Tozaltı Ark Kaynağı (SAW), gemi yapımı, köprü inşaatı, basınçlı kap imalatı ve boru hattı mühendisliği dahil olmak üzere ağır sanayide yaygın olarak benimsenen, yüksek-verimli, yüksek-kaliteli bir otomatik kaynak teknolojisidir. Geleneksel kaynak yöntemlerinden farklı olarak SAW, kaynak işleminin stabilitesini, kaynak metalinin kimyasal bileşimini ve kaynaklı bağlantıların nihai mekanik özelliklerini belirleyen kaynak arkını ve erimiş havuzu kaplamak için büyük ölçüde granüler akıya dayanır.
giriiş
Tozaltı Ark Kaynağı (SAW)1930'larda icat edilmiş ve büyük kaynak akımı, yüksek biriktirme verimliliği, stabil ark, düşük sıçrantı ve mükemmel kaynak şekillendirme kalitesi gibi olağanüstü avantajlarından dolayı yavaş yavaş modern endüstriyel üretimdeki en önemli otomatik kaynak yöntemlerinden biri haline gelmiştir. SAW'ın en belirgin özelliği, çalışma sırasında kaynak arkının tamamen granüler bir flux tabakası altına daldırılmasıdır. Akı, arkın yüksek sıcaklığı altında eriyerek erimiş kaynak havuzunu havadan izole eden, erimiş metalin oksidasyonunu ve nitrürlenmesini önleyen ve yüksek-kaliteli kaynak kalıplaması gerçekleştiren bir cüruf tabakası ve koruyucu gaz oluşturur.
SAW'ın temel yardımcı sarf malzemesi olan kaynak akısı yalnızca basit bir koruyucu ortam değil, aynı zamanda metalurjik reaksiyonlara katılan, kaynak bileşimini ayarlayan, mekanik özellikleri optimize eden ve kaynak işlemi performansını artıran önemli bir fonksiyonel malzemedir. Akının kalitesi ve türü, ark stabilitesini, kaynak nüfuziyetini, cüruf çıkarılabilirliğini, çatlama direncini, kaynaklı bağlantının tokluğunu ve sertliğini doğrudan etkiler. Gerçek endüstriyel üretimde yanlış akı seçimi, hava delikleri, cüruf birikmesi, eksik erime, soğuk çatlaklar ve düşük-sıcaklık tokluğunda zayıflama gibi kaynak kusurlarına yol açarak kaynaklı yapıların servis güvenliğini ciddi şekilde etkiler.
Diğer kaynak tozlarıyla karşılaştırıldığında SAW flux, granüler katı hal, yeniden kullanılabilir performans, çeşitli bileşen sistemleri ve hedeflenen metalurjik işlevler özelliklerine sahiptir. Endüstriyel üretim standartlarının sürekli olarak yükseltilmesiyle birlikte, kaynakların temizliği, sağlamlığı ve yorulma direnci için daha yüksek gereksinimler ortaya konmuştur; bu da SAW tozlarının sınıflandırma iyileştirmesini ve performans optimizasyonunu daha da teşvik etmektedir. Bu makale, SAW flux'un temel işlevlerinden başlayacak, piyasadaki ana akım flux türlerini sınıflandıracak ve analiz edecek, bunların ilgili performans özelliklerini ve uygulanabilir koşullarını tartışacak ve tozaltı ark kaynağında flux'un uygulama kurallarını açıklığa kavuşturmak amacıyla farklı çalışma koşulları için flux'ın bilimsel seçim yöntemlerini özetleyecektir.
Temel İşlevlerAkıTozaltı Kaynağında
Uygulanabilir SAW akı türlerini açıklığa kavuşturmak için, öncelikle kaynak işleminde akının temel fonksiyonlarına hakim olmak gerekir. Kaynak bağlantısındaki granüler akı, ark yüksek sıcaklığı altında fiziksel erime ve karmaşık kimyasal metalurjik reaksiyonlara maruz kalacak ve ana işlevleri fiziksel koruma, metalurjik düzenleme ve proses optimizasyonu üç boyutlu olarak bölünmüştür.
1. Fiziksel Koruma Fonksiyonu
SAW akısının en temel işlevi fiziksel izolasyon korumasıdır. Kaynak sırasında sürekli beslenen granüler akı kaynak alanını kaplar. Ark, tel elektrot ile ana metal arasındaki boşlukta yanar ve çevresindeki eritken, yoğun bir sıvı cüruf tabakası oluşturur. Cüruf tabakası erimiş kaynak havuzunu ve yüksek-sıcaklıktaki kaynak metalini tamamen sararak havadaki oksijeni, nitrojeni ve su buharını izole eder. Bu, erimiş metalin oksidasyonunu ve nitrürlenmesini etkili bir şekilde önler, oksit kalıntılarının ve nitrür gözeneklerinin oluşumunu önler ve kaynak metalinin saflığını sağlar. Aynı zamanda yüzeydeki katı akı tabakası ark ışığını koruyabilir ve kaynak sıçramasını azaltarak çalışma ortamını ve kaynak şekillendirme kalitesini iyileştirebilir.
