FI124209B - Menetelmä hitsauslaitteen hitsausparametrien säätämiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä hitsauslaitteen hitsausparametrien säätämiseksi

Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä hitsauslaitteen hitsausparametrien säätämiseksi.

5 Hitsausliitoksen laatuun tiedetään vaikuttavan hitsauksessa aikaansaatu hitsausliitoksen metallurginen rakenne. Metallurgiseen rakenteeseen vaikuttaa hitsauksen aikana hitsausliitokseen tuotu lämpömäärä ja siitä seuraava materiaalin jäähtymiskäyttäytyminen. Lämmön tuonnilla Q tarkoitetaan tässä yhteydessä hitsattavaan kappaleeseen siirtynyttä lämpömäärää hitsausliitoksen pituusyksikköä 10 kohti. Koko tuotettu lämpömäärä ei siirry hitsiin, vaan osa siitä menee häviöinä ympäristöön. Lämmöntuonnille on asetettu ylä- ja alarajoja materiaalikohtaisesti. Jos yläraja ylitetään, seuraa materiaalin pehmeneminen kun taas jos alaraja alitetaan, seuraa kovuuden kasvu. Tässä yhteydessä hitsausliitos tarkoittaa kahden kappaleen yhdistämisestä muodostunutta saumaa, johon kuuluu kappaleiden sulanutta 15 perusainetta ja hitsauksessa mahdollisesti tuotua lisäainetta.

Julkaisusta US 2009184098 tunnetaan hitsaustyökappaleeseen tuodun lämpöenergian mittaus hitsauksen aikana sekä mitatun arvon käyttäminen hitsauksen laadun tarkkailuun. Julkaisussa jaetaan kompleksiset aallonmuodot näytteenottojaksoihin, joiden aikana lasketaan hetkellinen lämpömäärä ja mitataan 20 etenemismatka. Näistä summaamalla saadaan tuotettu lämpömäärä pituusyksikköä kohden. Näytteenottotaajuus asetetaan kunkin prosessin vaatimalle tasolle, mahdollisimman korkeaksi. Mitattua energiaa verrataan valmistajan antamiin vertailuarvoihin ja poikkeamista annetaan hälytystieto käyttäjälle.

Ongelmana tunnetuissa tekniikoissa on, että käyttäjältä edelleen edellytetään ^ 25 erillisiä toimenpiteitä säätää hitsauslaitteen mekaanisia ja sähköisiä suureita oikean δ ^ laatutason saavuttamiseksi. Hitsauksessa säädettäviä hitsausparametreja on useita eikä c\j S5 suoraa yhteyttä kunkin hitsausparametrin ja lämmöntuonnin välillä ole käyttäjälle m 00 nähtävissä.

X

£ Julkaisussa US 4,375,026 on esitetty hitsauksen laatutarkkailu.

§ 30 Keksinnön lyhyt selitys

Keksinnön tavoitteena on ratkaista yllä mainitut ongelmat.

° Keksinnön tavoite saavutetaan itsenäisen patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä hitsauslaitteen hitsausparametrien säätämiseksi.

2

Keksinnön edulliset suoritusmuodot on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisessa hitsauslaitteen hitsausparametrien säätötavassa käyttäjä määrittää hitsausliitokselle ennalta halutun jäähtymiskäyttäytymisen, jonka perusteella 5 hitsauslaite säätää hitsausparametrit, kuten langansyöttönopeuden, hitsausvirran ja/tai -jännitteen, hitsauksen aloittamiseksi ja tarvittaessa säätää niitä myös hitsauksen aikana. Käyttäjä kuvaa hitsausliitoksen halutun jäähtymiskäyttäytymisen suureilla jäähtymisaika t tai lämmöntuonti Qset pituusyksikköä kohden, joiden arvot syötetään hitsauslaitteeseen. Käyttäjä voi myös antaa hitsauslaitteen itse määrittää 10 hitsausliitokselle toivotun jäähtymiskäyttäytymisen perustuen käyttäjän antamaan tietoon hitsattavasta materiaalista sekä hitsauslaitteeseen ennalta tallennettuun kokeellisen tietoon. Tällöin käyttäjä siis antaa hitsauslaitteelle hitsattavan materiaalin materiaalitiedon, joka koostuu vähintään materiaalista, hitsausliitosmuodosta ja materiaalivahvuudesta, ja hitsauslaite laskee ja säätää tämän tiedon perusteella 15 hitsausparametrit siten, että hitsausliitokselle saavutetaan toivottu jäähtymiskäyttäytyminen. Yleisesti tunnetaan, että hitsausliitoksen jäähtymiskäyttäytymisellä on suora yhteys hitsausliitokseen syntyvään metallurgiseen rakenteeseen. Tietyllä jäähtymiskäyttäytymisellä tavoitellaan siis toivottua hitsausliitoksen metallurgista rakennetta. Hitsausliitoksella tarkoitetaan tässä 20 yhteydessä sekä hitsatessa syntyvää tai syntynyttä hitsipalkoa että hitsipalon lähiympäristöä, johon hitsaus vaikuttaa.

