NO120500B - - Google Patents

Description

Anordning ved sveiseapparat.

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning ved sveiseapparat til frembringelse av en konstant forandringshastighet for en gasstrøm fra en første strømningshastighet til en neste strøm-ningshastighet i løpet av en på forhånd bestemt tid, omfattende en gassledning som forbinder en gasskilde med et forbrukssted, et hovedkammer i ledningen for mottaking av gass fra kildenjventilanordninger i ledningen for regulering av gassens strømningshastighet fra kilden til kammeret, og strømningsmålere for regulering av gass-strømmen fra kammeret til forbruksstedet.

Regulering av gasstrømmens hastighet fra en hastighet til

en annen er av særlig betydning ved den sveisemetode som er utviklet

i de senere år under navnet "plasmasveising" hvis karakteristiske trekk er at det fra en lysbue med høy energitetthet drives ut en strøm av hete gasser som i alminnelighet betegnes som "plasma".

En av fordelene ved denne sveisemetode er at den regulerte energi-mengde i utstrømningen fra lysbuen trenger inn i det arbeidsstykke som skal sveises på en slik måte at man får en jevnere sveiseinn-trengning sammenliknet med f.eks. sveising med inertgass og wolfram-elektroder. En jevnere inntrengning får man fordi det blir mulig å oppnå en lett regulerbar "nøkkelhull"—effekt med en plasmalysbue. Nøkkelhulloperasjonen er en betegnelse på den teknikk man anvender når man trenger inn i eller gjennom et arbeidsstykke med lysbueut-strømningen slik at det dannes et hull i arbeidsstykket, hvoretter man trekker hullet videre ved hjelp av lysbueutstrømningen langs sveiselinjen mens man lar det smeltede metall flyte rundt lysbue-strømningen og sammen bak denne, slik at det dannes en sveis. Man kan på en annen måte si at nøkkelhullprinsippet her er anvendt i en sveiseteknikk der de forskjellige faktorer under sveisingen, såsom lysbuesammensnevrende munnstykke, strømstyrke, gasstrømmens hastighet og den relative hastighet mellom lysbue og arbeidsstykke avpasses slik i forhold til hverandre at det dannes en plasmastråle som er kraftig nok til å trenge helt gjennom arbeidsstykket, men ikke sterk nok til å drive vekk det smeltede metall fra skjøten slik man gjør det ved skjæring med plasmastråle. Etterhvert som sveisingen skrider frem blir grunnmetallet smeltet foran nøkkelhullet og overflate-spenningen bevirker at metallet flyter sammen bak nøkkelhullet og sveiselarven.

Nøkkelhullteknikken benyttes ved plasmasveising av f.eks. messing, kobber, stål, rustfritt stål, kobber-nikkellegeringer, titan og silisium og andre materialer hovedsakelig i tykkelsesområdet fra 0,05 til 1,27 cm. Nøkkelhullteknikken kan også anvendes ved sveising av V-fuger eller U-fuger, f.eks. i tykkere materialer under forutsetning av at rotkantdimensjonen faller innenfor omtrent de nevnte grenser.

En av manglene ved nøkkelhullprinsippet er at det ved enden av sveisen blir tilbake et hull i arbeidsstykket, og den del der hullet ligger blir betraktet som avfall. Et annet problem skyldes problemer ved start av sveisen. Ved materialtykkelser som er større enn 0,32 cm er resultatet av gjennomtrengningen av arbeidsstykkene når sveisingen begynner at det dannes et nøkkelhull som er større enn bredden av den normale sveiselarve med for stor inntrengning i startpunktet. Dette kan normalt ikke tillates.

Når man benytter plasmasveising i nøkkelhullteknikken

ved sveising av omløpende skjøter som må overlappe og forbindes med hverandre, vil den måte hvorpå nøkkelhullet dannes ved sveisingens begynnelse og lukkes når sveisingen avsluttes innebære et meget kritisk problem. Overflaten av sveisen, der den begynner, må være glatt slik at den kan overlappes på en tilfredsstillende "måte. Ved avslutning av sveisen må nøkkelhullet lukkes og sveisekrateret unngås.

