FI64063C - Foerfarande foer foerbaettrande av svetsens intraengning och utseende - Google Patents

Description

•2S?T? m ««KUULUTUSJULKAISU s λ n s -? ** (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 6406 3

•^§ c m £^««5;;·'*“ J

'' * ' (SI) K».*V.a3 B 23 K 9/16

SUOMI —FINLAND (11) PK«nttlh>k«RMn—PttmtmMuang T8026U

(22) Hakwnitpllvt —Amekninptfag 26.01.78 * (23) Alkupilvl— GlMghattdag 26.01.78 (41) Tulkit JulkiMksI — Blhrlt offuncllf 27.07.79

Patentti- ja rekisterihallitus .... .... .... , .... .

.. . . , (44) Nihtiviksipanon jt kuuLfulkabun pvm.— rktant· och registerstyralsen AmMcmi Utlafd och utl.*krift«n publicurad 30.06.83 (32)(33)(31) Pyyde»/ atuolkaua—Buglrd prlorttet (71)(72) Tapani Moisio, Honkakatu 12, 53Ö10 Lappeenranta 8l,

Jouko Iivari Leinonen, Tapiontie 13 C Ui, 90570 Oulu 57, Suomi-Finland(FI) (7U) Tapani Moisio (5U) Menetelmä hitsin tunkeuman ja ulkonäön parantamiseksi - Förfarande för förbättrande av svetsens inträngning och utseende

Keksintö liittyy runsasseosteisten terästen kaasukaarihitsaukseen. Tällä menetelmällä voidaan parantaa hitsisulan muotoa, pintajännitystä sekä erityisesti hitsin tunkeumaa ja hitausnopeutta.

Plasma-, TIG- ja MIG-hitsausmenetelmissä suojakaasuna käytetään argonia, heliumia tai niiden seoksia pääkomponentteina. Suoja-kaasun ominaisuuksien muuttamiseksi siihen voidaan lisätä pieniä määriä 1...5 % vetyä, hiilidioksidia, typpeä ja happea (Alfred B. Crichton, Metall Progress, Dec. 1975).

Hitsauksessa yleensä, mutta erityisesti pitkälle mekanisoidussa hitsauksessa todetaan usein samoilla spesifikaatioilla ostettujen, jopa jonkin tehtaan saman laadun, mutta eri sulatuksista valmistettujen tuote-erien hitsautuvan eri tavoin. Todetaan hitsattavuus-vaihteluita; erityisesti hitsin tunkeuma samoilla hitsausparamet-reillä vaihtelee.

2 64063

Jotta hitsausliitoksen ominaisuuksien takia vaadittava läpisulami-nen huonosti hitsautuvilla tuote-erillä saataisiin tapahtumaan, joudutaan hitsausnopeutta pienentämään ja yleensä myös hitsaus-virtaa suurentamaan. Hitsisulan tilavuus kasvaa silloin ja se johtaa sulan hallintavaikeuksiin ja yleensä myös epätyydyttävään liitokseen. Sekä hitsausnopeuden pienentäminen että liitoksen epätyydyttävä ulkonäkö vaikuttavat voimakkaasti toiminnan taloudellisuuteen.

Viimeksi kuluneen kymmenvuotiskauden aikana on innokkaasti pyritty selvittämään niitä syitä, joista mainitut hitsattavuusvaihtelut johtuvat. Mitattavista yrityksistä huolimatta on syy yhä selitystä vaille. Hitsattavuuden parantamiseen tähtääviä patentteja on kuitenkin olemassa.

U.S. 3.584.187 Runsasseosteisilla teräksillä hitsattavaan kohtaan tuodaan ennenhitsaustapahtumaa oksideja (Cr, Fe, jne.) vesi- tai asetonilietteenä esim. sivelemällä. Pinta voidaan myös hapettaa uunissa, 1 400°F, 2...15 min oksidoivassa atmosfäärissä. Menetelmän haittana on sen vaatima erillinen käsittelyvaihe, kuivuneen oksidilietteen helppo irtoaminen pinnasta ennen hitsausta ja hehku-tuskäsittelyn vaatimat investoinnit.

GB 1.121.594 Suojakaasu on argon + helium (neon) > 95 % seos, johon on lisätty 0,8...1,2 % vetyä ja 3...3,5 % hiilidioksidia.

