NO132676B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved likestrøms-lysbuesveising under gassbeskyttelse samt

trådelektrode for gjennomføring av fremgangsmåten.

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved likestrøms-lysbuesveising

under gassbeskyttelse, hvor en metallavgivende trådelektrode er koblet med katode og styremetaller er innblandet i eller

påført på elektroden for å oppnå at sveisemetallet overføres fra elektroden til ar-beidstykket i form av en aksialt rettet

stråle av metalldråper.

Det har vært foreslått kulldioksyd som

oksyderende gass og kulldioksyd er blitt

anvendt til beskyttelse av lysbuesveising

med metallavgivende elektroder. Se blant

annet amerikansk patent nr. 2 544 711. For

sveising av stål er kulldioksyd en forholdsvis ureaktiv gass og har vist seg å være

et tilfredsstillende middel til å holde luft

borte fra naboskapet ved sveisen. Imidlertid er det en hovedulempe ved beskyttelse

med kulldioksydgass at overføringen av

metall fra elektroden til arbeidsstykket er

kuleformet og uregelmessig i retningen,

hvilket bevirker at lysbuen er uregelmessig og ustabil og gassbeskyttelsen kan bry-tes. Det er derfor typisk for prosessen at

det frembringes meget sprut som hefter

ved arbeidsstykket og bygger seg opp i dy-sen for beskyttelsesgassen. Det er riktignok så at disse ulemper delvis er blitt avhjulpet i tilstrekkelig grad til at prosessen blir praktisk gjennomførlig, ved at man

blant annet opprettholder en særlig kort

bue som er nesten helt dykket ned under

overflaten på arbeidsstykket. Men selv om

dette riktignok har vist seg å være en praktisk gjennomførlig løsning av prob-lemet ved maskinsveising, hvor slike «neddykkete» buer kan opprettholdes med nøy-aktighet, er dette ikke den beste løsning og heller ikke tilfredsstillende ved manuell sveising på grunn av at arbeideren ikke er istand til å opprettholde den nødvendige korte buelengde. Når slike korte bueleng-der anvendes, er dessuten sveisesømmen nødvendigvis høy og smal, og den ønskete forsterkning av sveisen kan ikke oppnåes.

Som følge herav er det i høy grad ønskelig og har lenge vært strebet etter i tek-nikken å oppnå en kulldioksydbeskyttet lysbuesveiseprosess med metallavgivende elektroder, hvor man oppnår aksialt rettet stråleoverføring av metall fra elektroden til arbeidsstykket. Denne stråleoverføring består av en rekkefølge av adskilte metalldråper som rettes aksialt fra elektroden mot arbeidsstykket. I tillegg til de praktiske fordeler ved sveising med denne art over-føring, utfører stråleoverføring den viktige funksjon at man får et middel til å bringe det smeltete metall tvers over buen fra elektrodespissen til arbeidsstykket uten å få noen ustabilitet for buen eller noen kortslutning, og uten å forstyrre den be-skyttende gassomhylling. Den gir en jevn, stødig, stabil og sprutfri bue hvor det for-dampete og smeltete sveisemetall til enhver tid er beskyttet fra ytterluften av en kontinuerlig uforstyrret strøm av beskyttelsesgass. Følgelig vil det trekk å oppnå stråleoverføring i kulldioksydbeskyttete buer gjøre det unødvendig å opprettholde den korte eller «neddykkete» lysbue.

Buesveising med stråleoverføring under bruk av metallavgivende elektrode med beskyttelse av inert gass under anvendelse av polaritetsveksel, høy strømtetthet og en lysbuebeskyttelse med en inert gass som for eksempel argon, er nå velkjent og i utstrakt bruk i praksis. Slike sveiseprosesser som er beskrevet i amerikansk patent nr. 2 504 868, er kjennetegnet ved den høye kvalitet på sveisen som kan oppnåes ved ethvert metall og i enhver stilling. Proses-sens kommerielle suksess kan tilskrives delvis den nye kombinasjonen av elementer som samvirker for å frembringe «stråle-overføringen» av metall fra elektroden til arbeidsstykket.

Høykvalitetssveising med stråleover-føring er også blitt oppnådd ved sveising av alle metaller i alle stillinger, ved sveising med rett polaritet og vekselstrøm samt inert gassbeskyttelse. Slike sveiseprosesser som er beskrevet og beskyttet i de ame-rikanske patenter nr. 2 694 763 og 2 694 764, innbefatter at man til elektroden, som arbeider som lysbuekatode, tilsetter tilsetningsstoffer som dissosierer i den inerte beskyttelsesatmosfære <p>g frembringer stoffer som samvirker med metallet i katoden og den inerte gass i beskyttelsesatmosfæ-ren for å oppnå stråleoverføringen.

