SE461198B - Foerfarande foer svetsning i ett flertal omgaangar med aendrad svetsenergi mellan omgaangarna - Google Patents

Description

...x \D O? . 461 smältning av kanterna och inmatning i ljusbágen (i svetszonen) av ett tillsatsmaterial, med vars hjälp man formar strängar, vilka skall fylla utrymmet mellan de fasade kanterna tills en svets bildas. Det bör härvid påpekas, att ljusbâgen - samtidigt som strängarna lägges under inmatning av tillsatsmaterialet - bringas att utföra en svängningsrörelse i ett mot svetsrikt- ningen vinkelrätt plan, vilket gör det möjligt att avsevärt förbättra svetsformningskvaliteten vid ett tämligen högt svets- utbyte.

Nämnda kända svetsteknik gör framställningen av en svets komplicerad och kräver sådana ytterligare processopera- tioner som bringande av ljusbágen i svängningsrörelse för att godtagbar svetskvalitet skall kunna erhållas, varjämte svetsarna måste ha god skicklighet. För genomförande av nämnda kända förfarande erfordras en utrymmeskrävande och dyrbar pro- cessutrustning, exempelvis en mekanism för matning av tillsats- material (tillsatstrád), en mekanism för bringande av bâgen i svängningsrörelse och elektriska anordningar för styrning av de båda mekanismerna.

Inom den i Sovjetunionen kända svetstekniken användes ofta ett förfarande för bàgsvetsning av skärvsvetsar medelst icke~smältande elektrod (ickesmältande elektrod) i skyddsgas- atmosfär.

Detta kända förfarande är baserat på att man i en första passage (i ett första svetsningssteg) bringar skarven att smälta fullständigt över dess tjocklek under bildande av en sträng, varvid efterföljande strängar lägges utan tillsats- material (tillsatstrád).

Svetsens hàllfasthet ökar i detta fall i önskad grad genom att tryckkrafter alstras i skarven (skarvsvetsen) pá grund av att denna icke uppvärmes likformigt medelst bágen.

Dessa krafter leder till att det intill smältbadet liggande svetsgodset plastiskt deformeras under inverkan av värmet. Med detta kända förfarande kan man emellertid framställa skarv- svetsar av god kvalitet med en tjocklek av högst 3 mm. Genom att detta kända förfarande får ett begränsat användningsområde blir det mindre effektivt att använda.

Man måste alltså öka användningsomrádet för bågsvets- ' 461 198 ning med icke-smältande elektrod utan tillsatsmaterial och göra framställning av skarvsvetsar enklare och billigare.

Ett förfarande för s.k. flerpassage- eller flersträng- svetsning av skarvsvetsar medelst icke-smältande elektrod i skyddsgasatmosfär är känt, vid vilket man - innan svetsningen påbörjas - fasar kanterna hos skarvar under kvarlämnande av skarvarnas rätkanter eller trubbade ändavsnitt och nedsänker elektroden till hela fasdjupet, varefter man i en första pas- sage bringar de räta avsnitten att smälta fullständigt över deras tjocklek och alltså erhåller en (första) botten- eller rotsträng i den blivande svetsen. Därefter utföres varje efter- följande passage under delvis smältning av skarvarnas kanter under bildande av respektive sträng, vilket resulterar i termo- plastiska deformationer hos skarvarnas kanter, varför fog- vinkeln minskar, och i att utrymmet mellan de fasade kanterna fylles med strängmaterialet tills svetsen bildas. Härvid varie- rar de fasade kanternas s.k. öppningsvinkel mellan 17 och 300, varvid man minskar eller ökar öppníngsvinkeln, när materialets tjocklek ökar respektive minskar.

Vid svetsning av skarvsvetsar medelst detta kända för- farande måste man noggrant känna de fasade kanternas öppnings- vinkel för varje tjocklek hos skarvsvetsen. I annat fall ökar det antal passager (svetssträngar), som erfordras för att ut- rymmet mellan de fasade kanterna skall kunna fyllas och svetsen skall kunna formas. När tjockleken hos den svets, som formas vid efterföljande passager (vid läggning av efterföljande strängar) ökar, blir dessutom svetsens styvhet högre, samtidigt som dess motstånd mot vid svetsningen uppträdande termoplastiska deformationer ökar, vilket även leder till en ökning av antalet passager (strängar), en minskning av svetsutbytet och en ökning av svetsningskostnaderna, exempelvis en ökning av skyddsgas- och elkraftförbrukningen.

När efterföljande passager utföres medelst detta kända förfarande, måste elektroden noggrant införas längs skarven praktiskt taget innan utrymmet mellan de fasade kanterna fylles med materialet och innan svetsen bildas, om fasdjupet är litet.

