SE442095B - Forfarande for plasma-mig-svetsning samt svetsbrennare for utforande av nemnda forfarande - Google Patents

Description

7SÛ462ïf6 I 2 den förbrukbara elektroden stimuleras kraftigt öch dels att värmeöverföringen till arbetsstycket ökar. De genom förfarandet uppnådda fördelarna kommer att beskrivas mera ingående i det följande.

Strömstyrkan för svetsströmmen genom den förbrukbara elektroden bortom vilken materialöverföringen övergår från droppvis överföring till sprutöverföring, blir väsentligt begränsad, t.ex. från 160 A till 100 A, för en förbrukbar elektrod av aluminiumtråd med diametern 1,2 mm. Detta leder till en betydande förbättring av materialöverföringen vid låga strömstyrkor genom den förbrukbara elektroden, d.v.s. kraftigare utkastning av mindre droppar. Detta är av grundläggande betydelse vid svetsning "på stället". Exempelvis i fallet med svetsning av vertikalt anordnade plåtar bör svetsströmmen genom den förbrukbara elektroden ej vara alltför stor ef- tersom i så fall smältan blir alltför varm och alltför stor och rinner bort.

Dropparna uppvärmes under en kortare tidsperiod och den förbrukbara elektroden deponeras snabbare eftersom en del av den energi som annars medför överhettning nu i stället utnyttjas för smältning av den förbrukbara elektroden. Då exempelvis alumi- niumtråd svetsas med hjälp av nämnda kända förfarande, så blir överhettningen mycket stor. Vid en strömstyrka av 160 A genom den förbrukbara elektroden har en dropptem- peratur på 170006 uppmätta. Detta innebär en överhettning som är större än 10000. Experiment med förfarandet enligt uppfinningen har påvisat en ökning av deponeringshastígheten för den förbrukbara elektroden med 40% per ampere tillförd genom strömkällan för den förbrukbara elektroden i jämförelse med det kända förfa- randet. För svetsning av aluminiumarbetsstycken är dessutom en jämförelsevis låg temperatur hos dropparna särskilt fördelaktig eftersom en mindre mängd väte absorbe- ras från den omgivande atmosfären i svetsbågen, vilket medför minskad porbildning i svetsfbgen jämfört med det kända förfarandet. _ Av ovanstående torde framgå att förfarandet enligt uppfinningen erbjuder föl- jande fördelar jämfört med det kända förfarandet och alltefter de praktiska förut- sättningarna: ökad deponeringshastighet för den förbrukbara elektroden vid en given svetsström, varigenom svetsgapet kan utfyllas snabbare med samma värmetillförsel; eller också deponering av en given mängd svetsmetall vid en lägre strömstyrka genom den förbrukbara elektroden och sålunda medförande en lägre temperatur hos smältan, vilket är speciellt fördelaktigt i fallet med svetsning "på stället", alternativt en kombination av båda dessa möjligheter, varvid självklart mellanliggande värden er- hâlles vad gäller deponeringshastigheten, strömstyrkan och temperaturen hos smältan.

Genom det ökade trycket från gasplasmat med högre flödeshastighet uppnås en ökning av värmeöverföringen från det varma gasplasmat till smältzonen i arbetsstyc- ket. En del av denna ökning av värmeöverföringen erhålles eftersom den smälta metallen blåses bort av gasplasmat, varigenom den fasta bottnen av svetsgropen Perenner-är* kn! 73Û462í"6 exponeras. Därtill kommer att värmeöverföringen från ett snabbflytande gasplama är större än från ett mera långsamt flytande gasplasma. Detta medför förbättrad in- trängning i arbetsstycket vilket är till fördel då man vill uppnå en jämn svetsfog.

