NL8302725A - Werkwijze voor het electrisch vlambooglassen onder gas. - Google Patents

Description

ï JÊ VO 4983 s 1 *

Werkwijze voor het electrisch vlambooglassen onder gas.

De uitvinding heeft betrekking op het vlambooglassen, en meer in het bijzonder op een werkwijze, die algemeen bekend staat als het GMA-lassen.

Het GMA-lassen is de werkwijze, waarbij de warmte voor 5 het lassen wordt opgewekt door een electrische stroom, die tussen een verbruikbare electrode en een op afstand liggend werkstuk gaat. De electrode wordt verbruikt tijdens het doorlopend toevoeren daarvan aan het lasgebied, en wordt het vulmateriaal, dat zich mengt met het onderlaag-materiaal of daarmee een legering vormt voor het vormen van een gelaste 10 verbinding. De lasplas of het gesmolten materiaal wordt tegen verontreiniging beschermd door een gasvormig scherm, bestaande uit een gas-stroom, die de electrode en de lasplas omgeeft.

De uitvinding heeft betrekking op een bijzonder samenstel van lasgassen, electrode-diameters en stroomsterkten, dat een verbe-15 terde lasverbinding tot gevolg heeft, die wordt gevormd met een lasaf-zetsnelheid, die aanzienlijk hoger ligt dan die, bereikt met bekende QiA-laswerkwijzen. Zoals hierna duidelijker wordt, geeft het onderhavige lasgasstelsel een betere lasgeometrie, zwavelvrije lasafzettingen, sterk verbeterde fysische eigenschappen van de lasverbindingen in vergelijking 20 met gebruikelijke schermgasmengsels en een doordringing, die voldoende is voor het produceren van 100% lassen met een goede smelting in platen tot een dikte van 12,7 mm met een rups aan weerszijden van een stootvoeg en zonder enige voorafgaande voorbereiding van de platen. De onderhavige werkwijze is in het bijzonder nuttig bij het lassen van zachte staalsoor-25 ten met een laag koolstofgehalte, staalsoorten met een matig en een hoog koolstofgehalte, staalsoorten met een grote sterkte en een lage legering, en is met uitstekende resultaten ook toepasbaar bij roestvrij staal, koper en verschillende legeringen.

In het algemeen bestaan er drie soorten GMA-laswerk-30 wijzen, die verschillen in vlamboogeigenschappen en de wijze waarop metaal wordt overgedragen van de verbruikbare electrode naar het werkstuk.

De eerste van deze metaaloverdracht-werkwijzen is bekend als sproeivlamboog, waarbij metaal wordt overgedragen vanaf het ein 8302725 * 1 2 de van de electrode naar het werkstuk of de gesmolten plas in een stroom of reeks kleine gesmolten druppeltjes. De sproeivlamboog-overdracht vindt plaats hij wat tot nu toe als betrekkelijk grote stroomdichtheden werd beschouwd, die echter 202 A/mm2 (dwarsdoorsnedegebied van de electrode) 5 niet overschrijden, en bij een lasafzetsnelheid van 54 - 135 g/min. Elec-trodedraad-diameters zijn gewoonlijk veranderlijk van 0,75 tot 1,58 mm bij spanningen van 15 - 36 V. De overdracht vindt gewoonlijk plaats in een argon- of argonrijk gas.

De volgende werkwijze wordt aangeduid als bolletjes-10 overdracht, waarbij een betrekkelijk groot bolletje zich vormt aan het einde van de electrode en naar het werkstuk valt wanneer de zwaartekracht de oppervlaktespanning van de gesmolten druppel opheft. Wanneer het bolletje wordt overgedragen door de vlamboog heen, wordt het onderworpen aan krachten in de vlamboog en neemt het een onregelmatige gedaante en 15 een draaibeweging aan. Dit doet het bolletje soms weer verbinden met de electrode en de onderlaag, en veroorzaakt een kortsluiting, die de vlamboog tijdelijk dooft. Bolletjesoverdracht vindt plaats bij lagere stroomdichtheden dan met de sproeivlamboog, en kan plaatsvinden met een ver-’ scheidenheid aan schermgassen.

20 De derde werkwijze is bekend als kortsluiting-over- dracht, die als gevolg van de betrekkelijk geringe overdracht warmte bijzonder bruikbaar is bij het lassen van dunne profielen. In de kort-sluiting-overdracht vormt zich een bolletje vloeibaar metaal aan het einde van de electrode, welk bolletje geleidelijk langwerpiger wordt en 25 naar het 'werkstuk beweegt totdat het contact maakt voor het verschaffen van een kortsluiting. De metaaloverdracht vindt weer plaats door zwaartekracht en oppervlaktespanning. Wanneer de bolletjesbrug tussen de electrode en het werkstuk wordt verbroken door een knijpkracht, wordt de vlamboog onderbroken, waarna de vlamboog wordt hersteld en de kringloop 30 weer begint. Deze soort overdracht vindt gewoonlijk plaats in kooldioxyde-, argon/kooldioxyde- of schermgassen met helium als hoofdbestanddeel. Indien gebruikt bij hoge stroomdichtheden en gebruikelijke vlamboogspannin-gen, is de metaaloverdracht door deze werkwijze veel heftiger, waardoor het vulmateriaal zodanig gaat spatten, dat een las wordt verschaft, die 35 in uiterlijk en geometrie onbevredigend is.

De metaaloverdrachteigenschappen van de drie werkwijzen 8302725 * » 3 kunnen als volgt worden samengevat:

Werkwijze Materiaaloverdracht 1. Sproeivlamboog zeer kleine druppeltjes - (lange vlamboog) geen kortsluiting 5 2. Bolletje grote druppels - willekeurige (lange vlamboog) kortsluiting mogelijk 3. Kortsluiting kleine druppeltjes - (korte vlamboog) kortsluiting

Argon en helium worden het dikwijlst gebruikt voor 10 het GMA-lassen van non-ferro-materialen. Zij zijn volledig inert.

Hoewel de twee gassen even inert zijn, zijn zij verschillend in andere eigenschappen. Deze verschillen vinden weerslag in de metaaloverdracht door de vlamboog, in smeltverbindingsdoordringingen, in lasgedaante, in ondersnijding en andere lasveranderlijken.

15 Helium heeft een grotere thermische geleidbaarheid dan argon. Voor een bepaalde vlambooglengte en -stroom, is de vlamboog-spanning bij het af schermen met helium hoger dan met argon. Derhalve wordt bij een bepaalde stroom meer warmte geproduceerd met een scherm van helium dan met een scherm van argon. Dit maakt dat helium de voor-20 keur verdient voor gebruik bij het lassen van dikke metalen, in het bijzonder metalen met een grote warmtegeleidbaarheid, zoals aluminium- en koperlegeringen. Omgekeerd verdient argon de voorkeur voor gebruik bij het lassen van de lichtere metaalprofielen en metalen met een lagere warmtegeleidbaarheid, omdat het een kleinere hoeveelheid warmte produ-25 ceert. Dit geldt in het bijzonder bij het in een andere stand lassen dan plat.

Lasversterkings- en -doordringingspatronen verschillen bij het argon- en helium-afschermen of bij mengsels van deze twee.

Lassen, gemaakt met helium, hebben een breder versterking dan lassen, 30 gemaakt met argon. Lassen, gemaakt met argon zijn dieper doorgedrongen in het midden dan aan de randen. Helium is toegevoegd aan argon voor het vergroten van de verbindingsdoordringing onder behoud van de gewensts metaaloverdrachteigenschap van argon. De rupsgedaante en de doordringing worden sterk beïnvloed door de metaaloverdrachteigenschappen.

35 De sproeivlamboogoverdracht neigt tot het produceren van een betrekkelijk diepe doordringing volgens de hartlijn van de lassen en een betrekkelijk ondiepe doordringing aan de randen als gevolg van een plasmastraalwerking.

8302725 η 4

Bolletjes- en kortsluitingoverdracht neigen tot het produceren van een bredere en ondiepere doordringing. In de regel wordt sproeivlamboog-overdracht in argon gemakkelijker verkregen dan in helium.

