SE406285B - Sett och anordning for reglering av ljusbagssvetsning - Google Patents

Description

p1soz14v-s 2 10 15 20 _25 30 35 40 * in i smältbadet tätt intill arbetsstycket under ljusbågen.

I (likström, växelström eller pulserande ström), eller svetsapparatens ström/spänningskarakteristik.

¿Vidare kan svetstvärsnittets form och dimensioner hållas under kontroll inom vissa gränser genom reglering eller förhandsinställning av vanliga variabla svetsparametrar, som t.ex. svetsström, svetsspän- ning, elektrodutskjutning, elektrodens infallsvinkel mot arbetsstycket eller dess framföringshastighet längs svetsfogen.

Det råder emellertid en begränsning vilken reglering av svets- tvärsnittets dimensioner, som kan uppnås med hjälp av de ovan nämnda, konventionella svetsparametrarna. För att övervinna dessa begränsningar kan emellertid införas nya svetsparametrar genom att svetsmetoderna modi- fieras. Svetselektroden kan t.ex. bringas att pendla tvärs svetsrikt- ningen och pendlingsamplituden utgör då en ny sådan svetsparameter. Ett annat exempel är att ljusbågen kan utsättas för ett yttre, växlande magnetfält, som får ljusbågen att oscillera tvärs svetsriktningen. Både den nämnda pendlingen och magnetfältet kan användas för att uppnå större svetsbredd med litet insmältningsdjup.

Det är av ekonomiskt stor betydelse att kunna uppnå svetstvärsnitt med dimensioner utöver vad de konventionella svetsmetoderna ger. Det är känt att svetsavsättningen, dvs. antalet kilo påförd svetsmassa per minut kan ökas avsevärt genom att en extra, icke strömförande svetstråd förs Ett sådant förfarande kan med fördel användas vid påsvetsning då pulverautomater utnyttjas och vid ensidig stumsvetsning av stora plåtar på skeppsvarv (se tidskriften "Maskin" nr 8, 1973, sid. 12, Ingeniörförlaget A/S Oslo).

En motsvarande verkan kan också uppnås genom att man lägger'iärnfilspån eller kapade järnstycken i svetsfogen innan svetsningen utförs (se norska patentskriften 26 066). _ De ovan angivna regleringsmetoderna ger emellertid inte alltid tillfredsställande resultat och speciellt inte vid kraftigt oregelbundna svetsfogar. Det är därför ett ändamål med uppfinningen att anvisa ettf sätt och en anordning för förbättrad och förenklad reglering av elekt- risk ljusbågssvetsning, varigenom också uppnås en mer ekonomisk svets- process. I D Detta uppnås enligt uppfinningen genom ett sätt, vars kännetecken består i att en regulatortråd, som är införd i ljusbågens kärnområde, i beroende av minst fog- eller strängdimension samt för att påverka ljus- bågens omfång och form, inställs på sådant avstånd från och/eller vinkel- ställning i förhållande till arbetsstycket, att en svets med minst en i förväg bestämd tvärsnittsdimension uppnås i svetsfogen 10 15 20 25 30 35 H0 7563147-6 eller längs den tidigare pålagda svetssträngen, eventuellt den nämnda gkanten på arbetsstycket.

Uppfinningen avser emellertid också en anordning för utövande av det ovan angivna sättet, vilken anordning omfattar en svetsapparat an- ordnad att upprätta en ljusbåge mellan en svetselektrod och ett arbets- stycke och att föra ljusbågen längs en svetsfog i arbetsstycket eller en tidigare pålagd svetssträng, samt ett mätelement, som förs längs fo- gen eller strängen eller eventuellt i kanten på visst avstånd framför svetsapparaten och är anordnat att i varje ögonblick registrera minst en fog- eller strängdimension samt för att påverka ljusbågens omfång och form inställas på sådant avstånd från och/eller vinkelställning i för- hållande till arbetsstycket, att en svets med minst en i förväg bestämd tvärsnittsdimension i varje ögonblick uppnås i svetsfogen eller längs den tidigare pålagda svetssträngen, eventuellt den nämnda kanten på ar- betsstycket.

