Tecniche specifiche di saldatura
Questo articolo mette in luce le tre tecniche specifiche di saldatura. Le tecniche sono: 1. Saldatura MIAB (arco ad arco magnetico) 2. Produzione di tubi mediante saldatura 3. Saldatura a gap stretto.
Tecnica n. 1. Saldatura MIAB (arco ad arco magnetico):
Nella saldatura MIAB, che viene utilizzata per saldare insieme sezioni tubolari o cave, le facce del tubo da unire sono separate da un piccolo spazio di 1-2 mm e un arco di saldatura viene colpito da una scarica ad alta frequenza attraverso lo spazio, utilizzando una fonte di energia a corrente costante, come mostrato in Fig. 22.25. Allo stesso tempo, un campo magnetico radiale statico creato con l'aiuto di una bobina magnetica incernierata si sovrappone allo spazio che fa muovere l'arco intorno alle estremità del tubo come risultato dell'interazione con il campo magnetico.
La velocità di rotazione dell'arco è molto elevata, fino a 150 m / sec o più, dando luogo a un riscaldamento molto rapido e uniforme delle estremità del tubo. Il tempo richiesto per raggiungere il riscaldamento desiderato è da ½ a 2 secondi a seconda della massa di metallo da riscaldare. La CO 2 viene spesso utilizzata come gas di protezione per proteggere l'arco e il metallo fuso. Una volta riscaldate le estremità del tubo vengono forgiate insieme sotto una pressione fino a circa 2200 N. La massima corrente di saldatura impiegata è normalmente 1000 A.
La saldatura in fase solida prodotta dalla saldatura MIAB ha un caratteristico flash ottenuto a causa dell'azione di stravolgimento. La forza e la qualità delle saldature si confrontano favorevolmente con le saldature prodotte dalla saldatura per attrito e dai processi di saldatura a testa vuota. I principali vantaggi rivendicati per la saldatura MIAB rispetto ai processi alternativi di saldatura di testa, flash e attrito sono elevate velocità di saldatura, basso consumo energetico, facilità di automazione e capacità di unire tubi non circolari.
La preparazione delle facce dei tubi non è critica, quindi qualsiasi superficie da terra a quella tagliata da seghetto è adatta per la saldatura con saldatura MIAB. Tuttavia, le saldature di grande diametro (più di 100 mm) richiedono una connessione di corrente uniforme tutt'intorno al perimetro per garantire una buona rotazione dell'arco. La velocità di produzione con saldatura MIAB può essere 8-10 volte quella di attrito e processi di saldatura testa a testa.
La saldatura MIAB è stata finora sfruttata principalmente dall'industria automobilistica europea per saldare componenti a basso tenore di carbonio, in lega bassa e acciaio inossidabile. Le applicazioni specifiche del processo includono l'unione di alberi di trasmissione, alberi di trasmissione, estremità dell'asse posteriore, ammortizzatori (cappuccio saldato all'estremità del tubo) e puntoni riempiti di gas. Attualmente la gamma di diametri dei tubi che possono essere saldati con la saldatura MIAB è di circa 10-300 mm con uno spessore di parete compreso tra 0, 7 e 13 mm.
Le apparecchiature di processo sono state sviluppate sia per le fabbriche di negozi che per i campi.
Questo processo non può essere utilizzato per la saldatura di barre solide e la qualità del giunto non può essere garantita da NDT perché è possibile avere strati molto sottili di ossido o inclusioni appiattite sulla linea di saldatura. Tuttavia, nonostante queste limitazioni, il processo dovrebbe trovare ampio uso in settori quali elettrodomestici, condizionamento dell'aria, refrigerazione e produzione di mobili.
Tecnica n. 2. Produzione di tubi mediante saldatura:
La produzione ad alta velocità di tubi e tubi è ottenuta dalle seguenti tre varianti di saldatura con giunzione a resistenza:
(i) Saldatura con cordone di saldatura elettrica (processo ERW),
(ii) Saldatura a resistenza ad alta frequenza (HFRW) e
(iii) Saldatura ad induzione ad alta frequenza (HFIW).
(i) Processo ERW:
Grandi quantità di tubi e tubi in acciaio sono prodotti mediante saldatura con giunzioni a resistenza da una striscia che viene continuamente tranciata e arrotolata nel tubo del diametro desiderato prima della saldatura. La corrente alternata fino a 4000A a circa 5 volt viene introdotta attraverso il giunto mediante elettrodi del tipo a rullo diviso e la forza viene applicata dai rulli di pressione come mostrato nella figura 22.26. Per introdurre una forte corrente direttamente sugli elettrodi in movimento viene impiegato un trasformatore rotante con anelli di contatto sul lato primario. A differenza della normale saldatura delle giunture, la corrente e il movimento del lavoro sono continui in questo processo.
