Влияние загрязнения поверхности на качество сварки палками и как его избежать

Пористость от газообразных загрязнителей

Ржавчина и мельница содержат оксиды железа. При нагревании эти оксиды разлагаются и выделяют кислород. Аналогичным образом, лакокрасочные покрытия и грязь часто содержат летучие органические соединения, которые испаряют и производят окись углерода или углекислый газ в сварочном бассейне. Полученные пузырьки газа попадают в ловушку, когда металл затвердевает, образуя поры. Пористость ослабляет площадь поперечного сечения сварного шва, снижает пластичность и может служить местами инициации усталостных трещин. Даже небольшое количество пористости может привести к тому, что сварной шов выйдет из строя при испытании на давление или тесте на изгиб.

Нестабильность дуг и включенность шлаков

Шкала мельницы — темный, шелушащийся оксидный слой, образующийся на горячекатаной стали, — имеет температуру плавления значительно выше, чем у основного металла. Во время сварки мельничная шкала может не полностью плавиться, плавая в сварочном бассейне и попадая в ловушку в виде шлаковых включений. Эти неметаллические включения действуют как концентраторы напряжения и уменьшают эффективную зону несущей нагрузки. Кроме того, сильно загрязненные поверхности заставляют дугу блуждать, чрезмерно брызгать и производить нерегулярные профили бусин, что затрудняет поддержание последовательного слияния и проникновения.

Общие поверхностные загрязнители, встречающиеся при сварке палками

Признание источников загрязнения является первым шагом на пути к предотвращению. Хотя список может быть длинным, большинство практических сценариев сварки включают несколько рецидивирующих правонарушителей.

Шкала ржавчины и мельницы

Ржавчина (оксид железа) повсеместно встречается в углеродистой стали, которая подвергается воздействию влаги. Шкала мельницы представляет собой плотно прилипший слой оксида, образующийся во время горячего проката. Оба гигроскопичны, что означает, что они привлекают и удерживают влагу. Ржавчина особенно проблематична, потому что она часто содержит гидратированные оксиды, которые выделяют водород и кислород при нагревании. Измельчение или проволочная чистка к яркому металлу обычно требуется для критических сварных швов, особенно при использовании электродов с низким содержанием водорода, таких как E7018.

Масло, смазка и сокращение жидкости

Механические компоненты, особенно те, которые были обработаны, пробурены или сформированы, часто имеют остаточные смазочные материалы. Даже следовые количества масла могут разлагаться в дуге для получения соединений водорода и углерода, что приводит к пористости и растрескиванию. Поскольку масло может распространяться в тонких пленках, его легко упустить из виду. Протирание или обезжиривание растворителя необходимо перед любым сварным сваром.

Краска и защитные покрытия

Первичная, красочная, эпоксидная и оцинкованная покрытия создают множество проблем. Помимо того, что они являются источниками водорода и углерода, они могут содержать цинк, который создает токсичные пары и может вызвать хрупкость сварного металла или растрескивание (охрупчение жидкого металла на восприимчивых сплавах). Для сварки палкой краску следует удалять по крайней мере на 1 дюйм (25 мм) с обеих сторон линии соединения.

Грязь, пыль и мусор

При полевой сварке на заготовках обычно накапливаются грязь, песок и грязи, которые могут попасть в сварочный бассейн, вызывая включение или пористость. Сжатый воздух или сухие ткани следует использовать для очистки суставов непосредственно перед сваркой.

Влага и конденсация

Высокая влажность или изменение температуры могут вызвать образование конденсата на металлических поверхностях, особенно если базовый металл холоднее точки росы в цехе или на открытом воздухе. Даже тонкий слой конденсированной воды обеспечивает достаточное количество водорода, чтобы вызвать пористость в электродах с низким содержанием водорода. Предварительный нагрев заготовки над точкой росы является эффективной контрмерой.

Стратегии профилактики: подготовка поверхности для высококачественных сварных швов

Эффективная профилактика загрязнения требует систематического подхода от получения материала до момента зажигания дуги. Следующие стратегии охватывают как чистоту базового металла и электрода, так и экологический контроль.

Механическая очистка: шлифование, чистка и вспышка

Для большинства применений сварки палкой на углеродистой стали механическая истирание является наиболее надежным методом для удаления ржавчины, мельничного масштаба и старой краски. Используйте шлифовальное колесо или шлифовальный диск для воздействия яркого металла на всю площадь соединения. Щетка из нержавеющей стали может удалять поверхностные оксиды на цветных металлах, но для стали, силовая щетка быстрее. В тяжелой промышленности абразивная щетка (песок или выстрел) может использоваться для очистки больших площадей. Важно: Всегда очищайте ширину соединения по крайней мере до 1 дюйма (25 мм) с каждой стороны; для толстых пластин или высокопрочных сталей рекомендуется более широкая чистая зона (2-3 дюйма).

Химическая очистка: обезжиривающие и растворители

Масло, смазка и восковые остатки требуют очистки растворителями, прежде чем механическая очистка может быть полностью эффективной. Используйте промышленные обезжириватели, ацетон или специальные сварочные растворители. Нанесите чистую тряпку или распылительную бутылку, затем протрите сухим. Избегайте хлорированных растворителей вблизи сварки, потому что они могут распадаться на токсичный газ фосген под дугой. Всегда позволяйте растворителям полностью испаряться перед ударом дугой, чтобы предотвратить загрязнение сварного шва летучими остатками.

