NO126489B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for gassbuesveising og apparat derfor.

Foreliggende oppfinnelse angår gassbuesveising hvor en pilotlysbue anvendes

for å starte og bistå sveiseoperasjonen.

Pilotlysbuer som nyttes ved gassbuesveising, har vanlig vært av høyfrekvens-type og etableres mellom sveisebrennerens

elektrode og arbeidsstykket for å innlede

sveisestrømmens passering eller for å sta-bilisere sveisebuen. En modifikasjon av en

slik fremgangsmåte er nylig blitt foreslått

for gassbuesveisingsoperasjoner, hvor pilotlysbuen etableres mellom sveisebrennerens

sentralelektrode og en nær beliggende hjelpeelektrode, som er isolert fra denne sentralelektrode, eksempelvis ved hjelp av en

veggdel av et elektrisk isolert metallgass-munnstykke omkring elektroden. I et slikt

tilfelle fører den gass som passerer tvers

over høyfrekvenspilotlysbuen med seg et

tilstrekkelig antall ioner til å skaffe den

nødvendige ledende strekning mellom sen-tralelektroden og arbeidsstykket.

Når pilotlysbuestart før er blitt anvendt har man vanlig ment, at gassmunnstykket når det er en elektrode for pilotlysbuen, bør være elektrisk isolert fra arbeidsstykket ved hjelp av minst et luftgap. Oppfinnerne har imidlertid funnet at

dette ikke er nødvendig hvis pilotlysbuen

mates med en spenning av samme størrelse

som sveisespenningen og med tilstrekkelig

strømstyrke til å holde en slik lysbue ved-like. Under disse omstendigheter behøver

gassmunnstykket ikke å være isolert fra

arbeidsstykket og kan i virkeligheten gjer-ne bringes i direkte fysisk eller elektrisk

kontakt med arbeidsstykket uten at sluk-ning av pilotlysbuen eller annen skadelig

effekt inntrer. Det er også funnet at en lik-nende pilotlysbue kan tjene det uventet anvendbare formål å for- og etteroppvar-me arbeidsstykket.

Foreliggende oppfinnelse er spesielt rettet på en fremgangsmåte for gassbuesveising som innbefatter anordning av en pilotlysbue mellom en hovedelektrode, omgitt av en aksielt flytende strøm av av-skjermningsgass, og en nær beliggende hjelpeelektrode og utnyttelse av en lik lysbue til å innlede overgangen av sveisestrøm mellom hovedelektroden og et arbeidsstykke, som er innkoplet i sveisestrømkretsen.

Ifølge oppfinnelsen utmerker fremgangsmåten seg ved at pilotlysbuen mates med en likespenning, karakterisert ved at

pilotlysbuen mates med en likespenning av

samme størrelsesorden som sveisespenningen, og med en strømstyrke tilstrekkelig til

å underholde pilotlysbuen, hvorunder arbeidsstykket holdes elektrisk nøytralt i forhold til de nevnte elektroder, hvorpå en elektrisk forbindelse etableres mellom hjelpeelektroden og arbeidsstykket, slik at pilotlysbuen overføres til arbeidsstykket, og at deretter en sveiselysbue med full sveise-strømstyrke etableres mellom hovedelektroden og arbeidsstykket.

Oppfinnelsen er eksempelvis i høy grad egnet for slik anvendelse som sammen-punktsveising av tre plater av tynt rust-fritt stål, som danner den luftbestrøkne metallflate på supersoniske fly, hvor den maksimalt tillatte kraterdybde er 0,076 mm. Store og vedvarende skjærfastheter fordres av slike punktsveiser. Medmindre et underlegg anvendes, hvilket i høy grad kompliserer fremstillingen, er det for å oppnå den fordrede høye skjærfasthet nød-vendig a tillate sveiseundersiden å rage omtrent 0,25 mm under bunnplaten. En lik grad av gjennomtrengning resulterer imidlertid i den ikke ønskede virkning at det dannes et krater som er mer enn 0,76 mm dypt. En tilsetning av tilsetningsmetall for å oppveie tapet på grunn av kraterdannelse er derfor av vesentlig betydning.

