Ursachen für Porosität beim CO2-Schutzgasschweißen: Maßnahmen zur Nachschweißung

Einführung

Kohlendioxid (CO₂) Schutzgasschweißen, ein halbautomatisches Lichtbogenschweißverfahren, bei dem CO₂ als Schutzgas und Draht als Elektrode und Schweißzusatzwerkstoff hat deutliche Vorteile gegenüber dem Lichtbogenhandschweißen, wie z. B. höhere Produktionseffizienz, geringere Schweißverformung und bessere Qualität.

Es ist die bevorzugte Methode für Schweißer. Eine falsche Wahl von Strom und Spannung kann jedoch zu Schweißfehlern führen, insbesondere zu Poren in der Schweißnaht.

Daher ist es im täglichen Betrieb von entscheidender Bedeutung, dass die CO₂ Schutzgasschweißen zur Verbesserung Schweißqualität und nach dem Erkennen und Entfernen von minderwertigen Schweißnähten mit Gasfehlern unverzüglich erneut zu schweißen.

Merkmale der Porenverteilung in CO₂ Schutzgasschweißen

Die Merkmale der Porenverteilung stehen oft in engem Zusammenhang mit ihren Ursachen und Bedingungen. Je nach ihrer Lage können sich einige an der Oberfläche, innerhalb der Schweißnahtoder an ihrer Wurzel. Einige durchdringen sogar die gesamte Schweißnaht.

Aus dem Verteilungsstatus geht hervor, dass einzelne Poren, Gruppen von mehreren Poren oder Poren, die in einem kettenartigen Muster entlang der Schweißnaht verlaufen, vorhanden sein können.

Prozess der Porenbildung

Obwohl verschiedene Gase Poren bilden, die nicht nur ein einzigartiges Aussehen und eine einzigartige Verteilung haben, sondern sich auch in ihren metallurgischen und verfahrenstechnischen Faktoren unterscheiden, folgt jede Gasblase, die sich in der Schmelze bildet, der allgemeinen Regel der Phasenumwandlung von Flüssigkeit zu Gas, die Keimbildung und Wachstumsstadien umfasst.

3.1 Vollständiger Prozess der Porenbildung

Das Schmelzbad nimmt eine große Menge Gas auf und erreicht einen gesättigten Zustand - unter bestimmten Bedingungen sammelt sich das Gas und bildet einen Kern - der Blasenkern wächst zu einer Blase einer bestimmten Größe heran - die Blasen steigen auf, werden verstopft und bleiben in der erstarrten Schweißnaht und bilden eine Pore.

Daher ist die Porenbildung das Ergebnis mehrerer Phasen: Gasabsorption durch geschmolzenes Metall, Blasennukleation, Wachstum und Austritt. Jede Phase hat ihre eigenen Einflussfaktoren.

3.2 Beeinflussende Faktoren für jede Phase

Das Vorhandensein von übersättigten Gasen (oder Gasen, die nicht gelöst werden können) in flüssigem Metall ist die materielle Grundlage für Gaskeimbildung und -wachstum. Beim Schweißen herrschen im Schmelzbad geeignete Bedingungen für die Bildung von Gasblasen.

Je höher der Sättigungsgrad in der Schmelze ist, desto weniger Energie wird benötigt, um das Gas aus dem gelösten Zustand auszufällen.

Für das Gaswachstum sind zwei Bedingungen erforderlich: Erstens muss der Innendruck des Gases ausreichen, um den Außendruck, dem es ausgesetzt ist, zu überwinden.

Zweitens muss das Wachstum schnell genug sein, um sicherzustellen, dass es eine bestimmte Makrogröße erreicht, bevor die Schmelze erstarrt.

Das Aufsteigen von Gas besteht aus zwei Prozessen. Zunächst muss sich die Blase von der Oberfläche lösen, auf der sie sich bildet, und die Schwierigkeit dieses Vorgangs hängt von der Kontaktsituation zwischen der Blase und der Oberfläche ab.

Die Geschwindigkeit des Blasenaufstiegs hängt von folgenden Faktoren ab: dem Porenradius, der Dichte des flüssigen Metalls und der Viskosität des flüssigen Metalls.

