NO792380L

NO792380L - Arc welding.

Info

Publication number: NO792380L
Application number: NO792380A
Authority: NO
Inventors: Richard Alan Roen
Original assignee: Alberta Res Council
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1981-01-20

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en prosess og et apparatThe present invention relates to a process and an apparatus

for sveising som generisk kan betegnes som en prosess og et apparat for elektrisk buesveising. Spesielle eksempler på sveiseteknikker som kan benyttes ved utførelse av denne oppfinnelse er GMA (gas metal are) -sveising, neddykket buesveising og sveising med flukskjerneelektroder. for welding which can be generically described as a process and apparatus for electric arc welding. Special examples of welding techniques that can be used in carrying out this invention are GMA (gas metal are) welding, submerged arc welding and welding with flux core electrodes.

Foreliggende oppfinnelse er spesielt nyttig ved sveising av The present invention is particularly useful when welding

rørledninger, men dens anvendelse er slett ikke begrenset til dette. Imidlertid skal oppfinnelsen beskrives nærmere i detalj i forbindelse med et eksempel som vedrører sveising av rørledninger, men dette må ikke forstås begrensende. pipelines, but its application is by no means limited to this. However, the invention shall be described in more detail in connection with an example relating to the welding of pipelines, but this must not be understood as limiting.

Ved sveising av rørledninger har man forsøkt flere forskjellige teknikker som benytter automatisk sveiseutstyr. Således er CRC-prosessen en GMA-sveiseproséss som krever spesiell fuge-preparering, inklusive avskråning av de innvendige kanter av rørseksjonene som skal forbindes. I denne prosess utføres strengen innvendig ved hjelp av sveisebrennere som er plassert på innsiden av rørseksjonene. I prosessen til ESSO (reg. varemerke) bringes rørseksjonene butt i butt, og et sagblad som beveges umiddelbart foran sveisebrenneren skjærer en spalte på When welding pipelines, several different techniques have been tried that use automatic welding equipment. Thus, the CRC process is a GMA welding process that requires special joint preparation, including chamfering of the inner edges of the pipe sections to be joined. In this process, the string is made internally by means of welding torches which are placed on the inside of the pipe sections. In the process of ESSO (reg. trademark), the pipe sections are brought butt to butt, and a saw blade moved immediately in front of the welding torch cuts a slot on

1,5 mm ved buttforbindelsen. En konsumerbar elektrode på 1,0 mm føres inn i spalten. Denne elektrode må holdes midt i sentrum av spalten dersom man skal oppnå jevne resultater. I praksis har denne sentrering vist seg å være så vanskelig å opprett- 1.5 mm at the butt connection. A 1.0 mm consumable electrode is inserted into the slit. This electrode must be kept right in the center of the slot if consistent results are to be achieved. In practice, this centering has proven to be so difficult to establish

holde at ESSO-prosessen stort sett ikke benyttes kommersielt.keep that the ESSO process is largely not used commercially.

Selv om den ikke benyttes i særlig grad ved sveising av rør-ledninger, benyttes TIG-sveiseprosessen i stor grad i fly- Although it is not used to a great extent when welding pipelines, the TIG welding process is used to a large extent in aircraft

i industrien og kjernekraftindustrien, andre anvendelser som I in industry and the nuclear power industry, other applications such as I

foreliggende oppfinnelse kan benyttes for. I TIG-prosessen j dannes en bue mellom en wolframelektrode og basismaterialet som sveises. Basismaterialet smelter, og en fyllstang mates' inn i dammen av smeltet metall og smelter selv. TIG-prosessen er en relativt langsom prosess (5 - 15 cm sveis/min.). the present invention can be used for. In the TIG process j, an arc is formed between a tungsten electrode and the base material being welded. The base material melts, and a filler rod is fed into the pool of molten metal and melts itself. The TIG process is a relatively slow process (5 - 15 cm weld/min.).

Andre teknikker som vanligvis brukes ved sveising av rørledninger er konvensjonell sveising ved bruk av fluksdekkede stang-ele.ktroder. Fagmannen vil være vel kjent med de mange problemer som forekommer ved slik sveising. Other techniques commonly used in pipeline welding are conventional welding using flux-covered rod electrodes. The person skilled in the art will be well aware of the many problems that occur with such welding.

Under GMA-sveiseoperasjonen vil både store og mindre metall-dråper smelte av sveiserelektroden på vilkårlige tidspunkter. Opptreden av store dråper kan forstyrre buens stabilitet, og During the GMA welding operation, both large and smaller metal droplets will melt off the welding electrode at arbitrary times. The appearance of large drops can disturb the stability of the arc, and

derved kan det oppstå mindre defekter. Når buen er ustabil, forårsaker den ofte at en side av gjenstanden (basismaterialet) som sveises blir varmere enn den andre, og det er stort sett akseptert at dårlig varmefordeling resulterer i dårligere styrkeegenskaper i det fullførte sveisestykket. as a result, minor defects may occur. When the arc is unstable, it often causes one side of the object (the base material) being welded to be hotter than the other, and it is generally accepted that poor heat distribution results in poorer strength properties in the finished weld.

En viktig faktor i sveising er den penetrasjon som oppnås. Penetrasjon er en funksjon av varmetilførselen, og dersom, buen ikke er stabil, er det nødvendig å sinke sveiseoperasjonen for å oppnå den nødvendige penetrasjon. På grunn av dette vil sveiserne vanligvis senke fremdriftshastigheten og derved tilføre basismaterialet mere varme enn det som er nødvendig. Tilføring av mere varme enn det som er nødvendig til basismaterialet, An important factor in welding is the penetration achieved. Penetration is a function of the heat input, and if the arc is not stable, it is necessary to slow down the welding operation to achieve the required penetration. Because of this, the welders will usually lower the advance speed and thereby add more heat to the base material than is necessary. Adding more heat than is necessary to the base material,

er imidlertid uønskelig fordi det skader de metallurgiske fysiske egenskaper til basismaterialet. however, is undesirable because it damages the metallurgical physical properties of the base material.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det blitt oppdagetAccording to the present invention, it has been discovered

at mange av de problemer og ulemper som hefter ved tidligere kjente sveiseteknikker kan overvinnes ved å oscillere eller vibrere den konsumerbare elektrode i spalten mellom seksjonene som sveises og bringe sveisebrenneren (eller en del av denne forbundet med elektroden) til å støte mot stoppere ved begge that many of the problems and disadvantages associated with prior art welding techniques can be overcome by oscillating or vibrating the consumable electrode in the gap between the sections being welded and bringing the welding torch (or a part thereof connected to the electrode) into contact with stops at both

grenser for dens bevegelse, for således å bevirke at smeltet metall fra den konsumerbare elektrode slynges mot sideveggene som danner spalten. limits its movement, so as to cause molten metal from the consumable electrode to be flung against the side walls forming the gap.