Kold trådmatning, en metode for me-talltilsetning, er uegnet av flere årsaker, deriblant: 1. Mekanisk vanskelig å regulere tråd-stillingen under et ca. 0,127 mm luftgap. 2. Mengden av trådtilsetning er i høy grad kritisk og påvirker betydelig den sta-tistiske spredning i skjærfasthet. 3. Reguleringskomplikasjoner ved ekstra tidsregulerings- og trådtilbaketrek-ningskretser. 4. For manuell operasjon blir en brenner med kald trådmatning uhåndterlig.

Alternative metoder for metalltilset-ning er plasering av metallet i stilling over sveisemetallet, innen brenneren innstilles. Videre er det to distinkte valg: (1) findelt metall eller (2) metall i en bestemt form. Det første valg er blitt forkastet av prak-tiske grunner. Findelt metall har tilbøye-lighet til å bli dispergert av avskjermings-gasser, hvis ikke metallet holdes på plass ved hjelp av et bindemiddel. Det annet valg kan naturligvis ta mange former som: 1. Små skiver av metall som kan smeltes fullstendig. 2. En forbruksplate som plaseres ovenpå sveisegodset fra hvilken plate metall smeltes ned i sveisegodset og den gjenbliv-ende plate senere fjernes. 3. Stenger av metall med meget litet tverrsnitt. 4. Tynne strimler av metall, hvilket er en kombinasjon av metodene 2 og 3.

En del av disse metoder er mer praktisk enn andre. Metoden 1 fordrer nøyak-tig innstilling. Metode 2 medfører betydelig metallforbruk på grunn av ikke anvendt areal av platen og en viss vanskelighet med å skalle av forbruksplaten. Metodene 3 og 4 medfører mindre metalltap og inn-stillingen er lett å uføre ved å anordne slisser i kanten på gassmunnstykket eller å anordne en isolert innstillingsmal. Det usmeltede metall som blir igjen på sveisegodset ved metodene 3—4 kan lett fjernes.

De ovenfor beskrevne metoder for me-talltilsetning har løst problemet best for denne spesielle sveiseopppfinnelse. Alle fire metoder kan imidlertid nyttes med pilot-lysbuemetoden ifølge oppfinnelsen for elektrisk både punkt- og sømsveising.

Pilotlysbuestartmetoder med lav spenning, dvs. de som anvender spenninger av sveisespenningens størrelse men lavere strømstyrker er bedre enn høyfrekvens-pilotlysbuestartmetoder av flere grunner. Ved lavspenningspilotlysbuestart er det ingen høyfrekvensstråling, det er større startpålitelighet og brennerkonstruksjonen blir mindre komplisert, da det ikke er nød-vendig å ta konstruktive forholdsregler mot indre r\øyfrekvenslekkasje eller buedan-nelse mellom nabodeler i apparatet. I motsetning til ulempene ved høyfrekvenspilot-lysbuestart gir lavspenningspilotlysbuestart ifølge den foreliggende oppfinnelse den ønskelige mulighet å før- og etter-varme. Dessuten er det funnet at en etter-oppvarmningscyklus ved hjelp av lavspen-ningspilotlysbuen som regel smelter den forbrukte strimmel fullstendig fri fra hvert sveisepunkt. Dete kan ikke oppnås når høy-frekvenspilotlysbue anvendes før starten.

Oppfinnelsen anskueliggjøres på ved-lagte tegning. Fig. 1 er et perspektivriss med deler borttatt, av en gassbuesveiseanordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 og 3 viser over- og undersiden av et arbeidsstykke som er punktsveiset med anordningen ifølge fig. 1 Fig. 4 viser skjematisk et strømkrets-skjema ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 viser en del, delvis i snitt, av en foretrukken form på et gassmunnstykke som er egnet som en pilotlysbueelektrode.

Som vist i fig. 1 er en brenner 10 for inertgassbuesveising forsynt med en pin-neformig toriumholdig wolframelektrode 12, som ved en ledning 14 er forbundet med den negative side av en likestrømskilde 16. Den positive side er forbundet for det ene med arbeidsstykket 18 ved hjelp av en med en strømbryter 22 forsynt ledning 20, og for det annet med et gassmunnstykke 24 av metall ved hjelp av en ledning 26 som in-neholder en motstand 28. Inert skjermgass 30, f. eks. argon, ledes inn i munnstykket 24 og strømmer ut derfra i en ringformig strøm mot elektrodens 12 lysbueende og over nærliggende partier av arbeidsstykket 18.

