Spawanie elektrodą otuloną – jak tworzyć spoiny wysokiej jakości.


Spawanie elektrodą otuloną jest najbardziej popularną formą spawania łukowego, lecz stworzenie dobrej spoiny może nie być łatwe dla początkujących. W przeciwieństwie do spawania drutem, "polegającym z grubsza na „celowaniu i strzelaniu”" spawanie elektrodą otuloną wymaga wyższego poziomu umiejętności i opanowania określonych technik.

Niniejszy artykuł przedstawia wskazówki, które będą pomocne w zwiększeniu prawdopodobieństwa utworzenia spoiny wysokiej jakości – od samego początku. Omawia on też możliwe problemy i sposoby ich rozwiązywania.


1. Wybierz stal w normalnym zakresie
W miarę możliwości wybieraj stal w , "„normalnym zakresie”," obejmującym stale AISI-SAE 1015 do 1025, zawierające maksymalnie 0,1% krzemu i poniżej 0,035% siarki. Taki wybór uczyni proces spawania elektrodą otuloną łatwiejszym, gdyż te rodzaje stali mogą być spawane z dużymi prędkościami przy minimalnej tendencji do pękania.

Jeśli spawasz stale niskostopowe i węglowe o składzie chemicznym "powyżej tego zakresu", będą one mieć skłonność do pękania, szczególnie w przypadku ciężkich płyt i sztywnych konstrukcji. Z tego względu należy podjąć specjalne środki ostrożności. Poza tym stale o wysokiej zawartości siarki i fosforu nie są polecane do spawania produkcyjnego. Jeśli muszą być spawane, należy stosować elektrody o mniejszych średnicach i niższej zawartości wodoru. Spawanie z mniejszą prędkością będzie utrzymywać stopione jeziorko spawalnicze, umożliwiając usunięcie pęcherzy gazu i dając lepiej wykończoną spoinę.

SMAW: A User's Guide to Producing High Quality Welds


 

2. Wybierz odpowiednią pozycję elektrody względem metalu
Pozycja może mieć olbrzymi wpływ na jakość spoiny. Podczas spawania blach stalowych o grubości 2,58 mm do 1,02 mm największe prędkości uzyskuje się przy kącie nachylenia 45 do 75 stopni w dół. Poza tym nie należy wykonywać spoiny większej niż wymagana przez kryterium wytrzymałości – może to prowadzić do przepalania.

Podczas spawania płyt z miękkiej stali o grubości większej lub równej 4,68 mm ", najlepiej jest pracować w pozycji podolnej, ponieważ w największym stopniu ułatwia to manipulowanie elektrodą przez operatora. Na koniec płyty ze stali wysokowęglowej i niskostopowej najlepiej jest spawać w pozycji podolnej.

SMAW: A User's Guide to Producing High Quality Welds


 

3. Przestrzegaj prostych zasad dotyczących geometrii i przygotowania spoiny
Wymiary spoiny są dobierane dla uzyskania dużej szybkości i wysokiej jakości. Odpowiednia geometria spoiny jest oparta na kilku prostych zasadach:

  1. Przygotowanie musi być spójne dla całej spoiny. Ponieważ blachy i większość spoin pachwinowych i zakładkowych są szczelnie zaciskane na całej długości, przerwy lub skosy muszą być dokładnie kontrolowane w całej spoinie. Wszelkie zmiany w spoinie będą zmuszać operatora do obniżania szybkości spawania w celu uniknięcia przepalenia oraz manipulacji elektrodą dla dostosowania się do zmian przygotowania.
  2. Dobry kształt ściegu i penetracja wymagają odpowiedniego skosu; niedostateczny skos uniemożliwi elektrodzie dotarcie do połączenia. Przykładowo głęboki, wąski ścieg może nie mieć penetracji i wykazywać silną tendencję do pękania.
  3. Odpowiedni odstęp rowka jest wymagany dla pełnej penetracji, choć zbyt duży powoduje marnowanie metalu spoiny i obniża szybkość spawania. Należy zwrócić uwagę, że odstęp rowka musi być zgodny ze średnicą stosowanej elektrody.
  4. Do szybkiego spawania i dobrej jakości wymagana jest powierzchnia grani lub podkładka taśmowa Przygotowanie cienkiej krawędzi wymaga wolnego i kosztownego ściegu uszczelniającego. Jednak spoiny doczołowe o kształcie podwójnego V bez powierzchni styku są praktyczne, gdy koszt ściegu uszczelniającego jest kompensowany przez łatwiejsze przygotowanie krawędzi, a odstęp rowka może zostać ograniczony do około 2 mm.".
  5. Generalnie należy wykonywać ściegi uszczelniające przy pracy podolnej przy użyciu 5,0 mm " AWS E6010 i natężeniu około 150 A DC+ Użyj 3,2mm" około 90 A DC+ do pionowych, czołowych i pobocznych spoin. Ściegi o niskiej zawartości wodoru i uszczelniające wykonywać elektrodą AWS EXX18 przy około 170 A.


