Einführung in die Grundlagen und Technologie des Unterpulverschweißens

Elektrisch Bogen:Ein starkes und anhaltendes Gasentladungsphänomen, bei dem eine bestimmte Spannung zwischen den positiven und negativen Elektroden anliegt und das Gasmedium zwischen den beiden Elektroden ionisiert sein muss. Beim Zünden eines schweißenBeim Lichtbogenschweißen werden üblicherweise zwei Elektroden (eine Elektrode ist das Werkstück, die andere der Schweißdraht oder die Schweißelektrode) an die Stromquelle angeschlossen, kurzzeitig berührt und schnell wieder getrennt. Beim Kontakt der beiden Elektroden entsteht ein Kurzschluss, der einen Lichtbogen bildet. Dieses Verfahren wird als Kontaktlichtbogenschweißen bezeichnet. Solange die Stromquelle eine bestimmte Potenzialdifferenz zwischen den beiden Polen aufrechterhält, kann der Lichtbogen aufrechterhalten werden.

Bogeneigenschaften:Niedrige Spannung, hoher Strom, hohe Temperatur, hohe Energiedichte, gute Mobilität usw. Im Allgemeinen kann eine Spannung von 20–30 V eine stabile Lichtbogenzündung gewährleisten, und der Lichtbogenstrom kann von einigen zehn bis zu mehreren tausend Ampere reichen, um den Schweißanforderungen verschiedener Werkstücke gerecht zu werden. Die Temperatur des Lichtbogens kann über 5000 K erreichen und ist zum Schmelzen verschiedener Metalle geeignet.

Bogenzusammensetzung:Kathodenzone, Anodenzone und Lichtbogensäulenzone.

Lichtbogenschweißstromquelle:Die zum Schweißen verwendete Stromquelle wird als Lichtbogenschweißstromquelle bezeichnet und kann üblicherweise in vier Kategorien unterteilt werden: Wechselstrom-Lichtbogenschweißstromquelle, Gleichstrom-Lichtbogenschweißstromquelle, Impuls-Lichtbogenschweißstromquelle und Inverter-Lichtbogenschweißstromquelle.

Gleichstrom-PluspolanschlussWenn bei einer Gleichstrom-Schweißmaschine das Werkstück an die Anode und der Schweißdraht an die Kathode angeschlossen wird, spricht man von positiver Gleichstromverbindung. Dabei wird das Werkstück stärker erhitzt, was sich zum Schweißen dicker und großer Werkstücke eignet;

Gleichstrom-Rückanschluss: Wenn das Werkstück an die Kathode und der Schweißdraht an die Anode angeschlossen ist, spricht man von umgekehrter Gleichstromverbindung. Dabei erhitzt sich das Werkstück weniger stark, was sich besonders für das Schweißen dünner und kleiner Werkstücke eignet. Beim Schweißen mit einem Wechselstrom-Schweißgerät gibt es aufgrund der wechselnden Polarität der beiden Pole keine Probleme mit Plus- oder Minuspolung.

Der metallurgische Prozess des Schweißens umfasst die Wechselwirkung von flüssigem Metall, Schlacke und Gas beim Lichtbogenschweißen, einem Prozess des Umschmelzens von Metall. Aufgrund der besonderen Schweißbedingungen weist der chemisch-metallurgische Schweißprozess jedoch andere Merkmale auf als allgemeine Schmelzprozesse.

ErstensDie metallurgische Temperatur beim Schweißen ist hoch, die Phasengrenze groß und die Reaktionsgeschwindigkeit hoch. Dringt Luft in den Lichtbogen ein, unterliegt das flüssige Metall starken Oxidations- und Nitrierreaktionen sowie einer starken Metallverdampfung. Das in der Luft enthaltene Wasser sowie die Wasserstoffatome, die sich bei hohen Lichtbogentemperaturen aus Öl, Rost und Wasser im Werkstück und Schweißgut zersetzen, können sich im flüssigen Metall lösen. Dies führt zu einer Verringerung der Plastizität und Zähigkeit der Verbindung (Wasserstoffversprödung) und sogar zur Rissbildung.

ZweitensDas Schmelzbad ist klein und kühlt schnell ab, wodurch es verschiedenen metallurgischen Reaktionen erschwert wird, ein Gleichgewicht zu erreichen. Die chemische Zusammensetzung der Schweißnaht ist ungleichmäßig, und Gase, Oxide usw. im Schmelzbad können nicht rechtzeitig entweichen, was leicht zur Bildung von Fehlern wie Poren, Schlackeneinschlüssen und sogar Rissen führen kann.

Beim Lichtbogenschweißen werden üblicherweise folgende Maßnahmen ergriffen:

• Beim Schweißen wird das flüssige Metall mechanisch geschützt, um es von der Luft zu isolieren. Es gibt drei Schutzmethoden: Gasschutz, Schlackenschutz und kombinierter Gas-Schlackenschutz.

