NO142165B

NO142165B - PROCEDURE FOR MANAGING THE PROCESSING OF EXTENSIVE MATERIALS

Info

Publication number: NO142165B
Application number: NO741905A
Authority: NO
Inventors: Michio Ohno; Mitsuhiko Umemura; Akira Takizawa; Shigeo Miyajima
Original assignee: Hitachi Shipbuilding Eng Co
Priority date: 1973-05-25
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1980-03-31
Also published as: DE2423368C2; IT1030038B; DE2423368A1; NO142165C; SE404685B; JPS507264A; JPS5417507B2; FR2230567A1; FR2230567B1; NO741905L

Description

Fremgangsmåte og apparat til sveiseovertrekking av et arbeidsstykke. Method and apparatus for welding coating of a workpiece.

Foreliggende oppfinnelse angår bue-sveisning og angår mer spesielt en fremgangsmåte for sveiseovertrekking av et The present invention relates to arc welding and more particularly relates to a method for welding coating of a

metallegeme. metal body.

Overflatebehandlinger omfatter avsetning av et lag metall av en sammensetning Surface treatments involve depositing a layer of metal from a composition

på overflaten av et grunnmetall av samme on the surface of a base metal of the same

eller en annen sammensetning. Industrien or another composition. The industry

har lenge hatt behov for en elektrisk bue-fremgangsmåte, som kan gi sveisede me-talloverlegninger i et tykkelsesområde fra has long needed an electric arc method, which can produce welded metal overlays in a thickness range from

0,025 cm til 0,318 cm og som har mindre 0.025 cm to 0.318 cm and which have less

enn 20 pst. sveisefortynning. Tidligere than 20 percent weld dilution. Previously

hadde lag (som var mindre enn 0,396 cm had layers (which were less than 0.396 cm

tykkelse) fremstilt ved hjelp av fremgangsmåter med konsumerbar tråd i inert thickness) produced using consumable wire methods in inert

gass eller neddyppet bueprosess vanligvis gas or submerged arc process usually

fortynninger som var langt større enn 20 dilutions that were far greater than 20

pst. Imidlertid ble utfellinger med mindre pst. However, precipitations were less

enn 20 pst. fortynning i noen tilfeller fremstilt ved at det ble anvendt fremgangsmåter med ikke konsumerbar wolfram-elektrode ved buesveising i inert gass. than 20 per cent dilution in some cases produced by the use of methods with a non-consumable tungsten electrode during arc welding in inert gas.

Denne fremgangsmåte har imidlertid en However, this method has a

alvorlig begrensning ved at overflatebe-handlingshastigheten må reduseres til under en økonomisk praktisk verdi, eller som serious limitation in that the surface treatment speed must be reduced to below an economically practical value, or which

alternativ må avsetningstykkelsene økes til Alternatively, the deposit thicknesses must be increased to

ca. 0,245 cm, og dette kan være større enn about. 0.245 cm, and this can be greater than

ønskelig. Videre krever slike kjente fremgangsmåter at overflatebehandlingsmateri-alet skal være tilgjengelig enten i tråd-eller stavform. Noen hård-overflatebe-handlingsmetaller kan, grunnet sine fysikalske egenskaper ikke trekkes til tråder, desirable. Furthermore, such known methods require that the surface treatment material must be available either in wire or rod form. Some hard surface treatment metals cannot, due to their physical properties, be drawn into wires,

men må støpes i korte stavlengder. Som et but must be cast in short rod lengths. Like a

resultat blir utførelsen av wolfram-inert-gass-fremgangsmåten meget vanskelig når det anvendes støpte staver som fyllmetall. as a result, the performance of the tungsten-inert-gas method becomes very difficult when cast rods are used as filler metal.

