estar em estado ionizado. Quando o arco de soldagem é aceso, os dois eletrodos (um pólo é a peça de trabalho, o outro pólo é o fio de enchimento ou eletrodo) são geralmente conectados à fonte de alimentação, contatados brevemente e separados rapidamente. Quando os dois pólos entram em contato, ocorre um curto-circuito, formando um arco. Este método é chamado de arco de contato. Após a formação do arco, desde que a fonte de alimentação mantenha uma certa diferença de potencial entre os dois pólos, a combustão do arco pode ser mantida.
Características do arco: baixa tensão, alta corrente, alta temperatura, alta densidade de energia, boa mobilidade, etc. Geralmente, uma tensão de 20 ~ 30 V pode manter a combustão estável do arco, enquanto a corrente no arco pode variar de dezenas de amperes até milhares de amperes para atender aos requisitos de soldagem de diferentes peças de trabalho. A temperatura do arco pode atingir mais de 5000 K, o que pode derreter vários metais.
Composição do arco: área do cátodo, área do ânodo e área da coluna do arco.
Fonte de energia de soldagem a arco: a fonte de energia usada para soldagem a arco é chamada de fonte de energia de soldagem a arco, que geralmente pode ser dividida em quatro categorias: fonte de energia de soldagem a arco AC, fonte de energia de soldagem a arco DC, fonte de energia de soldagem a arco pulsado e energia de soldagem a arco inversor fonte.
Conexão DC positiva: quando a peça de trabalho é conectada ao ânodo pela máquina de solda DC e o eletrodo é conectado ao cátodo, ela é chamada de conexão DC positiva. Neste momento, a peça de trabalho é muito aquecida, o que é adequado para soldar peças grossas e grandes.
Conexão reversa DC: quando a peça de trabalho está conectada ao cátodo e o eletrodo está conectado ao ânodo, é chamada de conexão reversa DC. Neste momento, a peça está menos aquecida e adequada para soldar peças finas e pequenas. Quando a máquina de solda CA é usada para soldagem, não há problema de conexão positiva ou negativa porque a polaridade dos dois pólos muda continuamente.
Processo metalúrgico de soldagem:
No processo de soldagem a arco, a interação de metal líquido, escória e gás é um processo de refusão do metal. Porém, devido à particularidade das condições de soldagem, o processo de metalurgia química de soldagem apresenta características diferentes do processo geral de fundição.
Em primeiro lugar, a temperatura da metalurgia da soldagem é alta, o limite de fase é grande e a velocidade de reação é rápida. Quando há intrusão de ar no arco, o metal líquido sofrerá fortes reações de oxidação e nitretação, e um grande número de metais irá evaporar. A água no ar, bem como os átomos de hidrogênio decompostos do óleo, ferrugem e água na peça de trabalho e nos materiais de soldagem sob a alta temperatura do arco podem se dissolver no metal líquido, resultando na redução da plasticidade e tenacidade da junta (hidrogênio fragilização) e até rachaduras.
Em segundo lugar, a poça fundida de soldagem é pequena e o resfriamento é rápido, o que dificulta que diversas reações metalúrgicas atinjam o estado de equilíbrio. A composição química da solda é irregular e o gás e o óxido na poça derretida não podem flutuar a tempo. É fácil formar defeitos como poros, inclusões de escória e até rachaduras.
As seguintes medidas são geralmente tomadas durante a soldagem a arco:
(1) Durante a soldagem, o metal fundido deve ser protegido mecanicamente para isolá-lo do ar. Existem três métodos de proteção: proteção contra gás, proteção contra escória e proteção combinada com escória gasosa.
(2) O tratamento metalúrgico da piscina de soldagem é realizado principalmente pela adição de uma certa quantidade de desoxidante (principalmente ferromanganês e ferrossilício) e uma certa quantidade de elementos de liga aos materiais de soldagem (revestimento do eletrodo, fio de soldagem e fluxo) para eliminar FeO no piscina durante a soldagem e compensar a perda de queima de elementos de liga.
Métodos comuns de soldagem a arco:
1. Soldagem a arco manual
A soldagem a arco manual é um dos métodos de soldagem a arco mais antigos e mais amplamente utilizados. Ele usa o eletrodo revestido como eletrodo e metal de adição, e o arco elétrico queima entre a extremidade do eletrodo e a superfície da peça a ser soldada. Por um lado, o revestimento pode produzir gás para proteger o arco sob a ação do calor do arco, por outro lado, pode produzir escória para cobrir a superfície da poça fundida para evitar a interação entre o metal fundido e o gás circundante .
