4 Consumabili importanti della saldatura ad arco
Questo articolo getta luce sui quattro importanti materiali di consumo della saldatura ad arco. I materiali di consumo sono: - 1. Elettrodi rivestiti 2. Canne e fili per saldatura 3. Flussi di saldatura 4. Gas di protezione.
Elettrodi rivestiti consumabili # 1.:
Quasi tutte le saldature generiche sono eseguite mediante saldatura ad arco in metallo schermato utilizzando elettrodi rivestiti. Gli elettrodi rivestiti sono costituiti dal filo centrale con una copertura di materiale di rivestimento. Il filo principale utilizzato per gli elettrodi è realizzato secondo determinati standard nazionali o internazionali che specificano il calibro del filo, la composizione del materiale, le regole di accettazione, ecc.
Gli elettrodi per la saldatura ad arco manuale e automatica di acciai a basso e medio tenore di carbonio e acciai basso legati sono per lo più realizzati in acciaio al carbonio allo 012%.
Il diametro del filo per elettrodi di solito varia tra 3, 15 e 12, 50 mm con i diametri standard intermedi di 4, 00, 5, 00, 6, 30, 8, 00 e 10, 00 mm. La lunghezza di questi elettrodi rivestiti varia tra 350 e 450 mm con una porzione nuda (senza rivestimento) compresa tra 20 e 30 mm da cui è tenuta in un supporto per elettrodi.
Le composizioni chimiche dei fili di base per acciai a basso e medio tenore di carbonio sono riportate nella tabella 5.1A e per i fili di base dell'elettrodo in acciaio dolce nella tabella 5.1B .:
Materiali di consumo 2. Canne e fili per saldatura:
I fili e le aste di saldatura nuda sono utilizzati in brevi tratti di circa 1 metro o in bobine in bobine. Mentre le lunghezze corte sono utilizzate per processi come GTAW e saldatura ad arco al plasma in cui non fanno parte del circuito di saldatura, i fili lunghi vengono impiegati per processi come GMAW e SAW dove una parte del filo conduce corrente quando un filo di saldatura forma parte del circuito elettrico è chiamato un elettrodo di saldatura altrimenti è indicato come un'asta di saldatura.
La maggior parte dei fili utilizzati per la saldatura dell'acciaio strutturale contengono solitamente 0-10% di carbonio e 0-35% di 0-60% di manganese. Altri hanno aumentato il contenuto di manganese. Alcuni altri tipi hanno aumentato la quantità di carbonio, manganese e silicio.
L'eccesso di silicio nel filo di saldatura causa spruzzi pesanti, gassificazione nel bagno di saldatura e materiali non metallici nel metallo di saldatura. Il contenuto massimo di silicio consentito, quindi, è fino a 0-95%.
Il contenuto di impurità nocive come lo zolfo e il fosforo non deve superare lo 0-04% ciascuno. In alcuni fili, in particolare quelli utilizzati per la saldatura di acciai legati, la quantità massima di zolfo e fosforo ammessa è dello 0-03% ciascuno.
L'intervallo del diametro del filo si estende da 0-5 a 2-5 mm con 0-5, 0-6, 0-8, 0-9, 1-0, 1-2, 1-6, 2-0, 2- Sono normalmente disponibili fili di diametro 4 e 2-5 mm. Le saldatrici usano fili continui in bobine. A seconda del diametro del filo, una bobina può pesare da 5 a 500 kg e misurare da 150 a 1000 mm.
I fili di saldatura sono solitamente rivestiti in rame per prevenire la ruggine e per migliorare il prelievo di corrente dal tubo di contatto, ma aiutano anche a disegnare fili attraverso le matrici. Per evitare effetti dannosi e desquamazione del rivestimento in rame, di solito si mantiene molto sottile e la quantità massima di rame è specificata allo 0-4% in peso del filo.
Oltre agli acciai a basso tenore di carbonio, i fili per saldatura sono prodotti anche da acciai inossidabili, alluminio e sue leghe, leghe di nichel, leghe di magnesio, leghe di titanio e leghe di rame.
I fili di saldatura sono disponibili sia in forma solida che tubolare, quest'ultima contiene un flusso in essa.
Specifiche per fili e barre solidi :
Diversi sistemi sono in uso per specificare elettrodi o barre di saldatura. La specifica AWS è uno dei ben noti sistemi di codifica. Consiste in una lettera di prefisso o lettere seguite da due figure e la lettera S e quindi un suffisso che può essere una figura o una lettera o entrambi.
L'identificazione AWS per elettrodi e barre in acciaio al carbonio nudo per saldatura ad arco schermato con gas può essere spiegata considerando un codice che dice ER - 70S-1
ER - Il prefisso indica un elettrodo o un'asta di saldatura
70 - indica il carico di rottura minimo come saldato di 70.000 psi (5000 N / mm 2 )
S - indica elettrodo solido o asta
1 ...... .. 6- Il numero del suffisso indica l'analisi chimica o altro fattore di usabilità, ad es. 1 indica 0-07% di carbonio e 0-30% di silicio.
Tutti questi fili e barre sono normalmente destinati all'uso con una polarità profonda e molti di essi sono progettati per essere utilizzati con CO 2 come gas di protezione.
Il sistema AWS adottato per l'identificazione di cavi in acciaio al carbonio nudo per saldatura ad arco sommerso è il seguente:
Ha una prefisso E per indicare un elettrodo. Questo è seguito da una lettera L o M o H per indicare il livello di manganese; L sta per basso, M per medio, e H per alto contenuto di manganese. È seguito da una o due cifre per rappresentare la quantità media di carbonio in centesimi di una percentuale, ad esempio 8 significa 0 08% di carbonio. La lettera suffisso K viene utilizzata per indicare il contenuto di silicio superiore allo 0 05%.