Med tidligere metallsprøytefremgangs-måter, hvor det ble anvendt enten en elektrisk bue eller en brennbar gass, ble det fremstilt overtrekk med en tykkelse i området 0,002 til 0,159 cm (med praktisk talt ingen fortynning). Slike sprøytefremgangs-måter hadde imidlertid et antall alvorlige ulemper, som inkluderer: 1. Det avsatte metall fra sprøyteover-trekning var prinsipielt mekanisk bundet til arbeidsstykket, og bindeegenskapene var forholdsvis svake. På den annen side er avsetningene ifølge foreliggende oppfinnelse en fullstendig smeltning sammen med arbeidsstykket, hvilket gir en sterk sveise-binding. Denne fysikalske karakteristikk er særlig viktig, hvor det kan ventes slag og store påkjenninger. For å forbedre bindestyrken for tidligere metallsprøyte-overtrekk ble arbeidsstykket ofte for-be-handlet ved etsing, gjort ru ved maskiner-ing eller det ble først påført et første lag av molybden før overtrekkingen. 2. På et flatt legeme var metall-sprøyteovertrekk i alminnelighet begrenset til mindre enn 0,159 cm i tykkelse og for tykk avsetning resulterte ofte i fullstendig adskillelse av overtrekket fra arbeidsstykket under overtrekningen. Nåvæ-rende avsetninger, som er sveisebundet til arbeidsstykket, behøver ikke å begrenses således i tykkelse, og det kan fremstilles avsetninger så tykke som 0,454 cm ved hjelp av foreliggende fremgangsmåte i ett arbeidstrinn. Videre resulterer flere lag ikke i en avskrelling. 3. Mikrostrukturen for tidligere avsatt metallsprøyteovertrekk besto av seg imel-lom bundne metalliske små plater, som var delvis smeltet og delvis mekanisk bundet til hverandre. Overtrekket inneholdt ofte me-talloksyder og hadde vanligvis en tetthet på mindre enn 90 pst. av det teoretiske. Ved anvendelser hvor korrosjonsmotstands-evne var viktig, begrenset dette generelt overtrekkingsmaterialet til slike som var anodiske like overfor grunnmetallet. For derfor å fremstille et smeltet overtrekk var det nødvendig med en gjentatt oppvarm-ning av overtrekket. En slik fremgangsmåte var kostbar og tidkrevende. I mot-setning til dette danner avsetningen ifølge foreliggende fremgangsmåte en fullstendig smeltet sammenhengende støpt struktur, som når 100 pst. av den teoretiske tetthet og har en ensartet, ikke-porøs overflate, som fullstendig beskytter grunnmetallet. Previous metal spraying processes, using either an electric arc or a flammable gas, produced coatings with a thickness in the range of 0.002 to 0.159 cm (with virtually no thinning). However, such spraying methods had a number of serious disadvantages, which include: 1. The deposited metal from spray coating was in principle mechanically bonded to the workpiece, and the bonding properties were relatively weak. On the other hand, the deposits according to the present invention are a complete fusion with the workpiece, which gives a strong welding bond. This physical characteristic is particularly important, where impact and great stress can be expected. In order to improve the bond strength of previous metal spray coatings, the workpiece was often pre-treated by etching, roughened by machining or a first layer of molybdenum was first applied before the coating. 2. On a flat body, metal spray coatings were generally limited to less than 0.159 cm in thickness and too thick a deposit often resulted in complete separation of the coating from the workpiece during coating. Current deposits, which are welded to the workpiece, do not need to be thus limited in thickness, and deposits as thick as 0.454 cm can be produced using the present method in one work step. Furthermore, multiple layers do not result in a peeling. 3. The microstructure of the previously deposited metal spray coating consisted of interconnected metallic small plates, which were partially melted and partially mechanically bonded to each other. The coating often contained metal oxides and usually had a density of less than 90 percent of the theoretical. In applications where corrosion resistance was important, this generally limited the coating material to those that were anodic to the base metal. In order to therefore produce a melted coating, repeated heating of the coating was necessary. Such a procedure was expensive and time-consuming. In contrast to this, the deposit according to the present method forms a completely melted continuous cast structure, which reaches 100 percent of the theoretical density and has a uniform, non-porous surface, which completely protects the base metal.

Ved hjelp av foreliggende fremgangsmåte kan det fremstilles sveiseoverlag på 0,025 cm tykkelse og større, som har langt mindre enn 20 pst. fortynning. Da denne fremgangsmåte anvender overflatebe-handlingsmetall i pulverform kan det anvendes nær sagt en hvilken som helst på forhånd valgt sammensetning av metall. Foreliggende fremgangsmåte byr på bedre mekaniske utførelser sammenlignet med tidligere fremgangsmåter. Videre kan lett tilgjengelige og billige legeringsrike pulver avsettes med forholdsvis høy fortynning og gir således metalloverlegg med lavere le-geringsinnhold med de ønskede egenskaper. F. eks. vil 50 pst. fortynnede avsetninger, fremstilt med ferrokrompulver med høyt karboninnhold av 66 pst. Cr, 5 pst. C, sammensetning inneholde omtrent 33 pst. krom og 2,5 pst. karbon, en vanlig legering for hård-overflate-behandlings-legering. With the help of the present method, welding overlays of 0.025 cm thickness and larger can be produced, which have far less than 20 percent dilution. As this method uses surface treatment metal in powder form, almost any preselected composition of metal can be used. The present method offers better mechanical performance compared to previous methods. Furthermore, readily available and cheap alloy-rich powders can be deposited with relatively high dilution and thus provide metal overlays with a lower alloy content with the desired properties. For example 50 percent dilute deposits, made with high carbon ferrochromium powder of 66 percent Cr, 5 percent C, composition will contain about 33 percent chromium and 2.5 percent carbon, a common hard-surfacing alloy .

