Как использовать сварку палками для проектов структурного усиления

Понимание сварки палок для структурного усиления

Сварка палками, формально известная как сварка Щитовой металлической дуги (SMAW), остается одним из самых надежных процессов для проектов структурного усиления. От усиления стальных балок в зданиях до ремонта балок моста и добавления прочности к несущим рамам, SMAW обеспечивает глубокое проникновение, переносимость и толерантность к загрязнению поверхности, с которым другие процессы не могут сравниться. Освоение этой техники имеет важное значение для сварщиков, работающих на критической инфраструктуре, где целостность сварки непосредственно влияет на общественную безопасность. Это руководство охватывает все, от выбора электродов и установки машины до передовых методов и предотвращения дефектов, гарантируя, что вы можете производить кодовые, долговечные сварки каждый раз.

Основы сварки палками (SMAW)

Сварка с помощью палочек использует расходуемый электрод — металлический стержень, покрытый потоком, — для создания электрической дуги между электродом и заготовкой. Дуга плавит как электрод, так и базовый металл, образуя бассейн расплавленной сварки. Покрытие потока испаряется для получения защитного газа, который защищает сварку от атмосферного загрязнения, а также образует слой шлака, который замедляет охлаждение и формирует бусину. После затвердевания шлак отслаивается, чтобы выявить готовый сварной шов.

Для структурной арматуры SMAW превосходит, потому что он обеспечивает высокопрочные соединения даже на толстых, ржавых или грязных материалах. В отличие от сварки газовой металлической дуги (MIG) или сварки из флюкс-корированной дуги (FCAW), сварка палкой не требует внешнего защитного газа, что делает его идеальным для наружных работ, где ветер нарушит покрытие газом. Он также предлагает отличные механические свойства при использовании электродов с низким содержанием водорода, которые являются обязательными для многих структурных кодов.

Типы электродов для структурных работ

Выбор правильного электрода имеет решающее значение. Общие классификации включают:

• E6010 — Глубокое проникновение, отличное для грязной или ржавой стали, используется в корневых проходах и вертикально-нижней сварке. Требуется электрод постоянного тока положительный (DCEP).
• E6011 — Похож на 6010, но работает и на переменном токе, полезном, когда машины постоянного тока недоступны.
• E7018 — низководный электрод с высокой прочностью на растяжение (70 000 psi), необходимый для большинства структурных кодов (AWS D1.1). Производит гладкие, проходимые сварные швы с минимальным риском растрескивания, вызванным водородом.
• E7024 — электрод из железа-пороха для высоких скоростей осаждения на плоских и горизонтальных филеварных сварных швах, часто используемый в производственных условиях.

Для структурного усиления E7018 является отраслевым стандартом. Всегда проверяйте, соответствует ли электрод применимому коду (например, AWS D1.1, AISC 360). Американское общество сварки предоставляет подробные спецификации для каждой классификации.

Оборудование и установка

Выбор сварочной машины

Сварочные станки на основе палочек доступны в качестве трансформаторных (AC или AC/DC) или инверторных. Инверторные станки легче, более энергоэффективны и обеспечивают лучшую устойчивость дуги при низких ампературах. Для структурных работ рекомендуется машина постоянного тока (CC) постоянного тока с диапазоном выхода не менее 200-300 ампер. Ключевые функции, которые следует искать, включают:

• Регулируемое горячее начало и дуговое усилие для предотвращения прилипания электрода.
• Цифровые дисплеи для точного управления усилием.
• Аутлет для аксессуаров 110В (гриндеры, вентиляторы).

Всегда убедитесь, что машина рассчитана на рабочий цикл вашего приложения - структурное укрепление часто требует длительных непрерывных сварных швов, которые требуют высокого рабочего цикла (60% или более при номинальной ампераже).

Электродное хранение и обработка

Низководородные электроды, такие как E7018, требуют строгого хранения для предотвращения поглощения влаги. Влага в потоке высвобождает водород в сварку, вызывая растрескивание. Следуйте этим рекомендациям:

• Магазин открывал электроды в портативной духовке при 250–300°F (120–150°C).
• Если электроды подвергались воздействию воздуха более четырех часов, перезапекайте их при температуре 700 ° F (370° C) в течение одного часа.
• Отбрасывайте электроды, которые показывают признаки повреждения ржавчины или потока.

