NL1006547C2 - Aanbrengen van een vaste deklaag op lasdraden. - Google Patents

Description

AANBRENGEN VAN EEN VASTE DEKLAAG OP LASDRADEN

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verbeteren van de doorvoer van lasdraden door een lasinrichting.

Lassen in het algemeen is het verbinden van 5 metalen door middel van warmte en/of druk, al dan niet onder toevoeging van soortgelijk metaal met hetzelfde smelttraject. Bij smeltlassen worden de te lassen materiaaldelen onderling verbonden door versmelting van het materiaal in de omgeving van de lasnaad, zonder dat 10 er druk op de materiaaldelen wordt uitgeoefend.

De lasnaad wordt gevuld met een metaal dat in draad- of staafvorm wordt toegevoerd. Een belangrijke bekende smeltlasmethode is het zogeheten booglassen, waarbij een elektrische vlamboog wordt gebruikt voor het smelten van 15 de randen van de lasnaad en het toegevoegd materiaal.

Bij booglassen onder beschermende gasatmosfeer worden reacties van het smeltbad met de buitenlucht voorkomen door dit te omgeven met een gas.

Bij MIG-lassen, dat wil zeggen "Metal Inert 20 Gas"-lassen, wordt een afsmeltende lasdraad gebruikt, waarbij het toegevoerde gas als bescherming fungeert.

Bij MAG-lassen, dat wil zeggen "Metal Active Gas"-lassen, wordt eveneens een afsmeltende lasdraad gebruikt, waarbij het toegevoerde gas echter een actieve 25 rol bij lasbadreacties speelt.

Voor het ontsteken en het in standhouden van de lasboog en het beschermen van het smeltbad tegen de omringende lucht is onder andere een stroombron, een lasdraadaanvoermechanisme voor een continue aanvoer van 30 lasdraad naar de boog, een lastoorts en een gasvoorraad benodigd. Teneinde het lassen efficiënt te maken is een 1006547 2 gemechaniseerde aanvoer vanaf een spoel of een haspel gerealiseerd. De lasdraad is gewikkeld op een spoel of haspel en wordt door aangedreven wielen via een flexibele slang (liner) naar de lastoorts getransporteerd. Tot op 5 heden is het echter nog niet mogelijk gebleken de mechanische draadaanvoer voldoende storingvrij te maken.

De storingen hebben veelal een mechanisch karakter. Zo kunnen bijvoorbeeld schilfers van de lasdraad of van de metallische coating van de lasdraad in 10 de contactbuis worden afgezet. De deeltjes kunnen dan vastsinteren in de contactbuis door de hoge temperatuur van de contactbuis. Daardoor vernauwt de boring van de contactbuis en neemt de-mechanische weerstand toe, tot het draadaanvoermechanisme tenslotte de vereiste kracht 15 niet meer kan leveren. Ook kan de lasdraad door een te hoge elektrische weerstand vastsmelten aan de contactbuis op de plaats waar de stroomsterkte overgaat van de contactbuis naar de draad, waardoor de temperatuur te-ver oploopt. Niet alleen de weerstand in.de toorts neemt toe, 2 0 maar ook wordt de draad steeds meer tegen de wand van de liner aangedrukt, hetgeen een extra verhoging van de weerstand oplevert. De draad stokt, knikt tussen draad-aanvoerrollen en de geleidebuis van het slangenpakket of smelt vast aan de contactbuis door de lasboog. Ook kan de 25 liner dichtslibben met organische coating en kan de contactbuis aan de binnenzijde door wrijving met de lasdraad slijten. Hierdoor komt., de draad onder een afwijkende hoek uit de contactbuis.

Uit de praktijk blijkt, dat de hoeveelheid van 30 het van de lasdraad afkomstige materiaal dat in de contactbuis achterblijft evenredig is met de tijdsduur vanaf het begin van het lassen tot het vastlopen van de lasdraad. Het vastlopen van de lasdraad is voornamelijk afhankelijk van de kwaliteit van het oppervlak van de 35 lasdraad, de hechting van eventuele deklagen op het oppervlak van de lasdraad en de wrijving tussen de lasdraad en de liner en de contactbuis.

1006547 3

In diverse octrooiaanvragen (bijvoorbeeld in de Europese octrooiaanvrage EP 0 553 437 Al) zijn lasdraden beschreven die zijn voorzien van smeermiddelen. Deze smeermiddelen dienen voor een lage wrijving van de las-5 draad. De smeermiddelen voorkomen echter niet, dat de lasdraad aan de contactbuis kan vastsmelten. Hierdoor wordt de lasdraadaanvoer wel degelijk onderbroken.

Om de elektrische weerstand naar de contactbuis te verminderen en daarmee het vastsmelten van de draad te 10 voorkomen en slijtage van de contactbuis te beperken, kunnen (stalen) lasdraden.volgens de huidige stand der techniek verkoperd worden. Daartoe wordt op de draden een dunne vaste laag koper aangebracht. Bij opslag van de draden verslechtert echter de hechting van de koperlaag, 15 waardoor delen hiervan gemakkelijk loslaten, hetgeen leidt tot het af zetten van schilfers en vervolgens tot het vastlopen van de lasdraad.

Aluminium draden zijn in het algemeen geoxydeerd. Doordat aluminiumoxyde-oppervlakken zacht 20 zijn en weinig wrijving aan de contactbuis ondervinden, veroorzaken ze nauwelijks of geen slijtage in de boring. Door de relatief hoge elektrische weerstand van de alumi-niumoxydelaag smelten ze echter wel vaak vast.

Om een oplossing te geven voor het vastlopen 25 van de lasdraad in de contactbuis verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het aanbrengen van een vaste glijlaag op het oppervlak van de lasdraad, welke laag de doorvoer van de lasdraad door de contactbuis bevordert. Voor een goede doorvoer dient de wrijving 30 tussen de glijlaag enerzijds en de liner en de contactbuis anderzijds laag te zijn. Bovendien dient de over-gangsweerstand tussen de kern van de lasdraad welke bestaat uit lasbaar materiaal en contactbuis laag te zijn teneinde overmatige warmte-ontwikkeling te voorkomen.

35 Hierbij dient de glijlaag geen nadelig effect te hebben op de eigenschappen van het lasmateriaal, bestand te zijn tegen corrosie en oxydatie en een goede hechting met de kern van de lasdraad te bezitten. Bij voorkeur heeft de 1006547 4 glijlaag eveneens een stabiliserende werking op de las-boog. Door een goede hechting van de laag met de lasdraad wordt voorkomen dat de vaste glijlaag loskomt van de lasdraad.

5 Een voorbeeld van een vaste glijlaag is een diamantachtige (Diamond-Like Carbon) koolstoflaag. Een diamantachtige koolstoflaag heeft de eigenschap dat ze zeer hard is, een goede warmtegeleiding heeft, weinig uitzet bij temperatuurverhogingen en slijtvast is, welke 10 eigenschappen voordelig zijn voor het bereiken van het doel van de uitvinding, namelijk het verhinderen van vastlopen van de lasdraad. Aan diamant kleeft echter het nadeel dat ze een slechte elektrische geleider is. Teneinde voldoende elektrische geleiding tussen de lasdraad 15 en contactbuis mogelijk te maken, moet de dikte van de vaste glijlaag derhalve zeer klein zijn (orde van grootte van 10 nm).

Uit het Amerikaanse octrooischrift US-5431968 is een werkwijze en inrichting bekend voor het aanbrengen 2 0 van een diamantachtige koolstoflaag op draden. Deze werkwijze en inrichting zijn echter bedoeld voor het verhogen van de compressieve sterkte en thermische geleidbaarheid van draden die gebruikt worden voor samengestelde structuren en hebben derhalve geen betrekking op 25 het verbeteren van de doorvoerbaarheid van de lasdraden.

De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze voor het vervaardigen van "lasdraden, omvattende: - het door trekken van lasmateriaal vervaardigen van een kern van lasmateriaal; 30 - het aanbrengen van een vaste glijlaag rondom de kern van lasmateriaal, welke glijlaag de doorvoer van de lasdraad bevordert.

Bovendien omvat de onderhavige uitvinding de lasdraden en de inrichting voor het vervaardigen van de 35 lasdraden.

Een goede hechting tussen de vaste glijlaag en de ondergrond, dat is dit geval de lasdraad, is vaak moeilijk te realiseren. Dit wordt ondermeer veroorzaakt 1006547 5 doordat de kristalroosters van de glijlaag en de ondergrond vaak slecht op elkaar aansluiten en doordat de glijlaag en de ondergrond met een verschillende thermische uitzettingscoëfficiënt krimpen of uitzetten. Vooral 5 dit laatste is vaak de oorzaak van het van de ondergrond loslaten van de coating.

Daarom kan voor een goede hechting tussen de vaste glijlaag en de ondergrond een vaste tussenlaag of hechtingslaag gevormd worden. Deze tussenlaag of hech-10 tingslaag zorgt voor een verbeterde hechting tussen de glijlaag en de ondergrond. Daarom omvat de onderhavige uitvinding tevens een werkwijze voor het aanbrengen van een vaste hechtingslaag.jop de ondergrond voordat de glijlaag wordt aangebracht.

15 De vaste hechtingslaag en vaste glijlaag kunnen worden aangebracht middels verschillende technieken, bijvoorbeeld fysische dampdepositie, zoals een sputter-proces, of chemische dampdepositie (oftewel Chemical Vapor Deposition, CVD).

20 In een sputterproces wordt het aan te brengen materiaal gebombardeerd met ionen van een gas, waardoor atomen van het aan té brengen materiaal vrijkomen, welke atomen kunnen neerslaan op de ondergrond.

In het CVD-proces is het een chemische reactie 25 op of boven het oppervlak van de ondergrond die er voor zorgt dat een laag op de ondergrond wordt gevormd.

Bij voorkeur hééft de 'glijlaag een dikte in de orde van grootte van 10-150 nm, in het geval van (diamantachtige) koolstof (C) meer bij voorkeur een dikte van 30 10-30 nm.

Een ander voorkeursmateriaal voor de glijlaag omvat koper (Cu) met een dikte van in de orde van grootte van 550-300 nm of nikkel (Ni) met een dikte in de orde van grootte van 100-600 nm.

35 In het vervolg wordt een bevoorkeurde uitvoeringswijze van de onderhavige uitvinding aan de hand van de tekeningen beschreven, waarin: - figuur 1 een voorbeeld geeft van de 1006547 6 opstelling van een industrieel toepasbaar lasapparaat; - figuur 2 schematisch een lasopstelling met bijbehorende apparatuur weergeeft; - figuur 3 schematisch de onderdelen van het 5 slangenpakket (de liner) en lastoorts weergeeft; - figuur 4 een dwarsdoorsnede van de contact-buis aan het uiteinde van de lasapparatuur weergeeft.

In figuur 1 is een in de industrie gebruikelijke lasopstelling weergegeven. Een zwenkarm 1 is 10 bevestigd aan een dwars op de vloer aangebrachte roteerbare staander 2. Door de staander 2 te roteren beschrijft de zwenkarm 1 een cirkelvormige beweging. Aan de zwenkarm 1 is een haspel 3 gemonteerd. Doordat de haspel door middel van wielen 4 op een verbreding van de zwenkarm 1 15 heen en weer kan rijden, is een verplaatsing in radiële richting mogelijk. De haspel 3 is enerzijds verbonden met een inrichting die de vereiste voedingsspanning en de het voor het lassen gebruikte gas verschaft en anderzijds met de lasapparatuur. In figuur 2 en 3 is een lasopstelling 20 weergegeven waarbij de al dan niet gevulde lasdraad 6 (met een diameter tussen 0,8 en 2,4 mm) in de lastoorts 7 via een slangenpakket 8 verbonden is met een draadaanvoer mechanisme, dat bijvoorbeeld bestaat uit een haspel 3 en een aandrijf- en drukrollenpaar 9 en 10. De aandrijf-25 rollen 9 en 10 wikkelen de lasdraad 6 van de haspel 3 en duwen deze het slangenpakket 8 in (met een snelheid van 3-30 m/min) . Via de lastoorts 1r, omvattende de in figuur 3 weergegeven zwanehals li en contactbuis 12, wordt de lasdraad 6 naar de lasboog 13 geduwd. Het te lassen 30 werkstuk 14 wordt verbonden met de ene pool van de voedingsbron 15. De andere pool van de voedingsbron 15 wordt via het slangenpakket 8 en de zwanehals 11 verbonden met de contactbuis 12. Het gas wordt vanaf de gastoevoer 16 (bijvoorbeeld een gasfles) via het slangenpakket 35 8 in de zwanehals 11 en een gasmondstuk 17 naar het werkstuk 14 geleid. Stroomoverdracht (met een stroom-sterkte van bijvoorbeeld meer dan 250 A) vanaf de voedingsbron 15 naar de draad 6 vindt plaats via de contact- 1006547 7 buis 12. De contactbuis 12 is vervaardigd uit een koper-legering. Voor iedere draaddiameter dient een passend contactbuis te worden gebruikt. Het gasmondstuk 17 zorgt voor de geleiding van het beschermgas. Het voorste ge-5 deelte van de zwanehals 11 wordt zowel door stroomover-dracht als door de warmtestraling vanuit de lasboog 13 en het smeltbad 18 verhit. Voor de koeling van de zwanehals 11 kan het beschermgas fungeren. Bij grote stroomsterkte en intensief gebruik is de verkoelende werking van het 10 beschermgas en de omringende lucht onvoldoende. Dergelijke gevallen kunnen vloeistof gekoelde lasinrichtingen worden gebruikt. Bij vloeistofgekoelde lasinrichtingen wordt het mondstuk gekoeld door een koelvloeistof die door het koelcircuit van de lasmachine wordt rond ge-15 pompt.

De contactbuis 12 bevat een in hoofdzaak cilindervormige opening 19, waardoor de lasdraad 6 bewogen kan worden. Ter plaatse van het contact tussen de lasdraad 6 en de cilindervormige opening 19 van de contactbuis 12 20 treedt warmte-ontwikkeling op. Hierdoor kan van de lasdraad 6 zelf of van de laag afkomstige losse schilfers vast komen te zitten aan de contactbuis. In dat geval dient de contactbuis verwisseld te worden hetgeen het lasproces voor enige tijd onderbreekt.

25 Door de kern van de lasdraad te voorzien van een vaste glijlaag zal de lasdraad minder snel vast komen te zitten in de contactbuis. Hierdoor zal langere tijd ononderbroken gelast kunnen worden zonder dat de lasdraad vast komt te zitten en de contactbuis vervangen behoeft 30 te worden, hetgeen een grote kostenbesparing betekent.

Het aanbrengen van een vaste glijlaag 20 op de lasdraad 6 kan bijvoorbeeld geschieden met behulp van een PACVD (Plasma Activated Chemical Vapor Deposition) -proces. Hierbij wordt de al dan niet voorbehandelde lasdraad 35 6 door een plasmareactor geleid. Een plasmareactor heeft als basis een elektrisch geïsoleerde vacuümkamer, welke voorzien is van een gas toevoer en af voer. Een vacuümpomp, welke is aangesloten op de af voer, zorgt voor een vacuüm 1006547 8 in de vacuümkamer. In de vacuümkamer is een kathode geplaatst, welke is aangesloten op radiofrequentiege-nerator. De toegevoerde reactant reageert op of boven het oppervlak van de lasdraden waarbij een laag op het opper-5 vlak van de lasdraad wordt gedeponeerd. De aanwezigheid van het plasma activeert depositie-reacties. De dikte van de laag afgezette bedraagt 10-30 nm. Indien een tussenlaag moet worden aangebracht, wordt het bovenstaande proces meermaals uitgevoerd. Als alternatief voor het 10 CVD-proces kan voor het aanbrengen van de laag op de lasdraad ook bijvoorbeeld.een sputterdepositie-proces gebruikt worden.

