NO750385L - - Google Patents

Description

Freragangsaåte til vertikal sveising av

aluminium og aluminiualegeringer.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til vertikal sveising av aluminium og alurainiumlegeringer.Mør bestemt angår oppfinnelsen en forbedring ved fremgangsmåte til vertikal sveising av aluminium og alurainiumlegeringer bestående i sveising av aluminium ellar en aiustiniurolegering mens en elektrode svinger frem og tilbake i en sveisefuge ved ein øvre ende og i et lukket mønster svarende stort sett til sveisefugen.

Ved fremgangsmåte til vertikal sveising av alutainlum og aluiainimslegeringer©r i alminnelighet bevegelsesntønsteret eller osciIlasjonsiaønsteret for elektroden trekantet ved sveising f.eks. i en V-formet fuge. Det er blitt foreslått en frersgangsiaåte der «an vertikal buttskjøt i en stor aluminium-konstruksjon taed forholdsvis stor tykkelse sveises ved bevagelse av elektroden i trekantmøtas ter i overenss temmeIse med MIG-sveising, der raan foretar den vertikale stigende sveising på en effektiv måte med et redusert antall lag, som beskrevet f. eks.i éetrocheinical Bnginneering, nr. 5, side 73-79 (1573). Ved slike vanlige sveisernetoder får iaan imidlertid lett utilstrekkelig innameltning fordi sveisingen utføres ved påtryk-ning av en bestemt, på forhånd beskrevet sveisestrøm xaot skrått-stilte sider (deler soia tilsvarer flatene i sveisefugen) av trekantsiønsteret og bunnen (den del soei tilsvarer sveisefugens åpne side), og på grunn av h#y vanaeledningsevne for det materi ale soia skal sveises, noe som spesielt gjelder alurainiumlegeringer.' >

Foreliggende oppfinnelse overvinner den ovennevnte vanskelighet soa man står overfor ved kjent teknikk. Mer bestest er det en hovedhensikt med oppfinnelsen å korame frem til en fremgangsmåte til vertikal sveising av aluminium og aluminiumlegeringer, der man får god intnsmeltning i fugens sider.

Sn annen hensikt ised oppfinnelsen er å komme freia til en fremgangsmåte til vertikal sveising av aluminium og aluminiumlegeringer der signing av sveisemetallet hindres når det sveises ved materialet i den åpne side av sveisefugen.

Wok en hensikt med oppfinnelsen er å. kooiao f rem. til en fremgangsmåte til vertikal sveising av aluminium og aluminiumlegeringer der utan får en god sveis som er fri for sveiseriss og mikroriss.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk, og den vil i det følgende bli forklart nærniere under henvisning til tegningene der?

Fig. 1 viser trekantarønsteret for bevegelsen av elek-trodesplssen i en V-fonaet3veisefuge,

fig. 2 viser sveisefugens form og størrelse i det grunn-materiale sont anvendes i eksemplene på fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen,

fig. 3 viser et snitt gjennom en sveisef uge der man ser innsiaeltningens utstrekning slik den oppnås med en vanlig sveiseinetode,

fig. 4 Viser et snitt der man ser innsraeltningen som oppnås med sveiseieetoden 1 henhold til oppfinnelsen,

fig. 5 viser formen på sveisefugen 1 et annet grunn-materiale som er anvendt ved utøvelse av oppfinnelsen og stan ser hvorledes spissen av elektroden har beveget seg,

fig. 6 viser et diagram der man ser forholdet aellom tilført varme under an svingeperiode og strekkstyrken i sveisen og

fig. 7-(a) og fig. 7-{b) visar i perspektiv hvorledes

elektroden holdes 1 forhold til midten av det smeltede metall.

