Текущее время: 25 июн 2019, 00:53

Часовой пояс: UTC




Начать новую тему Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Защита ТИГ электрода при автоматической сварке в аргоне.
СообщениеДобавлено: 19 июл 2013, 05:35 
Не в сети
Администратор

Зарегистрирован: 03 сен 2010, 07:09
Сообщений: 13522
Сварка ТИГ – лучше без кислорода

В Германии при сварке ТИГ наблюдается возрастающая тенденция к полной механизации производства. Особенно в процессах с высокими значениями параметров и соответственно с высокой нагрузкой на вольфрамовый электрод большое значение уделяется продолжительности срока эксплуатации электрода, его стойкости во время сварки, а также проблеме преждевременной непригодности электрода. Здесь прежде всего мешающим фактором является повышенное содержание кислорода в защитном газе.

Полностью механизированная сварка ТИГ с высокими значениями предъявляет к выбору сварочного оборудования определенные требования для обеспечения высококачественных сварных соединений. Несмотря на оптимально заданные параметры, такие факторы как проникновение кислорода в защитный газ приводят к неудовлетворительному качеству сварных соединений. Существует несколько факторов, которые приводят к увеличенному поступлению кислорода (рис.1). Это приводит к деформации формы электрода и к нестабильному горению дуги. При этом нужно учитывать следующее:

вид защитного газа
сменяемость баллонов
материал шлангов
время простоя машины



Рисунок 1 – Схема полностью механизированного процесса сварки TIG и различные возможности содержания кислорода.
Ambient oxygen during the cylinder change – Кислород окружающей среды при смене баллона
Oxygen in the shielding gas – Кислород в защитном газе
Cylinder manifold with shielding gas – Баллоны с защитным газом
TIG welding installation – Установка TIG сварки
TIG torch – Горелка TIG
Oxygen diffusion and effusion through the hoses due to the different partial pressures – Кислородная диффузия и эффузия через рукава из-за различного парциального давления
Ambient oxygen during the process - Кислород окружающей среды в течение процесса Contamination with ambient oxygen during the machine standstill – Попадание кислорода из окружающей среды при остановке оборудования



Рисунок 2 – Опыт организации «идеального процесса TIG» с возможным попаданием кислорода
Welding inverter - Сварочный инвертер
Current - Ток
Voltage - Напряжение
Data acquisition - Сбор данных
Current - Ток
Voltage - Напряжение
Gas flow - Расход газа
Process observation - Процесс наблюдения
TIG electrode - Электрод TIG
Optical spectroscopy - Оптическая спектроскопия
Illustration of the – Иллюстрация содержания кислорода
Oxygen content
Gas mixing system - Система смешения газов
shielding gas with - защитный газ с добавлением кислорода
oxygen addition Process observation - Процесс наблюдения
TIG electrode TIG плазма
Mass spectroscopy - Масс спектроскопия
Meausurement of the Oxygen contect - Измерение содержания кислорода
Выбор защитного газа высокой чистоты

Выбор защитного газа зависит от способа сварки, сварочных материалов и используемых параметров. При этом очень важно выбирать защитный газ высокой чистоты (4,8 и выше), учитывая остаточное содержание кислорода в газе. В технических газах высокой чистоты оно примерно составляет несколько частей на миллион. В обычных газах некоторые производители ограничиваются только показателями остаточной влажности, поэтому содержание остаточного кислорода здесь может быть выше.

Также нельзя недооценивать такой фактор, влияющий на содержание кислорода в защитном газе, как смена баллонов с газом. Окружающий воздух может попасть в шланг с защитным газом. Воздух содержит примерно 21% кислорода. Самое первое и простое средство - долгая предварительная промывка шлангопровода перед началом сварки – в зависимости от установки и шлангопровода примерно 30 мин. – особенно после продолжительного простоя машины. Другая важная мера – это установка новых герметичных прокладок при каждой смене баллона и постоянный конроль болтового соединения манометра.

Значительно сократить можно предварительную промывку при помощи двухлинейного распределителя между шлангом с защитным газом и баллоном. Благодаря этому находящийся в области подключения воздух после смены баллона переходит в окружающую среду, без попадания в шланг с защитным газом.

