FI83399C - Foerfarande foer svetsning av metallskiva. - Google Patents

Description

83399 1 Menetelmä metallilevyn hiteaamiseksi Förfarande för svetsning av metallskiva 5

Keksinnön kohteena on menetelmä metallilevyn hitsaamiseksi allaolevaan kappaleeseen, joka on kosketuksessa yllä olevaan levyyn tai sen välittömässä läheisyydessä ja jossa korkeaenerginen lasersäde on keskitetty levyyn ja sitä liikutetaan pitkin levyä sen mainittua liitospintaa vas-1Q takkaisella puolella.

Tämä keksintö kohdistuu hitsaukseen ja erityisesti levyn tai rakenneosien muodossa olevan yleensä rautametallin hitsaukseen.

jg Yleinen hitsaustapa, johon keksintö erityisesti kohdistuu, on "T"-hitsaus, jossa kaksi levyä liitetään toisiinsa suorassa tai lähes suorassa kulmassa toisiinsa nähden.

Tyypillisesti tämä aikaansaadaan hitsaamalla palot kumpaankin sisänurk-20 haan, mikä vaatii kaksi hitsausta. Paksuja levyjä käytettäessä lisääntyy kiinnitettävän levyn reunojen vinoiksi tekemisen tarve. Samanlaista tekniikkaa käytetään, kun hitsataan kaarevaa tai muotoiltua osaa tasaiseen levyyn.

25 Suuritehoisten lasersäteiden hyvät tunkeutumisomlnaisuudet ovat antaneet aiheen harkita niitä käytettäväksi hitsaukseen. Samanaikaiset hakemuksemme, jotka perustuvat brittiläisiin hakemuksiin 8310630, 8310631 ja 8310632 nimikkeellä "Laserhitsaus", kuvaavat tällaista prosessia sovellettuna erityisesti konepaja- tai paikalliskäyttöön. Prosessissa käyte-20 tään lisäainelankaa niin, ettei mikään hitsattavien levyjen välinen aukko johda energianhukkaan lasersäteen paetessa läpi aukon ilman energian-- - siirtoa ja plasmanmuodostusta. Sen keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää sekä pälttälshitsaukseen että T-hitsaukseen.

22 Tässä esitettävä keksintö esittää uuden hitsaustekniikan, joka käyttää hyväkseen tarkkaan suunnatun lasersäteen syvän tunkeutumisen aikaansaa- 2 83399 1 maa sulamista ja hitsautumista T-muotoisessa tai muussa sellaisessa hit-saussaumassa.

Eräältä osaltaan keksintö sisältää menetelmän metallilevyn hltsaamisek-g si allaolevaan kappaleeseen, joka on levyssä kiinni tai sen välittömässä läheisyydessä. Tässä suurienerginen lasersäde kohdistetaan levyn päälle ja sitä liikutetaan sitä pitkin kontaktipintaa vastakkaisella puolella.

10 Keksinnön mukainen menetelmä on pääasiassa tunnettu siltä, että johdetaan lankaa laserin polttopisteeseen materiaalin tuottamiseksi säde-suihkun törmättäväksi ja siten lämmönsiirron varmistamiseksi hitsaus-systeemiin myös silloin, kun hitsauksessa esiintyy epäsäännöllisyyksiä ja koloja ja jossa menetelmässä kaasua johdetaan ainakin osaksi rajoit-Ί5 tamaan syntynyttä plasmaa, jolloin kohdistettu säde sulattaa sekä levyn että alla olevan metallin niin, että sulan kiinteytyessä muodostuu hitslsauma.

Yleensä sekä levy että allaoleva kappale ovat rautametallia. Levyllä tar-2Q koitetaan yleisesti materiaalia, joka on ainakin 3 mm paksua. Olemme havainneet, että paksuudet 3-25 mm ovat suositeltavia ja että laserin teho voi olla välillä 5-25 kW.

Jos allaoleva kappale ei ole aivan kiinni levyssä, voidaan menetelmää 25 silti käyttää, mutta saattaa olla hyväksi käyttää lisäainetta, koska sulanut aine pyrkii mahdolliseen rakoon niin, että lisäalnelanka voi korvata näin syntyneen ainevajauksen ja parantaa hitsauksen ominaisuuksia.

Levyn ja allaolevan osan liitos voi olla T-hitsauksen muotoinen, jolloin 3Q allaoleva levy sijaitsee suorassa tai lähes suorassa kulmassa ylläolevaan levyyn nähden. Hitsaus ulottuu siten allaolevan levyn päätypintaan yhtenäisenä läpäisynä muodostaen läplhltsatun, yhtenäisen sauman.

Vaihtoehtolsesssa tapauksessa allaoleva osa on kosketuksessa levyyn sen 35 suuntaisen kielekkeen avulla. Kielekkeen leveys voi sallia kahden tai useamman keksinnön mukaisen läpihltsauksen.

3 83399 1 Toisessa vaihtoehtoisessa tapauksessa on kaksi yhdensuuntaista levyä ja myös muita yhdistelutapauksia voidaan ajatella, kuten alla on yksityiskohtaisemmin esitetty.

g T-hitsauksessa käytetty ylälevy on edullisesti 2-15 mm paksu, alempi levy voi olla mitä hyvänsä paksuutta.

Olemme tietoisia siltä, että GB-patenttl 1.268.044 esittää laserhltsaus-menetelmän, jossa lävistetään ylemmän levyn materiaali yleensä pistehit-1Q sauksena. Siinä esitetty menetelmä käyttää silloin käytössä ollutta tekniikkaa eli pienemmän tehoista laseria ja se koskee ohuen levyn liitosta. Tämä aiheuttaa prosessiin rajoituksen, sillä säteilyn teho täytyy pitää kattoarvon alapuolella, jotta vältyttäisiin materiaalin höyrystymiseltä siinä mitassa, että se estää riittävän ainemäärän jäämisen hitsi-J5 saumaan. Edelleen menettely kohdistuu ohuisiin materiaaleihin, esimerkkinä on mainittu 0,38 mm levynvahvuus, joissa lämmönjohtumisen ongelmat ja hitsin ominaisuudet ovat erilaisia kuin paksummilla aineilla.

Olemme nyt päätyneet siihen, että - samoin kuin edellä mainituissa samaan 20 aikaan jätetyissä hakemuksissa - kaasun johtaminen hltsikohtaan on erityisen tärkeätä paksumpien levyjen kohdalla. Kun tarvitaan tällaista mak-similäpäisyä, käytetään korkeateholsia laserelta niiden tehojen äärirajoille. Hitsausnopeuden ja plasman erkautumisen tasapainon kontrolli on paljon oleellisempi kuin tähän asti ja tämä saavutetaan kaasun johtami-25 sella, jolloin saadaan nopeuden ja syvyyden tasapaino.

Keksintöä kuvataan seuraavassa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa: 3Q Kuvio 1 on perspektiivikuva kahden levymäisen kappaleen teoreettisesta laserhitsauksesta yhdellä saumalla ylhäältä päin;

Kuvio 2 on leikkauskuva keksinnön mukaisesta laitteistosta pitkin hlt-sauslinjaa;

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen läpihitsisauman T-hltsauksen yhteydessä; :T: 35 4 83399 1 Kuvio 4 esittää samanlaista hitsiliitosta vahvlketangon kielekkeen kiinnittämiseksi levyn alapintaan yhtä useammalla läpihlteauskohdalla;

Kuvio 5 esittää yhdistelmähitsiä, jossa on tämän keksinnön mukainen hit-5 saus yhdistettynä sen tyyppiseen hitsaukseen, joka on esitetty yllä mainituissa hakemuksissamme;

Kuviossa 6 nähdään eräs vaihtoehtoinen hitsimuoto tämän keksinnön mukaan; ja 10

Kuvio 7 esittää tämän hitsaustekniikan käytännöllisen käytön esimerkin.

Kuviossa 1 on levy 1, johon merkittyä linjaa pitkin siihen tunkeutuu lasersäde, joka on kohdistettu levyn pintaan tai sen lähelle. Säteen ener-jg gia höyrystää aineeseen "avalmenreiän", jota rajoittavat sulaneet seinämät 6. Käytännössä höyry estetään ainakin osaksi pakenemasta "avaimenreiästä" (jolloin se voisi muodostaa laseria tukkivaa plasmaa) kontrolloidulla hellumsuihkulla (katso kuvio 2). Kun sädettä siirretään pitkin levyä, myös "avaimenreikä" siirtyy. Säde sulattaa aukon edellä olevaan 20 materiaaliin ja sen jälkeen se jähmettyy. Syvä tunkeutuma voidaan saada aikaan yleensä yhdellä kerralla.

Kuviossa 2 on esitetty leikkauskuvana pitkin hltsauslinjaa olennaiset piirteet laitteistosta, jota voidaan käyttää kuvaamaan keksinnön mukais-25 ta menetelmää.

Lasersäde 7 tunkeutuu levyyn 2 sen polttopisteen ollessa kohdistettuna metallin pintaan tai sen lähelle. Haluttaessa voidaan syöttää lisäaine-lankaa 12 polttopisteeseen 10 tai sen lähelle joko kontrolloimaan hitsin 30 profiilia esim. hitsattavien osien ollessa hiukan erillään toisistaan tai muuttamaan hitsin koostumusta. Säteen tunkeutuminen metallilevyyn aiheuttaa metallihöyryn syntymistä ja plasman muodostumista. Kaasusuutin 8 johtaa suojakaasua, kuten heliumia tai heliumpohjäistä seosta läpi kanavan 14, keskusjohdon 15 ja rengasjohdon 16, sellaisella virtaukselle, että 35 se rajoittaa plasman siirtymistä. Brittiläinen patenttijulkaisu 1.591.793 esittää tyypillisen tällaisen suuttimen yksityiskohtaisesti. Säteen tunkeutuminen plasmaan polttopisteessä 10 absorboi energiaa, joka siirtyy 5 83399 1 ympäröivään metalliin ja muodostaa jatkuvasti sulan seinämän 19, joka rajoittaa "avaimenreiän" 20, joka ulottuu alas läpi levyn 2 allaolevaan osaan 3. Sulat seinämät kiinteytyvät asteettaln hitsiksi 21, joka yhdistää osat 2 ja 3 toisiinsa.

5

Kuviossa 3 näkyy, että hitsin 25 muoto on tyypillisesti leveämpi pinnalta, hiukan sipulinmuotoinen keskeltä ja kartiomalnen kärjestä. Sitä ympäröi kapea alue lämmölle altistettua metallia 23. Hitsi kiinnittää levyn 24 levyn 23 alapintaa lujasti, vaikka käytetään vain yhtä käsittely-1Q kertaa.

Niissä tapauksissa, joissa kuvion 3 esittämä hitsiliitos voi olla lujuudeltaan riittämätön, on mahdollista menetellä, kuten on esitetty kuviossa 4. Tässä levy 27 on kiinnitetty alla olevaan tukipalkkiln 28 kolmella J5 yhdensuuntaisella hitsillä 29. Kukin hitsaus ulottuu läpi levyn palkin laippaan 31. Hitsejä ympäröi yhtenäinen alue 30 lämmölle altistunutta metallia. Haluttaessa hitsit 29 voivat kokonaan lävistää ei vain levyn vaan myös laipan 31 ja tulla näkyviin sen takapuolelta.

20 Kuviossa 5 näkyy kolme hitsiä 33, jotka on keksinnön mukaan tehty pääl-lyslevyn 34 ja aluslevyn 35 välille. Aluslevy on puolestaan hitsattu T-hitsinä 36 levyyn 37 käyttäen lasertekniikkaa, joka on kuvattu yllämainituissa samanaikaisissa hakemukslssamme, ja jossa käytetään säteen siep-paavaa materiaalia.