O papel mais importante da escória é produzir reações físicas e químicas com o metal fundido ou adicionar elementos de liga para melhorar a energia do metal de solda. O equipamento de soldagem a arco manual é simples, portátil e flexível de operar. Pode ser utilizado para soldagem de costuras curtas em manutenção e montagem, principalmente para soldagem de peças de difícil acesso. A soldagem a arco manual com eletrodos correspondentes pode ser aplicada à maioria dos aços carbono industriais, aço inoxidável, ferro fundido, cobre, alumínio, níquel e suas ligas.
2. Soldagem por arco submerso
A soldagem por arco submerso (SAW) é um método de soldagem com eletrodo de fusão, no qual o fluxo granular é usado como meio de proteção e o arco é enterrado sob a camada de fluxo. O processo de soldagem por arco submerso é composto por três elos: 1. Aplicar fluxo granular suficiente e uniformemente nas juntas das soldagens a serem soldadas; 2. O bico condutor e a soldagem são conectados a dois níveis de fonte de alimentação de soldagem, respectivamente, para gerar arco de soldagem; 3 Alimente automaticamente o fio de soldagem e mova o arco para soldagem.
As principais características da soldagem por arco submerso são as seguintes:
① Desempenho de arco exclusivo
Alta qualidade de solda A escória tem bom efeito de proteção do ar. O principal componente da zona de arco é o CO2. O teor de nitrogênio e o teor de oxigênio no metal de solda são bastante reduzidos. Os parâmetros de soldagem são ajustados automaticamente, o percurso do arco é mecanizado, a poça de fusão existe por muito tempo, a reação metalúrgica é suficiente e a resistência ao vento é forte, então a composição da solda é estável e as propriedades mecânicas são boas;
Boas condições de trabalho, a luz do arco de isolamento de escória é propícia à operação de soldagem; Caminhada mecanizada, baixa intensidade de trabalho.
② A intensidade do campo elétrico da coluna de arco é alta, que possui as seguintes características em comparação com a soldagem MIG
O equipamento possui bom desempenho de ajuste. Devido à alta intensidade do campo elétrico e à alta sensibilidade do sistema de ajuste automático, a estabilidade do processo de soldagem é melhorada;
O limite inferior da corrente de soldagem é alto.
③ Alta eficiência de produção Como o comprimento condutor do fio de soldagem é encurtado, a corrente e a densidade da corrente são significativamente melhoradas, de modo que a capacidade de penetração do arco e a taxa de deposição do fio de soldagem são bastante melhoradas; Devido ao efeito de isolamento térmico do fluxo e da escória, a eficiência térmica geral aumenta bastante, o que melhora muito a velocidade de soldagem.
Âmbito de aplicação:
Devido à grande penetração, alta produtividade e alto grau de operação mecânica, a soldagem por arco submerso é adequada para soldar soldas longas de estruturas de placas médias e grossas. É amplamente utilizado na construção naval, caldeiras e vasos de pressão, pontes, máquinas com excesso de peso, estruturas de usinas nucleares, estruturas marítimas, armas e outros setores de manufatura, e é um dos métodos de soldagem mais comumente usados na produção de soldagem atual.
Além da conexão de componentes em estruturas metálicas, a soldagem por arco submerso também pode sobrepor camadas de liga resistentes ao desgaste ou à corrosão na superfície do metal base.
Com o desenvolvimento da tecnologia de metalurgia de soldagem e da tecnologia de produção de materiais de soldagem, os materiais que podem ser soldados por soldagem a arco submerso desenvolveram-se de aço estrutural de carbono a aço estrutural de baixa liga, aço inoxidável, aço resistente ao calor e alguns metais não ferrosos, como liga à base de níquel, liga de titânio, liga de cobre, etc.
Pelas suas características próprias, sua aplicação também apresenta algumas limitações, incluindo principalmente:
① Para a limitação da posição de soldagem, devido ao motivo da manutenção do fluxo, se nenhuma medida especial for tomada, a soldagem por arco submerso é usada principalmente para soldar as soldas de posição horizontal e descendente, mas não para soldagem horizontal, vertical e suspensa;
② Devido à limitação dos materiais de soldagem, não é permitido soldar alumínio, titânio e outros metais altamente oxidantes e suas ligas, que são utilizados principalmente para soldagem de metais ferrosos;
③ É adequado apenas para soldagem e corte de soldas longas e não pode soldar soldas com espaço limitado;
④ O arco elétrico não pode ser observado diretamente;
⑤ Não é aplicável a placas finas e soldagem de baixa corrente.
3. Soldagem a arco de gás tungstênio
Este é um tipo de soldagem a arco com proteção a gás com eletrodo sem fusão, que usa o arco entre o eletrodo de tungstênio e a peça de trabalho para derreter o metal e formar a solda. O eletrodo de tungstênio não derrete durante a soldagem e atua apenas como eletrodo. Ao mesmo tempo, argônio ou hélio são enviados para o bico da tocha de soldagem para proteção. Metais adicionais também podem ser adicionados conforme necessário. Geralmente é chamada de soldagem TIG no mundo.