I foreliggende oppfinnelse kan de metalliske partikler som strømmer ut fra flammen være bare delvis smeltet. Slike partikler undergår imidlertid fullstendig smeltning ved kontakt med den smeltede dam på arbeidsstykket. Dammen skaffer oppvarmningsmediet, ved hjelp av hvilket alle de metalliske partikler smeltes ved kontakt, slik at det dannes en homogen sveiseavsetning. Dette står i kontrast til de tidligere fremgangsmåter hvor det ble anvendt bueflammer for overtrekking, hvor en del av partiklene synes bare å bli delvis smeltet ved kontakt med det forholdsvis kalde arbeidsstykke. Det skal også bemerkes at ved slike tidligere fremgangsmåter er tendensen for en del av partiklene til å oksydere så utstrakt at bindingen mellom dem er delvis smeltet og delvis mekanisk, hvilket resulterer i et porøst heterogent lag, som har forholdsvis svak binding med arbeidsstykket. In the present invention, the metallic particles flowing out from the flame may be only partially melted. However, such particles undergo complete melting upon contact with the molten pool on the workpiece. The pond provides the heating medium, by means of which all the metallic particles are melted by contact, so that a homogeneous weld deposit is formed. This is in contrast to the previous methods where arc flames were used for coating, where some of the particles seem to be only partially melted by contact with the relatively cold workpiece. It should also be noted that with such previous methods, the tendency for some of the particles to oxidize is so extensive that the bond between them is partly melted and partly mechanical, resulting in a porous heterogeneous layer, which has a relatively weak bond with the workpiece.

For å sikre høy effektivitet og ensartet fordeling av pulveret i bueutstrøm-ningen innføres det gasstransporterte pulver først tangentielt i et ringformet pul-verkammer. Et slikt kammer har begrenset areal og størrelse, således at pulveret med-deles en hvirvelvirkning med høy hastighet, hvorved pulveret ensartet fordeles omkring periferien i kammeret. Gasspul-verstrømmen rettes deretter ut ved passering gjennom en serie rette kanaler, som er parallelle med anordningens langsgå-ende akse, og det gassførte pulver ledes til en trakt som er konsentrisk med denne akse. To ensure high efficiency and uniform distribution of the powder in the arc discharge, the gas-transported powder is first introduced tangentially into an annular powder chamber. Such a chamber has a limited area and size, so that the powder is given a whirling effect at high speed, whereby the powder is uniformly distributed around the periphery of the chamber. The gas-powder flow is then straightened by passing through a series of straight channels, which are parallel to the device's longitudinal axis, and the gas-entrained powder is led to a funnel which is concentric with this axis.

Vinkelen mellom retningen for pulver-inngangen med strømmen og aksen for en slik strøm er kritisk. Med for stor vinkel blir pulvergasstrømmen turbulent ved inn-gangspunktet i buestrømmen, hvilket resulterer i lav pulvereffekt og mulig tilstopping av pulver i pulveråpningen. På den annen side, hvis inngangsvinkelen er for liten blir pulveret utilstrekkelig oppvarmet, hvilket resulterer i at metallavsetningene på arbeidsstykket ikke er fullstendig smeltet. En pulverinngangsvinkel på 30° (med lengdeaksen) er blitt funnet å være ideell, skjønt en slik vinkel kan variere mellom 25° og 80°. Hvis vinkelen er 30° skjærer pulveret teoretisk den sentrale akse for den samlede bue ca. 0,295 cm under den bue-sammensnørende åpning. The angle between the direction of the powder input with the stream and the axis of such a stream is critical. With too large an angle, the powder gas flow becomes turbulent at the entry point in the arc flow, which results in a low powder effect and possible clogging of powder in the powder opening. On the other hand, if the entry angle is too small, the powder is insufficiently heated, resulting in the metal deposits on the workpiece not being completely melted. A powder entry angle of 30° (with the longitudinal axis) has been found to be ideal, although such an angle can vary between 25° and 80°. If the angle is 30°, the powder theoretically intersects the central axis of the overall arc approx. 0.295 cm below the arch-constricting opening.

En ytre hylse er regulerbar således at bredden på trakten kan reguleres. Den ide-elle traktbredde er en funksjon av pulver-størrelsen, gasspulverhastighet og over-flatebehandlingsmateriale. Størrelsen for trakten påvirker pulverstrømningshastig-heten og fokuseringspunktet for pulveret under dysen. Pulverkammeret virker tilfredsstillende når det anvendes pulver så stort som Tyler 20 x 30 maskestørrelsen (0,833 mm x 0,503 mm masker). Det skal bemerkes at uten kanalene ville pulveret som strømmer ut fra den nedre ringfor-mede kanal hvirvle, slik at lite eller intet pulver ville gå inn i den samlede bue. Videre blir, hvis pulveret innføres i elektrodeboringen og bringes til å passere gjennom den buesammensnørende åpning, frem-gangsmåten vanskeligere å kontrollere. Dette skriver seg fra at med forholdsvis lave, sentrale gasshastigheter har de metalliske partikler en tendens til å smelte ved dyseveggen samt til hverandre. Etter kort tid bygger de seg hurtig opp og for-andrer dysediameteren og formen, og set-ter eventuelt apparatet ut av drift. An outer sleeve is adjustable so that the width of the funnel can be adjusted. The ideal hopper width is a function of powder size, gas powder velocity and surface treatment material. The size of the funnel affects the powder flow rate and the focusing point of the powder under the nozzle. The powder chamber works satisfactorily when using powder as large as the Tyler 20 x 30 mesh size (0.833 mm x 0.503 mm mesh). It should be noted that without the channels, the powder flowing out of the lower annular channel would swirl, so that little or no powder would enter the overall arc. Furthermore, if the powder is introduced into the electrode bore and made to pass through the arc-narrowing opening, the process becomes more difficult to control. This is due to the fact that with relatively low, central gas velocities, the metallic particles have a tendency to melt at the nozzle wall as well as to each other. After a short time, they quickly build up and change the nozzle diameter and shape, possibly putting the device out of service.