I annat fall kan elektroden kortslutas mot de fasade kanterna, vilket i sin tur rubbar svetsningen på grund av att elektrod- 461 :ffs 4 materialets partiklar, dvs. volframinneslutníngar, införes i svetsen, vilket icke är tillàtligt. Detta kan leda till upp- mmst av korrosion under drift. För genomförande av detta kända förfarande erfordras dessutom skickliga svetsare samt komplice- rad och dyrbar svetsutrustning. Vid botten- eller rotsträngens svetsrotyta uppsväller dessutom grundmaterialet intensivare, när antalet efterföljande strängar ökar, vilket intensifierar spänningstillstàndet hos grundmaterialet i nämnda zon och för- orsakar bildande av mekaniska belastningskoncentrationskärnor, vilket försämrar svetsens driftegenskaper och - om rörskarvar måste svetsas - minskar genomströmningsytan.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett högeffektivt förfarande för bàgsvetsning av skarvsvetsar i skyddsgasatmosfär medelst icke-smältande elek- trod, vid vilket man genom lämpligt val av svetsningsförhállan- den, ordningsföljden för läggning av svetssträngar (för ut- förande av passager eller slag vid svetsning) och sättet för förberedande fasning av kanter hos de skarvar, som skall svetsas, kan framställa en svets av hög kvalitet vid botten- strängens svetsrotyta utan att de intill svetsen liggande zonernas egenskaper försämras, samtidigt som svetsningen kan genomföras medelst enklare svetsutrustning vid lägre kostnader.

Detta uppnås enligt uppfinningen medelst ett förfarande för bågsvetsning med icke-smältande elektrod i skyddsgasatmos- fär utan tillsatsmaterial, vid vilket man - innan svetsningen påbörjas - i en förbearbetning fasar kanter hos en skarv mellan tvâ arbetsstycken under kvarlämnande av rätkanter och nedsänker elektroden i det fasade omrâdet till hela fasdjupet h, varefter man i en första svetsningspassage bringar rätkanterna att full- ständigt smälta över deras utsträckning 60 under bildande av en första sträng med tillhörande svetsrot, under det att varje efterföljande passage utföres under partíell smältning av fogens faser och bildande av ytterligare strängar, varvid faserna deformeras plastiskt, vilket resulterar i att fas- vinkeln a minskar och utrymmet mellan de förbearbetade kanterna fylles med material tills en svets bildas, varvid förfarandet enligt uppfinningen utmärker sig av att man vid varje efter- följande passage (sträng) ändrar energin i bágen per längdenhet i förhållande till föregående passage (sträng), vilken energi bestännes genan sambandet: s 461 198 \- Û u .l ' f! O ( -1 )-';O°" _. : - .___l _ N 2 A ~ < ø - 63 zfo for n = 2 till n = 1, varvid elektroden (2) - Sedan f0§ÖjUPêfi h och Focspaaea s. blivi: lika med ni < 0.3 - 0,4 6 resas* i ' _ ' “ ' 1 _ ._ tive B. < h. till 1,3 h. - bortföres från det fasade omradet l - l l och placeras ovanšör arbetsstyckenas yta och man sprángvis ökar bágenergin per längdenhet i förhållande till föregående passage och bringar skarvens faser - . att smälta fullständiät under bildande av en sträng vid svetsytan, varefter man för ytterligare strängar ändrar bàgenergin per längdenhet fràn passage till passage, dvs. från sträng till sträng och bestäm- mer bágenergin per längdenhet ur sambandet: . k 2 z(ó\-m_\l)°lolf _L__n_, ' “_ 6 \f5 för n _ 1 + 2 till n = k, car g = I ' U ar øàgeffekten 1 W, v bágens rorelsenastighet, cm/s, 6 arbetsstyckenas tjocklek, cm, hn fogdgupet efter den nzte strängen (passagen), cm, dvs. av- ståndet fràn arbetsstyckenas yta till strängytan för den nzte strangen n fasdjupet, cm, En fogbredden, dvs. avståndet mellan de avfasade kanterna vid svetsens yta, efter den nzte strängen, cm kg är en konstant lika med 3,5 till3,8, n ordningsnumret för passagen eller strängen, k1 en empirisk försöksfaktor lika med 1,15 till 1,35, 61 strängtjockleken vid den första passagen (vid läggning av den första strängen), cm, _f krökningsradien hos ytan hos de arbetsstycken, som skall svetsas, cm, m meniskhöjden, cm, efter den nzte strängen. 461 (98 Genom att efterföljande passager utföres under svets- ningsförhállanden, som ändras från passage till passage (fràn sträng till sträng) och som bestämmes av sambandet: , 2 §_ _ _ _ _ 4 fl Û _ n v -( L? nn_1 ) 10 ----( 64992 zfw dels alstras maximala tennoplastíska deformationer, samtidigt som tjockleken hos den svets, som bildas, ökar, vilka deforma- tioner leder till en minskning av fogvínkeln, och dels fylles utrymmet mellan kanterna med strängmaterialet genom att båg- energin utnyttjas tämligen fullständigt (effektivt) i faszonen för skarvsvetsen samt genom att den önskade uppvärmningszonen alstras för svetsens avsnitt samtidigt som de andra (övriga) avsnitten är tämligen kalla. Den föreslagna ordningsföljden för energin per löplängdenhet från sträng till sträng beaktar dels en ökning av tjockleken av den svets, som bildas, ( á* -h ), kl n“'l dels en ändring av svetsens styvhet ( -_-rr-“2 ) 1 . (ó\" al) dels en krökningsradie hos den skarvsvets, som skall framstäl- las, och dels den från föregående passager (strängsvetsar) här- rörande uppvärmningsgraden. De ovan angivna sambanden har här- letts med ledning av omfattande försöksdata. Genom att man ska- pat önskade betingelser för alstrande av maximala termoplas- tiska deformationer minskar antalet passager (svetssträngar), varför svetsutbytet ökar. Dessutom bidrar de maximala termo- plastiska deformatíonerna till att åstadkomma likfdrmiga de- formeringsförhállanden för strängmaterialet i riktning för fasen och svetsroten, vilket förbättrar svetskvaliteten.

