NO119507B

NO119507B -

Info

Publication number: NO119507B
Application number: NO15770165A
Authority: NO
Inventors: C Hauck; J Bennett
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1964-04-15
Filing date: 1965-04-13
Publication date: 1970-05-25
Also published as: SE324939B; DE1565154A1; AT267286B; GB1109667A

Description

Fremgangsmåte til å smelte materiale i overflaten Method of melting material in the surface

på et metallegeme samt apparat for utførelse av on a metal body as well as apparatus for carrying out

fremgangsmåten. the procedure.

Foreliggende oppfinnelse angår' overflatesveising og mer spesielt en fremgangsmåte og et apparat til smelting av materiale i overflaten på metallegemer. The present invention relates to surface welding and more particularly a method and an apparatus for melting material in the surface of metal bodies.

Legeringer med hoyt krominnhold krever noyaktig overflate-preparering for varmvalsing for å sikre tilfredsstillende overflatekvalitet. På grunn av deres iboende motstand mot oksydasjon, skaller ikke disse legeringer lett av og derfor beholder de overflateeffekter som normalt fjernes i gjenoppvarmingsovnene når det gjelder metaller som skaller lettere av. De fleste av blokkmanglene som forårsaker overflatevraking er overlappinger og sommmer på grunn av metallsprut-ing. Da de befinner seg nær overflaten er den standard kommersielle praksis å fjerne disse mangler mekanisk ved sliping med slipenjul. Mer nylig har man utviklet en pulversammenfSyningsteknikk. Begge disse prosesser resulterer dog i et anseelig tap av metall. Alloys with a high chromium content require precise surface preparation for hot rolling to ensure satisfactory surface quality. Because of their inherent resistance to oxidation, these alloys do not peel easily and therefore retain surface effects that are normally removed in reheating furnaces in the case of metals that peel more easily. Most of the block defects that cause surface scraping are overlaps and summers due to metal spatter. As they are close to the surface, it is standard commercial practice to remove these defects mechanically by sanding with a grinding wheel. More recently, a powder compounding technique has been developed. However, both of these processes result in a considerable loss of metal.

Elektriske buer har vært anvendt i mange år til metallover-flatebehandling. Man skulle anta at losningen på dette problem lett kunne finnes ved ganske enkelt å anvende så mange bueanordninger som nodvendig med så mange kraftforsyninger og forbindelser som nodvendig. Dette er ikke tilfelle. Spesielt er det onskelig, og når det gjelder sveising eller metallbehandling påkrevet, at man får en jevn puddel tvers over eller langs hele lengden av den oppvarmede sone. Dette be-tyr at buene må plaseres ganske tett sammen idet mellomrommet er avhengig av mengden buestrom. Under slike forhold blir buenes gjensid-ige magnetiske påvirkning et alvorlig problem. Det vil si, buene vil bli tiltrukket eller frastott av hverandre og således ikke konsentrert i det onskede område. Eller i noen tilfelle inntreffer dobbelt-buing med påfolgende skade på sveiseapparatet. Electric arcs have been used for many years for metal surface treatment. One would assume that the solution to this problem could easily be found by simply using as many arc devices as necessary with as many power supplies and connections as necessary. This is not the case. In particular, it is desirable, and when it comes to welding or metal processing required, that you get a uniform puddle across or along the entire length of the heated zone. This means that the arches must be placed quite close together, as the space between them depends on the amount of arch space. Under such conditions, the mutual magnetic influence of the arcs becomes a serious problem. That is, the arcs will be attracted or repelled by each other and thus not concentrated in the desired area. Or in some cases double-arcing occurs with subsequent damage to the welding apparatus.

Tidligere forsok med å bruke buer med adskillig storre amper-styrke enn 450 amper har ikke vært tilfredsstillende når det gjelder å smelte en grunn dam på overflaten av et solid metallegeme så som en blokk, på grunn av at buens kraft er så stor at det smeltede metall blåses på en skadelig måte og etterlater overflaten forkastelig ujevn. Previous attempts to use arcs of several amperages greater than 450 amps have not been satisfactory in melting a shallow pond on the surface of a solid metal body such as a block, because the power of the arc is so great that it melts metal is blown in a damaging manner and leaves the surface unappealingly uneven.

Hovedhensikten med oppfinnelsen er i hoy grad å oke buenes energi på en slik måte at dette problem overvinnes samtidig som man effektivt bevarer metallet som er smeltet på denne måten glatt og jevnt og.samtidig bevarer det på. arbeidsstykket. The main purpose of the invention is to greatly increase the energy of the arcs in such a way that this problem is overcome while effectively preserving the metal that is melted in this way smooth and uniform and at the same time preserving it. the workpiece.

Det er også en viktig hensikt med foreliggende oppfinnelse It is also an important purpose of the present invention

å skaffe tilveie en anordning hvori buer kan anvendes til enten å gjore bredere eller forlenge i lengderetningen den oppvarmede sone i en kontinuerlig smeltet puddel uten å ha skadelig magnetisk påvirkning mellom buene.■ to provide a device in which arcs can be used to either widen or extend longitudinally the heated zone in a continuous molten pool without having detrimental magnetic influence between the arcs.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte til å smelte materiale i overflaten på et metallegeme, hvilket omfatter å holde en flerhet av elektriske buer mellom en elektrode og nevnte overflate, fore en strom av beskyttende gass over elektrodens bueender og over overflaten som skal smeltes med disse buer, kjennetegnet ved at buene, som er anordnet i en rekke i et felles plan parallelt med hverandre og som hver er retningsstabiliserte på kjent måte ved å lede en strom av beskyttende gass sammen med buene gjennom en innsnevret kanal, oscilleres i forhold til hverandre ved energiseringsbuer derved at vekselspenning mater annenhver bue for frembringelse av sammenvirkende magnetiske felt blant nevnte flerhet av buer, idet buer som ligger ved siden av hverandre energiseres henholdsvis av likestrom og vekselstrøm. According to the present invention, a method is provided for melting material in the surface of a metal body, which comprises holding a plurality of electric arcs between an electrode and said surface, passing a current of protective gas over the arc ends of the electrode and over the surface to be melted with these arcs, characterized in that the arcs, which are arranged in a row in a common plane parallel to each other and each of which is directionally stabilized in a known manner by passing a stream of protective gas together with the arcs through a constricted channel, oscillate in relation to each other in the case of energizing arcs whereby alternating voltage feeds every other arc to produce interacting magnetic fields among said plurality of arcs, arcs that lie next to each other being energized respectively by direct current and alternating current.

