PL236766B1 - Method of welding metal elements using plasma arc welding and MAG welding - Google Patents

Abstract

Sposób spawania elementów metalowych z jednoczesnym zastosowaniem metody spawania plazmowego i spawania metodą MAG, w którym palnik plazmowy prowadzi się wzdłuż ścieżki spawania pod kątem prostym względem powierzchni wierzchniej łączonych elementów (10, 20), a palnik spawalniczy MAG (33) prowadzi się w obecności gazu osłonowego za palnikiem plazmowym (32) pod kątem od 40° do 45° względem powierzchni wierzchniej elementów w odległości od 5 do 12 mm, korzystnie 10 mm, od palnika plazmowego, który to sposób charakteryzuje się tym, że spawanie MAG prowadzi się w osłonie czteroskładnikowego gazu osłonowego zawierającego od 1,2 do 1,8% wodoru (H2), od 18 do 22% helu (He), od 0,4 do 0,6% dwutlenku węgla (CO2) oraz od 75,6 do 80,4% (Ar), a korzystnie 1,5% wodoru (H2), 20,0% helu (He), 0,5% dwutlenku węgla (CO2) oraz 78,0% argonu (Ar).A method of welding metal elements using the simultaneous use of plasma welding and MAG welding, in which the plasma torch is guided along the welding path at a right angle to the surface of the joined elements (10, 20), and the MAG welding torch (33) is guided in the presence of gas shield behind the plasma torch (32) at an angle of 40° to 45° relative to the top surface of the elements at a distance of 5 to 12 mm, preferably 10 mm, from the plasma torch, which is characterized by the fact that MAG welding is carried out in a four-component shield. shielding gas containing from 1.2 to 1.8% hydrogen (H2), from 18 to 22% helium (He), from 0.4 to 0.6% carbon dioxide (CO2) and from 75.6 to 80.4 % (Ar), preferably 1.5% hydrogen (H2), 20.0% helium (He), 0.5% carbon dioxide (CO2) and 78.0% argon (Ar).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób spawania elementów metalowych, w szczególności elementów zbiorników bezciśnieniowych, z zastosowaniem spawania plazmowego i spawania metodą MAG.The subject of the invention is a method of welding metal elements, in particular elements of pressureless tanks, using plasma welding and MAG welding.

Znane są sposoby spawania metali łukiem elektrycznym, w szczególności metodą spawania MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas), która polega na spawaniu elementów metalowych elektrodą topliwą w osłonie gazów obojętnych dla spawania MIG takich jak argon czy hel (mieszanki argonu z helem) lub gazów aktywnych dla spawania MAG takich jak dwutlenek węgla lub jego mieszanina z argonem. W sposobie spawania metodą MIG/MAG łuk elektryczny jarzy się pomiędzy spawanym materiałem a elektrodą w postaci drutu, powodując ich nagrzanie, stopienie się oraz połączenie się ze sobą. Podczas spawania, łuk i jeziorko ciekłego metalu są chronione strumieniem gazu, obojętnego lub aktywnego, przed gazami zawartymi w powietrzu, azotem i tlenem, ponieważ gazy te mogą spowodować wady spawu takie jak porowatość, kruchość. Przy odpowiednim dobraniu drutu elektrodowego oraz gazów osłonowych, metoda spawania MIG/MAG może być zastosowana do spawania większości materiałów metalowych.There are known methods of welding metals with an electric arc, in particular the MIG / MAG welding method (Metal Inert Gas / Metal Active Gas), which consists in welding metal elements with a consumable electrode in a shield of inert gases for MIG welding, such as argon or helium (argon and helium mixtures). ) or active gases for MAG welding such as carbon dioxide or its mixture with argon. In the MIG / MAG welding method, the electric arc glows between the material to be welded and the wire electrode, causing them to heat up, fuse and bond with each other. During welding, the arc and the molten metal pool are protected against airborne gases, nitrogen and oxygen by a stream of gas, nitrogen and oxygen, as these gases can cause weld defects such as porosity, brittleness. With the appropriate selection of the electrode wire and shielding gases, the MIG / MAG welding method can be used to weld most metal materials.