Uppfinningen avser också en anordning för utövande av det ovan angivna sättet, vilken anordning omfattar en svetsapparat anordnad att upprätta en ljusbåge mellan en svetselektrod och ett arbetsstycke och att föra ljusbågen längs en svetsfog i arbetsstycket, eller en tidigare pålagd svetssträng, och ett mätelement, som förs längs fogen eller strängen eller eventuellt kanten på visst avstånd framför svetsappara- ten 'och är anordnat att i varje ögonblick registrera minst en fog- eller strängdimension på ifrågavarande ställe samt att avge motsvarande utgångssignaler till ett regleringsorgan.

Mot denna bakgrund har anordningen enligt uppfinningen som känne- tecken att regleringsorganet är anordnat och inrättat att i beroende av de mottagna utgångssignalerna inställa en regulatortråd, som är införd i ljusbågens kärnområde, på sådant avstånd från och/eller vinkelställ- ning i förhållande till arbetsstycket, att en svets med i förväg bestämd tvärsnittsdimension kan uppnås i varje ögonblick.

Regleringsorganet är härvid enligt uppfinningen företrädesvis också inrättat att inställa regulatortrådens tillförselhastighet och/ eller elektriska potential och/eller strömföríng i beroende av de mot- tagna styrsignalerna från mätelementet för ytterligare reglering av minst en tvärsnittsdimension hos svetsen.

Det primära med svetsmetoden enligt uppfinningen är att ljusbå- gens form och egenskaper kan inställas eller regleras genom att en regu- latortråd införs i ljusbågens kärnområde, dvsl i bågens mittområde, varken i närheten av arbetsstycket eller svetselektroden. Regulatortrå- den kan därvid vara en vanlig obelagd svetstråd. Normalt kommer denna 10 15 20 25 30 35 hu 75031¿+7'6 tråd att vara isolerad från utrustningen i övrigt och kommer således, om den inte är påtryckt en regleringspotential, att inställa sig på en elektrisk potential motsvarande ljusbågkärnans spänning.f Ett huvudkännetecken hos svetsmetoden enligt uppfinningen är att höjden från arbetspunkten till den punkt där regulatortråden är införd i ljusbågkärnan och/eller trådens vinkelställning i förhållande till arbetsstycket kan utgöra en pâdragsvariabel i ett regleringssystem.

Alternativt kan enligt uppfinningen regulatortrådens nämnda höjd och/eller vinkelställning inställas fast i överensstämmelse med ett i förväg härlett referensvärde för ifrågavarande svetsfog eller svets- sträng, medan trädens frammatningstakt utgör pådragsvariabel för en sekundär reglering i överensstämmelse med fogens löpande avvikelse från fimhrfiwwwüæ.

Uppfinningen beskrivs i det följande under hänvisning till bifo- gade ritningar, på vilka fig. la, lb och lc visar och definierar de aktuella tvärsnittsdimensioner, som kan regleras enligt uppfinningen vid respektive stum-, käl- och påsvetsning, fig. 2 visar ett exempel på regulatortrådens placering och vinkelställning i ljusbågen, fig. 3 visar ett exempel på en osymmetrisk X-fog, som med fördel kan svetsas under utnyttjande av sättet och anordningen enligt uppfinningen, och fig. U schematiskt visar en regleringsanordning enligt uppfinningen använd vid en konventionell svetsapparat.

I fig. 2 visas en ljusbåge 4, som är upprättad mellan ett arbets- stycke l och en smältande svetselektrod 5, som kontinuerligt matas ned Den påförda svetsmassan betecknas med 2 och täcks av ett lager slagg 3. En smältande regulatortråd 6 matas kontinuerligt 'in i ljusbågen H på ett inställt avstånd u över arbetsstycket.. Vid 7 visas schematiskt ett regleríngsorgan för inställning av höjden u och Enligt uppfin- mot arbetsstycket. eventuellt matningshastigheten för regulatortråden 6. ningen kan också regulatortrådens vinkelställning i förhållande till arbetsstycket l vara inställbar för att uppnå den önskade regleringen av svetsförloppet.

