FCAW-S basisgegevens: Snel, geen gascilinders nodig


FCAW-S gegevens: Snel, geen gascilinders nodig
Het zelfbeschermende proces is gewoonlijk niet het eerste dat een lasser leert, maar het kan wel een van de effectiefste zijn

door Tom Myers en Frank Dragolich, Jr.


Zelfbeschermende, gevulde draad (FCAW-S) is het veelzijdige werkpaard in de industrie. Het produceert zijn eigen bescherming om de boog te beschermen, verwerkt vervuiling op het staal, smelt lasmetaal neer dat voldoet aan structurele eisen en vormt een snel stollende slak over het lasmetaal

FCAW-S lijkt meer op elektrodelassen(SMAW) en minder op andere gasbeschermende draadprocessen. Lassers, die ervaring hebben met SMAW leren FCAW-S snel, terwijl zij die alleen het MIG lassen (GMAW) kennen daar iets langer over doen.

Net als SMAW gebruikt FCAW-S geen extern beschermgas, waarmee het geschikt is voor werk buiten (zie afbeelding 1 en 2). Anders dan SMAW levert het zelfbeschermende gevulde draad proces een hogere productiviteit. Neersmelt percentages zijn gelijk aan en overtreffen soms die percentages, die met gasbeschermde draad worden behaald. Met elektroden als E6010 en E6013 kan een lasser twee tot drie pond per uur metaal neersmelten. Met SMAW elektroden als E7018 kan dat oplopen tot vier of vijf pond per uur. Maar met FCAW-S kan een lasser tot acht pond neersmelten uit positie en meer dan twaalf onderhands (dat is, vlakke en horizontale positie), afhankelijk van de gebruikte draad. Feitelijk kunnen lassers met bepaalde draden en met verlengde stickout procedures meer dan 20 pond lasmetaal per uur neersmelten.

 FCAW-S Basics: Fast, no gas cylinders required

 Afbeelding 1: Zelfbeschermde gevulde draad wordt vaak gebruikt voor uit positie werk.

 FCAW-S Basics: No Gas Cylinders Required

Afbeelding 2: Geen gascilinder nodig, FCAW-S wordt vaak gebruikt voor on site werk, werk buiten, als sneller alternatief voor SMAW.

 

 

 

 

 

 

Procesgegevens
GMAW (MIG) en de meeste gasbeschermde gevulde draden (FCAW-G) lassen het best op gelijkstroom elektrode positief (DCEP). De aanbevolen of meest stabiele polariteit voor FCAW-S hangt echter af van de specifieke kernelementen (boogstabilisatoren) in een bepaalde draad. De meeste FCAW-S draden functioneren het best in gelijkstroom elektrode negatief (DCEN) polariteit, maar sommige zijn het meest stabiel met DCEP.

In GMAW grijpt een gladde V-groef in de aandrijfrollen van de draadaanvoereenheid de massieve draad om deze door het laspistool te voeren. Helaas kan de stevige grip van de gladde V-groef gevulde draden vervormen. Om dezelfde aandrijfkracht te verkrijgen zonder al te hard te knijpen hebben FCAW-S draden aandrijfrollen met gekartelde V-groef nodig, die de draad omhult en aandrijft zonder deze te vervormen.

Let op, als u terug wisselt van GMAW naar FCAW, wissel dan de aandrijfrollen van uw draadaanvoereenheid terug naar de gladde V-groef aandrijfrollen. Gekartelde aandrijfrollen kunnen in de koperen coating van massieve GMAW draden vreten en schilfering veroorzaken. Dit probleem wordt niet zo vaak als vroeger uitgesproken, maar het blijft een zorg.


Kies in de spanning
Alle zelfbeschermde gevulde draden zijn gevoelig voor spanningsverschillen en voor een goede boogstabiliteit is daarom een stroombron met een constante spanning (CV) nodig. Afhankelijk van de toepassing kunnen gasbeschermde processen een breder spanningsvenster aan, waarmee toch tevredenstellende resultaten kunnen worden behaald. Maar met FCAW-S moet u een correcte spanning voor de klus kiezen.

