Tra i processi di saldatura automatica più diffusi ed efficienti nell'industria pesante moderna e nella produzione di tubi in acciaio, uno èsaldatura ad arco sommerso(SEGA). Essendo una tecnologia matura, SAW presenta caratteristiche quali arco sommerso, protezione del flusso, penetrazione profonda, qualità di saldatura stabile e meno spruzzi. A differenza dei metodi di saldatura MIG e TIG (arco aperto), nella saldatura ad arco sommerso l'intero arco e il bagno di fusione sono completamente coperti e protetti dal flusso, isolando così la zona di saldatura dall'aria ed evitando difetti di ossidazione. Dall'inizio della produzione industriale, la saldatura ad arco sommerso è diventata il processo di saldatura principale per tubi saldati a spirale, strutture in acciaio a pareti spesse-, recipienti a pressione, produzione di caldaie, costruzioni navali e produzione di apparecchiature di grandi dimensioni. Grazie alla sua idoneità alla saldatura di lamiere spesse, alla forte capacità di corrente e alla facilità di automazione, la saldatura ad arco sommerso ha occupato una posizione insostituibile nella produzione dell'industria pesante.
Definizione di base e principio di funzionamento
La saldatura ad arco sommerso è un processo di saldatura ad arco automatico o semi-automatico che utilizza filo pieno come materiale di riempimento eflussocome mezzo protettivo. La caratteristica principale di questo processo è che durante il processo di saldatura, l'arco è coperto dallo strato di flusso e non è visibile alcuna fiamma libera. L'intera reazione metallurgica della saldatura viene completata in un ambiente sigillato di protezione dalle scorie.
Il suo principio di funzionamento può essere suddiviso in quattro fasi: accensione dell'arco, fusione termica, reazione metallurgica e protezione dalla formazione di scorie. All'avvio della saldatrice, il cortocircuito tra il filo di saldatura e il pezzo da saldare genera una corrente transitoria, innescando così l'arco. Allo stesso tempo, il calore dell'arco ad alta-temperatura scioglie il flusso circostante, il filo di saldatura e il materiale di base. Il flusso fuso forma uno strato di scorie liquide viscoso e denso che può coprire completamente la vasca fusa ad alta-temperatura. Questo strato di scorie può isolare l'ossigeno, l'azoto e il vapore acqueo nell'aria, impedendo ai gas nocivi di entrare nel cordone di saldatura. Allo stesso tempo, si verificano una serie di complesse reazioni metallurgiche tra le scorie fuse e l'acciaio fuso, come disossidazione, desolforazione e defosforizzazione, purificando così la microstruttura del cordone di saldatura e migliorando le proprietà meccaniche del giunto di saldatura. Dopo il raffreddamento, le scorie liquide si solidificano sulla superficie della saldatura formando un guscio duro, facile da rimuovere e che forma una saldatura liscia e uniforme.
Le principali attrezzature e materiali del sistema SAW
Un sistema completo di saldatura ad arco sommerso è composto da apparecchiature di saldatura professionali, filo di saldatura e flusso speciale.
1. Attrezzature per saldatura
L'attrezzatura principale è costituita principalmente da un alimentatore automatico per saldatura, un trainafilo, un carrello di saldatura o un sistema a portale mobile, un dispositivo di alimentazione e recupero del flusso. L'alimentatore di saldatura fornisce corrente e tensione stabili per garantire la combustione continua e stabile dell'arco. L'alimentatore automatico del filo può controllare con precisione la velocità di alimentazione del filo e abbinarla alla velocità del movimento di saldatura per evitare l'interruzione dell'arco e un bagno di fusione instabile. Il carrello ambulante fa sì che la pistola di saldatura si muova a una velocità uniforme, garantendo la coerenza della larghezza della saldatura e della profondità di penetrazione. Inoltre, il sistema di circolazione automatica del flusso può ottenere la distribuzione e il recupero automatici del flusso, non solo garantendo una protezione continua durante il processo di saldatura, ma anche migliorando l'utilizzo del materiale e riducendo così i costi di produzione.
2. Filo e flusso di saldatura
La saldatura ad arco sommerso si basa sull'effetto combinato del filo di saldatura e del flusso per ottenere l'ottimizzazione metallurgica. Il filo di saldatura fornisce metallo d'apporto ed elementi di lega, mentre il flusso funge da agente protettivo, disossidante e di rimozione delle impurità. Diversi tipi di acciaio, come l'acciaio al carbonio, l'acciaio basso-legato ad alta resistenza-e l'acciaio per tubazioni, richiedono corrispondenti flussi neutri, acidi o alcalini. Tra questi, i flussi alcalini hanno una capacità di rimozione delle impurità relativamente forte, che può migliorare significativamente la tenacità alle basse{5}}temperature e la resistenza alle crepe della saldatura e sono adatti per la saldatura di tubazioni e recipienti a pressione di alto-standard; i flussi acidi hanno buone prestazioni di processo, arco stabile e bella formazione di saldatura e vengono utilizzati principalmente per la saldatura di acciaio strutturale ordinario.