Soin et resultat av de forsøk som er blitt utført for å løse de problemer raan står overfor ved vertikal nedadrettet sveising av aluminiun og aluminiumlegeringer er oppfinnerne kommet frem til at når spissen av en elektrode svinger langs sveisefugens flater, kan sveisingen utføres ved påtryknlng av en sveisestrøia som er høyere enn den sveisestrøia soia påtrykkes når elektrodespissen beveger seg ved sveisefugens åpne side,

og raan får da god innsmeltning i sveisefugens flater. På den annen side vil, når en høyere elektrisk strøm påtrykkes under svingning av elektrodens spiss langs sveisefugens åpne side,

bli for høy på det smeltede metall, og dette vil sige. Av denne grunn er det nødvendig å foreta sveisingen under elektrodens svingning raed en forholdsvis lav strøm. Ved denne sveiseisstode vil toan således selv ora det benyttes en høy strøxa bare under svingning dér smeltingen av sveisefugens flate er utilstrekkelig, få en innssieltnlng i fugens flate som ar langt bedre enn den innsmeltnlng soia oppnås med vanlige metoder.

Man får såledesEied foreliggende oppfinnelse en forbedring i fremgangsmåten til vertikal sveising av alurainium og aluminiumlegeringer, der sveising utføres mens raan svinger eller beveger alektrodespissen i®n sveisefuge i,et lukketBønster stort sett svarende til sveisefugens form,(f.eks. tre-kantmønster, firkantmønster, femfcantciønster og sirkulære former) der forbedringen består i at sveisingen utføres vad anvendelse av en høyere strøm i det ainste under bevegelse av elektrodespissen langs sveisefugens flate på en side av grunnmaterialet, mens elektrodsspissen følger svingninger langs fugens flater på begge sider av grunnmaterialet.

Ved utøvelse av denne oppfinnelse, når f.eks. det sveises i en V-formet sveisefuge, anvendes det en elektrisk krets for påtryknlng av en ekstra strøa i mekanismen for trekantbe-vegelsen slik at mn får en høyere strømstyrke i dat punkt der elektrodespissen forflytter seg fra bunnen av svingetrekanten

til de skrå sider av denne, og den ekstra strøm påtrykkes slik at sveisingen utføres taed en sveisestrøia soia vil være summen

av den opprinnelige strøm og den ekstra strøm. Hår elektrodespissen fortsetter sin-- avingebøvegeise og koiaroer til utgangs-punktet for svingaHjønsteret langs bunnsiden av trekanten, foregår sveisingen igjen bare iaed den opprinnelige strøa. Dette for-løp gjentas for hver svingeperiode inntil sveisen er ferdig.

PreiBgangsmåtea i henhold til oppfinnelsen fremgår tydeligere av fig. 1 som viser trakantmønsteret ABC for svinge-bevegelsen av elektrodens spiss i en V-forraet svaisefuge i materialene T, og som skal sveises, 8år svingningen begynner i punktet A og spissen av elektroden beveger seg mot urviser-retningen, tilføres dat en på forhånd bestemt begynnelsesstrøm ^iens spissen følger siden AB som danner trekantens grunnlinje og løper fra punktet A til punktet D, iaens en høyere strøm til-føres eller påtrykkes når elektrodespissen er kommet til punktet B og forlater sidan AB for å følge den skrå side BC som tilsvarer den en©flate av sveisefugen i materialet T^soro skal sveises, og påtrykningen av den høyere strøm fortsetter mens stiften følger trekantens side BC. tilførselen av høyere strøm fortsettes dessuten mans spissen av elektroden følger den linje soia svarer til trékantsideh CA,09ved det punkt A der elektrodespissen går over fra den skrå side CA til grunn-linjen AB, opphører påtrykningen åv den ekstra strøst 1 tillegg til den opprinnelige strøia og sveisingen foregår med den opprinnelige strøa alene. Forandringen av otrøastyrken gjentas for hver svingeperiode. Mår fremgangsmåten utøves på denne måte, kan den sastme høye strøm utøves ved bevegelse av elektrodespissen langs begge de skrå sider BC og CA, eller man kan påtrykke forskjellige, høyere strøEcaar vad elektrodespissens bevegelse langs de skrå sider BC og CA. I den beskrevne ut-førelsesmåte ble det anvendt høyere strøm ved elektrodespissens bevegelse langs begge sider SC og CA, men det er også jaulig å påtrykke høyere strøm ved elektrodespissens bevegelse bare langs en av sidene. X alle tilfelle er det imidlertid i henhold til oppfinnelsen nødvendig at høyere strøs* ena den opprinnelige strøia bringes til å flyte under minst en del av svlnge-taønateret for elektrodespissen svarende^ til sveisefugens sideflater, der sveisingen skal foretas.