GB 1.460.140 suojakaasuna argon + helium + < 5 % SF^ GB 1.378.091 suojakaasuna argon + 0,40...0,60 % happea erilaisten metallien hitsauksessa, kun lisäaineena käytetään piipronssia.

Näissä patenteissa käytetyt suhteellisen korkeat aktiivisten komponenttien pitoisuudet rajoittavat käytetyn hitsausmenetelmän MIG-prosessiin tai lyhentävät voimakkaasti plasma- ja TIG-menetelmiä käytettäessä elektrodin ikää.

3 64063 Tämä keksintö perustuu havaintoon, että runsasseosteista terästä hitsattaessa oksidien läsnäolo määrätyn paksuisena kerroksena hitsauskohdassa vaikuttaa hitsausvalokaareen. Kaasukaarihitsauksessa valokaari keskittyy ja siten sen energiavuo kohdistuu pienempään alueeseen, joka puolestaan johtaa syvempään tunkeumaan. Näin läpihitsautuminen ja hitsausnopeus paranevat. Tämä ilmiö esiintyy korostuneesti huonosti hitsautuvia eriä hitsattaessa, mutta on selvä ja merkittävä myös hyvin hitsautuvilla erillä. Tämä johtaa hitsattavuuserojen tasoittumiseen.

Tämä keksintö perustuu menetelmään hitsin tunkeuman ja ulkonäön parantamiseksi runsasseosteisten terästen hitsauksessa yleisesti tunnetuilla kaasukaarihitsausmenetelmillä, kun käytetty suojakaasu on kontrolloidusti hapettava, jolloin hitsattavan kappaleen pintaan muodostuu oksidikerros, joka parantaa hitsattavuutta keskittämällä valokaaren, sekä lisää tunkeumaa ja/tai hitsausnopeutta ja joka menetelmä on tunnettu siitä, että suojakaasu (Ar, He) tai kaasuseos (Ar + He) muutetaan kontrolloidusti hapettavaksi lisäämällä siihen 0,01...0,20 % happea tai 0,05...0,50 % hiilidioksidia, ja että kaasuseoksen (Ar, He, Ar + He) sisältäessä vetyä 1...5 % muutetaan kaasuseos kontrolloidusti hapettavaksi lisäämällä 0,15...0,50 % happea tai 0,40...1,1 % hiilidioksidia.

Keksinnön erinomaisuus perustuu siihen, että se ei edellytä käsittelyvaiheita eikä kalliita lisälaitteita. Oksidikerros syntyy hitsauskohtaan välittömästi ennen hitsaustapahtumaa eikä näin ollen voi irrota sitä edeltävässä mekaanisessa käsittelyssä. Menetelmää voidaan käyttää kaikissa kaasukaarihitsausmenetelmissä ja aktiivisten komponenttien osuus suojakaasussa on niin pieni, etteivät ne vaikuta haitallisesti materiaalin tai liitoksen ominaisuuksiin. Menetelmää käytettäessä eri sulatusten hitsattavuuserot tasoittuvat merkittävästi.

Hitsauskohtaan oksidikerros aikaansaadaan muuttamalla kaasukaarihitsauksessa käytetty suojakaasu (Ar, He) tai suojakaasuseos (Ar,

He, H2) kontrolloidusti hapettavaksi hapella tai sen yhdisteellä hiilidioksidilla.

4 64063

Hapettavuuden alarajan määrää pintajännitystekijä, koska liian pieni happipotentiaali aiheuttaa reunahaavan hitsiin. Liian korkea happipitoisuus tuhoaa TIG- ja plasmamenetelmissä elektrodin ja aiheuttaa kaikilla menetelmillä epäsuotuisia koostumusmuutoksia hitsimetalliin. On huomattava lisäksi, että kaasuseoksessa ei saa käyttää vetyä jos martensiitin syntyminen hitsin jäähtyessä on mahdollinen.

Runsasseosteisia teräksiä hitsattaessa käytetään suojakaasuna argonia ja heliumia (neon) tai niiden seoksia. Tämän keksinnön mukaan tunkeuman parantamiseksi niihin lisätään happea 0,01...0,2 %.