A soldagem a arco de gás tungstênio é um excelente método para conectar chapas metálicas e soldagem de apoio porque pode controlar bem a entrada de calor. Este método pode ser utilizado para unir quase todos os metais, principalmente para soldagem de alumínio, magnésio, que podem formar óxidos refratários, e metais ativos como titânio e zircônio. A qualidade da soldagem deste método de soldagem é alta, mas em comparação com outras soldagem a arco elétrico, a velocidade de soldagem é lenta.
4. GMAW
GMAW pertence ao método de soldagem por fusão que utiliza o arco como fonte de calor. Seu arco é baseado na poça de fusão formada pela mistura do metal do fio fundido e do metal base entre o fio de soldagem alimentado continuamente e a poça de fusão. Após a remoção da fonte de calor do arco, a solda é formada por cristalização e o metal base separado é conectado por metalurgia.
Características da soldagem CO2:
① O CO2 será decomposto em CO, O2 e O sob a alta temperatura do arco de soldagem, que tem um forte efeito de compressão no arco. Como resultado, o formato do arco deste método de soldagem tem as características de pequeno diâmetro da coluna do arco, pequena área de base do arco e muitas vezes é difícil cobrir todas as gotas na extremidade do fio de soldagem. Portanto, a resistência de transferência (força pontual) da gota é grande, tornando a gota mais grossa, a propriedade axial do caminho de transição piora e a taxa de respingos é grande;
② A área de soldagem está bem protegida. A densidade do CO2 é a maior entre os gases de proteção comuns. Além disso, o volume do gás CO2 aumenta após a decomposição térmica, portanto a proteção é boa;
③ A energia é relativamente concentrada e a capacidade de penetração é grande;
④ Baixo custo de produção e economia de energia;
⑤ Em termos de processo e tecnologia, a área de soldagem possui boa visibilidade, o que é conveniente para observação e operação; A zona afetada pelo calor da soldagem e a deformação da soldagem são pequenas; O volume da poça fundida é pequeno, a velocidade de cristalização é rápida e o desempenho de soldagem em todas as posições é bom; A vantagem da baixa sensibilidade à ferrugem.
Características metalúrgicas:
① Oxidação de elementos de liga Durante a soldagem com CO2, sob a ação da alta temperatura do arco, o CO2 será decomposto em CO, O2 e O. Sob condições de soldagem, o CO é insolúvel em metais e não participa da reação. CO2 e O têm forte oxidação, o que oxida o Fe e outros elementos da liga.
② Desoxidação e liga do metal de solda? Geralmente, uma certa quantidade de desoxidante é adicionada ao fio de soldagem para desoxidação. Além disso, o desoxidante restante é deixado na solda como um elemento de liga para compensar a perda de oxidação e queima e garantir os requisitos de composição química da solda.
Transferência de gotículas:
① A transferência de curto-circuito (arco curto, fio fino, corrente pequena) é adequada para soldagem em todas as posições de placas finas;
② Transição de grão fino, fio grosso, arco longo, soldagem de alta corrente;
③ Transferência de gotículas de arco submerso (raramente usado).
Âmbito de aplicação:
Atualmente, a soldagem protegida com gás CO2 é amplamente utilizada na fabricação de locomotivas, fabricação de navios, fabricação de automóveis, fabricação de máquinas para mineração de carvão e outros campos. É adequado para soldar aço de baixo carbono, aço de baixa liga, aço de baixa liga e alta resistência, mas não é adequado para soldar metais não ferrosos e aço inoxidável. Embora alguns dados mostrem que a soldagem protegida com gás CO2 pode ser usada para soldagem de aço inoxidável, não é a primeira escolha para soldagem de aço inoxidável.
5. Soldagem a arco de plasma
O bocal de resfriamento de água e outras medidas podem reduzir a área da seção transversal da área da coluna do arco e aumentar significativamente a temperatura do arco, a densidade de energia e a taxa de fluxo do plasma. Este tipo de arco que comprime a coluna do arco com restrições externas é denominado arco plasma.
O arco de plasma é uma forma especial de arco, que é um tipo de arco com alta densidade de energia e ainda é um fenômeno condutor de gás. A soldagem a arco de plasma é um método que usa o calor do arco de plasma para aquecer e derreter a peça de trabalho e o metal base para realizar a soldagem.
A soldagem a arco de plasma inclui soldagem a arco de plasma tipo buraco de fechadura e soldagem a arco de micro plasma.