Foreliggende oppfinnelse anvender både overførte og ikke-overførte buer, som er uavhengig av hverandre og er regulerbare for å oppfylle spesielle driftsbetingelser. The present invention uses both transmitted and non-transmitted arcs, which are independent of each other and are adjustable to meet special operating conditions.

Spesielt anvendes en ikke-overført bue for å kontrollere varmen for utstrømningen og metallpulveret. Den overførte bue til-fører varme til pulveret og kontrollerer varmen til arbeidsstykket, og kontrollerer derved sveisefortynning. To uavhengig kon-trollerte kraftkilder skaffer egnede anord-ninger for valg av et stort felt av de beste driftsbetingelser. F. eks. foretrekkes det med materialer som har høyt smeltepunkt, f. eks. wolfram, å anvende en ikke-over-ført buestrøm for å lett smelting av metallpulveret. På den annen side, når det avsettes materialer, slik som rustfritt stål eller kopper, kan det anvendes en lavere, ikke-overført bueenergi. Skjønt det er elektrisk mindre effektivt kan det anvendes en variabel motstand i kretsen for å er-statte den ikke-overførte buetilførsel. Med en slik anordning tapes en del uavhengig-het for kontroll like overfor overførte og ikke-overførte buer. In particular, a non-transferred arc is used to control the heat of the outflow and the metal powder. The transmitted arc adds heat to the powder and controls the heat to the workpiece, thereby controlling weld dilution. Two independently controlled power sources provide suitable devices for selecting a large field of the best operating conditions. For example it is preferred to use materials that have a high melting point, e.g. tungsten, using a non-transferred arc current to easily melt the metal powder. On the other hand, when depositing materials such as stainless steel or copper, a lower, non-transmitted arc energy can be used. Although electrically less efficient, a variable resistance can be used in the circuit to replace the non-transmitted arc supply. With such a device, a certain amount of independence is lost for control of transmitted and non-transmitted arcs.

Fordelen ved foreliggende oppfinnelse avhenger av en «myk» eller forholdsvis lav strømhastighet. Gasstrømmer med høy hastighet resulterer i en kraftig forstyr-relse i den avsatte dam, og gir utilfreds-stillende avsetninger. Foreliggende oppfinnelse kan følgelig utføres under anvendelse av gasstrømmer gjennom den sentrale boring i en størrelsesorden på 0,140 mytime, skjønt oppfinnelsen ikke er begrenset til dette. Strømningshastigheten for gassen som transporterer pulveret er av sekundær betydning og reguleres for det minimum ved hvilket virkningen er tilstrekkelig. Den nøyaktge verdi avhenger av typen og stør-relsen på metallpulveret og den relative beliggenhet for de forskjellige utstyrsbe-standdeler. Som beskrevet ved hjelp av eksempler varierer gasstrømningshastighe-ten fra 0,196 til 0,420 mVtime. The advantage of the present invention depends on a "soft" or relatively low flow rate. High-velocity gas flows result in a strong disturbance in the deposited pond, and produce unsatisfactory deposits. The present invention can therefore be carried out using gas flows through the central bore in the order of 0.140 mytime, although the invention is not limited to this. The flow rate of the gas transporting the powder is of secondary importance and is regulated for the minimum at which the effect is sufficient. The exact value depends on the type and size of the metal powder and the relative location of the various equipment components. As described by way of example, the gas flow rate varies from 0.196 to 0.420 mVhr.

Det kan anvendes forskjellige gasser for foreliggende fremgangsmåte, f. eks. argon, helium, hydrogen, nitrogen, karbon-monoksyd, eller blandinger av disse, avhengig av om det skal anvendes en inert, reduserende eller meget høy temperatur-strøm. Den sentrale buestrøm kan også være forskjellig fra den pulvertransport-erende gass. Når det overflatebehandles med visse materialer og avhengig av de spesielle betingelser, kan det være ønskelig Different gases can be used for the present method, e.g. argon, helium, hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, or mixtures of these, depending on whether an inert, reducing or very high temperature flow is to be used. The central arc current can also be different from the powder transporting gas. When it is surface treated with certain materials and depending on the particular conditions, it may be desirable

å anvende hjelpegassbeskyttelse omkring buesonen for å hindre atmosfærisk foru-rensning av det smeltede lag. Dette opp-nås ved hjelp av en porøs skive, som holdes av en sylindrisk vegg, festet til brenneren. using auxiliary gas shielding around the arc zone to prevent atmospheric contamination of the molten layer. This is achieved by means of a porous disk, which is held by a cylindrical wall, attached to the burner.