В зависимости от материала шланга кислород может проникать из окружающего воздуха внутрь шланга с защитным газом. При применении некоторых шлангов из синтетических материалов нужно их регулярно проверять на пористость и другие дефекты. Если есть возможность жесткой прокладки шлангов, то для этих целей рекомендуется использовать высоколегированную нержавеющую сталь.

Особенно после длительного простоя машины воздух окружающей среды проникает через горелку в шланг защитного газа. Дополнительный клапан на шланге защитного газа около сварочной горелки препятствует проникновению кислорода. Также существуют фильтрационные системы для сварочных установок – так называемые Gas Purifier (системы очистки газа), которые обеспечивают снижение посторонних примесей (O2, H2O, CO2) в защитном газе до минимума. За исключением систем очистки газа для большого расхода, меньшие системы (например для 20 л/мин), не имеют в качестве приспособления так называемого детектора конечной точки, которое оптически отображало бы степень израсходованности установленного фильтра. Таким образом, для надежной эксплуатации систем очистки газа необходимо использовать дорогостоящую систему замера газа. Продолжительность срока эксплуатации газоочистной установки определяется производителем, но на практике, как правило, интервалы замены фильтров варьируются.

Большую роль играет проникновение кислорода во время процесса сварки. Как правило, на практике нужно обращать внимание на то, чтобы равномерный поток защитного газа образовывался в зоне взаимодействия между дугой и деталью для противодействия завихрениям газа и образующейся за счет этого инжекции. Этого можно достичь благодаря специально подобранным соплам защитного газа и объему поставляемого газа.

Также регулярно следует проверять давление в шлангах для защитного газа на предмет возможных мест утечки газа. Хорошим средством особенно для контроля резьбовых соединений и арматуры является спрей-течеискатель.
Сварка ТИГ в «идеальных» условиях

Для создания «идеального ТИГ-процесса» было измерено содержание кислорода в защитном газе до и во время симуляции сварки (только при зажженной дуге) и аккуратной продувкой сокращено до минимума. Далее при помощи системы смешения газов определенный объем кислорода был поставлен в защитный газ.

Опыт происходил следующим способом: сварка происходила при 260А на постоянном токе, причем сварочная горелка подавалась круговыми движениями над медным блоком с водяным охлаждением. Конец электрода был установлен на расстоянии 7 мм для лучшего наблюдения (диаметр электрода 3,2 мм, угол при вершине 30º). Расстояние между острием электрода и медным блоком составляло 3 мм. За электродом наблюдали, подсвечивая его диодным лазером. Изменения электрода во время сварки фиксировались камерой со специальным фильтром при затемнении дуги. Для защиты зоны эксперимента от окружающего воздуха горелка была помещена в трубку из кварцевого стекла. Добавление защитного газа с объемным расходом 10л/мин дало возможность для создания собственной газосмесительной системы, что позволило снизить долю кислорода до минимума 0,5%. С помощью анализирующего прибора (масс-спектрометра) было зафиксировано содержание кислорода в зоне наблюдения на протяжении всего эксперимента.

В ходе эксперимента было проанализировано влияние кислорода на специальные электроды из оксидной смеси типа WS2. Для сравнения характеристик различных смешанных оксидов, выступающих в виде легирующего смесителя, были проведены опыты на электродах типа WL20, WC20 и WY20. Исследовалась способность электродов к продолжительной сварке и увеличению срока службы до 90 мин при постоянном сварочном токе 260А. Для увеличения износа электродов на них подавался различный уровень содержания кислорода в диапазоне от 0 до 2%. Если электрод не выдерживал 90 минут, эксперимент прекращался.
Изменение формы острия электродов

При исследовании электродов WS2 можно было выявить следующую тенденцию – с увеличением содержания кислорода ухудшалось состояние электрода во время сварки, за счет изменения формы конца электрода. С увеличением содержания кислорода, одна третья часть наконечника вольфрамового электрода имеет игольчатое строение. При этом на сточенном кончике электрода также оседает вольфрам. Все виды отложения по существу состоят из чистого вольфрама. За счет изменения формы электрода, дуга горит неравномерно и её контур становится шире.