(2) Die metallurgische Behandlung des Schmelzbades erfolgt hauptsächlich durch Zugabe einer bestimmten Menge Desoxidationsmittel (hauptsächlich Mangan- und Siliziumeisen) und einer bestimmten Menge Legierungselemente zu den Schweißzusätzen (Elektrodenumhüllung, Schweißdraht, Flussmittel), um FeO während des Schweißprozesses aus dem Schmelzbad zu entfernen und den Verlust an Legierungselementen auszugleichen. Gängige Lichtbogenschweißverfahren

Das Unterpulverschweißen ist ein Schweißverfahren mit schmelzender Elektrode, bei dem ein körniges Flussmittel als Schutzmedium dient und der Lichtbogen unter der Flussmittelschicht verborgen wird. Der Schweißprozess beim Unterpulverschweißen besteht aus drei Schritten:

1. gleichmäßig ausreichend körniges Flussmittel an der zu verschweißenden Stelle auf dem Werkstück auftragen;
2. Verbinden Sie zwei Stufen der Schweißstromversorgung mit der leitfähigen Düse bzw. dem Schweißstück, um einen Schweißlichtbogen zu erzeugen;
3. Automatische Drahtzufuhr und Lichtbogenführung zum Schweißen.

Die wichtigsten Merkmale des Unterpulverschweißens sind folgende:

1. Einzigartige Bogenleistung

• Hohe Schweißnahtqualität, gute Schlackenisolierung und Luftschutzwirkung, die Hauptkomponente der Lichtbogenzone ist CO2Der Stickstoff- und Sauerstoffgehalt im Schweißgut wird stark reduziert, die Schweißparameter werden automatisch angepasst, das Lichtbogenverhalten wird mechanisiert, das Schmelzbad bleibt lange bestehen, die metallurgische Reaktion ist ausreichend, die Windbeständigkeit ist hoch, daher ist die Schweißnahtzusammensetzung stabil und die mechanischen Eigenschaften sind gut;
• Gute Arbeitsbedingungen und eine Lichtbogenbeleuchtung mit Schlackenisolierung sind vorteilhaft für Schweißarbeiten; mechanisiertes Gehen führt zu einer geringeren Arbeitsbelastung.

2. Die elektrische Feldstärke der Lichtbogensäule ist höher als die beim Metall-Schutzgasschweißen und weist folgende Eigenschaften auf:

• gute Einstellleistung der Ausrüstung. Aufgrund der hohen elektrischen Feldstärke ist die Empfindlichkeit des automatischen Einstellsystems höher, was die Stabilität des Schweißprozesses verbessert;
• Die untere Grenze des Schweißstroms ist relativ hoch.

3. Durch die verkürzte Leiterlänge des Schweißdrahts erhöhen sich Stromstärke und Stromdichte deutlich, was zu einer hohen Produktionseffizienz führt. Dies verbessert die Lichtbogendurchdringung und die Abschmelzleistung des Schweißdrahts erheblich. Dank der wärmeisolierenden Wirkung von Flussmittel und Schlacke wird der thermische Wirkungsgrad insgesamt deutlich gesteigert, was eine signifikante Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit zur Folge hat.

Anwendungsbereich:

Aufgrund der hohen Eindringtiefe, der hohen Produktivität und der präzisen mechanischen Steuerung eignet sich das Unterpulverschweißen hervorragend für lange Schweißnähte an mittelstarken und dicken Blechkonstruktionen. Es findet breite Anwendung im Schiffbau, Kessel- und Druckbehälterbau, Brückenbau, Schwerlastmaschinenbau, Kernkraftwerksbau, maritimen Anlagenbau, Waffentechnik und anderen Fertigungsbereichen und zählt heute zu den gängigsten Schweißverfahren. Neben der Verbindung von Bauteilen in Metallkonstruktionen können mit dem Unterpulverschweißen auch verschleiß- und korrosionsbeständige Legierungsschichten auf die Oberfläche des Grundwerkstoffs aufgebracht werden. Mit der Weiterentwicklung der Schweißmetallurgie und der Schweißzusatzwerkstoff-Technologie hat sich das Spektrum der mit dem Unterpulverschweißen verschweißbaren Werkstoffe von Baustahl auf niedriglegierten Baustahl, Edelstahl, hitzebeständigen Stahl und einige Nichteisenmetalle wie Nickelbasislegierungen, Titanlegierungen, Kupferlegierungen usw. erweitert.

Aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften weist seine Anwendung auch gewisse Einschränkungen auf, hauptsächlich aufgrund folgender Punkte:

• Einschränkungen bei der Schweißposition. Aufgrund der Flussmittelrückstände eignet sich das Unterpulverschweißen ohne besondere Maßnahmen hauptsächlich für horizontale und nach unten gerichtete Schweißungen und ist nicht für horizontale, vertikale und nach oben gerichtete Schweißungen geeignet.
• Die Einschränkung von Schweißmaterialien besteht darin, dass sie nicht zum Schweißen von stark oxidierenden Metallen und Legierungen wie Aluminium und Titan geeignet sind und hauptsächlich zum Schweißen von Eisenmetallen verwendet werden;
• Nur geeignet zum Schweißen und Schneiden langer Schweißnähte, nicht geeignet zum Schweißen von Schweißnähten mit begrenzten räumlichen Positionen;
• Den Bogen kann man nicht direkt beobachten;

(5) Nicht geeignet für Dünnblech- und Niedrigstromschweißungen.