Was ist Unterpulverschweißen (UP)? 👨‍🏭

Einführung

Unterpulverschweißen ist das Verfahren des Lichtbogenschweißens mit abschmelzenden Elektroden, bei dem der Lichtbogen und das Schmelzbad durch die Verbrennungsprodukte eines unabhängig von der Elektrode zugesetzten Flussmittels vor der Umgebung geschützt werden. Es kann als Elektrode verwendet werden: Massivdraht, Rohrdraht oder Band.

Details des Prozesses

Unterpulverschweißen (UP-Schweißen) verbindet Metalle durch Erhitzen und Schmelzen mit einem Lichtbogen (oder Lichtbögen), der zwischen einer blanken Elektrode (oder mehreren Elektroden) und dem Grundmetall entsteht.
Der Lichtbogen wird von einer Schicht aus schmelzbarem körnigem Material, das als Flussmittel bekannt ist, eingetaucht (bedeckt). Daher ist das Schmelzregime gemischt: durch Joule-Effekt (dh thermisch) und durch Lichtbogen.

Automatische Vorrichtungen sorgen dafür, dass die Elektrode (oder Elektroden) mit einer geeigneten Geschwindigkeit so zugeführt werden, dass ihre Enden ständig in das Bad aus geschmolzenem Flussmittel eintauchen.

Durch die Bewegung des Schweißkopfes relativ zum Werkstück wird das Schweißbad Schritt für Schritt vorgeschoben, das immer von einer Schlacke bedeckt und geschützt ist, die sich aus dem geschmolzenen Flussmittel und Verunreinigungen bildet. Die folgende Abbildung zeigt diesen Vorgang.

Dabei muss der Schweißer oder Schweißer weder Helm noch Schutzmaske tragen. Der Schweißer kann den Lichtbogen nicht durch den Strom sehen und hat Schwierigkeiten, den Lichtbogen richtig zu positionieren, wenn der Verlauf verloren geht. Um dieses Problem zu umgehen, muss das Gerät über eine einfache Führungsvorrichtung (mechanisch oder leicht) verfügen, um es zu führen.

Vorteile des Verfahrens:

Hochwertige Schweißnähte.
Extrem hohe Auftragsleistung und Verfahrgeschwindigkeit.
Kein sichtbarer Lichtbogen, wodurch die Schutzanforderungen minimiert werden.
Wenig oder kein Rauch.
Kann mehrere Drähte verwenden (optional).

Das UP-Schweißverfahren schweißt auch eine Vielzahl von Dicken und die meisten Stähle, ferritische und austenitische (z. B. Kohlenstoff- und Edelstahl).

Eine Nützlichkeit des Unterpulver-Schweißverfahrens ist das Schweißen von dicken Stahlblechen, beispielsweise Druckbehältern, Tanks, Rohren mit großem Durchmesser und Trägern.

Beim Trocknen und Aufrechterhalten der Flussmitteltrocknung muss darauf geachtet werden, dass kein Wasserstoff in das Lot eingebracht wird.

Der nicht verwendete Fluss kann wiederverwendet werden, aber es gibt Kriterien. Das erste ist offensichtlich, dass es nicht verschmolzen (oder verwendet) wurde. Das zweite ist, dass es Grenzen gibt, wie oft das Flussmittel verwendet werden kann, denn je mehr Wiederverwendung, desto mehr Feuchtigkeitsverunreinigung (zum Beispiel).

Schweißausrüstung

Unterpulverschweißen ist ein normalerweise automatischer Prozess und kann als halbautomatisch gefunden werden, bei dem die Zufuhr des Verbrauchsmaterials und die Lichtbogenlänge durch die Draht- oder Bandzuführung und die Stromquelle gesteuert werden.
Im automatischen Prozess bewegt ein Vorschubmechanismus den Schweißkopf entlang des Teils und normalerweise ein System zur Rückgewinnung des nicht verwendeten körnigen Flussmittels. Beim Zylinderverbindungsschweißen bleibt der Schweißkopf fest und die Baugruppe bewegt sich durch Schwenkpositionierer.