Gass tilføres kammeret ved hjelp av et inntaksrør. Gas is supplied to the chamber by means of an intake pipe.

Det er blitt funnet at det kan anvendes likestrøm med rett eller omvendt polaritet It has been found that direct or reverse polarity direct current can be used

eller en vekselstrøm for de overførte eller ikke-overførte buer. Imidlertid foretrekkes likestrøms rett-polaritet. or an alternating current for the transferred or non-transferred arcs. However, DC straight polarity is preferred.

Buebegrensende dyser i områder med en diameter fra 0,32 til 0,80 cm er blitt forsøkt, skjønt 0,40 til 0,48 cm diameter er mest hensiktsmessig for sveiseovertrekking. Det anvendes en 0,40 cm diameter når små områder skal overflatebehandles og hvor det er ønskelig med en «stiv» bue for å hindre «buevandring». Oppfinnelsen ble anvendt ved overflatebehandling av ventilflater for biler. Det foretrekkes en åpningsdiameter på 0,48 cm når det er ønskelig med en «myk» bue. Jo større åp-ningsdiameteren er jo større er buens tendens til å vandre, mens jo mindre åpnings-diameteren er jo «stivere» blir buen, og sveisegjennomtrengningen blir større. Elek-trodens tilbaketrekning, dvs. avstanden mellom elektrodespissen og den nedre ende på dyseåpningen er ideelt lik åpningsdia-meteren. For stor tilbakesetning reduserer varmen i utstrømningen og kan medføre at den ikke-overførte bue slår over på innsiden av elektrodeboringen og resulterer i vanskeligheter ved starting av overført bue samt ødeleggelse av innsiden på brenneren. For liten tilbakesetning resulterer i en ikke-samlet bue som er uegnet. Arc-limiting nozzles in diameter ranges from 0.32 to 0.80 cm have been tried, although 0.40 to 0.48 cm diameter is most suitable for weld overlay. A 0.40 cm diameter is used when small areas are to be surface treated and where a "stiff" arc is desired to prevent "arc migration". The invention was used in the surface treatment of valve surfaces for cars. An opening diameter of 0.48 cm is preferred when a "soft" arc is desired. The larger the opening diameter, the greater the arc's tendency to wander, while the smaller the opening diameter, the "stiffer" the arc becomes, and the weld penetration is greater. The retraction of the electrode, i.e. the distance between the electrode tip and the lower end of the nozzle opening is ideally equal to the opening diameter. Too much reset reduces the heat in the outflow and can cause the non-transferred arc to strike the inside of the electrode bore and result in difficulties in starting the transferred arc as well as destruction of the inside of the torch. Too little reset results in a non-united arc which is unsuitable.

Metalliske pulverstørrelser i området fra Tyler 150 x D (0,104 mm x støvmaske) opp til 20 x 30 (0,833 mm x 0,503 mm maske) er tilfredsstillende. De finere stør-relser smeltes lettere i buen og anvendes når det er ønskelig med en homogen avsetning. De større størrelser anvendes i spesielle tilfeller når det er ønskelig å fremstille en heterogen avsetning med lite smeltning av pulvertilsetningen. Et eksempel på det siste tilfelle er klart når det er ønskelig å avsette wolfram-karbid-partikler i en masse av grunnmetall. Metallic powder sizes ranging from Tyler 150 x D (0.104 mm x dust mesh) up to 20 x 30 (0.833 mm x 0.503 mm mesh) are satisfactory. The finer sizes melt more easily in the arc and are used when a homogeneous deposit is desired. The larger sizes are used in special cases when it is desirable to produce a heterogeneous deposit with little melting of the powder addition. An example of the latter case is clear when it is desired to deposit tungsten carbide particles in a mass of base metal.

På tegningen er i fig. 1 vist skjema-tisk, delvis i tverrsnitt, en overflatebehand-lingsapparatur som illustrerer oppfinnelsen, In the drawing, fig. 1 shows schematically, partly in cross-section, a surface treatment apparatus that illustrates the invention,

fig. 2 og 3 er tverrsnitt etter linjene fig. 2 and 3 are cross sections following the lines

2—2 og 3—3 av brenneren som vist på fig. 1, 2-2 and 3-3 of the burner as shown in fig. 1,

fig. 4 er et riss i likhet med fig. 1 av en fig. 4 is a view similar to fig. 1 of one

modifikasjon, og modification, and

fig. 5 er et diagram som viser vinkel- fig. 5 is a diagram showing angle-

området for traktpassasjen med brennerens akse. the area of the funnel passage with the axis of the burner.

