NO744686L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for sveising av aluminium og aluminium-legeringer

i horisontal sveisestilling.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for sveising av aluminium og aluminium-legeringer,. mer spesielt en fremgangsmåte for sveising av disse materialer i horisontal sveisestilling, nemlig sveising av en smal sveisefuge som åpner sideveis, en sidevendt sveisefuge, ved automatsveising av aluminiumholdige metaller med en vesentlig tykkelse. .1 det siste har det oppstått øket behov for bruk av aluminium og aluminium-legeringer (som i det følgende bare kalles aluminium-legeringer) som byggemateriale i luftfartøyer, kjøretøyer, skip, trykkbeholdere etc. Dette skyldes legeringenes fremragende korros. jonsmotstand og høye styrke kombinert med lett vekt, som opp-fyller krav som stilles av industrien.

F.eks. har aluminium-legeringer funnet øket anvendelse som lavtemperaturbeholdere for transport og lagring av kondenserte naturgasser, såkalt LNG (liquefied natural gases). Blant mange andre beholdertyper finner man en kuleformet beholder med veggtykkelse 40 til 100 mm, bortsett fra 200 mm ved ekvator. Alle sveisestillinger kommer således i betraktning ved sveising av en slik beholder, således

flat stilling, vertikal stilling, .horisontal stilling og kombina-sjoner av disse.

Man mener at sveising i horisontal stilling er særlig vanskelig å gjøre ved automatsveising av materialer med stor tykkelse. . På grunn av de særlige trekk ved sveising i horisontal stilling, dvs. på grunn av tyngdekraftens virkning på det smeltede metall, oppstår begrensninger med hensyn på mengden av avsatt metall i en sveiseprosess, og fordi hvis mengden avsatt metall overstiger disse grenser får man sveisedefekter som overlapping og lignende slik at sveisestrøm og avsatt metall i en sveiseperiode til en viss grad er begrenset. Samtidig er det mange vanskeligheter ved sveising av aluminium-legeringer for bygging av et legeme som skyldes aluminium-legeringenes fysikalske og metallurgiske egenskaper sammenlignet med andre byggematerialer som stål-legeringer.

Nedenfor følger en sammenligning med hensyn på sveise-egenskaper mellom aluminium-legeringer med stor tykkelse og stål: (i) _ Stål-legeringer har smeltepunkter på ca. 1500°C, mens aluminium-legeringer har ca. 600°C. Ved samme sveise-effekt, dvs. tilført varme pr. tidsenhet, vil aluminium-legeringer under en MIG-sveiseprosess levere en større mengde avsatt metall som igjen hindrer sveise-lysbuen i å treffe direkte på grunnmetallet. og derved hindrer tilfredsstillende nedtrengning. Hvis man for å unngå dette øker strømstyrken, oppnår man bare ytterligere mengder avsatt metall. Man oppnår på denne, måten bare et uheldig kappløp mellom elektrisk strøm og mengde avsatt metall. I tillegg er overflaten på grunnmetaller av aluminium-legeringer vanligvis dekket med oksydfilm som når filmen er utsatt for luft har et smeltepunkt på ca..2020°C som er mye høyere enn smeltepunktet for aluminium-legeringen. Således vil bare kon-takten mellom smeltet aluminium og basismetallets overflate ikke smelte basismetallet selv om det smeltede metall er overhetet. Dette faktum understøttes av at man ved observasjon av et tverrsnitt gjennom en sveisesøm finner en dypere inntrengning i elektroderetningen og dårlig inntrengning i andre retninger. (ii) Varmeledningsevnen for aluminium-legeringer er mye høyere enn for stål, slik at varme som påsettes på et grunnmetall av aluminium-legering ikke bare lokalt smelter en sveisesone, men også hurtig fordeles på grunn av den store varmeledningsevnen slik at den varmeevne som brukes for smelting av grunnmetallet må begrenses. Varmen som påsettes grunnmetallet for smelting ledes bort hurtig slik at den smeltede metallmasse stivner; raskt. (iii) Sveisesømmene i aluminium-legeringer lider av mikrosprekker som er unike for slike legeringer..Mikrosprekkene utgjøres av hårfine sprekker som.dannes i det avsatte metall eller deler av basismetallet når det gjennomgår gjentatte perioder med smelting, stivning og ny smelting..Man behøver ikke å nevne at disse mikrosprekker har en uheldig innvirkning på fugestyrken og det er således viktig å eliminere slike mikrosprekker. Metoden med "veving" (weaving) av en elektrode kan være en av grunnene til slike mikrosprekker og veving av elektroden bør holde smeltemassen innenfor en gitt størrelse og forutsetter regulering av vevingsområdet, med følgende innskrenk-

ninger i sveiseoperasjonens effekt.