Далее наблюдалось также откалывание оседшего вольфрама, что на практике привело бы к вольфрамовым включениям в шве. Вероятность этого увеличивалась с увеличением вольфрамового ободка из-за увеличения контакта с воздухом. На рисунке 3 показано три марки электродов типа WS2 (смешанные оксиды), чьи ободки растут при увеличении содержания кислорода.



Рисунок 3 – Формирование обода электродов WS2 в защитном газе: 70% He/ 30% Ar, ток 260А, примесь кислорода 0 промилле (слева), 175 промилле (в центре) и 480 промилле (справа).

При изучении электродов WS2 выявлено, что ободок находится от края на расстоянии абсолютного диаметра электрода 0,8 – 0,9 мм. Причиной выделения вольфрама из потока газа является возможно низкая температура данной зоны. На рисунке 4 показан электрод после опыта с различным временем сварки с постоянным содержанием кислорода 7,5%. Кроме того, на конце электрода происходит локальное кратковременное расплавление и появляются микробрызги в зонах, подверженных наибольшим температурам. К этому моменту на конце электрода почти полностью происходит истощение редкоземельными оксидами.



Рисунок 4 – Электрод перед началом испытания с содержанием кислорода 75 промилле в защитном газе (слева) и электроды после сварки продолжительностью 15 минут (в центре) и 70 минут (справа, образованием ободка)

На основе этих наблюдений на электродном наконечнике выделяют три зоны, которые в критических размерах позволяют определять износ электрода.
Очень большая разница качества

Не только внешний износ электродов, но также состав влияют на срок службы электрода. Большинство электродов, таких как изучаемые электроды типа WS2 тоже имеют прямоугольно деформированную структуру зерен вольфрама, а также оксидов (редкоземельных), легированных дополнительными средствами. Что касается размеров зерен вольфрама, а также распределения, форм и размеров оксидов, они различны у разных производителей. Это может дать большую разницу в качестве. DIN EN ISO 6848 обуславливает только обозначение легирующих элементов и их максимальное отклонение от общего содержания.

Редкоземельные оксиды добавляются в электроды в процессе изготовления для того, чтобы уменьшать функции работы электроники и таким образом достигнуть эффекта охлаждения при сварке. Металлургические процессы, протекающие через электрод свыше 90 минут при токе 260А с различным содержанием кислорода, показывают интенсивное перераспределение оксидов в зоне электродного наконечника. При увеличении содержания кислорода, заданные значения постоянного тока влияют на уменьшение зерен оксидов на наконечнике. На рисунке 5 показаны большая концентрация пор, пористые включения оксида и линия текучести.



Рисунок 5 – Истощение кислородом на наконечнике электрода: линии текучести и скопления пор (слева, черные и темно серые) и пористая структура остаточного кислорода в вольфраме (справа)

Истощение оксидами увеличивает температуру наконечника электрода, и таким образом сварочные свойства становятся близки к свойствам чистого вольфрамового электрода. На большом расстоянии потери кислорода зависят от размера зерен вольфрама, а также от температуры плавления оксидов. Влияние скачка кислорода на срок службы электрода показывает, что кратковременное применение электрода с высоким содержанием кислорода 0,5% и 2% ускоряет износ WS2 из-за быстрого роста вольфрамового обода. Невозможно наблюдать полное повреждение электрода.

Поступление сжатого воздуха на наконечник электрода давлением около 1МПа через керамическую трубку, расположенного на небольшом расстоянии от электрода, показывает предельное возрастание каждого скачка давления. Образуются массивное прилипание вольфрама со стороны подачи воздуха и отделение материала с обратной стороны (Рисунок 6). Это отделение может быть определено под воздействием потока воздуха повышенной температуры.