Die Stromquelle für das Unterpulverschweißen kann eine der folgenden sein:

Eine variable Spannung von einem Gleichstromgenerator oder Gleichrichter.
Eine Gleichspannung von einem Gleichstromgenerator oder Gleichrichter.
Ein Wechselstromtransformator.

Der aktuelle Trend geht zum Einsatz von Konstantspannungs- oder Flachkennliniengleichrichtern. Wenn bei dieser Art von Ausrüstung die Drahtvorschubgeschwindigkeit erhöht wird, erhöht die Ausrüstung den Schweißstrom. Um die Schweißenergie zu variieren, muss die Spannung angepasst werden.

Stromquellen liefern hohe Arbeitsströme. Die meisten Schweißarbeiten werden in einem Bereich von 350 bis 2000 A durchgeführt. Gleichstromschweißen ermöglicht eine bessere Kontrolle der Form der Schweißnaht, der Eindringtiefe und der Schweißgeschwindigkeit.

Das Gleichstromschweißen erfolgt normalerweise mit umgekehrter Polarität (Elektrode positiv, DC+). Wechselstrom hat den Vorteil, dass er den magnetischen Schlag (Ablenkung des Lichtbogens von seiner normalen Bahn aufgrund magnetischer Kräfte) reduziert.

Flussmittel für das UP-Schweißen verändern auch die chemische Zusammensetzung der Schweißnaht und beeinflussen ihre mechanischen Eigenschaften. Die Flusseigenschaften ähneln denen von Beschichtungen, die beim Lichtbogenschweißen mit umhüllten Elektroden verwendet werden.

Die verschiedenen Arten von Strömungen sind unten aufgeführt:

Geschmolzen;
Agglutiniert;
Mechanisch gemischt.

Die endgültige Zusammensetzung des Lötmittels wird durch Faktoren wie chemische Reaktionen des Grundmetalls mit Elektroden- und Flussmittelelementen und durch das Flussmittel hinzugefügte Legierungselemente verändert.
Die Möglichkeit, die das Verfahren bietet, mehrere Draht-Pulver-Kombinationen zu verwenden, da beide individuell sind, verleiht dem Verfahren eine große Flexibilität, um die gewünschten Eigenschaften für die Schweißnaht zu erreichen.

Prozesssteuerung

Folgende Beobachtungen sind für die Beherrschung der Unterpulver-Schweißtechnik wichtig:

Je größer die Stromstärke (I) desto größer die Durchdringung;
Je größer die Spannung (V) ist, desto größer ist die Lichtbogenlänge und folglich desto größer die Breite des Durchgangs;
Je größer der Stick-Out (Abstand zwischen Elektrode und Teil), desto größer die Abschmelzleistung;
Je höher die Schweißgeschwindigkeit, desto geringer der Einbrand und desto kleiner die Stichbreite;
Je kleiner der Elektrodendurchmesser, desto größer die Penetration;
Gleichstrom, umgekehrte Polarität (DC+) erzeugt eine niedrigere Abscheidungsrate und eine höhere Penetration.

Funktionen und Verwendungen

Das UP-Schweißen kann für viele industrielle Anwendungen eingesetzt werden, darunter Schiffsbau, Herstellung von Strukturelementen, Druckbehälter usw. Das Verfahren kann zum Schweißen von dünnen Abschnitten sowie dicken Abschnitten (5 mm bis über 200 mm) verwendet werden.

Das Verfahren wird hauptsächlich in unlegierten, niedriglegierten und rostfreien Stählen eingesetzt.

Nicht für alle Metalle und Legierungen geeignet.