Als de boog eenmaal is ontstoken ligt bij het zelfbeschermde proces niets meer tussen het gesmolten lasmetaal en de lucht behalve de slak en intern geproduceerde beschermgassen. Hogere spanningen vergroten de booglengte, welke op zijn beurt de boogkegel of boogbreedte verwijdt. Zo'n langere en bredere boog is meer blootgesteld aan de lucht. Een juiste booglengte is van het grootste belang en CV stroombronnen helpen een constante booglengte te handhaven.

Let op dat gesmolten metaal, blootgesteld aan lucht (die 79 procent stikstof, 20 procent zuurstof en 1 procent overige elementen bevat) van nature stikstof en zuurstof zal absorberen. Als dit wordt toegelaten zullen enkele gassen bij het stollen van het metaal ontsnappen met achterlating van een groot aantal holtes, oftewel porositeit. De overige ingesloten gassen maken het lasmetaal zeer bros met slechte mechanische eigenschappen. Het gesmolten metaal moet worden beschermd of afgeschermd van de lucht totdat het is gestold. Deze uitgangspunten veranderen nooit, ongeacht het gebruikte lasproces.

Stelt u zich nu eens een druppel gesmolten lasmetaal voor vallend van een FCAW-S draad. Erom heen vormt zich vrijwel direct een dunne slaklaag. In de kern van de draad bevinden zich elementen die zich chemisch verbinden met de stikstof en de zuurstof (denitrificators en deoxidificators) en nemen deze op in de slak, zodat zij niet door het lasmetaal worden geabsorbeerd. Er worden ook nog andere gassen geproduceerd zoals kooldioxide als bijproduct van chemische reacties in de boog, waardoor de lucht wordt verplaatst. Beide systemen beschermen de druppel gesmolten metaal op zijn weg naar het smeltbad.

Hoe langer de boog, hoe langer de af te leggen weg van deze druppels en hoe groter hun blootstelling is aan stikstof, zuurstof en andere luchtverontreinigingen. Als dit teveel is voor het draadbeschermingssysteem, zal het overschot door het lasmetaal worden geabsorbeerd. Deze verontreinigingen beïnvloeden de mechanische eigenschappen van de las, waaronder de stootbestendigheid. Een Charpy kerfslagtest zal dit heel overduidelijk aantonen. Als het aantal verontreinigingen een bepaald punt bereikt, eindigt u met porositeit. Maar een te lage spanning creëert een te korte boog. Hierdoor stoot de draad tegen de plaat en geeft een koud, draderig slakprofiel.

Gevulde draden vormen van nature een klein bolletje slak aan het eind van de draad na iedere las. De slak fungeert als isolator en voorkomt een goed electrisch contact voor het starten. Voor een goed boogstarten moet het draadeind schoon worden afgebroken (dit kan voor bepaalde rod-based draden) of glad worden afgeknipt.

Zorg ervoor dat de uitsteek van de draad of de electrische stickout correct is. De draad moet 0,75 tot 1 inch van de contacttip uitsteken voor standaard lasprocedures en soms tot wel 3,75 in. voor neerwaarts lassen met hoge neersmelt. Een juiste booglengte is belangrijk evenals de draaduitsteek. Voor een goede boogstabiliteit moet deze op een constante lengte van ca. 0,125 in. worden gehouden. Een te lange uitsteek geeft een korte, onstabiele boog met zeer veel spatten en een te korte uitsteek een te lange boog, wat de weg vrijmaakt voor verontreinigingen vanuit de lucht.

Verder, nooit de draad duwen. Dit is geen kortgesloten GMAW. Het zelfbeschermd proces maakt gebruik van slak, dus u kunt de oude regel hanteren: Duw gas, sleep slak. Het plaatsen van het pistool in een kleine sleephoek houdt de slak achter de boog. Het pistool in een hoek voorwaarts buigen zorgt ervoor dat de gesmolten slak naar de voorzijde van het smeltbad wordt geduwd, waardoor de kans toeneemt dat deze vóór het metaal uit gaat en eronder komt te zitten.


Uit positie bijzonderheden
Welke draad specifiek wordt gebruikt maakt een groot verschil in neersmeltpercentages en in algemene proceskaracteristieken. Draden met de AWS klassificatie E71T-8 goed voor alle posities met gelijkstroom, elektrode negatief (DCEN) polariteitgeven allen gelijkwaardige metallurgische resultaten, maar ingedeeld bij deze AWS klassificatie zijn verschillende draden met hun eigen karakteristieken.