4. Unikaj warstwy napawanej i zbyt dużych spoin pachwinowych
FSpoiny pachwinowe powinny mieć równe ramiona i prawie płaską powierzchnię ściegu. Warstwa napawana rzadko powinna przekraczać 1,5 mm". Takie warstwy zwiększają koszt materiałów i czasu, nie zwiększają znacząco wytrzymałości spoiny i powodują odkształcenia. Przykładowo podwojenie wielkości spoiny pachwinowej wymaga użycia czterokrotnie większej ilości metalu spoiny. Poza tym wykonanie spoiny doczołowej z pojedynczym V o powierzchni styku 3 mm" i odstępie rowka 0,8 mm" kosztuje o 2/3 więcej, gdy nadmierna warstwa napawana osiąga 3 mm.".

SMAW: A User's Guide to Producing High Quality Welds


 

5. Oczyść łączenie przed spawaniem
Dla uniknięcia porowatości i uzyskania idealnych szybkości ruchu ważne jest usunięcie nadmiaru zendry, rdzy, wilgoci, farby, oleju i smaru z powierzchni złączy. Jeśli nie jest to możliwe, należy użyć elektrod AWS E6010 (Fleetweld® 5P+) lub AWS E6011 (Fleetweld® 35 lub Fleetweld® 180) do osiągnięcia penetracji przez zanieczyszczenia i głęboko do metalu rodzimego. Należy też obniżyć szybkość ruchu, aby umożliwić uwolnienie pęcherzy gazu przed zestaleniem spoiny.


6. Dobierz właściwą średnicę elektrody
Duże średnice służą do spawania wysokimi natężeniami dla dużego uzysku stopiwa. Z tego względu należy stosować jak największe średnice elektrody dla uzyskania dobrej jakości spoiny. Jednak rozmiar elektrody może być ograniczony, zwłaszcza dla blach i warstw graniowych, gdzie możliwe jest przepalenie. Generalnie należy przyjąć zasadę, że fi 5,0 " jest maksymalną srednicą elektrody do spawania pionowego i doczołowego, podczas gdy średnica 4,0 " jest maksymalna dla niskiej zawartości wodoru. Oprócz tego wymiary spoiny czasem ograniczają średnicę elektrody, która do niej pasuje.



Rozwiązywanie problemów związanymi z wadami spawalniczymi

Opisane tu zostały najbardziej powszechne problemy podczas spawania elektrodą otuloną oraz sposoby ich rozwiązywania:

Rozprysk
Chociaż rozprysk nie wpływa na wytrzymałość spoiny, powoduje brzydki wygląd i zwiększa koszty czyszczenia. Istnieje szereg sposobów na kontrolowanie nadmiernego rozprysku Po pierwsze należy spróbować obniżyć natężenie prądu. Trzeba sprawdzić, czy mieści się ono w zakresie dla rodzaju i rozmiaru używanej elektrody, oraz czy polaryzacja jest prawidłowa Inną metodą jest spróbowanie użycia krótszego łuku. Jeśli stopiony metal porusza się przed łukiem, należy zmienić kąt nachylenia elektrody. Na koniec trzeba sprawdzić warunki ugięcia łuku (nazywanego powszechnie łukiem błądzącym) oraz czy elektroda nie jest mokra.

SMAW: A User's Guide to Producing High Quality Welds

 

 

 

 

 

 



Podtopienie

Podtopienie jest często problemem związanym z wyglądem, lecz może pogarszać wytrzymałość spoiny, gdy jest ona obciążona lub podlega zmęczeniu. Dla eliminacji podtopienia należy obniżyć natężenie prądu oraz szybkość ruchu, lub po prostu zmniejszyć wielkość aż do uzyskania jeziorka spawalniczego, które można kontrolować. Następnie trzeba zmienić kąt nachylenia elektrody, aby siła łuku utrzymywała metal w narożach. Stosować równomierną szybkość ruchu i unikać nadmiernych zakosów ściegów.

Mokre elektrody
Jeśli polaryzacja i natężenie prądu są zgodne z zaleceniami producenta, lecz łuk jest nierówny, elektrody mogą być mokre. Należy spróbować użyć suchych elektrod z nowego pojemnika. Jeśli problem występuje często, należy wysuszyć elektrody przed użyciem.

Łuk błądzący
Przy spawaniu prądem stałym pola magnetyczne powodują odchylenie łuku od planowanego przebiegu. Jest to większy problem przy dużych natężeniach i w złożonych spoinach. Dla kontroli łuku błądzącego najlepszą opcją jest przejście na prąd zmienny. Jeśli to nie pomaga, należy spróbować użyć niższego natężenia i mniejszych elektrod lub zmniejszyć długość łuku. Poza tym można zmienić ścieżkę elektryczną poprzez przesunięcie złącza roboczego na drugi koniec elementu lub wykonanie połączeń w kilku miejscach. Można to też zrobić poprzez spawanie w kierunku dużych punktów sczepiania lub wykończonych spoin, użycie wystających blaszek, dodanie stalowych bloków w celu zmiany ścieżki prądu lub sczepianie małych płytek przez ścieg na końcach spoiny.