Keksinnön mukainen menetelmä hitsauslaitteen hitsausparametrien säätämiseksi käsittää siten vaiheet, jossa hitsausliitokselle määritetään ennalta haluttu jäähtymiskäyttäytyminen, hitsauslaitteelle annetaan tieto hitsausliitoksen halutusta 25 jäähtymiskäyttäytymisestä antamalla hitsauslaitteelle jäähtymisaika t, lämmöntuonnin määrä Qset tai hitsattavan materiaalin materiaalitieto, jonka jälkeen hitsauslaite i cp määrittää ja säätää annetun tiedon ja hitsauslaitteeseen ennalta annettujen esitietojen

LO

c\j perusteella hitsauksessa käytettävät hitsausparametrien arvot hitsausliitoksen halutun g jäähtymiskäyttäytymisen saavuttamiseksi, ja joko että hitsauslaite määrittää o 30 hitsauksen aikana toteutuneen lämmöntuonnin Qact ja asettaa ainakin yhtä LO hitsausparametria säätämällä toteutuneen lämmöntuonnin Qact vastaamaan o säätömarginaalien puitteissa jäähtymisajan t tai materiaalitiedon kautta määritettyä lämmöntuonnin määrää Qset tai annettua lämmöntuonnin määrää Qset, tai että hitsauslaite laskee ja tarkkailee tehon ohjearvoa Pset lämmöntuonnin Qset, 3 hitsauspolttimen mitatun tai annetun kuljetusnopeuden V ja termisen hyötysuhteen kertoimen k perusteella, laskee ja tarkkailee toteutunutta tehoa Pact, ja asettaa ainakin yhtä hitsausparametria säätämällä toteutuneen tehon Pact vastaamaan säätömarginaalien puitteissa tehon ohjearvoa Pset tai asettaa ainakin yhtä 5 hitsausparametria säätämällä tehon ohjearvoa Pset vastaamaan säätömarginaalien puitteissa toteutuneen tehon Pact arvoa. Hitsauslaitteelle annetaan edullisesti lisäksi tieto hitsattavan materiaalin materiaalivahvuudesta ja hitsausliitoksen liitostyypistä lämmöntuonnin Qset määrittämiseksi annetun jäähtymisajan t tai materiaalitiedon perusteella.

10 Keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaisessa säätötavassa hitsauslaitteen käyttäjä antaa hitsauslaitteelle tiedon jäähtymisajasta, jota kuvataan suureella jäähtymisaika t. Jäähtymisaika on edullisesti jäähtymisaika ts/5, joka tarkoittaa materiaalilla jatkuvassa jäähtymisessä lämpötilavälin 800-500 °C ohittamiseen kulunutta aikaa sekunteina. Jäähtymisajan ts/5 yhteys hitsausliitoksen 15 metallurgiseen rakenteeseen kuvataan jatkuvan jäähtymisen S-käyrillä, jotka esimerkiksi kertovat teräksen jatkuvasti jäähtyessä austeniitin hajaantumisen ajan funktiona. Jatkuvan jäähtymisen S-käyriltä nähdään eri jäähtymisnopeuksilla syntyvä mikrorakenne muutosvyöhykkeelle ja sen kovuus. Käyttäjä voi valita S-käyrästön avulla tarkoituksenmukaisen jäähtymisajan ts/5 tai jäähtymisaika voidaan ilmoittaa 20 käyttäjälle hitsausohjeissa tai työkappaleen mukana tulevissa tiedoissa.

Hitsauslaitteeseen on esimerkiksi tallennettu tai muulla tavoin järjestetty tieto materiaalikohtaisista optimaalisista jäähtymisajoista tai lämmöntuonneista Qset ja hitsauslaite valitsee optimaalisen jäähtymisajan tai optimaalisen lämmöntuonnin hitsattavalle materiaalille joko käyttäjän antaman materiaalitiedon tai hitsattavasta 25 materiaalista löytyvän materiaalitiedon perusteella. Tietojen lukemiseen työkappaleesta voidaan käyttää esimerkiksi RFID-lukijaa, viivakoodilaitetta tai i o vastaavaa. Toisin sanoen materiaalitieto luetaan RFID-, viivakoodi- tai muulla i 7

LO

c\j vastaavalla lukijalla. Tällöin hitsauslaitteen käyttäjä siis antaa hitsauslaitteelle tiedon g jäähtymisajasta ja hitsauslaite laskee annetun jäähtymisajan, annetun liitostyypin ja o 30 materiaalivahvuuden ja työlämpötilan perusteella lämmöntuonnin ohjearvon määrän Ln Qset eli optimaalisen lämmöntuonnin. Laskennassa käytetään yleisesti tunnettuja o kaavoja. Vaihtoehtoisesti laskennan sijasta voidaan käyttää kokeellisesti aikaansaatuja, hitsauslaitteeseen tallennettuja taulukoita, joista käyttäjän antamalle jäähtymisajalle haetaan vastaava lämmöntuonnin Qset arvo liitostyypin ja 4 materiaalivahvuuden perusteella. Toisin sanoen hitsauslaitteeseen tallennettu tai muulla tavoin järjestetty tieto materiaalikohtaisista optimaalisista lämmöntuonneista Qset on tuotettu kokeellisesti kullekin materiaalille liitotyyppi- ja materiaalivahvuuskohtaisesti. Lasketun tai taulukosta haetun lämmöntuonnin Qser, 5 vakiokertoimen k ja hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V perusteella hitsauslaite laskee tehon ohjearvon Pset eli optimaalisen tehon, jota tavoitellaan tarkoituksenmukaisen jäähtymiskäyttäytymisen aikaansaamiseksi. MIG tai MAG -prosesseissa hitsauslaite valitsee lasketun tehon ohjearvon Pset mukaan hitsauslaitteeseen ennalta annettujen esitietojen, ja erityisesti synergiakäyrän, 10 perusteella laskettua tehoa Pset vastaavan tehon Pk, jonka avulla hitsauslaite voi määritellä langansyöttönopeuden ja sähköiset parametrit, joita käytetään hitsattaessa. Teho Pk perustuu siis annettuihin tietoihin ja erityisesti synergiakäyrään ollen ns. taulukoitu teho. Edullisen suoritusmuodon mukaan hitsauslaite laskee tehon ohjearvon Pset lämmöntuonnin Qset, mitatun tai annetun hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V ja 15 termisen hyötysuhteen kertoimen k perusteella, valitsee hitsauslaitteeseen ennalta asetetulta synergiakäyrältä laskettua tehoa Pset vastaavan synergiakäyrälle ennalta määritellyn tehon arvon Pk mukaisen synergiakäyrän käyräpisteen ja käyräpistettä vastaavat ennalta määritellyt arvot langansyöttönopeudelle ja jännitteelle, ja hitsaa valitulla langansyöttönopeudella ja jännitteellä.