(iv) Med hensyn til gassbeskyttelse gir stål-legeringer gode svéisefuger selv om sveisingen har foregått under litt dårlig gassbeskyttelse, med resulterende gruber og gasshull, mens aluminium-legeringer gir svéisefuger med dårlig utseende selv om sveisingen foretas under bare litt nedsatt gassbeskyttelse. Av denne grunn må man være meget omhyggelig ved sveisingen og det kreves stor erfaring og dyktighet.

Det er foretatt mange studier for å unngå' ovennevnte Vanskeligheter som man støter på ved aluminiumssveising, idet man. ønsker å gjøre bruk av aluminium-legeringenes fremragende egenskaper., også ved sveising i horisontal stilling. Det er imidlertid ikke rapportert noe heldig forsøk for denne fase av sveisingen av aluminium-legeringer.

MIG-sveiseprosessen er f.eks. kjent fsom den eneste brukbare metode som gir høy effekt ved sveising av aluminium-legeringer i horisontal sveisestilling. Ved denne MIG-sveiseprosess benyttes en V-formet sveisefuge som har en fugevinkel på " JO til 90°, mens elektroden beveges i rett linje uten oscillerende bevegelser. Hvis kantene på grunnmetallet som skal sveises og som har en tykkelse på 50 mm, gis en V-form i kantene som sammensatt gir en X-sveisefuge, kreves opptil 35 til 55 sveisepassasjer på begge sider av sveisen, hvilket naturligvis er meget tidkrevende. For fremstilling av ovennevnte kulebeholder med tykkelse på 100 til 200 mm kreves flere hundre sveisepassasjer for fremstilling av sveisefugen. Dette krever ikke bare stor arbeidsstokk, men gjør det også vanskelig å oppnå feilfrie svéisefuger.

For å unngå nevnte ulemper ved den tidligere kjente sveiseteknikk, er det nødvendig at mengden avsatt metall pr. sveise-passas je økes, og man er således nødt til å benytte en vevebevegelse for elektroden. Denne vevebevegelse av elektroden forutsetter imidlertid løsning av tidligere nevnte problemer som skyldes aluminium-legeringenes egenskaper.

I mellomtiden er japansk patent S45-9857 og S47-5O5O4 publisert, og disse dreier seg om sveising med vevebevegelse av elektrodespissen i tverrgående retning. Ved denne metoden oscilleres elektro.deholderen utenfor sveisefugen eller matehastigheten for elektroden varieres slik at man får en oscillerende bevegelse av elektrodespissen i tverrgående retning. Nevnte patenter gjelder sveising av stål i vertikal stilling. Ved disse fremgangsmåter oppnår man ved sveising av aluminium-legeringer bare begrenset suksess i motsetning til ved sveising av stål. Hvis således aluminium sveises etter de kjente sveisemetoder, har variasjonen av sveiseforholdene som skyldes lengdevariasjonen hos en elektrode som mates inn i en sveisefuge en stor innvirkning på sveisesonens egenskaper og gir sveisefeil som dårlig inntrengning. Hvis grunnmetaller med tykkelse over 100 mm skal sveises, vil det videre være umulig å innmate en sveiseelektrode i sveisefugen på grunn av at elektroden ikke er rett, osv.

Man har nå i henhold til oppfinnelsen funnet at en meget effektiv sveisemetode for sveising av aluminium-legeringer i horisontal syeisestilling, for sveising av trange svéisefuger med sideveis åpning, består i at elektrodespissen oscilleres på tvers av fugeretningen idet elektrodevinkelen mot overflaten av smelteområdet varieres etter ønske. "Overflaten for et smelteområde" betyr i denne forbindelse en overflate som er parallell med sveisens krater-overflate når lysbuen slukkes, hvilket skal beskrives nøyere senere.

Imidlertid har stål lavere varmeledningsevne enn aluminium og disse grunnmetaller kan således smeltes ved varmeoverføring fra det smeltede metallet eller på grunn av varmestrålingen fra lysbuen, slik at lysbuens retning bør være slik at den blokkerer strømmen av smeltet metall ved kraften fra,lysbuen. Imidlertid har aluminium-legeringer ekstremt høy varmeledningsevne slik at lysbuens varme bare delvis brukes for smelting av grunnmetallet, mens en betraktelig større, del av varmen ledes bort..1 tillegg har den smeltede jernas se av grunnmetallet en tendens til å stivne hurtig. I lys av ovenstående forhold konkluderte oppfinnerne med at lysbuen burde rettes slik eller brukes slik at den smeltet grunnmetallet heller enn å blokkere strøm-men av den smeltede metallmasse.

Det er følgelig hovedhensikten med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for sveising av aluminium og aluminium-legeringer i horisontal sveisestilling, hvor grunnmetallene som skal sammensveises anbringes butt i butt i vertikal retning, hvormed man kan sveise aluminium og aluminium-legeringer med betraktelig tykkelse, på enkeltmåte og stabilt.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å fremlegge en slik sveisemetode som omfatter positiv inntrengning ned i en sveisefuge helt til bunnen av denne, hvorved man oppnår tilfredsstillende sveisestrenger uten mikrosprekker.

