SE446832B - Forfarande och svetsstav for bagsvetsning - Google Patents

Description

446 852, '2 vid normal svetsning 1 luft. Det är riktigt att vid använd- ning av svetselektroder måste dessa beläggas med vattentät vinylfärg eller med paraffin som förhindrar vätning, och vid gasbâgsvetsning har man förutom de konventionella hjälpmedlen _använt svetsverktyg som ger en konisk vattenstrâle för att skydda bâgomrâdet. Det har emellertid visat sig att de svetsar som erhålles med de våta metoderna icke tillnärmelse- vis har den kvalitet, som kan åstadkommas med de torra metoderna.

I samband med de våta metoderna förekommer tre faktorer med skadlig inverkan på svetsens kvalitet, vilka samtliga beror på ßdet omgivande vattnet. Dessa faktorer är: hög kylnings- ïhastighet, hög vätehalt och det omgivande trycket, som pâ- lverkar de reaktioner, som äger rum i bâgen och överföringen av material, liksom reaktionerna mellan smältan och slaggen o(i synnerhet vid större djup). Det värsta problemet är upp- 'trädandet av vätesprickor på grund av högre vätehalt som upp- tages av svetsfogen. Den höga kylningshastigheten har en ytterligare fördröjande inverkan på diffusionen av väte ut 'från svetsfogen, och för- samt efterupphettning för avlägs- nande av väte, spänningsminskning eller undvikande av spröd mikrostruktur kan knappast utnyttjas. Till följd av den höga kylningshastigheten kommer konstruktionsstâl vanligen att uppvisa en mikrostruktur med höga inre spänningar och benägen- het till sprödhet. Trycket från vattnet förändrar likaledes slaggbetingelserna, i synnerhet på stort djup, vilket medför dålig slagseghet hos svetsfogen. I synnerhet vid elektrod- svetsarbete med den våta metoden kräver undvikandet av svets- defekter, såsom porer, slagginneslutningar, slagglinje, fog- och rotdefekter, särskilt hög yrkeskunskap under svåra betingelser.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för bågsvetsning vid undervattensbetingelser, varvid man åstadkommer on båqv mellan en svetselektrod och ett metallföremål, som skall svetsas, samt för elektroden i förhållande till metallföremå- let så att en svetssöm åstadkommas, varvid man såsom fluss- 446 832 3 material använder en tvål, som utgöres av ett salt eller en blandning av salt av fett- eller hartssyraanjoner och metall- katjoner. Förfarandet kännetecknas av att man använder ett pastaformígt flussmaterial, i vilket tvålen utgör huvudkompo- nenten eller den enda komponenten, och varvid detta fluss- material bringas att närvara i bågområdet eller dettas omedel- bara närhet, så att flussmaterialet deltager i förbränningen i bågområdet och förbättrar den framställda svetssömmens kvalitet.

Vid svetsprovningar har goda och även mycket goda resultat erhållits med användning av hjälpmaterial enligt uppfinningen och dessa resultat beskrives utförligare i de exempel som anges i det följande. Verkningsmekanismen av hjälpmaterialen är icke helt klarlagd men resultaten kan beror en synergistisk samverkan av ett flertal faktorer. Sålunda gäller exempelvis att hjälpmaterialet underlättar kontrolltändning av bågen och dess brinnande i vatten, och när den brinner ger den en skyddsgaszon, som förhindrar direkt närvaro av vatten i båg- området och kontakt därav med svetssmältan. Hjälpmaterialet bidrager dessutom till att bilda ett slaggskikt för att skydda svetssmältan och fördröja kylningen av svetsen och gynnar härigenom separering av gaser från svetsen. Hjälpmaterialet friger även vid förbränning en avsevärd mängd värmeenergi, vilket ytterligare gynnar bågens brinnande och fördröjer kylningen av svetsen. Det är vidare möjligt att elektrolyt- egenskaperna hos hjälpmaterialet inverkar på de resultat som kan erhållas vid svetsningen. Det är sålunda antagligt att hjälpmaterialet ger elektriska strömmar mellan det föremål som svetsas och slaggsmältan på detta. Detta förbättrar möj- ligheterna för det svetsförsprödande vätet att bortgå och svetssömmen erhåller förbättrad styrka.

Förfarandet enligt uppfinningen är tillämpbart vid alla slags bâgsvetsnings- och gasbågsvetsningsmetoder, exempelvis elekt- rodsvetsning, MIG-, MAG-, TIG-, Arcaton- eller plasmasvetsning.