Inną metodą spawania metali łukiem elektrycznym jest metoda spawania plazmowego, w której ogniskowany łuk elektryczny powstaje pomiędzy nietopliwą elektrodą zwykle wykonaną z wolframu, a spawanym materiałem. Gaz plazmowy (zjonizowany strumień o wysokiej temperaturze) przepływając przez dyszę otacza elektrodę wolframową i tworzy słup łuku plazmowego. Podczas spawania gaz osłonowy chroni jeziorko ciekłego metalu przed gazami zawartymi w powietrzu. Jedną z zalet spawania plazmowego jest wysoka koncentracja energii, dzięki czemu możliwa jest wąska oraz głęboka penetracja spawanego materiału.Another method of electric arc welding of metals is the plasma welding method in which a focused electric arc is formed between a non-consumable electrode usually made of tungsten and the material being welded. Plasma gas (ionized high temperature jet) flowing through the nozzle surrounds the tungsten electrode and forms a plasma arc column. During welding, the shielding gas protects the molten metal pool from gases in the air. One of the advantages of plasma welding is the high concentration of energy, thanks to which a narrow and deep penetration of the welded material is possible.

Znane są również sposoby spawania metali, w których dla utworzenia spawu jednocześnie wykorzystuje się metodę spawania plazmowego oraz metodę spawania MIG. Przykładowo amerykański dokument patentowy US6693252B2 przedstawia sposób spawania plazmowego oraz spawania MIG, w którym palnik plazmowy jest prowadzony, wzdłuż tworzonego spawu, przed palnikiem spawalniczym MIG. Korzystnie palniki są prowadzone w stałej odległości od siebie. Dzięki jednoczesnemu zastosowaniu spawania plazmowego oraz spawania MIG możliwe jest osiągnięcie większych prędkości spawania przy zachowaniu należytej precyzji i stosunkowo niskich kosztów procesu.There are also methods of welding metals, in which the plasma welding method and the MIG welding method are used simultaneously to create a weld. For example, US patent US6693252B2 discloses a plasma welding and MIG welding method in which the plasma torch is guided along the weld being formed in front of the MIG welding torch. Preferably, the burners are guided at a constant distance from each other. Thanks to the simultaneous use of plasma welding and MIG welding, it is possible to achieve higher welding speeds while maintaining appropriate precision and relatively low process costs.

Celowym byłoby opracowanie sposobu spawania elementów metalowych z zastosowaniem spawania plazmowego i spawania metodą MAG, który umożliwiałby uzyskanie lepszych parametrów spoiny przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii.It would be advisable to develop a method of welding metal elements using plasma welding and MAG welding, which would allow to obtain better weld parameters while reducing energy consumption.

Przedmiotem wynalazku jest sposób spawania elementów metalowych z jednoczesnym zastosowaniem metody spawania plazmowego i spawania metodą MAG, w którym palnik plazmowy prowadzi się wzdłuż ścieżki spawania pod kątem prostym względem powierzchni wierzchniej łączonych elementów, a palnik spawalniczy MAG prowadzi się w obecności gazu osłonowego za palnikiem plazmowym pod kątem od 40° do 45° względem powierzchni wierzchniej elementów w odległości od 5 do 12 mm, korzystnie 10 mm, od palnika plazmowego, który to sposób charakteryzuje się tym, że spawanie MAG prowadzi się w osłonie czteroskładnikowego gazu osłonowego zawierającego od 1,2 do 1,8% wodoru (H2), od 18 do 22% helu (He), od 0,4 do 0,6% dwutlenku węgla (CO2) oraz od 75,6 do 80,4% (Ar), a korzystnie 1,5% wodoru (H2), 20,0% helu (He), 0,5% dwutlenku węgla (CO2) oraz 78,0% argonu (Ar).The subject of the invention is a method of welding metal elements with the simultaneous use of the plasma welding method and MAG welding, in which the plasma torch is led along the welding path at right angles to the surface of the joined elements, and the MAG welding torch is carried out in the presence of shielding gas behind the plasma torch under an angle of 40 ° to 45 ° to the surface of the elements at a distance of 5 to 12 mm, preferably 10 mm, from the plasma torch, the method characterized in that MAG welding is carried out in a shield of a four-component shielding gas containing from 1.2 to 1.8% hydrogen (H2), 18 to 22% helium (He), 0.4 to 0.6% carbon dioxide (CO2), and 75.6 to 80.4% (Ar), preferably 1 , 5% hydrogen (H2), 20.0% helium (He), 0.5% carbon dioxide (CO2) and 78.0% argon (Ar).