2. Metalurji Düzenleme İşlevi
Akı, SAW prosesinde metalurjik reaksiyonun temel ortamıdır. Farklı akı bileşenleri, deoksidasyon, kükürt giderme, fosfor giderme ve alaşımlama etkileri üretebilir. Bir yandan, akıdaki oksit bileşenleri, kaynak metalindeki fazla oksijeni, kükürt ve fosforu gidermek, kırılgan kalıntıları azaltmak ve kaynağın tokluğunu ve plastisitesini geliştirmek için erimiş havuzdaki oksitlenmiş elementlerle reaksiyona girer. Öte yandan, aktif ve alaşım tozları, erime sırasında manganez, silikon, krom ve nikel gibi alaşım elementlerini serbest bırakabilir, kaynak işleminde alaşım elementlerinin yanma kaybını telafi edebilir, kaynak metalinin kimyasal bileşimini ayarlayabilir ve kaynağın mekanik özelliklerini ana metalle eşleşebilir veya hatta aşabilir.
3. Kaynak Prosesi Optimizasyon Fonksiyonu
SAW flux, kaynak arkını etkili bir şekilde stabilize edebilir, kaynak ısı girdisini ayarlayabilir ve kaynak morfolojisini optimize edebilir. Akının ayrışmasıyla üretilen gaz, ark yanma durumunu stabilize edebilir, ark kırılmasını ve titremesini önleyebilir ve kaynağın sürekliliğini ve tekdüzeliğini sağlayabilir. Tozun erime noktası, viskozitesi ve akışkanlığı cürufun yayılma aralığını ve katılaşma hızını belirler, böylece kaynak nüfuz derinliğini, kaynak genişliğini ve takviye yüksekliğini etkiler. Buna ek olarak, makul akı formülü, cürufun iyi soyulabilir olmasını sağlayabilir, cüruf içerme kusurlarını önleyebilir ve yüksek-verimli otomatik kaynak üretimi için çok uygun olan kaynak-sonrası temizleme iş yükünü azaltabilir.
Tozaltı Ark Kaynağında Kullanılan Ana Toz Türleri
SAW akışları endüstride iki ana sınıflandırma yöntemine sahiptir: üretim sürecine göre sınıflandırma ve kimyasal özelliklere (asitlik ve bazlık) göre sınıflandırma. İki sınıflandırma yöntemi tüm ticari SAW akılarını kapsar ve farklı türdeki akıların performans, özellikler ve uygulama senaryoları açısından belirgin farklılıkları vardır. Bu iki sınıflandırma boyutunun birleştirilmesi, SAW akışlarının türlerini ve uygulanabilir kapsamını tam olarak açıklığa kavuşturabilir.
1. Üretim Sürecine Göre Sınıflandırma
Farklı üretim ve işleme teknolojilerine göre SAW akı, endüstriyel üretimde en yaygın kullanılan üç akı türü olan erimiş akı, aglomere (sinterlenmiş) akı ve bağlı akı olarak ikiye ayrılır.
1.1 Erimiş Akı
Erimiş flux, çeşitli mineral hammaddelerin orantılı olarak karıştırılması, bunların 1300 derecenin üzerindeki yüksek- sıcaklıktaki bir fırında eritilmesi, ardından suyla söndürme, kırma, eleme ve kurutma işlemleriyle hazırlanır. İç yapısı, kompakt dokuya, düşük su emilimine ve mükemmel nem direncine sahip, düzgün camsı kristaldir. Erimiş akı stabil kimyasal özelliklere, düzgün bileşen dağılımına ve iyi ark stabilitesine sahiptir. Eritme sonrası oluşan cüruf orta derecede akışkanlığa ve kolay soyulmaya sahiptir ve kaynak oluşumu pürüzsüz ve güzeldir. Bununla birlikte, yüksek-sıcaklıktaki erime prosesi nedeniyle, bazı düşük-erime noktalı alaşım elementlerinin yanması kolaydır, bu nedenle erimiş akı çoğunlukla, geleneksel karbon çeliği ve düşük- alaşımlı çelik kaynağına uygun, zayıf alaşımlama özelliğine sahip nötr akıdır. Genel yapısal çelik kaynağında, çelik levha birleştirmede ve geleneksel boru hattı kaynaklarında yaygın olarak kullanılır.