Genom att elektroden bortföres från faszonen och an- bringas ovanför ytan hos de svetsar, som skall framställas, i skarvzonen för kanterna, när fogdjupet blir lika med h í 0,36 tiLLO,46 och fogbredden B blir lika med B 5 h till 1,3 h, för- enklas efterföljande processoperationer, bl.a. blir de krav, som skall ställas på det noggranna införandet av elektroden längs skarven mellan de förberedande kanterna, lägre, vilket i sin tur gör svetsningen och svetsutrustningen enklare, varvid 461 'š98 svetsarbetena kan utföras av mindre skickliga svetsare. De före- slagna villkolen h 5 0,36 till 0,46 och B 3 h till 1,3 h bestäm- mes av de s.k. genomsmältningsegenskaperna hos en båge i skyddsgasatmosfär. När strängen lägges efter avslutat bort- förande av elektroden från faszonen, ökar man bågenergin per löplängdenhet språngartat, förutsatt att kanterna hos skarv- svetsen smälter fullständigt. Om samtliga villkor icke uppfyl- les, ger en godtycklig ökning av bàgenergin per löplängdenhet icke det önskade resultatet. Genom att kanterna smälter full- ständigt, bildas en sträng vid utsidan hos skarvsvetsen, varför utförandet av efterföljande passager (läggningen av efter- följande strängar) blir enklare, dvs. elektroden behöver icke föras utefter strängytan och i fasdjupsriktningen.

Vid läggning av efterföljande strängar ändrar man även bágenergin per löplängdenhet från sträng till sträng, vilken bàgenergi bestämmes genom sambandet: __9___ (ó\_m ylgl* ._k_2___ __._L , v " n-l ¿\ J-Qy Detta samband har härletts med ledning av omfattande försöks- data och beaktar en ökning av skarvsvetsens styvhet fràn sträng till sträng (från passage till passage) och nämnda faktorer.

Under de ur detta samband beräknade svetsningsförhál- landena alstras maximala termoplastiska deformationer, vilka bidrar till att snabbt eliminera svetsens försvängning (mn_1), dvs. menisken, och till att forma en svets av god kvalitet.

Det är lämpligt, att man före varje efterföljande pas- sage med ändrad energi per löplängdenhet uppvärmer en del av skarvsvetsen till en temperatur, som bestämmes av villkoret Ta ¿ tr é 0,2 ml :in 0,4 ml, där °c T är uppvärmningstemperaturen för skarvsvetsens del, smältpunkten för materialet i skarvsvetsen, OC T temperaturen hos fogsvetsens kvarvarande del, °C. 461-198 En dylik processoperation gör uppvärmningen av skarv- svetsen mer olikformig, vilket i sin tur intensifierar de termoplastiska deformationerna, varför fasvinkeln minskar snab- bare och utrymmet mellan kanterna fylles med strängmaterialet även snabbare, vilket slutligen minskar antalet passager vid svetsningen (dvs. antalet lagda strängar) och ökar svetsut- bytet. Behovet av att förinställa temperaturen T í 0,2 T1 till 0,4 T1 bestämmes av de mekaniska egenskaperna hos det material (den metall), som skall svetsas. Det är just inom temperatur- omrâdet av från 0,2 T] till 0,4 T1, som hàllfasthetsgränsen för de flesta metaller minskar tvärt, vilket i det givna fallet er- fordras för att deformationen skall kunna intensifieras. Om temperaturen av en del av skarvsvetsen är lägre än temperaturen T2 för den kvarvarande delen av skarvsvetsen, blir uppvärmning- en av skarvsvetsen mer olikíormig, vilket förorsakar en inten- sivare deformation, varför svetsen [örstärkes snabbare (dvs. svetsens hàllfasthet ökar snabbare).

