DK143057B - Fremgangsmaade og apparat til skaering bearbejdning svejsning og forstaerkning af metalliske og ikke metalliske materialer ved hjaelp af en elektrisk lysbue - Google Patents

Description

\jif/ (11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 1^-3057 DANMARK (6i) Int. Cl.s β 23 K 9/08 §(21) Ansøgning nr. 290/76 (22) Indleveret den 26. jan. 1976 (24) Løbedsg 26. Jan. 1976 (44) Ansøgningen fremlegt og n fremlæggelsesskriftet offentliggjort den * mfcu· · 1 -?°1

DIREKTORATET FOR

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den 27- jan. 1975* 919/75* CH (71) SECHERON SOUDURE S.A., 1196 Gland/Vaud, CH.

(72) Opfinder: Albi Rudaz, 1261 Givrins* Vaud, CH: Albert Ferrari, C. chem. du Bochet, 119é>Vaud, CH.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard.

(54) Fremgangsmåde og apparat til skæring, bearbejdning* svejsning og forstærkning af metalliske og ikke-metalliske materialer ved hjælp af en elektrisk lysbue.

Opfindelsen omhandler en fremgangsmåde til skæring, bearbejdning, svejsning og forstærkning af metalliske og ikke-metalliske materialer ved hjælp af en elektrisk lysbue, som bringes til drejning ved at underkastes påvirkningen fra et magnetisk drejefelt, samt et apparat til udøvelse af fremgangsmåden.

Fra beskrivelsen til dansk patent nr. 103 902 kendes et apparat af denne art med to magneter, hvoraf den ene er anbragt om svejseelektroden således, at dens felt hovedsageligt virker styrende på lysbuen, hvor denne forlader svejseelektroden, medens den anden er anbragt således, at den kan omslutte et svejsestykke på en sådan måde, at dens felt hovedsageligt virker styrende, hvor lysbuen rammer svejsestedet. Det anvendte drejefelt tilvejebringer en ren cirkulær vandring af lysbueenden, hvorved man kan bestryge periferien 2 143057 af et cirkelformet arbejdsemne, men ikke mere sammensatte overflader, eksempelvis rektangulære.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en kompleks vandringsbane for lysbueenden ved samtidig styring af to parametre, nemlig dels lysbuens omdrejningshastighed og dels radius vektor, d.v.s. afstanden imellem den styrede lysbueende og lysbuens omdrejningscenter. Ved en således styret bestrygning af hele overfladen af arbejdsemnet opnås en jævn overføring af varmeenergi og undgås de lokale overopvarmninger, der udvikles ved en ren cirkulær vandring af lysbueenden.

I tilfælde af en til arbejdsemnet ikke overført lysbue udjævnes den til flammerørselektroden overførte varmeenergi til undgåelse af en overopvarmning af denne elektrode, hvorved flammerørets dimensioner kan nedsættes.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 er et aksialt snit igennem det magnetiske anker i en første udførelsesform af apparatet ifølge opfindelsen langs linien 1-1 på fig. 2, fig. 2 en plan svarende til fig. 1, fig. 3 et aksialt snit igennem apparatets flammerør, omgivet af ankeret på fig. 1 og 2, fig. 4 en samlingstegning for den første udførelsesform af apparatet, og fig. 5-7 aksiale snit igennem andre udførelsesformer af apparatet ifølge opfindelsen.

Den på fig. 1-3 viste udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen omfatter et plasmaflammerør med en til arbejdsemnet overført lysbue, bestående af en ildfast muffe 1, i hvilken der er anbragt en elektrode 2, som er forbundet med den negative klemme af en strømkilde. Elektroden 2 er fæstnet til den lukkede ende 3 af muffen 1.

143057 3 1 den modsatte ende omfatter muffen 1 et metallegeme 4 med en gennemgående aksial boring 5 og dannende den anden elektrode. Elektroden 4 er forbundet med den positive klemme af strømkilden. Der opstår en lysbue 6 imellem den frie ende af elektroden 2 og et indvendigt kegleformet parti 7 af metallegemet 4.

Elektroden 2 rummer en aksial kanal 8, igennem hvilken der tilføres en gasart, og væggen af muffen 1 har et siderettet hul 9, hvorigennem der ligeledes kan indføres en gasart. Gasarterne kan alt efter tilfældet vælges til at tilvejebringe en afkøling, en kemisk beskyttelse eller en tildeling af ønskede egenskaber til lysbuen (ioniseringsgas, dissocieringsgas). Disse gasser træder ud igennem boringen 5 i form af plasma og påvirker på kendt måde et ikke vist arbejdsemne, der skal bearbejdes.

