Suvirinimas neįprastose aplinkose
Perskaitę šį straipsnį, sužinosite apie suvirinimo metodus neįprastose aplinkose: 1. Suvirinimas vėjoje 2. Suvirinimas esant žemai aplinkos temperatūrai 3. Suvirinimas vakuume 4. Suvirinimas erdvėje.
Suvirinimas vėjui:
Suvirinimas vėjuotomis sąlygomis sukelia lanko pailgėjimą, dėl kurio suvirinimo baseinas pablogėja nuo žalingų atmosferos dujų poveikio. Todėl lanko įtampa turi būti laikoma intervale, kad būtų užtikrintas netinkamas suvirinimas esant tam tikram vėjo greičiui.
Nustatyta, kad vėjo greitis stipriai paveikia apsauginį dujų apsaugą, dengiant apsauginį metalinį lankinį suvirinimą ir apsauginę dujų dujinio metalo lankinį suvirinimą; tačiau nustatyta, kad savaiminio ekranavimo laidai užtikrina geresnę apsaugą.
Darant prielaidą, kad lanko pailginimas yra kiekybinis ekranavimo efektyvumo kriterijus, rezultatai, gauti vieno markės savaiminio ekranavimo vielos vielos suvirinimo (FCAW) laidams, apie kuriuos pranešė Shlepakov, et al. iš imituotų laboratorinių eksperimentų parodyta 22.1 pav.
Akivaizdu, kad be defektų suvirinimo galima gauti labai trumpą lanko ilgį, kai lanko įtampa yra nuo 21 iki 22, 5 voltų vėjo greičiui iki 15 m per sekundę. Tačiau suvirinimo granulių kokybė ilgą laiką buvo smarkiai paveikta, ypač esant didesniam vėjo greičiui. Panašius duomenis apie kitų rūšių savaiminio ekranavimo FCAW laidus taip pat pranešė tie patys autoriai.
Suvirinimas esant žemai aplinkos temperatūrai:
Suvirinimas žiemą kalnų regionuose šiaurėje ar konkrečiau Arkties ir Antarkties regionuose apima darbą esant labai žemai temperatūrai iki -40 ° C arba dar mažesniam. Arkties regiono mašinų ir konstrukcijų našumas žiemą yra apie 1, 5 karto mažesnis už reitingą, todėl faktinis eksploatavimo laikas sumažėja 2–3, 5 karto, o tai reiškia, kad dalyvaujančios šalys patiria nuostolių.
Pranešama, kad žiemos metu automobilių, traktorių ir buldozerių komponentų ir agregatų gedimas yra 4-6 kartus didesnis nei vasarą. Vidutinis mėnesinis buldozerio darbas žiemą yra nuo 2, 7 iki 7 kartų mažesnis nei vasarą. Žiemos laikotarpiu susidaro daugiau nei 75% visų registruotų suvirintų pagrindinių komponentų ir kasimo mašinų mazgų. Trapūs lūžiai ir nuovargio lūžiai - tai dugno ir kitų žemės judančių įrenginių suvirintų jungčių gedimų priežastys.
Žiemą sumažinus temperatūrą Arkties regione, pranešama apie padidėjusius gedimus vamzdynuose, tiltuose, krovinių laikymo sijos, talpyklose, naftos talpyklose ir slėginiuose induose. Viena iš pagrindinių žemos temperatūros trapių suvirintų jungčių lūžių priežasčių yra prastas bazinių medžiagų ir suvirinimo medžiagų pasirinkimas bei suvirinimo technologija. Dėl to susidaro regionai, kuriuose yra didesnis jautrumas skilimui ir šaltų įtrūkimų pradžia.
Šaltojo plyšio susidarymas suvirinimo jungtyse, pagamintuose esant žemai aplinkos temperatūrai, yra susijęs su sparčiu aušinimu ir suvirinimo baseino kristalizavimu, dėl kurio suvirinimo metale įsijungia vandenilis, deguonis arba azotas ir nemetalinės medžiagos. Dėl greito aušinimo žemoje temperatūroje; metalų lydymas taip pat gali būti nepakankamas, dėl to susidaro nepakankamas įsiskverbimas ir trūksta sintezės. Be to, elektrodų ir užpildų laidų kokybė yra neigiamai paveikta, jei ant jų susidaro drėgmės geliai.