Porowatość
Porowatość w większości nie jest widoczna. Jednak z uwagi na fakt, iż silna porowatość może osłabiać spoinę, należy wiedzieć, kiedy się ona pojawia i jak z nią walczyć. Należy zacząć od usunięcia zendry, rdzy, farb, wilgoci i brudu z połączenia. Utrzymywać jeziorko spawalnicze przez dłuższy czas, aby gazy mogły zostać uwolnione przed jego zastygnięciem. Jeśli stal ma niską zawartość węgla lub manganu bądź wysoką siarki (stal automatowa) lub fosforu, powinna być spawana elektrodą niskowodorową. Czasem zawartość siarki w stali automatowej może być na tyle duża, że uniemożliwia pomyślne spawanie. Należy zmniejszyć dodatek metalu rodzimego do metalu spoiny przez użycie niższego natężenia prądu i większej szybkości ruchu dla uzyskania mniejszej penetracji. Można też spróbować mniejszej długości łuku. Dla elektrod niskowodorowych zalecana jest technika lekkiego ciągnięcia. W przypadku otworów w powierzchni należy stosować takie same rozwiązania jak dla porowatości. W przypadku elektrod AWS E6010 lub 11 należy sprawdzić, czy nie są one zbyt suche.

Słabe wtopienie
Odpowiednie wtopienie oznacza, że spoina musi być mocno związana fizycznie z obydwoma ścianami złącza i tworzyć dobry ścieg w całym złączu. Brak wtopienia jest często widoczny i musi zostać wyeliminowany dla uzyskania solidnej spoiny. W celu poprawienia słabego wtopienia można spróbować użyć większego natężenia prądu i techniki spawania ściegiem prostym. Upewnić się, że krawędzie złącza są czyste, lub użyć elektrody AWS E6010 lub 11 do przeniknięcia zanieczyszczeń. Jeśli odstęp jest zbyt duży, zapewnić lepsze przygotowanie lub użyć techniki falowania do wypełnienia go.

Płytka penetracja
Penetracja odnosi się do głębokości przenikania spoiny do metalu rodzimego i zwykle nie jest widoczna. Spoiny o pełnej wytrzymałości wymagają całkowitej penetracji. W celu pokonania płytkiej penetracji można spróbować zwiększyć natężenie prądu lub zmniejszyć szybkość ruchu. Stosować małe elektrody, sięgające do wąskich rowków. Trzeba też pamiętać o pozostawieniu pewnego odstępu na dole spoiny.

SMAW: A User's Guide to Producing High Quality Welds

 

 

 

 

 


Pękanie

Pękanie jest złożonym zagadnieniem, gdyż istnieje wiele różnych rodzajów pęknięć, występujących w różnych miejscach spoiny. Wszystkie pęknięcia są potencjalnie poważne, ponieważ mogą prowadzić do całkowitego zniszczenia spoiny. Większość z nich przypisuje się wysokiej zawartości węgla lub stopu, bądź siarki w metalu rodzimym.

Wskazówki ułatwiające kontrolę pękania:

  1. Spawanie elektrodami niskowodorowymi
  2. Użycie ogrzewania wstępnego ciężkich płyt i sztywnych złączy
  3. Zmniejszenie penetracji przez użycie niższych natężeń prądu i mniejszych średnic elektrod. Zmniejsza to ilość stopu dodawanego do spoiny ze stopionego metalu rodzimego
  4. Wypełnienie każdego krateru przed przerwaniem łuku
  5. Przy spoinach wielowarstwowych lub pachwinowych należy upewnić się, że pierwszy ścieg ma odpowiednią wielkość i jest płaski lub wypukły, aby był odporny na pękanie do czasu ułożenia kolejnych ściegów. W celu zwiększenia wielkości ściegu należy zmniejszyć szybkość ruchu i zastosować technikę krótkiego łuku lub spawać pod kątem 5 stopni w górę. Zawsze kontynuować spawanie gdy płyta jest gorąca
  6. Sztywne części są bardziej podatne na pękanie. W miarę możliwości należy spawać w stronę swobodnego końca. Zozostawić odstęp 0,8 mm" między płytami dla swobodnego ruchu skurczu podczas stygnięcia spoiny. Przekuwać każdy ścieg gdy jest wciąż gorący, aby usunąć naprężenia


Podsumowanie

Dzięki podanym tu wskazówkom nawet początkujący może wykonać spoinę wysokiej jakości. A w przypadku problemów może być w stanie je rozwiązać i wykonać poprawki, stając się w krótkim czasie profesjonalnym spawaczem.