Som ett exempel på hur en regulatortråd kan utnyttjas för regle- ring av en svetsprocess, skall nedan beskrivas ett försök utfört vid stumsvetsning av 25 mm tjocka fartygsplåtar. Det förutsätts här att pulversvetsning används och att man först svetsar en svetssträng från ovansidan av plâtarna, varpå plåtarna vänds och en baksträng svetsas.

För att ge underlag för en riktig bedömning av de uppnådda resul- taten, skall nämnas att motsvarande tvåsidig svetsning i allmänhet genan- förs genom att plåtarna anordnas så, att avstånden mellan dem (den s.k. 10 15 20 25 30 35 40 75031lF7-6 rotöppningen d i fig. 3) icke på något ställe överstiger 0,8 mm. Under sådana förhållanden kan nämligen oavsiktlig genombränning undvikas genom korrekt inställning av konventionella svetsparametrar. Plåtkanterna kan då förhandsprepareras så att svetsfogen blir en X-fog, såsom visas i fig. 3, men det är vanligt att använda en Y-fog, eftersom en sådan ger bättre säkerhet mot genombränning vid påföring av den första svets- strängen. Användning av en Y-fog medför emellertid merarbete vid svets- ningen på baksidan av plåtarna, eftersom en svetsfog måste brännas upp på baksidan efter det att framsidan är färdigsvetsad.

Vid föreliggande svetsprocess med användande av regulatortråd enligt uppfinningen användes en X-fog med de dimensioner, som är angivna i millimeter i fig. 3. Huvudproblemet med denna svetsprocess är att uppnå reglerat insmältningsdjup under svetsning av den första strängen.

Insmältningen måste vara så liten, att genombränning undviks, men sam- tidigt så stor, att full genomsvetsning lätt uppnås då baksvetsen läggs.

Dessutom söker man uppnå full fyllning av svetsfogen, fin svetsyta och en tvärsnittsform, som inte alltför lätt ger sprickor i svetsen under eller efter svetsprocessen.

Under svetsprocessen visade det sig, att regulatortrådens ställ- ning i hög grad påverkade insmältningsdjupet. Med för övrigt lämpligt inställda svetsparametrar kan insmältningsdjupet hl (fig. 1) regleras från ll mm vid u = ca 10 mm till ca 16 mm vid u==O. En sådan reglering av insmältningsdjupet kan också uppnås vid långt större rotöppningar än d = 0,8 mm. Därvid kan också kravet på inbördes anpassning av de plåtkanter, som skall stumsvetsas, sättas i motsvarande grad lägre och detta är en väsentlig fördel, som uppnås genom sättet enligt uppfin- ningen.

Om höjden u över arbetsstycket hålls konstant, på t.ex. ca 6 mm, motsvarande ett referensvärde härlett vid tidigare bedömning vid rotöpp- ningen i hela sin utsträckning, har det visat sig att den ovan nämnda första svetssträngen kan läggas med stor säkerhet mot genombränning, även om rotöppningen varierar mellan O och 3,0 mm längs svetsfogens ut- sträckning. Samtidigt uppnåddes full fyllning, fin yta, lämplig tvär- snittsform och stor svetshastighet (ca HO cm/minut). _ Vid konstant inställning av alla svetsparametrar, inklusive u, kommer emellertid bl.a. insmältningsdjupet att variera något då rotöpp- ningen varierar kraftigt. Det är olämpligt att insmältningsdjupet är litet på enstaka ställen, eftersom baksvetsen på dessa ställen måste ha stort insmältningsdjup, vilket kan vara svårt att uppnå. Vid sådana tillfällen är det därför lämpligt att reglera svetsprocessen under svets- 10 l5 20 25 30 35 30 75031læ7-6 . g '6 ningen av den första strängen på sådant sätt, att man uppnår någorlunda konstant insmältningsdjup oberoende av svetsfogens form och storlek.