Esempi :
EL8 - Basso manganese (0-30 - 0-55%), contenuto di carbonio medio 0-08%, 0-05% di silicio
EL8K - (0-30 - 0-55)% Mn, 0-08% C, (0-10-0-20)% Si
EM12 - (0-85 - 1-25%) Mn, (0-09 - 0-15)% C, 0-05% Si
EH 14 - (1-75 -2-25)% Mn, (0-10 - 0-18)% C, 0-05% Si
Alcuni di questi fili sono di composizione molto simile a quelli utilizzati per la saldatura ad arco con gas in metallo.
Elettrodi tubolari o fili animati:
Il filo animato è costituito da una guaina metallica che racchiude un nucleo di flusso. Il flusso contenuto nell'elettrodo svolge essenzialmente le stesse funzioni del rivestimento su un elettrodo coperto, cioè agisce come disossidante, scoria, stabilizzatore di arco e può fornire elementi di lega e il gas di protezione.
Ci sono due ragioni principali per l'introduzione del filo animato, cioè, a differenza del filo solido, non ha necessariamente bisogno di billette d'acciaio di composizione specifica per la sua produzione in quanto può essere prodotto da strisce di materiale desiderato; inoltre è più facile da usare in particolare per la saldatura di tubi posati in posizione fissa.
I fili animati, nella loro forma attuale, furono introdotti nel 1956 negli Stati Uniti. Inizialmente la striscia contenente il flusso è stata portata al diametro richiesto mediante piegatura, ma gli sviluppi successivi hanno dato come risultato un tubo metallico senza saldatura attorno al nucleo che contiene il flusso. Sono disponibili i fili animati di diversa configurazione, alcuni dei quali sono mostrati in Fig. 5.1.
Inizialmente i fili animati sono stati prodotti con dimensioni del diametro di 3, 2 mm, ma ora sono disponibili con diametro fino a 11 mm.
I tipici fili animati sono utilizzati con CO 2 come gas di protezione con flusso contenente i costituenti delle scorie e gli elementi di lega. In molti casi, i fili contengono anche polvere di ferro, fili inseriti o strisce metalliche che sono parzialmente conduttive.
Il diametro del filo normalmente varia tra 1-2 e 4 mm con flusso che normalmente costituisce il 5 -25% in peso del filo totale, con un'efficienza di deposizione compresa tra l'85 e il 95%.
Tipi di fili animati da flusso:
La maggior parte dei fili animati per saldatura degli acciai al carbonio sono del tipo rutile in cui il TiO 2 (biossido di titanio) è il principale costituente di scoria. Questi fili consentono saldature relativamente senza spruzzi e producono saldature con superficie liscia e scorie facilmente rimovibili.
I fili animati dal tipo base, tuttavia, sono più popolari. Le scorie che formano i costituenti di questi fili sono fluoruro di calcio, pietra calcarea, carbonati di terra alcalina e ossidi. Utilizzati con correnti basse questi fili danno più spruzzi, tuttavia, con una corrente più elevata il trasferimento del metallo è fluido con piccoli spruzzi. Con gli acciai al carbonio, i fili di base forniscono saldature con una migliore resistenza all'impatto rispetto agli elettrodi rutili. Un'ulteriore caratteristica che colpisce del metallo di saldatura ottenuto utilizzando fili animati di base è la sua insensibilità alla ricottura antistress. Dopo la ricottura a circa 600 ° C, la temuta caduta della forza d'impatto non ha luogo.
Mentre il contenuto di idrogeno del metallo di saldatura negli elettrodi rivestiti di base, anche se completamente essiccato prima dell'uso, è di 3 ml / 100 g di metallo di saldatura, può essere di 1-2 ml / 100 g di metallo di saldatura per il flussante fili animati.
Esistono due principali tipi di fili per elettrodi animati, cioè conduttori singoli e multi-corsa. Il primo dà un contenuto piuttosto elevato di manganese e silicio nel metallo di saldatura rispetto al secondo. Inoltre, i fili animati dal flusso possono essere schermati a gas o autoprotetti (non schermatura di gas esterna), cioè, sono schermati dal gas prodotto dalla decomposizione e dalla vaporizzazione del nucleo di flusso. In quest'ultimo caso la scoria fusa protegge la goccia durante il trasferimento del metallo.
I conduttori animati di CO 2 schermati e auto-schermati sono stati utilizzati sempre più principalmente per la saldatura di acciaio di spessore superiore a 12 mm, per il quale la loro principale attrazione è stata la capacità di depositare il metallo in modo continuo e molto rapido utilizzando sistemi di saldatura semi-automatici. C'è stata una crescita simultanea nell'uso di GMAW con miscela di gas ricca di argon per acciai da saldatura, principalmente con spessore inferiore a 12 mm. Il vantaggio principale di questo è stata la combinazione di alta velocità di saldatura con buona finitura e minimo spruzzi e scorie.
Il sistema di codifica per l'identificazione dei fili animati dal flusso segue lo stesso schema dei fili solidi GMAW, ma è specifico per gli elettrodi tubolari.
Prendi ad esempio E60T - 7
Qui,
E - Indica un elettrodo.
60 - Indica 60.000 psi (420 N / mm) come resistenza minima alla tensione saldata.
T - Indica elettrodo tubolare, fabbricato o animato.
7 - Una cifra compresa tra 1 e 8 come suffisso indica la chimica del metallo di saldatura depositato, del gas di protezione e del fattore di usabilità.
Tra le specifiche più popolari vi sono il tipo rutilo (E70T - 1 & E70T - 2), il tipo con schermatura automatica (E70T - 4) e il tipo base (E70T - 5).