Siekiant išvengti žalingo žemos temperatūros poveikio kokybiškiems suvirinimo siūlams, reikia laikytis šių taisyklių:
1. Naudojant pagrindinį metalą, neturi būti įbrėžimų, įdubų ar paviršiaus gabalų, kad būtų išvengta žnyplės poveikio
2. Darbų kraštų valymas yra būtinas norint pašalinti teršalus ir drėgmę arba sniegą. Jei reikia, kraštai gali būti pašildyti prieš surinkimą ir tada lėtai atvėsinti suvirinimo jungtį.
3. Naudojant tinkamus suvirinimo būdus ir kintamuosius, turi būti naudojami tik gerai išdžiovinti aukštos kokybės elektrodai. Norint kompensuoti žemą aplinkos temperatūrą, gali prireikti didesnio srovės nustatymo.
4. Baigę suvirinimą reikia kruopščiai apipjaustyti, kad būtų išvengta įbrėžimų ir įdubų suvirinimo metalo ir HAZ.
5. Venkite kraterio susidarymo, kad išvengtumėte kraterių įtrūkimų, kurie gali sukelti trapius lūžius.
6. Vietoj standžių tvirtinimo įtaisų naudokite tvirtinimo įtaisus, kad būtų išvengta pernelyg didelių suvirinimo jungčių įtempių; gera praktika yra padidinti šilumos kiekį nuo 4 iki 5% kiekvienam 10 ° C sumažėjimui aplinkos temperatūroje nuo, tarkim, apie 20 °.
Dėl padidėjusio šilumos šalinimo efekto suvirinimo lankstumas sumažėja didėjant darbo storiui. Tam, kad būtų išvengta storio poveikio ductility, šilumos sąnaudos gali būti padidintos, tačiau tai paprastai lemia sumažintą suvirinimo metalo stiprumą. Todėl vėsinimo greitis yra lemiamas filė ir daugiafunkcinis užsukamasis suvirinimas, todėl tokie suvirinimo siūlai yra lengvai išvengiami, nes svarbūs suvirinimo įtaisai gaminami esant žemai aplinkos temperatūrai.
Alternatyvus metodas yra padaryti storesnius skerspjūvius. Pavyzdžiui, 16–24 mm, 25–40 mm ir 41–50 mm storio ruošinio storis turi būti suvirintas mažiausiu suvirinimo siūlės skerspjūviu arba atitinkamai 35 mm 2, 50 mm 2 ir 60 mm 2 . Be to, tokių suvirinimo siūlų aušinimo greitis neturi viršyti 30 ° C per sekundę.
Konstrukcinių plienų armavimo strypai gali būti sėkmingai suvirinti žemose temperatūrose. Tokiais atvejais pasiektos savybės paprastai yra panašios į tas, kurios pasiekiamos įprastomis parduotuvių temperatūromis.
Dangos tipas žymiai paveikia apsaugotą metalo lanko suvirinimą esant žemai temperatūrai. Geriausius rezultatus galima gauti naudojant pagrindinius dengtus elektrodus, nes gautas suvirinimo metalas pasižymi didelėmis mechaninėmis ir smūginėmis savybėmis dėl mažo suvirinimo metalo vandenilio kiekio, turinčio mažai jautrumo senėjimui ir trapiems lūžiams, taip pat anglies ir sieros kiekio padidėjimui. . Taigi geros kokybės suvirinimo siūlai gali būti gaunami naudojant pagrindiniu būdu dengtus elektrodus žemo ir aukšto lydinio plienuose.
Norint gauti geros kokybės vamzdynų suvirinimo siūles esant žemai temperatūrai, užpakalis turi būti sutvirtintas pagal 22.1 lentelėje pateiktas sąlygas:
Bet kokio sienelės storio martensitinio plieno vamzdžiai turi būti suvirinti esant aplinkos temperatūrai apie 0 ° C; kai aplinkos temperatūra yra žemesnė nei 0 ° C, tokie užpakaliniai suvirinimo siūlai turi būti atliekami šildomose patalpose arba gaubtuose. Vamzdžių, pagamintų iš apipjaustytų ir pusiau nužudytų plienų, suvirinimas, jų kėlimas, transportavimas ir montavimas turi būti atliekamas ne aukštesnėje kaip - 20 ° C aplinkos temperatūroje.