Processo tecnologico completo di saldatura ad arco sommerso
1. Preparazione pre-della saldatura
Il trattamento pre-della saldatura è un passaggio fondamentale per garantire la qualità della saldatura. In primo luogo, la superficie del prodotto e l'area di saldatura devono essere pulite accuratamente, rimuovendo ruggine, scaglie di ossido, macchie di olio, umidità e altre impurità per prevenire difetti come pori, inclusioni di scorie e crepe causate dalle impurità. In secondo luogo, il flusso deve essere essiccato a una temperatura elevata specifica per rimuovere il vapore acqueo interno, riducendo così il contenuto di idrogeno nel cordone di saldatura ed evitando la fessurazione a freddo indotta dall'idrogeno-. Inoltre, l'operatore deve regolare la distanza del gruppo di saldatura e l'angolo di saldatura in base allo spessore della lamiera e agli standard di saldatura per garantire uno strato di penetrazione uniforme e una buona fusione.
2. Impostazioni dei parametri e saldatura di prova
Prima del processo di saldatura formale, il personale deve impostare i parametri principali del processo, tra cui corrente di saldatura, tensione, velocità di movimento dell'arco e lunghezza del filo, ecc. La corrente determina l'apporto di calore e la profondità di penetrazione della saldatura; la tensione controlla la larghezza del cordone di saldatura e l'aspetto del cordone di saldatura; la velocità di movimento dell'arco influisce sull'efficienza della saldatura e sulla qualità della fusione. Se i parametri non corrispondono correttamente, ciò potrebbe comportare una profondità di penetrazione insufficiente, bruciatura-through, fusione incompleta o formazione di saldature non uniforme. Per garantire la stabilità dei parametri e le prestazioni di saldatura qualificate nella produzione su larga-scala, è necessario condurre una saldatura di prova.
3. Saldatura formale e protezione del flusso
Durante il processo di saldatura formale, il dispositivo di alimentazione distribuisce uniformemente il flusso sul cordone di saldatura, formando uno spessore sufficiente dello strato di flusso. Il filo di saldatura viene alimentato continuamente e l'arco elettrico brucia stabilmente sotto lo strato di flusso. L'arco elettrico ad alta-temperatura scioglie il materiale di base e il filo di saldatura, formando un bagno di fusione. Allo stesso tempo, dopo che il flusso si scioglie, si forma uno strato protettivo di scorie, che isola l'aria e completa la purificazione metallurgica. Il carrello di saldatura avanza a velocità costante per ottenere saldature continue e a lunga distanza. Per i tubi saldati a spirale e le strutture in acciaio a pareti spesse-, viene solitamente utilizzata la saldatura ad arco sommerso su entrambi i lati. La saldatura interna viene eseguita per prima, seguita da quella esterna, per garantire la completa penetrazione e una struttura di saldatura densa.
4. Trattamento e ispezione post-saldatura
Al termine della saldatura attendere il raffreddamento naturale e rimuovere il guscio delle scorie superficiali. La superficie di saldatura è liscia e piatta, con una buona qualità di formatura. Per prodotti di alta-qualità come acciaio per tubazioni e recipienti a pressione, sono necessari test non distruttivi post-saldatura-come test a ultrasuoni e rilevamento di difetti a raggi X per rilevare crepe interne, inclusioni di scorie e difetti di fusione incompleta. Allo stesso tempo, è necessario condurre test sulle proprietà meccaniche come prove di trazione e prove di impatto per verificare se la resistenza e la tenacità della saldatura soddisfano gli standard industriali.
Principali vantaggi tecnologici
Nel processo di produzione industriale, la saldatura ad arco sommerso presenta vantaggi tecnici insostituibili nella saldatura di lamiere spesse e nella saldatura di cordoni lunghi. In primo luogo, il sistema di protezione del flusso può isolare completamente l'aria, determinando un contenuto di gas molto basso all'interno del cordone di saldatura e una struttura interna densa con eccellenti proprietà meccaniche. In secondo luogo, la saldatura ad arco sommerso può resistere a correnti elevate e raggiungere un ampio apporto di calore, avendo una buona capacità di penetrazione, ed è particolarmente adatta per la saldatura di lamiere spesse che non possono essere completate con i normali processi di saldatura. Inoltre, questo metodo di saldatura automatica ha un’elevata efficienza produttiva, un processo di saldatura stabile, un basso tasso di difetti e una dipendenza molto ridotta dal lavoro umano. In quarto luogo, l'inquinamento derivante dai fumi di saldatura viene notevolmente ridotto, migliorando-l'ambiente di lavoro e la sicurezza in loco. In quinto luogo, il cordone di saldatura è liscio e uniforme, quasi senza spruzzi, riducendo significativamente il carico di lavoro della successiva rettifica e lavorazione fine e migliorando l'efficienza produttiva.