Man har rent generelt foreslått å til-sette additiver til den kulldioksydbeskyttete bue. Men de elektriske og kjemiske til-stander som hersker i den kulldiokspdbe-skyttete bue er helt forskjellig fra dem som forefinnes i en lysbue beskyttet med argon (inert gass); dette forklarer muligens det trekk at et middel som vil frembringe en stråle i en bue beskyttet med inert gass ikke behøver å gi noen gunstig effekt i det hele tatt ved metalloverføringen i en oksyderende atmosfære som for eksempel kulldioksyd. Dette er sannsynligvis ikke ulo-gisk, på grunn av at selv om det ved første blikk kan synes å være en likhet tilstede, er katodeomgivelsene for en lysbue beskyttet med inert gass, vesensforskjellige fra katodeomgivelsene i den oksyderende kulldioksydatmosfære. Praktisk talt enhver metallforbindelse som utsettes for de særlig høye temperaturer i området rundt sveiselysbuen dissosierer, og frigir et posi-tivt metalljon. I en inert atmosfære antas det at konsentrasjonen av ubundete metall - joner er høy, på grunn av at ved en slik ureaktiv atmosfære vil likevekten ved høye temperaturer begunstige høye konsentra-sjoner av ubundete atomer og joner. Dette gjør det mulig å danne den høyemissive sammensatte katodeflate som er beskrevet i de forannevnte Muller-patenter, når de rette metaller er tilstede. Elementfilmen av tilsetningsmetall på grunnmetallet, vil, når tilsetningsmetallet velges riktig fra al-kaligruppen, jordalkaligruppen eller sjeldne jordartmetallgrupper, senke arbeidsfunk-sjonen og øke overflatemissiviteten ved det riktige sted på katoden. Men når lysbuen beskyttes ved en oksyderende atmosfære som for eksempel kulldioksyd, vil likevekten i langt høyer grad være rettet mot dannelsen av oksyder, og følgelig kan det antas at det på katodemetallet er tilstede en langt større mengde metalloksyder og fær-re ubundete metallatomer eller joner. En slik tilstand synes i motsetning å være en av årsakene til at strålefrembringende midler som er høyeffektive og fullstendig tilfredsstillende i inerte atmosfærer, er fullstendig ineffektive når det gjelder å frembringe stråleoverføring i COa eller andre oksyderende atmosfærer.

Uansett årsaken har det ikke vist seg mulig innen den foreliggende oppfinnelse å frembringe sprutfrie sveiseutfellinger med en aksialstrålende lusbue med metallavgivende elektrode beskyttet med en oksyderende gass såsom kulldioksyd.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en gassbeskyttet lysbuesveising med normale bue-lengder (ikke «neddykkete» buer), som er stort sett fri for sprut.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i og for seg kjente trekk (a) til (c) samt det nye trekk (d): (a) bruken av C02 som beskyttelsesgass, (b) anvendelsen av cesium eller en cesiumforbindelse som styremetall, (c) dessuten anvendelsen av et annet alkalimetall eller en annen alkalimetallforbindelse som tilsetningsstoff ti cesium-styremetallstoff, (d) samt at vektsdelen av det annet alkalimetall er fra 20 til 500 pst. af vektsdelen av cesium multiplisert med forholdet mellom atomvektene for det annet alkalimetall og cesium.

I en trådelektrode for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen foretrekkes det at vektsdelene av det annet alkalimetall og cesium forholder seg til hverandre som atomvektene. Generelt har man funnet, ifølge oppfinnelsen, at dersom en synergistisk blanding av cesiumforbin-deisen av den annen alkalimetallforbindelse er slik at vektsdelen av cesium er på minst 0,01 pst. av elektrodens vekt og vektsdelen av det annet alkalimetall er omtrent 20 pst. av cesiumets vekt, kan det frembringes i den oksyderende kulldioksydatmosfære med rett polaritet ved et strøm-nivå godt innenfor det mest ønskelige område for praktisk sveising, en sprutfri aksialt rettet stråleføring. Den resulterende sveis er fri for nitrider og oksydforurens-ninger. Ved passende desoksyderingsprak-sis, kontrollert hovedsakelig ved sammen-setningen av elektrodetråden, kan det frembringes sunne sveisesømmer stort sett fri for porøsitet og avleiringer i stort sett alle typer av jernmetaller, deri innbefattet anløpne, halvherdete og herdete stålsorter, lavlegert stål, rustfri og varmefaste stålsorter, osv.

Nærværet av desoksyderende elementer (såsom silisium, aluminium og titan) hvor-av ett eller flere normalt tilsettes sammen med mangan i elektrode-jerntråder, og som normalt er tilstede i forholdsvis store mengder (over 0,25 pst.) i jerntråder som brukes for sveising av anløpne eller halvherdete stålsorter, er funnet å virke uheldig inn på den strålefrembringende virkning av cesium i C02-beskyttet lysbuesveising, selv om de ikke har noen slik virkning i metallbuesveising beskyttet med inert gass.

Det trekk at C02-gass har et forholdsvis høyt plasmaspenningsfall, sammenlik-net med inerte gasser såsom argon, er dessuten tilbøyelig til å hindre at det oppstår og fortsatt bibeholdes de elektriske og kjemiske betingelser som resulterer i metall-overføring av stråletypen. Disse vanskeligheter og dessuten den vanskelighet som den oksyderende natur for kulldioksyd bevirker, er imidlertid nå blitt avhjulpet ved den foreliggende oppfinnelse ved anvendelse av den enestående kombinasjon av kulldioksydbeskyttelsesgass, rettpolaritets sveisestrøm med høy strømtetthet og en spesielt behandlet jernelektrodelegerings-sammensetning. Denne nye kombinasjon av prosesstrinn og betingelser er ifølge den foreliggende oppfinnelse blitt funnet å gi praktisk brukbare, sunne sveisesømmer av høy kvalitet i arbeidsstykker av jern, der-under herdete og halvherdete arbeidsstykker, med den sterkt ønskelig stråleoverfø-rende bue som hittil bare var kjent fra sveiseprosesser beskyttet med inert gass.