Den utrustning och anordning som användes för svetsarbetet varierar beroende på svetsmetoderna. 446 852 4 Uppfinningen hänför sig vidare till en svetsstav för genom- förande av bågsvetsning vid undervattensbetingelser, vilken är försedd med en beläggning och kännetecknas av att svets- staven är belagd med ett pastaformigt material, som deltager i den förbränning som äger rum i bågomrâdet och innehåller såsom huvudkomponent eller enda komponent en tvål, som är ett salt eller en blandning av salter bildade av anjoner av fett- eller hartssyra och metallkatjoner, Olika utföringsformer av uppfinningen beskrivas utförligt i det följande under hänvisning till bifogade ritning.

Figur l visar en utföringsform, varvid hjälpmaterialet för- gflyttas tillsammans med svetselektroden.

Figur 2 visar en utföringsform, enligt vilken svetsningen genomföres genom ett skikt av hjälpmaterialet.

Figur 3 visar en utföringsform, varvid hjälpmaterialet ledes till svetsningsstället genom ett rörformigt tillföringsorgan.

Figur 4 visar en utföringsform, enligt vilken svetselektroden är belagd med hjälpmaterialet.

På figur 1 visas hur en svetsfog 2 åstadkommas på ett plåt- liknande underlag 1 under vatten med hjälp av en svetselektrod 3, så att bågen 4 bildas mellan basen (underlaget) och spetsen av elektroden och delvis skyddas av stycket av hjälpmaterial 5, som kan utgöras exempelvis av mjuk talloljetvål. I flanken ' eller sidan av stycket av hjälpmaterial 5 bildas ett hål 7 under svetsningen och hjâlpmaterialet förflyttas efter svets- elektroden 3, så att bågen 4 kontinuerligt i stor utsträckning hålles innesluten i hålrummet. Under svetsningens fortskri- dande återstår bakom stycket av hjälpmaterial 5 ett skydds- skikt bildat av slaggen 8, som bildats i samband med svets- ningen och av material 6, som frigjorts från stycket. Detta skikt förhindrar kylning av svetsfogen 2 och inhiberar kontakt 446 832 5 mellan vatten och svetsfogen. Vidare kan den höga tempera- turen i fogen 2 medföra att hjälpmaterialet i skyddsskiktet fortsätter att brinna och detta medför ett effektivt förhind- rande av alltför hög kylningshastighet.

Utföringsformen enligt figur 2 skiljer sig från den först- nämnda huvudsakligen genom att det gap eller mellanrum som skall överbryggas genom svetsning redan före svetsnings- processen belagts med ett skikt 5 av pastaliknande hjälp- material genom vilket svetsningen genomföres. Härigenom verkar hjälpmaterialet under hela svetsningsoperationen såsom ett effektivt skydd för svetssömmen 2 som framställes. På svetssömmen bildas ett skyddsskikt 6 på liknande sätt som enligt föregående exempel.

Enligt utföringsformen enligt figur 3 föres det pastaliknande hjälpmaterialet 5 till det ställe där svetsningen fortskrider med hjälp av ett rörformigt tillföringsorgan 9, som samtidigt omger svetselektroden 3. Tillföringsorganet 9 verkar sålunda såsom ett ringformigt munstycke som omsluter svetselektroden 3.

I andra avseenden är denna utföringsform likvärdig med den i det föregående angivna.

Enligt den på figur 4 visade utföringsformen är elektroden 3 belagd med ett pastaliknande hjälpmaterial 5, som under svets- ningen sprides ut över bågen 4 och svetssömmen 2 som bildas.

Bågens brinnande och bildningen av skyddsskiktet 6 på svets- sömmen 2 är likartade med det som äger rum enligt föregående exempel.

I följande utföringsexempel âskådliggöres de hjälpmaterial som användes vid förfarandet enligt uppfinningen.

Exempel l.

En svetsningsprovning genomfördes under vatten på ett djup av 3 m med en metod enligt figur l och användning av mjuk tall- oljetvål såsom hjälpmaterial. Den mjuka talloljetvålen var fast och innehöll ca 20 % vatten samt ca 80 % torrt material, 446 832 6 varav ca 75 % utgjordes av natriumsalter av fettsyror, huvud- sakligen oljesyra och linolsyra, ca 25 % utgjordes av nat- riumsalter av hartssyror, exempelvis abietinsyra, dehydro- abietinsyra, pimarinsyra och isopimarinsyra, samt ca 5 % ut- gjordes av natriumkarbonat.' Det stål som svetsades utgjordes av ett speciellt höghâllfast finkornigt stål enligt specifika- tion i SFS 250 samt sura belagda olegerade elektroder ISO E 43 4AR24 (OK50.l0) användes vid försöken. De svetsade stängerna underkastades dragprovning enligt SFS 3173 samt slagprovning enligt SFS 2853 och resultaten av dessa prov? ningar anges i tabellerna I och II.