1 1

Det vil imidlertid forstås at selv om følgende detaljerte beskrivelse angår en prosess hvor en sveis utføres i en spalte, er oppfinnelsen ikke begrenset til dette. Prosessen kan eksempelvis benyttes til å gi gjenstander som skraperbladet på It will be understood, however, that although the following detailed description relates to a process where a weld is carried out in a gap, the invention is not limited to this. The process can, for example, be used to provide objects such as the scraper blade

en bulldozer éller tennene på en grabb en hard overflate ved å belegge overflaten av bladet eller tannen som gråver ned i bakken. Prosessen kan også benyttes for forsegling av brensel-stenger til rørplater i en kjernefysisk reaktor. I disse tilfeller blir 'den konsumerbare elektrode ganske enkelt vibrert over overflaten eller over spalten som skal tettes, og bringes tii å slå an mot stoppere ved begge grenser for sin bevegelse. a bulldozer or the teeth of a grab a hard surface by coating the surface of the blade or tooth that burrows into the ground. The process can also be used for sealing fuel rods to tube plates in a nuclear reactor. In these cases, the consumable electrode is simply vibrated over the surface or over the gap to be sealed, and is brought to abut against stoppers at both limits of its movement.

Prosessen er fordelaktig i forannevnte anvendelse ved kjerne-reaktorer fordi den resulterende sveis vil bli spredd ut på sveiseflaten og penetrasjonen vil ikke være særlig dyp. Grunn penetrasjon er ønskelig i denne spesielle anvendelse fordi varmedeformasjon og fortynning av basismaterialet må unngås. The process is advantageous in the aforementioned application in nuclear reactors because the resulting weld will be spread out on the weld surface and the penetration will not be very deep. Shallow penetration is desirable in this particular application because heat deformation and dilution of the base material must be avoided.

Prosessen er fordelaktig ved flatebelegging med hardt materiale, igjen på grunnav den relativt grunne penetrasjon som vil resultere. Når foreliggende prosess benyttes for overflate-. belegging, vil den harde overflate på bladet eller tannen således bestå hovedsakelig av hardt sveisemateriale i stedet for hovedsakelig av en legering av basematerialet og sveisematerialet, noe som vil være tilfelle hvor flatepålegging utføres ved bruk av en konvensjonell MIG-sveiseprosess. The process is advantageous when surfacing with hard material, again because of the relatively shallow penetration that will result. When the present process is used for surface-. coating, the hard surface of the blade or tooth will thus consist mainly of hard weld material rather than mainly of an alloy of the base material and the weld material, which would be the case where surface coating is carried out using a conventional MIG welding process.

I henhold til et aspekt av denne oppfinnelse er det tilveiebragt en prosess for tilveiebringelse av en sveis i en spalte mellom veggene av to metallstykker som skal sveises sammen, hvor en konsumerbar elektrode som har en fri ende beveges gjennom en sveisebrenner og deretter inn i nevnte spalte, mens på den ene side de to metallstykker og på den andre side nevnte sveisebrenner beveges i forhold til hverandre for således å bevege sveisébrenneren langs spalten eller omvendt, hvor tilstrekkelig spenning tilveiebringes mellom de to metallstykker og den According to one aspect of this invention, there is provided a process for providing a weld in a gap between the walls of two pieces of metal to be welded together, wherein a consumable electrode having a free end is moved through a welding torch and then into said gap , while on the one hand the two pieces of metal and on the other hand said welding torch are moved in relation to each other to thus move the welding torch along the gap or vice versa, where sufficient tension is provided between the two pieces of metal and the

konsumerbare elektrode til å skape en bue derimellom som smelter den konsumerbare elektrode og i det minste en del av veggene consumable electrode to create an arc therebetween which melts the consumable electrode and at least a portion of the walls

av metallstykkene, og hvor nevnte konsumerbare elektrode oscilleres frem og tilbake i spalten, hvor det karakteristiske er at fre- of the metal pieces, and where said consumable electrode is oscillated back and forth in the gap, where the characteristic is that fre-

kvensen av oscillasjonen av den konsumerbare elektrode er i j det minste 6 hz, at under fremstillingen av sveisen holdes den frie ende av den konsumerbare elektrode i spalten og at ved enden av hver halvsyklus av oscillasjonsbevegelsen av den konsumerbare elektrode utøves en støtkraft mot den konsumerbare elektrode for å avbryte dens bevegelse mot den ene vegg av metallstykkene mot hvilken den konsumerbare elektrode beveget seg før utøvelsen av støtkraften, idet den konsumerbare elektrode umiddelbart etter utøvelse av støtkraften beveges bort fra nevnte ene vegg og mot den motstående vegg av metallstykkene, hvorved smeltet metall ved den frie ende av den konsumerbare the frequency of the oscillation of the consumable electrode is i j at least 6 hz, that during the production of the weld the free end of the consumable electrode is held in the gap and that at the end of each half cycle of the oscillating movement of the consumable electrode, an impact force is exerted against the consumable electrode for to interrupt its movement towards the one wall of the metal pieces towards which the consumable electrode was moving before the application of the impact force, the consumable electrode immediately after application of the impact force being moved away from said one wall and towards the opposite wall of the metal pieces, whereby molten metal at the free end of the consumable

elektrode slynges mot nevnte ene vegg.electrode is flung against said one wall.