Рисунок 6 – WS2 электрод после испытания на удар: отделение материала и прилипание к кончику

Для того, чтобы классифицировать и оценить результаты WS2 электрода, в подобных условиях проводился опыт с использованием электродов с различными легирующими элементами. Электроды типов WC20, WL20 и WY20 значительно меньше изменяют кромку при использовании защитного газа с содержанием кислорода. Шлиф электрода (Рисунок 7) изображает различную структуру наконечников электрода. Очевидно, что различные температуры плавления оксидов играют здесь менее значительную роль. Изображение электродов типа WC20 показывает мелкие поры фронтальной зоны (Рисунок 7, левый). Для сравнения, электроды типа WL20, легированные лантаном, чрезмерно истощены кислородом в зоне наконечника, и вольфрамовые зерна укрупняются в зоне, подвергнутой перегреву.



Рисунок 7 – Структуры различных типов электродов с содержанием кислорода 70 промилле в защитном газе: WC20 с маленькими порами на конце (слева), WL20 с истощением кислорода на кончике и огрублением зерна (в центре) и WY20 с незначительным истощением кислорода на кончике (справа)

Электроды типа WY20 , легированные иттрием, показали продольные трещины на электроде, образованные возможно при заточке электродов. Периодически обнаруживаются поперечные трещины, проходящие по границам зерен. Несмотря на трещины электроды исправны, естественно увеличен риск использования в полностью механизированном производственном процессе. Тем не менее электроды WY20 имеют самые лучшие свойства при сварке с высокими заданными параметрами.

При значении кислорода выше нормы, при котором электроды работали короткое время, все электроды достигли время службы 90 минут без повсеместного нарушения при исследовании.
Типичный дефект, получаемый не из-за кислорода

В некоторых технологиях сварки, контактные пасты на медной основе используются для улучшения передачи тока контактного наконечника вольфрамовому электроду. Считалось, что, при использовании контактных паст наносится вред электроду. Для исследования электроды были покрыты контактной пастой на различных толщинах и в различных положениях.

Независимо от положения, электродные наконечники немедленно повреждаются после высокочастотного зажигания из-за быстрой вспышки. Осадки вольфрама, которые стекали, были обнаружены на охлажденной медной пластине.

Повышенные температуры, вызванные покрытием медной пасты, выше температуры плавления наконечника и выше температуры парообразования меди. При уменьшении сварочного тока, электроды повреждаются при силе тока до 220А. На рисунке 8 изображены типичные повреждения наконечника электрода.



Рисунок 8 – Повреждение электрода WS2 после применения медной пасты незадолго до зажима (слева) и минимально на конце (справа)ж устанавливаемые значения – ток 260А, защитный газ: 70% He/ 30% Ar без добавления кислорода.

Результаты, полученные на практике, могут быть выведены из следующего. Очень важно содержать электроды чистыми. Перед использованием электрода, он должен быть очищен ацетоном или подобными реагентами. Необходимо избегать каких-либо последующих соприкосновений наконечника. Кроме того масла, жиры и влага должны быть удалены для предотвращения дефектов на ранней стадии.

Результаты показывают, что электроды с большим содержанием редкоземельных оксидов более устойчивы к износу или окалине при повышенном содержании кислорода в газе. Это гарантирует стабильную дугу при выполнении протяженных швов на высоких режимах. Поэтому на практике, как правило, помогает только метод сравнения образцов, сделанных различными типами электродов, для подбора подходящих электродов и соответственно производителей. При соблюдении всех перечисленных мер, направленных на улучшение защитного газа можно свести содержание кислорода в защитном газе до минимума. Благодаря таким мерам, можно также частично понизить содержание других загрязняющих веществ (например влаги). Настоятельно рекомендуется чистка электродов от контактных паст и других загрязнений для предупреждения их раннего разрушения.

Доктор технических наук Геннинг Ханебут и дипломированный инженер Kристиан Вернер Мюнхен/Германия

Отсюда. http://www.svarkainfo.ru/rus/lib/blog/blog18102010.php


Вернуться наверх
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Сортировать по:  
Начать новую тему Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 

Часовой пояс: UTC


Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
cron
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group (блог о phpBB)
Сборка создана CMSart Studio
Русская поддержка phpBB