Oltre ai fili animati di base in acciaio al carbonio, sono stati sviluppati anche fili animati in acciaio basso legato che consentono di produrre metallo di saldatura adatto alla maggior parte dei tipi di acciaio e per i diversi requisiti tecnici. Per saldare acciai da costruzione a grana fine ad alta resistenza, è stato possibile utilizzare fili animati con lega di nichel, molibdeno e cromo che prima era opportuno saldare con elettrodi rivestiti basici e fondenti.
La tecnologia del filo animato ha fatto sì che gli utenti passassero dal processo di filo continuo CO 2 al processo del filo animato per vari vantaggi. Il processo è molto più rapido, semplice ed economico della saldatura ad arco sommerso, con una maggiore produttività in alcune applicazioni, ad esempio nella costruzione navale, i cavi tubolari o animati vengono utilizzati anche per superfici e applicazioni SAW.
Un filo animato in cui il flusso è stato sostituito da polveri metalliche, viene utilizzato con gas di protezione ricco di argon per depositare metallo saldato a tassi molto elevati in piastre di acciaio da 5 a 60 mm di spessore. Hanno buone proprietà meccaniche, sono quasi prive di spruzzi e scorie basse. Anche il fumo è basso e la rimozione delle scorie tra una corsa e l'altra non è necessaria.
Filo animato La saldatura MIG combina le migliori caratteristiche sia della schermatura a gas inerte che della tecnologia a nucleo animato. Il filo solido viene sostituito con un filo animato in cui il nucleo è costituito da polveri metalliche e disossidanti invece dei normali flussi formanti scorie. Quando questo filo viene depositato sotto un gas di protezione costituito da argon con una piccola percentuale di saldature di CO 2 sono praticamente identici alle saldature MIG ma con percentuali di deposizione più elevate associate ai fili animati.
I fili animati sono generalmente realizzati con dimensioni del diametro di 1, 6 mm e sono progettati per la saldatura in tutte le posizioni con una percentuale maggiore di recupero se utilizzati con gas ricco di argon e non producono praticamente scorie. Il recupero percentuale definito come il rapporto tra il peso del metallo depositato e il peso dei materiali di consumo utilizzati moltiplicato per 100 varia da un processo all'altro come mostrato nella tabella 5.3.
Materiali di consumo n. 3. Flussi di saldatura:
Il flusso è un aspetto essenziale del processo di saldatura ad arco sommerso e serve ai seguenti scopi:
1. Quella parte del flusso che si scioglie galleggia come una coperta liquida sul metallo fuso, lo protegge dagli effetti deleteri dell'atmosfera circostante, riducendo così la raccolta di ossigeno e azoto.
Un'idea sull'efficacia di un flusso nella protezione del pool di saldatura dalla contaminazione atmosferica può essere ottenuta dal contenuto di azoto del metallo di saldatura. Nella saldatura con elettrodi scoperti, il contenuto di azoto del metallo di saldatura è alto come lo 0-18%. Gli elettrodi rivestiti pesanti mantengono la cifra a 0-026% mentre in SAW c'è un massimo di 0 005% di azoto nel deposito di saldatura.
2. Agisce come un buon isolante e concentra il calore in una zona di saldatura relativamente piccola, quindi migliora la fusione del metallo fuso dall'elettrodo di saldatura e dal materiale madre.
3. Agisce come detergente per il metallo di saldatura, assorbe le impurità e aggiunge elementi leganti come il manganese e il silicio.
4. A causa del flusso, il metallo di saldatura non solo è pulito, ma è anche più denso e quindi ha proprietà fisiche eccellenti.
5. La coperta di flusso migliora l'efficienza del processo riducendo gli spruzzi e le perdite di combustione, che sono inevitabili con un arco aperto ordinario.
Composizione e classificazione chimica dei flussi SAW:
I costituenti dei flussi sono fondamentalmente materie prime di origine geologica che si basano su silice, silicati, calcare, argilla, ossidi, fluoruri e altri minerali. Molti costituenti di un flusso non migliorano molto le sue proprietà ma sono presenti principalmente come residuo; tuttavia, in una certa misura, possono influenzarne il comportamento fisico e chimico.
Generalmente un flusso SAW è costituito da quarzo (SiO 2 ), hausmanile (Mn 3 O 4 ), corindone (Al 2 O 3 ), periclase (MgO), calcite (CaCO 3 ), fluorite (CaF 2 ), calcare (CaO), zirconia (ZrO 2 ), criolite (Na 3 AlF 6 ), dolomite (CaMg (CO 3 ) 2 ), ferro-silicio (FeSi 2 ), magnesite (MgCO 3 ), rodenite (MnSi0 3 ), rutilo (TiO 2 ), wellastonite (CaSiO 3 ), zircon (ZrSiO 4 ), nonché ossidi di bario, sodio, potassio e ferro, cioè BaO, Na 2 O, K 2 O e FeO. Può consistere di tutti questi elementi o di alcuni di essi nelle proporzioni desiderate. Ogni elemento induce caratteristiche diverse nel flusso di saldatura, quindi la manipolazione delle loro proporzioni fornisce l'idoneità del flusso per soddisfare i requisiti.
A seconda della quantità di diversi costituenti, un flusso può essere acido, basico o neutro.
Queste caratteristiche sono determinate dall'INDICE DI BASE (BI) del flusso che è definito come il rapporto tra ossidi basici e ossidi acidi, ovvero:
Un flusso è considerato acido se BI <1, neutro per BI tra 1-0 e 1-5, base per BI tra 1, 5 e 2, 5 e altamente basico per BI superiore a 2, 5.