Hoewel de zuivere inerte gassen dikwijls essentieel 5 zijn of de voorkeur verdienen voor gebruik bij het lassen van sommige nonferro-metalen, verschaffen zij niet altijd de bevredigendste bedrijf seigenschap voor gebruik bij het lassen van ferrometalen. Bij het met zuiver argon afschermen heeft het metaal de neiging weg te trekken van en niet uit te vloeien naar de smeltlijn of -teen van de las in 10 koolstof- en de meeste staalsoorten met een lage legering. Verder is de metaaloverdracht willekeurig en spatterig. Het gebruik van helium of van argon-heliummengsels verbetert de toestand niet. Bij het met afscherming met een zuiver inert gas lassen van de sterker gelegeerde ferrometalen, is de metaaloverdracht eveneens willekeurig en spatterig.

15 Het toevoegen van een" reactief gas, zoals zuurstof of kooldioxyde aan argon, stabiliseert de vlamboog en bevordert een gunstige metaaloverdracht en beperkt het spatten tot een minimum. Tegelijkertijd verandert deze toevoeging de gedaante van de dwarsdoorsnede van de las, en wordt de bevochtiging en stroming van het lasmetaal langs de randen 20 van de las in koolstof- en staalsoorten met een lage legering bevorderd. Het reactieve gas vermindert ook het ondersnijden of heft dit op. Deze verandering in dwarsdoorsnede, te weten een verkleining van de middenvinger van het doordringen, vermindert de porositeit.

Bij het afschermen met kortsluiting-metaaloverdracht 25 gebruikte gassen verschillen dikwijls van die, gebruikt in het afschermen bij de druppeloverdracht. Argon/kooldioxydemengsels worden bijvoorbeeld dikwijls gebruikt voor het afschermen van staal bij kortsluiting-overdracht, maar worden zelden of nooit gebruikt met druppeloverdracht. Argon of argon/heliummengsels worden gebruikt voor het afschermen van de 30 meeste nonferro-metalen. Reactieve gassen of mengsels van inerte en reactieve gassen worden gebruikt bij het verbinden van staalsoorten.

De veelatomische of "hoogspanning"-gassen worden vaker in schermmengsels gebruikt met het kortsluitinglassen dan in het druppel-overdrachtlassen voor het vergroten van de warmteinvoer en het verbeteren 35 van het bevochtigen. Het percentage reactief gas moet zijn beperkt voor het in de hand houden van gas-metaalreacties, die metallurgisch schade- 8302725 * # 5 lijk zijn. Argon/kooldioxydemengsels werken bevredigend voor het af-schermen van roestvrije staalsoorten, maar vergroten het koolstofgehalte van het lasmetaal en verminderen de corrosiebestendigheid, in het bijzonder in veeltraps-lassen. Een minder reactief schermmengsel van 90% helium 5 - 7,5% argon - 2,5% kooldioxyde is gebruikt voor het bereiken van een bevredigende corrosiebestendigheid en het verminderen van de oxydatie van de las. In dit schermmengsel vergroten zowel het helium als het kooldioxyde de warmteinvoer voor een bepaalde stroom- Het kooldioxyde verte tert ook de vlamboogstabiliteit. Als gevolg worden een beter bevoch- a 10 tigen en een betere lasgedaante bereikt.

Als een verder voorbeeld van de uitwerking van scherm-gasmengsels bij de bolletjesoverdrachtwerkwijze onder gebruikmaking van kooldioxyde als het scherm, wordt de overdracht gekenmerkt door bolletjes, die groter zijn (gewoonlijk tweemaal de afmeting) dan de electro-15 dediameter, waarbij de druppeltjesoverdracht echter willekeurig en niet axiaal is. Wanneer argon wordt toegevoegd aan de gasafscherming, veranderen de met argon verrijkte kooldioxydegassen de druppeltjes tot een kleinere afmeting, kleiner dan de diameter van de draad, en worden zij coaxiaal met de electrode overgedragen. De zwaartekracht samen met elec-20 tramagnetische krachten hebben de voorziene materiaaloverdracht tot gevolg. Bij aanvullende hoeveelheden argon, wordt de druppeltjesafmeting steeds kleiner totdat de sproeivlamboogoverdrachtwerkwij ze zonder enige kortsluitingen plaatsvindt.

In een artikel, verschenen in de uitgave van januari-25 februari 1975 van "Metalworking Management", is de achtergrond beschreven van de Plasma-laswerkwijze, die was ontwikkeld in 1971. In dit artikel wordt de plasmawerkwijze beschreven, waarbij gebruik wordt gemaakt van een mengsel van drie gassen, te weten argon, kooldioxyde en zuurstof, en is de mogelijkheid gesuggereerd andere gassen toe te voegen, 30 zoals helium en waterstof, hetgeen echter tot op het moment van het verschijnen van dit artikel nog nimmer was toegepast. Voorafgaande aan de plasmawerkwijze, waren uit drie gassen bestaande mengsels nog niet in het bedrijf gebruikt voor het lassen van staal. De materie van de onderhavige aanvrage verschaft voor het eerst een op bijzondere wijze samen-35 gesteld mengsel van vier gassen, en de verrassenderwijze daaruit voortvloeiende verbeterde resultaten. Hierdoor is het lassen voor wat betreft de laskwaliteit en de lassnelheden sterk vooruit gebracht onder het 8302725 * <.

6 gelijktijdig verlagen van de laskosten.

Het Amerikaanse octrooischrift 3.139.506 is gericht op het vlambooglassen, waarbij een schermgasmengsel is beschreven, dat een samenstelling heeft van 20 - 70 vol.% COj/ 1-15 vol.% en de 5 rest Ar. In de laatste zin van de beschrijving van dit Amerikaanse octrooischrift wordt gesuggereerd, dat helium of een mengsel van helium en argon kan worden gebruikt in plaats van argon in het beschreven schermgasmengsel. Dit octrooischrift zwijgt over de mengselpercentages van helium en argon, en kritische bereiken zijn dus niet vastgesteld. Ook 10 moet worden opgemerkt, dat volumebereiken voor CO2 en worden geopen- baard, die ver buiten die liggen, welke volgens de aanvrage worden gebruikt.

Het doel van de uitvinding is het aanzienlijk verhogen van de lasafzetsnelheden onder het verbeteren van de gewenste laskwali-15 teit en -uiterlijkl Dit wordt bereikt door een GMA-laswerkwijze, die aanzienlijk hogere stroomdichtheden, spanningen, en electrodediameters omvat samen met een bijzonder lasgas, dat een bijzonder lasplasma produceert met een sterk verbeterde stabiliteit. Onder het verbeteren van de fysische eigenschappen van de lasverbinding, bereikt deze werkwijze ook 20 lasafzetsnelheden in de orde van tweemaal die van de gebruikelijke sproei vlamboogwerkwi jze.

De onderhavige werkwijze heeft de gewenste eigenschappen van zowel de sproeivlamboog- (grote aantallen bolletjes per seconde) als bolletjesoverdracht- (grote bolletjes) werkwijzen zonder enige kort-25 sluitingverschijnselen. De werkwijze bereikt met andere woorden, de vergrote bolletjes, zoals de bolletjesoverdrachtwerkwijze, met de regelmatige bolletjesstroom van de sproeivlamboogwerkwijze. De hoge afzet-snelheid is verrassend, aangezien de bolletjes- (grote druppels) overdracht van electrodemateriaal tot nu toe samen werd gedacht met het las-30 sen met een lage stroomdichtheid. Verder wordt een gelijkblijvend coaxiaal vrijmaken van de bolletjes bereikt in tegenstelling tot het zijdelings verspringend vrijmaken, zoals verwezenlijkt met bekende scherm-gasmengsels. Gemeend wordt, dat het axiaal vrijmaken van de bolletjes bij-draagt aan het niet spatten van de onderhavige werkwijze. Een zeer be-35 langrijk aspect van de werkwijze is de onderkenning van het belang van het stabiliseren van de afmeting en de vorm van het plasma, en het ver- 8302725 7 schaffen van een lasgasmengsel, dat dit resultaat vergemakkelijkt en het gebruik mogelijk maakt van hogere stroomdichtheden en grotere electrode-afmetingen.