Для более подробной информации обратитесь к рекомендациям по хранению электродов Lincoln Electric .

Персональное защитное оборудование (PPE)

Сварка палками производит интенсивное УФ-излучение, искры и токсичные пары. В число основных СИЗ входят:

• Авто-темнеющий сварочный шлем с оттенком 10-13 для SMAW.
• Огнестойкая куртка или кожаный фартук.
• Сварочные перчатки (тяжелая сварка для палки).
• Очки безопасности под шлемом.
• Респиратор, если он работает в ограниченном пространстве или с оцинкованной сталью.
• Ушные пробки (искры могут проникать в уши).

Подготовка заготовки

Уборка и совместная подготовка

Несмотря на то, что SMAW прощает некоторые загрязняющие вещества, правильная очистка улучшает качество сварки и уменьшает дефекты.

• Шкала мельницы, ржавчина и краска с использованием шлифовальной или проволочной щетки.
• Масло и смазка с растворителем (ацетон или обезжириватель).
• Влага — высушивайте область факелом, если это необходимо.

Для прикладных суставов скосить края для достижения полного проникновения на толстые секции. Скос 30° с корневой стороной 1/16′′ (1,6 мм) характерен для пластин свыше 1/4′′ (6 мм). Используйте шлифовальную или плазменную резку с скосящим креплением.

Подогрев для толстых секций

При сварке тяжелых конструкционных элементов (толщиной более 1 дюйма / 25 мм) или высокоуглеродистых сталей предварительный нагрев снижает скорость охлаждения и предотвращает растрескивание, вызванное водородом. Минимальные температуры предварительного нагрева определяются кодами (например, AWS D1.1 Table 3.2). Для проверки используют указательный на температуру карандаш или инфракрасный термометр. Типичные диапазоны предварительного нагрева:

• Легкая сталь (A36): 50-150°F (10-65°C) в зависимости от толщины.
• Высокопрочные низколегированные (HSLA) стали: 200-300°F (95-150°C).

Поддерживайте температуру интерпасса ниже максимально допустимой (обычно 450°F / 230°C для большинства конструкционных сталей).

Сварка по стойке и стойке

Правильное крепление обеспечивает постоянный разрыв и выравнивание. Используйте зажимы C-camps, крепкие зажимы или временные сварные швы для удержания деталей на месте. Сварные швы Tack должны быть:

• Короткие (1/2-1 дюйм / 12-25 мм) и того же качества, что и конечные сварные швы.
• Размещают с интервалами 6–12 дюймов (150–300 мм) для длинных суставов.
• Гладкие, если они будут включены в окончательный сварной шов.

Техника сварки для структурного усиления

Электродные углы и скорость движения

Угол электрода влияет на проникновение и форму шарика. Для большинства конструктивных сварных швов:

• Рабочий угол: 90° к стыку для филе сварных швов на T-сварном шве; 60° включает угол для сварных швов с прикладом.
• Угол перемещения (угол драги): 15-20° от вертикали, указывающий в направлении перемещения (техника драги). Это толкает шлак за лужу и обеспечивает хороший сплав.

Скорость перемещения должна быть устойчивой - достаточно быстрой, чтобы избежать широкой бусины, но достаточно медленной, чтобы заполнить сустав. Хорошее испытание: ширина бусины должна быть примерно в 2-3 раза больше диаметра электрода. Ненадолго остановитесь на краях сустава, чтобы предотвратить подрез.