Arten von Poren, die in CO₂ Schutzgasschweißen und Präventivmaßnahmen

Während der CO₂ Schutzgasschweißen, da die Oberfläche des Schmelzbades nicht mit Schlacke bedeckt ist und die Kühlwirkung des CO₂ Gasstroms erstarrt das Schmelzbad relativ schnell. Wenn die Schweißmaterial Bei unsachgemäßer Handhabung des Schweißverfahrens können CO-Poren, Stickstoffporen und Wasserstoffporen entstehen.

4.1 CO-Porenbildung und Präventivmaßnahmen

CO ist hauptsächlich das Produkt der Reaktion zwischen FeO, O2 oder anderen Oxiden und Kohlenstoff (C).

Zum Beispiel: C+O=CO, FeO+C=CO+Fe, MnO+C=CO+Mn, SiO2+2C=2CO+SiO. Während die CO₂ SchweißverfahrenWenn ein Mangel an desoxidierenden Elementen im Schweißdraht besteht, löst sich mehr Gas im Metall im Schmelzbad, und das C im Schmelzbad reagiert mit FeO und bildet CO-Gas.

Wenn das geschmolzene Badmetall zu schnell erstarrt, hat das entstehende CO-Gas nicht genug Zeit, um zu entweichen, wodurch CO-Poren entstehen. Diese Poren treten häufig an der Wurzel der Schweißnaht oder in der Nähe der Oberfläche auf und sind in der Regel nadelförmig.

Um die Bildung von CO-Poren zu verhindern, muss ein Schweißdraht verwendet werden, der ausreichend Desoxidationsmittel enthält und einen niedrigen Kohlenstoffgehalt um die Oxidationsreaktion zwischen C und FeO zu hemmen. Wenn der Kohlenstoffgehalt im Ausgangsmaterial hoch ist, Schweißparameter mit einer größeren Linienenergie sollte technologisch gewählt werden, um die Verweilzeit des Schmelzbades zu erhöhen und das Entweichen von CO-Gas zu erleichtern.

Wenn der Schweißdraht ausreichend desoxidierende Elemente wie Si und Mn enthält und der Kohlenstoffgehalt im Draht begrenzt ist, kann die oben erwähnte Reduktionsreaktion unterdrückt und die Bildung von CO-Poren wirksam verhindert werden. Solange der Schweißdraht entsprechend ausgewählt wird, ist die Wahrscheinlichkeit der Bildung von CO-Poren in CO₂ Lichtbogenschweißen ist sehr klein.

4.2 Wasserstoffporenbildung und Präventivmaßnahmen

Die Hauptursache für Wasserstoffporen ist, dass sich bei hohen Temperaturen eine große Menge Wasserstoff im Schmelzbad löst, der während des Kristallisationsprozesses nicht vollständig ausgetrieben werden kann, im Schweißgut verbleibt und Poren bildet.

Die Quelle des Wasserstoffs sind die Ölverschmutzung und der Rost auf den Oberflächen von Werkstück und Schweißdraht sowie die Feuchtigkeit im CO₂ Gas. Bei Ölverunreinigungen handelt es sich um Kohlenwasserstoffe, bei Rost um kristallines Wasser enthaltendes Eisenoxid. Beide können unter den hohen Temperaturen des Lichtbogens Wasserstoff zersetzen.

Der Wasserstoff im Lichtbogen kann weiter ionisieren und sich dann leicht in das Schmelzbad in ionisiertem Zustand auflösen. Während der Kristallisation des Schmelzbades bildet der ausgefällte Wasserstoff, wenn er nicht aus dem Schmelzbad verdrängt wird, aufgrund der stark abfallenden Löslichkeit des Wasserstoffs kugelförmige Poren im Schweißgut.

Um H2-Poren zu vermeiden, muss die Quelle des Wasserstoffs beseitigt werden. Entfernen Sie vor dem Schweißen Rost, Ölverschmutzungen und andere Verunreinigungen von Werkstück und Schweißdraht. Noch wichtiger ist, dass Sie auf den Feuchtigkeitsgehalt im CO₂ Gas, da es oft die Hauptursache für Wasserstoffporen ist.

CO₂ Gas hat oxidierende Eigenschaften, die die Bildung von Wasserstoffporen unterdrücken können. Solange das CO₂ Gas vor dem Schweißen getrocknet wird, um Feuchtigkeit zu entfernen, und die Verunreinigungen auf der Oberfläche des Schweißdrahtes und des Werkstücks beseitigt werden, ist die Möglichkeit der Bildung von Wasserstoffporen sehr gering. Daher wird CO₂ Lichtbogenschweißen ist ein anerkanntes wasserstoffarmes Schweißverfahren.

