Einführung
Das Elektroschlacke-Schweißen ist kein Lichtbogenverfahren, da der Lichtbogen nur zum Starten des Schweißprozesses verwendet wird. ESW ist die Abkürzung für Electro Slag Welding.
Beim Elektroschlackeschweißen schmilzt eine geschmolzene Schlacke (Temperatur von ca. 1700 °C) den Zusatzwerkstoff und den Grundwerkstoff. Das gebildete Schlackenbad überlagert das Schmelzbad und schützt es beim Schweißen.
Der Prozess beginnt mit dem Öffnen des Lichtbogens zwischen der Elektrode und einem an der Basis des Gelenks platzierten Fortsatz. Körniges Flussmittel wird hinzugefügt und durch die Hitze des Lichtbogens geschmolzen. Wenn sich eine Schlackenschicht bildet, hört jede Lichtbogenwirkung auf und der Schweißstrom fließt von der Elektrode durch die Schlacke durch eine elektrische Leitung zum Grundmetall.
So funktioniert der ESW-Prozess
Der Widerstand der geschmolzenen Schlacke gegen den Durchgang des Schweißstroms reicht aus, um die zum Schweißen notwendige Wärme (Joule-Effekt) zu erzeugen, die ausreicht, um die Elektrode und die Fasenflächen zu schmelzen. Die geschmolzene Elektrode (und das Führungsrohr, falls verwendet) und das geschmolzene Grundmetall bilden die Schweißnaht unterhalb des geschmolzenen Schlackenbades. Die folgende Abbildung veranschaulicht diesen Vorgang schematisch.
Schweißausrüstung
Die beim Elektroschlackeschweißen verwendete Ausrüstung besteht aus folgenden Komponenten:- Energiequelle.
- Arame Feeder und Oszillator
- Führungsrohr und Elektrode
- Verdränger (falls die Führung nicht verbrauchbar ist)
- Halteschuh (Montageschuh)
- Kontrollsystem.
- Kabel und Elektroanschluss
- Isolatoren
Stromquellen für das Elektroschlacke-Schweißverfahren sind vom Typ Konstantspannungstransformator/Gleichrichter, die im Bereich von 450 bis 1000 A arbeiten. Sie ähneln denen, die beim Unterpulver-Schweißverfahren verwendet werden. Die minimale Leerlaufspannung der Stromquelle muss 60 V betragen. Für jede Elektrode ist eine separate Stromquelle erforderlich.
Die folgende Abbildung zeigt schematisch eine typische Elektroschlacke-Schweißanlage.
Schweißstrom und Elektrodenvorschubgeschwindigkeit können als eine einzige Variable behandelt werden, da sie voneinander abhängig sind. Wird die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit erhöht, erhöhen sich auch der Schweißstrom und die Abschmelzleistung. Wenn der Schweißstrom erhöht wird, wird auch die Tiefe des Schweißbades erhöht.
Die Schweißspannung ist eine weitere Variable, die berücksichtigt werden muss. Spannungen haben einen großen Einfluss auf die Einschmelztiefe im Grundmetall und auch auf die Betriebsstabilität des Prozesses.
Eine Erhöhung der Spannung erhöht die Schmelztiefe und die Breite des Schweißbades und erhöht auch den Formfaktor (Breite/Tiefe-Verhältnis) und folglich ist die Wahrscheinlichkeit einer Rissbildung geringer.
Bei niedriger Spannung kann es zu einem Kurzschluss zwischen Elektrode und Schmelzbad kommen. Wenn die Spannung zu hoch ist, können Schweißspritzer oder Lichtbögen auf der geschmolzenen Schlacke entstehen.
Arten und Funktionen von Verbrauchsmaterialien – Elektroden und Flussmittel
Das Füllmaterial muss eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie das Grundmaterial haben; eventuell können Zusatzmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden, aber es ist bevorzugt, dass die chemischen Zusammensetzungen kompatibel sind, weil, falls eine Wärmebehandlung erforderlich ist, die Angemessenheit zwischen diesem, dem Grundmaterial und dem Gussmaterial gewährleistet ist.Die beim Elektroschlacke-Schweißen verwendeten Schweißzusätze sind Massivdraht, begleitet von Flussmittel, und Rohrdraht, wenn Legierungselemente hinzugefügt werden.
Auch die Zusammensetzung des Stroms ist wichtig, da sie den reibungslosen Ablauf des Prozesses bestimmt. Die Flussmittel können aus verschiedenen Materialien wie komplexen Oxiden von Silizium, Mangan, Titan, Calcium, Magnesium und Aluminium hergestellt werden. Die für das Lot gewünschten speziellen Eigenschaften werden durch Änderung oder Variation der Zusammensetzung des Flussmittels erreicht.
Die normalen Funktionen von Flüssen sind:
- Leitung des Schweißstroms.
- Wärme zuführen, um die Elektrode und das Grundmetall zu schmelzen.
- Ermöglicht einen stabilen Betrieb.
- Schutz von geschmolzenem Metall vor der Atmosphäre.