Позиции сварки

Структурное усиление часто требует сварки во всех положениях. Вот советы по положению:

• Плоский (1G/1F): Легче всего. Используйте угол сопротивления 10-15°, сохраняйте короткую длину дуги. Используйте бусины стрингера для контролируемого проникновения.
• Горизонтальный (2G/2F): Угол электрода немного вверх (5-10°), чтобы предотвратить провисание лужи. Уменьшите амперативность на 10-15% по сравнению с плоской.
• Вертикальный (3G/3F): Используйте вертикально вверх (метод смотрового лица) для прочности. Угол электрода: 0-5° вверх. Используйте небольшое плетение (ширина полуэлектродного диаметра) для управления лужей. Вертикальный вниз быстрее, но слабее — подходит только для тонких материалов (менее 1/4′′).
• Накладные (4G/4F): Низкая ампература (80-90% от плоской). Держите дугу короткой, используйте более плотное плетение. Держите лужу маленькой, чтобы избежать капания.

Строительные бусины vs. плетение бусин

Струнные бусины (прямые, узкие бусины) обеспечивают лучшие механические свойства и меньший вход тепла, уменьшая искажение и размягчение HAZ. Тканые бусины покрывают более широкие суставы за меньшее количество проходов, но могут увеличить риск включения шлака. Для структурной арматуры, стрингерные бусины, как правило, предпочтительны, особенно для E7018. Используйте ткачество только тогда, когда это необходимо, чтобы заполнить большой зазор - ограничьте ширину плетения до 2,5 диаметра электрода.

Контролировать длину дуги

Длина дуги напрямую влияет на качество сварки. Короткая дуга (около диаметра провода электрода) производит плотный, трескящий звук и глубокое проникновение. Длинная дуга вызывает брызги, пористость и плоскую бусину. Поддерживают постоянную дугу, подпитывая электрод, когда он сгорает. Новички часто держат слишком длинную дугу - практика, удерживающая электрод близко к пластине.

Многопропускная сварка

Для толстых секций (более 3/8′′/10 мм) требуется несколько проходов. Первый проход (корневой проход) должен достигать полного слияния на корневом суставе. Последующие заливные проходы осаждаются с использованием электродов размером на один меньше корня (при необходимости). Чистый шлак тщательно между проходами. Окончательный проход колпачка должен иметь выпуклый профиль (немного поднятый) для максимизации армирования - избегать чрезмерной высоты армирования (максимум 1/8′′ / 3 мм над базовым металлом на код).

Пост-Слова процедуры

Удаление шлака

После каждого сварочного прохода удалите шлак с помощью отщепывающего молота и проволочной щетки. Для E7018 шлак часто легко отслаивается. Для E6010 он может быть более прочным. Всегда носите защитные очки во время отслаивания. Если шлак остается на, он может попасть в ловушку в последующих проходах или скрыть дефекты поверхности.

Визуальная инспекция

Визуально проверьте каждый сварной шов.Допустимые критерии для AWS D1.1 включают:

• Никаких трещин, видимой пористости или неполного слияния.
• Глубина разреза не превышает 1/32′′ (0,8 мм) для большинства применений.
• Высота усиления в пределах (обычно 1/8′′ max).
• Никаких включений шлака или перекрытия.

Используйте сварочный датчик для измерения размеров ног филе и толщины горла. Если обнаружены дефекты, измельчите их и повторно сварите.

Неразрушающее тестирование (NDT)

Для структурного усиления, соответствующего коду, часто требуется NDT. Общие методы:

• Ультразвуковое тестирование (UT) - обнаруживает внутренние недостатки и отсутствие синтеза.
• Радиографическое тестирование (RT) - рентгеновские или гамма-изображения выявляют объемные дефекты.
• Магнитное тестирование частиц (МТ) - находит поверхностные и околоповерхностные трещины.
• Тестирование на проникновение жидкостей (PT) – полезно для цветных или небольших участков.

Работайте с сертифицированным техником NDT. Убедитесь, что сварные швы могут охлаждаться до комнатной температуры перед тестированием - горячие сварные швы могут маскировать дефекты.

Устранение стресса и пост-сварочное термическое лечение

Толстые секции или высокосдержанные соединения могут потребовать снятия напряжения для снижения остаточных напряжений и минимизации риска крекинга. Послесварочная термообработка (PWHT) включает нагревание области сварки до 1100-1200°F (595-650 °C) в течение определенного времени, а затем контролируемое охлаждение. Это обязательно для многих сосудов под давлением и тяжелых структурных кодов (ASME Раздел VIII, AWS D1.1). Если сомневаетесь, проконсультируйтесь с инженером-сварщиком.