Ifolge oppfinnelsen er det videre tilveiebragt et apparat for utforelse av denne fremgangsmåte, og apparatet er kjennetegnet ved minst en tverrgående rad av buebrennere i et innelukke som åpner seg direkte over metallflaten på legemet som skal behandles, idet bueendene på brennerne er anbragt i bueforhold til overflaten, en ledningsanordning til å mate beskyttende gass til innelukkene og brennerne, og ved en stromforsynihgsanordning som er koblet inn mellom brennernes elektroder og metallegemet. According to the invention, an apparatus is also provided for carrying out this method, and the apparatus is characterized by at least one transverse row of arc burners in an enclosure which opens directly over the metal surface of the body to be treated, the arc ends of the burners being placed in arc relation to the surface , a conduit device for feeding protective gas to the enclosures and the burners, and by a power supply device which is connected between the electrodes of the burners and the metal body.

På de medfolgende tegninger er: On the accompanying drawings are:

Fig. 1 et delriss i vertikalsnitt av en buebrenner og et arbeidsstykke som er funnet å være egnet for anvendelse av oppfinnelsen, Fig. 1 a partial view in vertical section of an arc torch and a workpiece which has been found to be suitable for the application of the invention,

fig. 2 et delriss hovedsakelig i oppriss av en buebrenner på skrå i forhold til arbeidsstykket og visende buevinkelen, fig. 2 a partial view mainly in elevation of an arc torch at an angle in relation to the workpiece and showing the arc angle,

fig. 3 et diagram av en trefaset stjernekoblet buekrets, fig. 4 et diagram av en deltakrets, fig. 3 a diagram of a three-phase star-connected arc circuit, fig. 4 a diagram of a delta circuit,

fig. 5 et delriss ovenfra av apparatet som illustrerer oppfinnelsen, fig. 5 a partial top view of the apparatus illustrating the invention,

fig. 6 et riss stort sett i vertikalt snitt tatt langs linjen 6-6 på fig. 5, fig. 6 is a view largely in vertical section taken along the line 6-6 in fig. 5,

fig. 7 et vertikalt lengdesnitt tatt langs linjen 7-7 på fig- 5, fig. 7 a vertical longitudinal section taken along the line 7-7 in fig- 5,

fig. 8 er et skjematisk riss av en modifikasjon hvori alle buene oscilleres på tvers i tillegg til den sveipende bueaksjon, fig. 8 is a schematic diagram of a modification in which all arcs are transversely oscillated in addition to the sweeping arc action,

fig- 3) 9a°g 9b er forenklede kretsdiagrammer med veksel-likestromskombinasjoner som illustrerer oppfinnelsen, og fig- 3) 9a°g 9b are simplified circuit diagrams with AC-DC combinations illustrating the invention, and

fig. 10a, 10b og 10c er forenklede kretsdiagrammer som illustrerer en flerfaset vekselstromsmodifikasjon. fig. 10a, 10b and 10c are simplified circuit diagrams illustrating a polyphase AC modification.

I henhold til en foretrukken modifikasjon av -oppfinnelsen kan buenes oscillerende bevegelse fremstilles ved hjelp av gjensidig elektromagnetisk påvirkning. According to a preferred modification of the invention, the oscillating motion of the arcs can be produced by mutual electromagnetic influence.

Det henvises til fig. 1 hvor en brenner T som er egnet for nærværende prosess består av en vannavkjolt elektrode 10 med en wol-framkjerne 11 som er omgitt av en vannavkjolt dyse eller kopp 12. En passende buefrembringende gass så som argon, kommer inn i anordningen og går ned rundt elektroden 10 ved hjelp av et ringformet mellomrom 14'Denne gasstrom gir buen retningsstabilitet, beskytter elektroden mot sprut og oksydasjon og beskytter også arbeidsstykket mot atmosfæren. Hvis onsket kan en skjermende gass ytterligere sendes gjennom en annen gasskopp (ikke vist) som omgir den buestromsformende gass-dyse. En bue 16, fig. 2 etableres og opprettholdes mellom elektroden 10 og arbeidsstykket 18 ved hjelp av en egnet stromforbindelse. Buen kan settes igang ved hjelp av en hvilken som helst egnet anordning så som f.eks. en hoyfrekvens utlader eller ved å sette inn en elektrisk leder mellom enden på elektroden og arbeidsstykket. Man kan anvende enten vekselstrøm eller likestrom eller kombinasjoner av disse . Reference is made to fig. 1 where a torch T suitable for the present process consists of a water-cooled electrode 10 with a wool front core 11 which is surrounded by a water-cooled nozzle or cup 12. A suitable arc producing gas such as argon enters the device and descends around the electrode 10 by means of an annular space 14' This gas stream gives the arc directional stability, protects the electrode against spatter and oxidation and also protects the workpiece from the atmosphere. If desired, a shielding gas can be further passed through another gas cup (not shown) surrounding the arc forming gas nozzle. An arch 16, fig. 2 is established and maintained between the electrode 10 and the workpiece 18 by means of a suitable current connection. The arc can be initiated using any suitable device such as e.g. a high-frequency discharge or by inserting an electrical conductor between the end of the electrode and the workpiece. Either alternating current or direct current or combinations of these can be used.

Egnede materialer for elektroden 10 er de som har gode elektriske emisjonsegenskaper så som grafitt, wolfram eller wolframinne-holdende toriumlegeringer; og for gasskoppen anvendes gode varmeled-ende materialer så som kopper. Når man arbeider med omvendt polaritet (elektroden positiv), kan også kopper anvendes i elektroden 10. Suitable materials for the electrode 10 are those which have good electrical emission properties such as graphite, tungsten or tungsten memory-containing thorium alloys; and for the gas cup, good heat-conducting materials such as cups are used. When working with reversed polarity (electrode positive), cups can also be used in the electrode 10.

