FI71683C - Foerfarande vid svetsning och anordning daerfoer. - Google Patents

Description

1 71683

Hitsausmenetelmä ja laite sitä varten. - Förfarande vid svetsning ooh anordning därför.

Hitsattaessa ennen kaikkea metalleja, mutta myöskin muita aineita, käytetään korkealämpötilaista lämmönlähdettä, usein sähkökaarta tai kaasuliekkiä. Tehokas lämpö aikaansaa sen, että työkappaleen aines ja lisäaine höyrystyvät muodostaakseen sitten tiivistyessä kuumimman alueen ulkopuolella hiukkassavua.

Savu koostuu pääasiallisesti erilaisten metallioksidien, mutta myöskin piioksidin pienistä hiukkasista. Nämä hiukkaset ovat niin pieniä, että ne leijailevat ilmassa niin pienellä laskeutumisnopeudella, että ne seuraavat lämpimän, nousevan ilmavirran mukana, joka muodostuu hitsauspaikan yläpuolelle ja leviävät ilmaan savun muodossa.

Sen vuoksi tämän keksinnön päätarkoituksena on aikaansaada menetelmä, joka ratkaisee vahingollisen ja ikävän savun ongelman sekä aikaansaada laite, joka soveltuu käytettäväksi tätä menetelmää toteutettaessa.

Mainitut tarkoitukset saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella, joiden tunnusmerkit käyvät selville patenttivaatimuksista.

Seuravassa selitetään keksintöä viitaten oheisiin piirustuksiin, selvittämällä kuinka voidaan estää hitsattaessa syntyvien savuhiukkasten leviäminen ja erityisesti nk. sähköhitsauksessa, varaamalla ne sähköisesti, saamalla ne laskeutumaan ja tarttumaan maatetun esineen, kuten työkappaleen pintaan ja siten estämällä savun syntyminen, joissa piirustuksissa:

Kuvio 1 esittää keksintöä sovellettaessa sitä tavalliseen käsin pideltyyn hitsauskädensijaan.

Kuvio 2 esittää sähköistä kytkentäkaaviota, joka soveltuu käytettäväksi keksinnön mukaan.

(|Kuviot 3-7 esittävät savukaasun hillitsemiseen käytetyn suurjännite-elektrodin vaihtoehtoisia sovellutusmuo- to j a.

2 71 683

Savuhiukkasten varaaminen tapahtuu siten, että savua suihkutetaan suurjännite-elektrodista tulevilla varauksilla, jotka sijoitetaan h its au skohdan läheisyyteen. Suurjännite-elcktrodit voivat olla joko positiivisia tai negatiivisia maahan nähden ja niillä tulee olla sopivimmin jännite välillä 1000 V ja 100 000 V. Suurjännite-elektrodista tulevan varausvirran helpottamiseksi nk. kärkivaikutuksella se voi olla varustettu sopivimmin yhdellä tai useammalla kärjellä tai terällä. Suurpaine-elektrodin ja maatetun esineen, esim. työkappaleen välille muodostuu sähkökenttä ja sähkövarausten virta. Savuhiukkaset ottavat vastaan osan näistä varauksista niin, että ne tulevat varatuksi ja vedetyksi maatettua esinettä vasten .

Kuviossa 1 esitetään keksintö sovellettuna eräänä esimerkkinä siellä, missä sitä toteutetaan yhdessä perinnäisen käsinsähkö-hitsauksen kanssa käyttäen päällystettyä elektrodia. Työkappale 1 on yhdistetty maadoituskaopelilla 2 maadoituspinteen 2A välityksellä tavalliseen hitsau skoneeseen. Tavallinen hitsauspuikko 3 on liitetty kädensijan 4 ja johdon välityksellä hitsauskqneen jännitepinteesen ja hitsaus tapahtuu tavalliseen tapaan normaalilla jännitteellä ja virralla. Tähän saakka kaikki on totunnaista tekniikkaa. Kuitenkin esimerkiksi kädensijassa 4 on myöskin suurjännite-elektrodi 6, joka suurjännitejohdolla 7 on liitetty suurjännitekoneseen, jonka maadoituspinne sopivimmin samanaikaisesti on liitetty työkappaleeseen 1 maadoituskaapelin 2 haaroituksen välityksellä. Alhaaalla työkappaletta 1 ja hitsauspaikkaa kohti kulkee varausvirta, joka varaa savuhiukkaset ja saa ne hakeutumaan työkappa letta 1 kohti jo tarttumaan siihen sekä tietyssä pienessä määrässä hitsauspuikkoon. Savuhiukkosten eroamista helpottaa ilmavirta (ionituuli), joka syntyy suurjännite-elektrodista 6 ja työkappalet ta kohti. Tämä ilmavirta vaikuttaa hitsauskohdasta tulevan lämpimän ilman nousua vastaan.