Apparatet omfatter endvidere et magnetisk anker 10 med tre arme 11, 12 og 13, omkring hvilke der er anbragt en vikling henholdsvis 14, 15 og 16. Armene 11, 12 og 13 afsluttes med polsko henholdsvis 17, 18 og 19, som er anbragt i stjerneform i en indbyrdes vinkelafstand på 120° som vist på fig. 2. Ankeret 10 med viklingerne 14, 15 og 16 omgiver muffen 1 som vist på fig. 3. Polskoene, hvoraf kun den ene, 17, er synlig på fig. 3, er anbragt nær ved og ud for det område, hvor lysbuen 6 dannes.

De tre viklinger 14, 15 og 16 tilføres hver sin fase af en trefaset strøm, så at der frembringes et magnetisk drejefelt.

Det forstås, at når viklingerne 14, 15 og 16 tilføres en trefaset strøm, vil det af polskoene 17, 18 og 19 frembragte magnetiske drejefelt påvirke lysbuen 6 og tvinge denne til at dreje sig omkring aksen af flammerøret.

Fig. 4 er en skematisk afbildning af apparatopbygningen, d.v.s. flammerøret på fig. 3 med strømforsyningsorganerne og styreorganerne til drejning af lysbuen. Selve lysbuen 6 strømforsynes fra en strømkilde 20. Viklingerne 14, 15 og 16 forsynes med trefaset strøm fra et anlæg 21. Anlægget 21 omfatter en styrende generator 22 med variabel frekvens, en af denne styret flerfasegenerator 23 samt tre forstærkere 24, 25 og 26, som leverer strøm til viklingerne 14, 15 og 16. Forstærkerne 24, 25 og 26 styres af et ampli 4 143057 tudereguleringsorgan 27, som tvangsstyres af en impulsgenerator 28, der selv styres af styregeneratoren 22. Der er endvidere tilvejebragt et frekvensreguleringsorgan 29 og vist et metallisk eller ikke-metallisk arbejdsemne 30, der skal bearbejdes.

I forhold til en direkte strømfødning fra bynettet frembyder anlægget 21 den store fordel, at man kan påtrykke forskellige frekvenser efter ønske.

Fig. 5 viser en udførelsesform med en til arbejdsemnet overført lysbue.

Flammerørskonstruktionen er analog med den på fig. 3 viste opbygning bortset fra, at den negative elektrode 31 er massiv, og at det til legemet 4 på fig. 3 svarende metallegeme 32 ikke længere udgør den positive elektrode, men et sammentrækningsorgan for lysbuen 33, idet arbejdsemnet 34 er forbundet med den positive klemme af strømkilden. De elektromagnetiske garner til drejning af lysbuen er analoge med organerne på fig. 1-3 med følgende afvigelser: ankeret 35 med armene 36 og viklingerne 37, 38 er anbragt stjerneformet som i den første udførelsesform omkring den ildfaste muffe 34 således, at polskoene, hvoraf de to, 40 og 41, er synlige, befinder sig nær ved åbningen 42 i legemet 32 i området imellem legemet 32 og arbejdsemnet 34. I denne konstruktion indvirker det af polskoene frembragte magnetiske drejefelt på det udvendige parti af flammen og får dette til at dreje sig som angivet ved pilretningen 43.

Fig. 6 viser en flammerørskonstruktion som kendt fra TIG-svejsning, d.v.s. en svejseoperation under tilførsel af gas og med en ildfast elektrode. Den ildfaste elektrode 44 er anbragt aksialt i en ildfast muffe 45. Den frie ende af elektroden 44 indgriber i en åbning 46 i den ene ende af muffen 45, og lysbuen 48 dannes imellem spidsen af elektroden 44 og arbejdsemnet 47. Pilen 49 viser, hvorledes buen drejer under indvirkning af det magnetiske drejefelt, som frembringes af de tre polsko, hvoraf kun de to, 50 og 51, er synlige. De elektromagnetiske organer til drejning af lysbuen er identiske med organerne på fig. 5.

5 U30S7

Fig. 7 viser en flammerørskonstruktion for en svejseoperation under tilførsel af gas med en smeltelig elektrode. I en ildfast muffe 52 er der aksialt anbragt et metalrør 53, som er forbundet med den positive klemme af lysbuens strømkilde. Røret 53 tjener som styr for en metaltråd 54, der udgør den smeltelige elektrode.

Tråden 54 afrulles efterhånden fra en spole 55 under svejsningen. Muffen 52 har en central åbning 56 i den modsatte ende af den ende, i hvilken røret 53 er fastgjort. Organerne til drejning af lysbuen er helt analoge med de på fig. 5 og 6 viste organer. De omfatter tre polsko anbragt i en indbyrdes vinkelafstand på 120°, og af hvilke kun to, 57 og 58, er synlige, hvilke polsko påvirker lysbuen 59, som dannes imellem enden 60 af den smeltelige elektrode 54 og arbejdsemnet 61, der er forbundet med den negative klemme af lysbuens strømkilde. Pilen 62 angiver drejningsbevægelsen, der påtrykkes lysbuen af drejefeltet.