Det är önskvärt, att man sedan en sträng bildats (lagts) på svetsens utsida ökar energikoncentrationen i bågen med l,5-2 gånger. Ökningen av energikoncentrationen i bågen bidrar till att minska energiförlusterna in i det omgivande mediet och öka bágenergins genomsmältningsförmága samt till att svetsen upp- värmes mycket olikformigt och de termoplastiska deformationerna genomföres intensivt och i en större volym. Det senare blir högst nödvändigt vid slutsteget för framställning av svetsen, när svetsens styvhet är maximal. Nämnda 1,5 till 2 gàngers energikoncentrationsökning bestämmes av en argonbåges fysika- liska möjligheter. Det är tekniskt komplicerat att kunna öka energikoncentrationen i argonbågen mer än dubbelt.

Det är lämpligt, att man vid varje efterföljande pas- sage med ändrad bâgenergi per löplängdenhet förskjuter bågen i en mot svetsningsriktningen vinkelrät riktning.

Genom att nämnda processoperation utföres över fas- djupet, kan man för det första öka kanternas partiella smält- volym, varför fasvinkeln minskar snabbt och utrymmet mellan de förbearbetade kanterna fylles intensivt med strängmaterialet, och för det andra säkerställa att de förbearbetade kanterna 461 198 hopsmältes med strängmaterialet. En dylik operation efter bil- dandet av strängen vid svetsytan befrämjar att uppvärmnings- zonens tvärsdimensioner ökar och att de termoplastiska deforma- tíonerna intensifieras.

Det är lämpligt, att man i förstärkningszonen (håll- fasthetsökningszonen) för skarvsvetsen vid dess rotsida för- bearbetar kanterna så att dessa får formen av två axiella lutande plan med olika lutningsvinkel för de laterala sidorna (sidoytorna) mot horisontalen, varvid lutningsvinkeln dï för den laterala sidan (den sidoytan) hos det lutande plan, som är längst skild fràn rätkanten, är mindre än lutningsvinkeln az för den laterala sidan hos det lutande plan, som ligger intill rätkanten.

Genom att kanterna vid svetsens rotsida är fasade pà detta sätt kan man i själva svetsen och i den intill denna liggande zonen minska den skadliga ytsvällningen genom att den svets, som skall svetsas, deformeras termoplastiskt, och följaktligen säkerställa en jämnare övergång för svetsytan till svetsföremàlets yta. Det senare gör det möjligt att eliminera bildandet av mekaniska spänningskoncentrationscentra och för- bättra svetskvalíteten och svetsens driftegenskaper.

Behovet av att utforma sidoytorna med olika stora lut- ningsvinklar d och az beror på att svetsen och de intill denna liggande zonerba deformeras i olika hög grad. Svetszonen de- formeras mest intensivt och i högre grad, varför lutnings- vinkeln G2 för det lutande, intill rätkanten liggande planets laterala sida är större vid detta ställe (i svetszonen). I den från rätkanten längst skilda zonen sker deformationerna mindre intensivt än i den intill rätkanten liggande zonen, vilket be- ror på att materialet i den längst skilda zonen uppvärmes till en lägre temperatur och uppvisar bättre hàllfasthetsegenskaper, varför lutningsvinkeln aï för det lutande, från rätkanten längre skilda planets laterala sida är mindre.

Lutningsvinkeln az för det lutande, intill rätkanten liggande planets laterala sida mot horisontalen bestämmes lämp- (o,o9 tili o,11)1r/-%9- _ .., där (1,1 :in 1,3) b ligen ur sambandet: de = BICUg 461 wâs 10 b är strängbredden vid den första passagen (vid läggning av en första sträng), cm, medan vinkeln u] är 1,5-2 gånger mindre än vinkeln az.

Detta samband har härletts utgående från omfattande försöksdata. Den med ledning av detta samband valda lutnings- vinkeln oz bidrar i högsta möjliga grad till att förbättra svet sens egenskaper.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar, där fig 1 schematiskt visar ett tvär- snitt genom fasade kanter hos en skarv, som svetsas genom för- farandet enligt uppfinningen, fig 2 visar ett tvärsnitt genom skarvsvetsen vid utförande av en första passage n1 (vid lägg- ning av en första sträng), fig 3 visar en perspektivvy av skarvsvetsen med första sträng, fig 4 grafiskt visar hur ener- gin.%-per löplängdenhet ändras från passage till passagen (frân sträng till sträng), fig 5 visar ett tvärsnitt genom skarv- svetsen vid utförande av efterföljande passager ni (vid lägg- ning av efterföljande strängar), fig 6 visar skarvsvetsen, när fasdjupet uppgår till h í 0,36 till 0,46 och fasbredden utgör B í h till 1,3 h, fíg 7 visar skarvsvetsen efter avslutad lägg- ning av en sträng, när bågenergin per löplängdenhet ökades språngvis, fig 8 visar den färdigsvetsade skarvsvetsen och fig 9 visar en perspektivvy av en skarvsvetszon med en del, som ut- sättes för ytterligare uppvärmning.

