Saldatura ad arco elettrico: significato, procedura e attrezzature
Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere: - 1. Significato della saldatura ad arco elettrico 2. Procedura di saldatura ad arco elettrico 3. Corrente elettrica per la saldatura 4. Significato della polarità 5. Apparecchiature 6. Preparazione del bordo di un giunto 7. Elettrodi.
Significato della saldatura ad arco elettrico:
La saldatura ad arco è un processo di saldatura a fusione in cui il calore richiesto per fondere il metallo è ottenuto da un arco elettrico tra il metallo base e un elettrodo.
L'arco elettrico viene prodotto quando due conduttori vengono toccati insieme e quindi separati da un piccolo spazio tra 2 e 4 mm, in modo tale che la corrente continui a fluire attraverso l'aria. La temperatura prodotta dall'arco elettrico è di circa 4000 ° C a 6000 ° C.
Viene utilizzato un elettrodo metallico che fornisce il metallo di apporto. L'elettrodo può essere rivestito di flussante o nudo. In caso di elettrodo nudo, viene fornito materiale extra. Sia la corrente continua (CC) che la corrente alternata (CA) vengono utilizzate per la saldatura ad arco.
La corrente alternata per arco è ottenuta da un trasformatore step-down. Il trasformatore riceve corrente dall'alimentazione principale da 220 a 440 volt e scende alla tensione richiesta, cioè da 80 a 100 volt. La corrente continua per arco è solitamente ottenuta da un generatore azionato da un motore elettrico o da un motore di pattuglia o diesel.
Una tensione a circuito aperto (per l'innesco dell'arco) in caso di saldatura CC è da 60 a 80 volt mentre una tensione a circuito chiuso (per mantenere l'arco) è compresa tra 15 e 25 volt.
Procedura di saldatura ad arco elettrico:
Prima di tutto, i pezzi di metallo da saldare vengono accuratamente puliti per rimuovere la polvere, lo sporco, il grasso, l'olio, ecc. Quindi il pezzo da lavorare deve essere tenuto saldamente in appositi dispositivi. Inserire un elettrodo adatto nel portaelettrodo con un angolo da 60 a 80 ° con il pezzo da lavorare.
Seleziona la corrente e la polarità corrette. I punti sono contrassegnati dall'arco nei punti in cui deve essere eseguita la saldatura. La saldatura avviene facendo contatto dell'elettrodo con il lavoro e quindi separando l'elettrodo ad una distanza adeguata per produrre un arco.
Quando si ottiene l'arco, il calore intenso così prodotto, scioglie il lavoro sotto l'arco e forma una pozza di metallo fuso. Una piccola depressione si forma nel lavoro e il metallo fuso si deposita attorno al bordo di questa depressione. Si chiama arc crator. La scoria viene spazzolata via facilmente dopo che il giunto si è raffreddato. Dopo che la saldatura è terminata, il portaelettrodo deve essere estratto rapidamente per interrompere l'arco e l'alimentazione di corrente viene disattivata.
Corrente elettrica per saldatura:
Sia la corrente continua (corrente continua) che l'alternata (corrente alternata) vengono utilizzate per produrre un arco nella saldatura ad arco elettrico. Entrambi hanno i loro vantaggi e applicazioni.
La saldatrice DC ottiene la sua potenza da un motore a corrente alternata o un generatore diesel / benzina o da un raddrizzatore a stato solido.
Le capacità della macchina DC sono:
Attuale:
Fino a 600 ampere.
Open Circuit Voltage:
Da 50 a 90 volt, (per produrre arco).
Tensione a circuito chiuso:
Da 18 a 25 volt, (per mantenere l'arco).
La saldatrice AC ha un trasformatore step down che riceve corrente dalla rete di alimentazione principale. Questo trasformatore abbassa la tensione da 220 V-440 V alla normale tensione a circuito aperto da 80 a 100 volt. L'attuale gamma disponibile fino a 400 ampere nei passi di 50 ampere.
Le capacità della saldatrice AC sono:
Gamma corrente:
Fino a 400 ampere in passi di 50 ampere.