Ved punktsveising hvor munnstykket berører arbeidsstykket for å utøve trykk mot arbeidsstykket som skal punktsveises, har det vist seg ønskelig, som vist i fig. 5, å anordne forsenkninger 31, 33 på innsiden av munnstykkets 24 endeflate. Minst et ringformig trinn med en diameter som er mindre enn diameteren av munnstykkets endeflate skal anordnes, da gjentatt lys-buedannelse mellom elektroden 12 og munnstykket 24 kan resultere i en viss ero-sjon av innerflaten på munnstykkeskålen ved dennes ende. Forsenkningene bevirker at pilotlysbuen dannes mellom elektroden og et punkt på munnstykket i avstand fra dettes endeflate. Herved bibeholdes en plan flate 35 på munnstykkets ringformige endeflate så det oppnås en trykkraft på arbeidsstykket som er jevnt fordelt omkring munnstykkets endeflate.

Munnstykkets vegg er også forsynt med sideliggende gassutløpsåpninger 37 for bortgang av gass, når munnstykkets ende er blitt brakt i virkelig fysisk og elektrisk kontakt med arbeidsstykket på nedenfor angitte måte.

En beskrivelse skritt for skritt av ope-rasjonen, fig. 1, er følgende: En forbruksstrimmel 32 anbringes over en linje mellom sentrene av de punktsveiser som skal frem-stilles. En isolator-innstillingsmal 34 sen-treres deretter over forbruksstrimmelen 32 og festes på sin plass. Med en pilotlysbue underholdt mellom elektroden 12 og munnstykket 24 føres brenneren 10 ned, slik at munnstykket i et hull 36 i malen 34 og slik at utsparingene 38 i munnstykkets kant opptar forbruksstrimmelen 32. Utsparingene 38 er anordnet i munnstykket 24 for at munnstykkets gjenstående kant skal kunne hvile vinkelrett og jevnt mot overflaten av arbeidsstykket 18.

Når brenneren 10 nærmes mot arbeidsstykket 18 som er elektrisk nøytralt, fort-setter pilotlysbuen å bibeholdes mellom elektroden 12 og munnstykket 24, inntil munnstykket berører arbeidsstykket. På dette tidspunkt er avstanden mellom elektrode og forbruksstrimmel omtrent lik eller mindre enn avstanden mellom elektrode og munnstykke, og derfor hopper pilotlysbuen under innflytelse av gasstrømmen over direkte til arbeidsstykket som elektrode. Når strømbryteren 22 sluttes for tilførsel av full sveisestrøm, følger en slik strøm samme bane som pilotlysbuen og smelter en del av forbruksstrimmelen og en underliggen-de del av arbeidsstykket til en sveisesmelte.

Når sveisecyklusen er fullført og en tidsregulator åpner strømbryteren 22, er sveisen fullbyrdet, men pilotlysbuen fort-setter å bibeholdes mellom en ferdig punkt-sveisvorte og brennerelektroden 12. Herved bevirker vanlig den av pilotlysbuen tilførte varme en fullstendig adskillelse av forbruksstrimmelen 32 fra sveisvorten. Når brenneren 10 løftes fra arbeidsstykket 18 hopper pilotlysbuen tilbake til munnstykket 24, som elektrode, da arbeidsstykket 18 ikke lenger har noen elektrisk forbindelse i sveisekretsen. Herav fremgår at anbrin-gelsen av metallgassmunnstykket 24 direkte mot arbeidsstykket 18 virker som en strømstiller som bringer arbeidsstykket til samme elektriske potential som munnstykket og derved skaffer et alternativt lysbue-dannelsespunkt for pilotlysbuen. energikil-den 16 er en konvensjonell likestrømskilde, og motstanden 28 tjener til å begrense pi-lotlysbuens strømstyrke.