Suvirintos jungties jautrumas trapiems lūžiams žymiai padidėja, kai net kintamieji įtrūkimai ar nuovargio pažeidimai atsiranda esant kintamoms apkrovoms, tai tampa ryškesnė, kai temperatūra mažėja. Siekiant pagerinti suvirintų jungčių našumą esant smūginėms apkrovoms ir esant neigiamoms temperatūroms, aukšto temperatūros grūdinimas rekomenduojamas didinant tvirtumo stiprumą, termiškai apdorojant HAZ metalo konstrukciją.
Kitas metodas, kuriuo siekiama pagerinti mažų aplinkos temperatūrų suvirinimo siūlių smūgio ir nuovargio savybes, yra suvirinimo argono lankas. Atliekant šį apdorojimą, argono lankas naudojamas sklandžiam kontūro perėjimui iš suvirinimo prie netauriųjų metalų, taip pat suvirinimo metalo pagerinimui metalurginiais pokyčiais, pvz., Sieros pašalinimu, degazavimu, nemetalinių intarpų rafinavimu ir jų formų variacijos.
Šis apdorojimas veda ne tik prie įtampos koncentracijos sumažėjimo HAZ, bet ir pagerina metalo paviršiaus sluoksnio struktūrą, taip padidindamas suvirintos jungties mechanines charakteristikas.
Aukštos temperatūros grūdinimo ir argono lanko apdorojimo poveikis mažo anglies plieno ir nitruoto plieno smūgio stiprumui, lyginant su tuo pačiu plienu be jokio apdorojimo, yra toks, kaip parodyta 22.2 pav.
Suvirinimas vakuume:
Suvirinimo suvirinimo sistemoje, siekiant atlikti kokybiškus suvirinimo siūlus, būtina efektyviai apsaugoti suvirinimo baseiną nuo blogų atmosferos dujų (deguonies ir azoto) poveikio. Suvirinimo metalas taip pat gali pasiimti vandenį iš drėgmės, rūdžių, elektrodų dangos, srauto ir kt.
Nors skirtingos dujos reaguoja skirtingai su suvirinimo baseino metalais, tačiau jos neišvengiamai susilpnina suvirinimo metalo fizines ir mechanines savybes. Sulaikius didelius kiekius, ištirpusios dujos gali sukelti pūslių susidarymą, skylutes ir poringumą bei sumažinti metalinį tankį, dėl to sumažėja plastiškumas ir stiprumas. Dujose, esančiose net ir kaip cheminiai junginiai, tokie kaip oksidai, nitridai ir hidridai, taip pat gali smarkiai pablogėti metalo stiprumas ir kietumas, dėl kurio gali atsirasti trapus gedimas.
Tai ypač pasakytina apie aktyvius metalus. Be mechaninių savybių sumažėjimo, oksidacija sumažina metalų atsparumą korozijai. Oksidų intarpai taip pat gali sukelti dujų poringumą, nes jie sugeria ir saugo dujas, o metalas yra išlydytas.
Siekiant apsaugoti suvirinimo baseiną, naudojamos skirtingos ekranavimo priemonės, kurių kiekvienas turi savo privalumus ir apribojimus. Dauguma inžinerinių metalų yra pakankamai apsaugoti nuo argono ir helio, tačiau nustatyta, kad šios dujos yra netinkamos kaip metalo, pvz., Cirkonio ir tantalo, suvirinimo medžiagos. Vandenilis taip pat lengvai absorbuojamas cirkoniu, tantalu ir niobiu, kad susidarytų hidridai, kurie atrodo kaip dryžiai palei grūdų ribas.
Net nedidelis kiekis vandenilio cirkonyje, tantale arba niobyje gali sukelti poringumą ir sumažinti jų plastiškumą ir stiprumą. Taigi, norint pagaminti pakankamus plastiškumo siūlus reaktyviuose ir ugniai atspariuose metaluose, ekranavimo terpėje turėtų būti minimalus deguonies, azoto, vandenilio ir drėgmės kiekis.