Der løsrives nogle små metaldråber 63 fra den smeltelige elektrode 60, hvilke dråber aflejres på arbejdsemnet 61.

Ved at forbinde et styreanlæg som anlægget 21 på fig. 4 til de forskellige apparattyper kan man regulere den til arbejdsemnet overførte energimængde, og for fremgangsmåder med en smeltelig elektrode kan man yderligere regulere overføringen af metal til emnet. Det magnetiske drejefelt kan reguleres periodisk eller uperiodisk hvad angår amplituden og omdrejningshastigheden ved den påtrykte spænding og frekvens og anbringelsen af viklingerne. Ved som funktion af tiden at variere spændingen og frekvensen enten hver for sig eller samtidigt kan der opnås pulsationer af lysbuen under fuldstændig kontrol. Det er således muligt på en overflade af arbejdsemnet, som afgrænses af yderkonturen svarende til de største amplituder af lysbuen og af inderkonturen svarende til de mindste amplituder af lysbuen, at fordele energien på arbejdsemnet svarende til de ønskede resultater: en homogent overført energimængde, en gennemtrængningseffekt, en struktureffekt, o.s.v.

Det forstås, at konturerne kan være cirkulære, elliptiske eller have en anden form. Ved at lade lysbuen dreje sig tilstrækkeligt hurtigt kan man opnå, at den praktisk taget danner et sammenhængende lag i klokke- eller cylinderform. Dette muliggør for en given strøm at opnå en væsentlig forstærkning af lysbuens spænding og derved 6 143QB7 af dens effekt. Denne forøgelse af spændingen er snævert forblindet med mulighederne for energiabsorption af de forskellige anvendte gasarter (eksempelvis spaltelige gasarter som og Ng).

Ved således at danne et sammenhængende lag tvinger man på en vis måde den anvendte spaltelige gasart til at forblive inden for det af laget afgrænsede rumfang, hvilket i praksis bevirker, at hele gasmassen i dette rumfang spaltes. Med andre ord forøges virkningsgraden af ioniseringsprocessen i høj grad.

Disse effekter har en heldig indvirkning på dimensioneringen af flammerør med en ikke overført lysbue, fordi anoden for en given effekt og arbejdende med lavere intensiteter bliver mindre belastet, hvorved man undgår beskadigelser og for tidlig nedbrydning af anoden. Sådanne flammerør med en ikke overført lysbue anvendes inden for mange forskellige områder, såsom ved forstærkning med ildfast materiale, bearbejdning og skæring af stenholdige og ikke-ledende materialer og naturligvis ved bearbejdning af metalliske legemer.

Naturligvis kan drejefeltet også indrettes til strømforsyning fra et flerfaset net med et andet antal faser end tre.

Claims (7)

7 143057 Patentkrav :

1. Fremgangsmåde til skæring, bearbejdning, svejsning og forstærkning af metalliske og ikke-metalliske materialer ved hjælp af en elektrisk lysbue, som bringes til drejning ved at underkastes påvirkningen fra et magnetisk drejefelt, kendetegnet ved, at både lysbuens omdrejningshastighed og lysbuens afstand fra omdrejningscentret reguleres samtidigt.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at amplituden og drejningshastigheden af det magnetiske drejefelt varieres som en funktion af tiden ved at variere spændingen og frekvensen af den flerfasestrøm, der frembringer magnetfeltet, som en funktion af tiden.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lysbuen bringes til at dreje således, at den praktisk taget danner en klokke- eller cylinderformet bane.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1 og med anvendelse af en til arbejdsemnet overført lysbue, kendetegnet ved, at hastigheden og vandringen af enden af lysbuen på det metalliske arbejdsemne reguleres.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1 og med anvendelse af en til arbejdsemnet ikke overført lysbue, kendetegnet ved, at magnetfeltet bringes til at indvirke på lysbuen tværs igennem væggen af flammerøret.

6. Apparat til udøvelse af fremgangsmåde ifølge krav .1 og omfattende et organ (23-26) til i nærheden af lysbuen at frembringe et magnetisk drejefelt, der tildeler lysbuen en omdrejningsbevægelse, kendetegnet ved, at det også omfatter et amplitudereguleringsorgan (27) til at regulere lysbuens afstand fra omdrejningspunktet.

7. Apparat ifølge krav 6 og omfattende et flammerør af plasma-typen med en til arbejdsemnet ikke overført lysbue, kendetegnet ved, at flammerørets ildfaste muffe er omgivet af polsko på et magnetisk anker ud for det område, i hvilket lysbuen dannes.