Alcuni dei flussi classificati sulla base delle considerazioni precedenti sono riportati nella tabella 5.4:
Ruoli degli ingredienti del flusso:
1. Silice (SiO 2 ):
È un ossido acido che forma il principale gradiente in entrata di tutti i flussi SAW. Fornisce la viscosità necessaria e la capacità di trasporto corrente al flusso allo stato fuso. Più alto è il contenuto di SiO 2, maggiore è la viscosità e la capacità di carico del flusso. Migliora la staccabilità delle scorie con conseguenti buone qualità del cordone di saldatura senza sottosquadro anche a 1000A. Tuttavia, il SiO 2 porta alla perdita di agenti disossidanti e causa la diffusione di silicio nel metallo di saldatura che si traduce in proprietà meccaniche inferiori, specialmente la resistenza all'urto.
SiO 2 in flusso varia dal 25 al 55% in peso. Ma i flussi contenenti SiO 2 oltre il 40% mostrano una rapida ossidazione degli elementi di lega e una maggiore quantità di inclusione non metallica nel metallo di saldatura, con conseguente riduzione della tenacità del metallo di saldatura.
SiO 2 diminuisce la larghezza al rapporto di penetrazione del cordone di saldatura. Riduce anche la stabilità dell'arco.
2. Ossido di manganese (MnO):
Porta alla lega di manganese al metallo di saldatura e migliora le sue proprietà sottozero.
MnO favorisce velocità di saldatura più elevate e una penetrazione più profonda. Riduce la sensibilità alla porosità della ruggine, ma riduce anche la capacità di trasporto e la viscosità. MnO, tuttavia, migliora la stabilità dell'arco.
3. Rutilo (TiO 2 ):
È ossido chimicamente neutro. Dà vantaggio metallurgico dalla formazione di ferrite aciculare dovuta alla raffinazione del grano. Migliora la stabilità dell'arco e le proprietà di impatto.
4. Ossido di alluminio (Al 2 O 3 ):
Inoltre, migliora le proprietà di impatto del metallo di saldatura (o la raffinazione del grano e la formazione di ferrite aciculare, ma diminuisce la stabilità e la viscosità dell'arco e fornisce una penetrazione media.
5. Zirconia (ZrO 2 ):
Rimuove gli elementi nocivi come ossigeno, azoto, zolfo e fosforo. Tuttavia, agisce principalmente come elemento di raffinazione del grano e promuove la formazione di ferrite aciculare.
6. Boro, Vanadio e Niobio:
Questi elementi sono responsabili dell'affinamento del grano nel metallo di saldatura ma, quando in eccesso, portano all'indurimento delle precipitazioni.
7. Calcare (CaO):
È uno dei principali costituenti del flusso in termini di stabilità dell'arco e fluidità. CaO è un ossido molto stabile, di base in natura. Riduce la viscosità e rende il flusso molto sensibile all'umidità. Questo carattere igroscopico porta alla porosità del cordone di saldatura.
CaO rimuove lo zolfo e il fosforo e aumenta la resistenza all'urto del metallo di saldatura. Tuttavia, dà una penetrazione molto superficiale e aumenta la tendenza alla sottoquotazione.
8. Fluoruro di calcio (CaF 2 ):
Aumenta la fluidità del metallo fuso e porta al trasferimento a spruzzo. Aiuta a rimuovere l'idrogeno disciolto dall'acciaio del metallo fuso formando acido fluoridrico per il quale l'acciaio non ha affinità.
9. Carbonato di calcio (CaCO 3 ):
Riduce la viscosità e rende il flusso più basilare. Evita l'assorbimento di umidità.
10. Deoxidisers (Al, Mn, Ti, Si):
Questi elementi in cambiamento contribuiscono a rimuovere l'ossigeno dal metallo di saldatura a causa della loro maggiore affinità per l'ossigeno rispetto a quella di altri elementi per esso. Oltre a ciò, Al, Ti e Mn migliorano anche le proprietà meccaniche del metallo di saldatura attraverso la raffinazione del grano.
11. Ossido di sodio (Na 2 O) e ossido di potassio (K 2 O):
Questi sono elementi potenziali a bassa ionizzazione e sono costituenti la maggior parte instabili di un flusso. Si vaporizzano e si diffondono nella cavità dell'arco fornendo vapori a basso potenziale di ionizzazione nelle vicinanze dell'arco e migliorando così la stabilità dell'arco.
Gli scopi principali dei diversi costituenti di un arco di flusso per raggiungere la stabilità dell'arco, la fluidità desiderata del flusso fuso e la facile rimozione della scoria solidificata dopo la saldatura.
Per quanto riguarda la stabilità dell'arco, CaF 2 la compromette, sebbene la sua aggiunta sia essenziale per controllare la porosità. Pertanto, è imperativo trovare un equilibrio tra questi requisiti in conflitto. Gli elementi che migliorano la stabilità dell'arco includono il potassio, il sodio e il calcio. Attraverso il suo effetto sulla stabilità dell'arco, la composizione di un flusso dipende direttamente dalla sagomatura del cordone di saldatura.
Una quantità eccessiva di CaF 2 o SiO 2 nel flusso comprometterà la stabilità dell'arco e con esso la corretta sagomatura della saldatura. La saldatura risultante sarà stretta, con eccessiva penetrazione perché l'arco diventa corto e meno manovrabile. D'altra parte, la presenza di alcuni gradienti come CaO, Na 2 O, K 2 O rende l'arco lungo e flessibile, e la saldatura risultante è ampia e di normale penetrazione.
Quantità eccessive di CaF 2 e SiO 2 sono indesiderabili anche perché danno origine a fluoruri velenosi, monossido di carbonio (CO) e pentaossido di azoto in modo che sia necessario mantenere un controllo costante sul loro contenuto nell'atmosfera della saldatrice.
La fluidità di un flusso quando fuso è anche un fattore che influenza la forma di una saldatura. Un flusso la cui fluidità nello stato fuso varia ampiamente con la temperatura è definita flusso breve e un flusso la cui fluidità rimane più o meno costante è chiamato flusso lungo, come mostrato in Fig. 5.2. I flussi lunghi producono increspature grossolane sulla saldatura e flussi corti, increspature fini.