Generelt dreier oppfinnelsen seg om å opprettholde buer så som buen l6, fig. 2, mellom elektroden 10 og arbeidsstykket 18, slik at defekter i overflaten på arbeidsstykket fjernes ved hjelp av over-flatesmelting og at det smeltede metall bevares på overflaten, eller i en annen utforelse at pulveret som er plasert på arbeidsstykket legeres med arbeidsstykket, således kan f.eks. krom legeres med en karbonstålblokk så det dannes en rustfri stållegering på de ytre overflater. In general, the invention is concerned with maintaining arches such as the arch 16, fig. 2, between the electrode 10 and the workpiece 18, so that defects in the surface of the workpiece are removed by means of surface melting and that the molten metal is preserved on the surface, or in another embodiment that the powder placed on the workpiece is alloyed with the workpiece, thus can e.g. chrome is alloyed with a carbon steel block so that a stainless steel alloy is formed on the outer surfaces.

Det tilstotende overflatemetall inkludert defekter smeltes med buene så som 16, som hver er i en ringformet strom av gass som ytterligere beskytter buene og metallet som er smeltet mot forurens-ning av atmosfæren, mens man sveiper disse buene over arbeidet ved hjelp av selvindusert elektromagnetisk gjensidig påvirkning. Denne sveipevirkning ikke barer rorer om smeiten uten skadelig å blåse den vekk fra det faste metall under, men holder i virkeligheten det smeltede metall i en stort sett glatt og jevn tilstand slik at man får en god dekning av metalloverflaten. Et beskyttende gassteppe er også skaffet til veie i det minste inntil metallet er fullstendig storknet for det utsettes for atmosfæren. The adjacent surface metal including defects is melted by the arcs such as 16, each of which is in an annular stream of gas which further protects the arcs and the metal melted from atmospheric contamination, while sweeping these arcs over the work by means of self-induced electromagnetic mutual impact. This sweeping action does not just stir the melt without damagingly blowing it away from the solid metal below, but actually keeps the molten metal in a largely smooth and uniform state so that a good coverage of the metal surface is obtained. A protective gas blanket is also provided at least until the metal is completely solidified before it is exposed to the atmosphere.

For å oppnå en overflate med god kvalitet, spesielt for rustfritt stål, har man funnet at i tillegg til å sveipe buene ved hjelp av selvindusert elektromagnetisme, er strommengden til hver bue, brenn-erens avstand fra arbeidsstykket, vinkelen mellom buen og arbeidsstykket, arbeidshastigheten, typen buegass og stromhastigheten alle viktige. In order to obtain a surface of good quality, especially for stainless steel, it has been found that in addition to sweeping the arcs by means of self-induced electromagnetism, the amount of current to each arc, the distance of the torch from the work piece, the angle between the arc and the work piece, the work speed , the type of arc gas and the current speed are all important.

Som vist på figurene 3 og 4 får man istand buenes sveipeaksjon med elektromagnetisk gjensidig påvirkning ved hjelp av et tre-fasesystem som er koblet i stjerne 20 eller delta 22, med arbeidsstykket gjennom buene 16. (Spolene 24 angir sekundærspolene i egnede kraftkilder). I tillegg til at det ikke er nodvendig med noen jord-ledning til arbeidsstykket, har disse kretser den ytterligere fordel at man ikke trenger noe kostbart likeretterutstyr. As shown in Figures 3 and 4, the sweeping action of the arcs is achieved with electromagnetic mutual influence by means of a three-phase system which is connected in star 20 or delta 22, with the workpiece through the arcs 16. (The coils 24 indicate the secondary coils in suitable power sources). In addition to the fact that there is no need for an earth wire to the workpiece, these circuits have the further advantage that no expensive rectifier equipment is needed.

Buene er plasert i rader enten symmetrisk eller avtrappet. Buene er også anordnet i en boks 26, figurene 5 til 7>hvis bunnsider er over grafittlegemene 19 som befinner seg på hver side av arbeidsstykket 18. Arbeidsstykket 18 som skal behandles, beveges under boksen 26 langs en horisontal bane ved hjelp av egnede ruller 28. En slik boks inneholder en tverrgående rad av minst 3 buebrennere T, og er koblet til en kilde med beskyttende gass så som argon under trykk, via inntaket 30. Dette sikrer ytterligere avskjerming av det smeltede metall 32 under buene. Til boksen 26 er også forbundet et hus 34 som har et beskyttende gassinntak 36 og en horisontal skillevegg 38 av et porost materiale som deler det indre i et ovre gassinntaks-kammer 40 og et nedre gassutslippingskammer 42. En ensartet fordel-ing av gass i form av et beskyttende teppe over det smeltede metall 32 når det avkjoles og storkner er således sikret. Legemene 19 tjener ikke bare til å hindre det smeltede metall fra å renne av blokken, men også til å forbedre gasskjermingen av metallet ved å rette gasstrommen ensartet ut langs kantene på boksen. The arches are placed in rows either symmetrically or staggered. The arcs are also arranged in a box 26, figures 5 to 7>whose bottom sides are above the graphite bodies 19 which are located on each side of the work piece 18. The work piece 18 to be processed is moved under the box 26 along a horizontal path by means of suitable rollers 28 Such a box contains a transverse row of at least 3 arc burners T, and is connected to a source of protective gas such as argon under pressure, via the inlet 30. This ensures further shielding of the molten metal 32 under the arcs. Also connected to the box 26 is a housing 34 which has a protective gas inlet 36 and a horizontal partition wall 38 of a porous material which divides the interior into an upper gas inlet chamber 40 and a lower gas discharge chamber 42. A uniform distribution of gas in the form of a protective blanket over the molten metal 32 as it cools and solidifies is thus ensured. The bodies 19 serve not only to prevent the molten metal from flowing off the block, but also to improve the gas shielding of the metal by directing the gas drum uniformly along the edges of the box.