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schematycznie proces spawania;The subject of the invention has been shown in an embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows schematically the welding process;

Fig. 1 przedstawia schematycznie przebieg procesu spawania łukiem elektrycznym elementów metalowych z wykorzystaniem metody spawania plazmowego oraz metody spawania MAG. Przed rozpoczęciem procesu spawania elementy łączone 10, 20 (przeważnie w formie arkuszy blach) są ustawiane tak, aby ich powierzchnie czołowe przylegały do siebie na styk. Możliwe jest też wstępne połączenie elementów 10, 20 w celu ich unieruchomienia za pomocą spoin szczepnych. Docelowy spaw 30 przebiega wzdłuż krawędzi styku 31 łączonych elementów 10, 20. Spawanie wykonywane jest jednocześnie za pomocą palnika plazmowego 32, który jest prowadzony wzdłuż tworzonego spawu 30, oraz za pomocą palnika spawalniczego MAG 33, który jest prowadzony za palnikiem plazmowym 32. Korzystnie palniki 32, 33 są prowadzone w stałej odległości od siebie równej od 5 do 12 mm, korzystnie 10 mm, przy czym palnik plazmowy 32 jest skierowany pod kątem prostym względem powierzchni wierzchniej 11, 21 elementów 10, 20 a palnik spawalniczy MAG jest nachylony pod kątem od 40° do 45° względem powierzchni wierzchniej 11, 12 elementów 10, 20. Podczas spawania łuk plazmowy przetapia łączone elementy 10, 20 (blachy) bez materiału dodatkowego tworząc jeziorko spawalnicze, doFig. 1 shows schematically the process of electric arc welding of metal elements using the plasma welding method and the MAG welding method. Before starting the welding process, the parts to be joined 10, 20 (usually in the form of sheet metal) are positioned so that their end faces are abutting. It is also possible to pre-connect the elements 10, 20 for their immobilization by means of tack joints. The target weld 30 runs along the contact edge 31 of the elements 10, 20 to be joined. The welding is performed simultaneously by means of a plasma torch 32, which is guided along the weld 30 being formed, and by means of a MAG 33 welding torch, which is guided after the plasma torch 32. Preferably, the torches are 32, 33 are guided at a constant distance from each other equal to 5 to 12 mm, preferably 10 mm, the plasma torch 32 is directed at right angles to the face 11, 21 of the elements 10, 20 and the MAG welding torch is inclined at an angle from 40 ° to 45 ° in relation to the surface 11, 12 elements 10, 20. During welding, the plasma arc melts the joined elements 10, 20 (sheets) without any additional material, creating a weld pool, for

PL 236 766 B1 którego w metodzie spawania MAG wprowadza się drut spawalniczy. W efekcie elementy 10, 20 (blachy) łączy się w połączeniu doczołowym za pomocą spawania plazmowego, podczas gdy lico spawu (spoiny) formowane jest za pomocą metody spawania MAG w osłonie gazów.A welding wire is introduced in the MAG welding method. As a result, the elements 10, 20 (plates) are joined in a butt joint by plasma welding, while the weld face (welds) is formed by the gas-shielded MAG welding method.

Do spawania plazmowego wykorzystuje się gazy: argon, hel lub ich mieszaninę, zgodnie ze znaną technologią.The following gases are used for plasma welding: argon, helium or their mixture, according to known technology.

Mieszanina gazów osłonowych do spawania MAG składa się z czterech gazów: wodoru (H2), helu (He), dwutlenku węgla (CO2) oraz argonu (Ar) w ilościach od 1,2 do 1,8% H2, od 18 do 22% He, od 0,4 do 0,6% CO2 oraz od 75,6 do 80,4% Ar. Korzystnie, stosuje się mieszaninę o składzie: 1,5% H2, 20,0% He, 0,5% CO2 oraz 78,0% Ar. Korzyści wynikające z zastosowanie takiej czteroskładnikowej mieszaniny gazów osłonowych dla palnika spawalniczego MAG prowadzonego za palnikiem plazmowym to najbardziej optymalna jakość spoiny, brak wklęsłego lica, mała strefa wpływu ciepła.The mixture of shielding gases for MAG welding consists of four gases: hydrogen (H2), helium (He), carbon dioxide (CO2) and argon (Ar) in amounts from 1.2 to 1.8% of H2, from 18 to 22% He, from 0.4 to 0.6% CO2, and from 75.6 to 80.4% Ar. Preferably, a mixture of 1.5% H2, 20.0% He, 0.5% CO2 and 78.0% Ar is used. The advantages of using such a four-component shielding gas mixture for a MAG welding torch following the plasma torch are the most optimal weld quality, no concave face, and a small heat-affected zone.