Se un flusso ha bassa fluidità alla temperatura di solidificazione del metallo di saldatura, la superficie della saldatura sarà ruvida, con una moltitudine di creste e cavità. Le scorie si attaccano facilmente a una tale superficie ed è molto difficile da rimuovere.
Quantità eccessive di SiO 2, MnO e FeO rendono anche la scoria difficile da staccare, compromettendo così la velocità di saldatura, specialmente nella saldatura multi-pass.
Inoltre, i fondenti non dovrebbero formare troppa polvere, poiché ciò potrebbe causare la silicosi (una malattia polmonare causata dalla polvere che viene depositata all'interno del sito e che contiene silice). Per precauzione, tutto il trattamento del flusso dovrebbe essere meccanizzato.
Classificazione fisica dei flussi SAW:
I flussi per la saldatura ad arco sommerso sono granulati a una dimensione controllata e possono essere uno dei due tipi principali:
(i) Flussi fusi.
(ii) Flussi agglomerati.
(i) Flussi fusi:
I flussi più comunemente usati sono flussi fusi. Sono prodotti da minerali come sabbia (SiO 2 ), minerale di manganese (MnSiO 3 ), dolomite (CaMg (CO 3 ) 2 ) par, gesso (CaCO 3 ), ecc. Come suggerisce il nome, un flusso fuso viene preparato fondendo il gradienti in alto 'una fornace e granulati come richiesto È esente da umidità ed è non igroscopico.
La ragione per fondere gli ingredienti è che la frantumazione e la miscelazione meccanica dei gradienti non riescono a produrre una massa omogenea. I grani dei vari minerali differiscono per densità e sono separati gli uni dagli altri nella manipolazione. Questa separazione modifica inevitabilmente la composizione della miscela e il flusso non riesce a svolgere la sua funzione prevista.
Gli acciai a basso tenore di carbonio sono spesso saldati con fondenti fusi.
Alcuni dei noti flussi fusi sono disponibili in due granulometrie. Le dimensioni più grossolane sono destinate alle saldatrici ad arco automatiche e alle dimensioni più fini, per macchine SAW portatili semiautomatiche. Nel primo la dimensione del grano è da 3-0 a 0-355 mm, e nel secondo da 1 a 0 a 0-25 mm. In apparenza i grani sono particelle trasparenti dal colore giallo al bruno-rossastro. La composizione nominale di uno di questi flussi è,
Un altro flusso fuso disponibile è anche molto poco diverso da quello sopra. Entrambi sono preparati con sabbia contenente almeno il 97% di silice, minerale di manganese contenente almeno il 50% di manganese e non più dello 0-2% di fosforo; fluorite che trasporta il 75% di CaF 2 e non più dello 0, 2% di zolfo; magnesite caustica con almeno 87% di ossido di magnesio; e materiali che trasportano il carbonio per disossidare il flusso quando viene fuso, ad esempio carbone, antracite, coca cola, segatura, ecc.
(ii) Flussi agglomerati:
Che comprendono anche i flussi di ceramica, sono preparati mescolando insieme i gradienti e legando i grani con un bicchiere d'acqua (silicato di sodio). Questi flussi contengono ferro-leghe (ferro-manganese, ferro-silicio e ferro-titanio) e forniscono un elevato contenuto di silicio e manganese e altri elementi leganti nel metallo di saldatura.
Un tale flusso dal quale tutte le altre classificazioni possono essere ottenute introducendo aggiunte di lega ha la seguente composizione in peso:
Con questa composizione si può ottenere un metallo saldato di alta lega con filo elettrodo a basso tenore di carbonio.
L'inconveniente dei dux in ceramica è che assorbono prontamente l'umidità e che i loro granuli hanno una resistenza meccanica inferiore a causa della quale il flusso non può essere usato ripetutamente.
I fondenti in ceramica devono essere conservati in contenitori ermeticamente chiusi e rivendicati prima dell'uso. Per evitare la formazione di polvere, non devono mai essere conservati o trasportati in morbidi sacchi di plastica.
I fattori che regolano l'efficienza di un flusso nel realizzare le sue funzioni desiderate sono la profondità e la larghezza del letto di flusso e anche la dimensione e la forma dei grani di flusso. Normalmente, il fondente deve essere profondo almeno 40 mm e largo 30-40 mm rispetto al giunto. Una profondità o larghezza inadeguata del letto di flusso esporrà la zona all'aria, con il risultato che il metallo fuso prenderà l'azoto e la duttilità del metallo di saldatura sarà ridotta. Questo vale anche per i flussi a grana grossa. Per lo stesso motivo, i flussi vetrosi sono migliori di quelli pomici.
Nella saldatura ad arco di metallo schermato con elettrodi rivestiti pesanti il metallo di saldatura è legato con le ferroleghe incluse nel rivestimento. Per questo motivo, è possibile ottenere un metallo saldato di alta lega anche con il normale filo dell'elettrodo a basso tenore di carbonio. I flussi fusi più comunemente usati, tuttavia, non contengono ferroleghe e gli unici elementi di lega sono il silicio e il manganese.
La quantità di Si e Mn prelevata dal metallo di saldatura dipende dalle condizioni di saldatura, dall'analisi del flusso e da quella dell'elettrodo e del metallo principale utilizzato. Le solite cifre sono da 0-1 a 0-3% di silicio e da 0-1 a 0-4% di manganese.
La proporzione approssimativa di vari componenti principali dei flussi prodotti da un grande produttore nel Regno Unito e i loro effetti sulla composizione del metallo di saldatura per un determinato filo di apporto sono elencati nella tabella 5.5.