1.2 Aglomere (Sinterlenmiş) Akı
Sinterlenmiş flux olarak da bilinen aglomere flux, mineral tozu, alaşım tozu ve bağlayıcının eşit şekilde karıştırılması, granüle edilmesi ve düşük-sıcaklıkta sinterlenmesi (400-800 derece) ile yapılır. Bu işlem, alaşım elementlerinin yüksek-sıcaklıktaki yanma kaybını önler, böylece akı, güçlü alaşımlama ve metalurjik ayarlama kabiliyetine sahip çeşitli alaşım bileşenleriyle eklenebilir. Aglomere flux, talebe göre aktif flux, temel flux ve alaşım flux olarak yapılabilen esnek formül ayarına sahiptir. Kaynak sertliğinin arttırılması, hidrojen içeriğinin azaltılması ve kaynak mukavemetinin ayarlanmasında olağanüstü avantajlara sahiptir. Tek dezavantajı, erimiş akıdan biraz daha yüksek su emmesidir, bu nedenle nemi gidermek ve hidrojen- kaynaklı çatlakları önlemek için kaynaklamadan önce pişirilmesi gerekir. Şu anda, aglomere flux, yüksek-mukavemetli çelik, düşük sıcaklıklı çelik ve basınçlı kaplar gibi yüksek{10}}standart kaynaklar için ana akım flux haline gelmiştir.
1.3 Bağlı Akı
Bağlı akı, ham maddelerin sodyum silikat ve diğer düşük- sıcaklıktaki bağlayıcılarla karıştırılması, oda sıcaklığında veya düşük sıcaklıkta kurutulması ve katılaştırılmasıyla üretilir. Üretim süreci basittir ve maliyeti düşüktür, ancak yapısal kompaktlık zayıftır, su emme oranı yüksektir ve bileşen bütünlüğü yetersizdir. Bağlı akı, yüksek-akımlı kaynak işleminde zayıf stabiliteye sahiptir ve cüruf kalıntısı ve gözenek kusurları oluşması kolaydır. Yalnızca düşük-talepli, düşük-akımlı geleneksel kaynak işlemleri için uygundur ve modern, yüksek-hassas endüstriyel üretimde yavaş yavaş yerini sinterlenmiş ve eritilmiş eritkenler almaktadır.
2. Kimyasal Bazlık ve Aktiviteye Göre Sınıflandırma
Kimyasal bileşime, bazlık değerine ve metalurjik aktiviteye göre SAW akı, kaynak işlemi seçiminde en yaygın kullanılan sınıflandırma temeli olan nötr akı, aktif akı ve bazik akıya ayrılır.
2.1 Nötr Akı
Nötr akı 1,0-1,5 bazlık değerine sahiptir ve kimyasal bileşimi stabildir. Temel olarak kaynak işlemi sırasında kaynak metalindeki manganez ve silikon gibi alaşım elementlerini arttırmaz veya azaltmaz, kaynağın kimyasal bileşimi esas olarak kaynak teli tarafından belirlenir. Nötr akı mükemmel proses performansına, kararlı ark, düzgün kaynak oluşumuna ve kolay cüruf giderme özelliklerine sahiptir. Esas olarak sıradan karbon çeliği ve yaygın düşük-alaşımlı yapısal çeliğin kaynağında kullanılır. Genel mekanik özellik gerekliliklerinin olduğu ve özel düşük sıcaklık tokluğu gereksinimlerinin olmadığı durumlar için uygundur. Tipik temsilci, çelik yapı fabrikası kaynağında ve geleneksel plaka birleştirmede yaygın olarak kullanılan SJ101 akısıdır.
2.2 Aktif Akı
Aktif akı belirli miktarda manganez oksit ve silikon oksit içerir. Kaynak metalurjik reaksiyonu sırasında, kaynak havuzuna manganez ve silikon elementlerini uygun şekilde destekleyebilir, güçlü bir deoksidasyon rolü oynayabilir ve kaynak metalinin mukavemetini ve sertliğini artırabilir. Aktif akı, hafif pas ve oksidasyonla baz malzemelerin kaynağına uyum sağlayabilen ve güçlü proses uyarlanabilirliğine sahip güçlü deoksidasyon yeteneğine sahiptir. Bununla birlikte, aşırı alaşım elementleri, kaynağın düşük-sıcaklık dayanıklılığını ve plastisitesini azaltacaktır; bu nedenle, yalnızca sıkı dayanıklılık gereklilikleri olmayan sıradan yapısal kaynaklar için uygundur ve düşük-sıcaklık ekipmanları ve yüksek-yüklü temel yapısal parçalar için uygun değildir.