Tabell I.

Dragprovning Stång nr l _ 2 Bredd, mm ' 20,0 20,0 Tjocklek, mm 16,1 16,1 Tvärsektionsarea, mm? 322 322 Brottgräns, N/mmz 550 545 Brott: Basmaterial B, svets S B B Avstånd från smältgränsen, mm 10 10 Tabell II.

Slagprovning Stångkod Stångkod s 1 27 Kv/o°c H 7 40 Kv/o°c s 2 31 Kv/o°c H s 39 1 s 3 36 Kv/o°c H 9 40 Kv/o°c s L; 36 xv/-2o°c H 1o 32 Kv/-2o°c s s 26 Kv/-2o°c H 11 27 Kv/~2o°c s e 17 Kv/-2o°c H 12 26 Kv/-2o°c Vid dragprovningarna uppträdde tydligt brott i stängerna i basmaterialet, trots att det tillsatta materialet var mjukare än basmaterialet (det rena svetsmaterialet hade brottgränsen 440 - 490 N/mmz). Slaghållfastheten som fastställdes vid slagprovningarna är även tillräcklig vid de temperaturer som 4) 446 832 uppträder under vatten.

De svetsade fogarna underkastades vidare röntgenundersökning, vilket för fogarna gav röntgenklass 3 (med värderingsskala från l till 5, l är sämst och 5 bäst). De svetsade fogarna _uppvisade enbart porositet och vid mikrostrukturanalys obser- verades endast ett fåtal små slagginneslutningar, samt i toppsträngen nära under ytan porer som icke var fastställbara vid röntgenundersökning.

Förutom svetsning enligt uppfinningen genomfördes en parallell referensprovning, varvid ett likartat svetsarbete genomfördes utan hjälpmaterial. Svetsfogarna som härvid erhölls hade icke acceptabla egenskaper: De uppvisade formdefekter, väte- sprickning och sprickning på grund av inre spänningar. Under- sökningarna visade att det klart är lättare att åstadkomma en svetssöm med acceptabel konfiguration samt att undvika plan- svetsningsdefekter vid förfarandet enligt uppfinningen jämfört med konventionella våtsvetsningsmetoder utan hjälpmaterial.

Frånvaron av s.k. plansvetsningsdefekter medför att det är möjligt vid förfarandet enligt uppfinningen att utan fel utföra även i hög grad krävande svetsningsarbete.

Exempel 2.

Vid försöket framställdes en stumsvets under vatten på djupet 3 m med användning av tillvägagångssättet enligt figur l, varvid samma mjuka talloljetvål användes som hjälpmaterial som den enligt exempel l använda. Vattentemperaturen var ca 3°C.

Det använda stålet utgjordes av Fe-52 C (motsvarande Norske Veritas shipbuilding steel NVW-36 eller NVA-36) och svets- elektroderna hade målats med vinylfärg. När den mjuka tall- oljetvålen avlägsnades från toppen av svetssömmen ca l minut efter svetsningen, visade det sig att svetssömmen fortfarande glödde.

De svetsade provstyckena underkastades slagprovning enligt SFS 3326 vid temperaturen OOC. Sprickbildningsenergin i svetsmateríalet visade sig utgöra 37 J såsom medeltal av tre 446 852 8 försök och vid smältgränsytan likaledes 40 J. Enligt Norske Veritas kräves av skeppsbyggnadsstål, som är ekvivalent med material som användes enligt uppfinningen, en slagseghet av 34 J vid OOCÅ Resultaten sjönk icke under denna gräns vid någon enda slagprovning.

Exempel 3.

På ett sätt likartat med det enligt föregående exempel genom- fördes en provserie under vatten, varvid man använde för- farandet enligt figur l, och hjälpmaterialprover av varierande sammansättning. Resultaten anges i tabell III, i vilken för varje prov värderingar gjorts av bâgens brinnegenskaper i respektive prov, av den framställda svetssömmens kvalitet och av den skyddsfilm som kvarstannade på toppen av svetssömmen och förhindrade bildning av vätesprickor.

Tabell III.