Som vist på fig. 8 kan alle buene oscilleres som én enhet i forhold til arbeidsoverflaten ved hjelp av en oscillator 50 som er koblet til huset 34 og boksen 26 ved hjelp av en veiv 52. I dette tilfelle er boksen og huset anbragt på en egnet tverrgående bane (ikke vist) for denne bevegelse. I denne modifikasjon er også brennerene anordnet i tre tversgående rader hvis midtre rad 54 er forskjo-vet på tvers i forhold til de andre radene 56°g 5^ som vist. Dette arrangement gjor det mulig for anordningen å dekke et noe videre areal enn i tilfellet med stasjonære brennere. As shown in fig. 8, all the arcs can be oscillated as one unit relative to the working surface by means of an oscillator 50 which is connected to the housing 34 and the box 26 by means of a crank 52. In this case the box and the housing are placed on a suitable transverse path (not shown ) for this movement. In this modification, the burners are also arranged in three transverse rows whose middle row 54 is offset transversely in relation to the other rows 56°g 5^ as shown. This arrangement enables the device to cover a slightly wider area than in the case of stationary burners.

Uansett buearrangementet eller hvilken type stromforbindelse som anvendes, er visse prosessbegrensninger foretrukket for å oppnå en god overflatekvalitet på arbeidsstykket spesielt når arbeidsstykket er rustfritt stål. Man har funnet f.eks. at strommen ikke bor være mer enn 10 000 ampere/bue, idet det^ foretrekkes en strom på fra 500 - 10 000 ampere/bue. Når strommen overstiger en viss verdi, har buen en tendens til å blåse smeiten av arbeidsstykket. Dette øde-legger hele hensikten med smelte-retensjon. En strom på minst 500 ampere/bue er foretrukket ganske enkelt fordi under dette nivå blir prosessen uanvendelig (spesielt for relativt store overflater). Regardless of the arc arrangement or the type of current connection used, certain process limitations are preferred to achieve a good surface quality on the work piece especially when the work piece is stainless steel. One has found e.g. that the current must not be more than 10,000 amperes/arc, as a current of from 500 - 10,000 amperes/arc is preferred. When the current exceeds a certain value, the arc tends to blow the forge off the workpiece. This defeats the entire purpose of melt retention. A current of at least 500 amps/arc is preferred simply because below this level the process becomes unusable (especially for relatively large surfaces).

Generelt sagt, enten det er for overflatekondisjonering eller for å smelte pulveret inn i overflaten, bor brennerne plaseres så tett opp til arbeidsstykket som mulig for mer effektivt utnyttelse av buegassen. På grunn av buenes sveipende natur, er dog avstandens storrelse kritisk. Hvis bueelektrodene er for tett opp til arbeidsstykket vil buene ikke sveipe. På en annen side, hvis avstanden er for stor vil buene springe over til den nærmeste gasskopp hvis man ikke har tatt spesielle forholdsregler for å isolere denne. Uttrykt som en funksjon av gasskoppdiameteren har man funnet at avstanden fra arbeidsstykket bor være mellom 1/4 og lik den innvendige diameter på en gasskopp. Generally speaking, whether it is for surface conditioning or to melt the powder into the surface, the burners should be placed as close to the workpiece as possible for more efficient utilization of the arc gas. Due to the sweeping nature of the arcs, however, the size of the distance is critical. If the arc electrodes are too close to the workpiece, the arcs will not sweep. On the other hand, if the distance is too large, the arcs will jump over to the nearest gas cup if no special precautions have been taken to insulate this. Expressed as a function of the gas cup diameter, it has been found that the distance from the workpiece should be between 1/4 and equal to the internal diameter of a gas cup.

En annen faktor som innvirker på arbeidsstykkets overflatekvalitet enten det gjelder overflatekondisjonering eller legering, er buens vinkel i forhold til arbeidsstykket. Som vist på fig. 2 er denne vinkel f hvis spiss peker i en retning motsatt av den retning hvori arbeidsstykket går. Man har funnet at hvis vinkelen er mindre enn 60° er der en sterk tendens til å blåse smeiten ut av smelterillen og i noen tilfelle av arbeidsstykket. Dette vil igjen odelegge hele oppfinnelsens ide med å bevare smeiten. På den annen side, hvis vinkelen er storre enn 100° for en enkel rad buer, er buens forhåndsopp-varmings-effekt adskillig redusert. Når vinkelen overstiger 100° vil buen også "kruse" smeltepuddelen. Når der er mer enn en rad buer kan de 100° variere så meget som +30° i alle unntatt den siste eller bakerste rad. Another factor that affects the workpiece's surface quality, whether it concerns surface conditioning or alloying, is the angle of the arc in relation to the workpiece. As shown in fig. 2 is this angle f whose tip points in a direction opposite to the direction in which the workpiece moves. It has been found that if the angle is less than 60° there is a strong tendency to blow the melt out of the melt groove and in some cases off the workpiece. This will again destroy the whole idea of the invention to preserve the forge. On the other hand, if the angle is greater than 100° for a single row of arcs, the preheating effect of the arc is considerably reduced. When the angle exceeds 100°, the arc will also "curl" the melting puddle. When there is more than one row of arches, the 100° can vary as much as +30° in all but the last or back row.

Skjont det er onskelig at arbeidsstykke-hastigheten er så stor som mulig, har man funnet at for å oppnå god overflatekvalitet i den bevarte smelte, må denne hastighet begrenses. Hastigheten er forst og fremst avhengig av buestrommen. Således f.eks. har man funnet at når arbeidsstykket opprinnelig har ca. romtemperatur, bor hastigheten ikke overstige 51 cm per minutt når en enkel rad buer anvendes ved en buestrom på 2000 ampere per bue. Når den gjor dette har man funnet at varmen fjernes fra smeltepuddelen for hurtig slik at smeiten ikke kan "flyte sammen" glatt og kuleformede storkninger er et resultat. Men hvis arbeidsstykket er forhåndsoppvarmet til 8l6°C Although it is desirable that the workpiece speed is as great as possible, it has been found that in order to achieve good surface quality in the preserved melt, this speed must be limited. The speed is primarily dependent on the arc current. Thus, e.g. it has been found that when the workpiece originally has approx. room temperature, the speed should not exceed 51 cm per minute when a single row of arcs is used at an arc current of 2000 amperes per arc. When it does this, it has been found that the heat is removed from the melting pool too quickly so that the melt cannot "flow together" smoothly and spherical solidifications are the result. But if the workpiece is preheated to 8l6°C

- 1093°c kan dets hastighet okes til minst 102 cm/min. for en enkel buerad for kuleformet storkning inntreffer. Når man bruker mer enn - 1093°c its speed can be increased to at least 102 cm/min. for a simple arc row for spherical solidification occurs. When using more than

en buerad kan hastigheten okes med en faktor som er lik antall bue-.rader. one arc row, the speed can be increased by a factor equal to the number of arc rows.