Specifiche per flussi SAW:
Come per il sistema di codifica AWS, i flussi SAW sono specificati in base alle proprietà meccaniche del metallo di saldatura per uno specifico filo dell'elettrodo.
Il flusso è identificato da un sistema di specifiche speciali che usa la prefisso F per designare il flusso. La cifra successiva indica la resistenza minima alla trazione, in 10.000 psi (70 N / mm 2 ), del metallo di saldatura. Il prossimo codice cifra o lettera indica la temperatura più bassa alla quale la forza d'impatto del metallo di saldatura sarà uguale o superiore a 27 J (20 piedi-Ib).
Questo codice è il seguente:
Questa cifra di codice è seguita da un trattino e quindi dalla lettera E per designare un elettrodo. Segue una lettera che indica il livello di manganese che è L per basso (0-30 - 0-60%), M per medio (0-85 -1-40%) e H per alto (1-75 - 2-25%) manganese. Questo è seguito da un numero che è la quantità media di carbonio in punti o centesimi di percento.
Ad esempio F74-EM12 indica un flusso SAW con le seguenti caratteristiche:
F - flusso
7 - metallo saldato con una resistenza minima alla trazione di 70.000 psi (500 N / mm 2 )
4 - Saldare con una resistenza all'impatto di 27 J a -40 ° C
E - con filo di apporto come elettrodo
M - manganese in metallo di livello medio, da 0-85 a 1-40%
12 - contenuto di carbonio del metallo della saldatura di 0-12%.
I flussi di saldatura elettroslag (ESW) sono simili ai flussi SAW ma sono più spesso di tipo fuso. 'Il flusso deve rimanere completamente allo stato fuso per condurre l'elettricità per far funzionare il processo ESW. Il flusso fuso fornisce la necessaria resistenza al flusso di corrente per mantenerlo alla temperatura desiderata.
Il flusso fornisce anche elementi per purificare e disossidare il metallo di saldatura e proteggerlo dagli effetti deleteri dell'azoto atmosferico e dell'ossigeno. Il flusso allo stato fuso deve avere una densità inferiore all'acciaio per tenerlo a galla sopra il metallo fuso.
Materiali di consumo n. 4. Gas di protezione:
I principali gas di protezione utilizzati per la saldatura ad arco di tungsteno di gas, i processi di saldatura ad arco per il gas e la saldatura ad arco plasma sono l'argon, l'elio e l'anidride carbonica. Oltre a questi azoto, anche l'ossigeno, l'idrogeno e le loro miscele con i primi tre gas vengono utilizzati per ottenere la configurazione di cordone desiderata e le proprietà del metallo di saldatura.
Questi gas di protezione possono essere classificati in due gruppi:
un. Gas inerti come (i) argon e (ii) elio,
b. Gas che si dissolvono e reagiscono con il metallo, ad esempio CO 2, O 2, H 2 e N 2 .
argon:
È un gas non combustibile, non esplosivo, ottenuto dall'aria mediante refrigerazione profonda e frazionamento, in cui è presente nella misura di 9, 3 x 10. È circa il 23% più pesante dell'aria.
Generalmente, l'argon viene commercializzato in tre gradi, ad esempio, A, B e C contenenti rispettivamente 0-01, 0-04, 0-1% di impurità. L'argon commerciale contiene il 16-7% di impurità. Per lavori di saldatura di alta classe, la purezza di argon richiesta è circa del 99-995%.
L'argon non è tossico ma può causare asfissia in spazi ristretti sostituendo l'aria.
L'argon viene immagazzinato e spedito in cilindri di acciaio standard in una suite gassosa. I cilindri per puro argon sono dipinti in nero nella parte inferiore e bianchi nella parte superiore, su cui sono stampate le parole "Pure Argon". In un cilindro, il gas viene tenuto sotto una pressione di 150 atmosfere (15 N / mm 2 circa) - quando completamente riempito.
Un cilindro standard da 40 litri contiene 6 metri cubi (6000 litri) di argon. Da un cilindro, l'argon viene alimentato fino al punto di operazione di saldatura attraverso un regolatore di pressione collegato alla valvola nel collo del cilindro. Il regolatore di pressione porta la pressione del gas sulla cifra richiesta per la saldatura (che di solito è inferiore a 0-5 atmosfere) e mantiene costante la pressione di lavoro, indipendentemente dalla pressione nel cilindro. I regolatori di pressione per cilindri di argon sono verniciati di nero.
La portata di argon viene misurata con un misuratore di portata chiamato rota-metro che è collegato al regolatore.
Gli usi specifici di diversi gradi di argon per la saldatura sono elencati di seguito:
Grado A:
L'argon di grado A (99-99% puro o più) viene utilizzato per la saldatura di metalli attivi e rari e anche per la saldatura di componenti realizzati con altri materiali, nella fase finale di fabbricazione.
Grado B:
L'argon di grado B (99-96% puro) viene utilizzato per la saldatura di leghe di alluminio e magnesio.
Grado C:
Grado C (99-9% puro) L'argon viene utilizzato per la saldatura di acciai inossidabili e altri acciai altolegati.
Elio:
L'elio è un gas raro. È presente nell'atmosfera nella misura di solo 0-52 x 10 -3 %. Inoltre, l'elio è presente fino al 10% in gas naturale. Deriva anche dal decadimento di alcuni elementi radioattivi e si trova in alcuni minerali di uranio.
A causa del suo alto costo, l'elio è gas inerte relativamente meno utilizzato.
È un gas leggero che pesa solo 1/7 di quello dell'aria. Ciò complica la protezione del bagno di saldatura e comporta un aumento del consumo di gas.