Svetssömmens Filmens Prov Brinnegenskaper kvalitet kvalitet 1 God God God 2 God Mycket god God 3 God God God 4 God God God 5 God God God 6 God 7 7 Mycket god God Tillfredsställande 8 Mycket god God Tillfredsställande 9 Mycket god God God lO Mycket god Mycket god God ll Mycket god God God 12 Mycket god Dålig Acceptabel 13 God God Tillfredsställande 14 Mycket god God Tillfredsställande li God Mycket god Acceptabel 16 Mycket god TillfredsstälandeAcceptabel 17 God TillfredsstäUandeGod l8 God God God 19 God Mycket god God Hjälpmaterialproverna som användes vid dessa försök hade följande sammansättningar: Prov 1: Mjuk talloljetvål av standardtyp med 20 % vatten samt r. resten torrt material, innehållande 5 % natriumkarbonat, 20 ö 446 852 9 natriumsaltor av hartssyror, såsom abietinsyra, samt 75 % natriumsalter av C16- till C24-fettsyror, exempelvis olein- syra och linolsyra.

Prov 2: Mjuk talloljetvål av standardtyp såsom enligt före- gående prov men innehållande 25 % vatten.

Prov 3: Mjuk talloljetvål av standardtyp såsom enligt före- gående prov men innehållande 30 % vatten.

Prov 4: Mjuk talloljetvâl av standardtvp med 15 % vatten samt resten torrt material bestående enbart av natriumsalter av harts- och fettsyror i samma proportioner som i föregående prover. f Prov 5: Mjuk talloljetvâl såsom prov 4 men med 20 a vatten.

Prov 6: Mjuk talloljetvål såsom prov 4 men med 40 % vatten.

Prov 7: Mjuk tvål framställd av talloljefettsyra med ca 20 % vatten samt resten torrt material med sammansättningen: ca 5 % natriumkarbonat, 2 % natriumsalter av hartssyror samt resten natriumsalter av C19- till C20-fettsyror.

Prov 8: Mjuk tvål framställd av destillerad tallolja inne- hållande vatten och natriumkarbonat såsom prov 7, varav 10 % av det torra materialet utgjordes av natriumsalter av harts- syror.

Prov 9: Mjuk tvål såsom prov 8, 25 % av torrmaterialet ut- gjordes av natriumsalter av hartssyror.

Prov 10: Mjuk tvål såsom prov 8, 30 % av torrmaterialet ut- gjordes av natriumsalter av hartssyror.

Prov ll: Mjuk tvål såsom prov 8, 40 % av torrmaterialet ut- gjordes av natriumsalter av hartssyror. 446 832 lO Prov 12: Mjuk tvål innehållande vatten och natriumkarbonat såsom prov 7, varvid 80 % av torrmaterialet utgjordes av natriumsalter av hartssyror samt 5 % natriumsalter av fett- syror, varvid torrmaterialet även innehöll oförtvålade före- ningar.

Prov 13: Mjuk tvål framställd av fettsyror av rovfröolja, med ca 30 % vatten samt resten torrt material innehållande ca 5 % natriumkarbonat, varvid huvuddelen av det torra mate- rialet utgjordes av natriumsalter av omättade fettsyror (ca 55 % natriumsalt av oleinsyra).

Prov 14: Mjuk tvål framställd av stearinfettsyra innehållande ca 55 % vatten med torrmaterial bestående av natriumsalter av _mättade fettsyror (ca 60 % natriumstearat).

Prov 15: Smält, rent och vattenfritt natriumstearat.

Prov 16: Mjuk tvål såsom prov 2, varvid natriumhalten var ersatt med kalium.

Prov l7: Mjuk tvål såsom prov 2, varvid natriumhalten var substituerad med mangan.

Prov 18: Mjuk tvål såsom prov 2, varvid natriumhalten var substituerad med zink.

Prov 19: Mjuk tvål såsom prov 2, varvid natriumhalten var substituerad med kobolt.

De bästa resultaten erhölls med proverna 2 och 10, som var baserade på fettsyror och hartssyror av tallolja, samt såsom huvudkomponenter innehöll natriumsalterna av hartssyrorna och de omättade fettsyrorna. Proverna 7 - 12 visar att den relativa mängden hartssyror kan variera inom förhållandevis vida gränser. Sålunda erhålles goda resultat både med mjuk tvål innehållande 2 % hartssyrasalter och även med en mjuk tvål i vilken andelen av dessa salter var 40 %. Den mjuka 446 832 ll tvålen med 80 % andel av hartssyrasalter (ca 95 L andel av den totala mängden fett- och hartssyrasalter) hade fortfarande goda brinnegenskaper men denna mjuka tvål hade icke längre någon positiv effekt på svetssömmens kvalitet. De förhållan- devis goda resultat som erhölls med proverna l3 - li visar att närvaron av hartssyrasaltet i hjälpmaterialet icke är ound~ gängligen nödvändigt i sig. Prov 13 utgjordes huvuisakligen av salter av omättade syror, under det att proverna 14 och 15 visar salter av mättade syror, och det förefaller därför som om dubbelbindningarna i kolkedjan eller frånvaron av sådana icke utgör en begränsande faktor. Kolkedjorna i huvudkompo- nenterna i proverna 13 - 15 innehåller mellan l6 och 18 kol- atomer, och generellt gäller att antalet kolatomer i alla fettsyror som återfinnes i proverna låg inom område: från lO till 24.