Lavspenningspilotlysbuestart, som anvendt i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, gir mange ekstra fordeler i sammen-likning med høyfrekvensstart for inert både punkt- og sømgassbuesveising. De er følgende: 1. Ved hjelp av lavspenningspilotlys-buen bibeholdes elektroden på en konstant temperatur, hvilket gir mere. ensartede punktsveiser. Hvis — ved mekanisk drift — spenningskontroll ikke anvendes, foreligger det meget mindre fare for elektrodetilvekst på grunn av metallsprut som ville føre til minskning av lysbuelengden ettersom svei-singen skrider frem. 2. Det er ikke fare for elektrisk støt forbundet med anvendelse av lavpotential-pilotlysbuestart i motsetning til det høye potential som forekommer ved høyfre-kvensstrøm. 3. Det finnes ikke noen praktisk be-grensning av brennerkabellengden når man anvender lavspenningspilotlysbuestart. Når høyfrekvensstart anvendes er grensene for brennerkabelen bestemt av den kapasitive svekning av høyfrekvensen pr. lengde-en-het av kabelen. Med andre ord, hvis kabelen har tilstrekkelig lengde, vil ingen høy-frekvens kunne komme frem til brenner-enden. 4. I de fleste tilfelle kan metallmunn-stykker benyttes mens anvendelse av høy-frekvens, særlig ved visse manuelle sveis-inger, fordrer bruk av keramiske munn-stykker.

Fig. 2 og 3 viser en rekke punktsveiser som er blitt utført ifølge oppfinnelsen. Det

sees i fig. 2, som viser en del av forbruksstrimmelen 32 fjernet og sveisevortene 40 slipt ned til overflaten, at en liten forsenk-ning fremdeles er synlig. Tegningen er imidlertid noe misvisende i denne hense-ende for en nærmere undersøkelse av ved-kommende sveiseeksempel viste at uregel-messighetene i metallflaten omkring svei-seklumper var så ubetydelige at de bare kunne oppdages ved å gni fingeren over sveisens slipte flate. Det skal også bemer-kes at selv om ettervarmingen i de fleste tilfelle er tilstrekkelig til å smelte for-

bruksstrimmelen fullstendig fri fra sveisevortene, så er det meget lite metall som forbinder forbruksstrimmelen med sveisevorten, selv uten slik ettervarming.

Den automatiske punktsveisereguler-ing som er vist i fig. 4 består først og fremst av en startkrets 42, fem taktregulerings-kretser 43—47, en gassreguleringskrets 49 og en trykkmekanisme 48. Ved påvirkning av en passende strømbryter bringes startkretsen 42 til å mate en likestrømkildes eller sveisekrets' 16 primærkontakter og tilføres sveisestrøm fra nettet 50, som er direkte forbundet med sveisekretsen 16. Samtidig påvirker startkretsen 42 gassregulatoren 59, slik at minst 85 liter pr. time skjermgass tilføres foran pilotlysbuen i brenneren. Pilotlysbuen tennes deretter mellom elektrodens 12 og munnstykkets 24 ender. Sveisereguleringen og tilknyttede apparater er da blitt innstillet for sveiseoperasjonen. Strømtilførsel til startkretsen 42 bringer dessuten for-gasstrømregulato-ren 43 til å virke slik at etter en forut bestemt tidslengde påvirkes gassregulatoren 49 så gasstrømmen økes til en for den egentlige sveiseoperasjon egnet verdi.

Regulatoren 44, som regulerer trykkmekanismen 48, kan starte trykkvirknin-gen samtidig med før eller etter for-gass-strømregulatorens 43 taktinnstilling. Når trykkregulatoren 44 ved sin innvirkning på trykkmekanismen 48 har bevirket at gassmunnstykket 24 presses mot arbeidsstykket i en forut bestemt tid, mater trykkregulatoren 44 sveiseregulatoren 45. I sin tur slutter sveiseregulatoren 45 sveisekon-taktorstrømbryteren 22, slik at sveisekretsen er sluttet og sveiselysbuen trekkes på arbeidsstykket 18.

Når sveisesyklusen er fullendt mater sveiseregulatoren 45 sveisekontaktorstrøm-bryteren 22 og bringer den til å åpnes og samtidig mates holderegulatoren 46. Denne regulerer den tidslengde som gassmunnstykket er presset mot arbeidsstykket, etter at hovedsveiseaksjonen er fullbyrdet. Når holderegulatoren 46 utkoples påvirker den trykkmekanismen 48, slik at gassmunnstykket trekkes bort fra arbeidsstykket.

Etter-gasstrømregulatoren 47 kan påvirkes samtidig med holderegulatoren eller på et senere tidspunkt. Etter at etter-gass-strømperioden er ferdig påvirker regulatoren 47 gassreguleringskretsen 49, slik at gasstrømmen reduseres fra den for sveising nødvendige mengde til bare den for under-hold av pilotlysbuen nødvendige mengde.