Tensione di ingresso:
220V- 440V
Tensione effettiva richiesta:
80 - 100 volt.
Frequenza:
50/60 HZ.
Significato della polarità:
Quando la corrente continua viene utilizzata per la saldatura, sono disponibili i seguenti due tipi di polarità:
(i) Polarità lineare o positiva.
(ii) Polarità inversa o negativa.
Quando il lavoro viene reso positivo e l'elettrodo è negativo, la polarità viene chiamata polarità lineare o positiva, come mostrato nella figura 7.16 (a).
In polarità diretta, circa il 67% del calore è distribuito sul lavoro (terminale positivo) e il 33% sull'elettrodo (terminale negativo). La polarità rettilinea viene utilizzata quando è richiesto più calore durante il lavoro. Il metallo ferroso come l'acciaio dolce, con maggiore velocità e saldatura del suono, utilizza questa polarità.
(a) Polarità lineare.
(b) Polarità inversa
D'altra parte, quando il lavoro è reso negativo e l'elettrodo è positivo, la polarità è nota come polarità inversa o negativa, come mostrato nella figura 7.16 (b).
In inversione di polarità, circa il 67% del calore è liberato sull'elettrodo (terminale positivo) e il 33% sul lavoro (terminale negativo).
L'inversione di polarità viene utilizzata quando è richiesto meno calore durante il lavoro, come nel caso della saldatura di lamiere sottili. I metalli non ferrosi come alluminio, ottone e nichel bronzo sono saldati con inversione di polarità.
Attrezzature richieste per la saldatura ad arco elettrico:
Le varie attrezzature necessarie per la saldatura ad arco elettrico sono:
1. Saldatrice:
La saldatrice utilizzata può essere saldatrice AC o DC. La saldatrice AC ha un trasformatore step-down per ridurre la tensione di ingresso da 220-440 V a 80-100 V. La saldatrice DC è composta da un gruppo elettrogeno-generatore AC o da un gruppo elettrogeno-motore diesel / benzina o da un gruppo saldatore trasformatore-raddrizzatore.
La macchina AC funziona solitamente con 50 hertz o 60 hertz di alimentazione. L'efficienza del trasformatore di saldatura CA varia dall'80% all'85%. L'energia consumata per Kg. di metallo depositato è da 3 a 4 kWh per la saldatura AC mentre da 6 a 10 kWh per la saldatura CC. La saldatrice AC lavora solitamente con un fattore di potenza basso da 0, 3 a 0, 4, mentre il motore in saldatura CC ha un fattore di potenza da 0, 6 a 0, 7. La seguente tabella 7.9 mostra la tensione e la corrente utilizzate per la saldatrice.
2. Portaelettrodi:
La funzione del portaelettrodo è di tenere l'elettrodo all'angolo desiderato. Questi sono disponibili in diverse dimensioni, in base all'amper rating da 50 a 500 ampere.
3. Cavi o cavi:
La funzione di cavi o cavi è quella di portare la corrente dalla macchina al lavoro. Questi sono flessibili e fatti di rame o alluminio. I cavi sono fatti da 900 a 2000 fili molto sottili intrecciati insieme in modo da fornire flessibilità e maggiore resistenza.
I fili sono isolati da un rivestimento in gomma, una copertura in fibra rinforzata e inoltre un rivestimento in gomma pesante.
4. Connettori e capocorda:
Le funzioni dei connettori dei cavi servono per realizzare una connessione tra gli interruttori della macchina e il supporto dell'elettrodo di saldatura. Vengono utilizzati connettori di tipo meccanico; come possono, ha assemblato e rimosso molto facilmente. I connettori sono progettati in base alla capacità corrente dei cavi utilizzati.
5. Chipping Hammer:
La funzione del martello scalpellatore è quella di rimuovere le scorie dopo che il metallo di saldatura si è solidificato. Ha una forma a scalpello ed è appuntito ad una estremità.
6. Spazzola metallica, ruota filo elettrico:
La funzione della spazzola metallica è quella di rimuovere le particelle di scoria dopo la scheggiatura con il martello scalpellatore. A volte, se disponibile, viene utilizzata una rotella del cavo di alimentazione in posizione a spazzola metallica manuale.
