(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 817 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. B23K 3/38 (06.01) B23K 1/19 (06.01) B23K 9/16 (06.01) B23K 9/23 (06.01) B23K 3/14 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato (30) Prioritet , DE, (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver Linde AG, Klosterhofstrasse 1, München, DE-Tyskland (72) Oppfinner Ammann, Thomas, Boschetsrieder Strasse 8a, München, DE-Tyskland (74) Fullmektig Tandbergs Patentkontor AS, Postboks 170 Vika, 0118 OSLO, Norge (4) Benevnelse Fremgangsmåte for lysbuefuging (6) Anførte publikasjoner EP-A EP-A EP-A EP-A EP-A EP-A

2

3 1 Beskrivelse Teknisk område [0001] Den foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for lysbuefuging ifølge den generiske delen av krav Teknikkens stand [0002] Lysbuefuging under dekkgass er en hyppig benyttet sammenføyingsteknikk som nærmere bestemt omfatter lysbuesveising og lysbuelodding. En lysbuefugingsteknikk som anvendes i metallbearbeidende industri for sammenføying av titan er M[etall-]I[nert] G[ass]-fuging, nærmere bestemt M[etall-]I[nert] G[ass]-sveising og/eller M[etall-]I[nert] G[ass]-lodding, se for eksempel dokumentene "Wired for sound results... pulsed MIG welding of titanium", offentliggjort av The Welding Institute (TWI) i TWI-Bulletin januar 06, side 8 til 12, og "Gas Metal Arc Pulse Robotic Welding of a Titanium Ballistic Hull for the US Army Composite Armored Vehicle Integrated Hybrid Structure Program" av Matthew Hummers og Stephen Luckowski i forbindelse med FABTECH International & AWS Welding Show 03, Chicago, USA. [0003] Ved metall-inert gass-fuging, nærmere bestemt ved metall-inert gass-sveising, brenner en lysbue mellom smelteelektroden og arbeidsstykket. Overgangen av materiale fra elektroden til arbeidsstykket avhenger av reguleringen av sveisestrømmen. Man skiller mellom fire store grupper, nemlig sveising med likestrøm, sveising med pulsert strøm, sveising med vekselstrøm og sveising med kortslutning, hvor det brenner en kortlysbue. Disse sveisefremgangsmåtene skiller seg vesentlig fra hverandre når det gjelder forholdet til prosesstabilitet, innbrenning, poredannelse og porehyppighet, oksidasjonssensitivitet, flyteevne av smelten og lysbuestabilitet. Nærmere bestemt viser disse forskjellene seg når sveiseprosessen må forbedres og optimaliseres med hensyn til sveisehurtighet, bruk av tilleggsmaterialer og/eller kvalitet. [0004] Den foretrukne fremgangsmåten for fuging, nærmere bestemt for sveising og/eller lodding, av titan er W[olfram-]I[nert]G[ass]-fuging. [000] For MIG-fuging av de forskjelligste materialer anvendes vanligvis en dekkgass som i tillegg til en inert basis av argon eller helium inneholder små mengder av aktive gasser, for eksempel oksygen (O 2 ) eller karbondioksid (CO 2 ). Inertgassen, for eksempel en edelgass(blanding) av argon og/eller av helium, beskytter det flytende metallet under lysbuen mot oksidasjon. Andelen av aktiv gass sørger blant annet for en høy lysbuestabilitet, god innbrenning og lav overflatespenning for smelten. [0006] For eksempel tilbyr firmaet Linde AG en dekkgassblanding av argon med 0,03 volumprosent (% (vol/vol)) oksygen for metall-inertgass-sveising (MIG-sveising)