De meest opvallende verschillen zitten in het slaksysteem van de draden. Dit bestaat uit materialen die chemisch reageren met andere elementen, eerder stollen dan het gesmolten metaal en opstijgen om de gesmolten rups te beschermen tegen de lucht (zie afbeelding 3). Sommige draden hebben een meer basisch, op fluoride gebaseerd slaksysteem, vergelijkbaar met dat van SMAW elektrodem als E7018. Andere hebben een meer zuurvormend systeem dat chemisch reageert en sneller stolt, waardoor lassers die snelle, acht pond per uur uit positie neersmelt percentages kunnen halen. (Voor meer info over slaksystemen, zie Technical Brief: Insight on Slag Chemistries beneden.)

Technical Brief: Insight on Slag Chemistries
De slaksystemen in zelfbeschermde gevulde draden zijn uniek. Zij maken vooral gebruik van een aluminium-magnesium deoxidatie en denitrificatie systeem. Deze elementen dringen in het smeltbad en vormen aluminiumoxide en magnesiumoxide, twee stoffen met hoge smeltpunten. Combineer deze met lage smeltpunt elementen in het poeder en je hebt een effectief slaksysteem. De slakelementenaluminiumoxide en magnesiumoxidesmelten het eerst, stromen naar de top van het smeltbad en beschermen het proces tegen atmosferische vervuiling.

FCAW-S heeft een heel hoge tolerantie voor stikstof en het slaksysteem maakt dit mogelijk. De aluminium en magnesium moleculen trekken zuurstof en stikstofatomen aan, die zich verbinden en deze aluminium en magnesiumoxides vormen. Deze hoog-smeltpunt (snel stollend), lichte stoffen drijven snel naar het oppervlak. Feitelijk verandert het slaksysteem zuurstof en stikstofpotentiële vervuilersin chemische stoffen die de las beschermen.

Veel FCAW-S draden maken gebruik van een of twee typen slaksysteem: basisch en zuurvormend. In basische systemen werkt calciumfluoride samen met de aluminium en magnesium stoffen en vormt een systeem dat wel lijkt op de slak van het lassen met sommige SMAW electroden als E7018. Zuurvormende systemen daarentegen maken gebruik van ijzeroxide in plaats van calciumfluoride.

De basische systemen hebben een goede schoonmakende werking en lijken geschikt te zijn voor structureel kritisch werk, beantwoorden aan lage temperatuur sterkte en andere stringente eisen van mechanische eigenschappen. Zuurvormende systemen maken glad en snel lassen mogelijk.

Dit heeft vooral te maken met hoe de zuurvormende en basische elementen reageren met andere metaalelementen. Het komt erop neer hoe gemakkelijk chemische reacties verlopen. Tijdens het lassen worden moleculen geïoniseerd, dat wil zeggen dat atomen bepaalde moleculen verlaten en zich bij andere voegen, en specifieke slaksystemen eisen verschillende hitteniveaus om dit te bewerkstelligen. In fluoridesystemen gaat veel hitte zitten in het breken van deze moleculen om fluorideketens te vormen. Het kost echter minder hitte om zuurvormende, ijzeroxide moleculen te breken. De snelle reactie leidt tot snel slakstollen en uiteindelijk tot hoge neersmeltpercentages.

FCAW-S Basics: No Gas Cylinders Required

Afbeelding 3: Een zelfbeschermde FCAW draad heeft een buitenomhulsel dat een kern van stoffen bedekt die de las beschermen. Het lijkt enigszins op een laselektrode, maar dan binnenste buiten.

De techniek verschilt met productiewijze van de draad; voor een specifiek advies kunt u de fabrikant van de draad raadplegen. De techniek is ook afhankelijk van het basismetaal en de toepassing, maar u kunt rekenen op enkele algemene karakteristieken, wanneer u bepaalde draden gebruikt.