La velocità massima di produzione è limitata dalla frequenza della corrente di saldatura poiché all'aumentare della velocità di saldatura, singoli semicicli di corrente portano alla saldatura a punti anziché alla saldatura continua. Per ovviare a questa difficoltà, la frequenza corrente è solitamente aumentata a 350 Hertz per raggiungere una velocità di saldatura di 36 m / min.
Il tubo prodotto da questo processo ha una pinna di metallo rovesciato lungo il giunto di saldatura sia all'interno che all'esterno che di solito viene rimosso installando appositi taglierini sulla linea di produzione. Il tubo viene tagliato alle lunghezze desiderate impiegando un dispositivo di taglio che si muove lungo il tubo ed è sincronizzato per tagliare la lunghezza desiderata nella corsa disponibile in un dato ciclo.
(ii) Processo HFRW:
In questo processo il tubo è formato da rulli allo stesso modo del processo ERW ma la corrente nell'intervallo di 500 - 5000 A con una frequenza fino a 500 KHz e una tensione di circa 100 volt, viene introdotta attraverso sonde in leghe di rame e argento brasato ad acqua pesante montato su supporti in rame. Le dimensioni delle punte dei contatti variano tra 15 e 650 mm 2 a seconda dell'amperaggio da trasportare.
Mentre in ERW il calore è generato principalmente dalla resistenza di contatto interfacciale, è prodotto dall'effetto pelle dovuto al fatto che la corrente scorre in una profondità del conduttore ed è proporzionale a √1 / f. I rulli di pressione per fornire la pressione di forgiatura sono installati a breve distanza lungo la linea dalle sonde di corrente come mostrato in Fig. 22.27. A causa dell'effetto pelle, il percorso del flusso di corrente si trova lungo la striscia attraverso l'apice di V formato dalle superfici fasulle che si incontrano ad un angolo di 4 ° -7 ° quando si avvicinano per formare il tubo. La profondità della regione riscaldata è generalmente inferiore a 0, 8 mm e offre quindi la condizione ottimale per il giunto di saldatura.
Nel processo ERW non avviene la fusione, quindi la saldatura comporta una notevole deformazione del metallo riscaldato per rompere lo strato di ossido per creare il contatto con il metallo per le saldature di qualità. Tuttavia, in HFRW può avvenire la fusione superficiale e il metallo fuso così prodotto viene estruso sotto la pressione di stampaggio dei rotoli con conseguente spremitura di materiale ossidato o altre impurità. Questa azione rende questo processo applicabile alla saldatura di metalli non ferrosi in cui lo strato di ossido refrattario viene formato molto rapidamente a causa del riscaldamento.
L'uso di alta tensione e alta frequenza aiuta a raggiungere un buon contatto tra le sonde e il materiale del tubo anche se ha una scala su di esso Le sonde raffreddate ad acqua hanno una lunga durata e possono saldare migliaia di metri di tubo prima di essere sostituite a causa indossare. Le sonde a contatto utilizzate per HFRW di metalli non ferrosi possono avere tre volte la vita delle sonde utilizzate per i metalli ferrosi. Saldare 100.000 m di tubi non ferrosi con un set di sonde non è raro.
Poiché la velocità di saldatura dipende dallo spessore del tubo e non dal diametro, è possibile ottenere un'elevata velocità di saldatura fino a 150 m / min per l'HFRW di tubi a pareti sottili. Utilizzando un alimentatore da 160 KW con alimentazione a 400 KHz, i tubi e le tubazioni di acciaio e alluminio possono essere realizzati ad un alto tasso di produzione a seconda dello spessore della parete, come mostrato nella tabella 22.6.
Nella saldatura ad alta frequenza di tubi e tubi la corrente scorre sulla superficie interna dei tubi e sulla superficie esterna. Questa corrente addizionale che scorre in parallelo con la corrente di saldatura porta alla perdita di potenza. Per ridurre al minimo questa perdita di potenza, all'interno del tubo viene inserito un nucleo magnetico o un imputatore in materiale ferroso come il ferro battuto.