Förfarandet enligt uppfinningen för flersträngsbàg- svetsning av skarvar i skyddsgasatmosfär genomföras på följande sätt.

Innan svetsningen påbörjas, fasas skarvarnas kanter såsom följer. Vid den mot bágen vända sidan utformas en avfas- ning (en fas) med en lutníngsvínke] a (fíg 1) mot vertikalen, medan vid den sida, som är motsatt bågen, göres avfasningar med lutningsvinklar aï och oz. Lutningsvinkeln uï för ett lutande, från skarvens rätkant skilt plans laterala sida mot horisontalen är mindre än lutningsvinklen az för ett lutande, intill skarvens rätkant liggande plans laterala sida mot horisontalen. Kanterna fasas så, att skarvarnas räta avsnitt eller rätkant får en tjock- lek 50. De arbetsstycken eller de föremål, som skall svetsas, skarvas, dvs. sammanföres med varandra så, att ett skarvställe eller en skarvzon 1 (fig 2) bildas. Den önskade styvheten vid 461 198 11 skarvstället säkerställes medelst speciella spänn- eller kläm- organ (jämför exempelvis “Svetsning av utrustningar i elkraft~ verk", förlag "Energija", Moskva, 1977, s. 165-167, fig 7-4).

Sedan arbetsstyckena skarvats vid skarvstället 1, ned- sänkes en elektrod 2 (fig 2) till hela fasdjupet h under be- aktande av båglängden, varvid den inställes ovanför en skarv eller en skarvändyta 3. Mellan elektroden 2 och skarven 3 alstras en båge (en ljusbåge) 4, som bringar materialet i kan- ter 5 och 6 att delvis smälta, varvid en rätkant (ett trubbat) avsnitt) 7 genomsmältes fullständigt över tjockleken 60 under bildande av en första strängs 9 svetsrot 8. Genom förflyttning av bågen 4 med en hastighet v (fig 3) utefter skarvytan 3, formas (lägges) strängen 9. Samtidigt uppvärmes materialet ut- efter skarvytan 3 och i en mot denna vinkelrät riktning icke likformigt.

Temperaturen hos materialet (metallen) i avsnitt, vilka är i kontakt med bàgen 4 och ligger intill strängen 9, är högre än temperaturen hos materialet (metallen) i från strängen 9 skilda avsnitt, varför materialet i de intill strängen 9 liggande avsnitten strävar att utvidga sig i högre grad än materialet i de från strängen 9 skilda avsnitten, varför i zonen för strängen 9 alstras hoptryckningskrafter, vilka gör att strängen 9 plastiskt deformeras i en intill ett smältbad 10 liggande zon. Detta resulterar i att fasvinkeln a (fig 1) minskar och att utrymmet mellan kanterna 5 cxflm 6 fylles med sträng- materialet (fig 2), varför kanterna 5 och 6 intar ett nytt läge Sa respektive Ga.

Efter avslutat utförande av den första passagen n1 (fig 4) (dvs. efter läggning av den första strängen) med en energi per löplängdenhet lika med._l., vid vilken rätkanten 7 fullständigt genomsmälts över tjockleken 60 (fig 1) och den första strängen 9 (fig 2) med en tjocklek 61 formats, göres en andra passage nz, dvs. en andra sträng lägges. Härvid väljes energin per löplängdenhet gå-utgående från att materialet icke genomsmäl- tes fullständigt över tjockleken 61. Vid varje efterföljande pas- sage från n2 till n1 ändrar man bågenergin per längdenhet i förhållande till föregående passage enligt en kurva 11 (fig 4), som representeras av sambandet: 461 198 x 62 _.9_ ___ (å- hml) »194 a. _ __: (1) v (8-6132 zfó* Genom utförande av passagerna nz - n1 med ändrad energi per längdenhet sammanföres kanterna 5 och 6 (fig S), varvid de successivt intar lägen Sa resp. 6a, 5b resp. 6b, etc, samtidigt som fogbredden minskar till värden B1, BZ, B3 och uppgår ett värde B 5 h till 1,3 h. Genom att strängmaterialet deformeras plastiskt, fyller det utrymmet mellan kanterna, samtidigt som fasdjupet minskar till värden h1, hz, h3 och uppgår till ett värde h i 0,36 till Q,46.

Elektroden 2 (fig 6) bortföres därefter från faszonen och placeras ovanför ytan hos de skarvar, som skall svetsas, symmetrískt i förhållande till kanterna 5b och 6b etc. Båg- energin per längdenhet gå ökas därefter sprángartat enligt en 1 kurva 12 (fig 4) i förhållande till föregående passage (i för- hållande till föregående sträng). Vid den nizte passagen genom- smältes skarvarnas kanter fullständigt under bildande av en sträng 13 (fig 7) med en meniskhöjd m vid skarvsvetszonens yta.