Ifølge et annet aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebragt et buesveiseapparat som benytter en. konsumerbar elektrode til å danne en sveis mellom metallflater som er adskilt av en spalte, hvilket apparat omfatter kombinasjonen av en sveisebrenner eller -anordning, midler for å bevege en konsumerbar elektrode gjennom nevnte brenner og inn i nevnte spalte, eller for å bevege spissen av elektroden langs en forutbestemt bane i spaltens lengderetning, midler for å oscillere elektroden frem og tilbake i den forutbestemte bane, og midler for å utøve en støtkraft mot elektroden ved enden av hver halvsyklus av elektrodens . oscillasjonsbevegelse for å avbryte elektrodens bevegelse og slynge smeltet metall mot den av flatene som elektroden beveget seg mot før støtet, idet sveisebrenneren omfatter dreibart monterte elektrodeunderstøttelsesmidler for elektroden, hvilken elektrode er ført gjennom og står i kontakt med nevnte understøttelsesmidler, idet.midlene for oscillering av elektroden frem og tilbake i den forutbestemte bane omfatter midler for å bevege elektrodeunderstøttelsesmidlene, hvilke midler for å bevege elektrodeunderstøttelsesmidlene omfatter elektromagnetiske midler og ankermidler som er operativt forbundet med disse og er innrettet til å tiltrekkes magnetisk til nevnte elektromagnetiske midler når nevnte elektromagnetiske midler energiseres, idet en av nevnte elektromagnetiske midler og nevnte ankermidler er operativt forbundet med nevnte understøttelsesmidler, og midler for energisering av nevnte elektromagnetiske midler. According to another aspect of the invention, there is provided an arc welding apparatus which uses a. consumable electrode for forming a weld between metal surfaces separated by a gap, which apparatus comprises the combination of a welding torch or device, means for moving a consumable electrode through said torch and into said gap, or for moving the tip of the electrode along a predetermined path in the longitudinal direction of the slit, means for oscillating the electrode back and forth in the predetermined path, and means for exerting an impact force against the electrode at the end of each half cycle of the electrode. oscillating movement to interrupt the movement of the electrode and fling molten metal against that of the surfaces towards which the electrode was moving before the impact, the welding torch comprising rotatably mounted electrode support means for the electrode, which electrode is passed through and is in contact with said support means, the means for oscillating the the electrode reciprocating in the predetermined path comprises means for moving the electrode support means, which means for moving the electrode support means comprises electromagnetic means and anchor means operatively connected thereto and adapted to be magnetically attracted to said electromagnetic means when said electromagnetic means is energized, one of said electromagnetic means and said anchoring means is operatively connected to said support means, and means for energizing said electromagnetic means.

Foreliggende oppfinnelse må ikke forveksles med den kjente | teknikk ved manuell eller GMA-sveising hvor elektroden beveges j langsomt frem og tilbake i spalten for å fylle spalten. Frekvensen av denne operasjon er meget langsommere enn den for-ønskede frekvens ved utførelse av foreliggende oppfinnelse, The present invention must not be confused with the known | technique in manual or GMA welding where the electrode is moved j slowly back and forth in the gap to fill the gap. The frequency of this operation is much slower than the desired frequency when carrying out the present invention,

og noe støt er ikke involvert.and no impact is involved.

Den forannevnte manuelle bevegelse av stangelektroden er blitt automatisert, slik det eksempelvis er vist i US patent nr. The aforementioned manual movement of the rod electrode has been automated, as is for example shown in US patent no.

1 667 585, men de automatiserte versjoner, i likhet med de 1,667,585, but the automated versions, like those

manuelle versjoner, har lav frekvens og uten støt. I alle tilfeller er den frem- og tilbakegående bevegelse oppnådd i den kjente teknikk for ganske enkelt å fylle spalten, mens i foreliggende oppfinnelse benyttes vibrering og støt for å manual versions, have low frequency and no impact. In all cases, the reciprocating motion achieved in the prior art is simply to fill the gap, while in the present invention vibration and shock are used to

oppnå en unik sveis med avsetning av metall på skjøtens sidevegger sammensmeltning like bakenfor. achieve a unique weld with deposition of metal on the side walls of the joint fusion just behind.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på vedføyede tegning. Fig. 1 er et skjematisk frontriss, delvis i snitt, av en sveisebrenner som kan benyttes ved utøvelse av foreliggende oppfinnelse. The invention shall be described in more detail with reference to the design examples shown in the attached drawing. Fig. 1 is a schematic front view, partly in section, of a welding torch that can be used in the practice of the present invention.

Fig. 2 er et snitt langs linjen 2-2 på fig. 1.Fig. 2 is a section along the line 2-2 in fig. 1.

Fig. 3 viser en rørledning som sveises ved å benytte en sveisebrenner som omfatter foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 shows a pipeline that is welded by using a welding torch that includes the present invention.

Fig. 4 og 9 viser to seksjoner som skal sveises sammen.Fig. 4 and 9 show two sections to be welded together.

Fig. 5 - 8 og 10 viser forskjellige typer av sveiser, idet fig. 6 viser en tidligere kjent sveis. Fig. 5 - 8 and 10 show different types of welds, as fig. 6 shows a previously known weld.

På fig. 1 er det skjematisk vist en sveisebrenner eller -anordning som kan benyttes ved utøvelse av foreliggende oppfinnelse. Brenneren omfatter en roterbar spole 10 med elektrodetråd 11 In fig. 1 schematically shows a welding torch or device that can be used in the practice of the present invention. The burner comprises a rotatable coil 10 with electrode wire 11

som mates via en elektrisk drevet motor 12 gjennom brenneren og which is fed via an electrically driven motor 12 through the burner and

som kommer ut gjennom kontaktspissen 13 på brenneren. Slikwhich comes out through the contact tip 13 on the burner. Such

det er vanlig ved MIG-sveis.ing, selv om det ikke. er vist på it is common in MIG welding, although it does not. is shown on

figuren, er det tatt forholdsregler for å tilføre en nøytral-gassblanding til brenneren, hvilken gassblanding strømmer ut av: brennérens gasshylse rundt elektrodetråden 11 og tjener til å bedre buen og forhindre at oksydasjon skjer i sveiseområdet. Midler (ikke vist) er anordnet for å regulere hastigheten av motoren 12 for å variere hastigheten av elektrodetråden som føres ut av kontaktspissen 13.<0>figure, precautions have been taken to supply a neutral gas mixture to the torch, which gas mixture flows out of: the torch's gas sleeve around the electrode wire 11 and serves to improve the arc and prevent oxidation from occurring in the welding area. Means (not shown) are provided for regulating the speed of the motor 12 to vary the speed of the electrode wire fed from the contact tip 13.<0>