Nachfolgend sind einige der verschiedenen Klassen von Grundmetallen aufgeführt, die mit diesem Verfahren geschweißt werden können:

Kohlenstoffstahl bis 0,29 % C.
Wärmebehandelte Kohlenstoffstähle (normalisiert oder angelassen – angelassen).
Niedrig legierte Stähle, abgeschreckt und angelassen, Streckgrenze bis zu 700 Mpa (100.000 psi).
Chrom-Molybdän-Stähle (1/2 % bei 9 % Cr und 1/2 % bei 1 % Mo).
Austenitische Edelstähle.
Nickel und Linien aus Nickel.

Die meisten Unterpulverschweißungen werden in der flachen Position durchgeführt, mit geringer Anwendung in der horizontal abgewinkelten Position. Mit diesem Verfahren hergestellte Schweißnähte haben normalerweise eine gute Duktilität, eine hohe Kerbzähigkeit, einen geringen Wasserstoffgehalt, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Eigenschaften, die denen des Grundmetalls mindestens ebenbürtig sind.

Durch dieses Verfahren können Stumpfnähte, Winkelnähte, Lochschweißungen sowie oberflächliche Abscheidungen auf dem Grundwerkstoff (Beschichtung) durchgeführt werden.

Beim Schweißen offener Wurzelstoßverbindungen wird eine Kupferverbindung verwendet, um das geschmolzene Metall zu stützen. Anstelle einer Kupferverbindung ist es möglich, eine WIG-Wurzelschweißung zu verwenden, um der Hitze des Unterpulverlichtbogens standzuhalten.

Beim Beschichtungsschweißen, um einer Oberfläche gewünschte Eigenschaften zu verleihen, beispielsweise Korrosions- oder Erosionsbeständigkeit, ist das verwendete Füllmetall normalerweise ein Band. Die Abscheidungsrate kann von 5,0 kg/h bei halbautomatischen Prozessen bis maximal etwa 85 kg/h bei automatischen Prozessen mit mehreren konjugierten Lichtbögen variieren.

Vorbereitung und Reinigung der Dichtung

Beim UP-Schweißen sind die Stoßstellenreinigung und die Maschinenausrichtung auf die Stoßstelle besonders wichtig.

Bei der Reinigung können nicht entfernte Restverschmutzungen zu Porositäten und Einschlüssen führen. Daher gelten für das Unterpulverschweißen alle Empfehlungen für das Schweißen mit umhüllter Elektrode, nämlich:

Zu schweißende Teile müssen frei von Öl, Fett, Rost, Prüfrückständen durch eindringende Flüssigkeit, Sand und Ruß von der Gasvorwärmung in einem Streifen von mindestens 20 mm auf jeder Seite der Kanten und entmagnetisiert sein.
Unregelmäßigkeiten und Schlacke vom Brennschnitt sollten zumindest durch Schleifen entfernt werden.
Kohlenstoff-, Schlacken- und Kupferablagerungen, die durch das Schneiden von Kohlenstoffelektroden entstanden sind, müssen entfernt werden.
Eine falsche Maschinen-/Verbindungsausrichtung führt zu mangelnder Durchdringung und fehlender Verschmelzung an der Wurzel. Ist die Schweißnaht stark eingeschränkt, können auch Risse durch Fluchtungsfehler entstehen.

Hinweis: Es gibt einen Flussmitteltyp (aktiv), der es Ihnen ermöglicht, mit dem verschmutzten Teil zu schweißen und keine typischen Verschmutzungsfehler zu erzeugen. Die Idee dieses Ablaufs ist, dass Sie die Fuge nicht reinigen müssen (Zeitverschwendung) und die Produktion garantieren. Es gibt jedoch Einschränkungen hinsichtlich der maximalen Dicke, die wir mit dieser Art von Flussmittel schweißen können.

Prozessbedingte Diskontinuitäten

Beim Unterpulverschweißen können, wie beim Schweißen mit umhüllter Elektrode, fast alle Arten von Unterbrechungen auftreten, zumindest die häufigsten. Der Schweißinspektor muss einige Hauptaspekte beachten:

Fehlende Fusion

Es kann bei einer dicken Raupe in einem Durchgang oder bei sehr schnellen Schweißnähten, dh bei niedriger Schweißenergie, auftreten.