L'impattatore aumenta la reattanza induttiva del percorso del ribes intorno alla superficie interna del tubo limitando la corrente interna indesiderata e aumentando così la corrente esterna. Ciò porta a maggiori tassi di produzione. L'imperd è solitamente raffreddato ad acqua per mantenere bassa la sua temperatura in modo che non perda le sue proprietà magnetiche. Per evitare la spaccatura di tubi a pareti sottili, l'impattatore può essere dotato di rulli di supporto, come mostrato nella figura 22.28, all'interno del tubo da saldare.
Il processo HFRW viene utilizzato per produrre tubi e tubi di diametro compreso tra 12 e 1270 mm e con uno spessore di parete compreso tra 0, 25 e 25 mm. Qualsiasi metallo può essere saldato con questo processo con una gamma di velocità da 5 a 300 m / minuto a seconda dello spessore della parete.
Il processo HFRW può anche essere utilizzato per produrre tubi e tubi a spirale e alettati. La figura 22.29 mostra una linea di trasferimento progettata per fabbricare tubi saldati a spirale da bobine di skelp. Ha una disposizione per lo srotolamento automatico e la ravvivatura delle punte, la crettatura delle estremità, la saldatura automatica, il trattamento termico della saldatura e il taglio del tubo su tutta la lunghezza.
La figura 22.30 mostra la disposizione per la saldatura dell'aletta a spirale sul tubo. Combinazioni di metalli dissimili di materiali per tubi e alette possono essere saldati da HFRW. Combinazioni spesso saldate includono tubo in acciaio inossidabile, aletta in acciaio dolce; tubo di cupronichel e una pinna di alluminio; tubo di acciaio dolce e aletta in acciaio dolce.
I diametri vanno da 15 mm a 250 mm. Le altezze tipiche delle alette uguagliano il raggio del tubo, la pinna può avere uno spessore di 6 mm e il passo dell'aletta può essere inferiore a 1-2 per cm. Vari tipi di alette dentellate o piegate possono anche essere saldate alle provette.
(iii) Processo HFIW:
La saldatura ad induzione ad alta frequenza di tubi è simile alla saldatura a resistenza ad alta frequenza, tranne che il calore generato nel materiale di lavoro è dalla corrente indotta in esso. Poiché non vi è alcun contatto elettrico con il lavoro, questo processo può essere utilizzato solo dove esiste un percorso di corrente completo o un circuito chiuso interamente all'interno del lavoro. La corrente indotta scorre non solo attraverso l'area di saldatura ma anche attraverso altre parti del lavoro.
I bordi dei tubi sono riuniti nello stesso modo dei processi ERW o HFIW. Una bobina ad induzione raffreddata ad acqua o un induttore fatto di rame circonda il tubo all'estremità aperta della V come mostrato in Fig. 22.31. La corrente ad alta frequenza che attraversa la bobina induce una corrente circolante attorno alla superficie esterna del tubo e lungo i bordi della V, riscaldandoli alla temperatura di saldatura. La pressione viene applicata per realizzare la saldatura come in HFRW.
HFIW è adatto per tubi realizzati con qualsiasi metallo con un diametro compreso tra 12 e 150 mm con uno spessore di parete compreso tra 0, 15 e 10 mm con una velocità di saldatura compresa tra 5 e 300 m / minuto.
HFIW non è limitato alla produzione di tubi ma può essere impiegato per realizzare saldature circonferenziali per il tappo di saldatura su un tubo. Il processo può essere vantaggiosamente utilizzato per tubi rivestiti, tubazioni a pareti sottili o sottili; ed elimina la marcatura superficiale tramite contatti elettrici. Questo processo, tuttavia, non è adatto per la saldatura di metalli ad alta conduttività o di quelli che provengono da ossidi refrattari come
non esiste un meccanismo efficace per lo smaltimento dell'ossido. In generale, il processo HFIW è meno efficiente del processo HFRW in particolare quando si saldano tubi e tubi di grandi dimensioni.
Tecnica # 3. Narrow Gap Welding:
La saldatura a gap stretto è il termine applicato a qualsiasi processo di saldatura utilizzato per la giunzione di profilati pesanti (> 30 mm) con testa quadrata o vicino alla preparazione di bordi paralleli e un piccolo spazio di circa 6, 5-9, 5 mm per produrre una saldatura con saldatura a volume ridotto metallo. Di solito viene utilizzato il processo GMAW per la realizzazione delle saldature, ma sono stati utilizzati con successo anche altri processi come SAW e GTAW.