20 Ainakin yksi säädettävä hitsausparametri on hitsauspolttimen kuljetusnopeus V. Hitsauspolttimen kuljetusnopeutta V seurataan tai mitataan. Tehon ohjearvoa Pset lasketaan tietyin väliajoin. Edullisesti tehon ohjearvon Pset laskenta suoritetaan edullisesti 10 ms - 1 s välein. Kuljetusnopeuden V muuttuessa muuttuu laskennan tuloksen tehon ohjearvo Pset aiheuttaen korjauksen synergiakäyrältä valittuun 25 langansyöttönopeuteen ja synergiapisteen valintaan. Toisin sanoen hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V muuttuessa hitsauslaite valitsee ennalta asetetulta i cp synergiakäyrältä laskettua tehoa Pset vastaavan synergiakäyrälle ennalta määritellyn

LO

c\j tehon arvon Pk mukaisen synergiakäyrän käyräpisteen ja käyräpistettä vastaavat g ennalta määritellyt arvot langansyöttönopeudelle. Lisäksi koko hitsauksen aikana o 30 hetkellistä tehoa Pact säädetään sähköisillä parametreillä adaptiivisesti siten, että se LO toteuttaa ohjearvoa Pset halutun säätömarginaalin puitteissa. Tällä tavoin todellinen o lämmöntuonti Qact pysyy koko hitsauksen ajan säätömarginaalin puitteissa samassa kuin optimaalinen lämmöntuonti Qset. Toisin sanoen hitsauslaite mittaa tehon Pact hetkellisarvoa hitsauksen aikana ja hetkellisarvon poiketessa tehon ohjearvosta Pset 5 hitsauslaite säätää sähköisiä hitsausparametreja siten, että tehon Pact niitattu hetkellisarvo vastaa tavoiteltavaa tehoa Pset. Jokaisessa hitsausprosessissa säädetään kyseisen hitsausprosessin kannalta tarkoituksenmukaisinta hitsausparametria tai hitsausparametrijoukkoa tehon Pact pitämiseksi halutulla tasolla. Tietyissä 5 sovelluksissa on tarkoituksenmukaisinta antaa tehon Pact muuttua vapaasti ja säätää lämmöntuontia Qset muuttamalla kuljetusnopeutta V. TIG -prosessin ollessa kyseessä käyttäjän antaman jäähtymisajan perusteella hitsauslaite laskee optimaalisen lämmöntuonnin Qset ja optimaalisen tehon Pset ja säätää hetkellistä tehoa Pact. Hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V muuttuessa hitsauslaite säätää 10 hitsausparametreja pitäen lämmöntuonnin Qact vakiona eli samassa kuin optimaalinen lämmöntuonti Qset. Tämä tarkoittaa siis sitä, että hitsauslaite säätää hitsausprosessia koko ajan siten, että hitsausliitoksen jäähtyminen tapahtuu halutulla tavalla. Kun hitsauslaitteen säätö tehdään käyttäjän antaman jäähtymisajan perusteella, tulee käyttäjän antaa myös hitsattavan materiaalin materiaalivahvuus ja hitsausliitoksen 15 liitostyyppi optimaalisen lämmöntuonnin Qset laskemiseksi. Myös hitsauspolttimen kuljetusnopeus tulisi antaa tai hitsauslaite voi käyttää oletusarvoista kuljetusnopeutta lähtöarvojen laskemiseksi.

Keksinnön toisessa suoritusmuodossa jäähtymisajan ja materiaalivahvuuden ja liitostyypin tiedon sijaan hitsauslaitteen hitsausparametrien säätämiseen halutun 20 jäähtymiskäyttäytymisen aikaansaamiseksi voidaan käyttää lämmöntuonnin määrää pituusyksikköä kohden Q. Tällöin käyttäjä voi ilmoittaa suoraan halutun lämmöntuonnin määrän Qset eli optimaalisen lämmöntuonnin tai haluttu lämmöntuonnin Qset määrä voidaan lukea työkappaleen mukana tulevista tiedoista. Kun lämmöntuonti Qset annetaan hitsauslaitteelle valmiina suorittaa hitsauslaite 25 suoraan optimaalisen tehon Pset laskennan ja tekee tämän jälkeen hitsausparametrien säätöön tarvittavat toimenpiteet eli laskee tai valitsee aloituksen hitsausparametrit, i cp kuten langansyöttönopeuden ja jännitteen. Hitsauslaite tekee laskennat uudelleen

LO

c\j hitsausprosessin kannalta riittävän usein ja säätää prosessia muuttuneen tilanteen g mukaisesti. Tämä tarkoittaa siis sitä, että hitsauslaite säätää hitsausprosessia koko ajan o 30 siten, että hitsausliitoksen jäähtyminen tapahtuu halutulla tavalla. Kun hitsauslaitteelle LO annetaan suoraan lämmöntuonnin Qset arvo, ei materiaalivahvuutta tai hitsausliitoksen o liitostyyppiä tarvitse antaa.