Som vist på fig. 1 har brenneren T en innvendig sylindrisk boring 10, som av-sluttes ved den nedre ende i en buestabili-serende åpning 12, som har en sylindrisk indre vegg. Sentrert aksielt i denne boring og elektrisk isolert fra brennerlegemet er en ikke-konsumerbar elektrode 14 av slikt materiale som wolfram, vannavkjølt kopper eller kopper forsynt med wolframspiss. En regulerbar sveisekraftkilde 16 er forbundet mellom elektroden 14 og legemet 18 over en ikke-overført bryter 24. Kraftkilden 16 kontrollerer driftkarakteristikken for den ikke-overførte bue mellom elektroden 14 og åpningen 12 i dysen 19 for legemet 18. As shown in fig. 1, the burner T has an internal cylindrical bore 10, which terminates at the lower end in an arc stabilizing opening 12, which has a cylindrical internal wall. Centered axially in this bore and electrically isolated from the burner body is a non-consumable electrode 14 of such material as tungsten, water-cooled copper or copper tipped with tungsten. An adjustable welding power source 16 is connected between the electrode 14 and the body 18 via a non-transmitted switch 24. The power source 16 controls the operating characteristic of the non-transmitted arc between the electrode 14 and the opening 12 in the nozzle 19 of the body 18.

En annen regulerbar sveisekraftkilde 26 er forbundet mellom elektroden 14 og arbeidsstykket 28 over en overført bue-krets, omfattende ledere 30 og 32, idet den førstnevnte inneholder en bryter 34. For-målet med kraftkilden 26 er å kontrollere den overførte buekraft mellom elektroden 14 og arbeidsstykket 28, hvorved oppvarm-ningsgraden for arbeidsstykket og den relative sveisefortynning kontrolleres. De to kraftkilder 16 og 26 er forbundet (i tilfelle av likestrøm), således at elektroden 14 har rett polaritet. Det innrøres en beskyttelsesgass, f. eks. argon, i boringen 10 for å beskytte elektroden og opprettholde den ikke-overførte bue samt den overførte bue. Another adjustable welding power source 26 is connected between the electrode 14 and the workpiece 28 via a transmitted arc circuit, comprising conductors 30 and 32, the former containing a switch 34. The purpose of the power source 26 is to control the transmitted arc force between the electrode 14 and the workpiece 28, whereby the degree of heating for the workpiece and the relative welding dilution are controlled. The two power sources 16 and 26 are connected (in the case of direct current), so that the electrode 14 has the correct polarity. A protective gas is stirred in, e.g. argon, in the bore 10 to protect the electrode and maintain the non-transferred arc as well as the transferred arc.

Det metalliske pulver 35 lagres i en lufttett pulvertrakt 36. Fra trakten passerer pulvermassen gjennom en regulerbar tut 38 over på overflaten for et hjul 40 som kan rotere med forskjellig hastighet. Pulveret faller fra det roterende hjul 40 og transporteres til brenneren T ved hjelp av en bæregass, f. eks. argon, tilført gjennom ledningen 42. Gass innføres også i toppen av trakten ved hjelp av en gren 44 for å opprettholde et konstant trykk på toppen av pulveret 35 for å sikre ensartet utmatning gjennom tuten 38. Pulverstrøm-ningshastighetene varieres ved å forandre avstanden mellom trakt-tut og hjul og/ eller hjulhastighet. The metallic powder 35 is stored in an airtight powder hopper 36. From the hopper, the powder mass passes through an adjustable spout 38 onto the surface for a wheel 40 which can rotate at different speeds. The powder falls from the rotating wheel 40 and is transported to the burner T by means of a carrier gas, e.g. argon, supplied through line 42. Gas is also introduced into the top of the hopper by means of a branch 44 to maintain a constant pressure on top of the powder 35 to ensure uniform discharge through the spout 38. The powder flow rates are varied by changing the distance between hoppers -tout and wheel and/or wheel speed.

Gassført pulver fra anordningen D fø-res tangentielt inn i et ringformet pulver-kammer 46, fig. 3, i brenneren T. Dette kammer 46 har et slikt areal og størrelse at det meddeler pulveret en hvirvelvirkning med høy hastighet, og fordeler derved pulveret ensartet omkring kammerets periferi. Denne gassførte pulverstrøm rettes deretter ut ved passering gjennom en rekke parallelle kanaler 48, som er anbragt i avstand fra hverandre omkring periferien for dysen og er parallelle med brennerens lengdeakse. Etter å ha forlatt kanalene 48, føres det gassførte pulver videre ved hjelp av en konisk trakt 50, således at det kommer inn i buestrømmen umiddelbart under men så nær åpningen 12 som mulig. Trakten 50 er konsentrisk med lengdeaksen for brenneren T, og den skråttstilte akse for en slik passasje har en vinkel på 25° til 80° med hensyn til aksen «a». Dette pulver-fordelingssystem skaffer ensartet pulver-fordeling i den rettede bue og gir høy pulveropphetningseffekt. En hylse 52 som omslutter pulverkammeret og passasjer og hjelper til å føre pulveret til buestrømmen er aksielt regulerbar ved hjelp av en mut-ter 54 gjenget til brennerlegemet ved 56. Dette tillater regulering av bredden av den koniske trakt 50 for optimum pulveropp-varmningseffekt. Det er skaffet vannavkjø-ling av brennerlegemet 18 og hylsen 52, hvilket inkluderer et vanninntak 58, passasje 60 i legemet 18, passasje 62 i hylsen 52 og vannuttak 64. Gass går inn i brennerlegemet gjennom inntaket 66. Gasified powder from the device D is fed tangentially into an annular powder chamber 46, fig. 3, in the burner T. This chamber 46 has such an area and size that it gives the powder a whirling effect at high speed, thereby distributing the powder uniformly around the periphery of the chamber. This gaseous powder flow is then straightened by passing through a series of parallel channels 48, which are spaced apart around the periphery of the nozzle and are parallel to the longitudinal axis of the burner. After leaving the channels 48, the aerated powder is carried on by means of a conical funnel 50, so that it enters the arc stream immediately below but as close to the opening 12 as possible. The funnel 50 is concentric with the longitudinal axis of the burner T, and the inclined axis of such a passage has an angle of 25° to 80° with respect to the axis "a". This powder distribution system provides uniform powder distribution in the directed arc and provides a high powder heating effect. A sleeve 52 which encloses the powder chamber and passageway and helps to convey the powder to the arc stream is axially adjustable by means of a nut 54 threaded to the burner body at 56. This allows regulation of the width of the conical funnel 50 for optimum powder heating effect. Water cooling is provided for the burner body 18 and the sleeve 52, which includes a water intake 58, passage 60 in the body 18, passage 62 in the sleeve 52 and water outlet 64. Gas enters the burner body through the intake 66.

