Как исправить трещины и дефекты с помощью методов сварки палками

Понимание сварки Stick

Сварка щитовой металлической дуги (SMAW), широко известная как сварка палкой, является одним из наиболее широко используемых процессов дуговой сварки для ремонта и технического обслуживания. Он полагается на расходный электрод, покрытый потоком, который разлагается во время дуги, чтобы сформировать защитный газовый щит и шлаковое покрытие над расплавленным сварным бассейном. Процесс прост, портативный и высокоэффективный для наружного и полевого ремонта, где ветер может нарушить процессы газовой защиты, такие как MIG или TIG. Сварка палкой работает исключительно хорошо на ржавых или окрашенных поверхностях, если правильно подготовлена, и она может использоваться на широком диапазоне черных и некоторых цветных металлов.

Электрическая дуга, образующаяся между наконечником электрода и базовым металлом, достигает температуры, превышающей 5000 °F (2 760 °C), плавя как провод электрода, так и материал основания. По мере того, как сгорает покрытие потока, оно выделяет защитные газы, которые защищают расплавленную сварку от атмосферного кислорода и азота, что в противном случае вызвало бы пористость и хрупкость. Образовавшийся из потока шлак оседает поверх готовой сварной бусины и должен быть отслаиваться после охлаждения. Этот слой шлака также замедляет скорость охлаждения, снижая риск растрескивания в закаливаемых сталях.

Общие дефекты металлических конструкций

Прежде чем погрузиться в методы ремонта, важно понять типы трещин и дефектов, с которыми вы, вероятно, столкнетесь. Трещины в металлических конструкциях обычно делятся на две широкие категории: горячие трещины и холодные трещины. Горячие трещины возникают при повышенных температурах во время затвердевания или сразу после сварки, в то время как холодные трещины развиваются при более низких температурах, часто через несколько часов или дней после сварки, из-за хрупкости водорода или остаточного напряжения. Другие распространенные дефекты включают:

Например, усталостные трещины часто требуют удаления наконечника трещины за видимую длину, в то время как коррозионные трещины под напряжением могут потребовать другой металл наполнителя или послесварной термической обработки для предотвращения рецидива.

Подготовка к ремонту сварных швов Stick

Тщательная подготовка является единственным наиболее важным фактором в достижении ремонта прочного сварного шва. В оригинальной статье описываются основные этапы очистки, но здесь мы расширяем лучшие практики отрасли.

Очистка поверхности и удаление дефектов

Все загрязняющие вещества — ржавчина, краска, масло, жир, мельничный масштаб и влага — должны быть удалены по меньшей мере на 1—2 дюйма вокруг дефекта. Используйте проволочную щетку, угловую шлифовальную машину с абразивными колесами или игольное чешуйчатое устройство для тяжелой ржавчины. Для масла или жира протрите растворителем, таким как ацетон или денатурированный спирт, и дайте полностью высохнуть. Влага в суставе может вводить водород, что приводит к холодному растрескиванию. Если базовый металл влажный, предварительно нагрейте, чтобы отогнать влагу.

Дефектное раскопки и подготовка к паху

Трещины должны быть полностью удалены перед сваркой. Используйте тонкое шлифовальное колесо (1⁄4 дюйма или менее) для создания узкой канавки, которая следует за трещиной. Типичная форма канавки «U» или «V» с отверстием корня от 1/8 до 3/16 дюйма для доступа. Такие методы, как , запирающие стоп-дыры на обоих концах трещины, могут предотвратить распространение во время подготовки. Диаметр отверстия должен быть примерно от 1/8 до 1⁄4 дюйма. После сверления, измельчить трещину от одного стоп-дыра до другого, обеспечивая исчезновение всего обесцвеченного металла. Используйте пробу на проникновение красителя или тестирование магнитных частиц для подтверждения полного удаления.

Контроль температуры при нагревании и прохождении

Для углеродистой стали толщиной более 3/4 дюйма, высокопрочных сталей или чугуна предварительный нагрев необходим для снижения скорости охлаждения и минимизации растрескивания. Температура предварительного нагрева зависит от углеродного эквивалента и толщины материала; общие диапазоны составляют от 200°F до 600°F (95°C до 315°C). Для мониторинга используйте указательный по температуре карандаш, инфракрасный термометр или термопару. Поддерживайте температуру интерпасса (температура между сварными проходами) в пределах 50°F от значения предварительного нагрева. Это обеспечивает согласованные свойства сварного металла и снижает риск растрескивания водорода.

Выбираем правильный электрод

Выбор электродов резко влияет на успех ремонта сварочного шва. Американское общество сварки (AWS) классифицирует электроды с четырех- или пятизначным числом. Например, E7018 означает прочность на растяжение 70 000 пси, электрод полного положения с покрытием из низководного калия. Электроды с низким содержанием водорода (E7016, E7018, E8018) настоятельно рекомендуются для ремонта высокопрочных сталей и при риске растрескивания водорода. E6010 (целлюлозный шлак) (FLT:3] (быстро замораживающий шлак), идеально подходит для корневых проходов и сварки труб. E6013 является электродом общего назначения для листового металла и простых в сварке наполнителей. E308/309 никель-электроды специально

Ремонт сварного шва Stick Weld

При подготовке работы и соответствующем электроде в руке, правильная техника является следующим критическим шагом.В оригинальной статье перечислены пять шагов, но более глубокое объяснение техники может значительно улучшить результаты.