Een laswerkwijze, die het regelmatig of met tussenpozen 5 kortsluiten omvat tussen de electrode en het werkstuk, vertraagt onvermijdelijk de lasafzetsnelheid of verlaagt deze als gevolg van de onderbreking van de electrische stroon, en derhalve de snelheid van metaalover-dracht van de electrode naar het werkstuk. Afzetting van het 1 asmateriaal en kwaliteit van de lasverbinding hangen direct samen met de hoeveel-10 heid metaal, overgedragen van de electrode, de voorverwarmingstoestand van de werkstukverbinding en de mogelijkheid om de gesmolten overgedra- * gen metaal stroom in de lasverbinding vast te houden. Hoewel het anders gezegd bekend is, dat hoge stroomdichtheden en hoge spanningen electrode-metaaloverdracht vergroten, bepalen andere omstandigheden de mogelijk-15 heid dit' overgedragen metaal op het werkstuk vast te houden voor het zodoende verschaffen van een gewenste lasverbinding, welke omstandigheden de stroomdichtheden gewoonlijk tot het bereik hebben gehouden van 202 A/ mm* voor de tot nu toe bekende snelste afzetwerkwijzen.

In de onderhavige laswerkwijze is er een niet-kort-20 sluitende stroom gesmolten electrodemateriaal met een vrije vlucht, zoals in de sproeivlamboogoverdracht, samen met bolletjesafmetingen, die gewoonlijk samenhangen met de bolletjesoverdrachtwerkwijze voor het geven van een aanzienlijk vergroot overdrachtvolume van het electrode-lasmateriaal. Tevens maken het lasgasmengsel en het gestuurde plasma-25 veld daarvan het in de lasverbinding vasthouden van dit vergrote metaal-stroomvolume mogelijk, verbetert het de verbindingskwaliteit en de doordringing door een sterk verbeterd voorverwarmen van de onderlaag.

Het gebruikte lasgasmengsel bestaat in hoofdzaak uit 3-10 vol.% kooldioxyde, 0,1-1 vol.% zuurstof en de rest helium en 30 argon in een verhouding van 0,5 tot 3,5 vol.delen argon voor elk vol.deel helium.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin:

Pig. 1 een schematisch aanzicht is van een installatie 35 voor het uitvoeren van het GMA-lassen, fig. 2 een aanzicht is van een theoretische, door de 8302 725 * "» 8 door de onderhavige werkwijze te bereiken lasverbinding, fig. 3 schematische afbeeldingen weergeeft van de drie grondsoorten van GMA-overdrachtwerkwij zen, fig. 4 een schematisch aanzicht is van de gaslaswerk- 5 wijze, de fig. 5-13 aanzichten zijn van lasverbindingen, gevormd met verschillende schermgassen in vergelijking met het onderhavige lasgas, de fig. 14 - 16 afbeeldingen zijn van opnamen van een 10 zeer snelle fotografische film, die het ontwikkelde plasma weergeven bij gebruik van een schermgas, bestaande uit 85% argon en 15% kooldioxyde, ' de fig. 17 - 19 afbeeldingen zijn van opnamen van een zeer snelle fotografische film, die het ontwikkelde plasma weergeven bij gebruikmaking van een schermgas van 100% kooldioxyde, en 15 dè fig. 20 - 22 weergevingen zijn van opnamen van een zeer snelle fotografische film, die het ontwikkelde plasma afbeelden bij gebruikmaking van het onderhavige lasgasmengsel.

Een schematische voorstelling van een gebruikelijke Q4A-lasinstallatie is weergegeven in fig. 1. Een haspel 10 levert een las-20 draad 12 aan een draadtoevoerinrichting 14, die de draad door een buigzame leiding 16 drukt, die eindigt in een electrodehouder of laspistool 18. Een krachtbron 20 levert stroom aan de lasdraad, en bevat de gebruikelijke spanning- en amperage-besturingen. Een schermgashouder 22 levert gas aan een stromingsstuurinrichting 24, die het gas weer toevoert aan de 25 leiding 16 en het laspistool 18.

Een schematische lasverbinding van de soort, die in het algemeen met het onderhavige gas kan worden bereikt, is weergegeven in fig. 2, en bevat een horizontale plaat 26, een verticale plaat 28 en las-materiaal 30. De volgende aanduidingen hebben betrekking op de lasver-30 binding van fig. 2: A. theoretische druipgroef B. verticaal been C. horizontaal been D. voet van de las 35 E. teen van de las F. eindvlak van de las G. voet van de verbinding 8302725 9 !

De onderhavige las is ontworpen voor het produceren van benen B en C met vergelijkbare lengten en een plat tot enigszins convex eindvlak F. Met tot nu toe bekende werkwijzen met ‘een hoge stroomdichtheid en een hoge afzetsnelheid, worden gewoonlijk benen met aan-5 zienlijk verschillende afmetingen geproduceerd, waarbij het langere been zich op het horizontale oppervlak bevindt en het kortere been op het verticale oppervlak. Verder waren de laseindvlakprofielen niet gelijkblijvend, gaat de teen van de las dikwijls niet geleidelijk over in de platen, en is er dikwijls een ondersnijden van de verticale plaat om 10 de teen E.

Fig. 3 toont schematische afbeeldingen van gebruikelijke sproeivlamboog (A)~, druppeltjes (B)- en kortsluiting (C)-over-drachtwerkwijzen. Eerst verwijzende naar de sproeivlamboog (A),. bevindt een electrode 32 zich verticaal op afstand vanaf de onderlaag of het 15 werkstuk 34, en is een reeks afzonderlijke kleine druppeltjes 36 aanwezig, welke druppeltjes in een boogstroom naar de lasplas 38 stromen.

In de bolletjesoverdracht (B), vormt zich een groot bolletje 40 aan het einde van de electrode 42, dat wanneer de zwaartekracht daarop de oppervlaktespanning tussen de electrode en het bolletje overschrijdt, naar 20 de lasplas 44 valt. In de kortsluitingoverdracht (C), smelt de punt van de electrode 46 voor het vormen van een druppel 48, die onder de zwaartekracht langwerpiger wordt tot contact met de lasplas 50 voor het verschaffen van een kortsluiting, gevolgd door het verbreken van de brug tussen de druppel en de electrode, waardoor de vlamboog wordt hersteld en de 25 kringloop van druppelvorming weer begint.

Aangezien de sproeivlamboogwerkwijze plaatsvindt bij betrekkelijk hoge stroomdichtheden, die gewoonlijk echter 202 A/mm2 niet overschrijden, heeft deze werkwijze een betrekkelijk hoge afzetsnelheid, bijvoorbeeld 54 - 135 g/min. De bolletjes- en kortsluitingoverdrachten 30 vinden plaats bij lagere stroomdichtheden en lagere afzetsnelheden.

Fig. 4 is een schematisch aanzicht van een gedeelte van een laspistool 60, waarbij de onderhavige metaaloverdrachtwerkwijze is verduidelijkt. Een laspistoolmondstuk 62 omgeeft coaxiaal een punt 64, waardoorheen een lasdraad of electrode 66 wordt gevoerd. Stroom van de 35 krachtbron wordt bij de punt 64 ingevoerd naar de electrode 66, en de electrode wordt over de afstand P tussen het einde van de punt en het 8302725 10 einde van het mondstuk voorverwarmd- Schermgas 68 stroomt door het mondstuk 62 en omgeeft de electrode en een gesmolten plas 70 in een werkstuk 72. De lasvlamboog is aangeduid bij 73.

De electrodestroom verhoogt het energieniveau van het 5 lasgas in voldoende mate voor het ioniseren van althans de binnenlaag voor het produceren van een plasmastraal 74 rondom de electrode tussen het mondstuk en het werkstuk, en de lasplas 70 omvattende.

Aangezien een geïoniseerd gas of een plasma de bekende wetten van de fysica en thermodynamica niet volgt, is het een "vierde fa-10 setoestand" genoemd, te weten vast, vloeibaar, gasvormig en plasma. Plasma heeft voor verwarmingsdoeleinden twee hoofdvoordelen boven gewoon gas: een hogere temperatuur en betere warmteoverdracht naar andere voorwerpen. Het is duidelijk, dat het bij het lassen zeer wenselijk is het vulmateri- . aal snel te verwarmen, hetgeen door bepaalde plasma's sterk kan worden 15 vereenvoudigd. Ook is ondervonden, dat een gestuurd of gestabiliseerd plasma in sterke mate het voorverwarmen vergemakkelijkt van de onderlaag voor het zodoende verbeteren van de lasdoordringing.