4.3 Stickstoffporenbildung und Präventivmaßnahmen

Bei hohen Lichtbogentemperaturen hat das geschmolzene Metall eine hohe Löslichkeit für Stickstoff. Wenn jedoch die Temperatur des Schmelzbades sinkt, nimmt die Löslichkeit von Stickstoff in flüssigem Metall rasch ab, wodurch eine große Menge Stickstoff ausfällt. Wenn er nicht aus dem Schmelzbad entweichen kann, bilden sich Stickstoffporen.

Stickstoffporen treten häufig in der Nähe der Oberfläche der Schweißnaht auf und sind wabenförmig verteilt. In schweren Fällen können kleine Poren im gesamten Schweißgut weit verteilt sein. Diese winzigen Poren können oft bei metallografischen Untersuchungen gefunden werden, oder sie können bei hydraulischen Tests zu Permeabilitätsfehlern vergrößert und nachgewiesen werden.

Der Hauptgrund für die Bildung von Stickstoffporen ist die Zerstörung der Schutzgasschicht, wodurch eine große Menge Luft in den Schweißbereich eindringen kann.

Zu den Faktoren, die die Zerstörung der schützenden Gasschicht verursachen, gehören:

• die Reinheit des CO₂ Das verwendete Schutzgas entspricht nicht den Anforderungen;
• die CO₂ Gasfluss zu gering ist;
• die Düse ist teilweise durch Spritzer verstopft;
• der Abstand zwischen der Düse und dem Werkstück zu groß ist;
• und an der Schweißstelle herrscht ein seitlicher Wind.

Um Stickstoffporen zu vermeiden, muss die Gasschutzwirkung verbessert werden. Sie sollten ein CO₂ Gas mit qualifizierter Reinheit, Verwendung geeigneter Gasflussparameter während des Schweißens; Überprüfung, ob ein Gasleck oder eine Verstopfung von der Gasflasche zum Schweißbrenner vorliegt; und Erhöhung der Windschutzmaßnahmen beim Schweißen im Freien.

Außerdem ist es im Feldbau am besten, einen Schweißdraht zu wählen, der stickstoffbindende Elemente (wie Ti, Al) enthält.

Hauptgründe für unterschiedliche Porenbildung in CO₂ Schutzgasschweißen

In CO₂ Beim Schutzgasschweißen treten intensive chemische Oxidations-Reduktions-Reaktionen auf, die zu erheblichen Spritzern und Wärmeverlusten führen. Wenn ein Schritt nicht gut kontrolliert wird, können sich leicht Gasporen bilden. Die Hauptgründe für die Bildung von Gasporen sind die folgenden:

1. Die Schweißnaht ist nicht ordnungsgemäß gereinigt, und es sind Öl, Wasser, Rost usw. vorhanden.
2. Der Windschutz wird beim Schweißen nicht berücksichtigt.
3. Es gibt ein Gasleck in der Gasleitung (ein Leck kann beim Schweißen einen Strahlsog bilden, der die Umgebungsluft ansaugt).
4. Der Schweißpendelweg ist beim Schweißen zu groß.
5. Die trockene Verlängerung des Schweißdrahtes ist zu lang.
6. Die Düse ist durch Spritzer verstopft oder verformt.
7. Es gibt Qualitätsprobleme mit dem Schweißdraht.
8. Der Gasdurchsatz ist zu gering, was zu einem schwachen Gasstrom und zur Bildung von Gasporen führt.
9. Das Gas ist unrein.
10. Der leitende Stab wird durchgebrannt (ohne Installation eines keramischen Gasventils hat eine Seite der Düse nach dem Durchbrennen einen größeren Gasfluss als die andere).
11. Das Magnetventil des Drahtvorschubs ist beschädigt oder blockiert, was zu einem anfänglichen Gasfluss während des Schweißens führt, aber die Gasflussrate nimmt allmählich ab, bis die Gaszufuhr stoppt.
12. Ein übermäßiger Gasfluss kann Turbulenzen verursachen, die Luft ansaugen und zu Gasporen führen.
13. Die Schweißnahtfuge zu groß ist, und die unzureichende Abdeckung des Schutzgases kann ebenfalls zu Gasporen führen.
14. Der Dichtungsring am Ende des Schweißbrenners (OTC) ist unwirksam, was zu Gasporen führt.
15. Wenn das Gas während des Transports in der Pipeline lange Zeit nicht verwendet wird, wird der erste Teil des Gases im Gassack nicht freigegeben, was zu Gasporen führt.
16. Die Verwendung nicht genormter hausgemachter Dämmhülsen kann zu einer Zersetzung von CO₂ Gas nach längerem Brennen in der Düse, was zu Gasporen führt.
17. Die Düse ist schief eingebaut, und die leitende Düse befindet sich nicht in der Mitte der Düse, was bedeutet, dass sich der Schweißdrahttropfen nicht in der Mitte der Schutzgasatmosphäre befindet, und es bilden sich immer Gasporen.
18. Die Gasleitung sollte keine größeren Lecks aufweisen, da durch solche Lecks eine kleine Menge Luft in die Gasleitung eindringen kann.
19. Wenn der Bearbeitungswinkel des kleinen Lochs der Umlenkung nicht dem Standard entspricht, kann es zu Turbulenzen in der Düse kommen, die zu Gasporen führen.