Машинные настройки и длина дуги

Установите усилитель в соответствии с диаметром электрода и рекомендациями производителя. Для 1⁄8-дюймового (3,2 мм) E7018 типичный диапазон составляет 90-130 ампер, в то время как 5/32-дюймовый (4,0 мм) E7018 использует 120-175 ампер. Используйте обратную полярность постоянного тока (положительный электрод) для E7018 и AC для многих электродов общего назначения. Поддерживайте короткую длину дуги - примерно равную диаметру проволоки ядра - для предотвращения брызг и защемления шлака. Длинная дуга увеличивает вход тепла и может вызвать подрез и пористость.

Скорость путешествий и манипуляции

Скорость перемещения должна быть устойчивой и соответствовать размеру сварного шва. Если вы двигаетесь слишком быстро, шваная бусина будет узкой и выпуклой, с плохим сплавом к боковым стенкам. Слишком медленно создает широкую плоскую бусину с чрезмерным покрытием шлака и потенциальными включениями шлака. Для заполнения канавки полностью используйте шнуровку (прямое путешествие) для корневых проходов и неглубоких канавок. Для более широких зазоров, шваная бусина (колебательное движение) может покрывать большую площадь за проход. (колебательное движение) (колеблющееся движение) является небольшим движением назад и вперед с паузой по краям, чтобы обеспечить сплав бокового стенка. Держите ширину плетения не более чем в 21⁄2 раза больше диаметра электрода для поддержания контроля.

Техника множественного прохода

Для глубоких трещин или толстых секций не пытайтесь заполнить всю канавку в один проход. Это бы рисковало чрезмерным вводом тепла, искажением и отсутствием термоядерного синтеза. Вместо этого используйте несколько проходов, позволяющих каждому остыть ниже температуры интерпаса, если это необходимо. Корневой проход должен полностью проникать в дно канавки. Последующие заливные проходы осаждаются с небольшим перекрытием предыдущей бусины. Окончательный проход колпачка должен быть слегка выпуклым и хорошо прилипать к краям основного металла. После каждого прохода отслаивать шлак и очищать между проходами проволочной щеткой.

блеск

Пининг — процесс удара сварного металла тупым инструментом (например, шариковым молотком), пока он еще горячий, — может помочь снять растягивающие напряжения и снизить риск растрескивания в высокосдерживающихся суставах. Используйте умеренные удары и избегайте обдирания корневого прохода или прохода колпачка. Пининг наиболее эффективен на промежуточных проходах заполнения. Всегда проверяйте тип базового металла; слишком много пининга на закаливаемых сталях может вызвать упрочнение работы и микротрещину.

Послеполетная инспекция и завершение

После завершения сварки необходим немедленный визуальный осмотр. Ищите поверхностные трещины, пятна шлака, чрезмерный брызги и подрез. Позвольте сварке остыть до комнатной температуры, а затем выполните неразрушающее тестирование (НДТ), как того требуют стандарты безопасности приложения. Общие методы НДТ включают:

  • Визуальный осмотр (VT) — Проверка разрывов поверхности; используйте увеличительное стекло для небольших трещин.
  • Тестирование на проникновение красителя (PT) — нанесите красный краситель, затем разработчик; трещины показывают как ярко-красные линии.
  • Испытание магнитных частиц (MT) — Для ферромагнитных материалов; трещины проявляют себя как линии частиц под магнитным полем.
  • Ультразвуковое тестирование (UT) — для недр; требуется обученный оператор.

Если ремонт одобрен, то поверхность довершить путем шлифования любого армирования (колпачка) смывом, если требуется гладкая поверхность, но избегать шлифования в основной металл. Для чувствительных к напряжению соединений может потребоваться постсварная термообработка (PWHT) для снятия остаточных напряжений и закаленных зон. Типичные температуры PWHT для углеродистой стали варьируются от 1,100°F до 1,250°F (595°C до 675°C), удерживаемые в течение одного часа на дюйм толщины, затем медленно охлаждаемые.

Устранение общих проблем

Даже опытные сварщики сталкиваются с проблемами. Ниже приведена краткая ссылка на распространенные дефекты сварки палкой в ремонтных работах.

пористость

Если сварной шарик имеет губчатый вид или газовые карманы, причиной обычно является недостаточное экранирование. Проверьте наличие прочных воздушных сквозняков, влажных электродов или грязного основного металла. Используйте электроды с низким содержанием водорода (E7018), хранящиеся в стержневой печи при 250°F-300°F (120°C-150°C) и ограничьте воздействие воздуха. Избегайте перетаскивания электрода через влагу. Если пористость сохраняется, немного увеличьте длину дуги, чтобы обеспечить покрытие газом.

