Verbrauchsmaterial-Ecke: Strategien für die Vertikale

Apr 25, 2024

Rob Koltz und Nino Mascalco, Mitwirkende der Consumables Corner, helfen einem Leser, Leistungsprobleme beim Metall-Schutzgasschweißen (GMAW), Wolfram-Schutzgasschweißen (GTAW) und Fülldraht-Lichtbogenschweißen (FCAW) für vertikale Anwendungen an rostfreien Stählen zu lösen . Getty Images

F: Ich wäre an Informationen zum Vertikalschweißen von rostfreien Stählen interessiert. Beschränkungen für sechswertiges Chrom hindern die meisten Orte daran, das Flussmittel-Kernlichtbogenschweißen (FCAW) zu verwenden, und das Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) funktioniert bei Nutschweißungen in keiner der beiden Richtungen sehr gut. Was tun andere Hersteller, um eine bessere Leistung und Zuverlässigkeit zu erreichen?

A: Edelstahl (SS) bringt im Allgemeinen mehrere Herstellungsschwierigkeiten mit sich, von der Materialhandhabung bis zum Schneiden und Schweißen. Lassen Sie uns einen kurzen Überblick darüber geben, was Stahl rostfrei macht.

Es gibt verschiedene SS-Gruppen, aber im Allgemeinen wird Kohlenstoffstahl zu rostfreiem Stahl mit einem Mindestzusatz von 10,5 Gewichtsprozent Chrom. Die gebräuchlichste Version von Edelstahl ist austenitischer SS, der etwa 8 Gewichtsprozent Nickel enthält. Dies verbessert die Korrosionsbeständigkeit, wirkt als Austenitkatalysator und verbessert die Zähigkeit für kryogene Anwendungen erheblich.

Die Familie der austenitischen SS, die als 18 % Chrom/8 % Nickel kategorisiert werden, bietet eine wirksame Beständigkeit gegen Oxidation (Rost) und Korrosion umweltbedingter oder chemischer Natur. Die Auswahl eines bestimmten SS-Typs hängt von seiner Fähigkeit ab, die erforderlichen mechanischen Eigenschaften für Betriebsbedingungen zu liefern. Diese variieren je nach Produktkonzentration, Betriebstemperaturbereich oder Viskosität. Abrasive Angriffe können die Wirksamkeit bestimmter SS-Qualitäten oder -Typen in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur erheblich verringern.

Was das Schweißen anbelangt, ist auch der Zusatz von Chrom und Nickel sowie anderen Legierungselementen der Grund dafür, dass das Schweißen von Edelstahl anspruchsvoller wird. Diese Elemente verändern die Dynamik des Schweißbades. Eines davon ist die Fließfähigkeit, die durch die Schwankungen der Lichtbogenenergieübertragung und der Oberflächenspannung des geschmolzenen Schweißbades verursacht wird. Aus diesen Gründen wird das Schweißen vertikal nach oben (3G/F) oder vertikal nach unten schwieriger.

Das erste Ziel bei der Herstellung von SS-Schweißnähten besteht darin, ein geeignetes Schweißzusatzmetall zu finden, das den vorgesehenen Betriebsbedingungen entspricht.

Bei Bedarf sollte ein Schutzgas im Hinblick auf die erforderlichen Betriebsbedingungen in Betracht gezogen werden. Unter der Annahme, dass alle diese Bedingungen erfüllt sind, besteht das nächste Ziel darin, einen Schweißprozess und ein Schweißzusatzwerkstoff zu verwenden, die es Ihnen ermöglichen, eine fehlerfreie Schweißnaht zu liefern und die Abschmelzleistung des Schweißprozesses zu optimieren.

Für die meisten Anwendungen gibt es die Wahl zwischen Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW), GMAW oder FCAW für manuelle Schweißprozesse. GTAW erzeugt einige der qualitativ hochwertigsten Schweißnähte, ist jedoch hinsichtlich der Abschmelzraten und der Vorschubgeschwindigkeit sehr langsam, sodass wir es zum jetzigen Zeitpunkt nicht berücksichtigen. Natürlich wäre für das Außendienstschweißen auch das Schutzgasschweißen (SMAW) eine potenzielle Alternative zur Vereinfachung der Ausrüstung, aber wir werden uns auf die hausinterne Fertigung konzentrieren.

Da SS eine Vielzahl unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen aufweist, viel mehr als Kohlenstoffstähle, funktioniert das, was für eine Sorte oder einen Typ funktioniert, möglicherweise nicht so gut für eine andere Sorte. Die für die Betriebsbedingungen erforderliche spezifische Qualität des SS-Grundmaterials erfordert die Auswahl eines Zusatzmetalls, das den erforderlichen mechanischen Eigenschaften entspricht oder diese übertrifft.

Die häufigsten Probleme beim Schweißen in vertikaler Richtung sind, dass die resultierenden Schweißnähte ein schlechtes Aussehen der Schweißnaht, übermäßige Spritzer, schlechte Schweißnahtverbindungen, mangelnde Verschmelzung und ein verwaschenes (oder konkaves) Aussehen aufweisen. Sie können immer noch eine strukturell einwandfreie, dichte Schweißnaht auf dünnen Materialien erzeugen, aber insgesamt können diese Variablen zusammen dazu führen, dass Hersteller nach anderen Lösungen suchen. Bedenken Sie, dass bei Materialien, die dünner als 3/16 Zoll sind, das Vertikalschweißen die gebräuchlichste Technik ist.

Wenn das zu schweißende Teil nicht sicher positioniert werden kann, sodass die Schweißnähte flach oder horizontal sind (1G/F oder 2G/F), dann ist 3G/F (vertikal nach oben) möglicherweise die einzige Option.

Bei dicken Abschnitten erzielt man die beste Leistung beim vertikalen Schweißen mit GMAW oder FCAW. Beim FCAW-Schweißen entsteht zwar mehr Rauch und Rauch als beim GMAW-Schweißen, aber es entstehen qualitativ hochwertige Schweißnähte und gute Abschmelzraten. Viele Unternehmen verwenden FCAW zum Schweißen von Edelstahl, wobei die entsprechenden technischen Kontrollen vorhanden sind, um die Sicherheit für den Schweißer zu gewährleisten. Bitte wenden Sie sich jedoch an Ihre Sicherheitsabteilung und örtliche Arbeitshygieniker, um sicherzustellen, dass ordnungsgemäße Sicherheitspraktiken angewendet und die OSHA-Anforderungen eingehalten werden.

Alles in allem ist MSG das ideale Verfahren zum Schweißen von Edelstahl. GMAW bietet zwei Optionen für die Drahtauswahl: Massivdraht oder Metalldraht. Für Massivdrahtanwendungen ist die gängigste Praxis in der Industrie die Verwendung eines Durchmessers von 0,035 bis 0,045 Zoll. Massivdraht, eine Schutzgasmischung aus 98 % Argon und 2 % Kohlendioxid und der Kurzschluss-Transfermodus. Sie benötigen eine Konstantspannungs-Schweißstromquelle mit steilem Anstieg und einstellbarer Induktivität, die Schweißspritzer minimiert und beim Schweißen in der 3G/F-Position eine bessere Fließfähigkeit der Schweißpfütze ermöglicht. Dies ist entscheidend für die Herstellung hochwertiger Schweißnähte und eines großartigen Erscheinungsbilds mit diesem Schweißgutübertragungsmodus.

Wenn Sie Geräte haben, die im Impulsübertragungsmodus schweißen können, können Sie Metallfülldrähte verwenden. Typischerweise wird für diesen Draht eine Schutzgasmischung aus 90 % Argon und 10 % Kohlendioxid verwendet. Sie sollten einen Durchmesser von 0,045 oder 0,052 Zoll verwenden. Elektrode anlegen und im Pulsbetrieb schweißen.

Bei einigen Anwendungen liefert der Impulsübertragungsmodus gute Ergebnisse durch Schweißen vertikal nach unten und bei anderen vertikal nach oben, basierend auf den zuvor besprochenen Materialstärken. Abhängig vom Hersteller des Schweißgeräts und seiner Impulsschweißwellenformen, der Qualität und Chemie des Zusatzwerkstoffs und der Edelstahlsorte, mit der Sie arbeiten, müssen Sie einige Experimente durchführen, um Schweißparameter zu finden, die das beste Ergebnis erzielen.