Arco de plasma perfurado:
Quando a corrente de soldagem é de 100 ~ 300A, a junta não precisa ser chanfrada e não há folga. Durante a soldagem, o arco de plasma pode penetrar completamente na soldagem e formar um pequeno furo passante, o metal fundido é espremido ao redor do furo, o arco se move, o furo se move com ele e uma solda é formada atrás dele, de modo a realizar um soldagem lateral e formação de dois lados ao mesmo tempo. O limite superior da espessura da chapa que pode ser soldada por este método é: 7mm para aço carbono e 10mm para aço inoxidável.
Arco de microplasma:
A corrente de soldagem é de 0.1 ~ 30A e a espessura da soldagem é de 0.025 ~ 2.5 mm. Além disso, há também soldagem a arco de plasma de fusão aplicável à soldagem de cobre e ligas de cobre, que pode ser usada para soldagem de penetração profunda de placas grossas ou soldagem de alta velocidade de placas finas, bem como soldagem a arco MIG de soldagem de superfície, que pode resolver a soldagem a arco de plasma AC (polaridade variável) e outros métodos de processo de soldagem a arco de plasma de liga de alumínio. Os principais parâmetros do processo de soldagem a arco de plasma incluem corrente de soldagem, velocidade de soldagem, fluxo de gás de proteção, fluxo de gás iônico, estrutura e abertura do bico da tocha, etc.
Corte por arco de plasma: Refere-se ao método de corte que usa o fluxo de arco de alta temperatura e alta velocidade do arco de plasma para derreter localmente o metal do entalhe de modo a evaporar e usa o fluxo de ar de alta velocidade ou fluxo de água para soprar o material derretido longe do substrato para formar o entalhe.
característica:
① O arco de plasma possui alta densidade de energia, alta temperatura da coluna do arco e forte capacidade de penetração. O aço com espessura de 10 ~ 12 mm pode ser formado em ambos os lados sem ranhura e pode ser soldado uma vez. A velocidade de soldagem é rápida, a produtividade é alta e a deformação por tensão é pequena;
② A seção de solda tem o formato de uma taça de vinho, sem penetração dos dedos;
③ A retilineidade do arco é boa e a flutuação da poça de fusão é pequena devido à flutuação do comprimento do arco;
④ O arco é estável em 0.1A e ainda possui uma característica estática relativamente plana. Com uma fonte de corrente constante, a placa fina pode ser bem soldada (0.1 mm);
⑤ O eletrodo de tungstênio encolhe para dentro para evitar a inclusão de tungstênio na solda;
A tecnologia de soldagem de furos pequenos é adotada para realizar soldagem de lado único e formação de lado duplo;
⑦ O equipamento é complexo e o consumo de gás é grande, por isso só é adequado para soldagem interna. A acessibilidade da pistola de soldagem é pior que a TIG;
⑧ O diâmetro do arco é pequeno, portanto o eixo da pistola de soldagem precisa estar alinhado com mais precisão com a linha central da solda.
Reação metalúrgica: única, apenas evaporação.
Fonte de alimentação: fonte de alimentação com queda acentuada, conexão positiva DC; A fonte de alimentação CA e de queda acentuada deve ser usada para soldagem de alumínio e magnésio, e medidas de abertura de arco e estabilização devem ser tomadas. Materiais de soldagem: gás de proteção, eletrodo de tungstênio.
Âmbito de aplicação: É amplamente utilizado na produção industrial, especialmente na soldagem de cobre e ligas de cobre, titânio e ligas de titânio, ligas de aço, aço inoxidável, molibdênio e outros metais utilizados na indústria militar, como aeroespacial e tecnologia industrial de ponta. , como projéteis de mísseis de liga de titânio, alguns contêineres de paredes finas em aeronaves, etc.
6. Soldagem a arco de fio tubular
A soldagem a arco com fio tubular também utiliza o arco ardente entre o fio de soldagem alimentado continuamente e a peça como fonte de calor, o que pode ser considerado um tipo de soldagem MIG. O fio de soldagem usado é o fio de soldagem tubular e o tubo é preenchido com vários componentes do fluxo de soldagem. Durante a soldagem, aplique gás de proteção, principalmente CO2. Quando aquecido, o fluxo se decompõe ou derrete, desempenhando o papel de escória para proteger a poça fundida, liga e estabilização do arco.
Além das vantagens acima da soldagem MIG, a soldagem a arco de arame tubular tem mais vantagens na metalurgia devido ao papel do fluxo no tubo. A soldagem a arco de arame tubular pode ser aplicada à soldagem de várias juntas da maioria dos metais ferrosos. A soldagem a arco de arame tubular tem sido amplamente utilizada em alguns países industriais avançados. O “fio de soldagem tubular” agora é conhecido como “fio fluxado”.