Bij het produceren van een plasma, worden de gasatomen, gedissocieerd in ionen en vrije electronen, waardoor de geladen gas-20 deeltjes tot zeer hoge temperaturen worden verwarmd, bijvoorbeeld 66149 -22204°C. Wanneer dergelijke sterk verwarmde gasdeeltjes worden overgedragen door de vlamboog, geven de geladen plasmadeeltjes hun warmte af voor het smelten van de electrode en het voorverwarmen van de onderlaag, waarna de gekoelde gasdeeltjes recombineren voor het vormen van de 25 moleculaire structuur van het oorspronkelijke gas of de oorspronkelijke gassen.

Hoewel wordt gemeend, dat met de meeste bij het vlam-booglassen gebruikte schermgassen enig plasma wordt verschaft, heeft elk dezer gassen of mengsels van gassen een eigen plasma, dat bepaalde 30 fysische en electrische eigenschappen heeft. Gemeenschappelijk is, dat de warmte van het plasma, bijvoorbeeld 74 in fig. 4, zich voegt bij de warmte, opgewekt door de electrodevlamboog voor het verschaffen van een totale warmte, die beschikbaar is voor het smelten van de electrode.

Tot nu toe blijkt er echter geen onderkenning te zijn geweest van het 35 belang van het sturen of stabiliseren van de gedaante en afmeting van een dergelijk plasma als een middel voor het verbeteren van de laskwaliteit 8302725 11 en de lasafzetsnelheid. Derhalve wordt meer verteld met betrekking tot het onderhavige plasma.

Het maakt deel uit van de uitvinding/ dat het nodig is de electrische potentiaal tussen de lasvlamboog en het plasma te stu-5 ren teneinde een gestuurde en coaxiale overdracht te bereiken vein de gesmolten electrodedeeltjes of -druppels naar het werkstuk zonder eruptie of spatten van het vulmateriaal en zonder het ondersnijden van het werkstuk onder het tegelijkertijd mogelijk maken van de overdracht van grotere hoeveelheden van het electrode-vulmateriaal naar de lasverbinding.

10 Stroom is aanwezig in zowel de lasvlamboog als in het de electrode omgevende plasma. Deze stromen combineren voor het produceren van de totale warmte, die beschikbaar is voor het smelten van de electrode en het voorverwarmen van het werkstuk. De plasmapotentiaal is het verschil tussen de vlamboogspanning en de plasmaspanning. Indien het po-15 tentiaalverschil betrekkelijk groot is, zoals het geval is met het plasma, geproduceerd in de gebruikelijke sproeivlamboog-werkwij ze met een argon- of argonrijk schermgas, heeft de plasmakracht de neiging de afzetting van lasmetaal bij hoge stroomdichtheden uit te spoelen of uit te blazen, hetgeen het verlagen van de stromen vereist, dus het verla-20 gen van de afzetsnelheden teneinde een bevredigende lasverbinding te handhaven.

In de onderhavige laswerkwijze, wordt een bijzondere plasmastraal of -scherm verschaft, waarbij de plasmapotentiaal (het verschil tussen de vlamboog- en plasmaspanningen) lager is dan bij be-25 kende sproeivlamboogwerkwijzen, hetgeen hogere stroomdichtheden toelaat, die sterk vergrote overdrachten van electrodemateriaal naar de lasverbinding mogelijk maken zonder de lasafzetting uit te wassen of te doen spatten.

Tot nu toe was het bij het GMA-lassen in het algemeen 30 niet praktisch om electroden te gebruiken met diameters van meer dan 1,58 mm als gevolg van beperkingen aan de stroomwaarde, die kan worden gebruikt onder het toch handhaven van de gewenste lasverbindingsvor-ming. Deze stroom was tot nu toe beperkt tot het bereik van 100 - 400 A of stroomdichtheden van niet meer dan 202 A/mm2.

35 Het onderhavige bijzondere lasgas maakt het gebruik mogelijk van stroom in het bereik van 1100 A, van stroomdichtheden in het 8302725 9 12 bereik van 698 A/mm2 en electroden met een diameter tot 3,97 mm. Tevens maakt het mengsel het mogelijk, dat draden met een kleinere diameter hogere stroomdichtheden dragen, waarbij bijvoorbeeld een draad van 0,76 mm, 558 A/mm2 kan dragen in vergelijking met normaal 186 A/mm2 . De 5 stroming van het lasgas is in de orde van 0,98 - 1,96 m3/h.

Voor het verschaffen van het onderhavige plasma, is het onderhavige lasgas een mengsel van argon, helium, zuurstof en kooldioxyde in de volgende mengbereiken: argon 40% - 70% 10 helium 25% - 60% kooldioxyde 3% - 10% zuurstof 0,1% - 1%

Zoals hierna wordt uiteengezet, worden bepaalde gasmengsels, alsmede amperages en spanningsniveaus veranderd met de metalen 15 of metaallegeringen, die worden gelast, en de afmeting van de gewenste las.

Zoals gezegd zijn tot nu toe de hoogste lasafzetsnel-heden bereikt met de sproeivlamboogoverdracht-werkwijze. Afhankelijk van de gewenste lasdoordringing, omvat deze werkwijze gewoonlijk een scherm-20 gas, bestaande uit argon en kooldioxyde of alleen argon en zuurstof.

Met deze schermgassen bereikte lasverbindingen zijn in vergelijking met het onderhavige lasmengsel verduidelijkt in de fig. 5-13. Teneinde een redelijke vergelijking te bereiken, werden in beginsel gelijke lasom-standigheden tot stand gebracht, waarbij de hoofdveranderlijken het ge-25 bruikte schermgas of -gasmengsel was. De vergelijkingsproeven omvatten het gebruik van zacht stalen platen 82 en 84 met een kaliber van 20 mm en een laag koolstofgehalte, die horizontaal en verticaal samenhingen voor het vormen van een T-verbinding. De laselectroden waren E 70 S6 en E 70 S7 staaldraad met een diameter van 1,32 mm. De gebruikte electroden 30 waren met koper bekleed of onbekleed, en gaven geen verschil in lasresul-taten. Een eerste norm vaar de kwaliteit van een las is de diepte van de lasdoordringing vanaf de voet van de lasverbinding G naar de voet van de las D. De lasdoordringingsvergelijkingen zijn afgebeeld in de fig. 5-7.

Eerst verwijzende naar fig. 5, is een sproeivlamboog-35 lasverbinding weergegeven, waarbij gebruik werd gemaakt van het tot nu toe als doeltreffendst geziene schermgasmengsel van 85% argon en 15% kool- 8302725 dioxyde. De lasdoordringing, aangeduid bij x, meet 2,5 mm in de vertica le plaat vanaf de voet van de lasverbinding G naar de voet van de las D.

13

De lasparameters en resultaten voor de in fig. 5 5 weergegeven lasverbinding zijn als volgt: schermgas - 85% argon/15% kooldioxyde draadtoevoer- snelheid - 13,59 m/min

afsmeltsnelheid- 8,55 kg/h 10 stroom - 410 A

spanning - 33 V

lassnelheid - 50,04 cm/min

Het is bekend, dat het gebruik van een kooldioxyde- scherm de lasdoordringing verbetert. Dienovereenkomstig toont fig. 6 15 een lasverbinding onder gebruikmaking van een 100% kooldioxyde schermgas. In dit geval is de lasdoordringing y vergroot tot 3,4 mm.