Edullisen suoritusmuodon mukaan hitsauslaite laskee tehon ohjearvon Pset lämmöntuonnin Qset, mitatun tai annetun hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V ja 6 termisen hyötysuhteen kertoimen k perusteella, säätää tehoa Pset vastaavan ainakin yhden hitsausprosessikohtaisen hitsausparametrin, mittaa reaaliaikaisen hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V tai vastaanottaa tiedon reaaliaikaisesta hitsauspolttimen kuljetusnopeudesta V, vertaa reaaliaikaista hitsauspolttimen 5 kuljetusnopeutta V tehon Pset laskennassa käytettyyn hitsauspolttimen kuljetusnopeuteen V, ja hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V muuttuessa korjaa tehon Pact uudelleen siten, että lämmöntuonti Qset pysyy ennallaan.

Keksinnön kolmannessa suoritusmuodossa hitsauslaitteen muistiin on tallennettu tai hitsauslaitteelle on muulla tavoin ennalta annettu ohjetaulukko, josta 10 hitsauslaite lukee jäähtymisajan riippuen käyttäjän antamista tai työkappaleesta luetuista materiaalitiedoista, jolloin käyttäjä ei itse tee jäähtymisajan valintaa optimaaliselle lämmöntuonnille Qset. Ohjetaulukko voi sisältää myös materiaalikohtaiset tiedot optimaalisista lämmöntuonnin määristä tai lämmöntuonnin määrä Qset voidaan laskea tunnettuja kaavoja käyttäen taulukoidun jäähtymisajan t 15 perusteella. Toisin sanoen hitsauslaitteeseen on tallennettu tai muulla tavoin jäljestetty materiaalikohtaisesti tieto minimijäähtymisajasta ja maksimijäähtymisajasta tai minimilämmöntuonnista Q ja maksimilämmöntuonnista Q. Lämmöntuonnin määrittäminen edellyttää aina materiaalitiedon lisäksi materiaalivahvuuden ja liitostyypin ilmoittamista. Ohjetaulukko on edullisesti muodostettu kokeellisesti 20 valmistajan antamista S-käyristä ottaen huomioon eri materiaalit ja niiden seokset. Ohjetaulukkoon on edullisesti muodostettu myös ylä- ja alapuoliset raja-arvot jäähtymisajalle tai lämmöntuonnille tai ilmoitettu sallittu säätömarginaali. Yksinkertaisemmillaan käyttäjä ei tee mitään valintoja, vaan materiaalitieto luetaan työkappaleesta esimerkiksi RFID -lukijalla. Materiaalitiedon perusteella 25 hitsauslaitteeseen tallennetusta tai muulla tavoin ennalta annetusta ohjetaulukosta hitsauslaite hakee ko. materiaalille optimaalisimman lämmöntuonnin Qset tai i cp jäähtymisajan ts/5 ja laskee aloituksen hitsausparametrit, kuten langansyöttönopeuden

LO

cvj ja jännitteen. Hitsauslaite tekee laskennat uudelleen hitsausprosessin kannalta riittävän g usein ja säätää prosessia muuttuneen tilanteen mukaisesti. Tämä tarkoittaa siis sitä, o 30 että hitsauslaite säätää hitsausprosessia koko ajan siten, että hitsausliitoksen LO jäähtyminen tapahtuu halutulla tavalla. Kun hitsauslaitteen säätö tehdään käyttäjän o antaman materiaalitiedon tai työkappaleesta luetun materiaalitiedon perusteella, tulee materiaalitiedon lisäksi antaa vähintään materiaalivahvuus ja liitostyyppi. Myös hitsauspolttimen kuljetusnopeus V tulisi antaa tai hitsauslaite voi käyttää 7 oletusarvoista kuljetusnopeutta V lähtöarvona. Hitsauslaitteelle voidaan käyttäjän toimesta asettaa poikkeama ohjetaulukoon ennalta lasketusta materiaalikohtaisista jäähtymisajoista tai lämmöntuonneista. Tällaisella poikkeamalla voidaan säätää hitsiliitoksen ominaisuuksia haluttuun suuntaan, esimerkiksi kovemmaksi tai 5 pehmeämmäksi. Edullisesti tällaisen poikkeaman säätöalue on +- 20 % ohje taulukon arvosta. Esimerkiksi hitsauslaitteen valitsemaa optimaalista jäähtymisaikaa voidaan manuaalisesti säätää hitsauslaitteessa olevasta säätimestä.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä hitsausparametrien säätämiseksi hitsauksen aikana mitataan hitsausliitoksen lämpötilaa vähintään kahdesta, 10 vakioetäisyydellä toisistaan olevista kohdista, ja mitattujen lämpötilojen ja hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V perusteella hitsauslaite laskee todellisen jäähtymisajan tg/s- Laskettua todellista jäähtymisaikaa hitsauslaite vertaa optimaaliseen jäähtymisaikaan, ja poikkeaman perusteella hitsauslaite säätää langansyöttönopeutta ja/tai jännitettä siten, että todellinen jäähtymisaika vastaa 15 paremmin optimaalista j äähtymisaikaa.