Sveisebrenneren beskrevet ovenfor er hovedsakelig av konvensjonell natur. Den er imidlertid modifisert ved å anordne det elektriske ledende rør 14 som styrer elektrodetråden 11 mellom- motoren 12 The welding torch described above is mainly of a conventional nature. It is, however, modified by arranging the electrically conductive tube 14 which guides the electrode wire 11 between the motor 12

og spissen 13 slik at den dreier seg om en horisontal akse i stedet for å være stasjonær. Omdreiningstapper for røret 14 and the tip 13 so that it revolves about a horizontal axis instead of being stationary. Pivot pins for the pipe 14

er vist ved 15 (fig. 2).is shown at 15 (Fig. 2).

På en brakett 16 festet til røret 14 er det to fingre 17 lagetOn a bracket 16 attached to the tube 14, two fingers 17 are made

av jern. På hver side av fingrene 17 er det plassert elektromagneter 13 som tilføres stort sett firkantede spenningsbølge-pulser fra en egnet kraftkilde (ikke vist), hvis utsignalfrekvens er varierbar. Når den er energisert, vil elektromagnetene 18 tiltrekke de tilstøtende fingre 17 slik at røret 14 og elektrodetråden 11" vil vibrere frem og tilbake, som antydet med dobbelt-hodede piler, -med en frekvens som bestemmes av frekvensen av utsignalet fra kraftkilden. of iron. On each side of the fingers 17 are placed electromagnets 13 which are supplied with largely square voltage wave pulses from a suitable power source (not shown), the output signal frequency of which is variable. When energized, the electromagnets 18 will attract the adjacent fingers 17 so that the tube 14 and electrode wire 11" will vibrate back and forth, as indicated by the double-headed arrows, -at a frequency determined by the frequency of the output signal from the power source.

Fingrene 17 er anordnet slik at de støter mot deres tilsvarende elektromagneter, hvilken støtvirkning har vist seg å være viktig for å oppnå de forønskede resultater. The fingers 17 are arranged to impinge on their corresponding electromagnets, which impingement effect has been found to be important in achieving the desired results.

Om ønskelig kan motoren 12 være festet til fingre 17 og kanIf desired, the motor 12 can be attached to fingers 17 and can

også oscillere for å gi større treghet og kraftgjøre støt.also oscillate to give greater inertia and power impact.

På fig. 4 er det vist to seksjoner 19 og 20 som skal sveises sammen. Disse to seksjoner kan betraktes som deler av to rør-seksjoner. Sideveggene 21 og 22 av de to rørseksjoner er begge avskrådd til 6° med vertikalen og er adskilt fra hverandre med 3,2 mm ved det punkt hvor de befinner seg nærmest hverandre. Forannevnte vinkel og avstand er ikke kritisk, men har vist seg In fig. 4 shows two sections 19 and 20 which are to be welded together. These two sections can be considered as parts of two pipe sections. The side walls 21 and 22 of the two pipe sections are both chamfered to 6° with the vertical and are separated from each other by 3.2 mm at the point where they are closest to each other. The aforementioned angle and distance are not critical, but have been shown

å gi gode resultater når seksjonene som skal forbindes erto give good results when the sections to be connected are

12,5 ram tykke. I motsetning til ESSO-prosessen, er det av betydning å merke seg at ved utøvelse av foreliggende oppfinnelse har minimumsavstanden mellom de to seksjoner vist på fig. 4 12.5 ram thick. In contrast to the ESSO process, it is important to note that in the practice of the present invention, the minimum distance between the two sections shown in fig. 4

vært variert fra 1,5 mm til 4 mm med ganske akseptable sveiser !been varied from 1.5 mm to 4 mm with quite acceptable welds !

I IN

som resultat, naturligvis forutsatt at sveisetrådens 11 vibrasjonsamplitude ble justert tilsvarende. For å oppnå et jevnt resultat er det ønskelig at avstanden mellom de to seksjoner er den samme på alle punkter rundt rørseksjonene. Det as a result, naturally provided that the vibration amplitude of the welding wire 11 was adjusted accordingly. To achieve an even result, it is desirable that the distance between the two sections is the same at all points around the pipe sections. The

er imidlertid et trekk ved foreliggende oppfinnelse at betydelige • variasjoner i avstanden kan tolereres, i motsetning til ESSO-prosessen. however, it is a feature of the present invention that significant • variations in the distance can be tolerated, in contrast to the ESSO process.

Selv om en forbindelse preparert som vist på fig. 4 kan benyttes ved utøvelse av oppfinnelsen, er den foretrukne forbindelse vist på fig. 9. I denne forbindelse er sideveggene 21a og 22a (12,5 mm tykkelse) skrådd med 7° i forhold til vertikalen og de har fremspring 24 som hver er 0,75 mm tykke og strekker seg utad fra sine respektive sidevegger med 0,75 mm, og avstanden mellom de mot hverandre vendende ender av fremspringene 24 Although a compound prepared as shown in fig. 4 can be used in the practice of the invention, the preferred compound is shown in fig. 9. In this connection, the side walls 21a and 22a (12.5 mm thickness) are inclined at 7° with respect to the vertical and they have projections 24 which are each 0.75 mm thick and extend outwards from their respective side walls by 0.75 mm, and the distance between the opposite ends of the protrusions 24

er 1,28 mm. Imidlertid har man oppnådd vellykkede sveiser med avstander så liten som 0,75 mm ved å bruke elektrodetråd som er 0,9 mm, og med avstander så høye som 3,2 mm. Med større avstander kan imidlertid "tilbakesuging" opptre. Dersom avstanden økes eller minskes, vil oscillasjonsamplituden og trådhastigheten likeledes måtte. hhv. økes og minskes. is 1.28 mm. However, successful welds have been achieved with gaps as small as 0.75 mm using 0.9 mm electrode wire, and with gaps as high as 3.2 mm. With larger distances, however, "back-suction" can occur. If the distance is increased or decreased, the oscillation amplitude and wire speed will likewise have to. respectively is increased and decreased.