Общие дефекты и устранение неполадок

Даже опытные сварщики сталкиваются с дефектами. Вот наиболее распространенные в структурной сварке палки и как их исправить:

• Пористость (небольшие отверстия в шарике): Вызванная влагой, загрязняющими веществами или дугой слишком длинной.Решение: пересушиваемые электроды, чистый базовый металл, поддерживают более короткую дугу.
• Включения шлака (темные пятна на рентгеновском снимке): От неадекватной очистки между проходами или неправильной техники плетения. Удалите весь шлак перед следующим проходом и используйте бусины стрингера.
• Подрезать (подрезать вдоль пальца сварного шва): Высокий коэффициент амперативности, чрезмерная скорость перемещения или неправильный угол. Уменьшить усилители, замедлить или отрегулировать угол для заполнения пальца.
• Отсутствие сплава (разрыв между сварным швом и базовым металлом): Недостаточное тепло или плохая подготовка суставов. Увеличьте усилие, края скоса и убедитесь, что дуга направлена на корень.
• Треск (в сварном швах или HAZ): Растрескивание водорода из влаги или высокого содержания углерода. Используйте электроды с низким содержанием водорода, предварительный нагрев и контроль скорости охлаждения.

Если дефекты появляются на нескольких сварных швах, остановите и переоцените свои параметры. Систематический подход - проверка амперативности, состояния электрода и совместной подготовки - обычно определяет первопричину. См. руководство по дефектам Miller Welds для подробных изображений и исправлений.

Безопасность при структурной сварке палками

Сварка палками представляет собой уникальную опасность из-за высоких токов, ультрафиолетового излучения и токсичных паров. Помимо стандартной СИЗ, соблюдайте эти критические методы безопасности:

• Электробезопасность: Обеспечить правильное заземление сварочного аппарата. Никогда не сварить во влажных условиях. Используйте сухую изолированную прокладку, если вы стоите на коленях на металле. Выключите аппарат при смене электродов.
• Вытяжка дыма: Конструкционная сталь часто содержит покрытия (цинк, краска, грунтовки), которые производят опасные пары. Используйте местную выхлопную вентиляцию или респиратор с соответствующими картриджами. Руководящие принципы безопасности сварки OSHA определяют допустимые пределы воздействия.
• Предотвращение пожара: Очистите площадь горючих материалов в пределах 35 футов. Держите огнетушитель (класс ABC) в пределах досягаемости. Следите за искрами, которые могут упасть в щели или на более низкие уровни.
• Ограниченные пространства: Сварка внутри резервуаров, сводов или структурных полостей требует дополнительных мер предосторожности: непрерывная вентиляция, газовый монитор, упряжка безопасности и резервный человек снаружи. Никогда не свариваем в ограниченных пространствах без надлежащего учебно-спасательного оборудования.

Всегда следуйте программе безопасности вашего работодателя и придерживайтесь местных кодексов.Регулярные проверки безопасности предотвращают несчастные случаи и обеспечивают долгосрочное здоровье.

Заключение

Сварка на палочке для структурного усиления - это навык, который сочетает в себе технические знания с устойчивой рукой и вниманием к деталям. Выбирая правильный электрод, тщательно подготавливая заготовку, контролируя параметры сварки и придерживаясь протоколов безопасности, вы можете производить сварные швы, которые соответствуют самым высоким стандартам прочности и долговечности. Независимо от того, укрепляете ли вы стальную колонну, ремонтируете балку моста или добавляете опорный балку, принципы, описанные здесь - от хранения электродов до многопроходных методов - помогут вам достичь кодовых, надежных результатов.

Для дальнейшего совершенствования ваших навыков рассмотрите возможность формального обучения через AWS или местные торговые школы. Практикуйте материал для металлолома, инвестируйте в качественное оборудование и всегда проверяйте свою работу. Структурное подкрепление - это не просто присоединение металла - это обеспечение безопасности всех, кто полагается на эту структуру.