Optimaalinen lämmöntuonnin Qset määrä lasketaan hitsauslaitteessa hitsattavan materiaalin annetun jäähtymisajan ts/5 perusteella. Lämmöntuonti Qset lasketaan jäähtymisajan, työlämpötilan, aineenpaksuuden ja liitosmuotokertoimen funktiona kirjallisuudesta tunnettuja kaavoja käyttäen. Laskentaa varten 20 hitsausliitostyyppi ja aineenpaksuus tulee olla annettuna käyttäjältä ennen aloitusta. Laskentakaavassa lämpötilana voidaan käyttää vallitsevaa ympäristön lämpötilaa, mutta tarkemman säädön aikaansaamiseksi työkappaleesta voidaan mitata lämpötilaa, jota käytetään lämpömäärän Qset laskennassa. Työkappaleen lämpötilan poiketessa ympäristön lämpötilasta esimerkiksi esilämmityksen vuoksi voidaan myös 25 työkappaleen lämpötila antaa hitsauslaitteelle. Tunnettujen laskentakaavojen sijaan hitsauslaitteeseen voi olla muodostettu kokeellisen työn tuloksena taulukkoja, joissa i cp jokaista jäähtymisaikaa vastaa tarkoituksenmukaisin lämmöntuonti riippuen

LO

c\j liitostyypistä ja materiaalivahvuudesta. Taulukoissa liitostyyppi tai materiaalivahvuus g voidaan myös huomioida laskennallisena kertoimena taulukoidulle lämmöntuonnin o 30 määrälle. Kokeelliseen tietoon perustuvilla taulukoilla päästään laskentakaavoja LO tarkempaan optimaalisen lämmöntuonnin Qset määrittämiseen. Selvyyden vuoksi sekä o tunnetuilla laskentakaavoilla aikaansaatu että kokeellisista taulukoista haettua lämmöntuontia nimitetään jatkossa yleisesti laskennallisesti saaduksi lämmöntuonniksi. Annetun lämmöntuonnin määrän Qset tai laskennallisesti saadun 8 lämmöntuonnin määrän Qset sekä hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V perusteella hitsauslaite laskee optimaalisen hitsaustehon Pset, ja sen perusteella asettaa oikeat hitsausparametrit ja säätää arvoja hitsauksen aikana siten, että pysytään halutussa lämmöntuonnissa Qset ja aikaansaadaan haluttu metallurginen rakenne 5 hitsausliitokseen halutun jäähtymiskäyttäytymisen kautta. Koska lämmöntuonti Q voidaan esittää jäähtymisajan funktiona, on merkityksetöntä käyttääkö hitsauslaite varsinaisesti lämmöntuonnin Q vai jäähtymisajan t suuretta optimaalisen tehon laskentaan. Hitsauspolttimen kuljetusnopeus suhteessa työkappaleeseen voidaan mitata tai se voidaan saada annettuna esimerkiksi hitsauspoltinta kuljettavalta 10 hitsausrobotilta tai kuljettuneita. Manuaalisessa hitsauksessa kuljetusnopeus mitataan esimerkiksi optisesti, mekaanisesti tai hyödyntämällä ultraääniaaltoja. Edullisen suoritusmuodon mukaan hitsauslaite mittaa hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V suhteessa hitsattavaan työkappaleeseen tai hitsauslaite käyttää annettua tietoa kuljetusnopeudesta V.

15 Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan lähtötietojen perusteella laskettu optimaalinen lämmöntuonnin arvo Qset tai suoraan käyttäjältä saatu haluttu lämmöntuonnin arvo, muutetaan hitsauslaitteen tehoa vastaavaksi kertomalla lämmöntuonti hitsauspolttimen kuljetusnopeudella ja jakamalla termisellä hyötysuhteella k. Kerroin k ottaa huomioon valokaaresta ympäröivään ilmaan 20 siirtyneen energiahäviön ja on tyypillisesti sovittu vakioksi, ollen esimerkiksi standardin SFS-EN 1011-1 mukaan MIG/MAG hitsauksessa 0,8. Muissa hitsausprosesseissa kuten TIG- ja jauhekaarihitsaus käytetään niille prosesseille määriteltyä vakiota k. Laskennallisen tehon perusteella hitsauslaite säätää mekaaniset ja sähköiset suureet automaattisesti ottaen huomioon käytettävän hitsausprosessin. 25 Prosessin ollessa tunnettu synergisesti säädetty MIG/MAG prosessi, laskennasta saatua tehoa Pset vastaava taulukoitu teho Pk haetaan hitsauskoneeseen tallennetuista i cp synergiakäyristä. Synergiakäyrät ovat laajasti käytössä oleva tunnettu säätötapa, joissa

LO

c\j luodaan riippuvuus langansyöttönopeuden ja jännitteen välille eri lankamateriaaleilla g ja kaasuilla hitsatessa. Keksinnön mukaisessa säätötavassa tunnettuihin o 30 synergiakäyriin on ennalta määritetty ja lisätty tehon arvot Pk kullekin LO langansyöttönopeudelle. Valittua käyräpistettä x, jossa teho Pk vastaa arvoa Pset o käytetään langansyöttönopeuden ja jännitteen asettamiseksi. Hitsauksen aikana, hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V muuttuessa, lasketaan teho Pset, johon haetaan tehon Pk vastaavuus synergiakäyrältä, ja saadaan uusi langansyöttönopeus v. Koko 9 hitsauksen ajan seurataan toteutunutta tehoa Pact virran I ja jännitteen U hetkellisarvoista laskettuna, ja jännitettä U säädetään adaptiivisesti riippuen hetkellistehon Pact muutoksesta verrattuna tehoon Pset koko hitsauksen aikana. Keksinnön mukainen säätötapa pitää huolen, että hitsauspolttimen kuljetusnopeuden 5 V tai jännitteeseen ja virtaan vaikuttavien tekijöiden muutoksista huolimatta hitsaus tapahtuu tietyllä lämmöntuonnilla ja vastaavasti tiettyä jäähtymisaikaa noudattaen, jolloin toivottu hitsausliitoksen metallurginen rakenne saavutetaan. Vastaavasti pulssi MIG/MAG prosessissa laskennallista tehoa Pset käytetään oikean käyräpisteen valitsemiseen, ja käyräpisteeltä otetaan langansyöttönopeus ja prosessin tarvitsemat 10 sähköiset parametrit kuten pohjavirta, pulssivirta, pulssitaajuus, pulssijännite ja pohjajännite. TIG prosessissa lasketun tehon Pset perusteella säädetään suoraan käytettävä virta I mittaamalla jatkuvasti hetkellistä tehoa. Hitsauslaitteisto voi suorittaa useampaa edellä mainittua prosessia samanaikaiseksi, tai siten että samanaikaisesti on toiminnassa esimerkiksi tunnetun tekniikan mukainen sähköisiin 15 suureisiin perustuva MIG/MAG säätötapa ja rinnalla keksinnön mukainen toivottuun metallurgiseen rakenteeseen perustuva TIG säätötapa. Säätötavalla tarkoitetaan tässä lähinnä käyttäjälle näkyvää säätöä eli parametreja joita käyttäjän tulee osata määrittää oikeisiin arvoihin hitsauksen onnistumiseksi.