Schädlichkeit von Gasporen in CO₂ Schutzgasschweißen

Gasporen als Fehlerart in der Schweißnaht bergen vor allem folgende Gefahren: Sie können zur Bildung von kalte RisseErmüdungsrisse, verzögerte Risse und andere sekundäre Defekte in den Porenbereichen. Diese Defekte können das Material schwächen Streckgrenze und die Zugfestigkeit der Schweißnaht.

Sanierungsschweißmaßnahmen bei Gasporenbildung in CO₂ Schutzgasschweißen

Als Reaktion auf die oben beschriebene Situation müssen die Bediener beim Sanierungsschweißen die richtigen Schweißprozessparameter wählen. Darüber hinaus sollten sie eine bestimmte Trockenauszugslänge der Düse einhalten und auf den Winkel des Schweißbrenners achten. Die Einzelheiten sind wie folgt:

7.1 Richtige Auswahl der Schweißprozessparameter

7.7.1 Schweißstrom und Lichtbogenspannung

Die Lichtbogenspannung ist ein kritischer Parameter beim Schweißen; ihre Höhe bestimmt die Länge des Lichtbogens und die Übergangsform des Tropfens und hat einen erheblichen Einfluss auf die Spritzer.

Wenn die Lichtbogenspannung bei einem bestimmten Schweißdrahtdurchmesser und einem bestimmten Schweißstrom zu hoch ist, erhöht sich die Schmelzgeschwindigkeit des Schweißdrahtes, der Lichtbogen verlängert sich, und der Tropfen kann nicht normal übergehen, was zu großen herausfliegenden Partikeln und einer Zunahme der Spritzer führt.

Wenn die Lichtbogenspannung zu niedrig ist, ist es schwierig, den Lichtbogen zu zünden, die Schmelzgeschwindigkeit des Schweißdrahtes nimmt ab, der Lichtbogen verkürzt sich und der Schweißdraht taucht in das Schmelzbad ein, was ebenfalls große Spritzer und eine schlechte Schweißnahtbildung verursacht.

Wenn Schweißstrom und Lichtbogenspannung optimal aufeinander abgestimmt sind, ist die Häufigkeit des Tropfenübergangs hoch, Spritzer werden minimiert, und die Schweißnahtbildung ist schön.

Tabelle 1 zeigt die typischen Prozessparameter für das Kurzschluss-Übergangsschweißen für drei verschiedene Schweißdrahtdurchmesser, wobei Schweißspritzer minimiert wird.

Tabelle 1: Prozessparameter für das Kurzschluss-Übergangsschweißen für verschiedene Schweißdrahtdurchmesser

7.7.2 Winkel des Schweißbrenners

1. Winkel des Schweißbrenners während Flachschweißen:

Im Allgemeinen sollte der Winkel zwischen dem Schweißbrenner und der Schweißebene bei etwa 65° gehalten werden. Der Schweißvorgang sollte gleichmäßig sein, wobei sich der Brenner weder zu hoch noch zu niedrig, weder zu schnell noch zu langsam bewegt.