Limitazioni
Sebbene la saldatura ad arco sommerso presenti notevoli vantaggi, presenta anche alcuni limiti tecnici. A causa della necessità di copertura del flusso durante il processo di saldatura, la saldatura ad arco sommerso è adatta solo per la saldatura piana e orizzontale e non può raggiungere la saldatura in posizione completa-come la saldatura verticale e la saldatura sopratesta. Pertanto, ci sono limitazioni posizionali. Inoltre, la saldatura ad arco sommerso non è adatta per la saldatura di lamiere sottili perché l'apporto di calore della saldatura ad arco sommerso è troppo grande e tende a causare la deformazione della piastra o la bruciatura-. Allo stesso tempo, a causa delle grandi dimensioni dell'attrezzatura di saldatura, non è adatta per piccoli pezzi complessi e di forma irregolare-e per scenari di costruzione mobile. Nella produzione vera e propria, è necessario effettuare un rigoroso controllo dei processi chiave: controllare rigorosamente la temperatura di essiccazione del flusso per prevenire cricche indotte dall'idrogeno-; abbinare esattamente la corrente e la tensione per evitare che l'elettrodo non penetri o si surriscaldi; garantire una copertura uniforme del flusso per evitare infiltrazioni d'aria; controllare ragionevolmente la velocità di saldatura per stabilizzare la formazione della saldatura.
Principali applicazioni industriali
La saldatura ad arco è ampiamente utilizzata nei settori manifatturieri dell’industria pesante dove sono richiesti elevati standard di qualità ed efficienza.
1. Nel settore dei tubi in acciaio, è un processo di saldatura specializzato per tubi saldati a spirale e tubi saldati longitudinali di grande-diametro ed è ampiamente utilizzato in oleodotti e gasdotti a lunga distanza-, condotte di approvvigionamento idrico municipale e condotte di ingegneria dell'energia eolica.
2. Nel settore delle strutture pesanti in acciaio, la tecnologia di saldatura ad arco sommerso viene utilizzata per le piastre in acciaio dei ponti, le strutture portanti degli edifici-e la produzione di macchinari portuali.
3. Nella produzione di recipienti a pressione e caldaie, questa tecnologia viene utilizzata per la saldatura di cilindri a pareti spesse-per garantire tolleranza ad alta-pressione e tenuta all'aria.
4. Nel campo della costruzione navale e dell'ingegneria navale, la saldatura ad arco sommerso può garantire la stabilità strutturale e la resistenza alla corrosione delle piastre in acciaio del corpo della nave e dei componenti della piattaforma offshore.
Con il continuo sviluppo dell’automazione e della produzione intelligente, la tecnologia di saldatura ad arco sommerso si sta gradualmente evolvendo verso la regolazione intelligente dei parametri, la saldatura collaborativa con robot e la saldatura efficiente, migliorando ulteriormente l’efficienza della produzione industriale.
La saldatura ad arco sommerso è un processo di saldatura efficiente, di alta{0}}qualità e altamente automatizzato che consente di ottenere la saldatura attraverso la protezione del flusso e la purificazione metallurgica. A differenza della tradizionale saldatura ad arco con fessura, la saldatura ad arco sommerso utilizza un flusso granulare come protezione, consentendo una saldatura chiusa, eliminando efficacemente i difetti di porosità e purificando il metallo di saldatura, con conseguente miglioramento delle proprietà meccaniche. Presenta vantaggi significativi come penetrazione profonda, processo stabile, aspetto estetico della saldatura e basso tasso di difetti. È particolarmente adatto per lamiere spesse, saldature lunghe e produzione industriale su larga-scala.
Sebbene presenti alcune limitazioni nelle posizioni di saldatura e nella saldatura di lamiere sottili, detiene ancora una posizione dominante nell'industria pesante, nella produzione di condutture, nella produzione di recipienti a pressione e nell'ingegneria delle strutture in acciaio. In futuro, con la continua innovazione nella tecnologia di saldatura e nei sistemi di controllo automatico, la saldatura ad arco sommerso raggiungerà una maggiore efficienza di saldatura, tassi di difetti inferiori e prestazioni di saldatura più stabili, continuando a essere un processo di saldatura fondamentale a supporto della costruzione di moderne infrastrutture industriali.
