Лучшие практики для сварки в холодных или ветровых условиях

Сварка в холодных или ветреных условиях представляет собой отдельный набор переменных, которые могут серьезно скомпрометировать как качество сварки, так и безопасность оператора. В отличие от контролируемых внутренних сред, наружная сварка подвергает работу экстремальным температурам, влаге и движению воздуха, которые влияют на поведение металлов, защиту газового покрытия и надежность оборудования. Понимание и внедрение лучших практик для этих сложных сред не является обязательным - это важно для производства звуковых сварных швов, которые отвечают требованиям кода и для защиты сварщика от травм. Эта статья предоставляет всеобъемлющее, ориентированное на производство руководство по эффективной сварке, когда температура падает или ветер поднимается, охватывая подготовку материала, корректировку оборудования, выбор процесса и протоколы безопасности.

Понимание проблем холодных и ветровых условий

Влияние холода на материалы и оборудование

Низкие температуры заставляют металлы сжиматься и становиться менее пластичными. Это тепловое сжатие может создавать остаточные напряжения, которые приводят к искажению, растрескиванию или даже к растрескиванию, вызванному водородом, в восприимчивых сталях. Базовый металл действует как теплоотвод, быстро оттягивая тепло от сварного бассейна. Без компенсации этот охлаждающий эффект может привести к неполному слиянию, отсутствию проникновения и хрупкому сварному металлу. Кроме того, материалы наполнителя могут не течь так легко, а покрытия электродов или поток могут поглощать влагу по-разному в холодных условиях. Пострадает само оборудование: батареи теряют заряд, гидравлические жидкости утолщаются, а газовые регуляторы могут замерзать или выходить из строя, если присутствует влага.

Влияние ветра на щитовой газ и стабильность дуги

Ветер является врагом процессов сварки с газовым щитом. Устойчивый ветер даже от 5 до 10 миль в час (8-16 км/ч) может сдуть защитную газовую оболочку вокруг сварочного бассейна, что позволяет загрязнять атмосферу кислородом и азотом. Это вызывает пористость, чрезмерное брызгивание и слабые, окисленные сварные швы, которые не проходят механические испытания. Ветер также дестабилизирует дугу, затрудняя поддержание постоянной длины дуги и скорости перемещения. Для таких процессов, как сварка дуги газового металла (GMAW) и сварка дуги газового вольфрама (GTAW), ветер является основной причиной отторжимых дефектов. Даже умеренные порывы могут создать турбулентность, которая подрывает экранирование задолго до того, как сварщик увидит проблему.

Лучшие практики для сварки в холодную погоду

Техника предварительного нагрева

Предварительный нагрев базового металла является единственным наиболее эффективным средством противодействия холодно-погодной сварке. Повышение температуры заготовки снижает температурный градиент между сварным металлом и окружающим материалом, замедляя скорость охлаждения и сводя к минимуму тепловой удар. Требуемая температура предварительного нагрева зависит от толщины материала, содержания углерода и условий окружающей среды. Для конструкционных сталей типичный диапазон предварительного нагрева составляет 100-250 ° F (38-121 ° C), хотя некоторые низколегированные или высокоуглеродистые стали могут нуждаться в более высоком. Используйте индукционные нагреватели, пропановые горелки или электрические одеяла сопротивления для равномерного применения тепла. Контролируйте температуру с контактными термометрами или инфракрасными пушками, обеспечивая, чтобы тепло распространялось по крайней мере на 3 дюйма (75 мм) по обе стороны соединения. Поддерживайте предварительный нагрев во время сварки и, для многих кодов, в течение определенного периода после сварки, чтобы обеспечить контролируемое охлаждение.

Выбор правильного материала и электродов наполнителя

Выбор металла наполнителя должен учитывать пониженную пластичность при низких температурах эксплуатации. Многие расходные материалы имеют низкотемпературные значения прочности (например, значения Charpy V-notch), которые должны соответствовать спецификациям проекта. Для сварки в условиях окружающего холода выберите электроды или провода, которые указаны для низкотемпературных применений, таких как те, которые имеют обозначение «L» для низкого содержания водорода или те, которые отвечают требованиям AWS A5.1 или A5.20 с испытанием на удар при -20 ° F (-29 ° C) или ниже. Храните низководные электроды в стержневых печах и используйте их в течение короткого времени после воздействия атмосферы для предотвращения улавливания влаги, что усугубляется конденсацией на холодных стержнях.