Электродное хранение и обработка

Сами электроды-палки должны храниться должным образом, чтобы избежать поглощения влаги. Особенно чувствительны электроды с низким содержанием водорода (например, AWS E7018). Они поступают в герметически закрытые банки; после открытия их необходимо хранить в электродной печи при 250-300 ° F (120-150 ° C), если они не используются немедленно. Повторная сушка или «подсыхание» электродов в соответствии со спецификациями производителя могут восстановить их, если они подобрали влагу. Использование влажных электродов вводит влагу непосредственно в дугу, вызывая чрезмерное растрескивание водорода и сварки.

Экологический контроль: влажность и предварительный нагрев

При сварке во влажных или холодных условиях даже очищенные поверхности могут повторно загрязняться конденсацией. Контролируйте относительную влажность; если она превышает 60-70%, рассмотрите возможность использования переносного осушителя или предварительного нагревания базового металла до 100-150 ° F (38-65 ° C) для отвода влаги. Предварительный нагрев также снижает скорость охлаждения, помогая водороду диффундировать из сварного металла. Для толстых секций или высокоуглеродистых сталей температуры предварительного нагрева могут быть указаны кодом (например, AWS D1.1).

Окончательная проверка и уборка в срок

После механической и химической очистки осмотрите зону соединения на предмет любого оставшегося загрязнения. Используйте чистую, сухую ткань или сжатый воздух для удаления любых частиц, осевших во время установки. В высокоцелостной работе окончательная протирка тряпкой (бесшовная ткань, влажная растворителем) гарантирует отсутствие остатков пыли. Наилучшая практика заключается в очистке и сварке в тот же день, так как очищенная сталь может быстро промелькнуть ржавчиной во влажном воздухе.

Передовые методы для критической и нержавеющей стали сварки

Хотя вышеупомянутые стратегии охватывают большинство применений углеродистой стали, некоторые материалы и требования к коду требуют дополнительной осторожности.

Сварные материалы из нержавеющей стали

Нержавеющие стали полагаются на тонкий слой оксида хрома для коррозионной стойкости. Загрязнение из углеродистой стали (например, измельчение пыли от предыдущей работы) может вызвать межзернистую коррозию и сократить срок службы. Используйте специальные щетки из нержавеющей стали и инструменты, которые никогда не использовались на углеродистой стали. Чистые поверхности с ацетоном или мягким моющим средством и избегайте загрязнения железом из стальной ваты или шлифовальных колес. Сварка палочек из нержавеющей стали с электродами, такими как E308L или E316L, требует дополнительной бдительности против поверхностных примесей.

Алюминиевые и магниевые сплавы

Хотя сварка из палочек алюминия встречается реже (предпочтительно TIG или MIG), SMAW можно использовать со специальными электродами. Для этих реактивных металлов подготовка поверхности должна включать обезжиривание и удаление толстого оксидного слоя с использованием щетки из нержавеющей стали или химического тростника. Сварка должна быть произведена быстро после очистки, потому что оксид быстро образуется.

Высокопрочные низколегированные (HSLA) стали

Эти стали более чувствительны к растрескиванию водородом, чем мягкая сталь. Сочетание высокой прочности и более высокого углеродного эквивалента делает их склонными к растрескиванию под бисером, если присутствуют даже небольшие количества влаги или масла. При сварке палочек стали HSLA всегда следует использовать электроды с низким содержанием водорода (E7018 или выше) со строгим соблюдением температуры предварительного нагрева и интерпаста. Очистка поверхности должна быть агрессивной, удаляя все мельничные шкалы и ржавчину до голого металла.

Стоимость загрязнения: последствия для реального мира

Игнорирование загрязнения поверхности приводит не только к дефектам на испытательном купоне; оно имеет реальные финансовые и безопасные последствия. Переработка из-за пористости или трещин может удвоить или утроить рабочее время для данного сустава. В сертифицированном строительстве (например, AISC, AWS D1.1) дефекты, обнаруженные во время ультразвукового или рентгенографического контроля, могут потребовать полного удаления и повторного сварки. Для трубопроводов высокого давления или структурных элементов отказ может привести к травме или катастрофическому коллапсу.

Дополнительные лучшие практики для последовательного качества сварки палкой

Подготовка поверхности не существует в вакууме. Следующие дополнительные методы будут способствовать дальнейшему улучшению целостности сварного шва:

• Поддерживать правильную амперацию и скорость перемещения. Слишком низкая ампература приводит к плохому синтезу и увеличению защемления шлака; слишком высокая ампература может слишком быстро сжигать поток и допускать загрязнение атмосферы.
• Используйте правильный электрод для применения. Электроды E6010, например, имеют глубокую проникающую дугу, которая более терпима к ржавчине и мельничному масштабу, но может производить больше водорода. E7018 является выбором с низким содержанием водорода, но требует тщательного хранения.
• Длина и угол дуги управления. Длинная дуга увеличивает воздействие атмосферы; поддерживает короткую дугу (около диаметра провода электрода). Сохраняйте угол сопротивления для правильного покрытия шлака.
• Проверяйте каждый проход перед нанесением следующего. Для многопроходных сварных швов тщательно очищайте каждую бусину проволочной щеткой или молотком для удаления шлака и любых поверхностных загрязнений, которые образовались во время охлаждения.
• Использовать контроль температуры перед нагреванием и пересечением. Для толстых секций, высокопрочных сталей или холодных сред предварительный нагрев замедляет охлаждение и позволяет водороду выходить. Измерять температуру с помощью контактного пирометра или временных палок.
• После сварки проверьте наличие дефектов зрения, таких как пористость поверхности, подрез или трещины. Проведите неразрушающее тестирование (краситель, магнитная частица) в соответствии с требованиями кода.