L'elio è venduto in due gradi. Il grado I è 99-6-99-7% puro e Grade II 98-5-99-5% puro. Viene immagazzinato e spedito allo stato gassoso in cilindri standard sotto una pressione di 15 MPa (150 atomi). L'elio commerciale I è immagazzinato in cilindri dipinti di marrone e senza iscrizione. L'elio commerciale II è conservato in cilindri dipinti di marrone e recano la parola "elio" stampata con vernice bianca.
L'elio ha il più alto potenziale di ionizzazione di uno qualsiasi dei gas di protezione e pertanto un arco di saldatura può essere utilizzato con un potenziale molto più elevato rispetto all'argon. Pertanto, l'arco con schermatura dell'elio produce una maggiore quantità di calore. A causa del suo peso leggero, l'elio tende a fluttuare lontano dalla zona dell'arco e quindi produce uno scudo inefficiente a meno che non vengano mantenute portate più elevate.
Tuttavia, il suo peso leggero è utile per la saldatura in testa. A causa della maggiore portata richiesta per l'elio, sono possibili velocità di saldatura più elevate. È possibile saldare approssimativamente dal 35 al 40% più velocemente con l'elio rispetto a quando si usa l'argon come gas di protezione. Viene utilizzato spesso nella saldatura ad arco di tungsteno, nella saldatura ad arco in metallo a gas e nei processi di saldatura MIG automatici.
Diossido di carbonio:
È un gas incolore con un odore leggermente percettibile. Una volta sciolto in acqua dà un sapore acido. È circa 1, 5 limes più pesante dell'aria.
Industrialmente, la CO 2 viene preparata mediante calcinazione di coca cola o antracite in appositi caminetti delle caldaie e catturandola da fonti naturali. È anche ottenuto come sottoprodotto della produzione di ammoniaca e fermentazione di alcol
Sotto pressione, la CO 2 diventa un liquido e questo mediante un sufficiente raffreddamento si solidifica in una sostanza simile alla neve (detta ghiaccio secco) che vaporizza a -57 ° C.
Il ghiaccio secco e la CO 2 gassosa utilizzati commercialmente sono ottenuti da CO 2 liquido che è un liquido incolore. Quando è permesso di vaporizzare a 0 ° C e alla pressione normale (760 mm di Hg), un kg di CO 2 produce 509 litri di CO 2 gassoso.
Liquid CO 2 viene spedito in cilindri di acciaio in cui occupa il 60-80% dello spazio totale. Un cilindro standard da 40 litri contiene 25 kg di liquido che produce circa 15 m3. di gas per evaporazione. La pressione del gas nel cilindro dipende dalla temperatura che scende quando viene prelevato più gas dal cilindro.
La CO 2 utilizzata per scopi di saldatura può essere di due gradi. Il grado I deve contenere almeno il 99-5% (in volume) di CO 2 pura e non più di 0-178 g / m 3 di umidità. Le cifre corrispondenti per il grado II sono 99-0% e 0-515 g / m 3 .
Le caratteristiche di penetrazione della CO 2 sono simili alle caratteristiche di penetrazione dell'elio a causa delle similitudini dei pesi dei gas. La CO 2 utilizzata per la saldatura deve essere priva di umidità, poiché l'umidità rilascia idrogeno che produce porosità nel metallo di saldatura. Poiché la CO 2 ha una maggiore resistenza elettrica, l'impostazione attuale deve essere superiore del 20-30% rispetto a quella utilizzata con argon ed elio.
La CO 2 è considerata inerte alla temperatura e alla pressione normali. A temperature elevate, tuttavia, si dissocia fino al 20-30% in CO e O. CO è tossico e ha una concentrazione sicura di solo 175 ppm (parti per milione) rispetto a 5000 ppm per CO 2 . Ciò richiede un sistema di scarico efficace per salvaguardare dagli effetti negativi della CO.
La caratteristica negativa della formazione di ossigeno è che può ridurre la forza nominale del metallo. Un altro svantaggio principale dell'uso di CO 2 è la sua estrema resistenza al flusso di corrente. A causa di questa resistenza, la lunghezza dell'arco è sensibile. Quando la lunghezza dell'arco è troppo lunga, si estinguerà più facilmente di quando si utilizza un gas inerte, come l'argon o l'elio.
Le saldature difettose sono più spesso prodotte quando si usa CO 2 dalla parte superiore o inferiore di un cilindro. Questo perché il gas nella parte superiore trasporta la maggior parte delle impurità (azoto, ossigeno e umidità) mentre l'acqua di cui ci può essere. 150-200 gm / cilindro si raccoglie sotto la CO 2 liquida in basso. Alterare il liquido CO 2 è stato completamente esaurito, il gas che esce dal cilindro conterrà umidità eccessiva.
Per evitare difetti dovuti a impurità nella CO 2, sarà un buon piano per consentire alla CO 2 appena preparata di stabilizzarsi per 15.20 minuti e rilasciare la parte superiore del contenuto in atmosfera. È anche buona norma girare una bombola capovolta e lasciarla riposare in questa posizione per circa 15 minuti. Dopo quel periodo, aprire la valvola con attenzione, tutta l'acqua nel cilindro uscirà.
Quando si tocca la CO 2 ad una velocità di oltre 1000 l / h (in operazioni di saldatura continua), per un operatore si consiglia di utilizzare almeno due cilindri collegati in parallelo.
Dove sono coinvolte grandi quantità di CO 2 può essere spedito in cisterne e versato in evaporatori. La CO 2 può anche essere spedita come ghiaccio secco ed evaporata nei locali dell'utente. I principali vantaggi dell'utilizzo di CO 2 solida per la saldatura sono l'elevata purezza del gas e una migliore trasportabilità. Bricchette di CO 2 solide, spedite da un fornitore, vengono trasformate in gas in speciali recipienti riscaldati con elettricità o acqua calda.