7. Abbigliamento protettivo:
Le funzioni di indumenti protettivi utilizzati sono per proteggere le mani e gli abiti del saldatore dal calore, dalla scintilla, dai raggi ultravioletti e dai raggi infrarossi. Gli indumenti protettivi usati sono grembiule in pelle, berretto, guanti in pelle, maniche in pelle, ecc. Le scarpe alte in pelle alla caviglia devono essere indossate dal saldatore.
9. Schermo o visiera:
La funzione di schermo e schermo facciale è quella di proteggere gli occhi e il volto del saldatore dalle dannose radiazioni ultraviolette e infrarosse prodotte durante la saldatura. La schermatura può essere ottenuta dal casco o dal casco.
Preparazione del bordo di un giunto:
L'efficienza e la qualità del giunto saldato dipende anche dalla corretta preparazione dei bordi delle piastre da saldare. È necessario rimuovere tutte le incrostazioni, ruggine, grasso, vernice, ecc. Dalla superficie prima della saldatura.
La pulizia della superficie deve essere eseguita meccanicamente con una spazzola metallica o con una ruota metallica, quindi chimicamente con tetracloruro di carbonio. La forma corretta ai bordi del piatto dovrebbe essere data per produrre un giunto corretto.
La forma dei bordi può essere semplice, a forma di V, a forma di U, rimodellata, ecc. La scelta delle varie forme dei bordi dipende dal tipo, dallo spessore del metallo da saldare. Alcuni diversi tipi di scanalature per i bordi del lavoro sono mostrati in Fig. 7.17. Badd
(i) Butt quadrato:
Viene utilizzato quando lo spessore della piastra varia da 3 a 5 mm. Entrambi i bordi da saldare dovrebbero essere distanziati di circa 2 o 3 mm, come mostrato in Fig. 7.17 (a).
(ii) Single-V-Butt:
Viene utilizzato quando lo spessore delle piastre varia da 8 a 16 mm. Entrambi i bordi sono smussati per formare un angolo di circa 70 ° a 90 °, come mostrato nella figura 7.17 (b).
(Iii) Double-V-Butt:
Viene utilizzato quando lo spessore delle piastre è superiore a 16 mm e dove la saldatura può essere eseguita su entrambi i lati della piastra. Entrambi i bordi sono smussati per formare una doppia V, come mostrato in Fig. 7.17 (c).
(iv) Culo singolo e doppio-U:
Viene utilizzato quando lo spessore della piastra è superiore a 20 mm. La preparazione del bordo è difficile ma i giunti sono più soddisfacenti. Richiede meno metallo d'apporto, come mostrato in Fig. 7.17 (d) ed (e).
Elettrodi per saldatura ad arco:
Gli elettrodi per saldatura ad arco possono essere classificati in due grandi categorie:
1. Elettrodi non consumabili.
2. Elettrodi di consumo.
1. Elettrodi non consumabili:
Questi elettrodi non vengono consumati durante l'operazione di saldatura, quindi denominati elettrodi non consumabili. Sono generalmente fatti di carbonio, grafite o tungsteno. Gli elettrodi di carbonio sono più morbidi mentre gli elettrodi di tungsteno e grafite sono duri e fragili.
Gli elettrodi di carbonio e grafite possono essere utilizzati solo per la saldatura a corrente continua, mentre gli elettrodi di tungsteno possono essere utilizzati sia per la saldatura DC che AC. Il materiale di riempimento viene aggiunto separatamente quando vengono utilizzati questi tipi di elettrodi. Poiché gli elettrodi non vengono consumati, l'arco ottenuto è stabile.
2. Elettrodi di consumo:
Questi elettrodi si sciolgono durante l'operazione di saldatura e forniscono il materiale di riempimento. Sono generalmente realizzati con composizione simile al metallo da saldare.
La lunghezza dell'arco può essere mantenuta spostando l'elettrodo verso o lontano dal lavoro.