Som et annet trekk ved oppfinnelsen oppnås høyeffektiv sveising under et sterkt nedsatt antall sveisepassasjer.

I henhold til det første trekk ved oppfinnelsen til-veiebringes en fremgangsmåte for sveising av aluminium og aluminium-legeringer i horisontal sveisestilling, hvor grunnmetallene som skal sveises anbringes inntil hverandre i vertikal retning slik at sveisefugen er åpen sideveis, og erkarakterisert vedat elektrodespissen oscilleres, beveges frem og tilbake, i en retning på tvers av sveisefugen og slik at vinkelen som dannes mellom sveisesmeltens overflate og elektroden holdes større enn 90° på forsiden av elektroden (den siden av elektroden som vender i fremmatningsretning).

I henhold til den andre siden aved oppfinnelsen tilveie-bringes en slik sveisemetode hvor vinkelen mellom sveisemetallsmelten og elektroden er større enn 90° som karakteriseres ved at sveisespenningen som påsettes når en elektrode beveger seg i en retning

i en sveisefuge er 1 til 6 volt høyere enn spenningen som påsettes, når elektroden beveger seg i motsatt retning.

I henhold til den tredje side av oppfinnelsen tilveie-bringes en slik sveisemetode hvorved heliumgass eller argongass'eller en blanding av disse brukes som beskyttelsesgass.

Ifølge et fjerde trekk ved oppfinnelsen fremlegges en fremgangsmåte for sveising av aluminium eller aluminium-legeringer i horisontal sveisestilling og som karakteriseres ved at vinkelen som dannes mellom elektroden og bunnsiden i sveisefugen ved oscillasjons-sveising holdes mellom 2 og 30° > mens vinkelen mellom elektroden og takflaten i sveisefugen holdes mellom 0 og 15°•

Som et femte trekk ved oppfinnelsen fremlegges en metode for sveising av aluminium og dens legeringer med to sveisepassasjer i et enkelt sjikt i horisontal sveisestilling, hvor vinkelen mellom sveisesmeltens overflate og elektroden holdes større enn 9O<0>på forsiden av elektroden, mens elektrodespissen oscilleres på tvers av fugeretningen og vinkelen mellom elektroden og sveisefugens bunnflate holdes mellom 2 og 30° vecl sveisef øring langs sveisefugens bunnflate, mens vinkelen mellom elektroden og takflaten i sveise-, fugen holdes mellom 0 og 15° for sveisepassasje langs sveisefugens takflate.

Som et sjette trekk ved oppfinnelsen oscilleres elektrodespissen med 45"til 150 perioder pr. minutt i retning på tvers av fugeretningen..

Fig. 1 viser svéisefuger og elektrodespissen med en del av holderen, i henhold til oppfinnelsen, sett henholdsvis i snitt og forfra, Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom, svéisefuger-, hvor man illustrerer bevegelsen til en elektrodespiss som oscillerer i et plan loddrett på sveisefugen, Fig. 3 viser et tverrsnitt gjennom svéisefuger hvor man illustrerer overlappingssveising i henhold til foreliggende oppfinnelse , Fig. 4 illustrerer oscillasjonsmønsteret for elektrodens

sveisespiss,

Fig. 5 er et diagram over sveisesøm-feil ved varierende spenningsforskjell, Fig. 6 viser tilstandene for en elektrode under frem-føring i henhold til foreliggende oppfinnelse hvorved figur 6a illustrerer forholdet mellom elektroden og sveisefugens-bunnflate og fig. 6b viser vinkeler mellom elektroden og sveisefugens takflate,

Fig. 7 viser en sveis bestående av to sveisepassasjer

i et enkelt sveisesjikt i henhold til foreliggende oppfinnelse, hvor fig. 7a viser vinkelen mellom elektroden og sveisefugens bunnflate, mens fig. 7D viser vinkelen mellom elektrodespissen og sveisefugens takflate, og

Fig. 8 viser forholdet mellom oscillasjonsperioder og

inntrengningsdefekter og inntrengningsdybder.

