16 października 2021


Wykonywanie przetopu metodą MAG i MIG

Najprościej wykonać przetop drutem proszkowym metalicznym. Przy trudnościach z ustawieniem blach można stosować podkładki ceramiczne i drut proszkowy rutylowy, szybko krzepnący. Przy przestawieniu krawędzi przetop trzeba szlifować i podpawać. Warstwa przetopowa w szerokiej szczelinie jest wykonywana drutem litym przy użyciu prądu o niskim napięciu 17 V i prądzie 90A, przy małym jeziorku spawalniczym i ruchami zakosowymi, w kształcie wypukłych łuków (końcami do dołu) w tylnej części jeziorka, co jest niezgodne z przyzwyczajeniami spawaczy elektrycznych. Wykonanie warstwy przetopowej przy wąskiej szczelinie wymaga większego o 1 V napięcia łuku, dużego i gorącego jeziorka spawalniczego oraz prostoliniowych ruchów elektrodą w przedniej części jeziorka. Obniżenie temperatury łuku, zgodnie z definicją, zmniejsza ilość zderzeń przemieszczających gazy w kierunku prostopadłym do osi łuku, powodując zawężenie łuku.

2
Rys. 2    Budowa zbiorników kulistych na sprężone gazy palne; rodzaje stosowanych złączy spawanych [2]

Duża szybkość topienia metalicznego drutu proszkowego powoduje znaczne chłodzenie strefy łuku przez przemieszczanie się ogromnej ilości zimnych kropel; zmniejsza to kąt rozwarcia łuku i powierzchnię straty energii przez promieniowanie. W rezultacie prowadzi to do zmniejszenia napięcia łuku do 15 V. Ze względu na mały kąt rozwarcia łuku i duże wtopienie, i mimo wąskiej szczeliny, w przypadku wykonywania przetopu drutem proszkowym metalicznym należy spawać płaskimi ruchami zakosowymi (poprzecznymi) w przedniej części jeziorka.

Porównanie wykonywania lica na rurach austenitycznych drutem pełnym i proszkowym
Kąt rozwarcia łuku w spawaniu drutem proszkowym rutylowym jest dużo większy niż w przypadku drutu pełnego, a powierzchnia strat energii przez promieniowanie wymaga wyższego napięcia łuku 24 V (prąd 180 A zamiast prądu 160 A, stosowanego przy spawaniu drutem litym), które kompensuje tę stratę wytwarzaniem jonów. W rezultacie, technika spawania drutem proszkowym znacznie różni się od spawania drutem pełnym. Spawanie drutem pełnym wymaga szerokich ruchów zakosowych z przesuwaniem jeziorka z jednej krawędzi na drugą. Ponadto, aby umożliwić dłuższe nagrzewanie do temperatury zwilżalności, należy zatrzymać topienie przez dodawanie zimnej kropli, która spływa na krawędzie ściegu wskutek przytrzymywania elektrody po bokach. Gdy łuk jest po lewej stronie jeziorko krzepnie po prawej i wskutek zmiany przewodnictwa cieplnego całe ciepło z jeziorka przeniesione jest do strefy przegrzania, powodując niebezpieczny dla spoiny rozrost ziaren. Zjawisko to nie występuje w przypadku drutu proszkowego.
Z kolei spawanie drutem proszkowym rutylowym wymaga szybkich i wąskich ruchów zakosowych, bez przytrzymywania elektrody po bokach. Jeziorko jest duże i szerokie, i nie krzepnie, gdy palnik znajduje się po drugiej stronie. W spawaniu drutem pełnym koniec elektrody w czasie wykonywanie ruchów zakosowych jest zawsze w przedniej części jeziorka, a jeziorko przesuwa się wraz z ruchem zakosowym elektrody. W przypadku drutu proszkowego, aby otrzymać małą ilość cieczy pod łukiem, równą ilości cieczy w spawaniu drutem pełnym, należy wykonywać szybkie ruchy zakosowe w górnej części jeziorka. Szybkość zakosów i posuw muszą być tak dobrane, aby prowadzić łuk elektryczny po dużym jeziorku w jego przedniej części. Różnica w spawaniu drutem pełnym i proszkowym wynika również z potrzeby stopienia proszku ciepłem nagrzewania oporowego wolnego wylotu elektrody i z dużo większej szybkości topienia rurki drutu proszkowego niż pręta drutu litego. Wolny wylot elektrody w przypadku drutu proszkowego może mierzyć nawet dwadzieścia średnic elektrody, tzn. dwa razy więcej niż w to jest w spawaniu drutem pełnym. Jeśli wylot jest zbyt krótki lub zbyt długi, wygląd spoiny nigdy nie będzie zadowalający. Jeśli wylot elektrody jest zbyt krótki, proszek wewnątrz drutu nie zostanie przetopiony i pojawią się zażużlenia. Jeśli wylot jest za długi, zbyt rozgrzany proszek wypłynie z rurki, co pociągnie za sobą niestabilność procesu i pojawienie się porów.