Detta kan uppnås genom kontinuerligt reglerad inställning av avståndet u under svetsprocessen, såsom skall förklaras i det följande, eller genom att hålla u konstant på en lämplig nivå svarande mot nämnda referens- värde för rotöppningen taget över hela svetsfogens utsträckning, medan regulatortrådens tillförseltakt varieras i överensstämmelse med rotöpp- ningens avvikelse från det nämnda referensvärdet, som t.ex. kan vara rotöppningens medelbredd. Ett sådant förfarande enligt uppfinningen kan naturligtvis också kombineras med konventionell reglering av svets- ström, elektrisk potential på eller ström genom regulatortråden, fram- föringshastighet eller liknande.

Den reglerade tillförseltakten för regulatortråden 6 kan om så önskas ökas genom att man för en förvärmningsström genom tråden.

Vid bruk av regulatortråd enligt uppfinningen kan emellertid i galla händelser användas långt större svetsströmstyrka utan fara för genombränníng, än som är möjligt vid konventionell svetsning utan regu- latortråd. För övrigt uppnås vanligtvis också följande ytterligare för- delar vid användande av sättet enligt uppfinningen: I a) dålig anpassning kan accepteras (upp till 3 mm rotöppning mellan plåtarna mot normalt bara maximalt 0,8 mm), U b) insmältningsdjupet kan regleras och svetsens bredd kan också regle- ras_till en viss grad, W _, M c) den avsatta svetsmassan kan ökas kraftigt-t.ex. med ca 40%, vilket betyder bättre svetsekonomí, d) svetsbadets temperatur kan hållas någorlunda låg, vilket innebär större svetssäkerhet (på grund av fördelaktigare metallurgiska för- hållanden), och e) legeringselement kan tillföras svetsen med hjälp av regulatortråden, vilket är billigt och ger bättre möjligheter för tillsats av element, som är svåra att överföra från elektrod till smältbad. 7 I fig. N visas schematiskt en fullständig regleringsanordning enligt uppfinningen. Anordningen används i samverkan med en svetsauto- mat 8, som upprätthåller en ljusbåge Ä mellan sin svetselektrod 5 och ett arbetsstycke l, medan apparaten med ljusbågen förs fram längs en fog i arbetsstycket och fyller denna med en svets 2 täckt av slagg 3.

För att uppnå reglering av svetsprocessen på det ovan angivna sättet, framförs ett mätelement 13 längs svetsfogen på visst avstånd framför svetsapparaten 8, varvid mätelementet 13 i varje ögonblick registrerar den befintliga rotöppningen på ifrågavarande ställe. Mätelementet är 10 15 20 25 30 75031147-6 vidare inrättat att avge mät- eller utgångssignaler i överensstämmelse med den registrerade svetsfogen och dessa mätsignaler mottas i lämpligt signalbehandlad form av ett regleringsorgan 7, som är anordnat för in- ställning av höjden över arbetsstycket l och/eller vinkelinställningen för en regulatortråd 6, som är införd i ljusbågens kärnområde. Dessutom kan också regleringsorganet vara inrättat för reglering av regulator- trädens tíllförseltakt och/eller elektriska potential och/eller ström- föring såsom schematiskt antyds i fig. H. Mätelementet kan utgöras av vilket som helst ändamålsenligt känt detekterande element, t.ex. en TV- kamera, som är riktad mot fogen, såsom beskrivs i vår tidigare ingivna svenska patentansökan nr 7315307-U.

I praktiken kommer mätsignalerna från mätelementet i alla händel- ser att bli ändamålsenligt behandlade i en signalbehandlingsutrustning 12 och en dator ll och överförda genom en anpassningsenhet 10, som sän- der styrsignaler till regleringsorganet 7. Utrustningen lO,ll,l2 utgör emellertid ingen del av uppfinningen och kommer därför inte att beskri- vas närmare.

Såsom visas i fig. 4 kan styrsignalerna också på konventionellt sätt tillföras svetsautomaten 8 genom en anpassningsenhet 9 för ytter- ligare reglering av kända svetsparametrar.