Oppfinnelsen vil nu bli beskrevetBier i da tal j under henvisning til ekseiapler og sammenlikninger saed vanlige sveise-Bsstoder.

Sammenliknende ekseaipel

Materialet som skal sveises: JIS H 4000 (1970), A-5083-0

40 mm tykkelse

lEråd: JIS Z 3232 (1970), A-5183-WY, 1,6 m\ i diameter Fugeforæ: S-fuge (se fig. 2)

Sveisestrøia: 300 A

Sveisespenning: 26,5 V

Sveisehastighet: 6 cæ/iain.

Bevegelsesmønster: delta- eller trekantformet Bevegelsesfrekvensj 54 svingninger/min.

Onder de svelsebetlngelser sosa er gjengitt ovenfor ble V-fu^ene på hver side av X-fugene sveiset i henhold til vanlige freægangsmåter, nemlig med konstant strøia raed stans 0,1-0,3 sek. ved hvert hjørne av trekanten. Resultatet av dette var en dårlig,uensartet innsmeltning på baksiden av trekanten (siden CA på fig. 1) som vist på fig. 3. Stiplede linjer viser på denne figur hvor fugens sideflater var før sveisingen.

- Eksempel 1

Sveisingen ble utført under de sanaae betingelser soia nevnt i foregående eksempel bortsett fra at aan ved trekant-sidene langs fugens flater sveiset med en ytterligere strøm på 30 amp. som ble summert sammen med den opprinnelige strøn på 300 amp. i henhold til foreliggende oppfinnelse. Defektene, f. eks. utilstrekkelig innsmeltning og ujevn innscieltning ble eli-minert, og en god innsmeltning fikk raan soia vist på fig. 4. Stiplede linjer viser også på fig. 4 hvor fugens flater befant3eg før sveisingen.

Eksempel 2

Materialet som skal sveisess JIS H 4000 (1970), A~5Q83~0,

60 m\ tykkelse,

Trådt J2S Z 3232 (1070) , A 5183-13Y, 1,6 a» diaaeter Pugeforcii sora vist raed stiplede linjer på fig. 5.

Kår det gjelder lagene 1 og 2, ble sveisingen utført iaed likestrøm, negativ poling etter TIG-sveiseprinsippet, der det benyttes en elektrode med en diaaeter på 6,4 mm. Den an-vendte sveisestrøia var 600 A og spenningen var 13 V. Sveise-hastigheten var 6 cm/min. Som skjerctgass ble helium tilført ised en hastighet på 30 liter/min. på innsiden,., det vil si naanaest lysbuen, og argon bl© tilført iaed en hastlgbat på 30 liter/min. på utsiden av heliuragassen.

Ved sveising av lagene 3 og 4 ble det anvendt ensveisestrøia på 300 A ved en spenning på 32 V ved bevagelse av elektrodespissen på sidene AB, BC og CD, og en sveisestrøai på 260 A vad en spenning på 28 V ble anvendt langs siden OA. Stør-relsen på elektrodespissens svingebevegelse var slik at sidene AS og CD i bevegelsesmønsteret var 12 røm og hver av sidene BC og DA var 8 vm. Bevegelsesfrekvensen var 70 svingninger/min. Som skjeragas3 ble helium tilført med en hastighet på 30 liter/ min. på innsiden og med en hastighet på 100 liter/min på utsiden.

Ved 3vejgingen av lagene 5 og 6 var sveisestrømmen

260 A mena sveisespenningen på 27 V og sveiaehastighet på 12 cm/ min. Svingestørrelsen var slik at linjen EF var 13 mm og be-vegelses frekvensen var 80 svingninger/min. Som beskyttelses-gass ble argon tilført mod en hastighet på 30 liter/min på innsiden og med en hastighet på 100 liter/min på utsiden.

Med sveisen utført under de betingelser som her er gjengitt fant man ingen mangler, såsom utilstrekkelig innsmeltning og ujevn innsmeltning, og man fikk i stedet en god innsiaelt-ning som vist på fig. 5.