Därefter ändras energin per längdenhet-%-enligt en kurva 14 (fig 4) från den ni:te passagen till slutpassagen, vilken kurva be- stämmes av sambandet: ' k n _3_=(Ö\-mn_l)'lO4 (¿).

Genom att materialet i strängarna 13 (strängmaterialet) deformeras plastiskt minskar meniskhöjden m till noll, varefter en svetssvulst 16 (fig 8) formas. Svetssträngarna lägges tills den önskade svetssvulsten eller svetsförtjockningen 16 formats.

För att intensifiera de termoplastiska deformationerna, dvs. för att snabbare kunna minska förbearbetningsvinkeln a för kan; terna 5 och 6 (fig 2) samt att snabbare kunna fylla utrymmet mellan kanterna 5 och 6 med strängmaterialet, utsättes skarv- svetsens 1 del 15 (fíg 9), varpå man vid den givna tidpunkten redan lagt strängarna 9a eller 9b etc. samt 13 eller 13a etc., 461 198 13 vid varje efterföljande passage för ytterligare uppvärmning till en temperatur varierande mellan 0,2 T1 och 0,4 TI, där T] är smältpunkten för materialet i skarvsvetsen, i OC. Delen 15 (fig 9) uppvärmes i läggningsriktningen för strängarna och i en mot denna riktning vinkelrät riktning. Dimensionerna hos svet- sens uppvärmda del 15 bör väljas utgående från att utrymmet mellan kanterna 5 och 6, eller 5a och 6a etc. skall kunna fyl- las med strängmatcrialet i högsta möjliga grad. Samtliga om- ständigheter leder till en minskning av antalet passager eller svetssträngar och en ökning av svetsutbytet.

Sedan man vid skarvsvetsens 1 utsida (toppyta) format strängen 13, ökar man energikoncentrationen i bågen 4 med 1,5-2 gånger, vilket resulterar i en minskning av energiför- lusterna in i omgivningen och i en intensivare uppvärmning av den del 15 (fig 9) av skarvsvetsen, varpå man i den givna tid- punkten lägger en sträng. Därför blir skarvsvetsens uppvärmning mer olikformig, samtidigt som de termoplastiska deformationerna intensifieras.

' Vid läggning av strängar med enligt kurvan 14 (fig 14) ändrad energi per längdenhet, förskjutes bågen 4 (i fasdjupet) i en mot svetsningsriktningen vinkelrät riktning, vilket inten- sifierar kanternas 5, 6 eller 5a, 6a etc. smältning, varför utrymmet mellan kanterna fylles snabbare med strängmaterialet.

Vid läggning av strängar med enligt kurvan 14 (fig 4) ändrad bågenergi per längdenhet, leder förskjutningen av bågen 4 från strängens 13 eller 13a etc. (fig 7) centrum till en ökning av uppvärmningszonen för skarvsvetsens del 15 (fig 9), varför de termoplastiska deformationsförloppen blir intensiva- re.

Uppfinningen belyses närmare nedan medelst följande exempel pá genomförande av förfarandet.

Exempel 1 Vid svetsning av skarvar hos rörledníngar av austení- tiskt stål med en diameter av 108 mm och en väggtjocklek av 9 mm medelst ickesmältande elektrod i argongasatmosfär fasades skarvarnas kanter på följande sätt. Den mot bågen vända sidan avfasades i en vinkel a lika med 100, under det att vinkeln az 461 198' 14 beräknades genom sambandet: " 009 .JâJT-ï 4 <1- ' , o( _ o , 2 _ 26 .

Lutningsvínkeln a] antogs vara lika med den halva vinkeln az, dvs. 130, under det att rätkantens tjocklek 60 var lika med 2,5 mm.

Elektroden nedsänktes till hela fasdjupet, varvid av- ståndet mellan elektrodens ändyta och skarven var lika med 1 mm. Man alstrade en ljusbàge och utförde en första passage q (lade en första sträng) med en bágenergi per längdenhet 5% = = 11900 W/cm under fullständig genomsmältning av rätkanten över dess tjocklek. Sedan den första strängen lagts, uppmättes fas- djupet, som utgjorde hï = 0,34 cm. Man bestämde därefter båg- energin per längdenhet för läggning av en andra sträng, genom sambandet (1): 2 __?- = (0,9 - 0,34 )° lol* [1415 '0-92- 2 1 uaoow/em 2 [con-new z-snfl-oaj Man lade den andra strängen, uppmätte därefter fasdjupet hz efter läggning av den andra strängen, bestämde bàgenergín per längdenhet, som erfordras för läggning av en tredje sträng, genom det liknande sambandet för gå-, etc.