L'obiettivo principale della saldatura a gap stretto è quello di ridurre il metallo di saldatura al fine di ottenere costi di saldatura, velocità di saldatura più elevate, distorsioni e sollecitazioni ridotte e utilizzare la tecnica di saldatura su un solo lato. Il volume del metallo di saldatura può essere al minimo del 20% dei metodi convenzionali, come risulta evidente dal confronto della preparazione del bordo per SAW di sezioni da 150 mm con i metodi di apertura convenzionale e stretta mostrati nella figura 22.32.
La fonte di energia utilizzata per il processo GMAW a gap stretto è di tipo a tensione costante con un alimentatore di filo a velocità costante, ma la testa di saldatura e gli ugelli sono di modelli speciali per essere adattati nello spazio ristretto. Il processo a gap stretto GMAW è un metodo completamente automatico e può essere utilizzato in tutte le posizioni. Normalmente due fili di elettrodi del diametro di circa 1 mm ciascuno sono utilizzati simultaneamente con un filo diretto verso ciascuna delle pareti. Ogni elettrodo richiede il proprio alimentatore a tensione costante e un sistema di alimentazione del filo.
I tubi di contatto sono montati su un carrello con una distanza fissa tra loro. Tuttavia, il metodo a gap stretto può essere utilizzato anche con un filo di elettrodo, che può essere oscillato per ottenere un deposito di saldatura uniforme. Il gas di protezione utilizzato è una miscela di Argon con il 20-25% di CO 2 .
La corrente utilizzata è di circa 230-250 A per un elettrodo di diametro 1 mm con elettrodo positivo a 25 e 26 volt.
La velocità di marcia è di circa 1-1, 25 m / min, con un assorbimento di calore da 300 a 450 J / mm per elettrodo per passata. La distanza da punta a opera dell'ugello è fissata a circa 13 mm. La striscia di supporto è necessaria per iniziare il processo di saldatura. Questo deve essere quindi rimosso di solito mediante scriccatura con arco ad arco e molatura prima della saldatura delle radici. Ciò non è solo costoso e richiede tempo, ma compromette anche la qualità della saldatura. Sono necessari circa 4 passaggi per cm di spessore del lavoro da saldare.
Per ovviare alla mancanza di fusione della parete laterale, i tubi di contatto sono disposti in modo tale da dirigere il filo dell'elettrodo al punto appropriato sulla parete laterale, in alternativa vengono utilizzati speciali alimentatori di elettrodi per fornire la necessaria curvatura, corrugazione o torsione sul filo dell'elettrodo come mostrato in Fig. .22.33, immediatamente prima che entri nella provetta di contatto. I tubi di contatto sono normalmente raffreddati ad acqua e isolati per evitare il cortocircuito attraverso il contatto con le pareti laterali.
Le limitazioni della saldatura a gap stretto includono teste di saldatura relativamente fragili e le difficoltà associate alle riparazioni di tali saldature strette. Queste difficoltà vengono ora superate utilizzando un processo con uno spazio tra 14 e 20 mm e utilizzando 3 cavi per elettrodi. Quando viene utilizzato il processo SAW o FCAW, la saldatura viene eseguita in posizione di saldatura verso il basso, ma per la saldatura in tutte le posizioni viene utilizzato il processo GMAW con un singolo elettrodo di circa 3, 2 mm di diametro con una impostazione di corrente di 400-450 A e il campo di tensione di 30- 37 volt. Il gas di protezione impiegato è solitamente una miscela di elio, argon e CO 2 in proporzioni uguali.
La velocità di viaggio raggiunta è di circa 40 cm / min. La fonte di energia utilizzata è a corrente continua, a tensione costante, ma viene utilizzata la polarità negativa dell'elettrodo. Mentre il trasferimento del metallo con saldatura a gap stretto è in modalità spray, è globulare con spazi più ampi. In questo metodo, il tubo di contatto non si estende all'interno dello spazio in modo da consentire un lungo fuoriuscita con conseguente notevole resistenza al riscaldamento del filo dell'elettrodo.
Il problema principale di entrambe le versioni di saldatura a gap stretto è la preparazione del giunto di saldatura in modo che lo spazio tra le due parti da saldare sia uniforme. Considerando che la tolleranza consentita sulla geometria gap
La saldatura a gap stretto può essere utilizzata per saldare acciai al carbonio, acciai Q & T ad alta resistenza, alluminio e titanio. Le applicazioni specifiche del processo comprendono la saldatura di recipienti a pressione del reattore, ricevitori di vapore e scambiatori di calore, alberi di trasmissione di grande diametro, alimentatori d'acqua ad alta pressione con pareti pesanti, tubi con pareti spesse e saldature a piena penetrazione fino a componenti dello spessore di 900 mm nell'ingegneria dell'energia nucleare.