Når det gjelder trådens diamster på 1,6 mm, fikk taan ingen vesentlig virkning ut over det soa er gjengitt i det sammenliknende eksempel når den ekstra strøm som tilføres er mindre enn 10 A,og når den ekstra strøm som tilføres er mer enn 100 A får man gjennombrenning og signing av sveiselarven, og noen god sveis kan ikke oppnås. Hår tråden har en diameter på 1,6 mia, vil man således få gode resultater når den ekstra strøia ligger mellom 10 og 100 A. fin foretrukken verdi for den ekstra strøm vil således avhenge av trådens diameter, og den vil ligge mellom 10-70 A med en tråddiameter på 1,2 mm, og 30-150 A mad en tråddiamater på 2,4 mm. Man ser således at den ekstra strøm må velges aellom 10 og 150 A alt etter trådens diameter, sen det foretrekkes i alminnelighet at den ekstra strøm ligger i området 30-70 A.

De fordelaktige virkninger som ar oppnådd i de beskrevne eksempler 1 og 2 kan bar©oppnås når sveising i henhold til foreliggende oppfinnelse utføres på aluminium og aluminiumlegeringer som på grunn av høy varmeledningsevne er vanskeligere å varme opp lokalt enn stål» På grunn av denne egenskap ved aluminium og aluminiumlegeringer får roan de feil, mangler og vanskeligheter som er vist i det sammenliknende eksempel ved anvendelse av vanlige svøisemetoder.

I et forsøk på å unngå de nevnte mangler og vanskeligheter ved vanlig sveising har man øket svingningshastigheten, hvorved raan reduserer antall mangler, særlig når det gjelder mikrosprekker. økningen av bevegelseshastigheten innfører imidlertid et annet problem, nemlig utilstrekkelig innsmeltning. Sår det gjelder stål, kan man imidlertid få god innsmeltning også uten å anvende en sveisemetode svarende til det som er gjen gitt i eksemplene 1 og 2 fordi stål meget lettere enn aluminium kan varmes OPP lokalt også ved lav svingeaastighet. Hevning

av strømmen som anvendes er ikke heldig når det gjelder stål fordi varmatilførselen derved øker og bradden av den varmepåvirkede sone blir større, noe som fører til økende sprøhet.

Sveisemetoden i henhold til oppfinnelsen som går ut

på å heve strømmen ved de indre deler av sveisefugen eller langs en sveisefugeflate, er således begrenset i sin anvendelse til sveising av metaller dar man ellers ville få dårlig innsmeltning på grunn av høy varmeledningsevne, og der sprøhet i des varmepåvirkede sone ikke er av betydning, f.eks. som ved aluminium og aluminiumlegeringer.

Ved en foretrukken utførelse for sveisemetoden i henhold til oppfinnelsen er vinkelen © for elektrodespissen i for~hold til overflaten av det smeltede metall på midten av sveisefugen holdt på 90° eller større som vist på fig. 7-(a) og 7-(b). Ved denne utførelse får man god innsmeltning i sveisen og jevn innsmeltning også i de indre deler av fugen. Slår vinkelen 6 er mindre enn 90°, får man ikke tilstrekkelig innsmeltning i fugen3 sidevegg eller ved den indre del av fugen.

Oet er fordelaktig at den varme som utvikles under

en sving®periode er fra 4-19 kilojoules. tiår lysbuevarmen er mindre ann 4 kg/svingeperlode på grunn åy utilstrekkelig varme-tilførsel, blir grunnmaterialet ikke tilstrekkelig forvarmet, for utilstrekkelig innsmeltning og 1 det hele tatt utilstrekkelig smelting. Hvis bevegelaeshastigheten for elektrodespissen blir for stor vil dette vidare føre til en ustabil drift av lysbuen. Fra et praktisk synspunkt er lav lysbuevarme uheldig, men hvis lysbuevarmen på en annen side overstiger 19 kilojoules vil inngangsvarmen bli for stor og grunnmaterialet opphetet for sterkt, noe som fører til at den stengde av metall som avsettes under en svlngeperiode blir for stor, og man kan da ikke hindre dannelse av laikrospreltker. Av fig. 6 som vieer forholdet mellom tilført varme under en svingeperiode og sveisens strekk-styrke vil det klart fremgå at man får de beste resultater med tilførte varmemengder på 4-19 kilojoules.