Man har även funnit att, trots sammandragningen av skyddsgasmanteln, skyddet av plasmapelaren genom skyddsgasen bibehålles på hög nivå. Detta utgör en synnerligen fördelaktig sidoeffekt som är särskilt av betydelse vid svetsning av aluminium, var- vid skydd av smältgrop mot inblandning av luft uppnås, vilket har visat sig ända- målsenligt i praktiken. Vid svetsning av andra material, kan extra gasskydd utnytt- jas om så behövs.

Trots att en bestämd mängd svetsmetall med lägre temperatur deponeras vid en lägre strömstyrka genom den förbrukbara elektroden, varav följer att smältgropen blir mindre, så uppnås förbättrad inträngning i arbetsstycket. Dessutom uppnås en fördelaktig droppvis överföring. Speciellt vid svetsning "på stället" uppnås en be- tydelsefull förbättring. På grund av den nödvändigtvis låga strömstyrkan genom den förbrukbara elektroden så blir smältningen av arbetsstycket vid förut kända svets- förfaranden ofta marginell, vilket medför att defekter i sammanfogningen kan inträf- fa.

Det framhållas att sammandragning av ett gasplasma i sig är känt från GB pa- tentskriften 845410. Därvid begränsas emellertid gasplasmat direkt genom en förmins- kad plasmaöppníng, medan förekommande skyddsgas tillföres separat och är av annan sammansättning än plasmagasen och ej sammandrages eftersom den förbrukbara elektro- den dessutom införes från sidan i gasplasmat kan de ovan beskrivna fördelarna och verkningarna speciellt vad beträffar den förbrukbara elektroden ej eller endast del- vis uppnås.

Arbetsstycken svetsade genom förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas av en jämförelsevis smal svetssträng, jämförelsevis djup inträngníng och frånvaro av porer i svetsfogen.

Uppfinningen avser därutöver en svetsbrännare för utförande av förfarandet en- ligt uppfinningen, vilken brännare innefattar ett hölje med ett munstycke försett med en plasmamynning, ett gasinlopp, ett kontaktrör i höljet samt en gasledare med en utgångsöppning, varvid munstycket består av en central elektrodring som är kopp- lad till höljet genom radiellt löpande stavar, vilka bildar mellanliggande gasflö- deskanaler. En svetsbrännare av detta slag är känd från nämnda patentansökning nr 7801007-1, medan svetsbrännaren enligt uppfinningen uppvisar särdragen att tvär- snittsytan av utgångsöppningen är mindre än den sammanlagda tvärsnittsytan av gas- flödeskanalerna och plasmamynningen i munstycket. Denna svetsbrännare medför en kraftig sammandragning av skyddsgasmanteln och plasmapelaren, varigenom uppnås en acceleration av gasplasmat vid dess passage genom utgångsöppningen. Svetsbrännaren enligt uppfinningen är enkel, liten och oöm samt lämpar sig väl för helt eller del- PGGR QUALITY' 7804621-*6 vis automatiserad svetsning liksom för användning som manuell svetsbrännare.

Den beskrivna svetsbrännaren är ändamålsenlig för att uppnå en sammandragnings- effekt och sålunda acceleration av gasplasmat men detta endast om en bestämd minsta gasmängd tillföras svetsbrännaren. Eftersom förhållandet mellan utgångsöppningens tvärsnittsyta och den sammanlagda tvärsnittsytan av plasmamynningen och gasflödeska- nalerna är mindre än 1/1,3 och större än 1/4 i ett föredraget utföringsexempel på svetsbrännaren enligt uppfinningen, så erhålles under alla förhållanden en samman- dragande effekt och följaktligen acceleration av gasplasmat.

Ett ytterligare föredraget utföringsexempel på svetsbrännaren enligt uppfin- ningen är kännetecknat av att tvärsnittsytan av utloppsöppningen är lika med eller mindre än tvärsnittsytan av plasmamynningen. Detta medför att sammandragningseffek- ten hos utloppsöppningen och accelerationen av gasplasmat kan påverkas genom varia- tion av den per tidsenhet tillförda gasmängden till svetsbrännaren.

Vid användning av den från ovan nämnda US patentskrift 4016397 kända svetsbrän- naren tillföras i praktiken gasmängder varierande från 15 till 40 1/min. Vid till- försel av sådana gasmängder åstadkommes optimal sammandragning och acceleration av gasplasmat i ett ytterligare föredraget utföringsexempel på svetsbrännaren enligt uppfinningen, där plasmamynningen och utgångsöppningen har ett cirkulärt tvärsnitt, och där utloppsöppningen och plasmamynningen båda har en diameter lika med minst 6 mm och ej större än 12 mm.

Ett utföringsexempel på uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det följan- de under hänvisning till ritningarna, där: fig_l visar ett schematiskt tvärsnitt genom en svetsbrännare enligt uppfinningen;_fig_§ visar ett tvärsnitt genom svets- brännaren längs linjen II-II i fig 1.

Svetsbrännaren 1 i fig 1 och 2 innefattar ett hölje 3 med ett munstycke 5 och ett gasinlopp 7. I höljet 3 finns ett kontaktrör 9 för strömtillförsel till och styrning av en svetstråd 9 som skall deponeras. Kontaktröret 9 är isolerat från höl- jet 3 genom en isolerande ring 13. Munstycket 5 består av en central elektrodring 15 försedd med en plasmamynning 16 och fungerande som icke-förbrukbar elektrod för plasmabågen, en bärare 17 som fungerar som värmesänka samt ett antal radiellt rikta- de stänger19 som företrädesvis är regelbundet fördelade utmed elektrodríngens 15 omkrets på spindelliknande sätt och anordnade att förbinda elektrodringen 15 med bäraren 17.

Bäraren 17 är mekaniskt, termiskt och elektriskt förbunden med höljet 3 genom skruvförbindningen 21. Munstycket 5 är omgivet av en väsentligen cylinderformad gas- ledare 23 som är isolerad från höljet 3 genom en ring 25 av ett syntetiskt material ' och somlär”anordnad“att med viss avståndstolerans omge bäraren 17. En kylvattenman- tel 27 är bildad mellan šasledaren 23 och bäraren 17, varvid denna mantel är tätad med hjälp av tätningsringar 29, vilka också åstadkommer elektrisk isolering av gas- 5 7304621-6 ledaren 23 från höljet 3. Kylvattenmanteln 27 står i förbindelse med anslutningar (ej visade) för till~ och bortförsel av kylvatten. Gasledaren 23 har en generellt konformad ände 31 som är försedd med en utgångsöppning 32 och som i axiell riktning betraktat har utsträckning nedanför elektrodringen 15. Svetstråden 11 tillföras med hjälp av transportrullargg som drives genom en motor 35 med variabel hastighet.

Kontaktröret 9 är försett med en anslutningsklämma 37 för elektrisk anslutning till en av polerna hos en första spänningskälla 39 vars andra pol anslutes till ett ar- betsstyoke W; Elektrodringen 15 är genom stavarna 19, bäraren VL höljet 3 och en anslutningsklämma 41 pâ höljet 3 ansluten till ena polen hos en andra spänningskälla 43 vars andra pol likaså anslutas till arbetsstycket W.

För svetsning av arbetsstycket W tillföres ett gasflöde G via gasinloppet 7, vilken gas flyter genom höljet 3 i riktning mot munstycket 5. Samtidigt frammatas svetstråden 11 och en MIG-båge M alstras mellan svetstråden 11 och arbetsstycket W, exempelvis genom att svetstråden bringas i kontakt med arbetsstycket. En plasmabåge mellan elektrodringen 15 och arbetsstyoket W bildas spontant genom MIG-bågen. I mun- stycket 5 uppdelas gasflödet G i två delflöden genom elektrodringen 15 och stavarna 19, d.v.s. en central gaspelare som flyter genom plasmamynningen och som efter bil- dandet av plasmabågen mellan elektrodringen 15 och arbetsstycket W, joniseras till att bilda gasplasmat P, samt en mantel S av förhållandevis sval, icke-joniserad skyddsgas som flyter genom gasflödeskanalerna 20 mellan stavaran 19 och omger gas- plasmat P, Stavarna 19, genom vilka strömmen tillföres elektrodringen 15, avleder även värme från elektrodringen 15 till bäraren 17, som fungerar som värmesänka.