Поддержание сварочного оборудования в холодных условиях

Сварочные машины, проводные фидеры и генераторы требуют особого внимания при падении температур. Держите источники питания и управляющие кабели защищенными от снега и прямого ветра. Разрешите оборудованию прогреваться перед использованием - холодная электроника может действовать беспорядочно, а замороженная влага в газовых линиях может блокировать поток. Используйте обезоблажители или сухой азот для очистки влаги от газовых шлангов и регуляторов. Оборудование с батарейным питанием должно храниться в помещении, когда это возможно, поскольку емкость батареи с холодным стоком. Регулярно проверяйте уровни охлаждающей жидкости в факелах с водяным охлаждением, чтобы предотвратить замерзание. Ветрозащитный снег может забивать вентиляторы охлаждения, поэтому держите вентиляционные отверстия чистыми.

Использование ограждений и систем отопления

Даже при предварительном нагреве окружающий холод может быстро украсть тепло из сварной зоны. Портативные сварочные укрытия, палаточные вольеры или тарпы, настроенные на блокирование преобладающих ветров, создают микроклимат. Для критических работ используют форсированные воздушные обогреватели или радиаторные обогреватели, направленные на стык, но будьте осторожны, чтобы не перегреваться или создавать чрезмерное движение воздуха, нарушающее экранирование. Вольеры также помогают уменьшить влагу и накопление льда на заготовке. При работе на больших конструкциях, где полные вольеры непрактичны, используйте точечный нагрев и подвижные одеяла для удержания тепла вокруг сварной зоны.

Корректировка параметров сварки

Холодный базовый металл поглощает больше тепла, поэтому сварщики должны компенсировать увеличением теплоотдачи. Повышать амперативность (для сварки палкой) или скорость подачи проводов и напряжение (для GMAW / FCAW) на 10-20% по сравнению с внутренними настройками. Немного уменьшать скорость перемещения, чтобы позволить большему количеству тепла впитываться в сустав. Для GTAW рассмотрите возможность использования большего диаметра наполнителя или добавления пропуска предварительного нагрева. Имейте в виду, что более высокий вход тепла увеличивает риск искажения, поэтому используйте сбалансированные последовательности сварки (например, обратный шаг, пропуск или блоковая сварка) для управления напряжением. Контролируйте температуру интерпасса - не позволяйте работе охлаждаться ниже минимального значения предварительного нагрева между проходами.

Лучшие практики для сварки в ветреном состоянии

Ветровые стекла и барьеры

Наиболее надежным решением являются физические ветровые ветры. Возводите временные экраны из фанеры, тяжелого холста или коммерчески доступных сварочных лобового стекла. Поместите их, чтобы заблокировать преобладающее направление ветра, оставляя при этом достаточно места для сварщика, чтобы получить доступ к стыку. Для конструкционных стальных работ используйте магнитные щиты, которые крепятся непосредственно к заготовке для защиты непосредственной дуговой зоны. В трубопроводной сварке распространены всплывающие палатки или боковые шторы на сварочной установке. Цель состоит в том, чтобы уменьшить скорость ветра на дуге до менее 5 миль в час (8 км / ч) для GMAW и ниже 2 миль в час (3 км / ч) для GTAW. Даже импровизированный барьер из уложенных материалов может сделать разницу между звуковым сварным швом и отбраковкой.

Корректировка скорости потока газа и системы низкого давления

Стандартная практика заключается в том, чтобы установить защитный поток газа между 25 и 35 CFH (кубовые футы в час). В ветреных условиях многие сварщики увеличивают поток - но это может иметь обратные последствия, создавая турбулентность, которая тянет воздух. Вместо этого используйте более низкий расход и большее сопло для создания более стабильного ламинарного потока. Некоторые производители предлагают «ветер-стойкие» газовые сопла с диффузорами, которые уменьшают скорость газа. Альтернативно, переключитесь на 11⁄2-дюймовую или 2-дюймовую сопло с газовой линзой для улучшения газового покрытия. Для GMAW использование трехсменного или обогащенного гелием газа может улучшить стабильность дуги, хотя стоимость выше. Проточные счетчики с анти-нажатием клапанов помогают поддерживать постоянную доставку, несмотря на порывы.

Выбор ветровостойких сварочных процессов

Не все процессы сварки одинаково подвержены воздействию ветра. ФЛТ-кордовая дуговая сварка (FCAW) с самозащитным проводом (FCAW-S) по своей природе устойчива к ветру, потому что поток генерирует свой собственный защитный газ и шлак. Этот процесс широко используется в структурной и трубопроводной сварке на открытом воздухе. Шилдированная металлическая дуговая сварка (SMAW)] или сварка палкой также относительно терпима, поскольку электродное покрытие создает защитную газовую и шлаковую систему. Для GMAW рассмотрите возможность использования металлического проволоки или провода с флюсом с внешним газовым экранированием, но они менее терпимы, чем самозащитный FCAW. Избегайте GTAW при любом ветре, если у вас нет прочных корпусов, так как даже небольшой ветер может загрязнить вольфрам и сварной бассейн.