Det foretrekkes at svingefrekvensen holdes på 30-120 svlhgninger/rain. selv om frekvensen kan variere i en viss utstrekning avhengig av den ovennevnte verdi for varmetilførselen.

Hvis svingefrekvensen er lavere enn 30 svingninger/min. vil

den xaengdé metall som avsettes pr. svingning bli for stor, og man får mlkrosprekker. Hvis svingefrekvensen på den annen side overskrider 120 svingninger /min. vil varmetilførselen blir vi-ti Is trekke lig og man får en utilstrekkelig innsmeltning.

Det foretrekkes også at vinkelen på elektrodespissen i forhold til et plan som står perpendikulært på gr unnraa tallett, ikke er større enn 5° i den del som ligger under det plan som er perpendikulært på gfunnmétallet og ikke større enn 30° i den del som ligger over det perpendikulære plan.

Hvis elektrodespissen heller med en vinkel som er større enn 5° i den del som ligger under det plan som står perpendikulært på grunnmetallet vil lysbuen ikke rekke frem til de indre partier av fugen, og man får siging av det avsatte . metall, mans hvis vinkelen og elektrodespissen i forhold til det perpendikulære plan heller med en vinkel på mer enn 30° i deh del som ligger over planet, vil man få dårlig innsmeltning i fugeflåtene.

Det er videre hensiktsmessig at bevegelseshastigheten for elektroden er 2-15 m/mim. Med en bevegelseshastighet som er laver©enn 2 m/min vil man få mikroskopiske défekter i det indre av sveisernetallet, og mengden av sveisemetall under lysbuen øker mens sammensmeltnin<g>en med grunnsietallet vanskeliggjøres. Ved bavegelseshastigheter som overstiger 15 m/min. blir lysbuen ustabil under sveisingen.

Det skulle av det foregående fremgå at oppfinnelsen.er en fremgangsmåte til vertikal sveising av aluminium og aluminiumlegeringer som i høy grad kan forbedre utilstrekkelig innsmeltning 1 sveisefugens flater, noe som er så godt som uunngåelig ved vanlig HIG-sveisemetoder, og oppfinnelsen kan resultere i sveisede konstruksjoner som or frie for sveisedefekter man ellers står overfor.

Claims (7)

1. Fremgangsmåt© til vertikal sveising av aluminium og / alumiaiumlegeringar ved svingning av elektrodespissen i et lukket mønster stort sett svarende til tverrsnittsformen på sveisefugen, karakterisert ved at sveisingen utføres mad en ekstra strøm som er 10-150 A høyere enn utgangs-strømmen i det minste under bevegelse av elektrodespissen langs fugeflaten fpr den ene av de deler som skal sveises sammen, og ved elektrodespissen beveges slik at den følger langs fugeflatane på begge deler.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert v© d at sveisingen utføres vad anvendelse av en sveisestrøm som© r 10-150 A høyere enn den opprinnelige strøm under svingebevegelsene av elektrodespissen langs alle fuge-f la ter på de deler som skal sveises sasaaen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert v ø d at vinkelen mellom elektrodespissen og den smeltede flate på den indre side av fugen er 90° eller større.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at elektrodespissen under svingebevegelsene føres langs alle fugeflater av det materiale som skal sveises . sammen, og at sveisingen utføres med en sveisestrøm som 30-70 A høyere enn den strøm som anvendes under elektrodespissens svingebevegelse langs fugens åpne side.

5. Fremgangsmåte som angitt i, krav 4, karakterisert ved at lysbuens varmeavgivning under en svingebeveg else av elektrodespissen er 4-19 kilojoule, og at bevegelsesfrekvensen© r 30-120 svingninger/min.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, ka r akte ri-se, r t v e d at vinkelen mellom elektrodespissen og et plan perpendikulært på grunnmetallet ikke er «er enn 5° i den del som ligger under planet og ikk© mer enn 30° i den del som ligger over planet.

7. Fremgangsmåte som angitt 1 krav 1, karakterisert ved at elektrodespissen svinges mad en hastighet på 2-15 ra/min.