Gli elettrodi consumabili possono essere di due tipi seguenti:
(i) Elettrodi nudi:
Questi sono disponibili sotto forma di fili o barre continue. Devono essere usati solo con polarità diritta nella saldatura DC. Gli elettrodi nudi non forniscono alcuna schermatura al pool di metallo fuso dall'ossigeno atmosferico e dall'azoto.
Quindi, le saldature ottenute da questi elettrodi sono di resistenza inferiore, duttilità inferiore e minore resistenza alla corrosione. Trovano un uso limitato in riparazioni minori e lavori di scarsa qualità. Erano soliti saldare ferro battuto e acciaio dolce. Nella pratica moderna non sono usati o usati raramente. Sono anche noti come elettrodi semplici.
(ii) elettrodi rivestiti:
Questi sono talvolta chiamati anche elettrodi convenzionali. Un rivestimento (strato sottile) di materiale di flusso viene applicato a tutto tondo all'asta di saldatura, e quindi definito come elettrodo rivestito. Il flusso, durante la saldatura, fornisce una schermatura alla zona di metallo fuso dall'ossigeno atmosferico e dall'azoto. Questo flusso impedisce anche la formazione di ossidi e nitruri. Il flusso reagisce chimicamente con gli ossidi presenti nel metallo e forma una scoria fusibile a bassa temperatura di fusione.
La scoria è galleggiante sulla parte superiore della saldatura e può essere facilmente spazzolata via dopo la solidificazione della saldatura. La qualità della saldatura prodotta dall'elettrodo rivestito è molto migliore rispetto a quella degli elettrodi scoperti.
A seconda del fattore di rivestimento o dello spessore del rivestimento del flusso, gli elettrodi rivestiti sono divisi in tre gruppi:
(a) Elettrodi leggermente rivestiti.
(b) Elettrodi con rivestimento medio.
(c) Elettrodi fortemente rivestiti.
Un confronto tra tre tipi di elettrodi rivestiti è riportato nella Tabella 7.10:
Vantaggi degli elettrodi rivestiti di flusso:
Il rivestimento del flusso sugli elettrodi per saldatura ha alcuni vantaggi. Alcuni di loro stanno seguendo:
1. Protegge la zona di saldatura dall'ossidazione fornendo un'atmosfera di gas interno attorno all'arco.
2. Produce scorie a bassa temperatura di fusione, che dissolvono le impurità presenti nel metallo come ossidi e nitruri e galleggiano sulla superficie del bagno di saldatura.
3. Affina le dimensioni del grano del metallo saldato.
4. Aggiunge elementi di lega al metallo saldato.
5. Stabilizza l'arco fornendo determinate sostanze chimiche che hanno questa capacità.
6. Riduce lo schiacciamento del metallo di saldatura.
7. Concentra il flusso dell'arco e riduce le perdite termiche. Questo risultato aumenta la temperatura dell'arco.
8. Rallenta la velocità di raffreddamento della saldatura e accelera il processo di indurimento.
9. Aumenta la velocità di deposizione del metallo e la penetrazione ottenuta.
Costituenti di rivestimenti elettrodi:
Il rivestimento degli elettrodi può consistere in due o più ingredienti. Diversi tipi di rivestimenti utilizzati per diversi tipi di metalli da saldare.
I componenti dei rivestimenti tipici degli elettrodi e le loro funzioni sono riportati nella tabella 7 11. Alcuni di questi sono discussi qui:
1. Costituenti delle scorie:
Gli ingredienti che formano le scorie sono l'ossido di silicio (Sio 2 ), l'ossido di manganese (Mno 2 ), l'ossido di ferro (F e O), l'amianto, la mica, ecc. In alcuni casi si usa anche l'ossido di alluminio (Al 2 o 3 ) rende l'arco meno stabile.
2. Costituenti per migliorare le caratteristiche dell'arco:
Gli ingredienti per migliorare le caratteristiche dell'arco sono gli ossidi di sodio (Na 2 O), gli ossidi di calcio (CaO), gli ossidi di magnesio (MgO) e l'ossido di titanio (TIO 2 ).