Som vist på fig. 1 kan brenneren være forsynt med hjelpegassbeskyttelsesanord-ninger, slik som et porøst legeme 67, som holdes på plass ved hjelp av et hus 69, som er gjenget inn på legemet 52, og inn i hvilket det avgis egnet beskyttelsesgass via inntaket 71. As shown in fig. 1, the burner can be provided with auxiliary gas protection devices, such as a porous body 67, which is held in place by means of a housing 69, which is threaded onto the body 52, and into which a suitable protective gas is emitted via the intake 71.

Når det er etablert en overført bue mellom enden på elektroden 14 og arbeidsstykket 28, tar buen form av den indre vegg for åpningen 12, og gir en samlet bue som er vegg-stabilisert. Gassført pulver innfø-res ved hjelp av trakten 50 i strømmen, hvor det oppvarmes, akselereres gjennom uttaket 68 for dysen 70 i hylsen 52 og avsettes på arbeidsstykket 28. When a transmitted arc has been established between the end of the electrode 14 and the workpiece 28, the arc takes the form of the inner wall of the opening 12, and gives a total arc which is wall-stabilized. Gasified powder is introduced by means of the funnel 50 into the flow, where it is heated, accelerated through the outlet 68 for the nozzle 70 in the sleeve 52 and deposited on the workpiece 28.

Ved drift blir brennergassen og kjøle-vannet først slått på. Den åpne kretsspen-ning for kraftkilden 16 påtrykkes over elektroden 14 og brennerlegemet 18 ved å lukke bryteren 24. Deretter påtrykkes enten mo-mentan puls av høyfrekvensstrøm mellom elektroden 14 og dysen 19, eller ved «touch» starting, tennes en ikke-overført bue. Gass-ført metallisk pulver kommer ut fra pulver-utleveringsanordningen D, passerer gjennom brenneren T og går deretter sammen med strømmen med høy temperatur umiddelbart under åpningen 12. En overført bue mellom elektroden 14 og arbeidsstykket 28 etableres ved å lukke bryteren 34. Når brenneren T gis en lineær bevegelse i forhold til arbeidsstykket 28 avsettes en strimmel. Brenneren T kan også bringes til å oscillere på tvers av bevegelsesretningen og således gi forholdsvis brede avsetninger. During operation, the burner gas and cooling water are first switched on. The open circuit voltage for the power source 16 is applied across the electrode 14 and the burner body 18 by closing the switch 24. Then either a momentary pulse of high-frequency current is applied between the electrode 14 and the nozzle 19, or in case of "touch" starting, a non-transmitted arc is ignited . Gas-carried metallic powder emerges from the powder delivery device D, passes through the torch T and then joins the high temperature stream immediately below the opening 12. A transferred arc between the electrode 14 and the workpiece 28 is established by closing the switch 34. When the torch T if a linear movement is given in relation to the workpiece 28, a strip is deposited. The burner T can also be made to oscillate across the direction of movement and thus produce relatively wide deposits.

Den overførte bue slukkes ved å åpne bryteren 34. Den ikke-overførte bue tjener deretter som sparebue som holder brenneren i en tilstand ferdig for bruk. Noen gan-ger kan det være ønskelig bare å bruke den overførte bue, f. eks. når det avsettes materialer med forholdsvis lavt smeltepunkt, f. eks. kopper. Her åpnes den ikke-overførte buebryter 24 umiddelbart etter at det er etablert en overført bue, og lukkes igjen umiddelbart før slukningen av den over-førte bue. The transferred arc is extinguished by opening the switch 34. The non-transferred arc then serves as a spare arc which keeps the burner in a ready-for-use condition. Sometimes it may be desirable to just use the transferred arc, e.g. when materials with a relatively low melting point are deposited, e.g. cups. Here, the non-transferred arc breaker 24 is opened immediately after a transferred arc has been established, and is closed again immediately before the extinguishing of the transferred arc.

