Nekonvenční technologie svařování Elektrostruskové svařování doc. Ing. Ivo Hlavatý, Ph.D. ivo.hlavaty@vsb.cz http://fs1.vsb.cz/~hla80 1
Elektroda zasahuje do tavidla, které je v pevném skupenství nevodivé. Po zažehnutí oblouku začne tavidlo měnit svoje skupenství a tím postupně nabývá elektr. vodivosti. 2
Po určité době oblouk zaniká a tavidlo je dále ohříváno odporově. Teplem strusky se odtavují konce elektrody a natavuje se svařovaný materiál. 3
Formování a ochlazování svarového kovu zajišťují měděné, vodou chlazené příložky, posouvající se současně s vlastním zařízením. Vhodné pro materiály větších tloušťek než 50mm. Výhodou je vysoká tepelná účinnost, velká produktivita, možnost zhotovovat obvodové svary a návary. Použití: kotlové pláště velké celky z odlitých nebo vykovaných částí 4
vysoká produktivita nízké náklady na přípravu spoje svar je možno zhotovit na jeden průchod bez ohledu na tloušťku desky u tupých svarů nenastává deformace úhlů malé příčné namáhání malé riziko trhlin z důvodu obsahu vodíku velké množství použité energie způsobuje: pomalé chlazení, následkem je silný nárůst zrn v tepelně ovlivněné zóně vrubová houževnatost základního materiálu v oblasti není dost vysoká, aby vyhovovala požadavkům svařované konstrukce, zajistila odolnost proti trhlinám při nízkých teplotách 5
Schéma elektrostruskového svařování hrubých materiálů a svařování třemi dráty s vratným pohybem b svařování více dráty bez vratného pohybu Schéma elektrostruskového svařování tavící se hubicí 1 tavící se hubice 2 svařovací dráty 3 formovací příložky 4 strusková lázeň 5 kovová lázeň 6 svarový kov 6
Schéma elektrostruskového svařování třemi pásovými elektrodami Vliv svařovacího proudu na tvar svarové lázně Q = U. I (J. s -1 ) 1 nízká hodnota svařovacího proudu 2 střední hodnota svařovacího proudu 3 vysoká hodnota svařovacího proudu 4 nízké napětí 5 vysoké napětí 6 tavidlo typu AN-8 s nízkou el.vodivostí (0,4Ω -1 cm -1 ) 7 - tavidlo typu ANF-1 s vysokou el. vodivostí (2Ω -1 cm -1 ) 7
Tepelná bilance při elektrostruskovém svařování 1 teplo spotřebované na tavení přídavného materiálu (23,6%) 2 teplo odváděné do hmoty základního materiálu ( 58,2%) 3 teplo předávané struskovou lázni a spotřebované na ohřev svarových ploch (1,3%) 4 tepelné ztráty ze struskové lázně do měděných příložek (2,6%) 5 - tepelné ztráty vyzářením do atmosféry (1,2%) 6 teplo spotřebované na natavení základního materiálu (47,8%) 7 tepelné ztráty odvodem tepla ze svarové lázně do měděných příložek (5,2%) 8 celkové teplené ztráty ohřevem měděných příložek (7,8%) 9 teplo spotřebované na přehřátí svarové lázně (10,5%) 1 základní materiál 2 přídavný materiál 3 strusková lázeň 4 svarová lázeň 5 ztuhlý svarový kov a šířka mezery mezi svařovanými díly s p velikost natavení základního materiálu b k šířka svarové lázně h k hloubka svarové lázně H výška struskové lázně 8
25.10.2011 Krystalizační vrstvy: a při svařování bez vratného pohybu elektrody b při svařování s vratným pohybem elektrody Tvar a uvedené parametry struskové lázně určují: směr růstu krystalů množství a orientaci vměstků mechanické vlastnosti svarového spoje možnost vzniku defektů a trhlin 9
1 základní materiál 2 měděná příložka 3 ocelové dno Úprava začátku elektrostruskového svařování 1 umístění svařovacího automatu 2 svařovaná konstrukce 3 ocelové dno 4 výběhové desky 5 dilatační třmeny zajišťující nastavenou plochu Příprava svařence pro elektrostruskové svařování 10