For en mer fullstendig forståelse av oppfinnelsen vil det nå bli henvist til den

etterfølgende detaljerte beskrivelse og de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 Illustrerer skjematisk et apparat som er egnet for gjennomføring av oppfinnelsen. Fig. 2 og 3 viser skjematisk et apparat for fremstilling av elektrodetråden for på-føring av et strålefrembringende middel på denne. Fig. 4 viser skjematisk et egnet apparat for påføring av det strålefrembringende middel på sveisetråden.

Flg. 5 viser en grafisk fremstilling av variasjonene i. strømnivået hvor overgangen fra dråpeoverføring til stråleoverfø-ring finner sted etter hvert som andelene av Cs og K i en spesiell blanding av strålefrembingende midler endres over et visst område av blandinger. Fig. 6 viser et typisk fasediagram for et binært system av oksyder slik det antas å være tilstede på elektroden ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 7 viser en kvalitativ kurve over variasjonene i strømnivået, hvor overgangen fra dråpeoverføring til stråleoverføring finner sted etter hvert som mengden av strålefrembringende middel påført tråden endres. Fig. 8, 9 og 10 viser tre av de forskjel-lige former av svéiselysbuer som eksisterer i argonbeskyttet sveising med metallavgivende elektroder. Fig. 11 viser den form for sveiselysbue som finnes i de tidligere kjente typer av kulldioksydbeskyttete svéiselysbuer med metallavgivende elektroder. Fig. 12 viser den form for sveiselysbue som frembringes i kulldioksydbeskyttet sveiselysbue med metallavgivende elektroder ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Idet det henvises til fig. 1 er arbeidsstykket eller platen som skal sveises, be-tegnet med henvisningstallet 21. En svei-seelektrode 22, tilføres fortrinsvis i form av en lang trådlengde som avgis fra en rull 23 montert inne i en ramme 24. En motor-drevet tilføringsmekanisme 25 trekker trå-: den av fra rullen og skyver den kontinuerlig med en valgt tilførselshastighet, som : svarer til avbrennlngshastigheten for elektroden, gjennom et bøyelig hylster 26 til en i sveisepistol 27. Trådrullen og understøttel-sen for rullen og tilførselsmekanismen kan være av den type som er beskrevet i amerikansk patent nr. 2 681 401.

Det bøyelige hylster og sveisepistolen kan være av den type som er beskrevet i amerikansk påtent nr. 2 659 796. Sveise-strømmen tilførés til elektroden 22 fra et kontaktelement inne i pistolen 27 fra en likestrømskilde 31 for sveisestrøm over en leder 32. En kraftdrevet bryter eller kon-taktor 33 er innskutt i lederen 32 for å kunne bryte sveisestrømmen etter ønske. Sveisekretsen er sluttet med en leder 34 som er koblet til den annen pol i sveise-strømkilden 31 og til arbeidsstykket 21. Beskyttelsesgassen, kulldioksyd, tilføres fra en egnet kilde, såsom en sylinder 36, over en trykkregulator 37 og en ledning 38 til en egnet passasje i det bøyelige hylster 26 for tilførsel til sveisepistolen 27. Beskyttelsesgassen er fortrinsvis tilført fra sveisepistolen 27 som en uturbulent strøm som omgir elektrodens lysbueende, selve lysbuen og sveisedammen på arbeidsstykket frembragt med lysbuen. Apparatur egnet for gjennom-føring av den foreliggende oppfinnelse, såsom det apparat som er vist i fig. 1, er vanlig gassbeskyttet lysbuesveiseapparatur og er nå velkjent.

Den foretrukne måte til å innføre det strålefrembringende middel til lysbuen ved den foreliggende oppfinnelse er ved over-flatetilsetning til overflaten på en forøvrig bar trådelektrode. En slik tilsetning kan gjøres til tråden ved først å preparere trådoverflaten på egnet måte for å oppta midlet og deretter å føre den således preparerte tråd gjennom en opløsning eller oppslem-ming av det strålefrembringende middel.

Figurene 2 og 3 viser skjematisk en egnet apparatur for elektrolytisk rensing av elektrodetråden for å preparere dens overflate for påføringen av det strålefrembringende middel. I denne renseprosess blir elektrodetråden 41 trukket av fra en til-førselsrull 42 ned i et syrebad 43. Tråden styres gjennom badet mellom elektroder 44, 45 av føringsvalser 46. Et egnet syrebad kan bestå av ca. 2 kg kromtrioksyd og ca. 1,5 kg svovelsyre oppløst i ca. 30 liter vann. Likestrøm av en styrke på omtrent 100 Amp. føres gjennom badet mellom elektrodene 44 og elektrodene 45. Etter dette passerer tråden inn i et vannrensebad 47 og blir deretter grundig tørket i en tørke 48 innen den atter spoles opp på en rull 49. Tråden kan trekkes gjennom elektrolyse-syrerensesystemet med en hastighet på omtrent 630 cm i minuttet. Denne renseprosess gjør trådoverflaten stort sett helt fri for alt fremmedstoff og forurensninger som ellers kan hemme påføringen av det strålefrembringende middel på trådoverflaten.