Bijvoorbeeld, bekijk eens twee versies van E71T-8 genaamd Innershield® NR-203MP of NR-203 Nickel (1 procent), die een basisch (nniet zuurvormend) slaksysteem gebruiken. Lassen met NR-203 draad lijkt op E7018, maar de draad heeft een hogere neersmelt en u hoeft natuurlijk geen elektroden te wisselen. De draden kunnen in alle posities worden gebruikt, kunnen een open grondlaagverbinding leggen en geven lassen met een zeer goede lage temperatuur stootbestendigheid. Verder kunnen zij verticaal neerwaarts worden gelast.

Gebruik een waaiertechniek als u een groef of hoeklas uit-positie last met NR-203. Richt de draad op de tenen van de rups en houdt even inom een goede penetratie te verkrijgen en geef de slak tijd om uit de tenen te komenga dan snel over de las alvorens weer te pauzeren aan de tegenoverliggende teen. Als u te lang in het centrum blijft riskeert u dat u te veel lasmetaal neersmelt en een uiterst convexe rups produceert, die niet alleen de mechanische eigenschappen van de las beïnvloedt, maar ook de rups ontvankelijk maakt voor fouten als ondersnijding.

Concentreer u altijd goed op het smeltbad. Deze waaierbewegingpauze bij de tenen en dan snel gaan over de voorkantlaat lasmetaal van beide zijden toevloeien. Het even inhouden bij de ene teen geeft de slak tijd om te stollen aan de andere teen. Net als andere zelfbeschermde draden gebruikt NR-203 een dunnen slak dat maar beperkt lasmetaal kan inhouden; daarom kunt u niet meer dan 5 tot 6 pond lasmetaal per uur kunt neersmeltensneller dan elektrode, maar langzamer dan andere zelfbeschermde draden.

Dit omvat ook de NR-232 en de NR-233. Deze draden hebben een zuurvormend slaksysteem dat heel snel reageert in het gesmolten metaal en geeft een zwaardere slak, waardoor een neersmelt van 7 tot 8 pond lasmetaal per uur uit positie of tegen de zwaartekracht mogelijk is.

Anders dan lassen met NR-203, waarbij u echt op het smeltbad let, met NR-232 en NR-233 concentreert u zich op de slaklijn vorming achter de rand van de boog. In plaats van de traditionele waaier gebruikt u een rechte rups met een licht wiebelende beweging. Als de rups niet vlak ligt kunt u nog snel corrigeren. Als bijvoorbeeld de slaklijn aan de linkerkant lager is, beweeg dan het pistool lichtjes naar links om de slaklijn gelijk te maken en ga dan verder met de wiebel/rechte lijn techniek. Bij verticaal opwaarts lassen denk alsof u een rek van metaal bouwt en de ene rups op de andere stapelt.

Hoe snel u stapelt bepaalt de voortloopsnelheid. Als u te snel voortgaat en de boog net verder dan het smeltbad plaatst, heeft de draad de neiging zich in de plaat te graven en er zelfs door heen te branden.

Controle van de warmte-inbreng is belangrijk en u kunt dit doen door de uitsteek te veranderen, een techniek die niet alleen bekend is bij FCAW-S, maar bij alle draadlasprocessen die een CV stroombron gebruiken. Stel, u last verticaal opwaarts bouwend op een laag gesmolten NR-232 lasmetaal en u merkt dat het smeltbad iets te heet wordt en uw boog zich in de plaat graaft. In dit geval kunt u de stickout iets verlengen, waardoor de amperage daalt en het smeltbad enigszins afkoelt. Andersom, als het proces iets te koud is en de penetratie is onvoldoende, kunt u de stickout enigszins inkorten, waardoor de amperage toeneemt en u iets steviger kunt graven.


Flexibel, mobiel en effectief
In een land dat zijn zijn infrastructuur wil verbeteren, is het FCAW-S proces voor velen de eerste keuze. Het is mobiel en kan toegepast worden onder zware omstandigheden; het combineert de effectiviteit van draadlassen met de draagbaarheid van SMAW. Doorgaans is FCAW-S niet het eerste proces dat een lasser leert, maar bij perfecte beheersing kan het een van de meest effectieve zijn.

 

Tom Myers is Senior Applications Engineer en Frank Dragolich, Jr., is Applications Technician voor The Lincoln Electric Co., 22801 St. Clair Ave., Cleveland, OH 44117, 216-481-8100.

 

Informatie van The Lincoln Electric Co.