2.3 Temel Akı
Temel akı, 2.0'dan büyük bir baziklik değerine sahiptir, kalsiyum oksit (CaO) ve magnezyum oksit (MgO) gibi alkalin bileşenler açısından zengin ve asidik oksit içeriği düşüktür. Mükemmel kükürt giderme ve fosfor giderme etkilerine sahiptir, kaynak metalindeki zararlı yabancı maddelerin içeriğini önemli ölçüde azaltabilir ve sıcak çatlakların ve soğuk çatlakların oluşumunu etkili bir şekilde engelleyebilir. Aynı zamanda, temel akı, kaynağın düşük-sıcaklık darbe dayanıklılığını ve plastisitesini önemli ölçüde iyileştirebilir ve yüksek-mukavemetli düşük-alaşımlı çelik, düşük-sıcaklık basınçlı kap çeliği ve boru hattı çeliği kaynağı için tercih edilen akıdır. Temel akının dezavantajı, neme karşı duyarlı olmasıdır ve hidrojen- kaynaklı gecikmeli çatlakları önlemek için kaynak öncesinde sıkı pişirme ve kurutma işleminin yapılması gerekir. SJ301 flux gibi tipik ürünler, Batı-Doğu Gaz Boru Hattı ve köprü ana yapı kaynağı gibi yüksek standartlı projelerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
SAW Flux Seçim Prensipleri
Akı seçiminin özü, temel malzeme performansı, kaynak yapısı gereksinimleri ve hizmet ortamının eşleştirilmesidir. Tüm çalışma koşulları için evrensel bir akış yoktur. Kaynak kalitesini ve yapısal güvenliği sağlamak için fluxun bilimsel seçimi aşağıdaki ilkelere uygun olmalıdır.
1. Ana Metal Malzemeyle Eşleştirme
Sıradan karbon çeliği ve düşük-mukavemetli düşük-alaşımlı çelik için, nötr eritilmiş eritken veya nötr sinterlenmiş eritilmiş eritken tercih edilir. Proses stabildir ve maliyeti düşüktür, bu da kaynağın geleneksel mekanik özellik gereksinimlerini karşılayabilir. Yüksek-düşük-alaşımlı çelik, düşük-sıcaklık çeliği ve dayanım derecesi Q345'in üzerinde olan basınçlı kap çeliği için, kaynağın düşük-sıcaklık tokluğunu ve çatlama direncini sağlamak üzere temel sinterlenmiş eritken seçilmelidir. Yüksek aşınma direnci ve yüksek mukavemet gerektiren alaşımlı çelik malzemeler için, alaşım elemanlarını desteklemek ve kapsamlı kaynak performansını iyileştirmek amacıyla aktif akı içeren alaşım- seçilebilir.
2. Hizmet Çalışma Koşullarına Uyum
Normal sıcaklıkta hizmet veren ve düşük yüke sahip iç mekan sıradan yapısal parçalar için, iyi proses performansına ve düşük maliyete sahip nötr aktif akı kullanılabilir. Dış mekan yapıları, boru hattı ekipmanı ve düşük-sıcaklıktaki, rüzgarlı ve nemli ortamlarda hizmet veren düşük-sıcaklıktaki basınçlı kaplar için, düşük-sıcaklıktaki kırılgan kırılmayı ve hidrojen- kaynaklı çatlakları önlemek için yüksek tokluğa ve düşük hidrojen içeriğine sahip temel akı seçilmelidir. Kalın levha çok-katmanlı ve çok-geçişli kaynak için, çok-katmanlı kaynağın kümülatif kusurlarını önlemek amacıyla güçlü yabancı madde giderme kabiliyetine ve istikrarlı metalurjik performansa sahip temel toz tercih edilir.
3. Kaynak İşlemi Parametreleriyle Eşleştirme
Yüksek-akımlı, yüksek-hızlı otomatik kaynak, güçlü ark kararlılığı ve iyi cüruf akışkanlığı ile sinterlenmiş eritken için uygundur ve sürekli kaynak oluşturmayı sağlayabilir. Düşük-akımlı ince-levha kaynağı, ince parçacık boyutuna ve kararlı yanmaya sahip kaynaşmış akıyı benimseyebilir. Ayrıca, sonraki kaynakların kaynak kalitesinin etkilenmesini önlemek amacıyla, yeniden kullanılabilir akı oksitlenmiş cüruf ve nemi gidermek için elenmeli ve kurutulmalıdır.