Wenn die Schweißstelle starkem Wind ausgesetzt ist, sollte eine dünne Stahlplatte kann zum Abhalten des Windes verwendet werden. Am besten verwendet man eine 2 mm dicke, 200 mm breite dünne Stahlplatte, die zu einem U-förmigen Rahmen gebogen und neben dem Schweißbereich angebracht wird.

Der U-förmige Rahmen kann Wind aus verschiedenen Richtungen abblocken, um Störungen im Schweißbereich zu vermeiden, und er kann auch verhindern, dass das Lichtbogenlicht die Augen der umstehenden Arbeiter schädigt.

2. Winkel des Schweißbrenners beim horizontalen Schweißen:

Der Winkel zwischen dem Schweißbrenner und dem Grundmaterial sollte innerhalb eines Bereichs von 45° gehalten werden. Die Laufgeschwindigkeit beim horizontalen Schweißen sollte nicht zu schnell sein, und die Schwingungsamplitude des Schweißbrenners sollte nicht zu groß sein, im Allgemeinen zwischen 10 und 15 mm.

Bei starkem Wind kann eine Stahlplatte oder ein U-förmiger Rahmen aus Stahl neben dem Schweißbereich angebracht werden, um den Wind abzublocken. Die Stahlplatte sollte jedoch nicht die Sicht des Schweißers behindern oder den Schwung des Schweißbrenners beeinträchtigen.

3. Winkel des Schweißbrenners beim vertikalen Schweißen:

Der Winkel zwischen dem Schweißbrenner und der Schweißnaht des Grundmaterials sollte etwa 15° betragen. Der Schweißstrom sollte nicht zu groß sein, im Allgemeinen etwa 20% weniger als beim Flachschweißen.

Beim vertikalen Schweißen wird durch den Einfluss des aufsteigenden Luftstroms von unterhalb des Schweißbereichs das CO₂ Die Durchflussmenge kann während des Schweißvorgangs leicht erhöht werden (je nach Situation).

Je höher die Position beim vertikalen Schweißen vom Boden aus ist, desto stärker ist der aufsteigende Luftstrom. In diesem Fall kann eine 200 mm dünne Stahlplatte unter den Schweißbrenner gelegt werden, um die Auswirkungen des aufsteigenden Luftstroms auf den Schweißbereich wirksam zu verhindern.

4. Die Geschwindigkeit der Luftbewegung im Schweißbereich wirkt sich direkt auf die Qualität der Schweißnaht aus. Bei der Verwendung von CO₂ Beim Schutzgasschweißen ist es strengstens verboten, mit einem Gebläse Luft direkt in den Schweißbereich zu blasen.

7.2 Richtige Methoden für den Betrieb vor Ort

Durch langes Schweißen können Spritzer die Düse des Schweißbrenners verstopfen, wodurch der CO₂ Gas und beeinträchtigt die Schutzwirkung, was leicht zur Bildung von Stickstoffporen führen kann.

In diesem Fall sollten die Spritzer umgehend entfernt werden. Im Laufe der Zeit kann sich die Düse verformen und durch den Gebrauch verengen, wodurch der Schutzbereich verringert und Gasporen wahrscheinlicher werden.

In diesem Fall muss eine neue Düse eingesetzt werden, bevor die Schweißarbeiten fortgesetzt werden können.

Wenn alle Schweißarbeiten abgeschlossen sind, sollte der Schweißer die Schweißmaschine und die CO₂ Ventil, um Überhitzung und mögliche Schäden am Heizdraht zu vermeiden.

Schlussfolgerung

Die Hauptgründe für die Bildung von Poren in CO₂ Schutzgasschweißen sind die Sauberkeit der Schweißfläche des Grundmaterials (Vorhandensein von Öl, Oxyden), unzureichende CO₂ zu großer Abstand zwischen Düse und Werkstück, der das Eindringen von Luft ermöglicht, zu viele Spritzer, die an der Innenwand der Düse haften und die Schutzwirkung beeinträchtigen, und Wind am Einsatzort, der den Schutzgasvorhang unterbricht.

Neben der Wahl der richtigen Parameter für den Schweißprozess und der Sicherstellung des guten Zustands der Schweißausrüstung sollten die Korrekturmaßnahmen auch die Sicherstellung der Qualität des Schweißdrahts und der Reinheit des CO₂ Gas, und die Wahl der richtigen Schweißwinkelunter anderem.