Når det gjelder smelting eller legering av pulveret inn i blokkens overflate, er arbeidshastigheten avhengig av den onskede legeringssammensetning og den onskede legeringsdybde. Det vil si, When it comes to melting or alloying the powder into the surface of the block, the rate of work depends on the desired alloy composition and the desired alloy depth. That is to say,

hvis hastigheten er altfor langsom vil grunnmetallet fortynne legeringen for meget. Hvis på den annen side hastigheten er for stor smeltes utilstrekkelig grunnmetall til å danne den onskede sammensetning i den onskede tykkelse. Disse faktorer er også avhengig av om blokken er forhåndsoppvarmet. Hvis man således f.eks. onskcr å oppnå if the speed is too slow, the base metal will dilute the alloy too much. If, on the other hand, the speed is too great, insufficient base metal is melted to form the desired composition at the desired thickness. These factors also depend on whether the block is preheated. If one thus e.g. desire to achieve

en legering med 20% krom og 80% jern i en dybde av 7«6 mm og 17.8 cm bred, ville en arbeidshastighet på 12.7 cm i minuttet være egnet for en buekraft på 127 KW når blokken er forhåndsoppvarmet til 704°C'an alloy of 20% chromium and 80% iron at a depth of 7«6 mm and 17.8 cm wide, a working speed of 12.7 cm per minute would be suitable for an arc power of 127 KW when the block is preheated to 704°C'

En inert atmosfære er vanligvis det mest onskelige miljo for • utforelse av foreliggende fremgangsmåte. Således kan man anvende en inert gass som argon eller helium som buegass, idet argon er foretrukket ut fra det synspunkt at man oppnår en grunnere og bredere smelte. Prosessen forbedres dog ved tilsetning av en diatomisk gass så som hydrogen til argon. En slik tilsetning har en tendens til å gi en mer konsentrert varmekilde ved arbeidsstykket og hjelper også til med å redusere oksydene. Mengden av hydrogen som tilsettes bor dog ikke overskride 10 vektprosent ellers vil den ferdige overflate ofte bli poros. Uansett hvilken type gass som brukes bor strømhastigheten være minst O.283 m-^/time/bue for å oppnå riktig elektrodeavskjerming og god buestabilitet. An inert atmosphere is usually the most undesirable environment for carrying out the present method. Thus, an inert gas such as argon or helium can be used as the arc gas, argon being preferred from the point of view of achieving a shallower and wider melt. However, the process is improved by adding a diatomic gas such as hydrogen to argon. Such an addition tends to provide a more concentrated heat source at the workpiece and also helps to reduce the oxides. However, the amount of hydrogen that is added should not exceed 10% by weight, otherwise the finished surface will often become porous. Regardless of the type of gas used, the flow rate must be at least 0.283 m-^/hour/arc to achieve proper electrode shielding and good arc stability.

Som tidligere nevnt kan en flerhet av buer enten i symmetriske eller avtrappede rader anvendes. I slike tilfelle har man funnet at hvis mellomrommet mellom buene blir for store, kan man få usmeltede gap, men hvis avstandene blir for små vil buene overlappe hverandre slik at man i virkeligheten har en enkel bue. Fordi avstanden er avhengig av buens storrelse, kan begrensningene best ut-trykkes som en funksjon av buediameteren. For denne beskrivelses, formål er buediameteren den synlige lysende konus ved arbeidsstykket. Ifolge denne definisjon bor avstanden være fra l/2 til 4 buediametre As previously mentioned, a plurality of arches either in symmetrical or staggered rows can be used. In such cases, it has been found that if the space between the arches becomes too large, you can get unfused gaps, but if the distances become too small, the arches will overlap each other so that in reality you have a simple arch. Because the distance depends on the size of the arch, the limitations can best be expressed as a function of the arch diameter. For the purposes of this description, the arc diameter is the visible luminous cone at the workpiece. According to this definition, the distance should be from 1/2 to 4 arc diameters

fra sentrum til sentrum, når radene er symmetriske, og fra l/2 til 5 buediametre fra sentrum til sentrum når radene er avtrappede. from center to center, when the rows are symmetrical, and from l/2 to 5 arc diameters from center to center when the rows are staggered.

Det henvises nå til fig. 9 hvor buene 101, 102 og 103 er energisert mellom den ovre overflate S på arbeidsstykket W og elektrodene 111, 120 og 130 på egnede brennere av typen som er vist på fig. 1. De ytre elektroder 111 og 130 er koblet til likestromskildene ll6 og ll8 mens den indre elektrode 120 er koblet til en enfaset vekselstromkilde 119» Når de er koblet som vist arbeider de to ytre buene med elektrodene positive. Med denne kombinasjon oscilleres likestrom-buene (de ytre) fysisk på grunn av den elektromagnetiske innflytelse fra den tilstotende vekselstrombue. Denne oscillasjon av likestrom-buene gir en sveipevirkning slik at man oppnår en bredere smelte med ingen usmeltede gap mellom buene. Fig. 9a avbilder en tilsvarende ide, unntatt av at fem buer er anvendt. Buene 102 og 104 er koblet til en vekselstromskraftkilde llQ idet stromkretsen fullfores gjennom arbeidsstykket W. Buene 101, 103 og 105 er koblet til arbeidsstykket med elektrodene positive. Denne kombinasjon får buene 101, 103, og 105 til å oscillere så de gir en sveipende virkning og således gir en bredere smelte. Fig. 9b gjengir en alternativ form for fig. 3a. I denne form oppnåes buenes sveipeaksjon uten en elektrisk forbindelse med arbeidsstykket W. Som vist arbeider buene 102 og 104 på vekselstrom og stromkretsen sluttes gjennom arbeidsstykket. Buene 101 og 105 arbeider med positive elektroder mens buen 103 arbeider med negativ elektrode, idet stromkretsen igjen sluttes gjennom arbeidsstykket. Reference is now made to fig. 9 where the arcs 101, 102 and 103 are energized between the upper surface S of the workpiece W and the electrodes 111, 120 and 130 on suitable burners of the type shown in fig. 1. The outer electrodes 111 and 130 are connected to the direct current sources 116 and 118 while the inner electrode 120 is connected to a single-phase alternating current source 119» When connected as shown, the two outer arcs work with the electrodes positive. With this combination, the direct current arcs (the outer ones) physically oscillate due to the electromagnetic influence of the adjacent alternating current arc. This oscillation of the direct current arcs produces a sweeping effect so that a wider melt is achieved with no unmelted gaps between the arcs. Fig. 9a depicts a similar idea, except that five arcs are used. Arcs 102 and 104 are connected to an alternating current power source 11Q as the current circuit is completed through the workpiece W. Arcs 101, 103 and 105 are connected to the workpiece with the electrodes positive. This combination causes the arcs 101, 103, and 105 to oscillate so that they give a sweeping effect and thus give a wider melt. Fig. 9b reproduces an alternative form of fig. 3a. In this form, the sweeping action of the arcs is achieved without an electrical connection with the workpiece W. As shown, the arcs 102 and 104 operate on alternating current and the current circuit is closed through the workpiece. Arcs 101 and 105 work with positive electrodes while arc 103 works with a negative electrode, as the current circuit is closed again through the workpiece.