Ved utførelse av foreliggende oppfinnelse blir brenneren enten montert på utstyret som beveger brenneren rundt rørseksjonene, eller brenneren holdes stasjonær og røret roteres. I det utførelseseksempel på oppfinnelsen som er vist på fig. 2 er et ringformet bånd 3 0 som utgjør sporet for en vogn 31 klemt fast til en av rørseksjonene i jevn avstand fra spalten 23 When carrying out the present invention, the burner is either mounted on the equipment which moves the burner around the pipe sections, or the burner is kept stationary and the pipe is rotated. In the embodiment of the invention shown in fig. 2, an annular band 30 which forms the track for a carriage 31 is clamped to one of the pipe sections at a uniform distance from the slot 23

mellom rørseksjonene. De to rørseksjoner 19 og 20 holdes med endene innrettet i forhold til hverandre og nær inntil hverandre ved hjelp av en innvendig klemme (ikke vist) som er av konvensjonell konstruksjon og betjenes pneumatisk. between the pipe sections. The two pipe sections 19 and 20 are held with their ends aligned relative to each other and close to each other by means of an internal clamp (not shown) which is of conventional construction and operated pneumatically.

Vognen 31 understøtter spolen 10 og sveisebrenneren, idet sistnevnte er dreibart montert på en horisontal aksel 32 til hvilken den også kan festes. The carriage 31 supports the coil 10 and the welding torch, the latter being rotatably mounted on a horizontal shaft 32 to which it can also be attached.

Vognen 31 har' hjul 33 som ruller på sporet eller banen 30 ogThe carriage 31 has wheels 33 which roll on the track or track 30 and

som drives av en elektrisk motor 34 via kjeder (ikke vist) ogwhich is driven by an electric motor 34 via chains (not shown) and

! '0i kjedehjul (ikke vist). Vognen 31 har også fire ben 35 som er forsynt med ruller som ligger an mot topp, bunn og sider av båndet 30 for å holde vognen 31 i stilling i forhold til båndet. Vogner og ringformede bånd av den viste type er tidligere kjent. ! '0i sprocket (not shown). The carriage 31 also has four legs 35 which are provided with rollers which rest against the top, bottom and sides of the belt 30 in order to keep the carriage 31 in position in relation to the belt. Carriages and annular belts of the type shown are previously known.

Det vil ses at justeringsbolten 35 tillater variasjon av brennerens vinkel. Det har vist seg at lengdeaksen av brenneren enten bør befinne seg på en radius av rørseksjonene, eller kontaktspissen 13 bør helle omtrent 2°- 6° i brennerens bevegelses-retning. En bakoverhellende stilling har en tendens til å It will be seen that the adjustment bolt 35 allows variation of the angle of the burner. It has been shown that the longitudinal axis of the burner should either be on a radius of the tube sections, or the contact tip 13 should be inclined approximately 2°- 6° in the direction of movement of the burner. A backward leaning position tends to

bidra til gjennomblåsing.contribute to ventilation.

Elektrodetråden 11 innføres i spalten 23 mellom sideveggene 21The electrode wire 11 is introduced into the gap 23 between the side walls 21

og 22, kraft tilføres via røret 14 til elektrodetråden 11 fra en konvensjonell kilde som bevirker en bue, elektrodetråden 11 mates med regulert hastighet av motoren 12, og brenneren beveges i forhold til rørseksjonene (eller omvendt) langs spalten 23. Mens dette skjer bevirker energisering av elektromagnetene 18 and 22, power is applied via the tube 14 to the electrode wire 11 from a conventional source which causes an arc, the electrode wire 11 is fed at a controlled speed by the motor 12, and the torch is moved relative to the tube sections (or vice versa) along the gap 23. While this is happening, energization causes of the electromagnets 18

at elektrodetråden 11 vibrerer frem og tilbake tvers over spalten 23. Trådens oscillasjonsamplitude justeres slik at man unngår that the electrode wire 11 vibrates back and forth across the gap 23. The wire's oscillation amplitude is adjusted so as to avoid

at tråden treffer sideveggene 21 eller 22. Imidlertid skjer det støt mellom fingrene 17 og elektromagnetene 18. Umiddelbart etter at et støt inntreffer, reverseres bevegelsesretningen for elektrodetråden 11, slik at den beveger seg bort fra den vegg som den var på vei mot før støtet. Effekten av dette har vært observert ved å benytte en fototeknikk som gir bilder i rask rekkefølge, noe som viser at det smeltede metall ved enden av elektrodetråden 11 slynges av tråden og mot sideveggene 21 og 22. Samtidig dannes det en dam av smeltet metall mellom that the wire hits the side walls 21 or 22. However, an impact occurs between the fingers 17 and the electromagnets 18. Immediately after an impact occurs, the direction of movement of the electrode wire 11 is reversed, so that it moves away from the wall towards which it was heading before the impact. The effect of this has been observed by using a photo technique that produces images in rapid succession, which shows that the molten metal at the end of the electrode wire 11 is flung off the wire and towards the side walls 21 and 22. At the same time, a pool of molten metal is formed between

de to seksjoner bak buen i den nedre del av spalten 23. Den resulterende sveis har den form som er vist på fig. 5, mens tidligere kjente teknikker har en tendens til å gi en rotsveis som har den form som er vist på fig. 6. Sistnevnte form er uønskelig på grunn av den oppad krummede effekt. Ved påføring av den andre eller hete sveisestreng vil nemlig buen slå over på det punkt av rotsveisen som er nærmest elektroden, nemlig . the two sections behind the arc in the lower part of the slot 23. The resulting weld has the shape shown in fig. 5, while prior art techniques tend to produce a root weld having the shape shown in FIG. 6. The latter shape is undesirable because of the upward curved effect. When applying the second or hot welding string, the arc will switch over to the point of the root weld that is closest to the electrode, namely .

toppen av krumningen, noe som gir aksentuering av krumningenthe top of the curvature, which accentuates the curvature

og manglende fylling umiddelbart inntil sideveggene av seksjonene 19 og 20. Den resulterende manglende sammensmelting med sideveggene kalles "vognspor"("wagon tracks") blandt fagfolk og and lack of filling immediately adjacent to the sidewalls of sections 19 and 20. The resulting lack of fusion with the sidewalls is called "wagon tracks" among professionals and

I IN

;er uønskelig. Resultatet aksentueres ytterligere når man sveiser i urviserstilling mellom klokken 3 og klokken 9 og er kjent ;is undesirable. The result is further accentuated when welding in a clockwise position between 3 o'clock and 9 o'clock and is familiar

som "repdannelse" ("roping"). as "roping" ("yelling").