Yaygın SAW Fluxların Tipik Uygulaması
Endüstriyel üretimde, SAW çalışma koşullarının %90'ından fazlasını kapsayan çeşitli standartlaştırılmış akışlar en yaygın şekilde kullanılmaktadır. Tipik akışların performans özellikleri ve uygulama senaryoları aşağıdaki şekilde özetlenmiştir:
SJ101 sinterlenmiş flux, kararlı ark, güzel kaynak oluşturma ve kolay cüruf giderme özelliklerine sahip, nötr bir manganez-silisyum fluxudur. Karbon çeliği ve sıradan düşük-alaşımlı çeliğin kaynağına uygun, en yaygın kullanılan evrensel tozdur ve çelik yapı, makine imalatı ve genel mühendislik alanlarında yaygın olarak kullanılır.
SJ301 silikon-kalsiyum temel fluks, mükemmel kükürt giderme ve tokluk iyileştirme etkisine, kaynak metalinde düşük hidrojen içeriğine, güçlü çatlama direncine sahiptir ve basınçlı kapların çevresel dikiş kaynağı, uzun-mesafeli petrol ve gaz boru hatları ve yüksek-standart basınçlı-taşıma ekipmanı kaynağı için özel fluks olan büyük köprü yapıları için uygundur.
SJ201 asidik aktif akı, güçlü deoksidasyon kabiliyetine ve baz malzeme yüzey ön işlemine yönelik düşük gereksinime sahiptir. Hafif pas ve oksidasyona sahip çelik levhaların kaynaklanması için uygundur ve çoğunlukla düşük kalite gereksinimlerine sahip, kritik olmayan- yardımcı yapısal kaynaklarda kullanılır.
SAW Flux'un Bakım ve Kullanım Özellikleri
SAW flux'un performansı depolama ve kullanım koşullarından kolayca etkilenir ve standartlaştırılmış çalışma, flux performansına tam anlamıyla yer vermenin anahtarıdır.
Her şeyden önce, akı nem emilimini önlemek için kuru ve havalandırılmış bir ortamda saklanmalıdır. Yüksek higroskopikliğe sahip temel akı, iç nemi gidermek ve kaynak hidrojen içeriğini azaltmak için kullanımdan önce 1-2 saat boyunca 250-300 derecede pişirilmelidir.
İkinci olarak, yeniden kullanılan akının cüruf bloklarını ve metal safsızlıklarını gidermek için elenmesi ve kullanım için belirli bir oranda yeni akı ile karıştırılması gerekir; bu, kaliteyi sağlarken üretim maliyetlerini etkili bir şekilde azaltabilir.
Ek olarak, kaynak kusurlarına neden olan bileşen bozukluğunu, ark kararsızlığını ve metalurjik reaksiyon başarısızlığını önlemek için farklı tipteki tozların karıştırılması kesinlikle yasaktır.
Tozaltı ark kaynağı akısı, imalat teknolojisine göre erimiş akı, aglomere (sinterlenmiş) akı ve bağlı akıya ayrılır ve kimyasal bazlık ve metalurjik aktiviteye göre nötr akı, aktif akı ve temel akıya ayrılır. Farklı tipteki fluksların farklı performans özellikleri ve hedeflenen uygulama senaryoları vardır. Endüstriyel tozaltı ark kaynağında tek bir evrensel akı yoktur. Tozun seçimi ana metal tipine, yapısal hizmet gerekliliklerine ve kaynak işlemi koşullarına göre yapılmalıdır.
Nötr kaynaşmış ve sinterlenmiş eritkenler, genel performans gereksinimleri olan geleneksel karbon çeliği ve sıradan düşük{0}}alaşımlı çelik kaynağı için uygundur; aktif akışlar, temel malzeme yüzey koşullarına güçlü bir şekilde uyum sağlayabilen düşük-talepli yapısal kaynaklara uygulanır; temel sinterlenmiş eritkenler, mükemmel tokluk iyileştirmeleri ve çatlama direnci nedeniyle yüksek-mukavemetli çelik, düşük-sıcaklık çeliği ve temel basınç-yatak yapıları için temel seçimdir.
Yüksek-verimli, yüksek-hassas ve düşük-maliyetli kaynak teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, yüksek-performanslı düşük-hidrojen temel sinterlenmiş flux ve özelleştirilmiş alaşım flux, SAW flux'un ana gelişim yönü haline gelecektir. Tozun standartlaştırılmış seçimi, depolanması ve kullanımı, kaynak kalitesini artırmak, kusur oranını azaltmak ve kaynaklı yapıların-uzun vadeli servis güvenliğini sağlamak için çok önemlidir.