Det bor bemerkes at i kretsene på fig. 9 og 9a bor strøm-styrken for vekselstrombuene være stort sett den samme innenfor hver krets som for likestromsbuene. Hvis strømstyrkene skulle bli meget ulike, vil buene ikke sveipe riktig og kontroll av smeltebredden ville være meget vanskelig. It should be noted that in the circuits in fig. 9 and 9a, the current strength for the alternating current arcs should be largely the same within each circuit as for the direct current arcs. If the currents were to be very different, the arcs would not sweep correctly and control of the melting width would be very difficult.

Det henvises til fig. 10a og 10b hvor A, B og C representerer kildene for tre spenninger som hver er 120° ut av fase med hverandre; Reference is made to fig. 10a and 10b where A, B and C represent the sources of three voltages each 120° out of phase with each other;

dvs. dette er en vanlig trefaset Y-koblet kraftkilde. Hvis ledningene til spolene i en tilsvarende trefaset kilde omstilles som vist på fig. 10b, får man en annen gruppe med tre spenninger A', B' og C som hver er 120° ut av fase i forhold til hverandre i denne gruppe, men som skiller seg fra gruppen på fig. 10a med l80°. Sammen representerer de to grupper en seksfaset kraftkilde; dvs. sekvensen som er vist avbildet på fig. 10c som representerer seks spenninger som hver skiller seg i fase med 60 elektriske grader fra dens to nærmeste naboer. i.e. this is a standard three-phase Y-connected power source. If the wires to the coils in a corresponding three-phase source are rearranged as shown in fig. 10b, you get another group with three voltages A', B' and C, each of which is 120° out of phase with respect to each other in this group, but which differs from the group in fig. 10a with l80°. Together, the two groups represent a six-phase power source; i.e. the sequence shown depicted in fig. 10c which represents six voltages each differing in phase by 60 electrical degrees from its two nearest neighbors.

For å sikre at dette forhold opprettholdes når man bruker det i nærværende system, er det nodvendig at polene for kraften som til-fores, kobles til brennerene i den riktige rekkefolge. Dvs. uansett hvilken pol som kobles til den forste bue, kobles den neste pol enten man beveger seg med Hokken eller mot klokken rundt vektordiagrammet, til den nest etterfølgende bue. Igjen sluttes stromkretsen gjennom arbeidsstykket. Når man bruker denne variasjon vil de fire midtre buer sveipe over arbeidsstykket. To ensure that this ratio is maintained when using it in the present system, it is necessary that the poles of the power supplied be connected to the burners in the correct order. That is regardless of which pole is connected to the first arc, the next pole is connected whether one moves with Hokken or counter-clockwise around the vector diagram, to the next following arc. Again, the current circuit is closed through the workpiece. When using this variation, the four middle arcs will sweep over the workpiece.

Der vil dog være en tendens til at de to ytre buer boyes utover fra gruppen. Dette kan overvinnes ved magnetisk stabilisering av de ytre buer eller la buene peke mot de fire midtre buer. En annen foretrukket fremgangsmåte til å kontrollere de ytre buer, er å pla-sere U-formede ror eller stenger 120, fig. 9b, tett opp imot de ytre buer og sende strom gjennom dem. Når da de ytre buer arbeider med likestrom, bor strommen som går igjennom roret være i motsatt retning av strommen i buen. Når de ytre buer arbeider med vekselstrom, fig. 10c, bor strommen gjennom roret 20 også være vekselstrom og bor være enten 60° eller 120° ut av fase med strommen i den ytre bue. Slike variasjoner i tillegg til at man ikke trenger en elektrisk forbindelse med arbeidsstykket, gir en meget bredere smeltebredde. Enn videre kan smeltebredden lett okes ganske enkelt ved å bruke denne ide til å oke antallet av buer med seks av gangen. There will, however, be a tendency for the two outer arches to bend outwards from the group. This can be overcome by magnetically stabilizing the outer arches or letting the arches point towards the four central arches. Another preferred method to control the outer bows is to place U-shaped rudders or rods 120, fig. 9b, close up against the outer arcs and send current through them. When the outer bows work with direct current, the current passing through the rudder must be in the opposite direction to the current in the bow. When the outer arcs work with alternating current, fig. 10c, the current through the rudder 20 should also be alternating current and should be either 60° or 120° out of phase with the current in the outer arc. Such variations, in addition to not requiring an electrical connection with the workpiece, provide a much wider melting width. Furthermore, the melt width can be easily increased simply by using this idea to increase the number of arcs by six at a time.