Spawanie zbiorników ze stali z zawartością 9% niklu
Stal z 9% zawartością niklu jest stalą o polepszonych własnościach, z podwyższoną wytrzymałością na rozciąganie, o temperaturze eksploatacji do –196 °C i granicą plastyczności 690 N/mm2. Dopuszczalne naprężenia mogą osiągnąć jedną czwartą tej wielkości, ale nawet jeśli pojawią się uszkodzenia w strefach wpływu ciepła, to rozłożą się one w niskowytrzymałym metalu spoiny i dzięki temu nie powstaną pęknięcia kruche [2].
Zbiorniki wykonane ze stali z 9% niklu to najczęściej konstrukcje o powłokach dwuwarstwowych, naziemne, wolnostojące. W tabeli 1 podano stosowane w Japonii metody spawania zbiorników kriogenicznych.

metody spawania tab
Tab. 1    Metody spawania poszczególnych złącz spawalniczych w zbiornikach LNG ze stali 9% Ni; porównanie ze stopami aluminium [2]

Ponieważ stale kriogeniczne magnesują się, powodując niestabilność łuku, spawamy je prądem zmiennym. Jako materiały dodatkowe wykorzystuje się elektrody niklowe: 70% niklu, 15% chromu, 10% żelaza (spawanie elektrodą otuloną) lub 70% niklu, 20% molibdenu, 3% wolframu (spawanie automatyczne). Do spawania elektrodą otuloną wykorzystujemy elektrodę 70% niklu, 15% chromu, 10% żelaza, do spawania automatycznego TIG oraz spawania podtopnikiem – drut 70 % niklu, 20 % molibdenu, 3% wolframu [3].
Jeżeli do spawania automatycznego nie wykorzystamy odpowiedniego drutu, to powstaną pęknięcia na gorąco. Zaleca się, aby energia liniowa była jak najniższa (≤4,5 KJ/mm).
Temperatura topienia stopu niklu jest około 100 °C niższa od temperatury topienia materiału rodzimego, dlatego ścieg może łatwo ściekać na dół, a wtopienie może być małe; należy więc uważać na prowadzenie elektrody, oscylację drutu oraz skrupulatnie kontrolować parametry spawania. W trakcie prac nadzoruje się odmagnesowywanie (≤ 50 Gausów), obowiązuje zakaz używania listw magnetycznych, a także unika się pracy w środowisku o silnym magnetyzmie, na przykład pod linią wysokiego napięcia.
Przy spawaniu zbiorników z gazami unika się ręcznego spawania i stosuje się spawanie automatyczne z pełną walidacją procesu.

Ryszard Jastrzębski
Instytut Łączenia Metali
Adam Jastrzębski
Laboratorium Spawalnicze Spaw-Projekt

W artykule wykorzystano fragmenty referatu – R. Jastrzebski, P. Jastrzebski, A. Jastrzebski: "Enseñanza de la física del soldeo a través de la imagen del modelo informático-jerárquico del cerebro humano", przedstawionego na Międzynarodowej Konferencji Spawalniczej CESOL w Hiszpanii, w 2008 r.

Literatura:

  1. Bermejo Avelino Antonio Vázquez: Soldadura de Materiales Criogénicos, CESOL Hiszpania
  2. Japan Welding Society: Metody spawania oraz urządzenia spawalnicze, Wydawnictwo Sanpō, 2008, Japonia
  3. Haruyoshi Suzuki; Hiroshi Tamura: Spawalnictwo, nauka o spawaniu, Wydawnictwo Sanpō 1978, Japonia

 

artykuł pochodzi z wydania 12 (123) grudzień 2017