ความรู้เบื้องต้นและเทคโนโลยีของการเชื่อมอาร์กแบบจุ่มใต้น้ำ
อาร์คไฟฟ้า:ปรากฏการณ์การปล่อยก๊าซที่รุนแรงและต่อเนื่องซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดบวกและลบ และตัวกลางของก๊าซระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสองควรอยู่ในสถานะแตกตัวเป็นไอออน เมื่อจุดไฟให้กับส่วนเชื่อม มักจะกระทำโดยการเชื่อมต่ออิเล็กโทรดสองตัว (อิเล็กโทรดอันหนึ่งเป็นชิ้นงาน และอิเล็กโทรดอีกอันเป็นลวดโลหะตัวเติมหรือลวดเชื่อม) เข้ากับแหล่งจ่ายไฟ โดยสัมผัสกันชั่วครู่และแยกออกจากกันอย่างรวดเร็ว เมื่ออิเล็กโทรดทั้งสองสัมผัสกัน จะเกิดไฟฟ้าลัดวงจรและเกิดส่วนโค้ง วิธีการนี้เรียกว่าคอนแทคอาร์ค หลังจากที่ส่วนโค้งถูกสร้างขึ้น ตราบใดที่แหล่งจ่ายไฟยังคงรักษาความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วทั้งสอง การเผาไหม้ของส่วนโค้งก็สามารถรักษาไว้ได้
ลักษณะส่วนโค้ง:แรงดันไฟฟ้าต่ำ, กระแสสูง, อุณหภูมิสูง, ความหนาแน่นของพลังงานสูง, ความคล่องตัวที่ดี ฯลฯ โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้า 20-30V สามารถรักษาการเผาไหม้ของส่วนโค้งได้อย่างมั่นคง และกระแสไฟฟ้าในส่วนโค้งอาจมีตั้งแต่หมื่นถึงหลายพันแอมแปร์เพื่อตอบสนอง ข้อกำหนดในการเชื่อมของชิ้นงานต่างๆ อุณหภูมิของส่วนโค้งสามารถสูงถึง 5,000K และสามารถหลอมโลหะหลายชนิดได้
องค์ประกอบส่วนโค้ง:โซนแคโทด โซนแอโนด และโซนอาร์คคอลัมน์
แหล่งพลังงานการเชื่อมอาร์ค:แหล่งพลังงานที่ใช้สำหรับการเชื่อมอาร์กเรียกว่าแหล่งพลังงานการเชื่อมอาร์ก ซึ่งโดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: แหล่งพลังงานการเชื่อมอาร์ก AC, แหล่งพลังงานการเชื่อมอาร์ก DC, แหล่งพลังงานการเชื่อมอาร์กพัลส์ และแหล่งพลังงานการเชื่อมอาร์กอินเวอร์เตอร์
การเชื่อมต่อ DC บวก: เมื่อใช้เครื่องเชื่อมกระแสตรงเพื่อเชื่อมต่อชิ้นงานเข้ากับขั้วบวกและแกนเชื่อมเข้ากับแคโทด เรียกว่าการเชื่อมต่อขั้วบวกกระแสตรง ขณะนี้ชิ้นงานได้รับความร้อนมากขึ้นและเหมาะสำหรับการเชื่อมชิ้นงานหนาและขนาดใหญ่
การเชื่อมต่อย้อนกลับ DC:เมื่อชิ้นงานเชื่อมต่อกับแคโทดและลวดเชื่อมเชื่อมต่อกับขั้วบวก จะเรียกว่าการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับ DC ขณะนี้ชิ้นงานมีความร้อนน้อยและเหมาะสำหรับเชื่อมชิ้นงานบางและเล็ก เมื่อใช้เครื่องเชื่อม AC ในการเชื่อม ไม่มีปัญหาการเชื่อมต่อขั้วบวกหรือขั้วลบเนื่องจากการสลับขั้วของขั้วทั้งสอง
กระบวนการเชื่อมทางโลหะวิทยาเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างโลหะเหลว ตะกรัน และก๊าซในกระบวนการเชื่อมอาร์ก ซึ่งเป็นกระบวนการหลอมโลหะใหม่ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสภาวะการเชื่อมมีลักษณะเฉพาะ กระบวนการเชื่อมเคมีโลหะวิทยาจึงมีลักษณะที่แตกต่างจากกระบวนการถลุงทั่วไป