Vakuumo kaip ekranavimo priemonės efektyvumas nustatomas pagal vakuuminės kameros tūrio vienetų kiekį. 22.2 lentelėje matyti, kad net santykinai silpnas vakuumas turi mažą priemaišų kiekį tūrio vienetui. Palyginti su deguonies ir azoto kiekiu, atitinkančiu atitinkamai 0 005% ir 0%% A grynos ir brangios argono klasės, grubus vakuumas, esantis 01 mm Hg, yra atitinkamai 0 003% ir 0 01%.
Aukštos mechaninės savybės, pagamintos iš vakuuminių siūlių, patvirtinamos tuo, kad metalo kietumas cirkoniniuose suvirinimuose, pagamintuose argono lanku, buvo beveik dvigubai didesnis nei vakuuminio suvirinimo siūlių. Taip pat sumažintas suvirinimo metalo dujų kiekis vakuumo ekranavimu pagerina jo plastiškumą, kaip nustatyta, kai siūlai pagaminti iš molibdeno.
Vakuuminis ekranavimas daro įtaką suvirinimo metalo aktyvumui deginant, didinant jo tankį, pašalinant oksidus, priemaišas ir teršalus iš paviršiaus ir metalo. Sumažėjus suvirinimo metalo užteršimui, grūdų ribos tampa švaresnės, dėl to padidėja suvirinimo metalo atsparumas korozijai. Armatūra, pagaminta naudojant argono lanko procesą, greičiau sutrinka, nei suvirinimas, pagamintas vakuume.
Vakuuminis ekranavimas taip pat pašalina galimybę suvirinti metalo kišenės, nes nėra dujų, kurias jis sugeria; taigi daugelio reaktyviųjų ir ugniai atsparių metalų vakuuminis suvirinimas gamina siūlus be poringumo.
Vakuuminis ekranavimas sumažina suvirinto metalo dujų kiekį dėl oksidų, nitridų ir hidridų disociacijos. Vandenilis, net jei jis yra kartu, gali būti lengvai pašalinamas iš suvirinimo metalo.
Deguonis ir azotas gali būti pašalinami iš suvirinimo metalo tik tada, kai dalinis šių dujų slėgis suvirinimo kameroje yra mažesnis už oksidų ir nitridų disociacijos slėgį suvirinimo baseino temperatūroje. Kadangi deguonies dalinis slėgis yra labai mažas, labai sunku jį visiškai pašalinti iš didžioji dauguma metalų, išskyrus varį, nikelį ir kobaltą.
Tačiau aliuminio, niobo, chromo, magnio, silicio ir tantalo nitridai turi gana aukštą nitridų disociacijos spaudimą, išskyrus cirkonio ir tantalo, nes jų nitridai turi mažą disociacijos spaudimą. Todėl vakuuminis ekranavimas yra aktyvi ekranavimo terpė, nes ji leidžia suvirinti metalą atsikratyti paviršinių teršalų, absorbuojamų skysčių plėvelių dujų. Paprastai metalas užima aukštą blizgesį plačioje zonoje, esančioje greta suvirintų kraštų.
Vakuuminis ekranavimas yra ne tik paprastas ir lengvai prižiūrimas, bet ir suteikia ekonominių privalumų. Pavyzdžiui, vakuuminis ekranavimas yra beveik pusė brangiai kainuojančio kaip argono ekranavimas, o kartais tai gali kainuoti tiek pat, kiek CO 2 ekranavimas. Taip pat pašalinamas dujų balionų poreikis ir jų transportavimo bei tvarkymo išlaidos.
Vakuuminis ekranavimas ne tik suteikia idealų apsaugą metalo suvirinimui, bet ir efektyviai apsaugo aukštos kokybės suvirintas jungtis nemetalinėse medžiagose. Kai kurioms medžiagoms vakuuminis ekranavimas yra vienintelė apsauginė terpė norint pasiekti reikiamus kokybės siūlus.
Suvirinimas erdvėje:
Plėtojant didelio dydžio orbitines stotis, kuriose yra daug įgulos narių, didelių radijo teleskopų, antenų, atspindinčių ir sugeriančių ekranų, saulės spindulių inžinerinių sistemų poreikis pailginti eksploatavimo laiką didėja, o diegimo problemos didėja. didėjant konstrukcijų masei ir dydžiams, vis labiau skubiai susirinkimas ir montavimas.