1 základní svařovaný materiál 2 měděné formovací příložky 3 hubice automatu s přídavným drátem 4 kladkové polohovadlo a začátek svaru b svařování obvodu součásti c ukončení svaru Provedení začátku a konce obvodového elektrostruskového svaru Deformace při elektrostruskovém svařování Zvládnutí problematiky deformací při tomto svařování umožňuje: volit správnou šířku mezery mezi díly volit optimální parametry svařovaní a počet dilatačních třmenů zmenšovat přídavky na finální opracování svařenců rozpracovat technologické postupy, které umožňují snížení deformace Při tomto svařování vznikají ve svarovém spoji: příčné deformace podélné deformace úhlové deformace Rozhodující vliv má u této technologie deformace PŘÍČNÁ (smrštění). 11
PŘÍČNÉ SMRŠTĚNÍ probíhá během svařování ve čtyřech základních fázích: V první fázi, která trvá krátkou dobu po zahájení svařování, v počátcích tvorby svaru, dochází k výraznému a rychlému přibližování svarových ploch. velikost smrštění je dána primárním smrštěním, závislém na: velikosti svařovací mezery velikosti průvaru licím smrštění Ve druhé fázi, která nastává od okamžiku, kdy se v součásti vytvoří kvazistacionární teplotní pole, probíhá postupné přibližování svarových ploch podstatně pomaleji a je v průběhu dalšího svařování přibližně stejné. Třetí fáze nastává před ukončením svaru, kdy svařenec je již tak tuhý, že nedochází k žádnému podstatnému pohybu svarových ploch, v tomto okamžiku vznikají ve svarovém kovu velká tahová napětí (při ochlazování závěrečné části svaru), která mohou někdy vyvolat vznik trhlin za horka v této části svarového spoje. Výsledky zkoušek ukázaly, že existuje bod, kolem něhož se v průběhu svařování natáčí svarová plocha, hlavně je to u obvodových svarů. PŘÍČNÉ SMRŠTĚNÍ probíhá během svařování ve čtyřech základních fázích: Ve čtvrté fázi, bezprostředně po dokončení svaru, dojde nejprve k rychlejšímu smršťování právě ukončené části spoje a pak k jeho rovnoměrnému smršťování Kromě těchto tří fází v průběhu svařovacího procesu vzniká vlivem velkého měrného tepelného příkonu, mimo již uvedené makropohyby svarových ploch dané charakterem svařovacího procesu ještě tzv. mikropohyb, vydutí svarových ploch do mezery. Tato deformace je způsobena nerovnoměrným rozložením teploty po délce svarové hrany (obvodu svaru) Velikost této mikrodeformace závisí na: fyzikálních vlastnostech a rozměrech materiálu svařence svařovacích parametrech (intenzita svařovacího proudu, napětí, rychlost svařování). 12
Hlavní technologické parametry elektrostruskového svaru I sv intenzita svařovacího proudu U sv svařovací napětí d průměr použitých drátů n počet použitých drátů (podle tloušťky svařovaného materiálu) v d rychlost podávání přídavného drátu t d rozteč mezi jednotlivými dráty v h rychlost příčného posuvu hubic ve svarové mezeře a 1 - velikost dráhy přídavného drátu v krajních polohách při příčném kývání a 2 vzdálenost krajních drátů od okrajů měděných příložek v úvrati při příčném posuvu hubic t u doba stání drátu v krajních úvratích H výška struskové lázně a šířka mezery mezi svařovanými díly v s svařovací rychlost h k hloubka svarové lázně b k šířka svarové lázně h s suché vyložení drátu Teplotní cyklus elektrostruskového svařování 1 elektrostruskové svařování tavící se přívody proudu, 90 mm od hranice natavení 2 elektrostruskové svařování způsobem EŠS KPM, 110 mm od hranice natavení 13
Zařízení na svařování a hřídelí vodních turbín b válců vysokovýkonných hydraulických lisů (schématicky) Hrotové otáčející se zařízení na elektrostruskové svařování tlakových nádob 14
Zařízení na svařování kotlových bubnů 1 svařovací hlava pro obloukové svařování 2 stroj na elektrostruskové svařování 3 kladkové polohovadlo 4 vozík 5 přestavitelný pracovní mostík 5. Elektrostruskové svařování (72) 15
Děkuji za pozornost ivo.hlavaty@vsb.cz http://fs1.vsb.cz/~hla80 IVO HLAVATÝ 2011 16