Proces spawania prowadzony jest z prędkością spawania równą około 2,5 mm/s. Drut elektrodowy wykorzystany w metodzie MAG ma średnicę od 0,8 do 1,2 mm i jest dobrany odpowiednio do spawanego materiału.The welding process is carried out at a welding speed of approximately 2.5 mm / s. The electrode wire used in the MAG method has a diameter of 0.8 to 1.2 mm and is selected according to the material to be welded.

Przykładowo, przedstawiony sposób spawania może być wykorzystany do łączenia carg zbiorników. W przypadku zbiornika wykonanego z blachy o grubości do 10 mm, połączenie spawane carg zbiornika otrzymuje się przy pojedynczym przejściu palnika plazmowego oraz palnika spawalniczego MAG w wyniku czego odkształcenia spawalnicze jak również strefa wpływu ciepła są stosunkowo małe w porównaniu z zastosowaniem jedynie metody MIG/MAG przy spawaniu wielościegowym.For example, the illustrated welding method can be used to join the shells of tanks. In the case of a tank made of sheet metal with a thickness of up to 10 mm, the welded connection of the tank shell is obtained with a single pass of the plasma torch and the MAG welding torch, as a result of which the welding deformations as well as the heat-affected zone are relatively small compared to the use of the MIG / MAG method only with stitch welding.

Dzięki zastosowaniu jednocześnie dwóch metod spawania, na skutek spawania plazmowego otrzymuje się pełen przetop, bez potrzeby ukosowania krawędzi łączonych elementów, oraz na skutek spawania metodą MAG w określonej powyżej mieszaninie gazów otrzymuje się gładkie lico spoiny.Thanks to the simultaneous use of two welding methods, plasma welding produces a full penetration without the need to chamfer the edges of the joined elements, and as a result of MAG welding in the gas mixture specified above, a smooth weld face is obtained.

Rozwiązanie pozwala na uzyskanie większych prędkości spawania co wpływa na zmniejszenie zużycia drutu spawalniczego oraz zmniejszenie ilości wprowadzonego ciepła, dzięki czemu uzyskana spoina jest jednolita i ma większą wytrzymałość.The solution allows for higher welding speeds, which reduces the consumption of welding wire and reduces the amount of heat introduced, thanks to which the obtained weld is uniform and has greater strength.

Formowanie lica spoiny z zastosowaniem czteroskładnikowej mieszanki gazowej wpływa na zmniejszenie zużycia energii w procesie oraz pozwala na zmniejszenie ilości gazów spawalniczych wpływających negatywnie na zanieczyszczenie atmosfery.Forming the weld face with the use of a four-component gas mixture reduces energy consumption in the process and reduces the amount of welding gases that have a negative impact on the pollution of the atmosphere.

Claims (1)

Zastrzeżenie patentowePatent claim 1. Sposób spawania elementów metalowych z jednoczesnym zastosowaniem metody spawania plazmowego i spawania metodą MAG, w którym palnik plazmowy prowadzi się wzdłuż ścieżki spawania pod kątem prostym względem powierzchni wierzchniej łączonych elementów, a palnik spawalniczy MAG prowadzi się w obecności gazu osłonowego za palnikiem plazmowym pod kątem od 40° do 45° względem powierzchni wierzchniej elementów w odległości od 5 do 12 mm, korzystnie 10 mm, od palnika plazmowego, który to sposób jest znamienny tym, że spawanie MAG prowadzi się w osłonie czteroskładnikowego gazu osłonowego zawierającego od 1,2 do 1,8% wodoru (H2), od 18 do 22% helu (He), od 0,4 do 0,6% dwutlenku węgla (CO2) oraz od 75,6 do 80,4% (Ar), a korzystnie 1,5% wodoru (H2), 20,0% helu (He), 0,5% dwutlenku węgla (CO2) oraz 78,0% argonu (Ar).1. A method of welding metal elements with the simultaneous use of the plasma welding method and MAG welding, in which the plasma torch is led along the welding path at right angles to the surface of the joined elements, and the MAG welding torch is carried out in the presence of shielding gas behind the plasma torch at an angle from 40 ° to 45 ° in relation to the surface of the elements at a distance of 5 to 12 mm, preferably 10 mm, from the plasma torch, the method characterized in that MAG welding is carried out in a shield of a four-component shielding gas containing from 1.2 to 1 8% hydrogen (H2), 18 to 22% helium (He), 0.4 to 0.6% carbon dioxide (CO2), and 75.6 to 80.4% (Ar), and preferably 1, 5% hydrogen (H2), 20.0% helium (He), 0.5% carbon dioxide (CO2) and 78.0% argon (Ar).