71683

Sen vuoksi hyvin pienet hiukkaset hajoavat ilmaan ja hitsauskoh-dan aiheuttama savun kehittyminen eliminoituu melkein kokonaan. Käyttämällä useita suurjännite-elektrodeja sijoitettuna hitsauskohdan ympärille voidaan poistaa myöskin jäljellä oleva savu.

Suurjännite-elektrodin tarvittava virran voimakkuus on sopivimmin alle noin 1 mA tavallisessa käsin hitsauksessa. Suurjännitegeneraattorin tarvittava lähtöteho on siis pieni, pienempi kuin 100 W, mikä merkitsee sitä, että suurjännitekone voidaan valmistaa huokeasti. Virran voimakkuus 1 mA ei myöskään ole vaarallinen ihmisille. Sopivimmin suurjännitekone on tehty siten, että se antaa, vakiovirtaa. Tämä estää voimakkaiden kipinöiden ja kipinäpurkauksen muodostumisen, jos suurjännite-elektrodi 6 tulee maatetun esineen läheisyyteen. Suurjännite-elektrodin suurjännitejohtoon 7 kytkennän sarjavas-tus 6A voi myöskin vaikuttaa osaltaan tasaiseen lähtövirtaan ja vaimeisiin kipinöihin. Sopivasti muodostetulla suurjännite-koneella ja sarjavastuksella 6A jäämävirran sekä kipinöiden vaimeoxius voidaan tehdä jopa niin hyväksi, että voidaan koskettaa suurjännite-elektrodia 6 tuntematta mitään epämiellyttävää tunnetta.

Suurjännite-elektrodista 6 tulevien varausten osa kohtaa hitsaajan. Tämä ei merkitse mitään ikävyyksiä niin kauan kuin hän on johtavassa yhteydessä maan kanssa ja purkautuu jatkuvasti. Jos hän kuitenkin olisi eristetty maasta, tulisi hän kuitenkin vähitellen varatuksi ja kohtaisi silloin epämiellyttäviä purkauskipinöitä, jos hän koskettaisi maatettuja esineitä. Sen varmistamiseksi, että hitsaaja on maatettu, on sopivaa varustaa hitsauskädensija 4 maadoitus-johdolla 9, joka virranrajoitusvastuksen kautta on yhdistetty kädensijan johtavan pintaosan kanssa. Tällöin se, että hitsaajalla on tavalliset nahkaiset suojakäsineet, ei merkitse mitään vaikeuksia, koska ne ovat tarpeeksi johtavia.

Käsin hitsauksen sähkökaavio esitettään kuviossa 2, jossa merkinnät tarkoittavat: 4 71683 1 työkappalet ta , 2 työkappaleert maadoituskaapelia , 2A maadoituspinnettä, 3 hitsauspuikkoa, 4 hitsauskädensijaa 9 maadoitusliitäntöineen hitsaajaa varten, 3 hitsauskaapelia, 6 suurjännite-elektrodia, 6A suurjännite-elektrodin sarjavastusta, 7 suurjännitejohtoa, 8 hitsausvirranlähdettä, 10 suurjännitegeneraattoria , 11 virran rajoitusvastusta ja 12 johtavaa pintaosaa.

Hitsattaessa pieniä työkappaleita on sopivaa lisätä maatettua pintaa ja siten savun vastaanottoa asettamalla työkappale 1 suurehkon maatetun, johtavaa ainesta olevan levyn tai kiinnityslaitteen päälle, Joissakin tapauksissa voi myöskin olla edullista sijoittaa johtavaa ainesta oleva suojustin tai verkko hitsauskohdan ja esineen väliin, joka täytyy suojata savuhiukkasilla päällystystä vastaan.

Suurjännitegeneraattori 10 ja hitsausvirranlähde 8 voidaan rakentaa luonnollisesti sopivasti yhteen yhdeksi aggregaatiksi. Sopivimmin silloin hitsausvirta voi ohjata suurjännitegeneraattoria 10 siten, että tämä antaa suurjännitteen ainoastaan hitsauksen tapahtuessa.

Edellä savun poistaminen savua varaamalla on selitetty eräänä esimerkkinä käsin suoritettavan sähköhitsauksen yhteydessä. Kuitenkin samanlaista menettelytapaa voidaan käyttää savun kehittymisen vähentämiseksi muissakin hitsausmenetelmissä, kuten koneellisessa hitsauksessa kaasuhitsauksessa, argonhitsaukseesa, laserhitsauksessa jne. joko käyttämällä lisäaineita tai ilman niitä.

Luonnollisestikaan ei ole välttämätöntä kannattaa suurjännite- 71683 elektrodia h its auskädensi ja 1la 4, vaan se voidaan sijoittaa myöskin muihin kohtiin. Niinpä esimerkiksi se voidaan sijoittaa kiinnitysosaan, joka soveltuu esimerkiksi kiinnittämiseksi työkappaleeseen tai johonkin muuhun sopivaan, hitsauskohdan läheiseen paikkaan.

Varausten virta kärki elektrodista (kuv. 1 ja 3) lähtee pääasiallisesti itse kärjestä ja on suunnattu sen suuntaan. Varaukset vetävät puoleensa molekyylejä ilmasta, jolloin syntyy ilmavirta kärjen suuntaan. Tämä nk. ionituuli voi kuitenkin joskus olla niin voimakas, että se pelkästään mekaanisesti puhaltaa pois osan hitsaussavun savuhiukkasista, ennenkuin nämä ehtivät laskeutua lähintä maatettua esinettä vasten.

Tällaisissa tapauksissa tämän keksinnön mukaan ionituulta voidaan vaimentaa ja aikaansaada vielä parempi savun hillitse-mistulos sellaisen suurjännite-elektrodin avulla, joka on sovitettu aikaansaamaan samanaikaisesti purkauksen eri suuntiin ja ionituulen heikentämiseksi. Sopivimmin tässä elektrodissa voi olla useita kärkiä suunnattuina ainakin osittain vastakkaisiin suuntiin niin, että eri kärjistä lähtevät ionituulet ainakin osittain kumoavat toisensa. Sopivimmin ionituulen tämä heikentäminen voidaan aikaansaada elektrodilla, jonka muodostaa poikittain asetettu levy terävine kehineen, jossa purkaukset tapahtuvat samanaikaisesti eri suuntiin.

Kuvio 3 esittää kuviossa 1 piirrettyä kärkielektrodia ja kuviot 4 sekä 3 esittävät sen tämän keksinnön mukaisia erilaisia vaihtoehtoisia sovellutusmuotoja, joissa ionituulta on vähennetty siten, että sähköpurkaus tapahtuu vastakkaisiin suuntiin. Kuvio 6 esittää kuvion 4 mukaisen sovel lutusmuodon erästä vaihtoehtoa, jossa on toisenlaiset kulmat elektrodien lähinnä purkausreunaa sijaitsevien sivujen välillä. Haluttaessa ionituuli torjutaan suurimmassa mahdollisessa laajuudessa ja vaimennetaan ionituuli sekä se pyörteily, joka tapahtuu purkautuessa tasossa, joka kuvioiden 4 ja 5 mukaan on aikaan- 6 71683 saatu kärjillä ja/tai reunoilla sopivimmin siten, että purkautuminen tapahtuu useissa vastakkaisissa suunnissa myöskin muissa tasoissa (monia kulmia avaruudessa), kuten on merkitty piikkuviivoi 1la. Kuviossa 7 esitetään eräs tyyppi ka rtiomaisine purkauksineen, jossa ionituuli tulee vähäisemmäksi kuin yksinkertaisella kärkielektrodi11a, mutta kuitenkin saa tietyn suuntauksen.

Kun suurjännite-elektrodia käytetään maatetun esineen välittömässä läheisyydessä, jona on esim. epäsymmetrisesti sijoitettu hitsauspuikko ja ei haluta, että liian suuri purkausvirran osa kulkee lyhyempää tietä suoraan lähellä olevaan maatettuun esineeseen, käytetään sopivimmin levyä, jossa on pienempi terävä reuna suunnattuna maatettua esinettä kohti. Tämä pienempi terävä reuna aikaansaa sen, että sähköinen kenttävoi-makkuus ja siten purkauksen voimakkuus pienenevät tähän suuntaan.

Keksintö ei ole rajoitettu ainoastaan esimerkkinä edellä selitettyihin ja piirustuksissa esitettyihin sove 11utusmuo-töihin, vaan sitä voidaan vaihdella yksityiskohdiltaan seuraavien patenttivaatimusten puitteissa poikkeamatta keksinnön perusajatuksesta.

Claims (18)

1. Tapa sähkö- tai kaasuhitsauksessa, tunnettu siitä, että ilma hitsauspaikan läheisyydessä saatetaan alttiiksi heikolle sähköpurkaukselle elektrodin (6), sopivimmin kärki elektrodin, johon johdetaan suuri tasajännite ja maatetun elektrodin (1) välillä tarkoituksella, että hitsattaessa muodostuneet savuhiukkaset saavat varauksen, joka saattaa ne laskeutumaan maatetun elektrodin pinnalle.

2. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen tavan toteuttamiseksi, tunnettu siitä, että se koostuu ainakin yhdestä elektrodista (6) sopivimmin kärkielektrodista, siirrettävästä laitteesta (4) elektrodin kannattamiseksi hitsausnaikan läheisyydessä, virranlähteestä (10) suurjännitteisen tasavirran kehittämiseksi, jonka toinen napa on liitetty mainittuun elektrodiin (6) ja laitteesta suurjännitevirranlähteen (10) toisen navan kytkemiseksi yhteen hitsaustyökappaleen tai muun hitsauspaikalle sovitetun maatetun esineen kanssa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että elektrodi (6) on asennettu hitsauspuikon pitimeen (4).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, jossa elektrodi (6) on muodostettu kärkielektrodiksi, tunnettu siitä, että elektrodi (6) on suunnattu pääasiallisesti yhdensuuntaisesti hitsauspuikon pitimeen (4) kiimiiteyn hitsauspuikon (3) kanssa.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen laite kädensijalla varustetussa hitsauspuikon pitimessä, tunnet tu siitä, että kädensijassa on sähköisesti johtava pinta (12) laitteineen (9) maadoitusta varten, sopivimmin virranrajoi-tusvastuksen (11) kautta.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu 8 71683 siitä, että elektrodi on asennettu kannatuselimeen, joka on sovitettu sijoitettavaksi työkappaleeseen tai sen viereen.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 2-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että suurjannitevirran 1ähde on sovitettu elektrodin oikosulussa maahan antamaan virranvoi-makkuuden, joka korkeintaan saa nousta 1 mA:iin ja sopivimmin on olennaisesti alhaisempi.

7 71683

8. Jonkin patenttivaatimuksen 2-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että suurjännitegeneraattori (10) on tehty vakiovirranlähteeksi.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 2-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että suur j ännitevirran lähteen (10) ja elektrodin (6) väliin on kytketty virtaa rajoittava sarjavastus (6A).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnet- t u siitä, että sarjavastus (6A) on sijoitettu elektrodin (6) lähelle.

11. Patenttivaatimusten 2-10 mukainen alite, tunnettu siitä, että hitsausvirtapiiri on sovitettu ohjaamaan suurjännitevirranlähdettä sillä tavalla, että se toimii ainoastaan silloin, kun hitsaus tapahtuu.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 2-11 mukainen laite, tunnettu siitä, että suurjännite-elektrodi on sovitettu aikaansaamaan samanaikaisesti purkauksen eri suuntiin ionituu-len sinänsä vähentämiseksi.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että siinä on useita erisuuntaisia kärkiä.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että se on levymäinen ainakin yksine terävine 9 71683 reunoineen, jossa purkautuminen tapahtuu.

15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että senpurkauskohdan muodostaa vaippapinnan reuna.

16. Patenttivaatimuksen 12 - 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on epäsymmetrinen niin, että purkaus vaimenee tiettyihin suuntiin lähellä olevan maatetun esineen kompensoimiseksi.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että siinä on yksi tai useampi reuna, joissa purkaukset tapahtuvat ja että tämä muodostaa (nämä muodostavat) eri suuntia.

18. Patenttivaatimuksen 16 mukainen laite, tunnet- t u siitä, että siinä on useita kärkiö, jotka ovat erilailla teräviä tai eri tiheästi jaetut eri suuntiin avaruudessa. 10 71 6 83