Be to, būtina skubiai atkreipti dėmesį į sergančius palydovus, kad pasaulinis ryšių tinklas veiktų sklandžiai, todėl būtina sukurti tinkamus medžiagų jungimo metodus. Suvirinimo procesai atrodo būtini naudoti erdvėje, kur suvirinimo sąlygos radikaliai skiriasi nuo žemėje esančių.
Palyginti su aplinka žemėje, erdvę apibūdina trys pagrindiniai veiksniai: nulinis svoris, didelės erdvės vakuumas ir didelis kontrastas dėl šviesos šešėlių ribų.
a. Nulinis svoris:
Tai sukelia plūdrumo jėgos ir konvekcijos nebuvimą arba slopinimą. Tačiau ypatingas nulio-G bruožas yra tas, kad kosmonautas turi dirbti be paramos, sukeldamas didelius nepatogumus rankiniu būdu.
b. Didelės erdvės vakuumas:
Mažo aukščio regione, kur dabar plaukioja didelės orbitinės stotys, ir tikimasi, kad artimiausioje ateityje oro slėgis yra 10-2–10 -4 Pa. Šį slėgio regioną gali gerai valdyti antžeminė pramonė, kuri naudoja elektronų pluoštą ir difuzijos suvirinimas. Tačiau ypatingas erdvės vakuumo bruožas yra labai aukštas arba beveik begalinis evakuacijos greitis.
c. Didelis kontrastas dėl šviesos šešėlių ribų:
Dėl staigaus perėjimo nuo šviesos iki šešėlinės zonos temperatūros skirtumas gali būti nuo 150 iki 500 ° C. Taip pat dėl sumažėjusio šilumos ir masės perdavimo erdvėje zona su aukštais temperatūros skirtumais gali būti artima viena kitai.
Dėl šių specialių suvirinimo erdvėje ypatumų būtina pasirinkti pramoninio pritaikymo procesą, turintį įvairiapusiškumą, paprastumą, patikimumą, saugumą, mažą energijos suvartojimą, minimalią masę ir įrangos tūrį. Atsižvelgiant į visus šiuos reikalavimus, nustatyta, kad EBW yra efektyviausias būdas suvirinti erdvėje.
Pagrindinis erdvės veiksnys, labiausiai aktyviai veikiantis suvirinimo procesus, susijusius su skystosios fazės buvimu, yra nulinis svoris. Nulinės vertės G ryškus paviršinių jėgų poveikis yra išlydyto metalo maišymas, veikiant elektronų pluoštui ir skilimo poveikiui, kurį sukelia klampumas ir terminis difuzija. Dauguma išlydytų metalinių medžiagų turi mažą kinetinę klampą, vidutinį šiluminį difuziją ir didelę paviršiaus įtampą.
Sunku pasiekti, kad nulinės G formos lakštų medžiaga neprasiskirtų suvirinimo įrenginių, esant mažai šiluminės energijos koncentracijai, būtų sunku. Tačiau suvirinimo baseino skersmuo gali būti dešimt kartų (arba netgi daugiau) toks pat didelis, kaip ir medžiagos storis, ir dėl to susiduriama su sunkumais tvarkant didelį kiekį joje esančių lydytų.
Didelio paviršiaus įtempimo su nuliniu G pranašumu erdvėje yra tai, kad, jei įvyksta perdegimas, arba skylutėje supjaustoma skylė, išlydyto metalo užsikimšia prie apatinio darbo krašto arba net uždaro angą arba „kulną“ supjaustyti. Jei taip nebūtų, tai būtų labai pavojinga dėl šių skraidančių metalų bitų erdvėje.
Erdvė ir ypatingas darbo pobūdis reikalauja užtikrinti didžiausią įmanomą įrangos patikimumą, absoliučią žmonių, dirbančių su juo, saugą ir bet kokių kosminių laivų pažeidimų riziką. Be to, sukurtas įrankis turi būti apibūdinamas kaip kompaktiškas, mažas energijos suvartojimas, lengvas svoris ir veikimo atvejis.