Bruk av regulatortråd enligt uppfinningen kan utnyttjas vid alla svetsmetoder med smältande elektroder, bl.a. pulversvetsning, MIG-svets- ning (metal inert gas), MAG-svetsning (metal active gas) och rörtråds- svetsning.

Vidare kan den visade och beskrivna regleringsprocessen på helt analogt sätt användas vid påsvetsning, varvid mätelementet (13) då förs framför svetsapparaten 8 längs kanten av en tidigare pâlagd svetssträng eller en naturlig kant på arbetsstycket och hela tiden registrerar kan- tens förlopp. Därvid uppnås en reglering av svetstvärsnittsdimensioner- na b, r eller hl (fig. lc) enligt uppfinningen och i beroende av dimen- sionerna X och Y (fig. lc) hos den tidigare pålagda svetssträngen.

Claims (5)

- ?5031lf7-6 P A T E N T K R A V

1. l. Sätt för reglering av elektrisk ljusbågssvetsning, varvid en ljusbåge (4) upprättas mellan en svetselektrod (5) och ett arbets- stycke (1) samt förs längs en svetsfog i arbetsstycket, eller längs en kant eller tidigare pålagd svetssträng på arbetsstycket, medan en regulatortråd (6) är införd i ljusbågens kärnområde, k ä n n e - t e c k n a d a v att regulatortråden i beroende av minst en fog- eller strängdimension samt för att påverka ljusbågens omfång och form inställs på sådant avstånd (u) från och/eller vinkelställning i för- hållande till arbetsstycket (l), att en svets (2) med minst en i för- väg bestämd tvärsnittsdimension (hl,h2,b,a,r) uppnås i svetsfogen eller längs den tidigare pålagda svetssträngen eller den nämnda kan- ten på arbetsstycket.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a V att regulatortråden (6) införs för nedsmältning i ljusbågens kärnområde i en takt, som inställs för ytterligare reglering av minst en tvär- snittsaimensiqñ (hl,h2,b,a,r) hos svetsen (2). '

3. Sätt enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att ifrågavarande svetsfog- eller svetssträngdimension först mäts eller uppskattas längs fogen eller strängen i sin helhet och att på denna grund.etizkarakteristiskt referensvärde, t.ex. nämnda dimensions- medelvärde, härleds, varefter regulatortråden (6) inställs på fast avstånd (u) och/eller vinkelställning i i förväg bestämd överensstäm- melše med nämnda referensvärde för hela svetsförloppet längs fogen, kanten eller strängen. _

4.7 Anordning för reglering avelektriskljusbågssvetsning vid utövande av sättet enligt krav l, innefattande en svetsapparat (8) som är anordnad att upprätta en ljusbåge mellan sin svetselektrod (5) och ett arbetsstycke (l) och att föra ljusbågen (4) längs en svetsfog i arbetsstycket (1) eller längs en kant eller tidigare pålagd svets- sträng på arbetsstycket, och ett mätelement (13), som förs längs fo- gen, kanten eller strängen på visst avstånd framför svetsapparaten och är inrättad att i varje ögonblick registrera minst en fog- eller strängdimension (d) på ifrågavarande ställe samt att avge motsvarande utgångssignaler till ett regleringsorgan (7), k ä n n e t e c k n a d a v att regleringsorganet (7) är anordnat och inrättat att i beroen-- de av de mottagna utgångssignalerna inställa en regulatortråd (6), som 750314?-6 är införd i ljusbågens kärnområde, på sådant avstånd (u) från och/ eller vinkelställning i förhållande till arbetsstycket (1), att en svets (2) med minst en i förväg bestämd tvärsnittsdimension (hl,h2, b,a,r) i varje ögonblick uppnås.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att regleringsorganet (7) också är inrättat att inställa regulator- trädens tillförseltakt i beroende av de mottagna utgångssignalerna från mätelementet (13) för ytterligare reglering av minst en tvär- snittsdimension (hl,h2,b,a,r) hos svetsen (2). ANFÖRDA PUBLIKATIONER: