FI98439C - Hitsausmenetelmä - Google Patents

Description

98439

HITSAUSMENETELMÄ - SVETSNINGSFÖRFARANDE

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen suurten levyjen yhteenhitsaamismenetelmään sekä tällä menetelmällä valmistettuihin levykokonaisuuksiin.

5 Laivanrakennusteollisuudessa hitsataan yhteen suuria määriä tasolevylaatto-ja laivojen kansiin, laidoitukseen tai vastaaviin kohtiin. Koska valmistettavat levykokonaisuudet ovat pinta-alaltaan erittäin suuret, on myös lähdettävä mahdollisimman suurista levyaihioista. Tyypillinen levyaihio on yli 10 m pitkä, usein jopa lähes 20 m pitkä. Tällaisten levyaihioiden liittäminen 10 toisiinsa hitsaamalla on vaativa työ, koska hitsauksen kehittämä korkea lämpö aikaansaa levyissä muodonmuutoksia sekä itse hitsausvaiheessa että myös hitsausvaiheen jälkeen, jolloin esim. hitsauskutistumat aiheuttavat levyihin epätasaisuuksia, joiden korjaaminen esim. liekkioikaisumenetelmällä on sekä vaikeaa että aikaa vievää.

15 Myös perinteelliset isojen levyjen yhteenhitsauksen valmistelutoimenpiteet ovat hankalia. Perinteellisesti hitsattavien levyjen väliin jätetään pieni ilmarako, jotta olisi mahdollista suorittaa koko hitsausvaihe levyjen yhdeltä puolelta. Ilmaraon muodostaminen vaatii levyjen tarkkaa asettelua toisiinsa nähden, ilmaraon oikean leveyden mittaamista ja leveyden yhdenmukai-20 suuden tarkastusta pitkin koko railoa sekä hitsattavien levyjen tukevaa kiinnitystä alustaan. Levyjen kiinnittämisen lisäksi käytetään perinteellisesti levyjen sitomista toisiinsa lyhyillä silloitushitseillä. Tämä on aikaa vaativaa käsityötä.

Hitsausprosessia on yritetty parantaa monella eri tavalla. Julkaisun SE 366 25 674 mukaan hitsaus suoritetaan useassa vaiheessa eri virranvoimakkuuksil- la, mikä on vaikeaa ja tulee kalliiksi.

Julkaisun US 4,075,453 mukaan käytetään railon toisella puolella teräsmuotonauhaa, joka sulautuu hitsisaumaan. Hitsattavat levyt fikseera-taan toisiinsa silloituksilla.

2 98439

Julkaisun NO 122 106 mukaan käytetään kuparista juuritukea ja sen päällä asetettua hitsausjauhetta. Railon muotoa tai mitoitusta ei ole spesifioitu eikä myöskään hitsattavien levyjen asettelua ja kiinnittämistä halutun railomuodon varmistamiseksi.

5 Keksinnön tarkoituksena on käytännössä, varsinkin joukko- tai suursarja-tuotannossa yksinkertaistaa suurten levyjen yhteenhitsaamistyötä ja parantaa sekä hitsin että valmistetun levykokonaisuuden laatua. Tällöin on tärkeää mm. hitsattavien levyjen asettelu toisiaan vastaan, niiden kiinnitys hitsauksen aikana ja hitsausrailon muodon tarkkuus. Keksinnön mukaan 10 vältetään mm. hitsattavien levyjen fikseeraus toisiinsa silloitushitseillä.

Keksinnön tarkoitus saavutetaan patenttivaatimuksessa 1 esitetyllä tavalla. Keksinnön mukaisten osaratkaisujen yhdistämisellä saavutetaan huomattava edistysaskel. Kiinnittämällä riittävästi huomiota hitsausrailon yhtenäiseen muotoon koko pituudeltaan sekä railon pintojen laatuun ja sileyteen voidaan 15 koko hitsaustyö suorittaa ilman perinteellistä levyjen välistä ilmarakoa, jonka poisjääminen tuo sen edun, että kumpikin hitsattava levy saa tukea toisesta levystä hitsausrailon juuriosassa, mikä helpottaa levyjen asettelutyötä ja lieventää levyjen asettelulle ja kiinnitykselle asetettavia vaatimuksia. Levyt voidaan keksinnön mukaista menetelmää käyttäen sinänsä tunnetulla tavalla 20 kiinnittää levyjen alla olevaan petiin imukiinnityksellä, jonka virittäminen ja purkaminen on nopeaa ja yksinkertaista. Hitsausrailon muodostamiseen voidaan edullisesti käyttää sinänsä varsin kallista muotojyrsintää, mutta muitakin työstömenetelmiä voidaan käyttää edellyttäen, että saadaan riittävän sileä pinta ja riittävän mittatarkka muoto.

25 On todettu, että keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa suuria yhteenhitsattuja levykokonaisuuksia huomattavasti halvemmalla ja nopeammin kuin perinteisillä menetelmillä. Hitsausnopeuttakin voidaan monessa tapauksessa nostaa noin kaksinkertaiseksi tunnettuihin menetelmiin verrattuna. Myös laiteinvestoinnit pienenevät oleellisesti. Säästöt 30 voivat olla suuruusluokkaa miljoona markkaa per työmaa.

Keksinnön mukaisissa imukiinnityslaitteissa on imukiinnitys järjestettävä siten, että hitsauksen kehittämä suuri lämpö ei haitallisesti vaikuta imukiinnityslaitteiden tiivisteisiin. Siksi on syytä järjestää imukiinnityslaittei- 3 98439 den tiivisteet siten, että lähinnä hitsausrailoa oleva tiiviste on ainakin 50 mm:n etäisyydellä hitsausrailosta.

Hitsausprosessin hallinta tulee helpommaksi, jos yhteenhitsattavien levyjen alla pidetään lämpöä hyvin johtavasta materiaalista, mieluimmin kuparista 5 tehtyä juuritukea, jossa välittömästi hitsausrailon alla on railon suuntainen ura hitsauspulveria tai suojakaasua varten. Terästä hitsattaessa juurituen ura täytetään hitsausjauheella ennen levyjen asettamista hitsausasentoon.

Alumiinia tai ruostumatonta terästä hitsattaessa juurituen uraan johdetaan suojakaasua. Ruostumattoman teräksen hitsauksessa voidaan myös käyttää 10 tähän tarkoitukseen kehitettyä hitsauspulveria, mutta tämä on varsin epätavallista. Pulverin tai suojakaasun käyttö esitetyllä tavalla parantaa hitsin laatua.

Juuritukea voidaan edullisesti jäähdyttää esim. vedellä tai muulla virtaavalla jäähdytysväliaineella, jota juoksutetaan juurituessa olevan kanavan tai 15 kanavaverkoston kautta. Edullisin ratkaisu on yleensä, että järjestetään jäähdytysainekierto, jossa kiertävän jäähdytysaineen lämpötilaa tarkkaillaan ja säädellään. Juurituen jäähdyttämisellä voidaan edullisesti vaikuttaa hitsauksen aiheuttamien lämpöjännitysten hallitsemiseen.

Hitsausrailon pohjassa olevan juuriosan, jossa hitsattavat levyt ovat 20 kosketuksessa toisiinsa, on oltava korkeudeltaan varsin pieni levypaksuu-desta riippuen 2 ... 4 mm, jolloin tietenkin alhaisimpia arvoja käytetään levypaksuuden ollessa pieni ja korkeimpia arvoja levypaksuuden ollessa suuri. Levypaksuuden pysyessä alueella 5 ... 25 mm ei kuitenkaan yleensä koskaan kannata käyttää korkeampaa juuriosaa kuin 3 mm. Hitsausrailon 25 eräs edullinen muoto on V-muoto, jossa railon sivupintojen välinen kulma on 50° ... 65°, mieluimmin 55° ... 60°. V-muoto on edullinen siksi, että sen tekeminen on helppoa. V-railon mainitut kulma-arvot on valittu siten, että hitsaustyön onnistumiselle on parhaat edellytykset.

Terästä hitsattaessa on erittäin edullista käyttää ns. twin-arc eli kaksoislan-30 kamenetelmää, jossa samaan sulaan tuodaan saman kosketussuuttimen läpi kaksi lähekkäin olevaa hitsauslankaa, joihin johdetaan virtaa samasta hitsausvirtalähteestä. Hitsauslangat tuodaan edullisesti sulaan peräkkäin hitsausrailon suunnassa. Tällä hitsausmenetelmällä hitsausnopeutta voidaan nostaa huomattavasti niin, että se lähenee arvoa 1 m/min.

4 98439

Keksintö kohdistuu myös suureen, erityisesti laivan kansi- tai laidoitusosana käytettävään hitsaamalla koottuun levykokonaisuuteen, joka on tehty keksinnön mukaista menetelmää käyttäen.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, 5 joissa kuvio 1 kaaviomaisesti esittää keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi tarkoitetun hitsausjärjestelmän poikkileikkausta, kuvio 2 esittää erään keksinnön mukaisen hitsausrailon poikkileikkausta, 10 - kuvio 3 kaaviomaisena perspektiivikuvana esittää twin-arc menetelmän soveltamista keksinnön mukaisella tavalla.

Piirustuksissa tarkoittaa 1 yhteen hitsattavia levyjä, 2 niiden välistä hitsausrailoa, 3 railon alla olevaa juuritukea ja 4 juurituen railon 2 suuntaista uraa. Juurituen 3 keskellä on jäähdytyskanava 5, jonka läpi voidaan 15 kierrättää jäähdytysnestettä, esim. vettä. Juurituki 3 on lämpöä hyvin johtavaa materiaalia esim. kuparia.

Levyjä 1 pidetään paikallaan imujärjestelmän avulla, johon kuuluu tukeva peti 19, jossa on imu-urilla 6 varustettu teräksinen imukiinnitysosa 20, jonka reunassa on elastista materiaalia oleva tiiviste 7. Tiivisteen keskellä 20 voi olla kanava 21, johon johdetaan paineilmaa kiinnityksen alkuvaiheessa imukiinnitysosan 20 tiiviyden parantamiseksi. Imu-urat 6 ovat imukanavien 8 kautta yhdistetty ilmapumppuun 9, jonka avulla haluttaessa aikaansaadaan riittävän suuri levyjä 1 paikallaan pitävä alipaine imu-uriin 6. Imu-urien väliset harjanteet 22 tukevat levyä 1 imukiinnitysalueella. Hitsatta-25 vien levyjen imukiinnitys on sinänsä tunnettu esim. julkaisusta DE 2236936.

Ainakin hitsausrailon läheisyydessä olevan tiivisteen täytyy kestää jonkin verran kuumuutta. Suositellaan, että tiiviste kestää ainakin 300°C. Jotta lämpötila ei tiivisteen kohdalla nousisi liian korkealle, on suositeltavaa, että 30 etäisyys L hitsausrailon keskiviivasta lähimpään tiivisteeseen on vähintään 50 mm.

Il

Claims (9)

1. Menetelmä suurten, yli 10 m pitkien ja ainakin 5 mm paksujen levyjen yhteenhitsaamiseksi yhdeltä puolelta suoritettavana päittäisliitoksena, tunnettu siitä yhdistelmästä, että hitsausrailo tehdään muotojyrsimällä tai tarkkuudeltaan vastaavalla tavalla siten, että yhteenhitsattavien levyjen 30 railon muodostavissa reunoissa aikaansaadaan korkea mitta- ja muototark- kuus sekä oleellisesti sileä ja puhdas pinta, että railo sinänsä tunnetulla tavalla tehdään pääasiallisesti V-muotoiseksi, että V-muotoisen railon pohjaan jätetään ohut vain muutaman millimetrin korkuinen juuriosa, jossa 6 98439 yhteenhitsattavat levyt tukevat toisiaan vastaan ilman oleellista levyjen välistä ilmarakoa, ja että yhteenhitsattavien levyjen alla käytetään petiä, jossa sinänsä tunnetulla tavalla on hitsattavia levyjä paikallaan pitävät imukiinnityslaitteet.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att den tätning hos suginfästningsanordningarna som ligger närmast svetsfogen befinner sig pä ätminstone 50 mm avständ frän svetsfogen. 20 3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat därav, att under de plätar som skall svetsas ihop hälls vid svetsfogen ett rotstöd av ett material med god värmeledningsförmäga, företrädesvis koppar, i vilket det omedelbart under svetsfogen finns ett i fogens längdriktning löpande spär för svetspulver eller skyddsgas. 25 4. Förfarande enligt patentkravet 3, kännetecknat därav, att vid svetsning av stäl fylls rotstödets spär med svetspulver innan plätarna placeras i svets-ningsläge.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että imukiinnityslaitteiden lähinnä hitsausrailoa oleva tiiviste on ainakin 50 mm etäisyydellä hitsausrailosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhteenhitsattavien levyjen alla pidetään hitsausrailon kohdalla lämpöä hyvin 10 johtavasta materiaalista, mieluimmin kuparista tehtyä juuritukea, jossa välittömästi hitsausrailon alla on railon suuntainen ura hitsauspulveria tai suojakaasua varten.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että terästä hitsattaessa juurituen ura täytetään hitsausjauheella ennen levyjen 1. asettamista hitsausasentoon.

5. Förfarande enligt patentkravet 3 eller 4, kännetecknat därav, att rotstödet avkyls med ett strömmande kylmedium, som strömmar genom 30 en kanal i rotstödet. 98439 8

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että juuritukea jäähdytetään virtaavalla jäähdytysväliaineella, jota juoksutetaan juurituessa olevan kanavan kautta.

5 Kuviossa 2 on hitsausrailon 2 muoto esitetty tarkemmin. Railo on V-muotoinen ja sen V-kulma m on 50° ... 65°, mieluimmin 55° ... 60°. V-muotoisen railon 2 pohjassa on juuriosa 10, jonka korkeus k on hitsattavien levyjen paksuudesta riippuen 2 ... 4 mm, mieluimmin korkeintaan 3 mm. Levypaksuus s on terästä hitsattaessa mieluimmin alueella 5 ... 25 mm, 10 mutta alumiinia hitsattaessa levypaksuus voi olla myös huomattavasti suurempi. Juuriosan 10 kohdalla levyt tukevat toisiaan vastaan, mikä helpottaa levyjen asettelua, koska levyjen tarkka kiinnitys tiettyyn alustan kohtaan ei ole tärkeää ja niiden asento toisiinsa nähden määräytyy juuriosan kontaktipintojen avulla.

15 Kuviossa 3 on esitetty, miten kaksi teräslevyä hitsataan yhteen keksinnön mukaisella menetelmällä käyttäen ns. twin-arc eli kaksilankajärjestelmää. Kaksi hitsauslankaa 11, jotka ovat peräkkäin hitsausrailon 2 suunnassa, syötetään syöttörullien 12 avulla kosketussuuttimen 13 läpi hitsauskohtaan

17. Hitsaus etenee nuolen 14 osoittamassa suunnassa. Putken 15 kautta 20 syötetään railoon 2 hitsauspulveria 16 juuri ennen hitsauskohtaa 17. Osat 11, 12, 13 ja 15 liikkuvat samassa tahdissa nuolen 14 suunnassa railoa 2 pitkin. Kohdassa 18 on esitetty, minkä näköinen valmis hitsi on. Keksintö ei rajoitu esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan useita sen muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

25 PATENTTIVAATIMUKSET

5 98439 Juurituen 3 ura 4 täytetään terästä hitsattaessa hitsauspulverilla, mutta sitä voi myös käyttää esim. alumiinia hitsattaessa kanavana, jonka kautta johdetaan suojakaasua hitsausrailon alle. Uran 4 ei tarvitse olla syvä, muutaman millimetrin syvyys riittää.

6. Förfarande enligt nägot av de ovanstäende patentkraven, kännetecknat därav, att i svetsspärets botten kvarlämnas en rotdel, vars höjd beroende pä plättjockleken är 2 ... 4 mm, företrädesvis högst 3 mm.

6. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että hitsausrailon pohjaan jätetään juuriosa, joka korkeudeltaan on levypaksuudesta riippuen 2 ... 4 mm, mieluimmin korkeintaan 3 mm.

7. Förfarande enligt nägot av de ovanstäende patentkraven, kännetecknat 5 därav, att svetsspäret görs V-format sä att vinkein mellan splrets sidoytor är 50° ... 65°, företrädesvis 55° ... 60°.

7. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hitsausrailo tehdään V-muotoiseksi siten, että railon sivupintojen välinen kulma on 50° ... 65°, mieluimmin 55° ... 60°.

8. Förfarande enligt nägot av de ovanstäende patentkraven, kännetecknat därav, att när plätar av stäl skall svetsas utförs svetsningen med an-vändning av det s.k. twin-arc förfarandet dvs. ett tväträdsförfarande där 10 tili samma svetssmälta genom samma matningsmunstycke förs tvä närä varandra liggande svetsrädar, tili vilka Ström leds frän samma svetsström-källa.

8. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että levyjen ollessa terästä hitsaus suoritetaan käyttäen ns. twin-arc eli kaksoislankamenetelmää, jossa samaan sulaan tuodaan saman kosketus-suuttimen läpi kaksi lähekkäin olevaa hitsauslankaa, joihin johdetaan virtaa samasta hitsausvirtalähteestä. Il 7 98439

9. Suuri, erityisesti laivan kansi- tai laidoitusosana käytettävä hitsaamalla koottu levykokonaisuus, tunnettu siitä, että sen aihiot on hitsattu yhteen jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukaista menetelmää käyttäen. 5 1. Förfarande för att genom ensidig stumsvetsning med varandra samman- foga Stora, över 10 m länga och ätminstone 5 mm tjocka plätar, känne-tecknat av den kombinationen, att svetsfogens spär formas genom fräsning eller pä motsvarande lika noggrant sätt, sä att vid de plätkanter, som bildar svetsspäret mellan de plätar som skall sammanfogas genom svetsning 10 uppnäs hög mätt- och formnoggrannhet samt en väsentligen siat och ren yta, att svetsspäret pä i och för sig känt sätt görs huvudsakligen V-format, att i det V-formade spärets botten kvarlämnas en tunn, bara nägra millimeter hög rotdel, där de plätar som skall svetsas ihop stöder mot varandra utan nägon väsentlig mellanliggande spalt, och att under de plätar 15 som skall ihopsvetsas används en bädd, som pä i och för sig känt sätt har suginfästningsanordningar som häller plätarna pä plats.

9. En stor, speciellt som däck- eller bordläggningsdel i ett fartyg avsedd genom svetsning uppbyggd plätenhet, kännetecknad därav, att dess delar 15 har ihopsvetsats genom användning av ett förfarande enligt nägot av de ovanstäende patentkraven. ii