Jäähtymisaikaan ja/tai lämmöntuontiin perustuvassa säädössä hitsauslaite voi 20 käyttää optimaalisia arvoja jäähtymisajalle ja/tai lämmöntuonnille, tai sallien tietty vaihteluväli. Vaihteluväli on tyypillisesti +- 10 % optimaalisesta arvosta. Optimaalisen arvon ylä- ja alapuolelle voidaan hitsauskoneen tallennettuun taulukkoon määrittää minimi- ja maksimiarvot, jotka muodostavat ns. jäähtymisnauhan, jonka rajoissa tulee pysyä hyvän metallurgisen rakenteen 25 aikaansaamiseksi. Toisin sanoen esimerkiksi lämmöntuonnin Qact ja lämmöntuonnin ohjearvon Qset välinen säätömarginaali on alueella -10 % - +10 % lämmöntuonnin i cp ohjearvosta Qset tai toteutuneen tehon Pact ja tehon ohjearvon Pset välinen

LO

c\j säätömarginaali on alueella -10 % - +10 % tehon ohjearvosta Pset. Kokeellisesti g voidaan muodostaa jäähtymisnauha eri materiaaleille ja niiden seoksille. Päädyttäessä o 30 asetetun vaihteluvälin ulkopuolelle hitsauslaite keskeyttää hitsauksen ja estää ei LO toivotun metallurgisen rakenteen syntymisen hitsausliitokseen. Edullisesti hitsauslaite o säätää hitsauksessa käytettävien hitsausparametrien, kuten langansyöttönopeuden, hitsausvirran ja jännitteen, arvot siten, että pysytään valitussa lämmöntuonnin Qset 10 ohjearvossa sallien ennalta määritelty vaihteluväli riippumatta hitsauspolttimen kuljetusnopeuden V muutoksista.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä hitsauslaitteen hitsausparametrien säätämiseksi hitsauksen aikana määritetään hitsausliitoksen lämpötila vähintään 5 kahdesta kohdasta hitsausliitosta, jonka lämpötilan perusteella hitsauslaite määrittää hitsausliitoksen todellisen jäähtymisajan ja vertaa sitä hitsausliitoksen optimaaliseen jäähtymisaikaan, jonka perusteella hitsauslaite säätää langansyöttönopeutta ja/tai sähköisiä suureita siten, että todellinen jäähtymisaika vastaa optimaalista jäähtymisaikaa.

10 Keksinnön mukaisen menetelmän etuna on se, että hitsaustapahtuma on toistettavissa samalla tavalla uudestaan hitsaajasta riippumatta ja saavutetaan samanlainen metallurginen rakenne hitsausliitokseen jokaisella toistokerralla. Toisin sanoen, hitsaajasta riippumatta tai esimerkiksi käsin hitsattaessa hitsaajan arvioimasta hitsauspolttimen kuljetusnopeuden vaihtelemisesta huolimatta saavutetaan aina 15 samanlainen metallurginen rakenne.

Kuvioluettelo

Seuraavassa keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja esitetään tarkemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joista kuvio 1 esittää hitsauslaitetta, jota voidaan säätää keksinnön mukaisella 20 tavalla, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisessa säätötavassa käytettävää ohjetaulukkoa, ja kuvio 3 esittää keksinnön mukaista hitsausparametrien säätötapaa kaaviona. Keksinnön yksityiskohtainen selitys

=* 25 Kuviossa 1 on esitetty hitsauslaite 100, joka esittää tyypillistä MIG/MAG

hitsauslaitetta. Kuviossa numerolla 101 on esitetty virtalähdekomponentti, jonka i cp tehtävänä on syöttää haluttua hitsaustehoa langansyöttölaitteiston 102 ja kaapeloinnin

LO

cvj 106 kautta hitsauspolttimeen 103. Numerolla 105 on esitetty hitsauskaasusäiliö.

g Langansyöttölaitteiston 102 mekanismi syöttää kelalla olevaa lisäainelankaa o 30 säädetyllä nopeudella hitsauspolttimeen 103. Kaapelointi 106 sisältää tyypillisesti LO virtajohtimen virran syöttämiseksi hitsauspolttimeen 103, langanjohtimen o lisäainelangan ohjaamiseksi hitsauspolttimeen 103, kaasujohtimen hitsauskaasun johtamiseksi hitsauspolttimeen 103 sekä mahdollisesti käytettävät vesijäähdytysletkut sekä mahdollisesti hitsauspolttimen 103 kuljetusnopeuden mittaamiseksi tarvittavan 11 ohjausjohtimet ja elektroniikan. Työkappaleesta 104 johdetaan maadoituskaapeli 107 takaisin hitsauslaitteistolle suljetun hitsausvirtapiirin aikaansaamiseksi. Hitsauspolttimessa 103 siirretään virtajohtimelta tuleva hitsausvirta lisäainelankaan jolloin hitsauspolttimesta 103 työntyvän lisäainelangan pään ja työkappaleen 104 5 välille muodostuu hitsausvalokaari.

Kuviossa 2 on esitetty hitsauslaitteeseen 100 ennalta annettu materiaalikohtainen ohjetaulukko, joka esittää materiaaiikohtaisesti optimaalisen jäähtymisajan ts/5 sekä minimi- ja maksimiarvot jäähtymisajalle, joiden välissä jäähtymisaika voi vaihdella. Materiaalikohtainen taulukoitu optimaalinen 10 jäähtymisaika vastaa edullisesti jäähtymisaikaa, jolla hitsisaumasta saadaan metallurgisilta ominaisuuksiltaan perusainetta vastaavaa. Hitsauslaitteen käyttäjä antaa hitsauslaitteelle materiaalitiedon joko suoraan tai työkappaleesta lukemalla esimerkiksi RFID - lukijalla ja materiaalitiedon perusteella hitsauslaite etsii ohjetaulukosta optimaalisen jäähtymisajan ts/5. Kuviossa 2 on esitetty myös yksi 15 esimerkki hitsauslaitteen 100 säätimestä, jolla hitsauslaitteen käyttäjä voi säätää hitsauslaitteen hakemaa materiaalikohtaista optimaalista jäähtymisaikaa ts/5 tarvittaessa silloin kun käyttäjä haluaa hitsausliitoksen olevan perusmateriaalia kovempaa tai pehmeämpää.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön mukainen hitsausparametrien säätötapa 20 kaaviona. Kuviossa 3 oleva kaavio on piirretty synergiselle MIG prosessille. Vastaava kaavio on mahdollista piirtää myös muille kaarihitsausprosesseille. Käyttäjä syöttää tarvittavat lähtötiedot, jäähtymisaika tai lämmöntuontiarvo, materiaalitiedot ja oletus kuljetusnopeuden. Näiden perusteella lasketaan edellä esitetyn kaavan mukaisesti optimaalinen lämmöntuonti Qset. Optimaalisen lämmöntuonnin Qset, oletus <t 25 kuljetusnopeuden sekä prosessin mukaisten kertoimien perusteella lasketaan ° optimaalinen teho Pset. Edellä esitetyn periaatteen mukaisesti optimaalisen tehon Pset o perusteella haetaan synergiakäyrältä taulukoitua tehoa Pk vastaava synergiakäyrän

LO

c\j piste ja sieltä jännite sekä langansyötön ohje. Toteutuneen kuljetusnopeuden g perusteella päivitetään optimaalisen tehon Pset arvoa jatkuvasti. Toteutuneiden o 30 sähköisten suureiden (virran ja jännitteen) hetkellisarvojen avulla lasketaan todellinen, LO hetkellinen Pact. Optimaalisen tehon arvoa verrataan todellisen tehon arvoon ja o säädetään synergiakäyrältä saatavaa jänniteohjeen arvoa termin Ukorjaus verran. Tämän

Ukorjaus termin avulla voidaan säätää todellinen teho Pact vastaamaan optimaalista tehoa Pset. Ukorjaus termin kasvaessa liian suureksi hitsauslaite antaa hälytyksen tai keskeyttää 12 hitsauksen estääkseen epätoivotun hitsaustuloksen syntymisen. Kaaviossa esiintyvä jännitteen säädin vastaa normaalia synergisen koneen jännitesäädintä.

't δ c\j i c\j o m c\j

X

cc

CL

O

o δ c\j δ c\j

Claims (17)

13

1. Menetelmä hitsauslaitteen (100) hitsausparametrien säätämiseksi, jolloin menetelmä käsittää vaiheet, jossa 5 hitsausliitokselle määritetään ennalta haluttu jäähtymiskäyttäytyminen, hitsauslaitteelle (100) annetaan tieto hitsausliitoksen halutusta jäähtymiskäyttäytymisestä antamalla hitsauslaitteelle (100) jäähtymisaika ts/5, joka tarkoittaa materiaalilla jatkuvassa jäähtymisessä lämpötilavälin 800 -500°C ohittamiseen kulunutta aikaa sekunteina, lämmöntuonnin määrä Qset tai 10 hitsattavan materiaalin materiaalitieto, tunnettu siitä, että tämän jälkeen hitsauslaite (100) määrittää ja säätää annetun tiedon ja hitsauslaitteeseen (100) ennalta annettujen esitietojen perusteella hitsauksessa käytettävät hitsausparametrien arvot hitsausliitoksen halutun jäähtymiskäyttäytymisen saavuttamiseksi, ja 15 että hitsauslaite (100) määrittää hitsauksen aikana toteutuneen lämmöntuonnin Qact ja asettaa ainakin yhtä hitsausparametria säätämällä toteutuneen lämmöntuonnin Qact vastaamaan säätömarginaalien puitteissa jäähtymisajan t tai materiaalitiedon kautta määritettyä lämmöntuonnin määrää Qset tai annettua lämmöntuonnin määrää Qset, tai 20 että hitsauslaite (100) laskee ja tarkka!lee tehon ohjearvoa Pset lämmöntuonnin Qset, hitsauspolttimen (103) mitatun tai annetun kuljetusnopeuden V ja termisen hyötysuhteen kertoimen k perusteella, laskee ja tarkkailee toteutunutta tehoa Pact, ja asettaa ainakin yhtä hitsausparametria säätämällä toteutuneen tehon Pact vastaamaan säätömarginaalien puitteissa tehon 25 ohjearvoa Pset tai asettaa ainakin yhtä hitsausparametria säätämällä tehon ohjearvoa Pset vastaamaan säätömarginaalien puitteissa toteutuneen tehon Pact i c\j o arvoa. i LO c\j 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että g hitsauslaitteelle (100) annetaan lisäksi tieto hitsattavan materiaalin o 30 materiaalivahvuudesta ja hitsausliitoksen liitostyypistä lämmöntuonnin Qset LO määrittämiseksi annetun jäähtymisajan ts/5 tai materiaalitiedon perusteella,

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että ainakin yksi säädettävä hitsausparametri on hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeus V. 14

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hitsauslaite (100) mittaa hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeuden V suhteessa hitsattavaan työkappaleeseen (104) tai hitsauslaite (100) käyttää annettua tietoa kuljetusnopeudesta V.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hitsauslaite (100) laskee tehon ohjearvon Pset lämmöntuonnin Qset, mitatun tai annetun hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeuden V ja termisen hyötysuhteen kertoimen k perusteella, 10 valitsee hitsauslaitteeseen (100) ennalta asetetulta synergiakäyrältä laskettua tehoa PSet vastaavan synergiakäyrälle ennalta määritellyn tehon arvon Pk mukaisen synergiakäyrän käyräpisteen ja käyräpistettä vastaavat ennalta määritellyt arvot langansyöttönopeudelle ja jännitteelle, ja hitsaa valitulla langansyöttönopeudella ja jännitteellä.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hitsauslaite (100) mittaa tehon Pact hetkellisarvoa hitsauksen aikana ja hetkellisarvon poiketessa tehon ohjearvosta Pset hitsauslaite (100) säätää sähköisiä hitsausparametreja siten, että tehon Pact mitattu hetkellisarvo vastaa tavoiteltavaa tehoa Pset.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 tehon ohjearvon Pset laskenta suoritetaan edullisesti 10 ms - 1 s välein.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 5 - 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeuden V muuttuessa hitsauslaite (100) valitsee ennalta asetetulta synergiakäyrältä laskettua tehoa Pset vastaavan synergiakäyrälle ennalta määritellyn tehon arvon Pk mukaisen synergiakäyrän Tt 25 käyräpisteen ja käyräpistettä vastaavat ennalta määritellyt arvot ° langansyöttönopeudelle.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oj hitsauslaite (100) g laskee tehon ohjearvon Pset lämmöntuonnin Qset, mitatun tai annetun o 30 hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeuden V ja termisen hyötysuhteen LO kertoimen k perusteella, o säätää tehoa Pset vastaavan ainakin yhden hitsausprosessikohtaisen hitsausparametrin, 15 mittaa reaaliaikaisen hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeuden V tai vastaanottaa tiedon reaaliaikaisesta hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeudesta V, vertaa reaaliaikaista hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeutta V tehon Pset 5 laskennassa käytettyyn hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeuteen V, ja hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeuden V muuttuessa korjaa tehon Pact uudelleen siten, että lämmöntuonti Qset pysyy ennallaan.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hitsauslaitteeseen (100) on tallennettu tai muulla tavoin järjestetty tieto 10 materiaalikohtaisista optimaalisista jäähtymisajoista ts/5 tai lämmöntuonneista Qset ja hitsauslaite (100) valitsee optimaalisen jäähtymisajan ts/5 tai optimaalisen lämmöntuonnin hitsattavalle materiaalille joko käyttäjän antaman materiaalitiedon tai hitsattavasta materiaalista löytyvän materiaalitiedon perusteella.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 hitsauslaitteeseen (100) tallennettu tai muulla tavoin jäljestetty tieto materiaalikohtaisista optimaalisista lämmöntuonneista Qset on tuotettu kokeellisesti kullekin materiaalille liitostyyppi- ja materiaalivahvuuskohtaisesti.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaalitieto luetaan RFID-, viivakoodi- tai muulla vastaavalla lukijalla.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hitsauslaitteeseen (100) on tallennettu tai muulla tavoin jäljestetty materiaalikohtaisesti tieto minimijäähtyrni sajasta ts/5 ja maksimijäähtymisajasta ts/5 tai minimilämmöntuonnista Q ja maksimilämmöntuonnista Q.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rt 25 hitsauslaitteen (100) valitsemaa optimaalista jäähtymisaikaa ts/5 voidaan manuaalisesti cm säätää hitsauslaitteessa (100) olevasta säätimestä.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että S hitsauslaite (100) säätää hitsauksessa käytettävien hitsausparametrien, kuten |r langansyöttönopeuden, hitsausvirran ja jännitteen, arvot siten, että pysytään valitussa o 30 lämmöntuonnin Qset ohjearvossa sallien ennalta määritelty vaihteluväli riippumatta LO hitsauspolttimen (103) kuljetusnopeuden V muutoksista.

16. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmöntuonnin Qact ja lämmöntuonnin ohjearvon Qset välinen säätömarginaali on alueella -10 % - +10 % lämmöntuonnin ohjearvosta Qset. 16

17. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toteutuneen tehon Pact ja tehon ohjearvon Pset välinen säätömarginaali on alueella -10 % - +10 % tehon ohjearvosta Pset. 't δ c\j i c\j o m c\j X cc CL O o δ c\j δ c\j 17