Включение шлаков

Зацепленный шлак в сварном металле часто является результатом плохой очистки между проходами или неправильной манипуляции. Убедитесь, что шлак от предыдущего прохода полностью удаляется с помощью отщепляющего молота и проволочной щетки. Используйте угол сопротивления 45° и немного более короткую дугу, чтобы толкать шлак в заднюю часть. Ткающее движение может зацепить шлак на пальцах ног; прилипайте к шпангоутам, если включения шлака часты.

подрезать

Подрезание - это канавка, расплавленная в основной металл на сварном пальце. Она уменьшает эффективную толщину и может инициировать усталостные трещины. Подрезание вызвано чрезмерным вводом тепла, слишком высокой скоростью перемещения или слишком широким ткачеством. Уменьшите усилие на 10-15%, пройдите немного медленнее и остановитесь на краях во время плетения, чтобы металл наполнителя мог заполнить палец. Если появляется подрезание, измельчите его и оставьте плавный промочный проход.

Холодный крекинг (Hydrogen Cracking)

Холодные трещины появляются через несколько часов после сварки, часто в зоне, подверженной воздействию тепла. Профилактика требует трехстороннего подхода: используйте электроды с низким содержанием водорода, достаточно подогревайте сустав и обеспечивайте медленное охлаждение (или послесварочный нагрев). Использование печи для электродов (хранится при 250°F в течение не менее 2 часов до использования) имеет решающее значение. Также избегайте закалки сварного шва водой.

Вопросы безопасности

В оригинальной статье отмечается основная СИЗ и вентиляция. Мы расширяем здесь с дополнительными деталями безопасности, характерными для ремонта сварки с помощью склеивания.

Радиационное и персональное защитное оборудование Arc

Сварочная дуга излучает интенсивное ультрафиолетовое (УФ) и инфракрасное (ИК) излучение, которое может вызвать сильные ожоги кожи и постоянное повреждение глаз (дугой глаз). Всегда носите автотемнеющий сварочный шлем с оценкой тени 10-13 (типичным является сварка палкой 11-12). Защитите всю открытую кожу огнестойкими кожаными перчатками, сварочной курткой или кожаным фартуком и темной хлопковой рубашкой. Для верхнего сварочного шлема и наушники надевайте шапку бобовых и ушные пробки для защиты от искр.

Управление дымом

Сварка с помощью палочек производит пары, содержащие оксиды металлов, фториды и другие соединения. Долгосрочное воздействие может вызвать серьезные заболевания легких. Американское общество сварки (AWS) и OSHA рекомендуют местную выхлопную вентиляцию (LEV) или респиратор при сварке в ограниченных пространствах или при плохой вентиляции. Респиратор с полумаской с фильтрами P100 является минимальным для общей защиты от паров. Избегайте сварки на покрытых металлах (например, оцинкованных или окрашенных) без экстремальной вентиляции — пары оксида цинка вызывают лихорадку паров металлов, острую болезнь, напоминающую грипп.

Электробезопасность

Сварка с помощью палочек использует высокий ток (50-350 ампер) при относительно низком напряжении (20-40 вольт). Напряжение с открытым замыканием (OCV) может составлять 70-100 вольт, что достаточно, чтобы вызвать опасный удар, особенно во влажных условиях. Всегда используйте сухие изолированные перчатки. Держите рабочий зажим прочно прикрепленным к чистому основному металлу и никогда не касайтесь электрода или держателя электрода нелюбимыми руками, пока машина включена. Проверяйте кабели для изношенной изоляции. Для наружных работ используйте выходной выключатель цепи заземления (GFCI), если подключается к портативному генератору или питанию сети.

Предотвращение пожаров и взрывов

Сварочная дуга может достигать более 5000 ° F, поэтому она может легко воспламенять легковоспламеняющиеся материалы. Очистить площадь горючих материалов по крайней мере на 35 футах от точки работы. Держите огнетушитель, рассчитанный на пожары класса ABC, в пределах легкой досягаемости. Никогда не сварить на герметичных контейнерах или барабанах без надлежащего вентиляции - тепло может испарять остаточное содержимое и вызывать взрыв. Для ремонтной сварки на резервуарах, трубах или топливных системах следуйте стандарту 51B Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA) .

Заключение

Сварка с помощью палочек, при выполнении с тщательной подготовкой, правильным выбором электродов и дисциплинированной техникой, обеспечивает надежный метод для ремонта трещин и дефектов металлоконструкций, начиная от сельскохозяйственного оборудования и заканчивая промышленным сталелитейным производством. Сочетание надлежащей очистки, предварительного нагрева, многопропускных процедур и послесварочного контроля гарантирует, что ремонт восстанавливает первоначальную прочность и срок службы. Благодаря расширенным знаниям по устранению неполадок и безопасности сварщики могут уверенно подходить к сложным ремонтным работам и давать долгосрочные результаты. Продолжающееся обучение и практика - наряду с соблюдением стандартов от таких организаций, как ] и OSHA - улучшит навыки и обеспечит каждый ремонт соответствует самым высоким стандартам качества и безопасности.