4 under varenavnet VARIGON S (se f.eks. dokumentet "Leistung durch Innovation und Kompetenz. Die Linde Schweissschutzgase", utgitt av firmaet Linde AG, bestillingsnr , Au). [0007] Doping av inert argon med en liten andel av en aktiv bestanddel stabiliserer lysbuen, noe som har positiv virkning på sveiseresultatet og nærmere bestemt fører til et forbedret utseende av sømmen, en jevnere avflaking i sømmen og mindre spruting. [0008] Videre tilbyr firmaet Linde AG en dekkgassblanding av argon med 30 % (vol/vol) helium og 0,03 % (vol/vol) oksygen for MIG-sveising av aluminiumlegeringer under merkenavnet VARIGO He30S (se for eksempel dokumentet "Leistung durch Innovation und Kompetenz. Die Linde Schweissschutzgase", utgitt av firmaet Linde AG, bestillingsnr , Au). Grunnet andelen av helium blir lysbuen varmere, bredere og stabilere, noe som spesielt forenkler MIG-sveising av tykk-tynn-forbindelser, for eksempel av en metallplate med tykkelse tilnærmet tre millimeter til en blikkplate med tykkelse tilnærmet åtte millimeter. [0009] Videre kjennes innen teknikkens stand fra publikasjonen EP A1 tilførsel av en dekkgassblanding av argon og/eller av helium med en andel fra 0,01 volumprosent (% (vol/vol)) til 0,7 % (vol/vol) av oksygen eller karbondioksid ved dekkgass-lysbuesveising av aluminiummaterialer og aluminiumlegeringer. [00] For M[etall-]A[ktiv]G[ass]-sveising av korrosjonsstabile ståltyper (se publikasjonen EP A1 innen teknikkens stand), for eksempel av nikkelbaserte materialer, tilbyr firmaet Linde AG en dekkgassblanding av argon med 30 % (vol/vol) helium, 2 % (vol/vol) hydrogen og 0,0 % (vol/vol) karbondioksid (se for eksempel dokumentet "Leistung durch Innovation und Kompetenz. Die Linde Schweissschutzgase", utgitt av firmaet Linde AG, bestillingsnr , Au). Andelen av helium fører både til forbedrede flyteforhold og til et forbedret utseende av sømmen, mens den tydelig reduserte andelen av karbondioksid sammenlignet med vanlige dekkgasser for rustfritt stål gjør at materialets korrosjonsmotstandsevne bevares. [0011] I tillegg er det innen teknikkens stand kjent fra publikasjonen EP A1 å tilføre en dekkgass dopet med karbondioksid og/eller oksygen ved dekkgass-lysbuesveising av korrosjonsbestandig stål, nærmere bestemt av nikkelmaterialer. [0012] Videre kjenner man fra EP en fremgangsmåte for metall-dekkgassfuging med skiftende polaritet i hvilken en dekkgass dopet med karbondioksid, oksygen, nitrogen, nitrogenmonoksid og/eller dinitrogenoksid anbefales. [0013] Titan regnes imidlertid som svært følsomt overfor aktive gasskomponenter som oksygen, nitrogen eller hydrogen ved fuging, derfor anbefales vanligvis utelukkende inertgasser for fuging av titan (se for eksempel publikasjonen EP A1 innen teknikkens stand). Også i den tyske standard DIN EN 439, som angir dekkgasser for lysbuesveising og skjæring, forlanges en spesiell renhet for titan.