3. Costituenti antiossidanti:
Gli ingredienti disossidanti sono grafite, alluminio in polvere, farina di legno, carbonato di calcio, amido, cellulosa, dolomite, ecc.
4. Costituenti leganti:
I materiali leganti utilizzati sono silicato di sodio, silicato di potassio e amianto.
5. Componenti costitutivi:
Gli elementi di lega utilizzati per migliorare la resistenza della saldatura sono il vanadio cobalto, il molibdeno, l'alluminio, il cromo, il nichel, lo zirconio, il tungsteno, ecc.
Specifica degli elettrodi:
Le specifiche degli elettrodi sono fornite dal Bureau of Indian Standard IS: 815-1974 (seconda revisione).
In base a questo, gli elettrodi rivestiti sono specificati da:
(i) Una lettera di prefisso.
(ii) un numero di codice a sei cifre.
(iii) una lettera di suffisso.
(i) Lettera prefissa:
La lettera del prefisso indica il metodo di produzione degli elettrodi.
Queste lettere di prefisso con il metodo di produzione degli elettrodi sono riportate nella Tabella 7.12:
(ii) Un numero di codice a sei cifre:
Il numero di codice a sei cifre indicava le caratteristiche prestazionali e le proprietà meccaniche del deposito di metallo saldato.
Il significato di ogni singola cifra da uno a sei è riportato nella Tabella 7.13:
(iii) Lettera suffisso:
La lettera del suffisso indica le proprietà o le caratteristiche speciali dell'elettrodo.
Questi sono dati nella Tabella 7.14:
Le prime cifre del numero di codice spiegano essenzialmente il tipo di rivestimento utilizzato sull'elettrodo e questo rivestimento indica le caratteristiche di prestazione.
Esistono sette tipi di copertura che rappresentano il numero della prima cifra riportati nella tabella 7.15:
La seconda cifra del codice indica la posizione di saldatura, come indicato nella tabella 7.16 riportata di seguito:
La terza cifra del numero di codice indica le condizioni di corrente di saldatura raccomandate dal produttore di elettrodi.
Questi sono dati nella Tabella 7.17:
La quarta, quinta e sesta cifra del numero di codice rappresenta la resistenza a trazione, lo sforzo massimo di snervamento e l'allungamento percentuale con il valore dell'impatto.
Questi sono dati nella Tabella 7.18:
Oltre alla codifica sopra riportata, tutti gli elettrodi devono essere conformi ai requisiti di prova di IS: 814 (parte I e II) - 1974. Ciascun pacchetto di elettrodi deve avere una codifica che indica la codifica e le specifiche.
Esempio:
IS: codifica 815: E 315 - 411K
Specifica: Rif: 814 (parte 1)
Il significato dell'esempio sopra è che:
(i) L'elettrodo è prodotto per estrusione solida ed è adatto per la saldatura ad arco metallico di acciaio dolce. [E].
(ii) Il rivestimento degli elettrodi ha una quantità apprezzabile di titanio con materiali di base e produrrà scorie fluide. [3].
(iii) L'elettrodo è adatto per la saldatura in posizione piana, orizzontale, verticale e aerea. [1].
(iv) L'elettrodo è adatto per la saldatura con corrente continua, con elettrodo + ve o -ve. È inoltre adatto alla saldatura con corrente alternata con tensione a circuito aperto inferiore a 90 volt. [5].
(v) L'elettrodo ha una gamma di tensioni di trazione del metallo depositato compreso tra 410 e 510 N / mm 2 . [411].
(vi) L'elettrodo ha una tensione di snervamento massima di metallo depositato 330 N / nm 2 . [411].
(vii) L'elettrodo ha una percentuale minima di allungamento nella prova di trazione del metallo depositato pari al 20 percento su una lunghezza del calibro di 5, 65 √ S e il valore del test di impatto medio del metallo depositato è 47J a 27 ° C. [411].
(viii) L'elettrodo ha una polvere di ferro nella copertura, con un recupero del metallo compreso tra il 130 e il 150%.
(ix) L'elettrodo è conforme a IS: 814 (parte I) -1974.