Enligt uppfinningen är tvärsnittsytan av utgångsöppningen 32 mindre än den sam- manlagda tvärsnittsytan av gasflödeskanalerna 20 och plasmamynningen 16. Fëreträdes- vis är utgångsöppningens 32 tvärsnittsyta lika med eller mindre än plasmamynningens tvärsnittsyta.

Försök utförda med hjälp av en svetsbrännare i vilken utgångsöppningen och plasmamynningen hade ett cirkulärt tvärsnitt och där de ovan nämnda kvotvärdena var uppfyllda gav utomordentliga resultat vid diametermått hos plasmamynningen och ut- loppsöppningen liggande mellan 6 mm och 12 mm. Vid svetsning av aluminium och alumi- niumlegeringar utnyttjade som gas argon och blandningar av argon och helium, medan vid svetsning av stål blandningar av argon och C02 eller syre kom till användning.

De tillförda gasmängderna varierade från 15 till 40 l/min. å ï¿=\¿¿hfiñi

Claims (5)

1. 'den förbrukbara elektroden och MIG-bågen och en mantel av skyddsgas av nämn- 780462l-6 -- ._ - e Patentkrav l. Förfarande för plasma-MlG-svetsning, varvid en en MIG-båge upprätt- hålls mellan en förbrukbar elektrod och ett arbetsstycke i ett gasplasma som omges av en skyddsgas och som alstras genom en plasmabåge mellan ett ringformigt munstycke som tjänar som en ej förbrukbar plasma-elektrod och arbetsstycket, varvid en gas med samma sammansättning utnyttjas både som plasmagas och som skyddsgas, och varvid gasen tillförs som ett gemensamt gas- Flöde, vilket uppdelas till en mittpelare av plasmabildande gas som omger da plasmaelektrod, k ä n n e t e c k n a t av att gasplasmans flödeshastig- het ökas genom sammandragning av skyddsgasen och därigenom gasplasmat i flö- desriktningen efter den icke förbrukbara elektroden.
2. 2. Svetsbrännare för utförande av förfarandet enligt patentkravet 1, vii- ; ken innefattar ett hölje med ett munstycke som har en plasmamynning, ett gas- inlopp, ett kontaktrör i höljet samt en gasledare försedd med en utgångsöpp- ning, varvid munstycket består av en central elektrodring som är kopplad till höljet genom radiellt löpande stavar, vilka bildar mellanliggande gasflödes- kanaler, k ä n n e t e c k n a d av att tvärsnittsytan av utgångsöppningen (32) är mindre än den sammanlagda tvärsnittsytan av gasflödeskanalerna (20) och plasmamYhningen (16) i munstycket (5).
3. 3. Svetsbrännare enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att förhållandet mellan den Fria tvärsnittsytan av utgångsöppningen (32) och den sammanlagda tvärsnittsytan av plasmamynningen och gasflödeskanalerna (20) är mindre än l:l,3 och större än lzb. Ä.
4. Svetsbrännare enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att tvärsnittsytan av utgångsöppningen (32) är lika med eller mindre än tvärsnittsytan av plasmamynningen (16).
5. 5. Svetsbrännare enligt patentkravet Ä, i vilken plasmamynningen och utlopps- öppningen har ett cirkulärt tvärsnitt, k ä n n e t e c k n a d av att utgångs- öppningen (32) och plasmamynningen (16) uppvisar en diameter av åtminstone 6 mm och högst 12 mm. _ _ Y ' øïfäïfi; .få l Xav* " av u~\ b' . \ }r växt'