5 [0014] Fuging av titan skjer således ifølge teknikkens stand ved hjelp av fremgangsmåten for metall-inertgass-fuging, altså metall-dekkgass-fuging med inertgasser som argon, helium eller argon-helium-blandinger. [001] For å oppnå forbedringer i materialovergangen samt i de andre sveiseegenskapene ved metall-inertgass-fuging foreslås det i publikasjonen EP B1 innen teknikkens stand å anrike overflaten til titan-tilsatstråden med oksygen dersom det anvendes en smelteelektrode av titan, for eksempel en titansveisetråd. Dette krever imidlertid tilveiebringelse av en separat oksygentilførsel til smelteelektroden, noe som er innsatskrevende og derfor dyrt. Beskrivelse av den foreliggende oppfinnelse: oppgave, løsning, fordeler [0016] Med utgangspunkt i de ovenfor beskrevne ulempene og manglene og ved vurdering av den skisserte teknikkens stand ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelse oppgaven å videreutvikle en fremgangsmåte av den allerede nevnte type slik at den muliggjør en prosess-sikker fuging. [0017] Denne oppgaven løses ved hjelp av en fremgangsmåte med de særpreg som er angitt i krav 1. En fordelaktig utførelse og en hensiktsmessig videreutvikling er karakterisert i underkravet. [0018] Til tross for den ifølge teknikkens stand foreliggende fordom når det gjelder den utpregede følsomheten av titan overfor ikke-inerte gasskomponenter foreslår den foreliggende oppfinnelse å tilføre minst én inertgass med en aktiv andel eller minst én inertgassblanding med en aktiv andel ved lysbuefuging av titan. Den aktive andelen er en doping med oksygen (O 2 ). Som inertgass tilføres argon (Ar) og/eller helium (He). [0019] Følgelig er den foreliggende oppfinnelse basert på å tilføre dekkgass med en aktiv andel ved lysbuefuging, nærmere bestemt ved metall-dekkgass-sveising (MIGsveising) av titan, selv om den kjente karakteristiske sensitiviteten av titan overfor ikke-inerte gasskomponenter ikke ubetinget ser ut til å tilråde bruk av en slik gass. [00] Det viser seg overraskende at tilførsel av en dekkgassblanding av inertgass og aktiv gass ved lysbuefuging av titan og/eller titanlegeringer ikke fører til sprøhet i sammenføyingsområdet. Dette er overraskende for oksygen, siden man før dette gikk ut fra at allerede svært lave mengder av oksygen fører til sprøhet i sveisesømmen. Den forventede forverringen av de mekaniske egenskapene i området som fuges grunnet andelen av aktiv gass i dekkgassen kan altså ikke observeres. Tvert i mot kan man tydelig observere at det foregår en stabil fugeprosess. Det dannes kvalitativt høyverdige forbindelser. Nærmere bestemt kan man observere en forbedring av lysbuestabiliteten. For eksempel ble følgende interne laboratorieforsøk utført: Utgangsmaterialet titan av kvalitet 2 ifølge klasseinndelingen til American Society for Testing and Materials (ASTM) og materialenummer ble sveiset ved tilførsel av en oksygendopet inertgass, nærmere bestemt argon med 0,03 % (vol/vol) (tilsvarende 300 milliondeler