Sveisen som fremstilles ifølge foreliggende oppfinnelse har ikke den domfasong som karakteriserer tidligere sveiser. Således unngås "repdannelse" og "vognspor" ved fyllsveisen. The weld produced according to the present invention does not have the dom shape that characterizes previous welds. Thus, "scratches" and "wagon tracks" are avoided at the filler weld.

På den annen side er det ved en rotsveis av den type som blandes ved foreliggende oppfinnelse en tendens til sprekkdannelse langs sentrum av sveisen når den størkner. Dette kan avhjelpes ved å la den hete sveis følge tett etter rotsveisen før denne har hatt tid til å avkjøles og danne en sprekk. I praksis oppnås dette ved å montere en andre brenner kun noen cm bak brenneren som utfører rotsveisen. Ved 12,5 mm materiale vil den hete sveis følges av en tredje og en endelig sveis som kalles dekksveisen, slik at den resulterende sveis blir som vist On the other hand, with a root weld of the type that is mixed in the present invention, there is a tendency for cracks to form along the center of the weld when it solidifies. This can be remedied by allowing the hot weld to follow closely behind the root weld before it has had time to cool and form a crack. In practice, this is achieved by mounting a second burner only a few cm behind the burner that performs the root weld. In the case of 12.5 mm material, the hot weld will be followed by a third and final weld called the cover weld, so that the resulting weld will be as shown

på fig. 7. Selv om vibrasjon kan benyttes for den hete sveison fig. 7. Although vibration can be used for the hot weld

og dekksveisen og for en hvilken som helst fyllsveis mellom disse, er dette vist seg ikke å være nødvendig. Dersom vibrasjon benyttes, kan denne være av en lavere frekvens enn den laveste frekvens som er akseptabel for rotsveisen. and the cover weld and for any filler weld between these, this has proven not to be necessary. If vibration is used, this can be of a lower frequency than the lowest frequency that is acceptable for the root weld.

Som. et eksempel på foreliggende oppfinnelse ble en forbindelse preparert som angitt på fig. 4 (vinkler på 6° og en avstand på 3,2 mm) mellom to stålrør som begge hadde en veggtykkelse på 12,5 mm. For rotsveisen ble kraft tilført til elektrodetråden 11 fra en Hobart (varemerke) modell M4 00 kraftkilde fremstilt av Hobart Bros. Company, Troy, Ohio, USA. 230 ampere blé tilført ved 23 buevolt. Tråden ble matet med 16,5 m/min., As. an example of the present invention, a compound was prepared as indicated in fig. 4 (angles of 6° and a distance of 3.2 mm) between two steel pipes that both had a wall thickness of 12.5 mm. For the root weld, power was applied to the electrode wire 11 from a Hobart (trade mark) model M4 00 power source manufactured by Hobart Bros. Company, Troy, Ohio, USA. 230 amperes were supplied at 23 arc volts. The wire was fed at 16.5 m/min.,

og den lineære hastighet av brenneren var 50 cm/min. Hobart HB 18 0,9 mm tråd med 12,5 mm fremsting (innstilt statisk) ble benyttet. Nøytralgassblandingen som ble benyttet var 140 l/t av CO2og 1000 l/t av argon. Tråden ble vibrert med en frekvens på 19,4 hz som ga 38,8 støt/sek. and the linear speed of the burner was 50 cm/min. Hobart HB 18 0.9 mm wire with 12.5 mm lead (set static) was used. The neutral gas mixture used was 140 l/h of CO2 and 1000 l/h of argon. The wire was vibrated at a frequency of 19.4 hz which gave 38.8 shocks/sec.

Sveiseoperasjbnen ble observert ved å benytte et high speed The welding operation was observed using a high speed

kamera. Bilder ble tatt med 4000 eksponeringer/sek. Som tidligere angitt, "malte" den vibrerende elektrode ved sideveggene av de to seksjoner som ble forbundet ved hjelp av smeltet metali, camera. Images were taken with 4000 exposures/sec. As previously stated, the vibrating electrode "painted" at the side walls of the two sections which were joined by means of molten metal,

,og tre forskjellige sveiseraåter kunne observeres, nemlig dyppe-i overføring, dråpeoverføring og spruteoverføring, idet de to sistnevnte dominerte. Det ble oppnådd en fullstendig tilfredsstillende rotsveis av den type som er vist på fig. 5. , and three different welding methods could be observed, namely dip-in transfer, droplet transfer and spray transfer, the latter two predominating. A completely satisfactory root weld of the type shown in fig. 5.

Sveising av andre rotsveiser ble utført etter samme fremgangsmåte som angitt i foregående eksempel, men frekvensen av elektrodetrådens vibrasjon ble variert. Med de øvrige betingelser som angitt i eksempelet uendret, var det ikke mulig å oppnå Welding of other root welds was carried out according to the same procedure as stated in the previous example, but the frequency of the electrode wire vibration was varied. With the other conditions as stated in the example unchanged, it was not possible to achieve

en tilfredsstillende sveis med en vibrasjonsfrekvens på mindre enn 6 hz, selv om dette ikke betyr at det under andre betingelser kan benyttes lavere frekvenser. Ved lavere frekvenser er det en tendens til at det smeltede metall ganske enkelt faller gjennom eller blåses ut av spalten 23. a satisfactory weld with a vibration frequency of less than 6 hz, although this does not mean that under other conditions lower frequencies can be used. At lower frequencies, there is a tendency for the molten metal to simply fall through or be blown out of the slot 23.