25

Kuvio 6 esittää edelleen erään vaihtoehtoisen, keksinnön mukaisen hitsin. Tässä on, käyttäen kuvion 3 viitteitä, ylälevy 22 kiinnitetty levyyn 24 ei ainoastaan keskihltsin 25 vaan myös kahden sivuhitsin 25a avulla, jotka näkyvät pitkin T:n sisäkulmia, käyttäen lisäalnelankaa hitsin profll-30 Iin parantamiseksi.

Kuvio 7 esittää usein nähtyä levyrakennetta, jota käytetään laivanrakennuksessa. Siinä on levy 38, joka on hitsattu useasta nauhamaisesta osasta; näitä hitsejä ei ole selvyyden vuoksi esitetty. Levyyn on hitsattu 35 yhdensuuntaiset jäykisteet 39. Jäyklsteislln on hitsattu korkeat tukile-vyt 40, jotka on varustettu rei'illä jäykisteiden läpimenemiseksi ja 6 83399 1 joissa on laippalevyt 40a. Jotkut tukilevyt ovat jäykisteisiin nähden poikittain ja jotkut ovat niiden suuntaisia.

Tällainen yksikkö voidaan tehdä käsin hitsaamalla tai koneelle kokooma-5 linjalla, niinkuin on kuvattu yllä mainitussa hakemuksessamme.

Yksikkö kiinnitetään edelleen toiseen levyyn 38 ja jäykisteiden muodostamaan yksikköön, kuten on esitetty. Tähän asti tämä on vaatinut vaikeaa ylöspäinhltsaustekniikkaa epämukavassa asennossa. Tämän keksinnön mukais-J0 ta tekniikkaa käytettäessä voidaan kuitenkin "läpihitsaukset" tehdä ylemmän levyn läpi mahdollisimman pienellä vaivalla ja käsittelyllä.

15 20 25 30 35

Claims (8)

1. Menetelmä metallilevyn hitsaamlseksl allaolevaan kappaleeseen, joka on kosketuksessa yllä olevaan levyyn tai sen välittömässä läheisyydessä 5 ja jossa korkeaenerginen lasersäde on keskitetty levyyn ja sitä liikutetaan pitkin levyä sen mainittua liitospintaa vastakkaisella puolella, tunnettu siitä, että johdetaan lankaa laserin polttopisteeseen materiaalin tuottamiseksi sädesuihkun törmättäväksi ja siten lämmönsiirron varmistamiseksi hltsaussysteemlin myös silloin, kun hit-jq sauksessa esiintyy epäsäännöllisyyksiä ja koloja ja jossa menetelmässä kaasua johdetaan ainakin osaksi rajoittamaan syntynyttä plasmaa, jolloin kohdistettu säde sulattaa sekä levyn että alla olevan metallin niin, että sulan kiinteytyessä muodostuu hitsisauma.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että levy on rautametallia paksuudeltaan 3-25 mm ja laserin teho on 5-25 kW.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että levyn ja alla olevan esineen asetelma on T-hitsililtoksen muotoinen, jolloin hitsi ulottuu alla olevan levyn päätypinnasta sisään.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että käytetään kolmea hitsaussaumaa, joista keskimmäinen hitsi tunkeutuu 25 päätytasoon ja sen sivulla olevat hitsit tunkeutuvat siihen vain osittain ja osittain näkyvät liitoksen sisäkulmissa.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että levy on hitsattu yhdellä tai useammalla saumalla alla olevan 30 osan kielekkeeseen.

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaksi toistensa yli menevää levyä on hitsattu toisiinsa yhdellä tai useammalla saumalla. .: 35

7. Jonkin patenttivaatimuksen 3-6 mukainen menetelmä, tunnettu ."· siitä, että mainittu levy on 2-15 mm paksu. 8 83399

7 83399

8. Hitsattu rakenne, joka on ainakin osaksi hitsattu jonkin aikaisemman vaatimuksen mukaisesti. 5 10 15 20 25 30 35 9 83399