Mangelnde Durchdringung

Wie ich bereits erwähnt habe, ist der Mangel an Durchdringung, wenn er auftritt, auf eine falsche Ausrichtung der Schweißmaschine auf die zu schweißende Verbindung zurückzuführen.

Schlackeneinschluss

Es kann vorkommen, wenn die Schlackenentfernung beim Mehrlagenschweißen nicht perfekt ist. Wir müssen darauf achten, dass die gesamte Schlacke entfernt wird, wobei zu berücksichtigen ist, dass es Bereiche gibt, in denen dieser Vorgang schwieriger ist: der Bereich zwischen den Stichen und der zwischen dem Stich und der Fläche der im Grundmetall ausgeführten Fase.

Unterbieten

Sie treten mit einiger Häufigkeit beim Unterpulverschweißen auf, wenn das Schweißen schnell voranschreitet und der Strom sehr hoch ist.

Porosität

Sie tritt häufig auf und hat als Hauptursachen die hohe Vorschubgeschwindigkeit der Maschine und das schnelle Abkühlen der Schweißnaht. Dies sind unter der Schlacke eingeschlossene Gasblasen. Wir können Porosität beseitigen, indem wir die Körnung (weniger Feinanteil) oder die Fließzusammensetzung ändern.

Weitere Möglichkeiten zur Vermeidung von Porosität sind: ausreichende Reinigung der Fuge, Reduzierung der Vorschubgeschwindigkeit der Maschine, Verwendung von Sieben mit höherem Desoxidationsgehalt und ausreichender Fließhöhe.

Riss

Beim Unterpulverschweißen können Risse bei hohen Temperaturen oder bei niedrigen Temperaturen auftreten. Kraterrisse treten normalerweise beim Unterpulverschweißen auf, es sei denn, der Bediener verfügt über eine perfekte Kraterfülltechnik.

In der Praxis verwenden wir Ansatzbleche (Anlauf- und Ablauflaschen), um Beginn und Ende des Schweißvorgangs von den eigentlich zu schweißenden Teilen wegzuverlegen.
Kantenrisse und Wurzelrisse treten oft einige Zeit nach dem Schweißvorgang auf und sind in diesem Fall auf Wasserstoff zurückzuführen. Ursache ist oft Feuchtigkeit im Bach.

Doppelwalzen, Brammen und Deckel aus unedlen Metallen

Kann beim Unterpulverschweißen zu Rissen führen. Solche Diskontinuitäten treten in Form von Kerben auf, die dazu neigen, Risse im Schweißgut einzuleiten. Doppelbleche in Verbindung mit hohen Schweißspannungen können zu interlamellaren Rissen führen.

Bedingungen für den Personenschutz

Beim UP-Schweißen (unsichtbar, weil es sich unterhalb des Flussmittels befindet) wird das Schweißen normalerweise ohne Rauch, Vorsprünge und andere Unannehmlichkeiten durchgeführt, die üblicherweise bei anderen Lichtbogenschweißverfahren auftreten.

Daher benötigen wir außer einer Schutzbrille keine Masken und andere Schutzvorrichtungen. Sie sollten zum Schutz vor Blendung abgedunkelt werden, falls versehentlich ein Lichtbogen ohne Deckungsfluss zündet.

Beim Unterpulverschweißen können giftige Dämpfe und Gase entstehen. Es ist immer ratsam, für eine ausreichende Belüftung des Schweißplatzes zu sorgen, insbesondere in geschlossenen Räumen.

Der Bediener und andere Personen, die mit der Bedienung von Schweißgeräten zu tun haben, müssen mit der Betriebsanleitung des Herstellers vertraut sein. Die in der Betriebsanleitung enthaltenen Vorsichtshinweise sind besonders zu beachten.

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