Sveising av rotsveiser ble også utført etter ovennevnte fremgangsmåte, men med høyere vibrasjonsfrekvenser. Helt tilfredsstillende sveiser ble oppnådd ved 40 hz. Imidlertid viste det seg at ved omtrent 114 hz klatret buen opp i gapet og etterlot en utsparing i bunnen av sveisen, som vist på fig. 8. En slik Welding of root welds was also carried out according to the above procedure, but with higher vibration frequencies. Completely satisfactory welds were obtained at 40 hz. However, it was found that at about 114 hz the arc climbed up the gap and left a recess at the bottom of the weld, as shown in fig. 8. One such

utsparing eller hakk er uønsket i en rørledning fordi den vil forårsake turbulens i den transporterte olje eller gass. og vil resultere i uheldige fysiske og metallurgiske fenomener så som spenningskorrosjon. Den er også uakseptabel i trykkbeholdere fordi utsparingen vil skape en spenningskonsentrasjon hvor beholderen kan svikte. Dette vil imidlertid ikke si at det under andre betingelser kan benyttes frekvenser som er høyere enn den angitte. Også i anvendelser hvor utsparingseffekten ikke er uønskelig, kan høye frekvenser benyttes. Høyere frekvenser kan eksempelvis benyttes i prosesser hvor rotsveisen utføres ved innvendig sveising. recess or notch is undesirable in a pipeline because it will cause turbulence in the transported oil or gas. and will result in unfortunate physical and metallurgical phenomena such as stress corrosion. It is also unacceptable in pressure vessels because the recess will create a stress concentration where the vessel may fail. However, this does not mean that, under other conditions, frequencies that are higher than the specified one can be used. Also in applications where the recess effect is not undesirable, high frequencies can be used. Higher frequencies can, for example, be used in processes where the root weld is carried out by internal welding.

Kraftkilden benyttet i det foregående eksempel var en som vanligvis brukes ved standardkommersielle syeiseprosesser og automatisk MIG-sveising og er en kraftkilde med høy■reaktans. Kraftkilder som benyttes for automatisk sveiseutstyr har vanligvis mye lavere reaktans. Til tross for det faktum av The power source used in the preceding example was one commonly used in standard commercial welding processes and automatic MIG welding and is a high reactance power source. Power sources used for automatic welding equipment usually have a much lower reactance. Despite the fact of

sveiseoperasjonen som ble utført i eksempelet var automatisk, ble bruken av en kraftkilde med høy reaktans slik at det the welding operation carried out in the example was automatic, the use of a power source with high reactance was such that it

ga en "bløt" bue, ble funnet å være meget ønskelig, i det minste gave a "soft" bow, was found to be highly desirable, at least

for rotsveisen. For fyllsveisene ble det på den annen side J funnet fordelaktig å benytte en konvensjonell kraftkilde for automatisk sveiseutstyr for å gi tilstrekkelig penetrasjon i den foregående sveis. for the root weld. For the filler welds, on the other hand, it was found advantageous to use a conventional power source for automatic welding equipment to provide sufficient penetration into the preceding weld.

Viktigheten av støtene ble demonstrert ved å konstruere og bruke en sveisebrenner som ble oscillert av en roterende kam, idet brenneren ble fjærbelastet mot kammen. Ved et slikt arrangement skjedde det ingen støt, og frekvenser over 6 hz ga utilfreds-stillende resultater, idet sveisen brente gjennom. The importance of the shocks was demonstrated by constructing and using a welding torch that was oscillated by a rotating cam, the torch being spring-loaded against the cam. With such an arrangement, no impact occurred, and frequencies above 6 Hz gave unsatisfactory results, as the weld burned through.

Under de betingelser som er angitt i forbindelse med det eksempel som tidligere er beskrevet, viste det seg at buespenningen var viktig for å oppnå de forønskede resultater. Det ble således funnet at dersom buespenningen ble redusert til 21 eller lavere, var det en tendens til at smeltet metall blåste ut av spalten 23, mens dersom spenningen ble øket til 25 eller mere, var det en tendens til at buen klatret opp i gapet 23 med manglende penetrasjon som et resultat. Dette vil imidlertid ikke si at buespenninger på omtrent 23 volt er nødvendig i forbindelse med foreliggende oppfinnelse. Buespenningen varierer med tråddiameter, avstanden til arbeidsstykket og typen av nøytralgassblanding som benyttes. Den varierer også med graden av elektrodens fremstikk (den lengde av tråden som rager frem fra kontaktspissen), slik at under andre betingelser enn de som er beskrevet i eksempelet, kan andre buespenninger gi de beste resultater. Eksempelvis ville man i en prosess med neddykket bue bruke en grovere tråd, og her ville man vente en høyere buespenning. Under the conditions indicated in connection with the example previously described, it turned out that the arc voltage was important to achieve the desired results. It was thus found that if the arc voltage was reduced to 21 or lower, there was a tendency for molten metal to blow out of the gap 23, while if the voltage was increased to 25 or more, there was a tendency for the arc to climb up the gap 23 with lack of penetration as a result. However, this does not mean that arc voltages of approximately 23 volts are necessary in connection with the present invention. The arc voltage varies with wire diameter, the distance to the workpiece and the type of neutral gas mixture used. It also varies with the degree of electrode protrusion (the length of the wire protruding from the contact tip), so that under conditions other than those described in the example, other arc voltages may give the best results. For example, in a submerged arc process you would use a coarser wire, and here you would expect a higher arc voltage.

Når det gjelder nøytralgassblandingen, benyttes det for rotsveisen og hetsveisen fortrinnsvis en blanding på 95 volumprosent argon og 5% C02/men det er mulig å gjøre store variasjoner og likevel oppnå meget gode resultater. Således har forholdet 80/20 vært brukt med godt resultat. Bruk av C02alene bør unngås fordi dette fører til at sprutoverføring ikke oppnås, As regards the neutral gas mixture, a mixture of 95 volume percent argon and 5% C02 is preferably used for root welding and hot welding, but it is possible to make large variations and still achieve very good results. Thus, the 80/20 ratio has been used with good results. The use of C02alene should be avoided because this leads to splash transfer not being achieved,

noe som resulterer i utilstrekkelig penetrasjon og manglende sammensmelting. På den annen side vil bruk av ren argon gi resulting in insufficient penetration and failure to fuse. On the other hand, using pure argon will give

en for varm bue slik at gjennomblåsing kan bli resultatet.an arc that is too hot so that blow-through may result.

i i in i

I IN

For fyllsveisene og dekksveisen er det ønskelig med en gass- jI blanding som holder spruttendensen nede, eksempelvis argon og C02i et forhold på 20/80. For the filler welds and cover welds, it is desirable to use a gas mixture that keeps the spatter tendency down, for example argon and C02 in a ratio of 20/80.