Etter den forannevnte forbehandling av tråden eller annen tilsvarende prosess som vil gi en overflate som kan fuktes jevnt av en oppløsning av det strålefrembringende middel, trekkes tråden gjennom en slik oppløsning at det påføres en liten mengde strålefrembringende middel på overflaten av tråden. En egnet form for apparatur for påføring av det strålefrembringende middel på tråden er illustrert i fig. 4. I denne figur trekkes tråden 51 av fra en tilførselsrull 52 og føres over en fø-ringsvalse 53 som er delvis neddykket i et bad 54 av det strålefrembringende middel. Den spesielle sammensetning for det strålefrembringende middel og badet av dette vil bli nærmere beskrevet i det etterføl-gende. Når tråden 51 kommer ut av badet, passerer den gjennom en tørke 55 hvorfra den føres over på en mottakerrull 56. Denne rull 56 er fortrinsvis egnet til å anvendes 54 en vandig oppløsning. Andreoppløsnings-apparaturen i fig 1. Mange av de egnete strålefrembringende midler er vannopplø-selige og i den enkleste utførelse er badet 54 en vandig oppløsning. Andre oppløsnings-midler kan selvsagt anvendes hvor dette er egnet. Man har funnet at jevnhetsgra-den for det strålefrembringende middels fordeling på tråden forbedres, dersom et fuktemidel tilsettes til badet. De fleste av de vanlig forekommende fuktemidler er egnet. Med en vandig oppløsning i størrel-sesområdet fra 50 til 150 gram stoffer pr. liter vann, kan en tilfredsstillende fordeling av strålefrembringende midler oppnåes på trådoverf laten ved å trekke tråden gjennom oppløsningen med det utstyr som er beskrevet foran, med en hastighet på omtrent 630 cm i minuttet. Selvsagt kan andre tilsvarende måter brukes for påføring av det strålefrembringende middel på elektroden uten å avvike fra grunntanken i den foreliggende oppfinnelse.

Det viktigste element når det gjelder prepareringen av tråden er å velge ut det strålefrembringende middel som skal på-føres på tråden. I samsvar med den foreliggende oppfinnelse virker en synergistblanding av en cesiumforbindelse og en annen alkalimetallforbindelse når blandingen påføres elektrodetråden på den måte som er beskrevet foran, at man frembringer stråleoverføring med rett polaritet i en kulldioksydatmosfære slik at det kan sammenliknes i karakter med det som oppnåes med omvendt polaritet i enargonatmosfære. Alkalimetallene er cesium, natrium, kalium, rubidium, lithium og francium. De foretrukne forbindelser er de oksygenholdige forbindelser såsom hydroksyder, karbona-ter og nitrater. Slike foretrukne forbindelser er funnet å gi fordelene som oppnåes ved den foreliggende oppfinnelse, lettere og i større utstrekning enn andre forbindelser.

Eksempel på spesielle strålefrembringende midler som er funnet å virke godt ved de arbeidsbetingelser for sveising ved et strømnivå like over overgangen fra dråpe til stråle er angitt i tabell 1. Den nomi-nelle sammensetning for hver av elektro-detrådene som det henvises til i tabell 1, er som følger:

I hvert av eksemplene i tabell 1 ble tråden elektrolytisk renset innen påfø-ringen av det strålefrembringende middel på nøyaktig den måte som er beskrevet foran. Det strålefrembringende middel ble deretter påført på den måte som er beskrevet og illustrert heri. Tabell 1 angir antallet gram av hvert stoff oppløst i tilstrekkelig mengde vann til å gi en liter oppløsning. I hvert av eksemplene i tabell 1 oppnådde man en god aksialstråleoverføring som kan sammenliknes med det som fåes ved omvendt polaritet i argon, i en kulldioksydatmosfære. Foretrukne strålefrembringende midler er blandinger av Cs2C03 og Na2C03, Cs2Cb3 og K2C03, CsOH og KOH, og Cs N03 og NaNOa. Generelt sett foretrekkes det å anvende oksygenholdige forbindelser av cesium i blanding med en tilsvarende forbindelse av Na eller K. Francium antas å være av liten praktisk verdi på grunn av at det er radioaktivt og ytterst sjeldent og dyrt. Man har lagt merke til at når stoffene blandes i visse forhold, oppnåes en over-legen virkemåte. Et studium av de data som fåes under utstrakt prøving av denne oppfinnelse har vist at den strøm hvor overgangen finner sted fra dråpeoverføring til stråleoverføring er minimum når de to stoffer er tilstede i et slikt forhold at det er stort sett samme antall cesiumatomer som atomer av det annet alkalimetall tilstede i oppløsningen. For eksempel i en blanding av CsXto-, og Na.CO;, eller i en blanding av CsOH og NaOH, hvor cesiumet og natriumet er i like atomforhold, et cesiumatom for hvert natriumatom, når vektene for stoffene er i samme forhold i blandingen som forholdet mellom deres molekylarvekter. Dersom på den annen side den utvalgte blanding for eksempel er en blanding av CsOH og Na2C03 viser det seg at den minste over-gangsstrøm finnes der hvor det er dobbelt så mange molekyler av CsOH som molekyler av Na2COs. Dette understøttes av de forsøksdata som er angitt i tabell 2, som viser endringen i strømmen hvor overgangen fra dråpeoverføring til stråleover-føring skjer når vekten av den annen alkalimetallforbindelse endres 1 forhold til vekten av cesiumforbindelse på en måte som gir (1) halvparten så mange, (2) et likt antall, og (3) halvannen ganger så mange atomer av det annet alkalimetall som det er cesiumatomer tilstede.