Funktionen und Verwendungen
Das Elektroschlacke-Schweißverfahren hat eine begrenzte Anwendung, es wird verwendet, um vertikale Schweißnähte in mittleren Dicken von Kohlenstoff, niedriglegiertem, hochfestem, mittlerem Kohlenstoff und einigen rostfreien Stählen herzustellen. Das Verfahren wird am besten bei Dicken über 200 mm angewendet, für maximale Dicken gibt es praktisch keine Einschränkungen. Obwohl keine handwerklichen Fähigkeiten erforderlich sind, sind technische Kenntnisse erforderlich, um das Gerät zu bedienen.Das Elektroschlacke-Schweißverfahren hat viele Anwendungen, hauptsächlich aufgrund der hohen Abschmelzraten, die das Verfahren wirtschaftlich machen. Unter den Vorteilen des Elektroschlackeverfahrens können wir erwähnen:
- Hohe Abschmelzleistung und gute Schweißnahtqualität im Hinblick auf zerstörungsfreie Prüfungen machen dieses Verfahren für dicke Abschnitte wünschenswert, die in zahlreichen industriellen Anwendungen wie Schwermaschinen, Druckbehältern, Schiffen und großen Gussteilen zu finden sind.
- Erfordert wenig Anpassung und Fugenvorbereitung (normalerweise Fugen ohne Fase).
- Schweißt dicke Materialien in einem Durchgang mit einer einzigen Einstellung.
- Es ist ein mechanisierter Prozess mit minimaler Materialhandhabung. Sobald der Prozess beginnt, wird er bis zum Abschluss fortgesetzt.
- Benötigt minimale Lötzeit und hat minimale Verformung.
- Es gibt keinen sichtbaren Schweißlichtbogen und keinen Lichtbogenüberschlag.
Die so erhaltene Brüchigkeit der Schweißnaht erfordert zur Korrektur eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen – Normalisierung. Dies ist natürlich eine Verallgemeinerung, da der Ingenieur diesen Bedarf nach Prüfung und Qualifizierung des Schweißverfahrens beurteilen muss.
Prozessbedingte Diskontinuitäten
Schweißnähte, die mit dem Elektroschlacke-Schweißverfahren unter ordnungsgemäßen Betriebsbedingungen hergestellt werden, sind von hoher Qualität und frei von Unterbrechungen. Es können jedoch Diskontinuitäten auftreten, wenn kein ordnungsgemäßes Schweißverfahren befolgt wird.Der Schweißinspektor sollte sich einiger Diskontinuitäten bewusst sein, die sich aus diesem Prozess ergeben können:
Fehlende Fusion
Schweißnähte mit dicken Blechen, bei denen die Wärme durch Elektrodenoszillation verteilt wird, können in der Mitte oder in der Nähe der Schuhe keine Verschmelzung aufweisen.Der Kühleffekt der Schuhe kann verhindern, dass das Basismetall nahe der Oberfläche schmilzt, auf der der Schuh ruht.
Die resultierende Anzeige ähnelt einem Biss.
Sie können auch zu Beginn des Schweißens mit einer Temperatur unterhalb der erforderlichen Temperatur auftreten.
Einschlüsse
Sie sind ungewöhnlich, aber sie können passieren. Dies ist der Fall, wenn Drahtstücke zu schnell durch das Drahtvorschubgerät in die Pfütze eingeführt werden und nicht schmelzen.Auch Stäbe und sogar Teile von Schweißgeräten, wie das Ende der Elektrodenrohrführung, wurden in der Schmelzzone gefunden.
Schlackeneinschlüsse
Kann auftreten, wenn das Schweißen fast gestoppt und wieder aufgenommen wird. Der Schweißprozess erfordert ein auf etwa 1700 °C erhitztes Schlackenbad. Ein unsachgemäßer Neustart des Schweißens kann das Metall nicht perfekt verschmelzen, was zu Schweißschlacke führt.Überlappung
Dies kann vorkommen, wenn die Schuhe nicht gut an die Platten angepasst sind, wodurch geschmolzenes Material austreten kann.Porosität
Wenn es auftritt, ist es grob und wurmartig und kann durch ein Stück nassen Asbest verursacht werden, das als Dichtung zwischen dem Halteschuh und dem zu schweißenden Teil verwendet wird, kontaminiertes oder nasses Flussmittel, Elektrode, Führungsrohr oder Startmaterial Nassschweißen.Spezielle Risse
Beim Elektroschlackeschweißen von Stumpfnähten wurde dies nicht beobachtet, da Spannungen in Dickenrichtung der Grundmetallbleche nicht erfasst werden.Risse
Kaltrisse treten beim Elektroschlackeschweißen nicht auf. Dies liegt an dem langsamen Prozess des Erhitzens und Abkühlens der Verbindung, der dem Prozess innewohnt. Heißrisse treten beim Elektroschlacke-Schweißen häufig auf, insbesondere bei Schweißnähten mit hohem Einschnürungsgrad, bedingt durch die grobe Körnung der Schweißverbindung. Diese Risse breiten sich entlang der Korngrenzen aus.Laminierungen
Sie stellen keine größeren Nachteile für das Elektroschlacke-Schweißen dar. Die geschmolzene Schlacke zieht alle vorhandenen Einschlüsse in der Doppelkaschierung heraus und versiegelt die Doppelkaschierung entlang der Schweißnaht. Ebenso werden beim Elektroschlackeschweißen Späne und Verbiegungen aufgefangen.Erfahren Sie mehr über Schweißen
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