Als glijlaag kan een vaste diamantachtige koolstoflaag worden gedeponeerd. Het is eveneens mogelijk 15 functionele vaste diamant-, vaste grafietachtige koolstof- of vaste carbidelagen te deponeren.

1006547

Claims (20)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van lasdra-den, omvattende: - het door trekken van lasmateriaal vervaardigen van een kern van lasmateriaal; 5. het aanbrengen van een vaste glijlaag rondom de kern van lasmateriaal·/ welke glijlaag de doorvoer van de lasdraad bevordert.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, verder omvattende het tussen de vaste glijlaag en de kern van lasma- 10 teriaal aanbrengen van ten minste een vaste hechtingslaag ter bevordering van de hechting tussen de glijlaag-en de kern van lasmateriaal.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de glijlaag een vaste diamantachtige koolstoflaag is.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de glijlaag een vaste diamantlaag is.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de glijlaag een vaste grafietachtige koolstoflaag is.

6. Werkwijze volgens conclusies 1 of 2, waarbij 20 de glijlaag een vaste carbidelaag is.

7. Werkwijze volgens één van de conclusies 1-6, waarbij de glijlaag koper (Cu) met een dikte van ongeveer 50-300 nm omvat.

8. Werkwijze volgens één van de conclusies 1-7, 25 waarbij de glijlaag nikkel (Ni) met een dikte van ongeveer 100-600 nm omvat.

9. Werkwijze volgens één van de conclusies 1-6, waarbij de glijlaag een dikte in het gebied van 10-30 nm tot in de orde van grootte van 150 nm heeft.

10. Werkwijze volgens conclusies 1-9, waarbij de glijlaag door sputtering wordt aangebracht. 1006547

11. Werkwijze volgens conclusies 1-10, waarbij de glijlaag door chemische dampdepositie wordt aangebracht .

12. Inrichting voor het uitvoeren van laswerk-5 zaamheden, omvattende - voorraad middelen voor het in voorraad houden van lasdraad; - lastoortsmiddelen met uittree-opening voor de lasdraad; 10. geleidingsmiddel voor het geleiden van de lasdraad vanaf de voorraadmiddelen naar de uittree-ope-ning van de lastoortsmiddelen; - waarbij om de lasdraad ten minste een vaste glijlaag is aangebracht.

13. Inrichting volgens conclusie 12, waarbij de glijlaag wordt aangebracht volgens een werkwijze uit één van de conclusies 1-11.

14. Lasdraad omvattende: - een kern van lasbaar materiaal; 20. een concentrisch rondom de kern van lasmate- riaal aangebrachte vaste glijlaag voor het bevorderen van de doorvoer van de lasdraad.

15. Lasdraad volgens conclusie 14, verder omvattende een vaste hechtingslaag tussen de kern van 25 lasmateriaal en de vaste glijlaag voor een verbeterde hechting tussen de kern van lasmateriaal en de glijlaag.

16. Lasdraad volgens conclusie 13 of 14, waarbij de glijlaag gevormd is van diamantachtige koolstof.

17. Lasdraad volgens conclusie 13 of 14, waar- 3. bij de glijlaag gevormd is van een diamant.

18. Lasdraad volgens conclusie 13 of 14, waarbij de glijlaag gevormd is van grafietachtige koolstof.

19. lasdraad volgens conclusies 13 of 14, waarbij de glijlaag gevormd is van carbide.

20. Lasdraad volgens conclusies 12-19, waarbij de glijlaag een dikte tussen 10 en 30 nm heeft. 1006547