水没したアーク溶接（SAW）は、高効率と安定した溶接品質のために、工業製造で広く認識されています。このプロセスのコアパラメーターとしての温度は、溶接プロセス全体を実行し、溶接、冶金特性、および最終的な機械的性能の形成に直接影響します。それでは、水没したアーク溶接の特定の温度範囲はどのくらいですか？そして、どの要因が温度変化に影響しますか？
水没したアーク溶接の主要な温度範囲
アークゾーン温度
アークゾーンは、水没したアーク溶接でエネルギーが生成されるコアエリアです。ここの温度は非常に高く、一般的に10,000〜15,000度に達します。このような高温では、溶接ワイヤとベースメタルの表面を即座に溶かすには十分であり、溶融プールを形成します。アーク温度は、主に電気エネルギー入力によって維持されます。通常の溶接条件下では、ARCカラムはARCの主要部分であり、温度が最も高く、アノードとカソードの近くの温度はわずかに低くなりますが、ほとんどの金属の融点をはるかに超えています。
溶融プール温度
溶融プールは、アークの作用下でのベースメタルと溶接ワイヤの融解によって形成されます。その温度はアークゾーンよりも低くなりますが、通常は1,500〜2,500度の範囲にある高レベルにとどまります。特定の温度は、ベースメタルの種類、溶接電流、溶接速度などの要因に関連しています。たとえば、炭素鋼を溶接する場合、溶融プール温度は一般に約1,500〜1,800度です。高合金または厚いプレートを溶接する場合、より多くの熱入力が必要なため、溶融プールの温度は2,000〜2,500度に上昇する可能性があります。溶融プールの温度は、溶融金属の流動性と冶金反応効果に直接影響します。適切な温度は、溶融金属がベースメタルを完全に濡らし、毛穴や不完全融合などの欠陥の生成を減らすことを保証します。
スラグ温度
水没したアーク溶接では、フラックスが溶けて溶融プールの表面を覆って大気汚染から保護するスラグを形成します。スラグ温度は、溶融プール温度に近く、約1,400〜2,200度です。スラグは保護的な役割を果たすだけでなく、独自の熱保持を介して溶融プールの冷却速度にも影響します。たとえば、粘度が高い焼結フラックスは通常、溶融プールの冷却速度を減速させる可能性がありますが、粘度が低い融合フラックスの一部はより速く涼しくなる可能性があります。
水没したアーク溶接温度に影響する要因
溶接電流
溶接電流は、溶接温度に影響を与える最も重要な要因です。他のパラメーターが固定されている状態では、溶接電流が高くなるほど、熱入力が大きくなり、アーク温度と溶融プール温度が高くなります。たとえば、電流が500Aから1,000Aに増加すると、アーク温度は2,000〜3,000度上昇し、溶融プール温度はそれに応じて300〜500度上昇する可能性があります。したがって、実際の溶接では、より多くの熱を溶かす必要がある厚いプレートの場合、より大きな電流がしばしば選択されます。薄いプレートの場合、過度の融解や燃焼スルーを避けるために、より小さな電流が使用されます。
溶接電圧
溶接電圧は、主にアークの長さに影響します。より高い電圧はより長いアークにつながり、アークゾーンの熱分布がより分散されます。 ARCの最高温度は大幅に上昇しない場合がありますが、ベースメタルと溶接ワイヤの有効な加熱領域が膨張し、溶融プールの全体温度も上昇する可能性があります。たとえば、電圧が30Vから40Vに増加すると、アークの長さが増加し、溶融プールエリアが10％〜20％拡大し、溶融プールの平均温度が100〜200度上昇する可能性があります。
溶接速度
溶接速度は、アークがベースメタルの単位エリアに作用する時間を決定します。溶接速度が遅くなると、ベースメタルと溶接ワイヤが長時間加熱され、溶融プールの温度が高くなります。逆に、溶接速度を速くすると、加熱時間が不十分になり、溶融プールの温度が低下します。スパイラルパイプ溶接を例にとると、溶接速度が30m/hから60m/hに増加すると、溶融プールの温度が200〜300度減少する可能性があります。したがって、高速溶接は、速い速度によって引き起こされる熱損失を補うために、より高い電流と一致する必要があることがよくあります。
フラックス特性
フラックスの熱伝導率と融点は、溶接領域の熱伝達と保持に影響します。低熱伝導率と高い融点（焼結束など）のフラックスは、熱損失を減らすことができ、溶融プールはより長い時間高温になります。高い熱伝導率（一部の融合フラックスなど）のフラックスは、熱放散を加速し、溶融プール温度が低くなる可能性があります。たとえば、同じ電流条件と電圧条件下でSJ101焼fluxおよびHJ431融合フラックスを使用する場合、SJ101を使用する場合の溶融プール温度は、HJ431を使用する場合の場合よりも約100〜200度高くなります。
ベースメタルと溶接ワイヤの厚さ
より厚いベースメタルまたは溶接ワイヤは、より多くの熱を溶かす必要があるため、実際の溶接温度（特に溶融プール温度）を高める必要があります。たとえば、20mmの厚さの炭素鋼板を溶接する場合、溶融プール温度は通常、同じプロセスパラメーターの下で10mmの厚さプレートを溶接する場合よりも200〜300度高くなります。
水没したアーク溶接における温度制御の重要性
溶接形成の確保
適切な溶融プール温度により、溶融金属の流動性が良好であることを保証し、溶接溝を完全に満たし、滑らかで均一な溶接ビーズを形成します。温度が低すぎると、溶融金属が十分に流れない場合があり、不完全な融合やアンダーカットなどの欠陥につながる可能性があります。温度が高すぎる場合、溶融金属は垂れ下がっている可能性があり、不規則な溶接形状または燃焼スルー（特に薄いプレートの場合）になります。
溶接冶金性能の保証
溶融プールの温度とその冷却速度は、合金化元素の溶解、介在物の沈殿、微細構造の形成など、溶接の冶金反応に直接影響します。たとえば、低合金の高強度鋼の溶接では、溶融プールの温度が高すぎる場合、粒子の成長が発生し、溶接の靭性が低下します。温度が低すぎると、合金要素が完全に溶解しない可能性があり、溶接の強度に影響します。温度を制御することにより、強度と靭性のバランスをとるために、穀物の精製などの溶接金属の微細構造を最適化できます。
溶接欠陥の防止
高温制御は、細孔の生成を減らすことができます。溶融プールの温度が高いほど、溶融金属のガス（水素や窒素など）の脱出を助長します。温度が低すぎると、ガスは時間内に逃げることができず、溶接に毛穴を形成します。さらに、コールドクラッキング（高炭素鋼や低合金鋼など）に敏感な材料の場合、適切な溶融プール温度と遅い冷却速度（温度を制御することで達成）は、残留応力と冷静な亀裂のリスクを減らすことができます。
さまざまな溶接要件に適応します
溶接シナリオが異なると、温度要件が異なります。たとえば、厚い壁の圧力容器の溶接では、層間の深い融合を確保するために、より高くより均一な溶融プール温度が必要です。薄壁パイプの溶接では、変形や燃焼スルーを避けるために低い温度が必要です。
業界の専門家は、実際の水没したアーク溶接生産では、企業は電流、電圧、速度の設定に注意を払うだけでなく、ベースメタル、溶接材料、溶接構造の種類に応じて溶接温度を監視および調整する必要があると指摘しています。温度変化とその影響の法則を習得することにより、安定した高品質の溶接結果を達成することができ、工業製品の安全性と信頼性に対する確固たる保証を提供します。