Sedan en fjärde sträng lagts, när fasdjupet h4 var 0,25 cm och fogbredden B var 0,3 cm, bortfördes elektroden från faszonen och placerades ovanför ytan hos de rörledningar, som svetsades, symmetriskt i förhållande till de fasade kanterna.

Man ändrade därefter sprángartat bågenergin per längdenhet till ett värde av 18900 W/cm genom ökning av strömstyrkan och ut- förde en femte passage samtidigt som skarvens kanter smältes fullständigt under bildande av en (femte) sträng vid svetsytan.

.J 461 '198 15 Sedan den femte strängen lagts, uppmättes meniskhöjden m, som utgjorde 0,15 cm. För läggning av en sjätte sträng bestämdes bågenergin per längdenhet genom sambandet (II): q É = (0,9 - O,l5)°l04 11-2 6 = 20000 w/cm . 5 0.9 2 ° 5,4 -0,9 Man lade den sjätte strängen, uppmätte därefter meniskhöjden m efter läggningen av denna sträng, bestämde bågenergin per längdenhet, som erfordras för läggning av en sjunde sträng, genom det liknande sambandet för-%1- , etc. 7 Efter läggning av en nionde sträng försvann menisken, varvid svetsen fick en förtjockníng av 0,03 cm.

Efter utförande av samtliga processteg framställdes alltså en svets med likformig hàllfasthet och likformig svets- förtjockning utefter skarvens perimeter (omkrets), varvid svet- sen had följande mekaniska egenskaper: hållfasthetsgräns 60,4 - 67,4 lip/mina böjvinxei 1s0° slagseghet 12,1!- - 16,5 kpm/cmz.

Exempel 2 Skarvar hos rörledningar av austenitiskt stål med en diameter av 108 mm och en tjocklek av 9 mm svetsades med ickesmältande elektrod i argongasatmosfär på samma sätt som i exempel 1, varvid man emellertid efter läggning av en första sträng ytterligare uppvärmde den del av skarvsvetsen, varpå man i den givna tidpunkten lade en sträng, till en temperatur T1 = = 4000C. Man uppmätte fasdjupet efter avslutad läggning av den första strängen, vilket utgjorde IH = 0,325 cm, varvid den första strängen lades samtidigt som bàgenergin per längdenhet var 11900 W/cm. Genom att hänsyn togs till att fasdjupet minskats efter läggning av den första strängen, dvs. till att utrymmet mellan kanterna fylldes med strängmaterialet snabbare, utgjorde den bágenergi per längdenhet, som erfordrades för läggning av en andra sträng, ;ëZ_= 13100 W/cm_ 2 461 198_ 16 Sedan en tredje sträng lagts, utgjorde fasdjupet h3 och fogbredden B 0,28 cm resp. 0,3 cm. Bâgenergin per längdenhet ändrades därefter spràngvis till ett värde lika med 19150 W/cm, varefter man utförde en fjärde passage under fullständig smält- ning av skarvarnas kanter och bildande av den fjärde strängen vid svetsytan. Därefter uppmättes meniskhöjden m, som utgjorde q q 0,15 cm. Bágenergin per längdenhet-É--é-etc., som erfordras för v ' v läggning av en femte sträng ochs regpektive efterföljande strängar, bestämdes genom det i exempel 1 angivna sambandet (II).

Efter att en åttonde sträng lagts, försvann menísken, samtidigt som svetsen fick en förtjockning av 0,03 cm.

Hàllfasthetsegenskaperna hos den så framställda svetsen liknar de som anges i exempel 1.

Den ytterligare uppvärmningen av skarvsvetsens del leder alltsá till en minskning av antalet svetssträngar och svetstiden för skarvsvetsen, varför svetsutbytet ökar.

Exempel 3 Skarvar hos rörledningar svetsades på samma sätt som i exempel 2. Efter utförande av en fjärde passage, vid vilken skarvarnas kanter smält fullständigt under bildande av en sträng vid svetsytan, ökades emellertid energikoncentrationen i ljusbâgen med 1,5 gånger genom ändring av formen hos den icke-smältande elektrodens arbetsdel. Efter läggning av en femte sträng uppmättes meniskhöjden m, som utgjorde 0,04 cm.

Efter läggning av den femte strängen enligt exempel 2 var meniskhöjden m 0,06 cm. För läggning av en sjätte sträng er- fordrades en energi per längdenhet lika med V6 = 22900 W/Cm- Efter en sjunde sträng försvann menisken, medan svetsen fick en förtjockning av 0,03 cm. Hàllfasthetsegenskaperna hos den framställda svetsen liknade de som anges i exempel 1. _ Ökningen av encrgikoncentrationerna i ljusbágen leder alltså till en ytterligare minskning av antalet strängar och svetstiden för framställning av skarvsvetsen, varför svetsut~ bytet ökar.