Argonia käytettäessä on happipitoisuus mieluimmin 0,05 % ja heliumia käytettäessä mieluimmin 0,08 %. Argon-heliumseoksille happipitoisuus saadaan vastaavana suhteena. Jos hapen asemesta käytetään hiilidioksia, muutetaan argon kontrolloidusti hapettavaksi lisäämällä siihen 0,05...0,50 %, mieluimmin 0,18 % hiilidioksidia. Jos suojakaasuun on lisätty vetyä valokaaren sulatus-tehon kasvattamiseksi on hapettavan komponentin pitoisuutta lisättävä, jotta kontrolloitu hapetuspotentiaali valokaaritilanteessa saavutetaan. Jos käytetään seosta argon ja/tai helium + 2 % vetyä on siihen lisättävä 0,2 % happea tai 0,6 % hiilidioksidia toivotun tunkeumalisäyksen saavuttamiseksi. Vastaavat lisäykset (Ar, He) + 5 % H2~seokselle ovat 0,5 % tai 1,1 % CC^. Muille vetypitoi-suuksille hapettavien komponenttien pitoisuudet ovat (0,15 + (x - 1) · 0,085) % happea tai (0,40 + (x-1) · 0,175) % hiilidioksidia, kun x = kaasuseoksen vetypitoisuus prosentteina.

Esimerkki tunkeuman parantamisesta. Hitsattava materiaali ns. haponkestävä teräs (AISI 316) levyn paksuus 3 mm. Hitsausmenetelmä TIG, päällehitsaus ilman lisäainetta, hitsausvirta 100 A ja hitsausnopeus 33 cm/min.

5 64063 I M· "" .

tunkeuraan

syvyys D leveys W

suojakaasu nun mm D/W

lAr 0,85 3,60 0,23 2 Ar + 0,06 % 02 1,30 3,10 0,42 3 50 % Ar + 50 % He 1,45 4,20 0,35 4 49,96 % Ar + 49,96 % He + 0,07 % 02 1,60 4,15 0,39 5 Ar + 2 % H2 + 0,5 % C02 1,85 3,60 0,51 6 Ar + 2 % H2 + 0,65 % CC>2 1,85 3,65 0,51 7 Ar + 2 % H2 1,05 3,80 0,28

Kun kaarihitsauksen suojakaasu muutetaan kontrolloidusti hapettavaksi, tapahtuu hitsattavan pinnan hapettuminen hitsauskohdan edessä säädetyllä tavalla. Tämän aiheuttaman valokaari samoin kuin sen siirtämä lämpöenergia keskittyvät pienemmälle alueelle.

Näin voidaan käyttää hyödyksi sen aiheuttamaa hitsin suurempaa tunkeumaa, ja/tai suurempaa hitsausnopeutta. Läpisulaminen ei nyt edellytä hitsisulan suurenemista, vain sen syvyys kasvaa ja näin on sulan hallinta helppoa. Hallittu oksidoituminen vaikuttaa myös hitsisulan pintajännitykseen. Tämän ansiosta samalla kun tunkeuma paranee saadaan myös palon juoheva liittyminen perusaineeseen sekä hitsille kaunis ja tasainen pinta.

Claims (2)

6 64063

1 Menetelmä hitsin tunkeuman ja ulkonäön parantamiseksi runsas-seosteisten terästen hitsauksessa yleisesti tunnetuilla kaasukaarihitsausmenetelmillä, kun käytetty suojakaasu on kontrolloidusti hapettava, jolloin hitsattavan kappaleen pintaan muodostuu oksidikerros, joka parantaa hitsattavuutta keskittämällä valokaaren, sekä lisää tunkeumaa ja/tai hitsaus-nopeutta ja joka menetelmä on tunnettu siitä, että suojakaasu (Ar, He) tai kaasuseos (Ar + He) muutetaan kontrolloidusti hapettavaksi lisäämällä siihen 0,01...0,20 % happea tai 0,05...0,50 % hiilidioksidia, ja että kaasuseoksen (Ar, He, Ar + He) sisältäessä vetyä 1...5 % muutetaan kaasu-seos kontrolloidusti hapettavaksi lisäämällä 0,15...0,50 % happea tai 0,40...1,1 % hiilidioksidia.

2 Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, joka on tunnettu siitä, että vetyä sisältävä kaasuseos (Ar, He, Ar + He) muutetaan kontrolloidusti hapettavaksi lisäämällä siihen (0,15 + (x - 1)· 0,085) % happea tai (0,40 + (x - 1) · 0,175)% hiilidioksidia, kun x on kaasuseoksen vetypitoisuus prosentteina .