De lasparameters en resultaten voor de in fig. 6 weergegeven lasverbinding zijn als volgt: schermgas - 100% kooldioxyde 20 draadtoevoer- snelheid - 12,29 m/min afsmeltsnelheid - 8,1 kg/h

stroom - 350 A

spanning - 33 V

25 lassnelheid - 50,04 cm/min

Fig. 7 toont de lasverbinding onder gebruikmaking van het, het meest de voorkeur verdienende lasgasmengsel voor zachte en staalsoorten met een lage legering. In dit geval is de lasdoordringing z gelijk aan 5,4 mm. De lasparameters en resultaten voor de lasverbin-30 ding volgens fig. 7 zijn als volgt: schermgas - 65,0% argon, 26,5% helium, 8,0% kooldioxyde, 0,5% zuurstof 35 draadtoevoersnel- heid - 16 m/min afsmeltsnelheid - 9,9 kg/h 8302725 fc 14

stroom - 400 A

spanning -37,5 V

lassnelheid - 80,01 cm/min

Gebleken is, dat het veranderen van de afzonderlijke, 5 direct bovenstaande mengselgassen in het bereik van plus of min 5% van de het meest de voorkeur verdienende waarden, in beginsel dezelfde sterk verbeterde resultaten verschaft.

Bij het vergelijken van de resultaten van de laswerk-wijzen volgens de fig. 5 en 6 door gebruikelijke sproeivlamboogwerkwijzen, 10 met die van de onderhavige 1 aswerkwijzen, fig. 7, is op te merken, dat de lasdoordringing van de onderhavige werkwijze 216% beter is dan die volgens fig. 5, en 159% beter dan die volgens fig. 6. De lassnelheid en dus de afzetsnelheid van de werkwijzen volgens de fig. 5 en 6 waren beide 50,04 cm/min in vergelijking met 80,01 cm/min van de onderhavige 15 werkwijze. De lasafzetsnelheid van de onderhavige werkwijze is met andere woorden 160& sneller dan van vergelijkbare sproeivlamboogwerkwijzen onder gebruikmaking van vergelijkbare amperages en spanningen.

De onderhavige laswerkwijze bereikt dus een betere lasdoordringing en betere afzetsnelheden dan met de tot nu toe best be-20 kende sproeivlamboogwerkwijzen.

Een andere norm voor het meten van de kwaliteit van de lasverbinding is het vergelijken van de hardheid (Rochwell.B) van het lasvulmateriaal met die van de onderlaag of het werkstuk. In het ideale geval is een lasverbinding het best indien de hardheid van het afgezette 25 lasvulmateriaal en van de onderlaag of het werkstuk om de lasverbinding heen, dezelfde zijn. Tot nu toe wordt het echter geaccepteerd, dat het afzetvulmateriaal gewoonlijk harder is dan het werkstuk.

Bij het meten van de hardheid van de afgezette vulmaterialen en de werkstukken overeenkomstig de sproeivlambooglaswerkwijzen 30 volgens de fig. 5 en 6 met die van de onderhavige werkwijze volgens fig.

7, is echter te zien, dat de hardheid van het afgezette vulmateriaal van de onderhavige werkwijze in beginsel dezelfde is als die van het werkstuk. Deze resultaten zijn afgebeeld in de fig. 8 - 10.

In de fig. 8-10 stellen de in de tekening weergegeven 35 getallen de Rockwell hardheidgetallen voor (onder gebruikmaking van een gewicht van 101,25 kg), gemeten op verschillende punten aan het werk- 8302725 15 stuk om de lasverbinding heen en aan het afgezette vulmateriaal.

Pig. 8 komt overeen met de lasverbinding volgens fig.

5 onder gebruikmaking van het schermgas van 85% argon en 15% kooldioxyde. In dit geval is de hardheid van het werkstuk om de lasverbinding heen 5 veranderlijk van 66 tot 72, en is de hardheid van het af gezette vulmateriaal ongeveer 96. Het vulmateriaal is dus tussen 146% en 134% harder dan het werkstuk.

Pig. 9 komt overeen met de lasverbinding volgens fig. 6 onder gebruikmaking van het schermgas van 100% kooldioxyde. Hierbij 10 is de hardheid van het werkstuk om de verbinding heen veranderlijk van 65 tot ongeveer 67, en is de hardheid van het vulmateriaal ongeveer 88.

Het vulmateriaal is dus tussen 135% en 131% harder dan het werkstuk.

Pig. 10 komt overeen met de lasverbinding volgens fig.

7 onder gebruikmaking van het onderhavige lasgas. In dit geval is de hard-15 heid van het werkstuk om de lasverbinding heen veranderlijk van 86 tot 87, en is de hardheid van het vulmateriaal ongeveer 86. De hardheid van het vulmateriaal is dus in beginsel dezelfde als die van het werkstuk.

Als een verdere toets voor de kwaliteit van een gelaste verbinding is het zeer wenselijk, dat de treksterkte van het werkstuk 20 en het afgezette vulmateriaal zoveel mogelijk gelijk is. Dergelijke vergelijkende treksterkten zijn afgebeeld in de fig. 11 - 13. De in de fig.

11-13 weergegeven getallen vertegenwoordigen de treksterkte, gemeten in kg/mm2.

Fig. 11 komt overeen met de lasverbinding volgens fig.

25 5 onder gebruikmaking van het schermgas van 85% argon en 15% kooldioxyde.

Hierbij is de treksterkte van het werkstuk veranderlijk van ongeveer 43 tot 47, terwijl die van het vulmateriaal ongeveer 75 is. De treksterkte van het vulmateriaal is dus ongeveer 172% groter dan die van het werkstuk.

30 Fig. 12 komt overeen met de lasverbinding volgens fig.

6 onder gebruikmaking van een 100% kooldioxyde schermgas. Hierbij is de treksterkte van het werkstuk ongeveer 43, en die van het vulmateriaal 64. De treksterkte van het vulmateriaal is dus ongeveer 149% groter dan die van het werkstuk.

35 Fig. 13 komt overeen met de lasverbinding volgens fig.

7 onder gebruikmaking van het onderhavige lasgas. In dit geval zijn de 8302725 16 treksterkte van het werkstuk en die van het filmmateriaal op 61 ongeveer gelijk.

Een andere genormaliseerde proef in de industrie is bekend als de Charpy-slagproef. De proef bepaalt de mogelijkheid van een 5 las om een vooraf bepaalde slag bij een bepaalde temperatuur te weerstaan. Voor vergelijkingsdoeleinden wordt verwezen naar "Pocket Welding Guide", verschaft door de Hobart Brothers Company, waarvan het kopij-recht is verzekerd in 1979. Verwijzende naar blz. 74, gaven Charpy-proefresultaten voor een AWS &70S-6 electrodemateriaal en onder gebruikmaking van een 10 Ct^-schermgas, bij -29°C een slag van 98 N aan voor een draad met een diameter van 1,14 mm. Zoals uitgevoerd door een onafhankelijke onderzoeksinstantie, gaven vergelijkbare proeven onder gebruikmaking van E70S-6 electrodemateriaal en het onderhavige lasgasmengsel bij onder meer zacht staal en staal met een lage legering bij -29°C het volgende resulta-15 tenbereik onder gebruikmaking van vijf proefmonsters:

Monster Slag N

1 534 2 378 3 463 20 4 334 5 369

Zoals gebruikelijk werden de hoge (534) en lage (334) resultaten verwaarloosd, hetgeen een gemiddelde slag gaf van ongeveer 401 N of drie-tot viermaal zo groot als die, beschreven in de boven-25 genoemde "Guide".

In een poging de reden te bepalen voor de verrassend betere slagproefresultaten, voerde dezelfde onderzoeksinstantie verschillende aanvullende onderzoekingen uit van de las met inbegrip van een microfoto van een zwavelafdruk, hetgeen aangaf dat de las vrijwel zwavel-30 vrij was. Dus werd geconcludeerd, dat de sterk verbeterde slagresultaten het gevolg waren van de zuiverheid of de toestand van zwavelvrijheid van de las, bereikt door de onderhavige werkwijze en het onderhavige gasmengsel. Met de onderhavige werkwijze wordt de lasplas op een hogere temperatuur gebracht, en onder meer met een ongebruikelijk hoge frequentie 35 gepulseerd of gebombardeerd door de grote electrodebolletjes voor het helpen zuiveren of reinigen van de lasverbinding.

