SE454854C - Svetsmetod samt gasblandning foer anvaendning vid en baagsvetsningsmetod - Google Patents
Svetsmetod samt gasblandning foer anvaendning vid en baagsvetsningsmetodInfo
- Publication number
- SE454854C SE454854C SE8304232A SE8304232A SE454854C SE 454854 C SE454854 C SE 454854C SE 8304232 A SE8304232 A SE 8304232A SE 8304232 A SE8304232 A SE 8304232A SE 454854 C SE454854 C SE 454854C
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- welding
- electrode
- argon
- helium
- carbon dioxide
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims description 114
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 58
- 238000002156 mixing Methods 0.000 title description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 119
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 94
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 94
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 59
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 50
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 47
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 47
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 40
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 38
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N Acetylene Chemical compound C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 14
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 12
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 8
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XKRFYHLGVUSROY-OUBTZVSYSA-N argon-41 Chemical compound [41Ar] XKRFYHLGVUSROY-OUBTZVSYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 4
- 241001016380 Reseda luteola Species 0.000 description 74
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 61
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 description 43
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 24
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 24
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 21
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 12
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 11
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000167880 Hirundinidae Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910002065 alloy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CFQGDIWRTHFZMQ-UHFFFAOYSA-N argon helium Chemical compound [He].[Ar] CFQGDIWRTHFZMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000000779 depleting effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004023 plastic welding Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/38—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area
- B23K35/383—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area mainly containing noble gases or nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
15 20 25 30 35 454 854 2 känd som spravbâgssvetsning, varvid metall överföras från elektrodänden till arbetsstvcket eller smältmassan i en ström eller serie av små, smälta droppar. Den dug- gande materialövergàngen uppstår vid vad som hitintills ansetts vara relativt höga strömtätheter, dock ej över- stigande 20 O00 A/cmz (elektrodtvärsnittsarea), och med en avsättningshastighet av 0,054-0,140 kg/min. Elek- troddiametrarna varierar typiskt fràn 0,762 till 1,59 mm vid spänningar av 15-36 V. Överföringen sker normalt i argon eller en argonrik gas.
Nästa metod kallas för klotöverföring, vid vilken_ en relativt stor kula formas vid elektrodens ände och faller ned på arbetsstycket, när tyngdkraften övervinner ytspänningen hos den smälta droppen. När kulan överföres genom ljusbàgen, utsättes den för krafter i bàgen och intar en oregelbunden form och en roterande rörelse.
Detta får kulan att ibland återförenas med elektroden samtidigt som den star i förbindelse med underlaget, vilket orsakar en kortslutning med momentan släckning av ljusbàgen. Klotöverföring uppstår vid lägre ström- tätheter än vid spraybàgssvetsning och kan åstadkommas med olika skyddsgaser.
Den tredje metoden kallas för kortslutningsöverfö- ring, vilken på grund av det relativt låga överförings- värmet är speciellt användbar för svetsning i tunna sektioner. Vid kortslutningsöverföring formas en kula av vätskeformig metall vid elektrodens ände, vilken kula successivt förlänges och rör sig i riktning mot arbetsstycket, tills den kommer i kontakt med detta och bildar en kortslutning. Metallöverföringen sker återigen med hjälp av gravitationskraften och ytspän- ningen. När kulbryggan mellan elektroden och arbets- stycket bryts av en avnvpningskraft, avbrytas ljusbàgen, varefter denna áterbildas och cykeln upprepas. Normalt sker denna typ av överföring i koldioxid, argon/kol- dioxid eller heliumbaserade skyddsgaser. Om höga ström- tätheter och normala bàgspänningar utnyttjas, är me- _tallöverföringen vid denna metod mycket mer våldsam, 10 15 20 25 30 35 454 854 3 vilket får tillsatsmaterialet att stänka pà sådant sätt, att den bildade svetsen får otillfredsställande utseende och geometri.
Metallöverföringsegenskaperna hos de tre metoderna kan summeras på följande sätt: Metod Materialöverföring l. Spravbàge mycket små droppar - lång båge ingen kortslutning 2. Kula stora droppar- slumpmässig lång båge kortslutning möjlig 3. Kortslutning små droppar - kort båge kortslutning Skvddsgaser Argon och helium användes mest för gasmetallbàg- svetsning av icke järnmaterial. De är fullständigt iner- ta. Även om de tvâ gaserna är lika inerta skiljer de sig fràn varandra beträffande andra egenskaper. Dessa skillnader återspeglas i metallöverföring genom ljus- bàgen, inträngning, svetsform, underskärning och andra svetsvariabler.
Helium har en högre, termisk ledningsförmàga än argon. För vilken som helst given bàglängd och ström är bágspänningen högre med helium- än med argonskydds- gas. Detta betyder att mer värme alstras vid en given ström med ett skyddshölje av helium än med ett av argon.
Detta gör helium fördelaktigt för användning vid svets- ning av tjocka metaller, speciellt de med hög värmeled- ningsförmàga, såsom aluminium- och kopparlegeringar.
Omvänt är argon att föredra vid svetsning av lättare sektioner av metall och metaller med lägre värmeled- ningsförmàga, därför att argonet alstrar mindre värme- mängd. Detta gäller speciellt för svetsning i annat än horisontellt läge.
Svetsens ràgningsgrad och inträngningsmönstren skil- jer sig vid argon- och heliumskyddshölje eller bland- ningar av de två. Svetsar, som framställes med helium- skyddsgas är mer ràgade än svetsar framställda med ar- gonskyddsgas. Svetsar framställda med argon uppvisar större inträngning vid centrum än vid kanterna. Helium 10 15 20 25 30 35 454 854 4 tillförs argongasen för att öka inträngningen samtidigt som den lämpliga metallöverföringskarakteristiken vid argon bibehálles. Strängformen och inträngningen pâver- kas i hög grad av metallöverföringskarakteristikorna.
.Spravbágöverföring har en tendens att ge relativt djup inträngning längs svetsarnas centrumlinje och relativt grund inträngning vid kanterna på grund av en plasma- stràleffekt. Kul- och kortslutningsöverföring har ten- dens att ge bredare och grundare inträngning. En regel är att spraybàgöverföringen lättare uppnås i argon än i helium. _ Även om rena, inerta gaser ofta är nödvändiga eller föredragna vid svetsning av vissa icke-järnmetaller, ger de inte alltid den mest tillfredsställande opera- tionskarakteristiken för svetsning av järnmetaller. Det finns en tendens med ren argonskyddsgas att metallen dras bort från eller ej flyter ut till inträngningslinjen el- ler svetsens kant vid kolstál och de flesta làglegerade stål. Dessutom blir överföringen oregelbunden och me- tallen får en tendens att stänka. Användning av helium eller argon-helium-blandningar lyckas inte förbättra situationen. På samma sätt är metallöverföringen oregel- bunden och medför metallstänkning, när man svetsar mer höglegerade metaller med ren inert skyddsgas.
Tillägg av en reaktiv gas, såsom syre eller koldi- oxid, till argon stabiliserar ljusbagen och bidrar pà ett fördelaktigt sätt till metallöverföringen och mini- merar stänkning. Samtidigt ändrar denna tillföring for- men pá svetsens tvärsektion och gynnar vätningen och flödet av svetsmetallen längs svetskanterna vid kol- stal och làglegerade stàl. Den reaktiva gasen reducerar eller eliminerar även underskärning. Denna ändring av tvärsektion, dvs en reducering av det centrala inträng- ningsfingret, feducerar porisiteten.
Gaser använda som skyddshölje vid kortslutningsme- tallöverföring skiljer sig ofta fràn de som används i skvddshöljet vid droppöverföring. Exempelvis användes ofta argon/koldioxidblandningar för att skydda stal vid 10 l5 20 25 30 35 454 854 5 kortslutningsöverföring men användes sällan Om någonsin vid droppöverföring. Argon eller argon/heliumblandningar användes som skyddshölje i första hand för icke-järnme- taller. Reaktiva gaser eller blandningar av inerta och reaktiva gaser användes vid hopfogning av stàl.
Fleratom- eller “högspännings"-gaser användes oftare i skyddsgasblandningar vid kortslutningssvetsning än vid droppöverföringssvetsning för ökning av värmeingáng- en och förbättrad vätning. Procenten reaktiv gas mäste begränsas för reglering av gas-metallreaktioner, som är skadliga i metallurgiskt hänseende. Argon/koldioxidf blandningar är lämpliga som skvddshöljen vid rostfria stål men ökar svetsmetallens kolhalt och reducerar korro- sionshàllfastheten, speciellt i flersträngssvetsar.
En mindre aktiv skyddsgasblandning av 90% helium - 7,5% argon - 2,5% koldioxid har använts för àstadkommande av nöjaktig korrosionshàllfasthet och reducering av svetsoxideringen. Vid denna skyddsgasblandning ökar både heliumet och koldioxiden värmeingàngen för en given ström. Koldioxiden förbättrar även bågstabiliteten.
Detta ger bättre vätning och bättre svetsform.
Som ett ytterligare exempel på effekten av skydds- gasblandningar vid kulöverföringsmetoden, då koldioxid användes som skärm, kännetecknas överföringen av kulor, som är större (vanligen dubbelt så stora) än elektrod- diametern, medan droppöverföringen är oregelbunden och icke-axiell. När argon tillföres skyddsgasen minskar de argonberikade koldioxidgaserna dropparnas storlek till en diameter, som är mindre än tràddiametern, och överföringen sker koaxiellt med elektroden. Tyngdkraften resulterar Med ytter- att minska vid i kombination med elektromagnetiska krafter i överföringen av det utkastade materialet. ligare argonmängd fortsätter droppstorleken tills man hamnar vid spraybágöverföringsmetoden, vilken kortslutningar ej förekommer.
I en artikel i januari-februari-numret 1975 av skrif- ten “Metalworking Management" beskriver uppfinnaren till föreliggande uppfinning bakgrunden till plasmasvets- 10 15 20 25 30 35 454 854 6 ning "Plasmig Welding Process", 1971. en tregasblandning av argon, koldioxid och syre och vilken han utvecklade I denna artikel beskrives metoden, som utnyttjade föreslogs möjligheten att lägga till andra gaser, såsom helium eller vätgas. Tidigare hade tregasblandningar ej använts kommersiellt för svetsning av stål. Det àter- stod för uppfinnaren att upptäcka sin unikt proportio- nerade fyrgasblandning och de oväntat förbättrade resul- tat, som denna blandning gav. Genom denna upptäckt har uppfinnaren fört svetsningstekniken framåt beträffande svetskvalitet och svetshastighet samtidigt som svets-. kostnaderna reducerats.
US 3 139 506 visar en bågsvetsningsmetod vid använd- ning av en skyddsgasblandning innehållande 20-70 volymä C02, till detta patents beskrivning föreslår uppfinnaren l-15 volym% 02 och resten Ar. I sista meningen att helium eller en blandning av helium och argon kan användas istället för argon i skyddsgasblandningen.
Man nämner dock ingenting om blandningsprocenttalen av helium och argon och således har inga kritiska grän- ser bestämts. Det mä även påpekas att detta patent visar volvmgränser för C02 och 02, som ligger langt bortom de i föreliggande ansökan utnyttjade gränserna. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att väsent- ligt öka avsättningshastigheterna samtidigt som svets- kvaliteten och svetsutseendet förbättras. Föreliggande uppfinning åstadkommer detta med hjälp av en ny gas- metallsvetsmetod med elektrisk ljusbàge, vilken metod innefattar användning av väsentligt högre strömtätheter, spänningar och elektroddiametrar kombinerat med en unik svetsgas, som ger ett unikt svetsningsplasma med vä- sentligt förbättrad stabilitet. Vid sidan av förbättring av svetsförbandets fysiska egenskaper medger den nya metoden avsättningshastigheter av i storleksordningen 2 ggr hastigheten vid konventionell Spraybàgssvetsning.
Metoden enligt föreliggande uppfinning har de lämp- liga egenskaperna hos både spraybàgsvetsning (stort antal droppar eller kulor per sekund) och kulöverfö- 10 15 20 25 30 35 454 854 7 ringssvetsning (stora kulor) utan några kortslutnings- fenomen. Med andra ord kombinerar metoden överföringen av förstorade kulor med den jämna kulströmmen enligt spraybågmetoden. Den höga avsättningshastigheten är oväntad eftersom kulöverföring ( stora droppar) av elek- trodmaterial hitintills varit förknippad med svetsning vid låg strömtäthet. Vidare åstadkommes en jämn, ko- axiell frigöring av kulorna i motsats till den lateralt förskjutna frigöringen, som noterades vid de tidigare kända skyddsgasblandningarna. Det må påpekas att den axiella kulfrigöringen bidrar till "stänkfri" (non- spattering) svetsning. En väsentlig del av den nya me- toden är upptäckten av vikten av att stabilisera stor- leken och formen på plasmat och skapandet av en svets- gasblandning, som underlättar detta resultat och möj- liggör användningen av högre strömtätheter och större elektrodstorlekar.
En svetsmetod som innebär regelbunden eller inter- mittent kortslutning mellan elektroden och arbetsstycket sänker eller reducerar oundvikligen avsättningshastig- heten på grund av strömflödesavbrottet och sänker följ- aktligen metallöverföringshastigheten från elektroden till arbetsstvcket. Avsâttningen av svetsmaterial och kvaliteten på svetsförbandet är direkt relaterade till mängden metall, som överföres från elektroden,.förupp- hettningen av svetsfogen och möjligheten att kvarhålla den smälta, överförda metallströmmen i svetsfogen. Ehuru det är känt att höga strömtätheter och spänningar ökar elektrodmetallöverföring, bestämmer andra tillstånd förmågan att kvarhålla sådan överförd metall på arbets- stycket för bildande av en lämplig svets och normalt har strömtätheterna hållits vid 20 000 A/cmz vid de hitintills snabbaste insvetsningsmetoderna.
Vid svetsmetoden enligt föreliggande uppfinning förekommer ett fritt fall och en icke-kortslutande ström av smält elektrodmaterial, såsom vid spraybågöverfö- ring, kombinerat med kulstorlekar, som normalt förekom- mer vid kulöverföringsmetoden, varigenom en väsentligt 10 15 20 25 30 35 454 854 8 ökad överföringsvolym av elektrodmaterial medges. Sam- tidigt möjliggör den nya svetsgasblandningen och dennas unika och reglerade plasmafält kvarhållning av en sådan ökad metallströmvolym i svetsfogen, förbättrar svetsför- bandkvaliteten och inträngningen genom väsentligt ökad förupphettning av grundmaterialet.
Den unika svetsgasblandningen består i huvudsak av 3-10 volymâ koldioxid, från 0,1 till l volym% syre och resten helium och argon 1 ett förhållande av från 0,5 till 3,5 volvmdelar argon för varje volymdel helium.
Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare nedan_ med hjälp av utföringsexempel under hänvisning till medföljande ritningar.
Fig l visar schematiskt ett gasmetallbågsvetsaggre- gat.
Fig 2 visar ett teoretiskt svetsförband som åstad- kommits enligt föreliggande uppfinning.
Fig 3 visar schematiskt de tre huvudtyperna av gas- metallbågöverföring.
Fig 4 visar schematiskt användningen av gassvets- aggregatet enligt uppfinningen.
Fig 5-13 visar svetsförband, som formas med olika skyddsgaser, jämfört med svetsgasen enligt uppfinningen.
Pig 14-16 motsvarar bilder från en höghastighets- film och åskådliggör det utvecklade plasmat vid använd- ning av en skyddsgas innehållande 85% argon och 15% koldioxid.
Pig l7-l9 motsvarar bilder från en höghastighetsfilm och åskådliggör det utvecklade plasmat som utnyttjar en skyddsgas av 100% koldioxid.
Fig 20-22 motsvarar bilder från en höghastighets- film och åskådliggör det utvecklade plasmat som utnytt- jar den unika svetsgasblandningen enligt uppfinningen.
Ett typiskt gasmetallbågsvetsaggregat visas i fig l.
En rulle 10 matar svetstråd 12 till en trådmatningsan- ordning 14, vilken skjuter tråden genom en böjlig led- ning 16, som avslutas i en elektrodhållare eller svets- pistol 18. En kraftkälla 20 matar ström till svetstrå- 10 15 20 25 30 35 454 854 9 den och har normala reglerdon för spänning och ström- styrka. En skyddsgastank 22 matar gas till en flödes- regleranordning 24, som i sin tur matar gasen till led- ningen l6 och svetspistolen 18.
Ett schematiskt svetsförband av den typ som kan åstadkommas med föreliggande uppfinning visas i fig 2 och innefattar en horisontell platta 26, en vertikal platta 28 och ett svetsmaterial 30. Följande beteck- ningar finns i fig 2: A. teoretisk svetstjocklek B. vertikalt ben C. horisontellt ben D. svetsrot E. svetskant F. toppyta G. fogrot Svetsen B och C med konvex yta F. Med de hittills kända metoderna, som ut- nyttjar hög strömtäthet och avsättningshastighet, fram- ställes ofta ben med mycket olika längd, varvid det längre benet ligger på den horisontella ytan och det enligt uppfinningen är anordnad att ge ben jämförbara längder och en platt till nagot kortare benet pà den vertikala ytan. Vidare har topp- ytprofilerna ej varit jämna, svetskanten har ofta inte jämnt övergått i plattorna och det förekommer ofta un- derskärning i den vertikala plattan runt kanten E.
Pig 3 visar schematiskt typiska sprutbägöverföring A, kulöverföring B och kortslutningsöverföring C. vid spraybàgöverföringen A är en elektrod 32 vertikalt ät- skild fràn grundmaterialet eller arbetsstycket 34 och innefattar en serie diskreta, smà droppar 36, vilka fly- ter i bàgströmmen till svetssmältan 38. Vid kulöverfö- ringen B formas en kula eller stor droppe vid elektrodens 42 ände och faller ner i svetssmältan 44, när gravita- tionsdragkraften på kulan överskrider ytspänningen mellan elektroden och kulan. Vid kortslutningsöverföring C smälter elektrodens 42 spets och bildar en droppe 48, som förlängs genom tyngdkraftens inverkan tills den 10 LS 20 25 30 35 454 854 10 kommer i beröring med svetssmältan 50, vilket skapar en kortslutning följd av ett brott på bryggan mellan droppen och elektroden, varvid ljusbàgen àterbildas och droppbildningscykeln påbörjas på nytt.
Eftersom spraybàgmetoden sker vid relativt höga strömtätheter, dock normalt ej överstigande 20 000 A/cmz, har denna metod en relativt hög avsättningshas- tighet, t ex 0,054-0,14 kg/min. överföringarna sker vid laga strömtätheter och làga Kul- och kortslutnings- avsättningshastigheter.
Fig 4 visar schematiskt en del av en svetspistol 60 och åskådliggör metallöverföringen pà sättet enligt uppfinningen. Svetspistolmunstycket 62 omger koaxiellt spetsen 64, genom vilken svetstràden eller elektroden 66 matas. Ström fràn kraftkällan matas till elektroden 66 vid spetsen 64 och elektroden förupphettas utmed sträckan P mellan spetsens ände och munstyckets ände.
Skyddsgas 68 strömmar genom munstycket 62 och omger elektroden och smältan 70 i arbetsstycket 72. Svetsbàgen indikeras vid 73.
Elektrodströmmen höjer energinivàn hos svetsgasen tillräckligt mycket för att åtminstone innerskiktet skall joniseras och skapa en plasmastràle 74 runt elek- troden mellan munstycket och arbetsstycket, varvid strå- len även omger smältan 70.
Eftersom joniserad gas eller plasma inte följer kän- da fysiska och termodynamiska lagar har den kallats för “ett fjärde materialtillstànd", nämligen förutom fast, vätskeformigt och gasformigt tillstànd även plasmatill- stand. Plasma har för upphettningsändamàl tvâ huvudsak- liga fördelar i förhållande till ordinär gas, nämligen högre temperatur och bättre värmeöverföring till andra föremål. Det är uppenbart att det vid svetsning är i högsta grad lämpligt att upphettavtillsatsmaterialet snabbt, vilken upphettning i hög grad underlättas me- delst lämpliga plasmer. Det har också visat sig i före- liggande uppfinning att ett reglerat eller stabiliserat plasma i hög grad underlättar förupphettningen av grund- materialet, varigenom inträngningen förbättras. 10 15 20 25 30 35 454 854 ll vid skapande av ett plasma delas gasatomerna i joner och fria elektroner och de laddade gaspartiklarna ges mycket höga temperaturer, t ex 6600-22 ODOOC. När så mycket upphettade gaspartiklar överföres genom bägen, avger de laddade plasmapartiklarna allt sitt värme för smältning av elektroden och förupphettning av grundmate- rialet, varefter de kylda gaspartiklarna återförenas för bildande av den molekylära strukturen hos orginal- gasen eller -gaserna.
Visst plasma synes bildas med de flesta skyddsgaser, som användes vid bàgsvetsning, har varje sådan gas eller blandning av gaser ett unikt plasma med distinkta fysi- Normalt kombineras värmet frán plasmat, t ex 74 1 fig 4, med det medelst elektrodljusbàgen alstrade värmet för àstadkommande kaliska och elektriska kännetecken. av ett totalt värme för smältning av elektroden. Hit- intills har man dock ej upptäckt vikten av att reglera eller stabilisera formen och storleken pà ett sådant plasma för förbättring av svetskvaliten och avsättnings- hastigheten. Senare i beskrivningen följer ytterligare redogörelse för plasmat enligt uppfinningen.
En del av uppfinningen ligger i upptäckten av att det är nödvändigt att reglera den elektriska potentialen mellan svetsbàgen och plasmat i syfte att åstadkomma en reglerad och koaxiell överföring av smälta elektrod- partiklar eller droppar till arbetsstycket utan att tillsatsmaterialet sprids eller stänker och utan under- skärning av arbetsstycket samtidigt som överföring av ökade mängder elektrodtillsatsmaterial till svetsfogen tillátes.
Ström existerar i bade svetsbàgen och i plasmat, som omger elektroden. Dessa strömmar kombineras för alstring av det totala för smältning av elektroden och förupphettning av arbetsstycket tillgängliga värmet.
Plasmapotentialen är skillnaden mellan bàgspänningen och plasmaspänningen. Om potentialskillnaden är relativt stor, vilket är fallet vid det plasma som alstras vid den typiska spraybàgmetoden med en argon- eller argonrik l0 15 20 25 30 35 454 854 12 skvddsgas, har plasmakraften en tendens att sprida ut svetsmetallen vid högre strömtätheter, vilket kräver reducerade strömmar, vilka således reducerar avsätt- ningshastigheterna 1 syfte att bibehålla en tillfreds- ställande svets. vid svetsmetoden enligt föreliggande uppfinning skapas en unik plasmastråle eller -hölje, varvid plas- mapotentialen (skillnaden mellan bàg- och plasmaspän- ningarna) är lägre än vid kända spraybàgmetoder, vilket- tillåter högre strömtätheter och därmed i hög grad ökad överföring av elektrodmaterial till svetsfogen utan spridning eller stänkning av svetsmaterialet.
Hitintills har det vid GMA-svetsning inte varit praktiskt att använda elektroder med diametrar större än 1,587 mm på grund av begränsningar av den strömmängd som kan användas vid bibehållande av den önskade svets- formen. Strömmen har därför begränsats till 100-400 A-området eller strömtätheterna har ej fått överskrida 20 ooo A/cnz.
Den unika svetsgasen enligt uppfinningen tillåter användning av ström i områden upp till 1100 A, ström- tätheter i områden upp till 70 000 A/cmz och elektroder upp till 3,96875 mm i diameter. Samtidigt tillåter bland- ningen trådar med mindre diameter för uppbärande av högre strömtätheter, t ex 0,76 mm kan klara 56 000 A/cmz jämfört med normalt 19 000 A/cmz. Svetsgasflödet ligger i intervallet 990-1980 1/h.
I syfte att skapa det unika plasmat enligt förelig- gande uppfinning utnyttjas en ny svetsgas, som är en blandning av argon, helium, syre och koldioxid med föl- jande blandningsintervallerz Argon 40%~70% Helium 25%-60% Koldioxid 3%-10% Svre 0,1:-1% Såsom kommer att beskrivas närmare nedan varieras specifika gasblandningar samt ström- och spänningsnivàer i beroende av de metaller eller metallegeringar som 10 15 20 25 30 35 454 854 13 skall svetsas och storleken på den önskade svetskon- struktionen. gjukt och låglegerat stål Hitintills har de högsta avsättningshastigheterna ástadkommits med spraybágöverföringsmetoden. Beroende på den önskade inträngningen har man vid denna process normalt utnyttjat en skyddsgas innehållande argon och' koldioxid eller argon och syre enbart. En jämförelse mellan svetsar framställda med sådana skyddsgaser jämfört med föreliggande uppfinning åskàdliggöres i fig 5-13.
I syfte att åstadkomma en vettig jämförelse upprättades i huvudsak identiska svetsningstillstånd, varvid skill- naderna utgjordes av den utnyttjade skyddsgasen eller gasblandningen. Vid de jämförande testerna användes 20 mm tjocka plattor 82, 84 av mjukt kolstål, vilka inriktades horisontellt och vertikalt för bildande av en T-fog. Svetselektroderna utgjordes av ståltråd med 1,32 mm diameter och av typ E 70 S6 och E 70 S7. De använda elektroderna var antingen kopparbelagda eller icke-belagda och gav ingen skillnad i svetsresultat.
En första norm för en svets kvalitet är djupet på in- trängningen från svetsfogens G rot till svetsens D rot.
Jämförelsen mellan inträngningarna áskâdliggöres i fig 5-7.
I fig 5 visar en spraybågsvetsfog, vid vilken en skyddsgasblandning innehållande 85% argon och 15% kol- dioxid används, vilken skyddsgas hitintills ansetts vara effektiv. Inträngningen betecknas med x och är 2,5 mm in i den vertikala plattan från svetsfogens rot G till svetsens rot D.
Svetsparametrarna och resultaten för svetsförbandet i fig 5 är följande: Skyddsgas - 85% arqon/15% koldioxid Trådmatningshastighet - 13,6 nymin Nedsmältningshastighet - 8,6 kg/h Ström - 410 A Spänning - 33 V Svetshastighet 0,50 m/min. 10 15 20 25 30 35 454 854 14 Det är känt att användningen av ett koldioxidskvdds- hölje förbättrar inträngningen. Pig 6 visar ett svets- förband, vid vilket man utnyttjat en skyddsgas innehal- lande 100% koldioxid. I detta fall ökas inträngningen v till 3,4 mm.
Svetsparametrarna och resultaten för svetsförbandet i fig 6 är följande: Skyddsgas - 100% koldioxid Trádmatningshastighet - 12,3 m/min Nedsmältningshastighet - 8,2 kg/h Ström - 350 A Spänning - 33 V Svetshastighet - 0,50 m/min, Fig 7 visar ett svetsförband, vid vilket man utnytt- jat den mest föredragna svetsgasblandningen enligt före- liggande uppfinning för mjukt och làglegerat stål. I detta fall är inträngningen 5,4 mm. Svetsparametrarna och resultaten för svetsförbandet i fig 7 är följande: Skvddsgas - 65,0% argon 26,5% helium 8,02 koldioxid 0,52 syre Tràdmatningshastighet - 16 m/min Nedsmältningshastighet - 10,0 kg/h Ström - 400 A Spänning - 37,5 V Svetshastighet - 0,8 m/min.
Det har visat sig att en ändring av var och en av de i blandningen ingående gaserna i tabellen ovan i storleksordningen plus minus 5% av de mest föredragna värdena qër i huvudsak samma, förbättrade resultat.
Jämför man resultaten av svetsmetoderna i fig 5 och 6, som utnyttjat spraybàgöverföring, med svetsmetoden enligt föreliggande uppfinning enligt fig 7 kan man no- tera att inträngningen enligt fig 7 är 2160 bättre än i fig 5 och 159% bättre än i fig 6. Svetshastigheten och således avsättningshastigheten i fig 5 och 6 var i båda fallen 0,5 m/min jämfört med 0,8 m/min vid föreliggande uppfinning. Med andra ord är avsättningshastigheten vid 10 15 20 25 30 35 454 854 15 föreliggande uppfinning 160% högre än 1ämförbara spraybàg- metoder, som utnyttjar jämförbara strömstyrkor och spän- ningar.
Sàledes åstadkommer svetsmetoden enligt föreliggan- de uppfinning bättre inträngning och högre avsättnings- hastighet än de hitintills kända spraybàgmetoderna.
En ytterligare norm för mätning av en svetsförbands- kvalitet är att jämföra hàrdheten (Rockwell B) hos till- satsmaterialet med hàrdheten hos grundmaterialet eller ar- betsstycket. Teoretiskt sätt är ett svetsförband som bäst om hàrdheten hos det insvetsade tillsatsmaterialet är li- ka med hàrdheten hos grundmaterialet eller arbetsstycket runt svetsen. Hitintills har man emellertid accepterat att tillsatsmaterialet normalt är hårdare än arbetsstycket.
Vid mätning av hàrdheten hos de insvetsade tillsats- materialen och arbetsstyckena vid utnyttjande av spray- bàgmetoden i fig 5 och 6 och av metoden i fig 7 enligt föreliggande uppfinning har det visat sig att hàrdheten hos det insvetsade tillsatsmaterialet vid föreliggande uppfinning är i huvudsak lika med hàrdheten hos grbets- stycket. Dessa resultat återges i fig 8-10.
I fig 8-10 visas de olika Rockwell-hárdhetstalen (vid användning av en 102 kg-vikt) på olika ställen på arbetsstycket runt svetsen och_pà tillsatsmaterialet.
Pig 8 motsvarar svetsförbandet i fig S, vid vilket en skyddsgas av 85% argon och 15% koldioxid utnyttja- des. I detta fall varierar hàrdheten hos arbetsstycket runt svetsen fràn 66-72 och hàrdheten hos det insvetsade tillsatsmaterialet är approximativt 96. Således är till- satsmaterialet från 146% till 134% hårdare än arbets- stycket.
Fig 9 motsvarar svetsförbandet i fig 6, vid vilket skyddsgas innehållande 100% koldioxid användes. Här varierar hárdheten hos arbetsstycket runt förbandet från 65 till approximativt 67 och tillsatsmaterialets hårdhet är approximativt 88. Således är tillsatsmate- rialet från 135% till 131% hårdare än arbetsstycket.
Pig 10 motsvarar svetsförbandet i fig 7, vid vilket 10 15 20 25 30 35 454 854 lö svetsgas enligt föreliggande uppfinning utnyttjats.
I detta fall varierar hàrdheten hos arbetsstycket runt svetsen fràn 86-87 och tillsatsmaterialets hårdhet är Således är tillsatsmaterialets hårdhet i huvudsak lika med arbetsstyckets.
Som en ytterligare test pà svetsförbandets kvalitet approximativt 86. är det lämpligt att undersöka om arbetsstvckets och tillsatsmaterialets draghàllfasthet är så lika varandra som möjligt. Sådana jämförbara draghàllfastheter àskàd- liggöres i fig ll-13. De i fig ll-13 visade talen utgör aragnanfastneten mät: 1 kg/mmz. _ Fig ll motsvarar svetsförbandet i fig 5, som utnytt- jade skyddsgas innehållande 85% argon och 15% koldioxid.
Här varierar arbetsstyckets draghàllfasthet från app- roximativt 43-47, medan tillsatsmaterialets draghàll- fasthet är approximativt 75. Således är tillsatsmate- rialets draghàllfasthet approximativt 172% större än arbetsstyckets.
Pig l2 motsvarar svetsförbandet i fig 6, som utnytt- jade en skyddsgas innehållande 100% koldioxid. Här är arbetsstyckets draghàllfasthet approximativt 43 och tillsatsmaterialets draghállfasthet 64. Således är till- satsmaterialets draghàllfasthet approximativt 149% stör- re än arbetsstycket.
Fig 13 motsvarar svetsförbandet i fig 7, vid vilket svetsgas enligt föreliggande uppfinning utnyttjades.
I detta fall är arbetsstyckets och tillsatsmaterialets draghàllfasthet approximativt lika och har värdet 61.
En annan i industrin utnyttjad undersökning kallas för "Charpy"-slagtest. Undersökningen bestämmer en svets förmåga att motstå ett förbestämt slag vid en given temperatur. För jämförelse hänvisas till "Pocket Welding Guide från Hobart Brothers Company, 1979". Bà sid 74 i denna skrift visas "Charpy"-resultat för ett AWS E70S-6-elektrodmaterial vid användning av C02-skyddsgas, varvid 3,0 kpm indikerades för 1,14 mm tråd vid -28,90C.
En oberoende testorganisation har gjort jämförande tes- ter pà E70S-6-elektrodmaterial och svetsgasblandningar för mjuka och làglegerade stål med svetsmetoden enligt 10 15 20 25 30 35 454 854 l7 uppfinningen vid -28,90C. Resultaten av dessa undersök- ningar framgår nedan: E52! Slagseghet kpm l 16,6 2 11,8 3 14,4 4 9,9 5 ll,5 Det högsta 16,6 och lägsta 9,9 resultatet togs bort och ett medelvärdesslag av approximativt 12,4 kpm eller tre till fyra gånger större än enligt ovannämnda skrift erhölls.
I försök att bestämma anledningen till de oväntade, utmärkta slagtestresultaten genomförde samma testorga- nisation ytterligare undersökningar av svetsen, varvid man använde en fotomikrograf och ett svavelavtryck, vilket indikerade att svetsen var så gott som svavelfri.
Slutsatsen blev att de i hög grad förbättrade slagresul- taten berodde pà renheten eller det svavelfria tillstàn- det hos den enligt föreliggande uppfinningen àstadkomna svetsen. Med metoden enligt uppfinningen höjes svets- massan eller -blandningen till en högre temperatur och pulsas eller bombarderas enligt nedan vid en ovanligt hög hastighet medelst de stora elektrodkulorna, vilket hjälper till att rena svetsen.
Teoretiskt sett erhålles den nära anpassningen av tillsatsmaterialets och svetsens hårdhet, draghàllfast- het, den förbättrade inträngningen och väsentligt för- tack vare den av tillsats- av de väsent- bättrade slaghállfastheten hos svetsen förbättrade blandningen eller reningen och grundmaterialen, vilket föranledes ligt av grundmaterialet, vilka utnyttjas vid metoden enligt högre temperaturerna inklusive förupphettningen uppfinningen. Dessa resultat förmodas även bero på bom- barderingen av svetsfogen med stora mängder förstorade, smälta kulor och svetsens svavelfria innehåll.
Det är uppenbart att svetsmetoden enligt uppfinning- en ger ett svetsförband, som är väsentligt bättre beträf- 10 15 20 25 30 35 454 854 18 fande slaghàllfasthet, inträngning, avsättningshastighet samt anpassningen av tillsatsmaterial och arbetsstycke med avseende pà hårdhet och draghállfasthet.
Lêglegerat, härdat och anlöpt stal En annan viktig stálkategori, vars svetsresultat i hög grad förbättras med föreliggande uppfinning är làglegerat, härdat och anlöpt stål. Den föredragna svets- gasblandningen enligt uppfinningen för denna stálkvali- tet är följande: argon 44,00% helium 52,00% koldioxid 3,82% syre 0,18% Vid användning av svetsgasblandningen ovan för stum- svetsning av ett par 127-19, 5 mm tjocka ämnen av läg- legerat, härdat och anlöpt stål gjordes Charpv-slaghàll- fasthetsprov vid -51°C på fem 10 mm-sektioner, som togs fràn övre (sida A) och nedre (sida B) partier av svetsen och gav följande resultat: Sida A Sida B l. 9,4 kpm l. 14,2 kpm 2. ll,2 kpm 2. 14,0 kpm 3. 14,1 kpm 3. 13,5 kpm V4. 12,8 kpm 4. 8,6 kpm 5. 14,2 kpm 5. 8,8 kpm Eliminering av de högsta och lägsta värdena ger ett medelvärde pà 12,7 kpm för side A och 11,9 kpm för sida B. Dessa resultat var approximativt tvâ gånger bättre än den slaghàllfasthet, som tidigare åstadkom- mits vid svetsning av sådana material.
Rostfritt stål För rostfritt stål användes föliande svetsqasbland- ning enligt uppfinningen: argon 4l,66% helium 5S,00% koldioxid 3,20% syre 0,14% 10 15 20 25 30 35 454 854 19 Plasma Tidigare har mycket litet intresse riktats pà karak- tären, t ex formen, storleken och konsistensen av det under GMA-svetsningen bildade plasmat. Det är det unika plasmat enligt uppfinningen som har underlättat den förbättrade svetsningen. hitintills har gaser valts primärt med hänsvn till förmågan att kunna skydda svet- (se US 3 496 323), ningsdjupet (US 3 139 506) och bàgstabilisering (US 2 916 601), varvid alla ovan nämnda åtgärder är väsent- liga svetsfaktorer. Skyddsgasplasma har givits under-_ ordnad betydelse i förhållande till dessa faktorer.
Såsom kommer att framgå nedan har det resulterande plas- sen från förorening variera inträng- mat vid användning av de tidigare kända och föredragna gasblandningarna blivit oregelbunden eller oreglerad vad gäller form och har ibland även försvunnit under svetsningen.
Det har visat sig att reglering och stabilisering av plasmat i svfte att förbättra bade svetskvaliten och avsättningshastigheterna är en kritisk faktor. Det primära ändamålet med föreliggande uppfinning är att reglera formen, storleken och konsistensen hos det plas- ma som omger elektroden och svetssmältan eller svetsen.
Genom reglering av plasmaformen och _¿torleken och vida- re begränsa plasmat till elektroden och svetsomràdet, varvid plasmavärmet koncentreras för att både snabbt smälta elektrodmaterialet och föruppvärma svetsomrádet för att öka inträngningen, avsättningshastigheten och svetskvaliten.
I svfte att demonstrera det unika med plasmat enligt uppfinningen gfiordes en serie höghastighetsfilmer (4000 bilder per sekund) för att man skulle kunna fiämföra plasmat enligt uppfinningen med vid två andra skydds- gaser erhållna plasmer. De andra tva skvddsgaserna var (l) blandningen av 85% argon och 15% koldioxid och (2) 100% koldioxid. Smälthastigheterna och svetskvaliteterna vid användning av dessa skyddsgaser har fiämförts och beskrives med hänvisning till fig 5-13. 10 15 20 25 30 35 454 854 20 Eftersom det är svårt att reproducera foton av hög- hastighetsfilmer på patentritningar har bilderna ritats av och visas i fig 14-22. Varje figur 14-22 motsvarar ett fotografi taget under l/4000 dels sekund.
I det fall då plasma alstras genom tillföring av argon under bågsvetsningen ändras formen, dimensionerna och det väsentligaste av allt riktningen för skyddsgas- plasmat kontinuerligt i någon utsträckning under svets- cykeln, som klart framgår av höghastighetsbilderna. Pig 4 visar ett plasma 74 i ett speciellt ögonblick; vid en annan tidpunkt kommer plasmats proportioner att ha. ändrats. Emellertid visar fig 14-22 att de olika skydds- gasernas plasma har olika fysikaliska och elektriska kännetecken, som resulterar i väsentligt skilda svets- karakteristikor. vid försöken i fig 14-22 var elektrodstorlekarna 1,32 mm, spänningarna 1 området 33-38 V och strömstvr- korna i området 350-410 A. För övrigt var elektrodstor- leken, spänningarna och strömmarna i huvudsak de maxi- mala, som är praktiskt användbara med motsvarande skydds- gaser, dvs argon/koldioxid och enbart koldioxid.
På den första höghastighetsfilmen av vilka individu- ella bilder visas i fig 14-16, 85% argon och 15% koldioxid. I detta fall kan man ob- servera att plasmat 90 inte tätt omger elektroden 92 innehöll skyddsgaserna ovanför spetsen 94 utan istället börjar vid spetsen och uppslukar de fina, smälta dropparna, som faller från spetsen. Det må påpekas att de små dropparna är väsentligt mindre än elektroddiametern. Plasmat 90 träf- far grundmaterialplattorna 96 och 98 och såsom framgår av fig 14-16 stiger i ett okontrollerat eller slumpvis mönster från en basbredd w av approximativt 5,1-l0,2 mm runt svetssmältan 100 till en höjd h av ca 10,2 mm.
Om inte strömtätheten hàlles under ett givet värde, som i allmänhet ej överstiger 20 000 A/cmz, tenderar plasmats 90 oregelbundenhet att spola bort den smälta metallen från svetsen l00. Potentialskillnaden mellan elektrodbågen och plasmat tillåter uppenbarligen inte 10 15 20 25 30 35 454 854 21 bàgen och plasmat att effektivt kombinera sina värme- energier för maximering av föruppvärmningseffekterna vid elektrodsmältan och grundmaterialet. Filmen visar även att storleken på dropparna 102 fràn elektrodens ände resulterar i en fin stràle, som ej lämnar elek- troden i ett regelbundet mönster. Istället släpps drop- par slumpvis fràn elektrodspetsens ena sida och därefter fràn den andra sidan. På grund av plasmats 90 oregel- bundenhet och den oregelbundna släppningen av droppar fràn elektroden är det nödvändigt att begränsa ström- tätheten för reducering av bortspolning av den smälta_ metallen fràn svetsen.
I syfte att jämföra smälthastigheterna är den första filmens parametrar (85% argon/15% koldioxid): tràdhastighet 13,7 m/min nedsmältningshastighet - 7,7 kg/h svetshastighet - 0,48 m/min Den andra höghastighetsfilmen àskàdliggöres med tre bilder i fig l7-19, varvid skyddsgas innehållande l0O% koldioxid användes vid detta försök. Återigen omger plasmat 104 ej elektroden 106 i någon högre utsträckning ovanför elektrodspetsen 108 utan sträcker sig snarare mellan spetsen och svetsen 110 och har mycket liten bredd av approximativt 2,0-3,0 mm runt svetsen och en höjd av ca 2,5 mm. Under denna svetsning observerades plasmat uppträder periodiskt för att sedan försvinna eller släc- kas. Det må även påpekas att det totala plasmat är tämli- gen litet. En oscillografisk pà filmen lagd kurva bekräf- tar oregelbundet bàguppförande pà grund av kortslutning- en, att som uppstår när elektroddroppen 112 förlänges för beröra arbetsstvcket ll4-ll6 och när svetssmältan.
Parametrarna för svetsavsättningshastigheten vid andra filmen (l00% koldioxid) är: tràdhastighet - 12,7 m/min nedsmältningshastighet - 7,3 kg/h svetshastighet - 0,48 m/min Den tredje höghastighetsfilmen àskàdliggöres med bil- der i fig 20-22. den I detta fall utnyttjades svetsgas inne- l0 15 20 25 30 35 454 854 22 hållande blandningen enligt uppfinningen, nämligen 65-70% argon, 25-30% helium, 5-10% koldioxid och 0,1-1% syre.
I detta fall må påpekas att plasmat 120 har en i huvud- sak divergerande eller konisk form och sträcker sig fràn ett ställe ovanför elektrodens 124 spets 122 till en bas, som omger svetssmältan 126, och kvarhàller en i huvudsak konstant basbredd av approximativt 10,1 mm och en höjd av 8,1-13 mm. Även om storleken och for- men på plasmat 120 varierar under svetsningen, kvarhàl- ler det i stort sett sin divergerande eller koniska form och kvarhàller en tät omslutning av elektroden och svetssmältan.
Svetsavsättningshastighetsparametrarna för den tred- je filmen, varvid skvddsgasblandningen för mjukt stål enligt ovan utnvttjats, är: tràdhastighet - 16,5 m/min nedsmältningshastighet - 10,4 kg/h svetshastlghet - 0,91 m/min Fig 20-22 visar att det föreligger en pulsering, som uppstår i plasmat i samband med bildningen av ku- lorna 128, vilka före separation fràn elektroden är något till avsevärt större än elektroddiametern. Man kunde även konstatera att sådana stora kulor formades med en hastighet av 800st/sek. För jämförelse kan nämnas att vid en typisk kortslutnings- eller kortbágsmetod smälta elektroddroppar överföres eller när svetsen med en hastighet av ca 90 droppar eller kulor per sekund.
Det noterades även att vid metoden enligt uppfinningen de smälta kulorna när svetsgropen utan tendens till att stänka eller spolas ut. Det är troligt att bibe- hàllandet av det tätt omslutande plasmat 120 och den påtagliga förvärmningen av grundmaterialet 130-132 bi- drar i hög grad till kvarhàllningen av kulorna inom gropen och Det må lika stora undvikande av sprut. _ även påpekas att kulorna 128 åtminstone var som elektroddiametern 1,32 mm och i verklig- heten låg inom intervallet 1,42-3,2 mm. De fina droppar- na l02 enligt spraybàgöverföringsmetoden enligt fig 14-l6 10 15 20 25 30 35 É 454 854 23 var alltför smà för praktisk mätning. Eftersom kulorna 112 i fig 17-19 normalt överfördes genom kortslutning var det inte möjligt att noggrant bestämma deras stor- lek, även om de förmodligen uppnådde elektrodens diame- CGI.
Det är troligt att den pulsering som förekommer vid bildningen och överföringen av stora kulor vid den höga hastigheten av 400-1200 kulor per sekund till smäl- tan i hög grad bidrar till den förbättrade svetskvali- ten, vilket beskrives med hänvisning till fig 5-13.
Genom användning av elektrodstorlekar och ström- tätheter vid eller nära de praktiska maximigränser som kan användas vid hitintills kända GMA-svetsmetoder med höga avsättningshastigheter, har metoden enligt uppfin- ningen medfört väsentligt förbättrade avsättningshastig- heter och svetskvaliteter. Fig S-13 visar som ett exem- pel att man enligt uppfinningen vid användning av samma arbetsparametrar förutom skyddsgaserna kan åstadkomma en avsättningshastighet, som är 160% högre än vid de tidigare kända svetsmetoderna samtidigt som väsentligt förbättrad svetskvalitet erhålles.
Genom att använda elektrodstorlekar och strömtäthe- ter, som är väsentligt större än de som kunnat praktiskt användas med hittills kända skyddsgaser eller gasbland- ningar kan man med föreliggande uppfinning uppnå väsent- ligt förbättrad svetskvalitet och avsättningshastighet.
Som ett ytterligare exempel har mjukstàlplattor svetsas med hjälp av en elektrod med 1,32 mm diameter, varvid följande parametrar och resultat erhölls: Skyddsgas - 65,0% argon; 26,5% helium; 8,0% koldioxid; - 0,5% syre Tràdmatningshastighet - 33 m/min Nedsmältningshastighet - 21,2 kg/h strömtathet - vc ooo A/emz Spänning - 38-42 V I exemplet ovan och i alla andra föredragna svetsgas- 10 15 454 854 24 blandningar föreligger argonet i en mängd fran 0,5-3,5 volvmdelar för varje volymsdels helium.
Ett annat unikt resultat, som uppnås enligt uppfin- ningen, eller möjligheten att åstadkomma en 100% svets, som förenar stàlplattor upp till 12,7 mm tjocfilek. Exem- pelvis placeras ett par linjerade 12,7 mm-stálplattor i mot varandra stötande och linjerade lägen utan någon förpreparering av de mot varandra stående kanterna. vid användning av den ovan nämnda svetsgasblandningen för mjukt stal framställes en första svets eller svets- sträng längs nämnda kanter på plattornas ena sida och_ därefter en andra sträng längs kanterna på plattornas motsatta sida. En tvärsektion genom svetsen avslöjar att de första och andra svetssträngarna flytit ihop till en 100% svets. Såvitt vi vet har en 100% svets i 12,7 mm-stàlplattor ej tidigare åstadkommits med någon gasmetallbàgmetod.
Claims (11)
1. 454 854 25 PATENTKRAV l. Svetsmetod av den typ, som utnyttjar en svetspis- tol med en förbrukbar, elektrodmottagande spets och ett munstycke, som är koaxiellt med spetsen och radiellt átskilt från denna för bildande av en ringformig gaspas- sage, vilken metod innefattar dels matning av svetselekt- roden i riktning mot en metallfog, som skall svetsas, dels matning av ström genom elektroden för skapande av en elektrisk ljusbáge mellan elektrodänden och metallfogen, varvid strömmen smälter elektrodens ändparti, så att smält elektrodmaterial överföres till och fyller svetsfogen, och dels matning av gas genom munstycket till ett bágplasma mellan elektroden och svetsfogen, k ä n n e t e c k n a d därav, att en förbrukbar elektrod med en diameter i intervallet 0,762-3,962 mm utnyttjas, att en elektrodström genom elektroden i intervallet 100-1100 A utnyttjas, och att en svetsgas- blandning innehållande huvudsakligen 40~70% argon, 25-60% helium, 3-10% koldioxid och 0,10-1% syre utnyttjas.
2. Svetsmetod enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att en strömstyrka, vid vilken smälta kulor bildas vid elektrodspetsen med en hastighet av 400-1200 kulor/sek, utnyttjas.
3. Svetsmetod enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att kulor med en diameter åtminstone så stor elektroddiametern utnyttjas.
4. Svetsmetod enligt krav 2 eller 3, speciellt för svetsning av mjukt och láglegerat stål, k ä n n e - t e c k n a d därav, att svetsgasblandningen innehåller huvudsakligen 65,0% argon, 26,5% helium, 8% koldioxid och O,5% syre.
5. Svetsmetod enligt krav 2 eller 3, speciellt för svetsning av làglegerat, härdat och anlöpt stål, k ä n n e t e c k n a d därav, att svetsblandningen innehåller huvudsakligen 44,00% argon, 52,00% helium, 3,82% koldioxid och 0,18% syre. 454 854 26
6. Svetsmetod enligt krav 2 eller 3, speciellt för svetsning av rostfritt stál, k ä n n e t e c k - n a d därav, att svetsgasblandningen innehåller huvud- sakligen_4l,66% argon, 55,00% helium, 3,20% koldioxid och 0,14% syre.
7. Gasblandning för användning vid en bågsvetsmeetod, k ä n n e t e c k n a d därav, att den i huvudsak består av (a) argon från 40% till 70% (b) helium från 25% till 60% (C) koldioxid från 3% till 10% Kd) syre från 0,10% till 1%.
8. Gasblandning enligt krav 7, speciellt för användning vid bågsvetsning i mjukt och lâglegerat stål, k ä n n e t e c k n a d därav, att den i huvudsak består av: (a) argon 65,0% (b) helium _ 26,5% (c) koldioxid 8,0% (d) syre 0,S%.
9. Gasblandning enligt krav 7, speciellt för användning vid bàgsvetsning i làglegerat, härdat och anlöpt stål, k ä n n e t e c k n a d därav, att den i huvudsak består av (a) argon 44,00% (b) helium 52,00% (c) koldioxid 3,82% (d) syre 0,18%.
10. Gasblandning enligt krav 7, speciellt för användning vid bàgsvetsning i rostfritt stål, k å n - n e t e c k n a d därav, att den i huvudsak består av: (a) argon 4l,66% (bl helium' 55,00% (C) koldioxid 3,20% (d) syre 0,14%.
ll. Gasblandning enligt krav 7, k ä n n e t e c k - 454 854 27 n a d av förhållandet mellan helium och argon är från O,5-3,5 volymdelar argon för varje volymdel helium.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/404,722 US4463243A (en) | 1981-02-17 | 1982-08-03 | Welding system |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE8304232D0 SE8304232D0 (sv) | 1983-08-02 |
SE8304232L SE8304232L (sv) | 1984-02-04 |
SE454854B SE454854B (sv) | 1988-06-06 |
SE454854C true SE454854C (sv) | 1989-10-16 |
Family
ID=23600763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE8304232A SE454854C (sv) | 1982-08-03 | 1983-08-02 | Svetsmetod samt gasblandning foer anvaendning vid en baagsvetsningsmetod |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4463243A (sv) |
JP (1) | JPS5945084A (sv) |
BE (1) | BE897430A (sv) |
BR (1) | BR8304110A (sv) |
CA (1) | CA1189152A (sv) |
CH (1) | CH656821A5 (sv) |
DE (1) | DE3328272A1 (sv) |
FR (1) | FR2531358B1 (sv) |
GB (1) | GB2124531B (sv) |
IT (1) | IT1159461B (sv) |
MX (1) | MX168124B (sv) |
NL (1) | NL8302725A (sv) |
SE (1) | SE454854C (sv) |
Families Citing this family (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2132536B (en) * | 1982-12-09 | 1986-07-16 | Boc Group Plc | Shielding gas for arc welding |
US4529863A (en) * | 1983-09-01 | 1985-07-16 | P.P.I. Performance Process International | Gas metal arc welding method |
US4645903A (en) * | 1984-07-05 | 1987-02-24 | Union Carbide Corporation | Gas metal arc welding process |
US4866246A (en) * | 1988-05-04 | 1989-09-12 | Church John G | High rate deposition gas-metal-arc welding process |
US4843210A (en) * | 1988-06-10 | 1989-06-27 | Church John G | Downward gas-metal-arc welding process |
US4857692A (en) * | 1988-08-17 | 1989-08-15 | Union Carbide Corporation | Spray mode gas metal arc welding process |
US4871898A (en) * | 1988-08-17 | 1989-10-03 | Union Carbide Corporation | Constant arc voltage gas metal arc welding process |
JPH02235576A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-18 | Iwatani Internatl Corp | ガスシールド消耗電極式アーク溶接用のシールドガス |
US4973822A (en) * | 1990-02-14 | 1990-11-27 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Gas metal arc welding and shielding gas therefor |
US5083002A (en) * | 1991-01-10 | 1992-01-21 | Haynes International, Inc. | Shielding gas mixture for welding superalloys |
US5432317A (en) * | 1993-06-10 | 1995-07-11 | Church; John G. | Projected drop transfer welding process |
DE19704513C1 (de) * | 1997-02-06 | 1998-03-05 | Linde Ag | Metallschutzgasschweißen mit rotierendem Lichtbogen |
DE19704511C1 (de) * | 1997-02-06 | 1998-04-23 | Linde Ag | Metallschutzgasschweißen mit Sprühlichtbogen |
US8420974B2 (en) * | 1997-03-20 | 2013-04-16 | Tadahiro Ohmi | Long life welding electrode and its fixing structure, welding head, and welding method |
JP4037914B2 (ja) † | 1997-12-05 | 2008-01-23 | エアー プロダクツ アンド ケミカルズ,インコーポレイテッド | アーク溶接のための多目的多移行多姿勢シールドガス |
FR2786719A1 (fr) * | 1998-12-02 | 2000-06-09 | Air Liquide | Melange argon/helium/co2 et procede de soudage mag a forte productivite |
US6303891B1 (en) * | 1999-10-28 | 2001-10-16 | Robert B. Taylor | Universal shielding gas for GMAW and FCAW welding and process |
JP3422970B2 (ja) * | 2000-05-12 | 2003-07-07 | 東洋エンジニアリング株式会社 | 高クロムオ−ステナイトステンレス鋼管の溶接方法 |
FR2810569B1 (fr) * | 2000-06-22 | 2002-10-25 | Air Liquide | Procede de soudage mig de l'aluminium et de ses alliages avec gaz de protection du type ar/he/o2 |
US6570127B2 (en) * | 2001-05-03 | 2003-05-27 | Praxair Technology, Inc. | Shielding gas mixture for MIG brazing |
DE10162937A1 (de) * | 2001-12-20 | 2003-07-03 | Linde Ag | Verfahren zum Fügen artverschiedener Verbindungen unter Schutzgas |
US6723954B2 (en) * | 2002-01-22 | 2004-04-20 | Hobart Brothers Company | Straight polarity metal cored wire |
US6855913B2 (en) * | 2002-08-06 | 2005-02-15 | Hobart Brothers Company | Flux-cored wire formulation for welding |
DE10260358A1 (de) * | 2002-12-20 | 2004-07-08 | Linde Ag | Verfahren zum Lichtbogenschweißen von duktilem Gusseisen |
US6828526B1 (en) * | 2003-05-15 | 2004-12-07 | Alcoa Inc. | Gas metal buried arc welding of lap-penetration joints |
US7863538B2 (en) * | 2004-03-19 | 2011-01-04 | Hobart Brothers Company | Metal-core gas metal arc welding of ferrous steels with noble gas shielding |
DE102005014969A1 (de) * | 2005-04-01 | 2006-10-05 | Linde Ag | Verfahren zum Lichtbogenschweißen |
DE102005044757A1 (de) * | 2005-09-20 | 2007-03-29 | Messer Group Gmbh | Schadstoffreduzierendes Schutzgasgemisch zum MAG-Schweißen unlegierter oder niedrig legierter Stähle |
FR2898529B1 (fr) * | 2006-03-15 | 2008-04-25 | Air Liquide | Soudo-brasage de pieces en acier avec fil en cuivre et melange gazeux oxydant |
JP5358844B2 (ja) * | 2009-05-15 | 2013-12-04 | 株式会社安川電機 | アーク溶接方法 |
JP5450221B2 (ja) * | 2010-04-14 | 2014-03-26 | 株式会社神戸製鋼所 | 高電流密度ガスシールドアーク溶接方法 |
JP6149724B2 (ja) * | 2013-02-06 | 2017-06-21 | トヨタ自動車株式会社 | 溶接装置及び溶接方法 |
US20140263191A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Lincoln Global, Inc. | System and method of welding stainless steel to copper |
JP6273177B2 (ja) | 2014-08-12 | 2018-01-31 | 株式会社神戸製鋼所 | パルスアーク溶接方法 |
JP6666098B2 (ja) | 2015-09-29 | 2020-03-13 | 株式会社神戸製鋼所 | 高電流パルスアーク溶接方法及びフラックス入り溶接ワイヤ |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3143631A (en) * | 1951-01-06 | 1964-08-04 | Air Reduction | Electric arc welding |
US2753427A (en) * | 1954-01-05 | 1956-07-03 | Union Carbide & Carbon Corp | Gas-shielded metal-arc welding |
US3496323A (en) * | 1965-12-20 | 1970-02-17 | Air Reduction | Gas shielded arc welding of steel |
GB1358985A (en) * | 1970-07-06 | 1974-07-03 | British Oxygen Co Ltd | Arc welding |
JPS5847008B2 (ja) * | 1976-07-14 | 1983-10-20 | 株式会社クボタ | 計重方式 |
JPS5449939A (en) * | 1977-09-29 | 1979-04-19 | Kawasaki Steel Co | Mig welding |
JPS5813269B2 (ja) * | 1977-11-21 | 1983-03-12 | 日本鋼管株式会社 | 直流ガスシ−ルドア−ク溶接方法 |
JPS597545B2 (ja) * | 1979-03-22 | 1984-02-18 | 新日本製鐵株式会社 | 鋼の消耗電極式ア−ク溶接方法 |
JPS5666382A (en) * | 1979-10-30 | 1981-06-04 | Daido Steel Co Ltd | Shielding gas for welding |
-
1982
- 1982-08-03 US US06/404,722 patent/US4463243A/en not_active Expired - Fee Related
- 1982-11-05 CA CA000414969A patent/CA1189152A/en not_active Expired
-
1983
- 1983-07-26 IT IT6780583A patent/IT1159461B/it active
- 1983-07-27 JP JP58137442A patent/JPS5945084A/ja active Granted
- 1983-07-29 CH CH4171/83A patent/CH656821A5/fr not_active IP Right Cessation
- 1983-08-01 BR BR8304110A patent/BR8304110A/pt not_active IP Right Cessation
- 1983-08-01 NL NL8302725A patent/NL8302725A/nl not_active Application Discontinuation
- 1983-08-01 FR FR838312656A patent/FR2531358B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1983-08-01 BE BE2/60173A patent/BE897430A/nl not_active IP Right Cessation
- 1983-08-02 GB GB08320769A patent/GB2124531B/en not_active Expired
- 1983-08-02 SE SE8304232A patent/SE454854C/sv not_active IP Right Cessation
- 1983-08-02 DE DE19833328272 patent/DE3328272A1/de active Granted
- 1983-08-03 MX MX198270A patent/MX168124B/es unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5945084A (ja) | 1984-03-13 |
GB2124531B (en) | 1986-04-16 |
IT8367805A0 (it) | 1983-07-26 |
BE897430A (nl) | 1983-12-01 |
FR2531358B1 (fr) | 1990-01-05 |
SE8304232L (sv) | 1984-02-04 |
US4463243A (en) | 1984-07-31 |
FR2531358A1 (fr) | 1984-02-10 |
SE8304232D0 (sv) | 1983-08-02 |
GB8320769D0 (en) | 1983-09-01 |
IT1159461B (it) | 1987-02-25 |
GB2124531A (en) | 1984-02-22 |
CA1189152A (en) | 1985-06-18 |
JPH0317590B2 (sv) | 1991-03-08 |
CH656821A5 (fr) | 1986-07-31 |
MX168124B (es) | 1993-05-04 |
BR8304110A (pt) | 1984-04-24 |
DE3328272A1 (de) | 1984-02-09 |
NL8302725A (nl) | 1984-03-01 |
DE3328272C2 (sv) | 1992-11-19 |
SE454854B (sv) | 1988-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SE454854C (sv) | Svetsmetod samt gasblandning foer anvaendning vid en baagsvetsningsmetod | |
Svensson | Control of microstructures and properties in steel arc welds | |
Essers et al. | Heat transfer and penetration mechanisms with GMA and plasma-GMA welding | |
US4529863A (en) | Gas metal arc welding method | |
JP5345392B2 (ja) | タンデムガスメタルアーク溶接方法、これに用いられる溶接用トーチおよび溶接装置 | |
US2813190A (en) | Multiple arc welding | |
TWI316885B (en) | Solid wire | |
SE462957B (sv) | Roerformig metallelektrod med en kaernkomposition foer ljusbaagsskaerning samt foerfarande foer ljusbaagsskaerning | |
Houldcroft et al. | Welding and cutting: A guide to fusion welding and associated cutting processes | |
JP6800770B2 (ja) | 薄鋼板のパルスmag溶接方法 | |
Houldcroft | Welding processes | |
JPH06210452A (ja) | アーク溶接用シールドガス | |
US6414269B2 (en) | Pit and blow hole resistant flux-cored wire for gas-shielded arc welding of galvanized steel sheet | |
CN106392265B (zh) | 气电焊方法和气电焊装置 | |
Holliday | Gas-metal arc welding | |
JP2007083303A (ja) | Migブレージング用シールドガスおよびこのシールドガスを用いた溶接方法 | |
US3557340A (en) | Selenium bearing wire for steel welding | |
JP5066378B2 (ja) | 溶融亜鉛系めっき鋼板のパルスmag溶接用銅めっきソリッドワイヤ | |
JP7146571B2 (ja) | ガスシールドアーク溶接方法 | |
RU2027572C1 (ru) | Плавящийся электрод для электродуговой сварки | |
Ma | Metal transfer in MIG welding | |
JPS608151B2 (ja) | エレクトロガスア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ | |
Sawickij et al. | Activating fluxes in inert gas‐shield welding of steels | |
JP4143886B2 (ja) | 突合せ溶接方法 | |
JPH04157069A (ja) | ダブルガスシールドメタルアーク溶接法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NAL | Patent in force |
Ref document number: 8304232-5 Format of ref document f/p: F |
|
NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 8304232-5 Format of ref document f/p: F |