Universalus rankinis suvirinimo įrankis, sukurtas siekiant patenkinti visus šiuos reikalavimus kiek įmanoma, yra pagrįstas EBW naudojimu ir yra pavadintas VHT, ty „Versatile Hand Tool“. Tačiau EB W yra susijęs su didele spartinančia įtampa ir gali sukelti rentgeno spindulių susidarymą. Išorinio kostiumo apvalkalo sąlytis su lydyto metalo arba elektronų pluoštu taip pat gali sukelti rimtų pasekmių.
Rusijos inžinierių sukurta VHT, atitinkanti daugumą pirmiau minėtų reikalavimų, turi šias specifikacijas.
Pavyzdžiai, suvirinti naudojant pirmiau minėtą VHT erdvėje, atitinka visus aktyvius pramonės reikalavimus. Skirtingai nuo kitų lankinio suvirinimo procesų, rankinis EBW leidžia valdyti suvirinimo baseino dydį ir įsiskverbimo gylį ne tik tvarkant įrankį, bet ir keičiant šviesos fokusavimą; tai sumažina nudegimo riziką. Defektas, dažniau susidūręs suvirinant naudojant VHT, yra įsiskverbimo stoka, kuri paprastai priskiriama žmogaus reakcijai į operatoriaus baimę sukelti nepataisomą nudegimo trūkumą.
Nepaisant įsiskverbimo stokos, suvirinimas atliekamas erdvėje.
Nors „EBW“ buvo sėkmingai panaudota suvirinimui erdvėje, nes apie 1990 m., Tačiau naujausi Fricing Stir Welding (FSW) procesai parodė, kad kai kurie jo variantai yra naudojami suvirinimui ir suvirinimui vietoje. Kai kurie iš šių įvykių yra „High Speed FSW“ (HS-FSW), suvirinimas ultragarsu (USW) ir suvirinimas šiluminiu būdu (TSW).
a. Didelės spartos FSW :
Jis grindžiamas koncepcija, kad dideli sukimo greičiai iki šimto tūkstančių apsisukimų per minutę FSW sumažina jėgas, reikalingas garso suvirinimui gaminti iki lygio, leidžiančio rankiniu būdu valdomus įrenginius. Darbas jau atliekamas 1, 5 mm storio vario lydinio suvirinimui iki 30 000 aps./min., O suvirinimo greitis - iki 5 m / min.
Vyksta lygiagrečiai atliekamas rankinio rankinio kietojo kūno aparato, skirto naudoti HS-FSW, robotų veikimo kūrimas.
b. Ultragarsinis suvirinimas (USW):
Ši ultragarso energija šildo medžiagas į plastikinę būseną. Skirtingai nuo standartinio FSW, nėra sukamųjų pečių ir smeigtukų, skirtų trinties šilumai gaminti. Tikimasi, kad ši koncepcija bus praktiškesnė už HS-FSW, kaip suvirinimo ir remonto procesą orbitoje, nes bus panaikinta didelė greičio stabilumo problema.
c. Suvirinimas šiluminiu būdu (TSW):
Tai dar vienas suvirinimo procesas storesniems nariams suvirinti. TSW skiriasi nuo FSW, nes šildymo, maišymo ir kalimo procesų elementai, esantys FSW, yra valdomi nepriklausomai. Yra mažai trinties šildymo ir didelio greičio besisukančių kaiščių / pečių. Kaip ir USW, TSW taip pat vengia stabilumo problemų, susijusių su didelės spartos sukimosi dalimis. Be to, kad jis naudojamas patalpų suvirinimui ir remontui, TSW gali būti naudojamas laivų statybai, skirtai titano lydinių suvirinimui laivų statyboje, taip pat ir aukštos kokybės asmeninių jachtų iš titano gamybai.
Be suvirinimo; pjaustymas, litavimas ir metalo purškimas taip pat buvo atliekami erdvėje. Nustatyta, kad kietasis procesas yra sudėtingiausias kosmoso procesas. Tai lemia tai, kad erdvėje saulės spinduliuotės ryškumas yra labai aukštas, beveik neįmanoma matyti spalvos pokyčio metalo temperatūroje, taigi suvirintojas-kosmonautas turi nustatyti, kiek darbas bus šildomas. intervalas.
Metalų purškimas visai nėra sunku atlikti erdvėje, o erdvėje purškiami komponentai atitinka griežčiausių standartų reikalavimus.