8302725 17

Getheoretiseerd wordt, dat het in dichte overeenstemming brengen van de hardheden en de treksterkten van het lasvulmateriaal en de lasverbinding, de verbeterde doordringing en de sterk verbeterde slagsterkten van de las, het gevolg zijn van het sterk verbeterde mengen 5 of legeren van de vul- en onderlaagmaterialen, veroorzaakt door de aanzienlijk grotere hoeveelheid warmte met inbegrip van het voorverwarmen van de onderlaag, beschikbaar met de onderhavige werkwijze. Ook wordt gemeend, dat deze resultaten het gevolg zijn van het snelle bombarderen van de lasverbinding door grote hoeveelheden vergrote gesmolten bolletjes, 10 en het zwavelvrij zijn van de las.

Het is dus duidelijk, dat de onderhavige laswerkwijze een lasverbinding verschaft, die met betrekking tot de lasslagsterkte, de lasdoordringing, de lasafzetsnelheid, aanzienlijk beter is, alsmede het afgezette vulmateriaal en het werkstuk in overeenstemming brengt 15 met betrekking tot de hardheid en de treksterkte.

Een andere belangrijke klasse staalsoorten, waarbij de lasresultaten sterk worden verbeterd door de onderhavige werkwijze, zijn die van de soorten met een lage legering, die zijn geblust en gehard. Het voor deze klasse het meest de voorkeur verdienende lasgasmeng-20 sel is als volgt: argon 44,00% helium 52,00% kooldioxyde 3,82% zuurstof 0,18% 25 Onder gebruikmaking van het bovengenoemde lasgasmeng- sel voor het met een stootvoeg lassen van een paar profielen met een dikte van 146,10 mm van laag gelegeerd, geblust en gehard staal, werden Charpy-slagproeven uitgevoerd bij -51°C op vijf profielen van 10 mm, genomen uit de bovenste (zijde A) en onderste (zijde B) gedeelten van de 30 lasverbindingen, waarbij de volgende resultaten ontstonden:

Zijde A Zijde B

1. 303 N 1. 458 N

2. 360 N 2. 449 N

3. 454 N 3. 434 N

35 4. 414 N 4. 276 N

5. 458 N 5. 283 N

8302725 18

Weer de hoge en lage resultaten eliminerende, waren de gemiddelde slagwaarden 409 N voor de zijde A, en 383 N voor de zijde B. Deze. resultaten waren ongeveer tweemaal beter dan de hoogste normen ooit gezet voor de slagsterkte voor het lassen van dergelijke materialen.

5 Voor roestvrij staal is het, het meest de voorkeur verdienende lasgasmengsel als volgt: argon 41,66% helium 55,00% kooldioxyde 3,20% 10 zuurstof 0,14%

In de stand van de techniek wordt weinig of geen aandacht besteed aan de aard, bijvoorbeeld.de gedaante, de afmeting en de consistentie van het tijdens het GMA-lassen gevormde plasma. Pas het bijzondere onderhavige plasma maakt het verbeterde lassen mogelijk.

15 Tot nu toe zijn de gassen in hoofdzaak gekozen met het oog op het tegen verontreiniging beschermen van de lasverbinding (zie het Amerikaanse octrooischrift 3.496.323), het veranderen van de lasdoordringing (zie het Amerikaanse octrooischrift 3.139.506) en het stabiliseren van de vlamboog (zie het Amerikaanse octrooischrift 2.916.601), hetgeen alle 20 belangrijke lasoverwegingen zijn. Een eventueel verschaft schermgas-plasma was echter eigen aan deze eerder vermelde overwegingen. Zoals hierna wordt aangetoond en beschreven, waren onder gebruikmaking van bekende en de voorkeur verdienende gasmengsels, de daaruit voortvloeiende plasma's onregelmatig en ongestuurd voor wat betreft de gedaante, en 25 verdwenen zij soms zelfs tijdens de laswerkwijze.

Thans is het kritisch zijn gevonden van het sturen en stabiliseren van het plasma teneinde zowel de laskwaliteit als de las-afzetsnelheden te verbeteren. Het hoofddoel van de uitvinding is dus het sturen van de geaante, de afmeting en de consistentie van het plasma, 30 dat de electrode en de lasplas of lasverbinding omgeeft. Door het sturen van de plasmagedaante en -afmeting en het verder nauw begrenzen van het plasma tot de electrode en het lasgebied, wordt de plasmawarmte geconcentreerd voor het zodoende zowel snel smelten van het electrodemateriaal als voorverwarmen van het lasgebied voor het zodoende vergroten van de 35 lasdoordringing, verhogen van de lasafzetsnelheid en verbeteren van de laskwaliteit.

8302725 19 ƒ·

Teneinde de uniekheid daarvan aan te tonen, werd een reeks films met'hoge snelheid (4000 opnamen per seconde) gemaakt voor het vergelijken van het onderhavige plasma met dat van twee andere hoog aangeslagen schermgassen. Meer in het bijzonder waren de twee andere 5 schermgassen (1) het mengsel van 85% argon en 15% kooldioxyde, en (2) 100% kooldioxyde. De lasafzetsnelheden en laskwaliteiten onder gebruikmaking van deze schermgassen, zijn vergeleken en beschreven aan de hand van de fig. 5-13.

Aangezien het moeilijk is opnamen van dergelijke films 10 met hoge snelheid in octrooitekeningen weer te geven, zijn voorstellingen of afbeeldingen van vergelijkende opnamen of beelden weergegeven in de fig. 14 - 22. Elk der figuren 14 - 22 geeft een foto weer, genomen bij 1/4000 van een seconde.

In het geval van plasma, opgewekt door het toevoegen 15 van argon tijdens een vlambooglaswerkwijze, en zoals duidelijk weergegeven in de bestuderingen van de filmbeelden met hoge snelheid, veranderen de gedaante, de afmetingen en, hetgeen het belangrijkst is, de richting van het schermgasplasma voortdurend enigermate tijdens de las-kringloop. Hoewel met andere woorden het bij 74 in fig. 4 afgeheelde.

20 plasma een momentele weergeving is van het onderhavige plasma, zijn de eigenschappen van het plasma op een ander moment veranderd. Zoals echter is te zien bij het vergelijken van de fig. 14 - 22, hebben de plasma's van de verschillende schermgassen in het algemeen verschillende fysische en electrische eigenschappen, die sterk verschillende laseigenschappen 25 tot gevolg hébben.

In de in de fig. 14-22 afgeheelde bestuderingen van de hoge snelheidsfilm, waren de electrodeafmetingen 1,32 mm, de spanningen, in het bereik van 33 - 38 V en de amperages in het bereik van 350 - 410 A. Overigens waren de electrode-af meting, de spanningen en de amperages 30 in het algemeen de maxima, die praktisch konden worden gebruikt met de vergelijkende schermgassen, d.w.z. argon/kooldioxyde en alleen kooldioxyde.

In de eerste hoge snelheidsfilm, waarvan afzonderlijke opnamen zijn afgeheeld in de fig. 14 - 16, bestond het schermgas uit 35 85% argon en 15% kooldioxyde. In dit geval werd waargenomen, dat het plasma 90 de electrode 92 boven de punt 94 niet nauwsluitend omgeeft maar in plaats daarvan lijkt te beginnen bij de punt en de van de punt vallen- 8302725 20 de, fijne, gesmolten druppeltjes op te slokken. Op te merken is, dat de fijne gesmolten druppeltjes elk aanzienlijk kleiner zijn dan de elec-trodediameter. Het plasma 90 raakt de onderlaagplaten 96 en 98, en stijgt, zoals te zien in de fig. 14 - 16, volgens een ongestuurd of willekeurig 5 patroon op vanaf een grondbreedte w van ongeveer 5,1 - 10,2 mm om de lasplas 100 heen, en strekt zich uit tot een algemene hoogte h van ongeveer 10,2 mm. Tenzij de stroomdichtheid onder een bepaalde waarde wordt gehouden, in het algemeen niet boven de 202 A/mm2, neigt de grillige of niet-gestuurde aard van het plasma 90 tot het uit de lasplas 100 spoelen 10 van het gesmolten metaal. Het potentiaalverschil tussen de electrodevlam-boog en het plasma laat het de twee blijkbaar niet toe hun warmte-energie-en doeltreffend samen te voegen voor het maximaal maken van het smelten van de electrode en het voorverwarmen van de onderlaag. De film toont ook aan, dat de afmeting van de druppeltjes 102 vanaf het einde van de 15 electrode een fijne versproeiing tot gevolg heeft, die de electrode niet in een regelmatig patroon achterlaat. In plaats daarvan scheiden de druppeltjes zich willekeurig af van één zijde van de electrodepunt, en· dan van de andere. Als gevolg van de niet-gestuurde aard van het plasma 90 en het onregelmatig vertrek van de druppeltjes vanaf de electrode, is 20 het nodig de stroomdichtheid te beperken voor het verminderen van de neiging van het gesmolten metaal om uit de lasplas te worden gespoeld.

Voor vergelijkingsdoeleinden van de lasafzetsnelheid, zijn de parameters van de eerste film (85% argon/15% kooldioxyde): draadsnelheid - 13,72 m/min 25 afsmeltsnelheid - 7,65 kg/h lassnelheid - 48,26 cm/min.

In de tweede boge snelheidsfilm, waarvan afzonderlijke opnamen zijn afgebeeld in de fig. 17 - 19, bestaat het schermgas uit 100& kooldioxyde. Ook hier omringt het plasma 104 de electrode 106 niet 30 ver boven de punt 108, maar strekt het zich in plaats daarvan in het algemeen uit tussen de punt en de lasplas 110, en heeft het een zeer smalle breedte van ongeveer 2,03 - 3,05 mm rondom de lasplas, en een hoogte van ongeveer 2,54 mm. Tijdens deze laswerkwijze werd waargenomen, dat het plasma met tussenpozen lijkt te verdwijnen of te worden gedoofd. Ook 35 moet worden opgemerkt, dat het totale plasma vrij klein is. Een op de film gelegd oscillograafbeeld bevestigt het willekeurige vlambooggedrag 8302725 21 als gevolg van de kortsluiting, die plaatsvindt wanneer de electrode-druppel 112 langwerpig wordt voor het raken van het werkstuk 114 - 116 en het binnendringen in de lasplas.

De lasafzetsnelheidsparameters van de tweede film S (100% kooldioxide) zijn: draadsnelheid - 12,7 m/min , afsmeltsnelheid - 7,2 kg/h lassnelheid - 48,26 cm/min.

In de derde hoge snelheidsfilm, waarvan afzonderlijke 10 opnamen zijn afgebeeld in de fig. 20 - 22, bestaat het lasgas uit het onderhavige mengsel van 65,70% argon, 25 - 35% helium, 5 - 10% kooldioxide en 0,1 - 1% zuurstof. In dit geval is op te merken, dat het plasma 120 een in het algemeen divergerende of kegelvormige gedaante heeft en zich uitstrekt van boven de punt 122 van de electrode 124 naar een voet, 15 die de lasplas 126 omringt en een in hoofdzaak gelijke voetbreedte handhaaft van ongeveer 10,16 mm bij een hoogte van 7,62 - 12,7 mm. Hoewel, zoals opgemerkt, de afmeting en de gedaante van het plasma 120 tijdens de laswerkwijze schommelen, behoudt het in het algemeen de divergerende of kegelvormige gedaante, en handhaaft het een nauwsluitend omringend 20 verband met betrekking tot de electrode en de lasplas.

De lasafzetsnelheidsparameters van de derde film onder gebruikmaking van het onderhavige schermgasmengsel voor zacht staal zijn: draadsnelheid - 16,51 m/min 25 afsmeltsnelheid - 10,35 kg/h lassnelheid - 91,44 cm/min.

Zoals te zien in de derde film, afgebeeld in de fig.

20 - 22, is er een pulserende werking, die in het plasma optreedt in samenhang met de vorming van de bolletjes 128, die voorafgaande aan de 30 scheiding van de electrode enigszins tot aanzienlijk groter zijn dan de electrodediameter. Ook is geregistreerd, dat deze grote bolletjes werden gevormd met een snelheid van 800 per seconde. Ter vergelijking moet worden opgemerkt, dat in een gebruikelijke kortsluit- of korte vlamboogwerkwijze, druppels van de gesmolten electrode worden overgedra-35 gen naar of de lasplas binnenkomen met de snelheid van ongeveer 90 druppels of bolletjes per seconde. Ook is waargenomen, dat de gesmolten bol- 8302725 22 letjes van de onderhavige werkwijze de lasplas binnengaan zonder enige neiging tot spatten of uitwassen. Gemeend wordt, dat de bestendigheid van het nauwsluitend omhullende plasma 120 en de aanzienlijke voorver-warming van de onderlaag 130 - 132 in belangrijke mate bijdragen aan het 5 in de plas vasthouden van de bolletjes en het voorkomen van spatten.

Ook moet worden opgemerkt, dat de onderhavige gesmolten bolletjes 128 althans de afmeting hadden van de electrodediameter (1,32 mm) en in feite in het bereik lagen van 1,42 - 3,20 mm. De fijne druppeltjes 102 van de sproeivlamboogoverdracht, afgebeeld in fig. 14 -10 16 waren voor praktische metingen te klein. Aangezien de bolletjes 112 volgens de fig. 17 - 19 normaal door kortsluiting werden overgedragen, was het aan de andere kant niet mogelijk hun afmeting nauwkeurig te bepalen, hoewel zij waarschijnlijk de diameterafmeting van de electrode benaderen.

15 Gemeend wordt, dat de pulserende werking, samenhangende met de onderhavige vorming en overdracht van grote bolletjes met de hoge snelheid van 400 - 1200 bolletjes per seconde in de gesmolten plas, in belangrijke mate bijdraagt aan de verbeterde laskwaliteit, zoals beschreven aan de hand van de fig. 5-13.

20 Zoals hiervoor uiteengezet zijn door het gebruik van electrode-afmetingen en stroomdichtheden op of dicht bij de praktische maxima, die kunnen worden gebruikt met de bekende GMA-laswerkwijzen met een hoge afzetsnelheid, aanzienlijk verbeterde lasafzetsnelheden en kwaliteiten bereikt. Zoals bijvoorbeeld eerder opgemerkt aan de hand van de 25 fig. 5 - 13, is onder gebruikmaking van soortgelijke bedrijfsparameters met uitzondering van de schermgassen, een lasafzetsnelheid bereikt, die 160% sneller is dan bij bekende laswerkwijzen, samen met een sterk verbeterde lasverbindingskwaliteit.

Door het gebruiken van electrode-afmetingen en stroom-30 dichtheden, die aanzienlijk groter zijn dan die, welke praktisch bruikbaar zijn bij bekende schermgassen of gasmengsels, zijn een sterk verbeterde lasverbindingskwaliteit en lasafzetsnelheden bereikt. Bij wijze van ander voorbeeld, zijn platen van zacht staal gelast onder gebruikmaking van een electrode met een diameter van 1,32 mm met de volgende para-35 meters en resultaten: schermgas - 65,0% argon, 8302725 23 —26,5% helium, - 8,0% kooldioxyde, - 0,5% zuurstof draadtoevoer- 5 snelheid - 33,02 m/min

afsmeltsnelheid- 21,06 kg/h stroomdichtheid- 697 A/mm2 spanning - 38 - 42 V

In de voorgaande en alle andere de voorkeur verdienen-10 de lasgasmengsels, is het argon aanwezig in een hoeveelheid van 0,5 - 3,5 vol.delen voor elk vol.deel helium.

Sen ander bijzonder resultaat, bereikt met de onderhavige werkwijze is de mogelijkheid een 100% lasverbinding te bereiken van stalen platen tot dikten van 12,7 mm. Een paar in lijn geplatste 15 stalen platen van 12,7 mm wordt bijvoorbeeld in aanliggende en in lijn liggende standen geplaatst zonder enige voorafgaande voorbereiding van de aanliggende randen, waarbij gebruikmakende van het onderhavige lasgas-mengsel voor zacht staal een eerste gelaste verbinding of rups wordt gemaakt langs de lengte van de aanliggende randen aan één zijde van de 20 platen, en dan een tweede rups wordt gemaakt langs de lengte van de aan-ligggende randen aan de tegenover liggende zijde van de platen. Een dwarsdoorsnede door de gelaste verbinding toont aan, dat de eerste en tweede rupsen in een of samen zijn gevloeid voor het geven van een 100% las.