I visse tilfelle kan sveiseperiodene føl-ge etter hverandre i så rask rekkefølge at det er liten økonomisk fordel forbundet med å nedsette gasstrømmen i den del av

hele perioden hvor sveising ikke skjer. I

slike tilfelle kan før- og etter-gasstrøm-regulatorene utelates.

Som eksempel på en automatisk sveiseoperasjon ifølge oppfinnelsen hvor en forbruksstrimmel ikke anvendes, er følgende forhold representative:

Et eksempel på manuell punktsveising en forbruksstrimmel anskueliggjøres ved de ifølge oppfinnelsen under anvendelse av forhold som angis i det følgende:

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for gassbuesveising som innbefatter anordning av en pilotlysbue mellom en hovedelektrode, omgitt av en aksielt flytende strøm av skjermgass og en nær beliggende hjelpeelektrode, og utnyttelse av en slik lysbue for å innlede overgangen av sveisestrøm mellom hovedelektroden og et arbeidsstykke innkoblet i sveisestrømkretsen, karakterisert ved at pilotlysbuen mates med en likespenning av samme størrelsesorden som sveisespenningen, og med en strømstyrke tilstrekkelig til å underholde pilotlysbuen, hvorunder arbeidsstykket holdes elektrisk nøytralt i forhold til de nevnte elektroder, hvorpå en elektrisk forbindelse etableres mellom hjelpeelektroden og arbeidsstykket, slik at pilotlysbuen overføres til arbeidsstykket, og at deretter en sveiselysbue med full sveise-strømstyrke etableres mellom hovedelektroden og arbeidsstykket.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at etableringen av sveiselysbuen forsinkes en forut bestemt tids-periode, hvorunder den overførte pilotlysbue forsvarmer arbeidsstykket.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at den elektriske forbindelse mellom hjelpeelektroden og arbeidsstykket bibeholdes i en forutbestemt tidslengde etter at sveiselysbuen er blitt avbrutt, hvorved en pilotlysbue til arbeidsstykket gjenopprettes for etteroppvarm-ning av arbeidsstykket.

4. Fremgangsmåte ifølge påstand 3, særlig for punktsveising av arbeidsstykker som består av overlappende metallplater, ved hvilken man plaserer en strimmel av forbruksmetall ovenpå arbeidstykket for å tilsette metall til sveisesmelten, karakterisert ved at den overførte pilotlysbue bibeholdes etterat lysbuen er slukket i en tilstrekkelig tid til å smelte forbruksstrimmelen fullstendig fri fra sveisevorten.

5. Fremgangmåte ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved at et elektrisk potential behol-des på hjelpeelektroden etterat pilotlysbuen er blitt overført til arbeidsstykket og sveiselysbuen er blitt tent, og at etter av-brytelse av sveisestrømmen og borttrek-ning fra arbeidsstykket etableres pilotlysbuen påny mellom hovedelektroden og den nevnte hjelpeelektrode.

6. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, hvor pilotlysbuen dannes mellom en gassbue-sveisningsbrenners sentrale elektrode og en veggdel på det omgivende munnstykke, som er elektrisk isolert fra elektroden, karakterisert ved at pilotlysbuen overføres til arbeidsstykket ved at nevnte munnstykke bringes i direkte kontakt med arbeidsstykket.

7. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge en hvilken som helst av på-standene 1—6, inkluderende en gassbue-sveisebrenner som omfatter en tungtsmelt-bar elektrode anbragt aksialt inne i et gassmunnstykke av metall, elektrisk isolert fra nevnte elektrode, karakterisert ved at munnstykkets innerside er forsynt med i det minste et ringformig trinn hvis diameter er mindre enn diameteren av munnstykkets endeflate.

8. Apparat ifølge påstand 7, karakterisert ved at munnstykket i sin ytterkant er forsynt med i linje anordnede slisser (38) for samvirkning med en forbruksstrimmel anbragt ovenpå arbeidsstykket og med i det minste en sideventilasjonsåpning (37) for bortgang av til munnstykket levert gass, når munnstykkets ytterkant er presset i kontakt med arbeidsstykket.

9. Apparat ifølge påstand 8, karakterisert ved et munnstykkestyreorgan (34) av elektrisk isolerende materiale og forsynt med flere hull (36) for nøyaktig styring av nevnte munnstykkes endedel i kontakt med forbruksstrimmelen og arbeidsstykket på suksessive steder langs arbeidsstykket.