Det.henvises til fig..1 hvor grunnmetallene av aluminium-legering er betegnet, med la og lb, idet metallene er satt mot hverandre slik at det dannes en smal sveisefuge. A mellom metalldelene, med åpning sideveis. Elektroden 2 er innført i sveisefugen A sammen med strømførerspissen 3«I dette tilfelle, siden det er vanskelig å beskytte overflatene i fugen A fullstendig helt til bunnen bare ved hjelp av en dyse, benyttes en gassdyse med dobbeltvegg-konstruksjon. Røret 4 danner en ytre dyse som tilfører beskyttelsesgass over hele flaten omkring en svéisesone og omslutter en indre dyse 5 som skal tilføre beskyttelsesgass ned til bunnen i sveisefugen. Den ytre dysen 4 er montert separat fra den indre dysen i et forsøk på ikke å forandre avstanden og vinkelen mellom innerdysen 5 og grunnmetallene la og lb når innerdysen 5 oscilleres...Med andre ord er den ytre beskyttelsesdysen 4 festet på et sveiseførerorgan (ikke vist) mens elektroden, strømførerspissen og den indre beskyttelsesdysen 5 er montert slik at delene kan oscilleres. Fig. lb er et horisontalt snitt gjennom sveisefugen A, dvs. et planriss av tverrsnittet, hvor elektroden 2 er plassert slik at den danner en vinkel 0 større enn 90° til overflaten B-B på sveisesmelten, og vinkelen 0 holdes konstant under sveisingen. Sveisesmelten har en ujevn overflate som skyldes kraften fra lysbuen når lysbuen tennes for oppstarting av sveisingen, som vist på fig. lc.

Det skal bemerkes, som tidligere nevnt, at overflaten på en sveisesmelte (det smeltede materiale omkring elektroden) ikke er den overflaten som ligger umiddelbart under lysbuen, men den som er i det vesentlige parallell med krateroverflaten på en sveis når lysbuen slukkes, og sees best av linjen B-B på fig. lc. Med andre ord defineres sveisesmeltens overflate som den kurvede overflaten på enden av en sveisesøm, som dannes kontinuerlig etter som sveisingen forløper. -Ved dette arrangement oscilleres elektrodespissen etter et sagtannmønster som vist på fig. lb (mønsteret er betegnet med C).

■Det fremgår klart av figuren at elektrodespissen når den beveger seg mot bunnen i sveisefugen A føres langs overflaten B-B på sveisesmelten idet spissen danner en vinkel © større enn 90° med overflaten B-B på sveisesmelten. Som et resultat vil sveisebuen som dannes på elektrodespissen bre seg ut over hele sveisesmeltens overflate, mens den smelter det avsatte metall med det ytre omkretsparti av lysbuen og innfører varme i dybden av sveisefugen. Videre treffer sveisebuen direkte på grunnmetaller og smelter oksydfilmen på metallet. Det er unødvendig å nevne at oksydfilmene på takflaten og bunnflaten i sveisefugen A, dvs. flaten over og under elektrodespissen smeltes av lysbuen, fordi det her ikke er avsatt metaller.

Argongass brukes i høyere grad som beskyttelsesgass enn helium. Dette skyldes at vekten av helium er ca. l/7 av vekten av luft, mens vekten av argon er ca. 1,4 ganger vekten av luft og sistnevnte vil derfor mer effektivt beskytte sveisesonen. Imidlertid er helium fordelaktig ved at gassen gir mulighet for større varme-tilførsel enn argon med resultat dypere inntrengning og øket sveisehastighet. I henhold til foreliggende oppfinnelse er det av denne grunn en fordel å bruke en blandgass av argon og helium som beskyttelsesgass, fordi en slik blandgass muliggjør en bred lysbue som også gir god inntrengning. Man finner at ved å øke forholdet mellom helium og argon kan man oppnå dypere inntrengning slik at overflaten på sveisesmelten kan bli større.

Fig. 2 viser føringsmønsteret for elektrodespissen som oscillerer i et plan loddrett på sveisefugen. Hvis sveisefugen er relativt smal, kan et enkelt oscillerende mønster gi gode resultater, f.eks. et mønster som vist på fig. 2a-g, mens for en sveisefuge med relativt større bredde kan elektrodespissen oscilleres slik at man oppnår positiv inntrengning i både øvre og nedre sveisefuge-overflate. Slike eksempler er vist på fig. 2b-i. De viste mønstere er avpasset slik at de gir jevn varme til overflatene i en sveisefuge, avhengig av fugenes form.

Bevegelsesmønsteret som vist på fig. 2 er særlig egnet for grunnmetaller med relativt liten tykkelse.

For grunnmetaller med tykkelse fra 100 til 200 mm anbe-fales en ovérlappingsmetode som vist på fig. 3*Ifølge denne metoden oscilleres elektrodespissen slik at man holder sveisesmeltens størrelse konstant under sveisingen.slik at de overliggende sjikt i sveisen danner en fullstendig fuge. . De følgende eksempler skal illustrere visse trekk og fordeler ved oppfinnelsen.

Eksempel 1

Forsøksbetingelser:

(a) Prøvemateriale:

(b) Sveisebetingelser:

Sveisestrøm, spenning: 25O til 27O A, 28 til 30 V Oscillasjonsmønster: Fig. 2a

Oscillasjonsperioder: $ 0 per./min.