6 eller 300 ppm) oksygen. Under sveisingen ble sveisetilsats av samme type, altså titan av kvalitet 2 (3.703) tilført. Sveisingen foregikk helautomatisk, det vil si ved føring av brenneren ved hjelp av et innretning for rettlinjet transport med en Quinto strømkilde for pulsert strøm fra firmaet Carl Cloos Schweisstechnik GmbH. Gjenstanden som skulle sveises hadde en platetykkelse på ti millimeter. Som sveisefremgangsmåte ble det benyttet både M[etall-]D[ekkgass]-sveising og W[olfram-]-I[nert]G[ass]-sveising. [0021] Til sammenligning ble det klargjort konvensjonelle sveiseprøver, nemlig en MIG-sveising og en WIG-sveising, begge med ren argon. For dette ble det benyttet dekkgassen som forhandles av firmaet Linde AG under betegnelsen Argon 4.8. Denne dekkgassen Argon 4.8 har en renhetsgrad på 99,998 prosent og inneholder som tilleggsbestanddeler maksimalt 3 ppm oksygen (O 2 ), ppm nitrogen ( N2 ) og ppm fuktighet (H 2 O). [0022] De mekaniske egenskapene, som strekkstyrke og kjervslagstyrke, ble målt i analyselaboratoriet. Sammenlignet med MIG-sveising med Argon 4.8 er de mekaniske kvalitetsverdiene ved sveising med argon og 0,003 % (vol/vol) oksygen nærmest identiske. Sammenlignet med WIG-sveising med Argon 4.8 er de mekaniske kvalitetsverdiene ved sveising med argon og 0,03 % (vol/vol) oksygen faktisk klart bedre. [0023] Ved fuging, og nærmere bestemt ved sveising med smelteelektrode, viser det seg at prosesstabiliteten er signifikant høyere med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. En høy prosesstabilitet er den viktigste forutsetningen for tilveiebringelse av kvalitativt høyverdige forbindelser. En høy prosesstabilitet muliggjør også høy sveisehastighet og/eller en stor mengde av tilsatsmateriale, altså en høy produktivitet. Særlig ved sveising med likestrøm muliggjør forbedringen av prosesstabiliteten en økt produktivitet, uten tegn til kvalitetstap. Ved sveising med pulsert strøm fører fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen til kvalitativt høyverdige sømmer. Ved sveising med kortslutning, altså med kortlysbuer, forbedrer prosesstabiliteten seg særlig når det gjelder omfanget av spruting, siden oppbrytning av det smeltende materialet ved brudd på kortslutningsstrømmen understøttes med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Dette viser seg ved kortlysbue-sveisefremgangsmåten, både med uregulert og med (mest elektronisk) regulert kortslutning. Ved sveising med vekselstrøm er bare en svak økning av produktiviteten mulig. [0024] Den foreliggende oppfinnelse benytter den tilførte dekkgassen inertgass med en andel av aktiv gass i området fra tilnærmet 0,028 % (vol/vol) (280 vpm) til tilnærmet 0,03 % (vol/vol) (30 vpm), og fortrinnsvis i området tilnærmet 0,03 % (vol/vol) (300 vpm). [002] Andelen av inertgass i dekkgassen kan for eksempel være ren argon eller argon med en andel av helium på fra 2 % (vol/vol) til tilnærmet 30 % (vol/vol), fortrinnsvis tilnærmet 30 % (vol/vol). Ved innblanding av helium må man passe på av andelen

7 velges slik at den lysbuestabiliserende virkningen av dopingen bevares fullstendig. Innblanding av helium har særlig en fordelaktig virkning ved store metallplatetykkelser, for eksempel ved bygging av trykkbeholdere og reaktorer. [0026] I det interne laboratorieforsøket som er beskrevet ovenfor bestå den tilførte dekkgassen av oksygen (O 2 ) i et nivå på tilnærmet 0,03 % (vol/vol), mens resten av volumet besto av argon (Ar). [0027] Ifølge en videre fordelaktig utførelse av den foreliggende oppfinnelse kan den tilførte dekkgassen for eksempel inneholde - oksygen (O 2 ) i et område på tilnærmet 0,3 % (vol/vol), - helium (He) i et område på tilnærmet 30 % (vol/vol) og - det resterende volum argon (Ar).

8 6 P a t e n t k r a v 1 1. Fremgangsmåte for MIG-sveising eller MIG-lodding av minst én gjenstand av titan eller en titanlegering under dekkgass med minst én smelteelektrode, hvor det som dekkgass tilføres minst én inertgass, karakterisert ved at dekkgassen i tillegg inneholder minst én aktiv gass, hvor det som aktiv gass foreligger oksygen (O 2 ) i området fra tilnærmet 0,028 % (vol/vol) til tilnærmet 0,03 % (vol/vol), spesielt foretrukket i området tilnærmet 0,03 % (vol/vol), og i det gjenværende volumområdet som inertgass inneholder helium (He) i området fra 2 % (vol/vol) til 30 % (vol/vol), fortrinnsvis i området tilnærmet 30 % (vol/vol) og i det gjenværende volumområdet argon (Ar), hvor det sveises eller loddes med likestrøm, med pulsert strøm eller med kortslutning. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at dekkgassen består av - oksygen i området tilnærmet 0,03 % (vol/vol) og - i det resterende volumområdet av argon (Ar). 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at dekkgassen består av - oksygen (O 2 ) i området tilnærmet 0,03 %, - helium (He) i området tilnærmet 30 % (vol/vol) og - i det resterende volumområdet av argon (Ar).