Altri gas:
Generalmente Ar, He e CO 2 sono usati singolarmente o in miscele come gas di protezione per la saldatura. Tuttavia, molto spesso altri gas come O 2, H 2 e N 2 vengono aggiunti a questi gas, per ottenere determinate forme e caratteristiche desiderate dei depositi di saldatura.
L'ossigeno è un gas attivo incolore, inodore e insapore che si combina con molti elementi per formare ossidi. In acciaio può combinarsi con carbonio per formare CO che può rimanere intrappolato nel metallo di saldatura solidificante e provocare pori o vuoti. Questo difetto è solitamente superato dall'aggiunta di disossidanti come Mn e Si.
L'idrogeno è il gas più leggero presente nell'atmosfera nella misura dello 0, 01%. L'idrogeno, tuttavia, può anche essere presente nell'atmosfera dell'arco da umidità o idrocarburi presenti sul metallo di base o sul filo di apporto. Si dissolve in acciaio fuso ma la sua solubilità in acciaio a temperatura ambiente è molto bassa. Pertanto, l'idrogeno che fuoriesce va ai confini dei grani e può causare crepe. Inoltre, causa la rottura delle microsfere nella ZTA.
L'azoto è in abbondanza nell'atmosfera. È incolore, inodore, non tossico e quasi un gas inerte. È solubile in acciaio fuso ma la sua solubilità in acciaio a temperatura ambiente è molto bassa. Pertanto, può anche causare pori e vuoti. In quantità molto piccole, i nitriti, se formati, possono aumentare la resistenza e la durezza dell'acciaio, ma ridurre la sua duttilità che può portare a fessurazioni. L'azoto viene usato qualche volta per saldare il rame perché fornisce un arco di calore elevato. A causa del suo basso costo, rispetto all'argon, è spesso usato per spurgare il sistema di tubazioni e tubi in acciaio inossidabile.
Miscele di gas:
Le miscele di gas comunemente impiegate nei processi di saldatura ad arco includono Ar-He, Ar-CO 2, Ar-O 2, Ar-H 2, Ar-CO 2 - O 2 e simili.
Il rapporto di argon nelle miscele Ar-He può variare dal 25 al 95% di Ar. Tuttavia, per la saldatura dell'alluminio, una combinazione che viene spesso utilizzata è una miscela di Ar-75% He o Ar-80% He. L'argon come gas di protezione aiuta a rimuovere gli ossidi e inoltre mostra una certa quantità di controllo della porosità sul deposito di saldatura. L'elio aiuta a dare una buona configurazione del tallone. La maggior parte dei metalli ferrosi e non ferrosi può essere saldata con elio o argon o con le loro miscele. L'elio è particolarmente utile per la saldatura di sezioni più pesanti di alluminio, magnesio e rame, nonché per la saldatura a soffitto.
Una miscela di CO 2 -75% Ar o CO, -SO 2 % Ar è molto diffusa per la saldatura di acciai strutturali e bassolegati. L'argon migliora le caratteristiche di trasferimento del metallo e il CO 2 aiuta a migliorare la forma del tallone e l'economia del processo. Queste miscele sono, tuttavia, utilizzate su sezioni di acciai più sottili quando l'aspetto del tallone è importante. Questi sono anche utili per la saldatura fuori dalla posizione su lamiere estremamente sottili.
L'ossigeno viene talvolta aggiunto all'argon al fine di migliorare la forma del cordone negli acciai a basso tenore di carbonio. Una piccola quantità di ossigeno aggiunta all'argon produce cambiamenti significativi. Ad esempio, allarga il dito di penetrazione profonda al centro del tallone; migliora anche il contorno del tallone ed elimina il sottosquadro sul bordo della saldatura.
L'ossigeno viene normalmente aggiunto in quantità dell'1%, 2% o 5%. La quantità massima di ossigeno impiegata per le miscele Ar-O 2 è del 5%. Quantità maggiori, se aggiunte, possono causare porosità nel metallo di saldatura. Lo scopo principale di aggiungere ossigeno all'argon è di formare ossido di ferro termionico sulla superficie dell'elettrodo d'acciaio che migliora la sua emissività e rende il punto catodico più ampio e stabile, se l'elettrodo è reso negativo.
L'idrogeno viene talvolta aggiunto all'argon, ma la sua quantità è limitata a un massimo del 5%. Normalmente le miscele utilizzate sono Ar-2% II o Ar-4% H 2 . L'aggiunta di idrogeno provoca un aumento della tensione d'arco che porta ad un calore più alto nell'arco. La miscela Ar-H 2 non deve essere utilizzata per acciai a basso tenore di carbonio o bassolegati poiché può portare a cracking dell'idrogeno spesso definito come infragilimento da idrogeno. Viene utilizzato principalmente per la saldatura di nichel o leghe di Ni. Anche le sezioni pesanti degli acciai inossidabili vengono saldate con questa miscela.
La miscela di CO 2 - O 2 o Ar-CO 2 - O 2 è talvolta utilizzata anche per la saldatura di acciai dolci. Questo migliora la modalità di trasferimento del metallo e la forma del tallone. L'aggiunta di ossigeno si traduce in una corsa più calda dell'arco e, quindi, evita la mancanza di fusione.
L'uso del cloro, in piccole quantità, come gas di protezione per l'alluminio migliora la stabilità dell'arco. Inoltre, l'ossido di azoto come aggiunta molto piccola (<0-03%) al gas di protezione, per la saldatura dell'alluminio, aiuta a ridurre il contenuto di ozono nella zona di saldatura.
In generale, la composizione del gas di protezione per la saldatura ad arco schermato a gas di diversi metalli e loro leghe può essere basata sulle linee guida fornite dalla tabella 5.6. Le forme del tallone ottenute con diversi gas di protezione sono mostrate in Fig. 5.3.