Oscillasjons.bredde: .16 mm

Vinkel 6: ca."120°

Forsøkene viser at inntrengning i sveisefugen og sveise-strengenes form over tverrsnittet er tilfredsstillende. Man fant imidlertid at når vinkelen 6 er ca. 80°, oppsto dårlig inntrengning

i sveisefugens dypere deler.

Fig..4-viser oscillasjonsmønster for en elektrode

hvor sveisespenningen når elektroden beveger seg i en retning er 1 til 6 volt høyere enn når den beveger seg i motsatt retning. Mer

detaljert beskrivelse må knytte seg til en definisjon av bevegelses-retningen for elektroden for å unngå misforståelser. Man antar at den ene bevegelsesretning eller føringsretning for elektroden er slik at elektroden går inn i sveisefugen etter nevnte mønster, og at den motsatte retning er slik at elektroden trekkes ut av sveisefugen mot åpningen. Nevnte høyere spenning kan i denne forbindelse

brukes i den ene eller den andre av de to motsatte føringsretninger for elektroden, idet man opererer med en spenningsforskjell på 1

til 6 volt mellom de to føringsretninger. Eventuelt kan man brukes andre mønstere for elektrodeføringen enn vist på fig. 4 nar det bare opereres med en' spenningsforskjell på 1 til 6 volty. • Det skal nå

beskrives grunnene til å bruke en slik spenningsforskjell på 1 til

6 volt. Fig. 5 viser feil i sveisen på grunn av spenningsforskjell

under sveising. Långs abscissen på diagrammet er det oppført spennings-forskjellen og ordinaten betegner den totale feillengde som iakttas ved en sidebøyingsprøve som en plate med tykkelse 100 mm gjennomgår etter sveising. Sone A betegner ufullstendig smelting, mens sone B betegner en underskåret sone..Som vist på fig. 5 vil en spenningsforskjell på under 1 volt gi utilstrekkelig smelting i overflatene på sveisefugen, mens en spenningsforskjell på over 6 volt fører til underskjæringer av betraktelig størrelse i sveisefugen på grunn av den høye spenning, hvilket fører til at disse underskjæringer ikke smeltes fullstendig ved påfølgende sveisepassasje og etterlater under-skjæringene som sveisefeil. -En spenningsforskjell på 1 til 6 volt viste seg imidlertid å gi gode resultater.

Ved praktisk sveising kombineres mønsterene vist på

fig. 2 og 4 og danner da et tredimensjonalt sveiseføringsmønster.

For sveising av aluminium og aluminium-legeringer kan gode resultater oppnås med argon som beskyttelsesgass. Man får imidlertid bedre sveiselarver med tilfredsstillende tverrsnittsform ved å bruke helium eller en blanding av helium og argon som beskyttelsesgass og man kan da tillate seg å øke området for sveisefugens dybde.

Det vil være unødvendig å nevne at fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse med hell kan anvendes på sveising av stål og andre metaller i tillegg til aluminium og dens legeringer.

Et annet illustrerende eksempel på trekk ved foreliggende oppfinnelse er følgende:

Eksempel 2

(1) Sveisestilling: horisontal buttsveising

(2) Forsøksmaterialer:

Grunnmetaller som skal sveises: Al-legering JIS H 4000

(1970),5083-O

(tykkelse 50 mm: fugebredde 10 mm)

Fylltråd: Al MIG-sveisetråd, JIS Z 3232 (1970)»5183-WY (2,4 mm)

diameter) Beskyttelsesgass: Ytre beskyttelsesgass argon 100 l/min.

Indre beskyttelsesgass .. 80% helium +

20% argon, 25 l/min.

(3) Sveisebetingelser:

Sveisestrøm: 350 A.

Oscillasjonsperiode: 72 per./min.

Føringshastighet: 32 cm/min.

Oscillasjonsmønster: Fig. 3a

(4) Forsøksresultater: Sveisesømmens utseende: god

Sidebøyingsprøve: god

Som det fremgår av ovenstående tabell kan man i.henhold til foreliggende oppfinnelse oppnå meget effektiv sveising i svéisefuger på aluminium-legeringer med betraktelig tykkelse.

I det følgende skal man beskrive et tilfelle hvor elektroden føres i et "veve"-mønster. Ved veving av en elektrode blir, hvis elektrodevinkelen til bunnflaten i sveisefugen er null, dvs.

at elektroden holdes parallelt med sveisefugens bunnflate, vil smeltet metall tendere til å flyte mot sveisefugens bunnflate slik at den direkte kontakt mellom lysbuen og sveisefugens bunnflate (nedre flate)

hindres av det smeltede metall som derved gir dårlig sveisemetall-inntrengning. I tillegg vil fortrinnsvis de perifere deler av sveisebuen og ikke de midtre deler komme i kontakt med sveisefugens bunnflate slik at bare en liten mengde smeltet metall anbringes på nevnte bunnflate (laveste flate). Dette er også en grunn til nevnte utilstrekkelige inntrengning.. På den annen side vil inntrengningen være bedre jo større elektrodevinkelen med sveisefugens bunnflate . er-. Hvis sveisefugens bredde er relativt liten, vil det imidlertid være vanskelig å øke elektrodevinkelen med sveisefugens bunnflate selv om dette avhenger av grunnmetallenes tykkelse. Herav følger at nevnte vinkel bestemmes av grunnmetallets tykkelse og fugebredden i praktiske utførelser.

Under veving av elektrodespissen vil man, hvis elektroden føres skrått mot sveisefugens takflate, få en for stor inntrengning i grunnmetallet hvis elektrodevinkelen mot takflaten i fugen er for.stor. Dette vil ha tendens til å forårsake underskjæringer i sveiselarvens sideflate. Videre får man øket mengde metall som flyter ned til sveisefugens bunnflate slik at man får ennå dår-ligere inntrengning i sveisefugens bunnflate. .Dette gjelder særlig ved sveising av aluminium-legeringer. Aluminium-legeringer har som nevnt meget høy varmeledningsevne slik at bare en liten del av grunnmetallets overflate, der hvor midtpartiet av lysbuen treffer, smeltes, og i tillegg vil den smeltede del av grunnmetallet stivne meget raskt. På grunn av det smeltede metallets lave viskositet får man videre en øket "stabling" av smeltet metall på sveisefugens bunnflate slik at føringen av elektroden etter nevnte mønster, dvs. veving av elektroden, gir forskjellige sveisefeil.

For å unngå disse feil er det en fordel at elektrodespissen kan oscillere i en retning på tvers av fugeretningen. idet vinkelen mellom sveisesmeltens overflate og elektroden er større enn 90 og elektroden under oscillering skråstilles i en spesiell vinkel til takflaten eller bunnflaten i sveisefugen.

Det vises mer spesielt til fig. 6a. og b. Ved begynnende fylling av en sveisefuge ved en sveisepassasje følger elektrodespissen et annet mønster i en annen retning enn det mønsteret som elektrodespissen har fulgt i en annen retning, og elektrodespissen bør skråstilles mot siden av bunnflaten i sveisefugen når elektrodespissen beveger seg i nærheten av fugens bunnflate..Når derimot elektrode spissen føres i nærheten av sveisefugens takflate bør elektrodespissen skråstilles mot takflaten i fugen. Når elektrodespissen følger samme bane ned i og ut fra sveisefugen, bør elektrodespissen skråstilles mot sveisefugens bunnflate, og når elektrodespissen føres tilbake -mot åpningen, bør elektrodespissen skråstilles mot fugens takflate. Vinkelen mellom elektroden og sveisefugens bunnflate eller takflate bør holdes innenfor bestemte grenser.

I disse tilfelle som vist på fig. Ja og 7b kan imidlertid elektrodespissen oscilleres på tvers av fugeretningen ved at elektrodespissen skråstilles mot sveisefugens takflate hvoretter man - etter gjennomføring av en sveisepassasje, kan oscillere elektrodespissen under den andre sveisepassasje idet elektrodespissen skråstilles mot sveisefugens takflate, slik at man avslutter sveisesømmen i dette sjikt med to sveisepassasjer. Også i dette tilfelle bør elektrodevinkelen mot takflaten og bunnflaten i sveisefugen holdes innenfor bestemte grenser. -I alle tilfelle fant man at det var gunstig om vinkelen mellom elektroden og bunnflaten i fugen lå mellom 2 og 30°°g vinkelen mellom elektroden og takflaten i sveisefugen lå mellom 0 og 15°• Hvis elektroden ble skråttstilt til en vinkel på under 2°, fikk man dårlig inntrengning som når elektroden ble holdt parallelt med sveisefugens bunnflate. På den annen side kunne man få bedre eller dypere inntrengning jo større elektrodevinkelen til sveisefugens bunnflate var, opptil 90 , Pa grunn av at lysbuens senterparti som gir høyeste temperatur, treffer på grunnmetallet slik at -en liten mengde smeltet metall på bunnflaten' i sveisefugen-ikke vil hindre tilfredsstillende inntrengning for elektroden. I forbindelse med smale svéisefuger som enkle V- og I-fuger vil nevnte vinkel være begrenset opp til 30°>når elektrodespissen innføres til bunnen i sveisefugen. Det vil imidlertid være unødvendig å nevne at for en sveisepassasje som ligger nær opptil åpningen av sveisefugen, vil nevnte vinkel kunne pøkes med fordel for å oppnå dypere inntrengning.

Nedre grense for vinkelen mellom elektroden og sveisefugens takflate bør være 0°. Dette skyldes at selv om elektroden holdes parallelt med fugens takflate vil smeltet metall flyte ned-over slik at takflaten i fugen har tendens til å bli direkte utsatt for sveisebuen. Man kan således oppnå bedre inntrengning selv med lysbuens perifere partier som gir relativt lavere temperatur-. Naturligvis kan de samme virkninger oppnås selv om sveisingen utføres ved å holde takflaten eller bunnflaten i sveisefugen i horisontal retning og elektroden skråttstilt i forhold til disse, eller ved å holde elektroden i horisontal stilling og sørge for at sveisefugens takflate og bunnflate er skråttstilt i forhold til horisontalen.

Hvis elektrodevinkelen mot takflaten i sveisefugen er større enn 15°, fant man ved forskjellige eksperimenter at det oppsto en for sterk inntrengning og underskjæringer i sveisesømmen.

Som tidligere nevnt viser fig. 6 og 7 elektrodevinkelen mot takflate og bunnflate i sveisefugen i et plan loddrett på fugeretningen, samt føringslinjene for elektrodespissen (vist ved de heltrukne linjene D og E), når elektrodespissen oscilleres i retning på tvers av fugeretningen. Fig. 6 refererer seg til sveising i en sveisepassasje, mens fig. " Ja viser til sveising av bunnflaten i sveisefugen i en sveisepassasje og sveising av takflaten ved en andre sveise-. passasje som vist på fig. Jb.

Fig. Jo viser sveising i flere sjikt eller ved flere passasjer, hvor man oscillerer sveisespissen etter nevnte metoder innenfor spesielle oscillasjonsvinkeler inntil man har oppfylt sveisefugen. Tallene viser rekkefølgen i flerpassasje-sveisingen...

Nedenfor følger et eksempel fra et forsøk med. fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 3

Forsøksmaterialer:

Grunnmetail: Al-legering, JIS H 4000 (I97O), 5083-O,

tykkelse 50 mm

Fylltråd: Al MIG-sveisetråd JIS Z 32.32 (1970),

5183-WY, diameter.2,4 mm

.Sveisefugens bredde: 12 mm

Sveisebetingelser:

Sveisestrøm, spenning: 340 til 36O A, 28 til 29 V

Oscillasjonsperioder: 85 per./min.

Føringshastighet: 38 cm/min.

Elektrodevinkel: 5° mot bunnen i sveisefugen, 0° mot taket i

sveisefugen

Oscillasjonsmønster: Fig. 2e

Forsøksresultatene viser at man får en sveiselarve med riktig utseende og tilfredsstillende bøye-egenskaper ved sidebøyings-prøve og med god strekkfasthet ved strekkprøve:

Til slutt skal man beskrive oscillasjonsperioden for

elektrodespissen.

Oscillasjonsperioden for elektrodespissen i henhold til foreliggende oppfinnelse er begrenset til 45 til 150 perioder pr. minutt....

Ved sveising av aluminium-legeringer hvor elektrode-__ vinkelen mot sveisesmeltens overflate er over 90°, vil en soscilla-sjonshastighet som svarer til 30 perioder pr. minutt som for stål-sveising, ikke holdesstørrelsen av sveisesmelten- (det smeltede materiale i sveisefugen) konstant., og man får sveisefeil som manglende smelting og inntrengning, mikrosprekker og lignende. Nevnte tendens til sveisefeil blir åpenbar hvis oscillasjonsperioden er mindre enn 45 perioder pr. minutt. Hvis oscillasjonsperioden er over 150 perioder pr. minutt, får man derimot en ustabil bue med følgende manglende bueinntrengning i materialet.

Nevnte grenser for periodene viste seg riktige i henhold til de eksperimenter som er anført,..f or å hindre stivning av de perifere deler av sveisesmelten og for å holde sveisesmeltens størrelse konstant. .Som beskrevet -tidligere oscilleres en elektrode med en periode på 45 "til 150 perioder-pr. minutt idet elektrodens vinkel mot sveisesmeltens overflate på fremsiden av elektroden er.større enn 9O<0>og elektrodespissen oscilleres på tvers av fugeretningen.

Elektroden inntar således en bakover-stillet skråstilling slik at spissen for lysbuen foran sveisesmelten treffer oksydfilmer på grunnmetallene og smelter filmene samt grunnmetallet hvorved man hindrer dårlig inntrengning og utilstrekkelig utsmelting samt mikrosprekker.

Fig. 8 viser forholdet mellom oscillasjonsperioden, dårlig inntrengning og inntrengningsdybde ved sveising av aluminium-legeringer i henhold til foreliggende sveisemetode.

Det fremgår av dette diagram at oscillasjonsperioder på under 30 perioder pr. minutt gir utilstrekkelig inntrengningsdybde og et meget høyt antall manglende smeltesteder. På den annen side,

hvis oscillas jonsperioden overstiger ca. 40 perioder pr. minutt får man en øket inntrengningsdybde med følgende nedsatte tilfeller av

manglende smeltesteder.. Når oscillas jonsperioden når opp til ca.

70 perioder pr. minutt, har man ingen manglende smeltesteder og har

oppnådd tilfredsstillende avsatt metall. Slikt tilfredsstillende

avsatt metall kan oppnås opp til en oscillasjonsperiode på ca. 140 perioder pr.. minutt slik at. tilfredsstillende inntrengningsdybde kan oppnås innenfor dette området. Hvis derimot oscillasjonsperioden

overstiger ca. 150 perioder pr. minutt,, får man en ustabil lysbue-tilstand og inntrengningsdybdens synker gradvis.

Nedenfor følger et eksempel på et eksperiment på dette grunnlag.

. Eksempel 4

Forsøksmaterialer:

Grunnmetall: 'Al-legering, JIS H 4000 (1970), 5O83-O,

tykkelse 50 mm

Sveisetråd: Al MIG-sveisetråd, JIS Z3232 (1970),

5183-WY, diameter 2,4 mm

Beskyttelsesgass:

Sveisefuge: bredde 8 mm, 5°>omvendt enkeltspor Sveiseforhold:

.Sveisestrøm: 320 til 36O A

Sveisespenning: 29 "til 30 V

Oscillasjonsperioder: 80 per./min.

Sveisehastighet: 32 cm/min.

Forsøksresultatet viser at man får godt utseende på sveisesømmen som også oppnår tilfredsstillende strekkfasthet og gode

. bøyeverdier ved forsøkene.

Fuge-strekkfastheten for to prøver fremstilt etter den

beskrevne metode var 30,2 og 29,8 kg/mm .

De fordeler som oppnås i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte er oppsummert som følger: (i) Man kan oppnå sammensveising av grunnmetaller av alumi nium-legeringer med betraktelig tykkelse på en enkel måte og i sta-bile sveiseforhold, i motsetning til den kjente teknikk som forutsetter stor dyktighet ved sveisingen. (ii) Siden oksydfilmer kan smeltes av sveisebuen,. får man en positiv inntrengning i dybdepartiet i sveisefugen med følgende tilfredsstillende sveisesømmer. (iii) Selv om sveisefugen er relativt bred, oppnås tilstrekke-lig inntrengning både i bunnflaten og takflaten i sveisesømmen ved å velge et optimalt oscillasjonsmønster (føringsbevegelse) for elektrodespissen. (iv) Siden oscillasjonsperioden spesifiseres til et område på 45 "til 150 perioder pr. minutt, dvs. siden mengden avsatt metall for en oscillasjonsperiode er redusert til et tynt sjikt av smeltet metall idet lysbuen føres med høy hastighet over en smeltet metallmasse, kan man oppnå god inntrengning i hele metallsmeltens overflate. (v) Siden mengden avsatt metall fra en oscillasjonsperiode er relativt liten, får man en redusert mengde av smeltet metall "stablet" på bunnflaten i sveisefugen slik at man kan hindre manglende inntrengning i bunnflaten i sveisefugen.

Det vil være klart for fagfolk at de nye. prinsipper

ved oppfinnelsen som er beskrevet i forbindelse med spesielle eksempler kan gi opphav til andre modifikasjoner og anvendelser. De anførte eksempler skal således ikke være begrensende innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for sveising av aluminium og aluminium-legeringer i horisontal sveisestilling, hvor grunnmetallene er an-bragt vertikalt butt i butt under dannelse av en sveisefuge med sideveis åpning, karakterisert ved at

elektrodespissen oscilleres i retning på tvers av fugeretningen og vinkelen mellom elektrodens fremside og sveisesmeltens overflate er større enn 9O <0.> .

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at sveisespenningen som påsettes i den ene førings- retning for elektroden under oscilleringen i sveisefugen er 1 til 6 volt høyere enn spenningen som påsettes mens elektroden føres i den andre føringsretning, når elektrodespissen føres mot bunnen i sveisefugen og deretter tilbake mot åpningen av fugen og denne elektrode-føringsvei repeteres for å fullføre sveisen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at helium eller en blanding av argon og helium brukes som beskyttelsesgass.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at når elektroden i et oscillasjonsmønster på tvers av fugeretningen føres i en retning, holdes vinkelen mellom elektroden og sveisefugens bunnflate på 2 til 30°> mens når elektroden føres i motsatt retning av førstnevnte holdes elektrodevinkelen mot sveisefugens takflate på 0 til I5 <0.>

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at et sveisesjikt fullføres med to sveisepassasjer idet vinkelen mellom elektroden og sveisefugens bunnflate er 2 til 30° og vinkelen mellom elektroden og fugens takflate er .0 til 15°•

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at elektrodespissen oscilleres i retning på tvers av fugeretningen med en periode på 45 "til 150 perioder pr. minutt.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 til 6, karakterisert ved at vinkelen mellom sveisesmeltens overflate og elektroden på fremsiden fortrinnsvis er 110 til l80°.