Opptil nu har vanlig utstyr til utførelse av en nylig fore-slått fremgangsmåte for dannelse av nøkkelhull med plasmasveising omfattet enten et hovedkammer med regulerbart volum med tilhørende ventiler, strømningsmålere og rørledninger for å nedsette gassens strømningshastighet eller utstyret har omfattet en regulerbar ventil i strømningsledningen. Foreliggende oppfinnelse angår utstyr som er vel egnet til utførelse av denne fremgangsmåte.

Med det utstyr som her skal beskrives vil man få en repro-duserbar, kontrollert forandringshastighet i gasstrømmen uten bruk av deler som kontinuerlig er i bevegelse og krever enten nøyaktig styrt bevegelse eller nøyaktig justering. En strømningsøkning eller strømningsminskning er mulig med utstyr som er bygget opp av ganske enkle, robuste og vanlige komponenter. Formålet med oppfinnelsen er å komme frem til en anordning ved hjelp av hvilken det blir mulig

å regulere gassens strømningshastighet på en meget bestemt måte, slik at man ved økning av gassens strømningshastighet danner et tilfredsstillende nøkkelhull når sveisingen påbegynner og ved reduk-sjon av gasstrømmen lukker nøkkelhullet på en like tilfredsstillende måte når sveisingen avsluttes.

Det som karakteriserer anordningen i henhold til oppfinnelsen er at det i den tidligere nevnte ledning på hovedkammerets oppstrømside, foruten reguleringsanordninger som skal etablere et jevnt trykk foran kammeret, også finnes ytterligere reguleringsanordninger som i tilknytning til det trykk som skapes av den første regu-leringsanordning med innstillbar konstant hastighet skal bygge opp trykk i hovedkammeret til et på forhånd bestemt konstant trykk, for derved å bevirke jevn stigning fra en strømningshastighet til en annen på kammerets nedstrømside.

For at oppfinnelsen lettere skal kunne forstås vil den i det følgende bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningen

som viser en foretrukken utførelsesform for en anordning i hen-

hold til oppfinnelsen ved hjelp av hvilken gasstrømmens hastighet kan reguleres på en hensiktsmessig måte.

En gasskilde 1, med f.eks. argon, er forbundet med en ledning 2 med en diameter på 0,63 cm og beregnet for stor strømnings-hastighet, og en ledning 3 som er beregnet for mindre strømnings-hastighet. I ledningen 2 er det i serie koplet en gassregulator 25, en solenoidventil 4, en strupeventil 5 og en regulator 6. Karakteri-stikken for de benyttede regulatorer er den samme man har i omtrent alle gasstrykkregulatorer, og den består i at regulatorene er omtrent belt åpne for gjennomstrømning inntil nedstrømtrykket får en på forhånd bestemt endelig verdi. Solenoidventilen H sørger for å åpne eller lukke ledningen 2 overfor gasstrømmen, og dette vil foregå

slik det forklares mer i detalj i det følgende. Strupeventilen 5

skal regulere gassens strømningshastighet til regulatoren 6 og der-med også hastigheten på oppbygningen av trykket i hovedkammeret 7. Regulatoren 6 stilles slik at den etablerer det ønskede endelige konstante trykk i hovedkammeret 7. Strømningsmåleren 8, som innbe-fatter en nålventil, er innstilt slik at den gir den ønskede endelige maksimale konstante strømningshastighet ved et jevnt trykk i hovedkammeret. Regulatoren 25 og strupeventile- 5 er stilt inn slik at det ønskede, på forhånd bestemte tidsintervall fremkommer mellom null strømningshastighet og den konstante .strømningshastighet. Trykket i regulatoren 25 kan velges slik at man får (eller nærmer seg) et bestemt trykkfall over strupeventilen 5 under oppbygningen av trykket, og man vil da få en nesten konstant strømningshastighet på gassen i hovedkammeret inntil trykket i dette når det på forhånd innstilte trykk i regulatoren 6. Med konstant mengdeinngang vil trykkstig-ningen bli omtrent lineær fordi strømningshastigheten gjennom ventilen 5 inn i kammeret vanligvis skulle være langt større enn strøm-ningshastigheten gjennom strømningsmengdemåleren 8 fra kammeret.

I serie i eksosledningen 11 står det en strupeventil 9 og

en solenoidventil 10. Solenoidventilen 10 er enten åpen eller lukket og bestemmer om gass skal strømme i eksosledningen 11 eller ikke. I den foretrukne utførelsesform er den regulerbare ventil 9 anordnet slik at den bestemmer hastigheten på gassutmatningen fra, og trykk-fallet i hovedkammeret 7 når solenoidventilen 10 åpner og solenoidventilen H lukker. Den tid trykkreduksjonen tar bestemmes ved jus-

tering av strupeventilen 9. Trykkreduksjonen begynner når ventilen 4 lukkes og ventilen 10 åpner. Ledningen 3 for den lave gasstrøm er koplet i serie med regulatoren 12 og strømningsmåleren 13. Regulatoren 12 sørger for å etablere det ønskede gasstrykk ved strømnings-måleren 13. Strømningsmåleren 13 måler strømningshastigheten for den gass som flyter i ledningen 3 og bestemmer den gassmengde som skal tilføres når plasmautstrømningen fra munnstykket skal reduseres.

Plasmabrenneren 20 består i stor utstrekning av en elektrode 24 som ikke forbrukes og som er rettet inn i forhold til og står nær ved en ende av munnstykket 21. Munnstykket har en sammensnevrende senterpassasje 22 gjennom hvilken lysbuen passerer sammen med lysbue-gassen. Brenneren 20 er fortrinsvis forsynt med et munnstykke som har et ytterligere gassløp 23 på hver side av senterpassasjen 22 i munnstykket. Disse løp ligger over sveiselinjen og hjelper til med å forme lysbuen. Sveisebrenneren får strøm fra den viste kraftkilde. Kretser for styrelysbuen er utelatt av tegningen for oversiktens skyld.

Gassregulatoren 6 er plasert på oppstrømsiden av hovedkammeret. Alt etter innstillingen av regulatoren vil gasstrømmen til sveisebrenneren hurtig nå sin endelige verdi og strømningsmengden vil øke lineært. En annen fordel ved denne plasering av regulatoren er at reduksjonen av gasstrømmen til brenneren vil begynne samtidig med at gass slipper ut fra kammeret gjennom eksosledningen 11. Reduksjonen av gasstrømmen vil således komme uten den forsinkelse man har om gasstrømmen på sin vei fra kammeret til munnstykket måtte passere regulatoren.

Volumet av hovedkammeret er også viktig trekk ved oppfinnelsen. Mens lengden av den tid som er nødvendig for å bygge opp eller redusere gasstrømmens hastighet kan kontrolleres ved hensiktsmessig valg av gasstrykk og innstillinger av strupeventilene for et fast volum i hovedkammeret, vil kammervolumet på sin side diktere innstillingen av strupeventilen og lineariteten i gasstrømmens økning for en bestemt endelig likevektshastighet til brenneren.

En omtrent lineær økning krever at strømningshastigheten inn i hovedkammeret er vesentlig større enn strømningshastigheten fra kammeret til brenneren. Under perioder da gasstrømmen øker eller avtar bestemmer dette forhold den minste størrelse av hovedkammeret.. På den annen side vil oppnåelse av tilstrekkelig hurtig øknings- eller reduksjonstid av en størrelsesorden på 1 sekund for plasmasveising f.eks. bestemmes maksimumvolumet på hovedkammeret hvis strupeventiler og utløpsledninger av praktisk størrelse skal anvendes. For det formål som her er beskrevet og som angår plasmasveising med "nøkkelhull" har et hovedkammervolum på 1,4 liter til 5,7 liter vist seg tilfredsstillende og hensiktsmessig. For eksempel vil en typisk gassreguleringsanordning for nøkkelhullsveising ha en stillbar økningstid på fra 1-10 sek. I løpet av denne tid (opptil 10 sek.) skal gassutstrømningen fra hovedkammeret til brenneren øke så meget som til 710 liter/time. Gasstilførselen til hovedkammeret som mater brenneren må alltid overstige denne strømningshastighet betydelig under den periode da gasstrømmen endrer seg slik at det endelige trykk i hovedkammeret og jevn strømningshastighet hurtig oppnås. Strømmen inn i hovedkammeret i løpet av 1 sek. stigningstid må være opptil ti ganger større enn strømmen ved en 10 sek. stigningstid. Også av hensyn til den enkleste og mest praktiske installasjon i alle-rede eksisterende gasstilførselssystemer må maksimum strømnings-hastighet inn til hovedkammeret holdes så liten som mulig for ikke å senke tilførselstrykket urimelig meget.

Stilles disse krav sammen kan et typisk system spesifiseres slik:

Minimum tilførselshastighet

til hovedkammeret (for.

10 sek. stigning til 710 l/t) - 990 l/t.

Maksimum tilførselshastighet

til hovedkammeret (for 1 sek.

stigningstid) - 6,8 irr/t.

Total netto tilførsel - 1,7 1 ved standard

temp. og trykk-Endelig hovedkammertrykk - 1,4 kg/cm .

Volum av hovedkammeret - 1,4 liter.

Man skal merke seg at økningen for 10 sek. stigningsuid

har en endelig verdi i strømningshastigheten på omtrent 30% av ut-gangsverdien fordi utstrømningshastigheten fra hovedkammeret er ganske betydelig i forhold til strømmen inn i hovedkammeret, det vil si 710 l/time sammenliknet med 990 l/t ved standard temperatur og trykk. Denne avvikelse fra sann linearitet er så stor at man må ta hensyn til dette i systemet. En økning av hovedkammerets volum til 5,7 liter resulterte i en omtrent lineær 10 sek. økning med en til-førselshastighet på 3,7 m?/ t ved standard temperatur og trykk. Den

strømningshastighet som var nødvendig med dette hovedkammervolum for en stigningstid på 1.sek. er omtrent 28,3 m^/t ved standard temperatur og trykk.

Når anlegget er i drift, dannes en lysbue mellom sveise-brennerelektroden 2k og arbeidsstykket med en startstrøm og strøm av gass. Man sørger for relativ bevegelse mellom arbeidsstykket og brenner. Den elektriske strøm og gasstrømmen øker gradvis fra disse startverdier opp til sveisestrømmen og til gasstrømmen under swisin^slik at man får nøkkelhullsveising, og det hele foregår over en tid som er slik at overgangen fra intet nøkkelhull til nøkkelhullsveising er jevn og gradvis. Når sveisingen skal avsluttes, blir den elektriske strøm og gasstrømmen gradvis redusert over en tidsperiode som er slik at overgangen fra nøkkelhullsveising til sveising uten nøkkelhull er jevn og gradvis.

Den ovenstående beskrivelse av en foretrukken utførelses-form for oppfinnelsen skal ikke oppfattes som noen begrensning for det vern dette patent gir, idet nærliggende modifikasjoner kan gjøres uten at man derved går utenom oppfinnelsens ramme. For eksempel kan solenoidventilen 4 og nålventilen 5 kombineres til en enhet. Dess-uten kan regulatorene 12 og 25 erstattes av en enkel regulator. Videre kan oppfinnelsen også anvendes til annet enn plasmasveising. For eksempel ligger fordelene ved punktsveising i denne forbindelse klart i dagen.

Claims (5)

1. Anordning ved sveiseapparat til frembringelse av en konstant forandringshastighet for en gasstrøm fra en første strømnings-hastighet til en neste strømningshastighet i løpet av en på forhånd bestemt tid, omfattende en gassledning som forbinder en gasskilde med et forbrukssted, et hovedkammer i ledningen for mottaking av gass fra kilden, ventilanordninger i ledningen for regulering av gassens strømningshastighet fra kilden til kammeret og strømnings-målere for regulering av gasstrømmen fra kammeret til forbruksstedet, karakterisert ved at det i den nevnte ledning på hovedkammerets (7) oppstrømside, foruten reguleringsanordninger (25) som skal etablere et jevnt trykk foran kammeret, også finnes ytterligere reguleringsanordninger (5,6) som i tilknytning til det trykk som skapes av den første regulerihgsanordning med innstillbar konstant hastighet skal bygge opp trykk i hovedkammeret til et på forhånd bestemt konstant trykk, for derved å bevirke jevn stigning fra en strømningshastighet til en annen på kammerets nedstrømside.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert v e d at hovedkammeret (7) har et volum fra 1,4 til 5,7 liter.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det finnes en ytterligere gassledning (3) med lavere volumetrisk gasstrøm enn den førstnevnte (2) og utstyrt med en regulator (12) og en strømningsmåler (13) i serie i denne ledning.

4. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at forbruksstedet er utstyrt med en lysbuesveisebrenner (20) som har en elektrode i et munnstykke for utmatning av gass fra det nevnte kammer (7).

5. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at ytterligere ventilanordninger (8) er innkoplet i gasstrømmen mellom hovedkammeret (7) og forbruksstedet for å bestemme hastigheten hvormed gassen utmates fra hovedkammeret.