Claims (6)

“ 461 198 17 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för bàgsvetsning med icke-smältande elektrod i skyddsgasatmosfär utan tillsatsmaterial, vid vilket man - innan svetsningen påbörjas - i en förbearbetning fasar kanter (5 och 6) hos en skarv mellan tvà arbetsstycken (1) under kvar- lämnande av rätkanter (3) och nedsänker elektroden (2) i det fasade området till hela fasdjupet h, varefter man i en första svetsningspassage bringar rätkanterna (3) att fullständigt smälta över deras utsträckning 60 under bildande av en första sträng (9) med tillhörande svetsrot (8), under det att varje efterföljande passage utföres under partíell smältning av fogens faser (5, 6) och bildande av ytterligare strängar (9a, b ...), varvid faserna (5, 6) deformeras plastiskt, vilket re- sulterar i att fasvinkeln u minskar och utrymmet mellan de för- bearbetade kanterna (5, Sa, Sb _.. och 6, 6a, 6b ...) fylles med material (9, 9a resp 9b ...) tills en svets bildas, k ä n- n e t e c k n a t a v att man vid varje efterföljande passage (sträng) ändrar energin i bàgen (4) per längdenhet i förhål- lande till föregående passage (sträng), vilken energi bestämmes genom sambandet: 2 13.3 <ó“-ó“l>2 _ :få :_ :z ( (9- hn_l>'lO4 för n = 2 till n = i, varvid elektroden (2) - sedan fogdjupet hi och fogbredden Bi blivit lika med hi í 0,3 - 0,4 6 respek- tive Bí í hi till 1,3 hi - bortföres fràn det fasade området och placeras ovanför arbetsstyckenas yta och man spràngvis ökar bágenergin per längdenhet i förhållande till föregående passage och bringar skarvens faser (Sb, Gb) att smälta fullständigt under bildande av en sträng (13) vid svetsytan, varefter man för ytterligare strängar ändrar bàgenergin per längdenhet från passage till passage, dvs. fràn sträng till sträng och bestäm- mer bàgenergin per längdenhet ur sambandet: 461 19.8 18 q = I ' U är bàgeffekten i W, v bàgens rörelsehastighet, cm/s, 6 arbetsstyckenas tjocklek, cm, hn fogdjupet efter den nzte strängen (passagen), cm, dvs. av- ståndet från arbetsstyckenas yta till strängytan för den nzte strängen fasdjupet, cm, n fogbredden, dvs. avståndet mellan de avfasade kanterna vid svetsens yta, efter den nzte strängen, cm kz är en konstant lika med 3,5 till3,8, n ordningsnumret för passagen eller strängen, k] en empirisk försöksfaktor lika med 1,15 till 1,35, 61 strängtjockleken vid den första passagen (vid läggning av den första strängen), cm, _f krökningsradien hos ytan hos de arbetsstycken, som skall svetsas, cm, mn menískhöjden, cm, efter den nzte strängen.

2. Förfarande för flersträngsbàgsvetsning enligt patent- kravet I, k ä n n e t e c k n a t a v att man före varje efterföljande passage (vid läggning av varje efterföljande sträng) med ändrad energi per längdenhet uppvärmer en del (15) av skarvsvetsen till en temperatur, som bestämmas av villkoret: T¿ l T är uppvärmningstemperaturen för delen (15) av skarv- svetsen, OC, T1 smältpunkten för materialet i skarvsvetsen, °C T2 temperaturen hos fogsvetsens kvarvarande del, °C.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t a v att man - sedan den i + 1:a strängen (13) 19 46? 198 formats vid svetsens utsida - ökar energikoncentrationen i bàgen (4) med 1,5 - 2 gånger för bildandet av en extra svets- sträng mellan den i + 1:a och den i + 2:a strängen.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, k ä n - n e t e c k n a t a v att man vid läggning av varje efter- följande sträng med ändrad energi i bàgen (4) per längdenhet höjer bàgen (4) i en mot svetsningsriktningen vinkelrät rikt- ning.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1-4, k ä n - n e t e c k n a t a v att man i förtjockningszonen för skarv- svetsen, vid dess rotsida (8) förbearbetar kanterna sà, att dessa får formen av tvâ axiella lutande plan med olika lut- ningsvinkel för sidoytorna mot horísontalen, varvid lutnings- vinkeln a] för det lutande, fràn rätkanten (3) längst Uxtkælåma 2 för det lutan- de, intill rätkanten (3) liggande planets sidoyta (laterala planets sidoyta är mindre än lutningsvinkeln u sida).

6. Förfarande enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k - n a t a v att lutningsvinkeln az för det lutande, intill rät- kanten (3) liggande planets laterala sida bestämmes utgående från sambandet: d (ø,ø9 till ogii/-ÉJJ- 2 = arctan , dar (1,1 till 1,3) b b är strängbredden vid läggning av en första sträng, cm, under det att vinkeln u är 1,5 -2 gånger mindre än vinkeln az. 1