Mens tidligere forsok på å oke spenningen i buene har forår-saket en uonsket borende virkning på arbeidsoverflaten, er dette over-vunnet i den ovenfor beskrevne modifikasjon av foreliggende oppfinnelse .ved å sveipe buenes arbeidsender over arbeidets overflate ved hjelp av selvindusert magnetisk gjensidig påvirkning av buene. Dette gjelder når arbeidsstykket er varmt som mellom valsetrinn såvel som når arbeidsstykket er relativt kaldt. While previous attempts to increase the tension in the arcs have caused an unwanted drilling effect on the work surface, this has been overcome in the above-described modification of the present invention by sweeping the working ends of the arcs over the surface of the work by means of self-induced magnetic mutual influence of the arches. This applies when the workpiece is hot, such as between rolling steps, as well as when the workpiece is relatively cold.

I de folgende eksempler anvendte man et apparat av den gene-relle type som er avbildet på fig. 1. In the following examples, an apparatus of the general type depicted in fig. 1.

Eksempel I Example I

I dette eksempel brukte man kretsen på fig. 9> Hver elektrode besto av wolfram med 1% torium, 2.5 cm i diameter. Gasskoppen hadde en åpningsdiameter på 2.8 cm. Arbeidsstykket besto av en rustfri stålstopeblokk hvis nominelle sammensetning var et maksimum av 0.12$ kar-bon, 14 - l8$ krom og resten jern. Den var ikke forhåndsoppvarmet. Arbeidsforholdene var som folger: In this example, the circuit in fig. 9> Each electrode consisted of tungsten with 1% thorium, 2.5 cm in diameter. The gas cup had an opening diameter of 2.8 cm. The workpiece consisted of a stainless steel stop block whose nominal composition was a maximum of 0.12$ carbon, 14 - 18$ chromium and the rest iron. It was not preheated. The working conditions were as follows:

Under disse forhold ble et areal på 20 cm x 1 cm gjensmeltet. Overflaten var glatt med en lett overflateavskalling. Under these conditions, an area of 20 cm x 1 cm was remelted. The surface was smooth with a slight surface peeling.

Eksempel II Example II

I dette eksempel brukte man stromkoblinger av typen som er In this example, current connections of the type that are used were used

vist j?å figurene 10a, 10b og 10c. Elektrodene besto av kopper med wolfram innlegg med diameter på 1.3 cm og med 1% thorium. Gasskoppen hadde en 1.5 cm innvendig diameter. De seks elektroder var plasert i en rad 4-4 cm ^ra hverandre og sekvenskoblet til et seksfaset kraft-system. Arbeidsstykkets fartsretning var normal på raden. Arbeidsstykket besto av en ganske ru type 430 rustfri stålstopeblokk-. Den var ikke forhåndsoppvarmet. Strommen til hver elektrode var 800-900 ampere. Arbeidshastigheten varierte fra 10.2 til 12.7 cm per minutt. Argongass med en mengde på 3«54 m^/time ble sendt ut rundt hver elektrode. I tillegg ble 28.3 ^ per time argon sendt rundt hele brenn- shown in Figures 10a, 10b and 10c. The electrodes consisted of cups with tungsten inserts with a diameter of 1.3 cm and with 1% thorium. The gas cup had an internal diameter of 1.5 cm. The six electrodes were placed in a row 4-4 cm apart and sequentially connected to a six-phase power system. The direction of movement of the workpiece was normal to the row. The workpiece consisted of a rather rough type 430 stainless steel stop block. It was not preheated. The current to each electrode was 800-900 amperes. The working speed varied from 10.2 to 12.7 cm per minute. Argon gas at a rate of 3-54 m^/hour was emitted around each electrode. In addition, 28.3 ^ per hour of argon was sent around the entire combustion

eren for å sikre en fullstendig inert omgivelse. Under disse forhold ble et areal som var 33 cra bredt omsmeltet for å gi en glatt overflate." Den anslåtte dybde på det omsmeltede areal var 5 mm'to ensure a completely inert environment. Under these conditions, an area 33 cra wide was remelted to provide a smooth surface." The estimated depth of the remelted area was 5 mm'

Ved å anvende den nettopp beskrevne fremgangsmåte var resul-tatet et sluttprodukt som hadde færre store urenheter. Den ytre del av metallet erkarakterisert vedlange soyleformede dendriter. Mellom denne sone og det upåvirkede metall er en krystallisert sone. Med denne struktur er urenhetene så som oksyder og silikater redusert i antall og de som er igjen er meget mindre og meget mer fordelt. By using the method just described, the result was a final product that had fewer large impurities. The outer part of the metal is characterized by long columnar dendrites. Between this zone and the unaffected metal is a crystallized zone. With this structure, the impurities such as oxides and silicates are reduced in number and those that remain are much smaller and much more distributed.

Skjont oppfinnelsen er beskrevet med spesiell henvisning til kondisjonering av rustfritt stål, bor det forståes at andre metaller også kan kondisjoneres på denne måte. F.eks. illustrerer det folgende eksempel kondisjonering av titan. Although the invention is described with special reference to the conditioning of stainless steel, it should be understood that other metals can also be conditioned in this way. E.g. The following example illustrates the conditioning of titanium.

Eksempel III Example III

I dette eksempel ble stromkoblingene i eksempel I anvendt. In this example, the current connections in example I were used.

Likestromsbuene arbeidet med 1200 ampere og 45 volt med 3.54 m-^/time argon. Vekselstromsbuen arbeidet med 800 ampere og 35 volt med 2.83 m-Vtime argon. I tillegg ble 14.2 m^/time argon sendt igjennom boksen som omgir buen. Der var også et etterhengende sjold av argon på 14.2 m3/t ime. The direct current arcs operated at 1200 amperes and 45 volts with 3.54 m-^/hr argon. The alternating current arc operated at 800 amperes and 35 volts with 2.83 m-Vhour argon. In addition, 14.2 m^/hour of argon was sent through the box surrounding the arc. There was also a trailing shield of argon of 14.2 m3/h ime.

Under disse forhold ble det oppnådd et stikk med bredde 17-8 cm. Under these conditions, a stitch with a width of 17-8 cm was obtained.

Det folgende eksempel angir anvendelsen av den selvinduserte magnetiske gjensidig påvirkning til dannelse av legeringer på overflater av blokker. The following example indicates the application of the self-induced magnetic interaction to the formation of alloys on the surfaces of blocks.