ประการแรกอุณหภูมิการเชื่อมโลหะสูง ขอบเขตเฟสมีขนาดใหญ่ และความเร็วของปฏิกิริยาสูง เมื่ออากาศบุกรุกส่วนโค้ง โลหะเหลวจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและไนไตรด์ที่รุนแรง รวมถึงการระเหยของโลหะจำนวนมาก น้ำในอากาศตลอดจนอะตอมไฮโดรเจนที่สลายตัวจากน้ำมัน สนิม และน้ำในชิ้นงานและวัสดุเชื่อมที่อุณหภูมิอาร์กสูงสามารถละลายเป็นโลหะเหลวได้ ส่งผลให้ความเป็นพลาสติกและความเหนียวของข้อต่อลดลง (ไฮโดรเจน การเปราะ) และแม้กระทั่งการก่อตัวของรอยแตก
ประการที่สองสระเชื่อมมีขนาดเล็กและเย็นตัวเร็วทำให้ปฏิกิริยาทางโลหะวิทยาต่างๆ เข้าถึงสมดุลได้ยาก องค์ประกอบทางเคมีของรอยเชื่อมไม่สม่ำเสมอ และก๊าซ ออกไซด์ ฯลฯ ในสระไม่สามารถลอยออกมาได้ทันเวลา ซึ่งสามารถก่อให้เกิดข้อบกพร่องได้ง่าย เช่น รูพรุน ตะกรันที่รวมอยู่ และแม้แต่รอยแตกร้าว
ในระหว่างกระบวนการเชื่อมอาร์ก มักจะใช้มาตรการต่อไปนี้:
- ในระหว่างกระบวนการเชื่อม จะมีการป้องกันทางกลให้กับโลหะหลอมเหลวเพื่อแยกออกจากอากาศ มีวิธีการป้องกันสามวิธี: การป้องกันก๊าซ การป้องกันตะกรัน และการป้องกันตะกรันก๊าซแบบรวม
(2) การบำบัดทางโลหะวิทยาของสระเชื่อมส่วนใหญ่ดำเนินการโดยการเติมสารกำจัดออกซิไดเซอร์จำนวนหนึ่ง (ส่วนใหญ่เป็นเหล็กแมงกานีสและเหล็กซิลิกอน) และองค์ประกอบโลหะผสมจำนวนหนึ่งให้กับวัสดุเชื่อม (การเคลือบอิเล็กโทรด, ลวดเชื่อม, ฟลักซ์) เพื่อกำจัด FeO ออกจากสระในระหว่างกระบวนการเชื่อมและชดเชยการสูญเสียธาตุโลหะผสม วิธีการเชื่อมอาร์คทั่วไป
การเชื่อมอาร์กแบบจุ่มเป็นวิธีการเชื่อมด้วยอิเล็กโทรดหลอมที่ใช้ฟลักซ์แบบละเอียดเป็นตัวกลางในการป้องกันและซ่อนส่วนโค้งไว้ใต้ชั้นฟลักซ์ กระบวนการเชื่อมของการเชื่อมอาร์คแบบจุ่มประกอบด้วย 3 ขั้นตอน:
- ฝากฟลักซ์ละเอียดที่เพียงพอที่ข้อต่อที่จะเชื่อมบนชิ้นงานอย่างสม่ำเสมอ
- เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟเชื่อมสองขั้นตอนเข้ากับหัวฉีดนำไฟฟ้าและชิ้นเชื่อมตามลำดับเพื่อสร้างส่วนเชื่อม
- ป้อนลวดเชื่อมโดยอัตโนมัติและขยับส่วนโค้งเพื่อดำเนินการเชื่อม
ลักษณะสำคัญของการเชื่อมอาร์กแบบจุ่มมีดังนี้:
- ประสิทธิภาพส่วนโค้งที่เป็นเอกลักษณ์
- คุณภาพการเชื่อมสูง ฉนวนตะกรันที่ดีและผลการป้องกันอากาศ ส่วนประกอบหลักของโซนอาร์คคือ CO2 ปริมาณไนโตรเจนและออกซิเจนในโลหะเชื่อมลดลงอย่างมาก พารามิเตอร์การเชื่อมจะถูกปรับโดยอัตโนมัติ การเดินส่วนโค้งเป็นยานยนต์ การหลอมเหลว สระว่ายน้ำมีอยู่เป็นเวลานาน ปฏิกิริยาทางโลหะก็เพียงพอ ความต้านทานลมมีความแข็งแรง ดังนั้นองค์ประกอบการเชื่อมจึงมีเสถียรภาพและคุณสมบัติทางกลดี
- สภาพการทำงานที่ดีและแสงอาร์คแยกตะกรันมีประโยชน์ต่อการเชื่อม การเดินด้วยกลไกส่งผลให้ความเข้มของแรงงานลดลง
- ความแรงของสนามไฟฟ้าของคอลัมน์ส่วนโค้งสูงกว่าการเชื่อมอาร์กโลหะแก๊สและมีลักษณะดังต่อไปนี้:
- ประสิทธิภาพการปรับอุปกรณ์ที่ดี เนื่องจากความแรงของสนามไฟฟ้าสูง ความไวของระบบปรับอัตโนมัติจึงสูงขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มเสถียรภาพของกระบวนการเชื่อม
- ขีดจำกัดล่างของกระแสเชื่อมค่อนข้างสูง
- เนื่องจากลวดเชื่อมมีความยาวนำไฟฟ้าสั้นลง ความหนาแน่นกระแสและกระแสจึงเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตสูง สิ่งนี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการเจาะส่วนโค้งและอัตราการสะสมของลวดเชื่อมได้อย่างมาก เนื่องจากผลของฉนวนความร้อนของฟลักซ์และตะกรัน ประสิทธิภาพเชิงความร้อนโดยรวมจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้ความเร็วในการเชื่อมเพิ่มขึ้นอย่างมาก
ขอบเขตการใช้งาน:
เนื่องจากการเจาะลึก ผลผลิตสูง และการทำงานเชิงกลในระดับสูงของการเชื่อมอาร์กแบบจุ่ม จึงเหมาะสำหรับการเชื่อมแนวเชื่อมยาวของโครงสร้างแผ่นขนาดกลางและหนา มีการใช้งานที่หลากหลายในการต่อเรือ หม้อต้มน้ำและภาชนะรับความดัน สะพาน เครื่องจักรที่มีน้ำหนักเกิน โครงสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โครงสร้างทางทะเล อาวุธ และภาคการผลิตอื่นๆ และเป็นหนึ่งในวิธีการเชื่อมที่ใช้กันมากที่สุดในการผลิตงานเชื่อมในปัจจุบัน นอกเหนือจากการใช้เชื่อมต่อส่วนประกอบในโครงสร้างโลหะแล้ว การเชื่อมอาร์กแบบจุ่มยังสามารถเชื่อมชั้นโลหะผสมที่ทนต่อการสึกหรอหรือการกัดกร่อนบนพื้นผิวของโลหะฐานได้ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการเชื่อมโลหะและเทคโนโลยีการผลิตวัสดุการเชื่อม วัสดุที่สามารถเชื่อมโดยการเชื่อมอาร์กใต้น้ำได้พัฒนาจากเหล็กโครงสร้างคาร์บอนเป็นเหล็กโครงสร้างโลหะผสมต่ำ สแตนเลส เหล็กทนความร้อน และโลหะที่ไม่ใช่เหล็กบางชนิด เช่น โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก โลหะผสมไทเทเนียม โลหะผสมทองแดง เป็นต้น
เนื่องจากลักษณะเฉพาะของตัวเอง การใช้งานจึงมีข้อจำกัดบางประการ สาเหตุหลักมาจาก:
- ข้อจำกัดของตำแหน่งการเชื่อม เนื่องจากการกักเก็บฟลักซ์ การเชื่อมอาร์กแบบจุ่มส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการเชื่อมแนวเชื่อมแนวนอนและแนวลงโดยไม่มีมาตรการพิเศษ และไม่สามารถใช้สำหรับการเชื่อมแนวนอน แนวตั้ง และขึ้นไปได้
- ข้อจำกัดของวัสดุการเชื่อมคือไม่สามารถเชื่อมโลหะและโลหะผสมออกซิไดซ์สูง เช่น อลูมิเนียมและไทเทเนียมได้ และส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการเชื่อมโลหะเหล็ก
- เหมาะสำหรับการเชื่อมและตัดรอยเชื่อมยาวเท่านั้น และไม่สามารถเชื่อมรอยเชื่อมที่มีตำแหน่งเชิงพื้นที่จำกัดได้
- ไม่สามารถสังเกตส่วนโค้งได้โดยตรง
(5) ไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมแผ่นบางและกระแสไฟต่ำ