Som et annet eksempel på utførelse av foreliggende oppfinnelseAs another example of the embodiment of the present invention

ble en forbindelse mellom stålrør av 12,5 mm tykkelse preparert som vist på fig. 9, idet avstanden mellom fremspringene 24 var 1,3 mm. For rotsveisen ble kraft tilført elektrodetråden 11 a connection between steel pipes of 12.5 mm thickness was prepared as shown in fig. 9, the distance between the projections 24 being 1.3 mm. For the root weld, power was applied to the electrode wire 11

fra en Hobart modell MC500 kraftkilde med 230 ampere ved 23 buevolt. Tråden, Union (varemerke) K5 Ni tråd (0,9 mm) ble tilført med en hastighet på 16,5 m/min., og den lineære hastighet av brenneren var 75 cm/min. 12,5 mm utstikk (statisk satt) from a Hobart model MC500 power source with 230 amps at 23 arc volts. The wire, Union (Trade Mark) K5 Ni wire (0.9 mm) was fed at a speed of 16.5 m/min., and the linear speed of the burner was 75 cm/min. 12.5 mm protrusion (static set)

ble benyttet. Nøytralgassblandingen var 1600 l/t av en 95/5 blanding av argon og C02. Tråden ble oscillert med en frekvens på 30 hz, noe som ga 60 støt/sek. En fullstendig tilfredsstillende rotsveis av den type som er vist på fig. 10, ble oppnådd. was used. The neutral gas mixture was 1600 l/h of a 95/5 mixture of argon and CO2. The wire was oscillated at a frequency of 30 hz, giving 60 shocks/sec. A completely satisfactory root weld of the type shown in fig. 10, was obtained.

Selv om et foretrukket utførelseseksempel på oppfinnelsen erAlthough a preferred embodiment of the invention is

blitt beskrevet i det foregående, vil det være klart for fagmannen at endringer og modifikasjoner kan gjøres uten å avvike fra oppfinnelsens idé og dens ramme som definert i de påfølgende krav. been described in the foregoing, it will be clear to the person skilled in the art that changes and modifications can be made without deviating from the idea of the invention and its scope as defined in the subsequent claims.

i t in t

Claims

Tl 1. Method of providing a weld in a gap between the walls of two pieces of metal to be welded

together, where a consumable electrode having a free end is moved through a welding torch and then into said gap, while

on the one hand the two pieces of metal and on the other hand said welding torch are moved relative to each other so as to move the welding torch along the gap or vice versa, where sufficient voltage is provided between the two pieces of metal and the consumable electrode to create an arc between them which melts it consumable electrode and at least part of the walls of the metal pieces, and where said consumable electrode oscillates back and forth in the gap, characterized in that the frequency of the Oscillation of the consumable electrode is at least 6 hz, that during the production of the weld the free end of the consumable electrode in the slot and that at the end of each half cycle of oscillation

the movement of the consumable electrode, an impact force is applied to the consumable electrode to interrupt its movement towards one wall of the metal pieces against which the consumable electrode was moving before the application of the impact force, the consumable electrode immediately after application of the impact force being moved away from said one wall and against the opposite wall of the metal pieces, whereby molten metal at the free end of the consumable electrode is flung against said one wall..

2. Method according to claim 1, characterized in that it. consumable electrode is moved through an electrode guide in the welding torch and the shock force is exerted against said guide and transferred from the guide to the consumable electrode.

3. Method according to claim 1, characterized in that the consumable electrode is oscillated back and forth with a frequency that is not greater than approximately 114 hz.

4. Method according to claim 1, 2 or 3,

characterized by the fact that the consumable

! jelectrode is oscillated back and forth with a frequency of approximately| '30 hz.

5. Method according to claim 1, 2 or 3,

characterized by the fact that the voltage in the arc

is about 2 3 volts.

6. Method according to claim 1, 2 or 3,

characterized in that the voltage in the arc is approximately 23 volts and that the consumable electrode oscillates back and forth with a frequency of approximately 30 hz.

7. Arc welding apparatus for use with a consumable electrode for forming a weld between metal surfaces separated by a gap, characterized in that it comprises in combination a welding torch or device, means for moving a consumable electrode through said torch and into said gap, or to move the tip of the electrode

along a predetermined path in the longitudinal direction of the slot, means for oscillating the electrode back and forth in the predetermined path,

and means for applying an impact force to the electrode at the end of each half cycle of the electrode's oscillating motion to interrupt the electrode's motion and fling molten metal against that of the surfaces toward which the electrode was previously moving. the impact, the welding torch comprising rotatably mounted electrode support means for the electrode, which electrode is passed through and in contact with said support means, the means for oscillating the electrode back and forth in the predetermined path comprising means for moving the electrode support means, which means for moving the electrode support means comprises electromagnetic means and anchor means which are operatively connected thereto and are arranged to be magnetically attracted to said electromagnetic means when said electromagnetic means is energized, one of said electro

magnetic means and said anchor means are operatively connected to said support means, and means for energisation

of said electromagnetic means.

IM

8. Welding apparatus according to claim 7, characterized

in that said means for exerting an impact force against the consumable electrode comprise said electrode support means and means connected thereto adapted to strike against received electromagnetic means, whereby the impact of said means connected to the electrode support means against said electromagnetic means is transferred to the electrode support means and via the electrode support means of the consumable electrode.

9. Welding apparatus according to claim 8, characterized in that said means connected to said electrode support means arranged to strike against the electromagnetic means comprise said anchor means, which anchor means are operably connected to said electrode support means.

10. Welding apparatus according to claim 7, 8 or 9,

characterized in that said means for oscillating the consumable electrode oscillate said consumable electrode with a frequency of at least 6 hz.