Som vist på fig. 4 omfatter kretsen en variabel motstand 72 i krets med bare en kraftkilde 74, hvori kontrollen av den energi som tilføres den ikke-overførte bue fremkalles ved regulering av den variable motstand 72. Med denne modifikasjon an-ordnes bryteren 76 og 78 for å kunne bryte den overførte bue og den ikke-overførte bue, henholdsvis på «på» og «av». As shown in fig. 4, the circuit comprises a variable resistor 72 in circuit with only one power source 74, in which the control of the energy supplied to the non-transmitted arc is brought about by regulation of the variable resistor 72. With this modification, the switch 76 and 78 are arranged to be able to break the transferred arc and the non-transferred arc respectively on "on" and "off".

Som vist på fig. 1 øker gass som er innført aksielt i brenneren T med ca. 135 l/time i hastighet etter at den samtidig er blitt sammensnørt og også termisk oppvarmet ved energi fra den ikke-overførte bue og/eller den overførte bue, og den nevnte gass kombineres etter som den kommer ut fra brenneråpningen med det gass-førte metalliske pulver. Den dannede strøm har tilstrekkelig lav hastighet til at sveise-dammen ikke blåses bort fra buesonen på arbeidsstykket 28. As shown in fig. 1 increases gas introduced axially into the burner T by approx. 135 l/hour in speed after it has simultaneously been constricted and also thermally heated by energy from the non-transferred arc and/or the transferred arc, and said gas is combined as it emerges from the burner opening with the gas-conducted metallic powder. The generated current has a sufficiently low speed that the welding pond is not blown away from the arc zone on the workpiece 28.

Følgende tabell angir typiske driftsbetingelser som er funnet egnet for sveise-overflatebehandling med jern, nikkel, kopper, wolfram og kobolt som grunnmateri-aler ifølge foreliggende oppfinnelse. Disse avsetninger er sveisebundet til arbeidsstykket og har 100 pst. av den teoretiske tetthet. Ved å kontrollere variable, slik som termisk energioverføring, åpningsstørrelse, beskyttelsesgass og pulverstørrelse kan det avsettes et stort antall materialer ved svei-sing. The following table indicates typical operating conditions which have been found suitable for welding surface treatment with iron, nickel, copper, tungsten and cobalt as base materials according to the present invention. These deposits are welded to the workpiece and have 100 percent of the theoretical density. By controlling variables such as thermal energy transfer, opening size, shielding gas and powder size, a large number of materials can be deposited during welding.

Claims

1. Method for welding coating a workpiece, comprising discharging a gas through a nozzle having an inner cylindrical wall surrounding the end portion of a non-consumable electrode in concentrically spaced relationship and forming an arc between the end of the electrode and the nozzle, wherein the arc is sent together with the aforementioned gas stream into a narrowed passage in the nozzle, whereby a highly heated combined arc and gas stream is led to discharge from the passage and the coating material is fed in the form of gas-conducted powder into the aforementioned arc and gas current, and this powder-carrying current is directed towards the surface of the workpiece, characterized in that said powder in the form of a converging conical flow is introduced into the arc and gas flow substantially in the downstream direction of the outlet for the narrowed passage.

2. Method according to claim 1, characterized in that an arc is also established between the workpiece and the rod electrode.

3. Method according to claim 1, characterized in that the gas-entrained powder is directed into the arc and gas flow with an entrance angle of between 25 and 80°.

4. Method according to claims 2 and 3, characterized in that the gas velocity and concentration of the powder in the arc and gas flow are regulated in relation to the part of the electric current which is supplied to the respective arcs to control the dilution of the coating.

5. Apparatus for carrying out the method as stated in claims 1-4, which comprises an arc burner consisting of a non-consumable stick electrode placed in a nozzle, the end of the electrode being arranged coaxially within a narrowed outlet passage in the nozzle, and the end of the nozzle is located near the outlet of another nozzle, the first nozzle communicating with a source of gas and the space between the first and second nozzles communicating with a source of powdered coating material, and an arc current supply circuit connected between the rod electrode and the nozzle, characterized in that said nozzles comprise an outer nozzle and an inner nozzle having adapted conical surfaces which provide a funnel-like path for the flow of the powdered coating material into the arc current passing between the two nozzles.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the outlet opening for the outer nozzle is larger than the opening for the inner nozzle.

7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that there are regulating devices for controlling the width of the funnel-like road.

8. Apparatus according to any one of claims 5-7, characterized in that the angle of inclination of the funnel-like path with the longitudinal axis of the first nozzle is between 25 and 80°.

9. Apparatus according to claim 7, characterized in that another arc current supply circuit is connected between the rod electrode and the workpiece.

10. Apparatus according to claim 7, characterized in that at least one of the mentioned arc current supply circuits is provided with an adjustable impedance for controlling the amount of power supplied to the corresponding arc.