Een dergelijke 100% las in stalen platen met een dikte van 12,7 mm, is 25 tot nu toe met geen enkele GMA-werkwijze bereikt.

Andere verbeterde resultaten zijn mogelijk binnen de beoogde omvang van de uitvinding, zoals uiteengezet in de aangehechte conclusies.

30 8302725

Claims (14)

1. Electrische laswerkwijze onder gas, gebruikt met een i laspistool, voorzien van een punt voor het opnemen van een verbruikbare electrode, en van een mondstuk, dat radiaal op afstand coaxiaal is ten opzichte van de punt voor het vormen van een ringvormige gasdoorgang, 5 welke werkwijze het toevoeren omvat van de laselectrode aan een te lassen metalen verbinding, het door de electrode leiden van stroom voor het verschaffen van een electrische vlamboog tussen het einde van de electrode en de metalen verbinding, welke stroom het eindgedeelte van de electrode doet smelten voor het overdragen van gesmolten electrodemateriaal 10 naar en het vullen van de lasverbinding, en het doen stromen van gas door het mondstuk naar een vlamboogplasma tussen de electrode en de lasverbin-ding, met het kenmerk, dat de verbruikbare electrode een diameter heeft in het bereik van 0,76 - 3,96 mm met een stroom daardoorheen in het bereik van 100 - 1100 A, waarbij het lasgasmengsel in''hoofdzaak bestaat 15 uit 40 - 70% argon, 25 - 69% helium, 3 - 10% kooldioxyde en 0,1 - 1% zuurstof.

2. Electrische laswerkwijze onder een gas, gebruikt met een laspistool, voorzien van een punt voor het opnemen van een verbruikbare electrode, en van een mondstuk, dat radiaal op afstand coaxiaal is 20 ten opzichte van de punt voor het vormen van een ringvormige gasdoorgang, welke werkwijze het toevoeren omvat van de laselectrode aan een te lassen metalen verbinding, het door de electrode leiden van stroom voor het verschaffen van een electrische vlamboog tussen het einde van de electrode en de metalen verbinding, waarbij de stroom het eindgedeelte van de 25 electrode doet smelten voor het doen overdragen van gesmolten electrodemateriaal naar en vullen van de lasverbinding, en het doen stromen van lasgas door het mondstuk voor het leveren van het plasma aan de electrode en de lasverbinding, met het kenmerk, dat het lasgasmengsel in hoofdzaak bestaat uit 40 - 70% argon, 25 - 60% helium, 3 - 10% kooldioxyde en 30 0,1-1% zuurstof, waarbij de stroom een sterkte heeft voor het vormen van gesmolten bolletjes aan de punt van de electrode met een snelheid van 400 - 1200 bolletjes per seconde.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de bolletjes een diametrale afmeting hebben, die althans even groot is als 8302725 4ft de diameter van de electrode.

4. Electrische vlamboogwerkwijze voor het lassen van zacht staal en staal met een lage legering, welke werkwijze wordt gebruikt met een laspistool, voorzien van een punt voor het opnemen van een ver-5 bruikbare electrode, en van een mondstuk, dat radiaal op afstand coaxiaal is ten opzichte van de punt voor het vormen van een ringvormige gasdoorgang, en wordt gevormd door het toevoeren van de las electrode aan een te lassen metalen verbinding, het door de electrode leiden van een stroom voor het verschaffen van een electrische vlamboog tussen het einde van de 10 electrode en de metalen verbinding, welke stroom het eindgedeelte van de electrode doet smelten voor het doen overdragen van gesmolten electro-demateriaal naar en het vullen van de lasverbinding, en het doen stromen van gas door het mondstuk voor het produceren van een vlamboogplasma tussen de electrode en de lasverbinding, met het kenmerk, dat het las-15 gasmengsel in hoofdzaak bestaat uit 65,0% argon, 26,5% helium, 8,0% kooldioxide en 0,5% zuurstof, waarbij de stroom een sterkte heeft voor het vormen van gesmolten bolletjes aan de punt van de electrode met een snelheid van 400 - 1200 bolletjes per seconde.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de 20 bolletjes een diametrale afmeting hebben, die althans even groot is als de diameter van de electrode.

6. Electrische vlamboogwerkwijze voor het lassen van laag gelegeerd, geblust en gehard staal, welke werkwijze wordt gebruikt met een laspistool, voorzien van een punt voor het opnemen van een verbruik- 25 bare electrode, en van een mondstuk dat radiaal op afstand coaxiaal is ten opzichte van de punt voor het vormen van een ringvormige gasdoorgang, en bestaat uit het toevoeren van de laselectrode aan een te lassen metalen verbinding, het door de electrode leiden van stroom voor het verschaffen van een electrische vlamboog tussen het einde van de electrode 30 en de metalen verbinding, waarbij de stroom het eindgedeelte van de electrode doet smelten voor het doen overdragen van gesmolten electrodemateri-aal aan en het vullen vein de lasverbinding, en het doen stromen van gas door het mondstuk voor het produceren van een vlamboogplasma tussen de electrode en de lasverbinding, met het kenmerk, dat het lasgasmengsel 35 in hoofdzaak bestaat uit 44,00% argon, 52,00% helium, 3,82% kooldioxyde en 0,18% zuurstof, waarbij de stroom een sterkte heeft voor het vormen 8302725 ! ï» van gesmolten bolletjes aan de punt van de electrode met een snelheid van 400 - 1200 bolletjes per seconde.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de bolletjes een diametrale afmeting hebben, die althans even groot is 5 als de diameter van de electrode.

8. Electrische vlamboogwerkwijze voor het lassen van roestvrij staal, welke werkwijze wordt gebruikt met een laspistool, voorzien van een punt voor het opnemen van een verbruikbare electrode, en van een mondstuk dat radiaal op afstand coaxiaal is ten opzichte van 10 de punt voor het vormen van een ringvormige gasdoorgang, en bestaat uit het toevoeren van de laselectrode aan een te lassen metalen verbinding, het door de electrode leiden van de stroom voor het verschaffen van een electrische vlamboog tussen het einde van de electrode en de metalen verbinding, waarbij de stroom het eindgedeelte van de electrode doet 15 smelten voor het doen overdragen van gesmolten electrodemateriaal aan en het vullen van de lasverbinding, en het doen stromen vein gas door het mondstuk voor het produceren van een vlamboogplasma tussen de electrode en de lasverbinding, met het kenmerk, dat het lasgasmengsel in hoofdzaak bestaat uit 41,66% argon, 55,00% helium, 3,20% kooldioxyde en 0,14% zuur-20 stof, waarbij de stroom een sterkte heeft voor het vormen van gesmolten bolletjes aan de punt van de electrode met een snelheid van 400 - 1200 bolletjes per seconde.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de bolletjes een diametrale afmeting hebben, die althans even groot is 25 als de diameter van de electrode.

10. Gasmengsel voor gebruik bij een electrische vlamboog-laswerkwijze, gekenmerkt door 40 - 70% argon, 25 - 60% helium, 3 - 10% kooldioxyde en 0,1 - 1% zuurstof.

11. Gasmengsel voor gebruik bij het electrisch vlamboog-30 lassen van zachte en staalsoorten met een lage legering, gekenmerkt door 65,0% argon, 26,5% helium, 8,0% kooldioxyde en 0,5% zuurstof.

12. Gasmengsel voor gebruik bij het electrisch vlamboog-lassen van laag gelegeerde, gebluste en geharde staalsoorten, gekenmerkt door 44,00% argon, 52,00% helium, 3,82% kooldioxyde en 0,18% zuurstof.

13. Gasmengsel voor gebruik bij het electrisch vlamboog- lassen van roestvrij staalsoorten, gekenmerkt door 41,66% argon, 55,00% 8302725 helium, 3,20% kooldioxyde en 0,14% zuurstof.

14. Lasgasmengsel, gekenmerkt door 3-10 vol.% kooldioxyde, 0,1-1 vol.% zuurstof en de rest helium en argon in een verhouding van 0,5 - 3,5 vol.delen argon voor elk vol.deel helium. 6 30 2 7 25