Eksempel IV Example IV

Idet man anvendte stromkoblingen i eksempel 1 ble den ene side av en 7-6 cm tykk lavkarbonstål legert med 4-24 g/cm av et ferrokrom med 70$ Cr. En fortynnet vannopplosning av natriumsilikat ble sproytet på ferrokrompulveret for å binde det sammen. Blokken ble forhåndsoppvarmet til_ca. 649°C. Legeringen ble utfort i to stikk. Brennerne oscillerte med en 3«8 cm amplitude ved l8 perioder per minutt. Bren-nerforholdene var folgendej Using the current coupling in example 1, one side of a 7-6 cm thick low carbon steel was alloyed with 4-24 g/cm of a ferrochrome with 70$ Cr. A dilute aqueous solution of sodium silicate was sprayed onto the ferrochrome powder to bind it together. The block was preheated to_approx. 649°C. The alloy was made in two steps. The burners oscillated with a 3-8 cm amplitude at 18 periods per minute. The combustion conditions were as follows

Argongass ble brukt i hele systemet. Brennerne 1 og 3 hadde 3.54 m^/time argon gående gjennom dem, mens brenneren 2 hadde 2.83 m-Vtime. Alle brennerne var innelukket i en boks hvorigjennom det strommet 14»2 m^/time argon. I tillegg ble det brukt en etterfolgende gasstrom på 14.2 m-^/time. Argon gas was used throughout the system. Burners 1 and 3 had 3.54 m^/hr of argon passing through them, while burner 2 had 2.83 m-Vhr. All the burners were enclosed in a box through which 14.2 m^/hour of argon flowed. In addition, a subsequent gas volume of 14.2 m-^/hour was used.

I det forste stikket var arbeidshastigheten 1.9 cm/min., og i det annet stikk 9'4cm/min. Brenneravstanden fra pulveret var ca. 1.27 cm. Det forste var ca. 16.5 cm bredt og overflaten var glatt. In the first stitch the working speed was 1.9 cm/min., and in the second stitch 9'4cm/min. The burner distance from the powder was approx. 1.27 cm. The first was approx. 16.5 cm wide and the surface was smooth.

I det annet stikk vår det en 1.9 cm overlapping som ga et legerende lag ca. 30 cm bredt. Overflaten var glatt. In the second stitch, there was a 1.9 cm overlap, which gave an alloying layer approx. 30 cm wide. The surface was smooth.

Kjemisk analyse tatt i fire punkter tvers over de to stikk Chemical analysis taken at four points across the two punctures

viste krominnhold på 20.1 til l8.7, 18.7 og 17.9 vektprosent. Leger- showed chromium contents of 20.1 to 18.7, 18.7 and 17.9 percent by weight. doctors-

ingens gjennomsnittsdybde var 8 mm. none's average depth was 8 mm.

Som vist på fig. 8 Skes de sveipende buers tverrdekning effek- As shown in fig. 8 If the transverse coverage of the sweeping arcs is effective

tivt ved hjelp av tversgående oscillering enten av alle bueelektrodene eller arbeidsstykket eller begge deler. F.eks. kan en dekning på ca. ' tively by means of transverse oscillation either of all the arc electrodes or the workpiece or both. E.g. can a coverage of approx. '

3O.5 cm okes til ca. 35.6 cm ved hjelp av en 2.54- cm oscillasjon til hver side av den normale bane. 3O.5 cm increases to approx. 35.6 cm using a 2.54-cm oscillation to either side of the normal path.

Claims

1. Method for melting material in the surface of a metal body, which comprises holding a plurality of electric arcs between an electrode and said surface, passing a current of protective gas over the arc ends of the electrodes and over the surface to be melted with these arcs, characterized in that the arcs, which are arranged in a row in a common plane parallel to each other and each of which is directionally stabilized in a known manner by directing a stream of protective gas together with the arcs through a narrowed channel, are oscillated in relation to each other by energizing arcs whereby alternating voltage feeds every second arc for producing interacting magnetic fields among said plurality of arcs, arcs that lie next to each other being energized respectively by direct current and alternating current.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that a molten metal or metal alloy is applied to the surface of the metal body for the melting of the surface.

3. Procedure according to claims 1 and 2, characterized in that the arches are inclined with an intermediate angle of between 60° and 100° in relation to the block's surface.

4. Method according to claims 1 and 2, characterized in that at least one of the arcs is supplied with an alternating current whose phase is such that it will mutually act electromagnetically together with adjacent arcs.

5. Method according to claims 1 to 4> characterized in that the electrodes are reciprocated across the workpiece by a mechanical device.

6. Method according to claims 1 to 4> characterized in that three electrodes are used which are not used up and that the center electrode is energized by a single-phase alternating current source and the outer electrodes are energized by means of direct current sources of equal polarity.

7. Method according to claims 1 to 4" characterized by using five electrodes and the outer and center electrodes are energized using direct current of equal polarity and the intermediate electrodes are energized from a common single-phase alternating current source.

8. Method according to claims 1 to 4>characterized by using five electrodes where the outer and center electrodes are energized by direct current sources with opposite polarity and the intermediate electrodes are energized from a common single-phase alternating current source.

9. Method according to claims 1 to 4> characterized in that six electrodes are used which are energized by a six-phase alternating current source so that the voltage across each arc is 60° out of phase with the next adjacent arc.

10. Method according to claims 1 to 4. characterized in that an external magnetic field is applied close to the outer arcs and serves to counteract the tendency of these arcs to be deflected outwards.

11. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized by at least one transverse row of arc burners in an enclosure which opens directly above the metal surface of the body to be treated, the arc ends of the burners being arranged in arc relation to the surface, wiring devices for feeding protective gas to the enclosures and the burners and that a current supply device is connected between the electrodes of the burners and the metal body.

12. Apparatus according to claim 11, characterized in that an auxiliary enclosure is provided with a device to direct further shielding gas towards the surface when it exits the box.

13. Apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that graphite dams are placed on the sides of the blocks to retain molten metal and to direct the protective and shielding gases in lateral directions under the box and housing.

14. Apparatus according to claim 11, 12 or 13, characterized in that the electrodes are connected to their own current sources which are in such a phase relationship with each other that the directionally stable arcs are reciprocated over the surface of the metal body by means of self-induced magnetic mutual influence.