Av proverna l - 3 framgår att små skillnader ifråga om vatten- halt hos den mjuka tvålen har ringa effekt på resultaten.

Den höga vattenhalten i prov 6 hade emellertid den effekten, att tvålen blev alltför mjuk för att svetsning lätt skulle kunna genomföras. Å andra sidan förefaller prov 15 visa att närvaron av vatten i hjälpmaterialet icke är i och för sig oundgängligen nödvändig. De goda resultat som erhölls med proverna 4 och 5 visar vidare att närvaron av natriunkarbonat i hjälpmaterialet icke har någon väsentlig inverkan på resultaten. Proverna l6 ~ l9 visar att natrium kan ersättas med andra metalïkatjoner utan någon försämring av resultatet.

Exempel 4.

Svetsningsprovning genomfördes med tillvägagångssätzet enligt figur l i normal atmosfär med användning av MIG~sve:sutrust~ ning. Ingen skyddsgas användes. Hjälpmaterialet utgjordes av den fasta talloljetvål som omnämnes i exempel l. Ljus- bâgen var stabil under hela svetsningsoperationen och svets- fogarna som framställdes var av mycket god kvalitet.

Det är uppenbart för en fackman att olika utföringsformer av uppfinningen icke är begränsade till de angivna utförinçs- 446 832 12 exemplen och att uppfinningens omfång innefattas av patent- kraven. Det är exempelvis icke absolut nödvändigt att hjälp- materialet helt utgöres av en mjuk tvål av det slag som anges i exemplen eller ekvivalent material. Hjälpmaterialet kan även innefatta andra tillsatser förutom den mjuka tvålen.

Claims (9)

1. 446 832 PATENTKRAV L.

2. Förfarande för bågsvetsning vid undervattensbetingel- ser, varvid man åstadkommer en båge mellan en svetselektrod och ett metallföremål, som skall svetsas, samt för elektroden L förhållande till metallföremålet så att en svetssöm åstad- kommes, varvid man såsom flussmaterial använder en tvål, som utgöres av ett salt eller en blandning av salt av fett- eller hartssyraanjoner och metallkatjoner, k ä n n e t e c k - n a t därav, att man använder ett pastaformigt fluss- material, i vilket tvålen utgör huvudkomponenten eller den enda komponenten, och varvid detta flussmaterial bringa; att närvara i bágområdet eller dettas omedelbara närhet, så att flussmaterialet deltager i förbränningen i bågområdet och förbättrar den framställda svetssömmens kvalitet. 3. ' Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att O-95 % av tválen utgöres av salter av nartssyror, varvid återstoden utgöres av salter av fettsyror Lnnehâllande 10-24 kolatomer i molekylen.

3. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k - n a t därav, att tvålen huvudsakligen utgöres av salt av fettsyror innehållande 16-18 kolatomer i molekylen.

4. Förfarande enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k - n a t därav, att tvålen huvudsakligen utgöres av salter av stearin- och/eller palmitinsyra.

5. Förfarande enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k - n a t därav, att tvålen huvudsakligen utgöres av salter av olje- och/eller linolsyra.

6. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k - n a t därav, att 2-40 % av tvålen utgöres av salter av hartssyror, som ingår i tallolja, exempelvis abietinsyra, varvid återstoden utgöres av salter av fettsyror, som före- kommer i tallolja, såsom olje- och linolsyra. 4469852

7. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att flussmaterialet innehåller vatten såsom en ytterligare komponent.

8. Förfarande enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k - n a t därav, att flussmaterialet dêSSut0m innehåller oorganiska salter.

9. Förfarande enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k - n a t därav, att flussmaterialet utgöres av mjuk tall- oljetvål med en vattenhalt av O-40 % innehållande natrium- karbonat samt natriumsalter av syror, som förefinnes i tall- olja såsom tvålkomponent. lO._ Svetsstav för genomförande av bâgsvetsning vid under- vattensbetingelser, vilken är försedd med en beläggning, k ä n n e t e c k n a d därav, att svetsstaven är belagd med ett pastaformigt material, som deltager i den förbränning som äger rum i bågområdet och innehåller såsom huvudkomponent eller enda komponent en tvål, som är ett salt eller en blandning av salter bildade av anjoner av fett- eller harts- syra och metallkatjoner.