Det henvises nå til fig. 5 for et eksempel på den måte hvorpå overgangsstrøm-men varierer etterhvert som andelene av cesium og andre alkalimetallatomer varierer. I fig. 5 er overgangsstrømnivået hvor metalloverføringen forandrer seg fra dråpe til stråle opptegnet mot gram K2C03 pr. liter oppløsning hvori det er en konstant mengde på 40 gram pr. liter Cs2C03. De data som denne kurve er basert på, er blitt oppnådd eksperimentelt. Av denne figur kan det sees at den minste overgangsstrøm forefinnes når innholdet av K2C03 i opp-løsningen er mellom 16 og 20 gram pr. liter. En beregning basert på atomvektene for elementene viser at et like antall cesium og kaliumatomer er tilstede når det er 40 gram Cs=CO:, og 17 gram KoCCv Selvom man kan få gode resultater med mengdeforhold av metallatomer som varierer fra optimalforholdet fra 1 til 1, foretrekkes det at slike mengdeforhold holdes innenfor grensene av fra 5 til 1 og til 1 til 5 (mens man samtidig opprettholder mengden av tilstedeværende cesium over et minimum på omtrent 0,01 vektsprosent av elektroden), for å oppnå fordelene ved den foreliggende oppfinnelse med hensyn på meng-dene av stoffer i blandingen.

Man har funnet ifølge den foreliggende oppfinnelse at stråleoverføring kan frembringes i en kulldioksydatmosfære når et strålefrembringende middel som består av en synergistblanding av en cesiumforbindelse og et annet alkalimetall anvendes. Den enestående synergistvirkning for til-setningsblandingene ifølge den foreliggende oppfinnelse er blitt vist ved forsøk som antyder at andre tilsetningsstoffer enn alkalimetallforbindelser ikke er effektive som hjelpestoff sammen med en cesiumforbindelse til å danne et strålefrembingende middel i kulldioksyd. Eksempel på andre slike stoffer enn alkalimetallforbindelser som har vært forsøkt og funnet å være uvirksomme for formålet er MgCL,, Mg-(NO,)=, MN (NO,)=, Fe (N03)2, Ni "(Nos)„ SnCl,, BaCL, CaCl2, La (NO,,),, Ce26, Ikke i noe tilfelle kunne man få stråle-overføring ved noen av disse stoffer når de ble anvendt alene eller når de ble anvendt i kombinasjon med en cesiumforbindelse. Forsøk hvor man brukte bare alkalimetallforbindelser av annen art enn cesium og kombinasjoner av andre alkalimetallforbindelser enn cesium ga tilsvarende negative resultater. Når man for eksempel anvendte en kombinasjon av Rb2C03 og Na2C03, kunne man ikke få noen stråleoverføring ved strømstyrker opptil 530 Amperes. En kombinasjon av RbOH og KOH ved en strøm på omtrent 370 Ampere resulterte i en viss virkning på lysbuen, men det ble ikke frembragt noen faktisk stråleoverføring. De fleste al-kallforbindelser, jordalkaliforbindelser og forbindelser av sjeldne jordartmetaller gir en senkning av avbrenningshastigheten i en kulldioksydbeskyttet metallbue for en gitt strøm ved rett polaritet, men ingen bortsett fra cesium viste seg å være istand til å frembringe aksial stråleoverføring i oksyderende atmosfærer såsom kulldioksyd. Dessuten må et hjelpemetall valgt fra gruppen som består av andre alkalimetaller enn cesium anvendes sammen med cesium for å gi stabile og tilfredsstillende og praktisk brukbare resultater.

Det synes å fremgå klart fra forsøks-resultatene at cesium er et nødvendig element når det gjelder å oppnå stråleover-føring i kulldioksyd. I visse tilfelle, såsom når det dreier seg om en herdet stål- eller jernelektrodebarre fri for desoksyderende elementer, vil cesium alene frembringe en stråle. Man har imidlertid funnet at praktisk brukbar stråleoverføring under sveising ikke kan frembringes med jernelektroder når det anvendes en cesiumforbindelse alene. Man har også funnet at strå-leoverføring ikke kan frembringes med en cesiumforbindelse alene på de tråder som brukes i praksis for kulldioksydbeskyttet sveising, særlig de høyt desoksyderte tråder som kreves for sveisingen av anløpne og halvherdete stålsorter. Antageligvis er dette et resultat av selve trådens kjemi. Men når den samme cesiumforbindelse suppleres med en annen alkkalimetallfor-bindelse som beskrevet foran, kan man oppnå en god aksialstråle med enhver egnet sveisetråd, uansett legeringsinnhol-det. Forklaringen på dette er ikke klar, men det antas at dersom tråden har et høyt innhold av slike elementer som silisium: som har en affinitet for oksygen, blir dannelsen eller tilbakeholdelsen av cesium-oksyd på det riktige sted på katoden under-trykket eller senket, og midlets evne til å frembringe stråleoverføring blir minsket. Nettopp hvorfor tilsetningen av det annet alkalimetallstoff hjelper til å avhjelpe de vanskeligheter som er forbundet med å frembringe stråleoverføring i en kulldioksydbeskyttet atmosfære i nærvær av høyt silisiuminnhold er ikke kjent, men resultatet er blitt klart observert. Silisium er selvsagt ikke det eneste element i elektrodetråden som innvirker uheldig på den strålefrembringende virkning av cesium. Aluminium og titan som hyppig innkorpo-reres som desoksyderende elementer, gir tilsvarende uheldige virkninger. Andre desoksyderende elementer eller legeringsele-menter i tråden har sannsynligvis også en større eller mindre virkning. Den rolle som de desoksyderende metaller såsom silisium spiller, er imidlertid langt den viktigste, på grunn av at virkningen av disse annulerer virkningen av cesium med mindre det tilsettes et hjelpestoff sammen med cesiumet for å inhibere eller motvirke den motsatte effekt av desoksydasjonsmidlet. Dessuten er slike desoksydasjonsmidler nesten alltid tilstede i vesentlige mengder (det vil si mer enn 0,25 pst.) i jernelektroder av den type som anvendes ved de fleste jernmetall-sveisinger.

En mulig forklaring på hvorfor kombinasjonen av en cesiumforbindelse og en annen alkalimetallforbindelse er mer ef-fektiv enn cesiumforbindelsen alene, er at ved en slik kombinasjon dannes det en eutektisk blanding eller oppløsning av metalloksyder som har et lavere smeltepunkt og et høyere kokepunkt enn hver forbindelse alene. Det antas at hva som er nød-vendig er å danne en blanding av de to alkalimetalloksyder som vil smelte ved en tilstrekkelig lav temperatur til å fordele seg jevnt over elektrodeflaten når elektroden nærmer seg buen for å danne en ringsone eller et ringområde som ligger aksialt i avstand fra enden av elektroden med øket elektrisk emissivitet i forhold til emissiviteten ved elektrodens ytterste spiss. Den resulterende økning i den elektriske emissivitet ved eller i hovedområdet for begynnelsen av elektrodesmeltesonen bevirker at bueplasmaet «klyver» eller «fasthuker seg» til elektroden ved dette område med den følge at plasmaet da omslutter mestepar-ten om ikke alt det smeltete metall ved elektrodespissen og frembringer en fordeling av elektriske krefter slik at det smeltete metall rettes tversover buen mot arbeidsstykket aksialt fra elektrodens ende. «Klyvingen» for plasmaet som nettopp er beskrevet vil sannsynligvis bare skje når emisjonen blir «lettere», eller krever mindre spenningsfall, ved den sone som ligger i avstand fra elektrodespissen sammenlik-net med emisjonen ved selve den ytterste spiss. Følgelig antas det å være viktig for oppfinnelsens gjennomføring at det strålefrembringende stoff eller blandingen av stoffer ikke bare er en meget god emitter, men også har et tilstrekkelig lavt smeltepunkt og et tilstrekkelig høyt kokepunkt eller fordampningspunkt til å danne og bibeholde en jevn og tilstrekkelig flate av emisjonsflate ved eller nær begynnelsen av elektrodesmeltesonen. Samtidig bør det strålefrembringende middel ikke holde seg på elektroden, eller i hvertfall ikke holde seg i dets høyemissive form inntil det kommer frem til den ytterste spiss, på grunn av at foråt plasmaet skal klyve over de relativt totale spenningsfall mellom arbeidsstykket og de to respektive katodeste-der må reserveres i relativ størrelse, eller gjøres i hvertfall tilnærmet like. Det antas at en av de mest enestående egenskaper for cesium, dets uvanlig lave joniserings-potensial, bidrar til dette resultat. Det vil synes som om enhver cesiumdamp som kommer fra fordapning av cesium dannes ved partiell dissosiasjon av cesiumoksydet på katoden og/eller dissosiasjon av fordam-pete cesiumforbindelser i plasmaet, ville senke spenningsfallet i COa plasmaet, i hvertfall i plasmarommet like ved den nevnte katodeemisjonssone, og vil følgelig lette klyvingen av plasmaet til steder med høyere emissivitet eller lavere katodespen-ningsfall. En slik spenning på plasmaspen-ningsfallet er særlig tydelig ved COa som beskyttelsesgass, på grunn av at spenningsfallet i denne gass er adskillige ganger stør-re enn spenningsfallet i argon.

Det trekk at alkalimetallforbindelser generelt, jordalkaliforbindelser og forbindelser av sjeldne jordartmetaller ikke vil frembringe i kulldioksydbeskyttelsesatmos-færer den stråleoverføring som kan frembringes med cesiumbaserte midler som anvendes i samsvar med den foreliggende oppfinnelse kan skyldes, iallfall delvis, de forholdsvis høye kokepunkter for oksydene av slike metaller. Uansett hvilken metallforbindelse det tilsettes, vil oksydet av dette selvsagt til en viss grad dannes under de høye kinetiske betingelser ved den høye temperatur i buen i nærværet av fritt oksygen som kommer fra partiell dissosiasjon av beskyttelsesgassen av C02. Slike metalloksyder av jordalkalimetaller og sjeldne jordartmetaller har forholdsvis høye kokepunkter og dissosiasjonstemperaturer, og vil holde seg på det smeltete katodemetall ved yterspissen på elektroden og vil følge-lig bare frembringe en totaløkning av ka-todeemissiviteten istedenfor å skifte balan-sen eller forholdet mellom emissiviteten for et katodeområde. Dessuten vil slike andre metalloksyder ikke normalt være så gode elektronemittere som cesium/cesium-oksyd, og heller ikke har metallene av disse cesiumets ekstremt lave jonlseringspoten-sial.

Typisk variasjon av smeltepunkter og kokepunkter som kan ventes ved endringer i relativkonsentrasjonen for blandinger eller oppløsninger er illustrert i fig. 6. Det vil fremgå at etterhvert som konsentra-sjonene varieres fra en grense på 100 pst. av et oksyd gjennom området av 100 pst. av det annet oksyd, vil smeltepunktene falle i begge retninger henimot et minimum ved eutecticumet. På den annen side vil kokepunktene øke i omtrent den samme retning, slik at området mellom smeltepunktene og kokepunktene er større i den umiddelbare nærhet av eutecticumkonsen-trasj onene.

Mengden av strålefrembringende middel tilsatt til elektrodetråden i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er ikke synderlig viktig forutsatt at en viss minstemengde tilsettes. Ved for eksempel den trådfremstillingsmetode som er beskrevet i detalj heri har man funnet at en behandlet tråd vil inneholde eller bære omtrent 0,03 pst. av blandingen av behandlingsstoffer. Fig. 7 illustrerer endringene i overgangs-strømmen når mengden av strålefrembringende middel tilsatt til tråden økes. Det vil fremgå at liten endring finnes etterat

en viss minstemengde cesium er tilsatt til

tråden. Denne minstemengde kan være

forskjellig for hver spesiell trådetype, men

bør i praktisk talt alle tilfelle være på minst omtrent 0,01 vektprosent. En mengde

av cesiumholdig strålefrembringende middel i en mengde som er lik omtrent 0,03 vektprosent av tråden er funnet å være tilfredstillende for den generelle anvendelse av oppfinnelsen.

Endel av forskjellene mellom metallbuen beskyttet med inert gass (argon) og metallbuen beskyttet med C02 kan obser-veres visuelt, både med det blotte øye gjennom sveisebriller og ved å anvende film opptatt ved ultrahøy hastighet. Slike forskjeller er illustrert på tilnærmet nøyaktig måte i figurene 8 til 12. Dessuten er de vi-suelle forskjeller mellom sveisebuen beskyttet med C02 i den hittidige teknikk og den kulldioksydbeskyttete stråleoverfø-ringsbue ifølge den foreliggende oppfinnelse illustrert i henholdsvis figurene 11 og 12.

Argonbeskyttete rettpolariserte metall-buer som viist i fig. 8 emiterer nesten fullstendig fra bunnen av de smeltete dråper eller fra ytterspissen på elektroden. Emisjonsområdet veksler fra sted til sted og tidspunkt til tidspunkt over katoden. Antageligvis vil koldkatodetypen for emisjon som finnes i en slik bue kreve tungt jone-bombardement i lokaliserte katodeflater for å gi tilstrekkelig høye lokale temperaturer til å opprettholde den nødvendige emisjon til å bibeholde buen. Resultatet er globulær overføring av spruttypen.

Når et emisjonsmiddel tilsettes til en slik elektrode, vil emisjonen i nærheten av den inerte gass begynne å foregå et stykke bakover på tråden og plasmaet skifte bakover og fremover fra elektrodespissen til elektrodesideflatene et godt stykke baken-for sonen for smeltet metall, eller vil finne sted fra begge slike flater samtidig, og med en slik delvis elektrode vil sprøytetype-overføringen bibeholdes. Fig. 9 viser dette fenomen.

Med en passende aktivert elektrode i

argon kan katodeemisjonsområdet kon-sentreres fra den tilstand som er vist i fig. 9 til stort sett den samme konfigurasjon som kommer fra at man bruker lysbuer av omvendt polaritet og høy strømtetthet i argon, som illustrert i fig. 10.

Lysbuen i C02 med omvendt polaritet

har på den annen side den globulære sprut-overføringskonfigurasjon som er vist i fig.

11, og det samme gjelder for lysbuen i C02

med rett polaritet. I realiteten er den feil-

aktige lysbuekonfigurasjon i fig. 11 tem-

melig representativ for alle typer av svei-

sing beskyttet med COa innen den forelig-

gende oppfinnelse.

Fig. 12 viser bueplasmaet og aksial-stråleoverføringsfenomenet som frembrin-

ges i lysbuer av rett polaritet beskyttet med C02 ved kombinasjonsprosessen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Det bør be-merkes at den tilstand som er vist i fig. 9

aldri eksisterer i den kulldioksydbeskyttete bue. Bortsett fra når den dannes som vist i fig. 12 ved kombinasjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse, vil lysbuer beskyttet med C02 alltid være av den feilaktige sprutoverføringstype, uavhengig av hvor-

vidt man har omvendt polaritet, rett polari-

tet eller man har tråder behandlet med slike midler som jordalkaliforbindelser og forbindelser av sjeldne jordartmetaller.

Kontroll av emisjonsområdet på elektroden synes å være viktig for oppnåelse av stråleoverføring. Dette kan oppnåes i kulldiioksydatmosfærer ved den foreliggen-

de oppfinnelse ved spesiell behandling av elektroden. Denne kontroll kan bare utfø-

res når man arbeider med rett polaritet,

det vil si elektroden er negativ. Mens for-søksresultatene som er oppnådd, i det vesentlige har vært med tråder basert på

jern, må det antas at oppfinnelsen kan brukes på andre trådmaterialer. Når det likeledes er kjent fra forsøksresultatene at sveisebuene i C02 er forskjellig fra buer i monoatomisk inert atmosfære, og fordi det antas at arbeidet i en kulldioksydatmosfære begunstiger dannelsen av metalloksyder, må det antas at oppfinnelsen der-

for også kan brukes ved andre oksyderende atmosfærer enn kulldioksyd.

Selvom den foregående beskrivelse re-fererer seg til blandingen av en cesiumforbindelse og en tilsetningsforbindelse av alkalimetall, må det understrekes at tre eller flere forbindelser kan blandes så lenge

som blandingen er istand til å gi det nød-vendige cesium og hjelpemetall til katoden på en måte som fremmer dannelsen av stråleoverføring. I enhver slik blanding bør mengdeforholdene være slike at det samlete antall av atomer av alkalimetaller andre enn cesium svarer til antallet av tilstedeværende cesiumatomer. Det må også understrekes at mens oppfinnelsen hovedsakelig kan brukes ved lysbuesveising og er beskrevet heri under henvisning til denne anvendelse, må det understrekes at den også kan brukes på beslektete områder såsom ved bueskj æring.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte ved llkestrøms-lysbuesveising under gassbeskyttelse, hvor en metallavgivende trådelektrode er koblet som katode og styremetaller er innblandet i eller påført på elektroden for å oppnå at sveisemetallet overføres fra elektroden til arbeidsstykket i form av en aksialt rettet stråle av metalldråper, karakterisert ved kombinasjonen av de i og for seg kjente trekk (a) til (c) samt det nye trekk (d): (a) det brukes C02 som beskyttelsesgass, (b) det anvendes cesium eller en cesiumforbindelse som styremetall, (c) desuten anvendes et annet alkalimetall eller en annen alkalimetallforbindelse som tilsetningsstoff til cesium-styre-metallstoffet, (d) samt at vektsdelen av det annet alkalimetall er fra 20 til 500 pst. av vektsdelen av cesium multiplisert med forholdet mellom atomvektene for det annet alkalimetall og cesium.

2. Fremgangsmåte i samsvar med påstand 1, karakterisert ved at tilsetningsstoffet er en natriumforbindelse eller en kallumforbindelse.

3. Fremgangsmåte i samsvar med påstand 1 eller 2, karakterisert ved at cesiumstyremetallforbindelsen inneholder cesiumkarbonat og at tilsetningsstoffet inneholder natriumkarbonat.

4. Fremgangsmåte i samsvar med en av påstandene 1 til 3, karakterisert v e d at cesiumstyremetallforbindelsen inneholder cesiumkarbonat og at tilsetningsstoffet inneholder kaliumkarbonat.

5. Fremgangsmåte i samsvar med en av påstandene 1 til 4, karakterisert ved at cesiumstyremetallforbindelsen inneholder cesiumhydroxyd og at tilsetningsstoffet inneholder natriumhydroxyd.

6. Fremgangsmåte i samsvar med en av påstandene 1 til 5, karakterisert ved at cesiumstyremetallforbindelsen inneholder cesiumhydroxyd og at tilsetningsstoffet inneholder kaliumhydroxyd.

7. Fremgangsmåte i samsvar med en av påstandene 1 til 6, karakterisert ved at cesiumstyremetallforbindelsen inneholder cesiumnitrat og at tilsetningsstoffet inneholder natriumnitrat.

8. Fremgangsmåte i samsvar med en av påstandene 2 til 7, karakterisert ved at vektsmengden av cesium i cesiumstyremetallforbindelsen og vektsmengden av alkalimetall i tilsetningsstoffet står i et forhold til hverandre som omtrent svarer til forholdet mellom disse metallers atom-vekter.

9. Fremgangsmåte i samsvar med en av påstandene 1 til 8, karakterisert ved at cesiummetallet og det annet alkalimetall tilføres i en mengde som overskrider 0,03 pst. av den totale elektrodevekt.

10. Trådelektrode for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge påstand 1, karakterisert ved at vektsdelene av det annet alkalimetall og cesium forholder seg til hverandre som atomvektene.

11. Trådelektrode for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge påstand 1, karakterisert ved at vektsdelen av cesium er på minst 0,01 pst. av elektrodens vekt og at vektsdelen av det annet alkalimetall er omtrent 20 pst. av cesiumets vekt.

12. Trådelektrode i samsvar med en av påstandene 10 eller 11, karakterisert v e d at styremetallet er opptatt i et over-flatebelegg på trådelektroden, og at over-flatebelegget utgjør mer enn 0,03 pst. av den totale elektrodevekt.