(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 7880 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. B23K 9/173 (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 () Prioritet , FR, (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 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'etude et l'exploitation des Procédés Georges Claude, 7, Quai d'orsay, 7007 Paris, FR-Frankrike (72) Oppfinner Boudet, Gilles, 79bis, Avenue des Coutayes, 7870 Andresy, FR-Frankrike Herduin, Christophe, c/o Mr André Herduin,12, rue des Bleuets, 90 Ennery, FR- Frankrike Saez, Michel, 2 Allée de la Sablière, Lamorlaye, FR-Frankrike (74) Fullmektig Bryn Aarflot AS, Postboks 449 Sentrum, 04 OSLO, Norge (4) Benevnelse MAG-sveisefremgangsmåte for roterende lavkraftbue (6) Anførte publikasjoner DE-C EP-A US-A US-A

2 1 MAG-SVEISEFREMGANGSMÅTE FOR ROTERENDE LAVKRAFTBUE Denne oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for lysbuesveising av typen MAG (Metal Active Gas), og forbedret slik at det muliggjøres sveiseforbindelser av god kvalitet, samtidig med å opprettholde en økt produktivitet, slik det fremgår av patentkrav 1. Innenfor området for industriell fabrikasjon søkes det innenfor fabrikasjonen stadig etter en økning i produktiviteten. Dette er tilfellet innen fremgangsmåter for elektrisk buesveising av typen MAG, det det benyttes en smeltbar sveisetråd og en beskyttelsesgass, hvilket gjøres til gjenstand for stadige forbedringer over tid. Således foreslås kontinuerlig nye materialer og produkter for MAG-sveising, men ofte fører dette ikke til gode industrielle resultater, siden det kan dreie seg om for store innsatskostnader eller nødvendiggjøre en omgjøring av bakgrunnen for den industrielle fremgangsprosess der sveisingen er anvendt, hvilket også vil kunne medføre behov for investeringer eller utgifter som vil motvirke den gevinst som forutsettes vunnet. Faktisk vil den gevinst som er knyttet til disse sveiseprodukter generelt utelukkende være fastlagt ved sveisehastigheten. Imidlertid vet man at det utenfor en begrenset verdi, vil en ytterligere økning av sveisehastigheten kunne medføre større risiko for feil eller svikt i sveisesømmene, eller metallurgisk skjørhet av de sammensveisede elemententer. Det å bare interessere seg for sveisehastigheten ved MAG-sveising er altså ikke tilstrekkelig, og det vil være hensiktsmessig også å ta hensyn til tiden for lysbuens varighet samt nedsmeltingsforholdet, idet disse er de mest representative parametere for produktiviteten. De foreliggende løsninger gjør det mulig å oppnå høyere nedsmeltingsforhold, ved å anvende totråds MAG-sveising eller sveising ved neddykket lysbue. Imidlertid krever slike metoder betydelige investeringer og er således ikke fullt ut tilfredsstillende. Det har også vært foreslått å benytte en MAG-sveising med belagt eller utforet sveisetråd (fil fourre). Imidlertid fremviser denne metode ulempen med å nødvendiggjøre motvirkende foranstaltninger, siden den gir årsak til spredning av smeltet metall, hvilket innebærer reduksjon av metodens produktivitet. Endelig og for å øke nedsmeltingsforholdet er det også foreslått å utføre sveising med roterende sveiselysbue ved å bruke blandinger av fire forskjellige gasstyper, nemlig argon, helium, karbondioksid (CO 2 ), og oksygen. Imidlertid kan ikke denne

3 metode anvendes til annet enn plansveising ved stor tykkelse, det vil si sveising av plater med over 6mm tykkelse, eller ved sveising etter først å ha utført av avfasing og med øket intensitet, det vil si med typisk strømforbruk i størrelsesorden 600A. Det følger at anvendelsene av en roterende bue under slike forhold vil være sjeldne og vanskelig anvendbare innenfor industriell målestokk, ut fra de spenninger som vil oppstå, særlig ved en så forhøyet intensitet, en betydelig varme i smeltebadet, og annet. For øvrig viser dokumentet DE-A en fremgangsmåte for sveising med roterende bue, i samsvar med ingressen i patentkrav 1. Hensikten med denne oppfinnelse er ut fra dette å foreslå en fremgangsmåte for forbedret MAG-sveising hvor det muliggjøres en lengre tid for den tente lysbue, og dessuten et høyere nedsmeltingsforhold enn i fremgangsmåtene for klassisk MAGsveising, og dette uten å innføre noen overpris eller for store investeringer, heller ikke å nødvendiggjøre en komplisert utførelse, slik det har vært vanlig både ved plansveising og sirkulær sveising, og for forskjellige tykkelsen, særlig relativt beskjedne tykkelser, det vil si tykkelsen under mm. Løsningen i og med oppfinnelsen er således en fremgangsmåte for MAGsveising med elektrisk lysbue og der det benyttes en smeltbar sveisetråd og en beskyttelsesgass, hvor: a) sammenstilling av minst to arbeidsstykker av metall, det ene mot det andre, i den hensikt å fastlegge en sveiseforbindelse mellom disse arbeidsstykker av metall, b) anvendelse av en elektrisk lysbue for smelting av metallet i arbeidsstykkene, fortløpende langs sveiseforbindelsen, samtidig med en fortløpende sveising av sveisetråden som tilføres og avsetningen i forbindelsesområdet av det smeltede metall som dannes ved smeltingen av sveisetråden, for så å oppnå, etter nedkjøling at det dannes en sveisesøm i form av en sveisestreng, c) under trinn b), bruk av en gassbeskyttelse av sveiseforbindelsen, ved hjelp av en beskyttelsesgass, karakterisert ved at, i trinn a), arbeidsstykkene av metall har jogglet kant og danner en sveiseforbindelse med innkrummet form og, under trinn b), sveiselysbuen er en roterende bue fremkommet ved å benytte en strømstyrke under 400A og en spenning under 40V. Fortrinnsvis gjelder for trinn c) at beskyttelsesgassen er en gassblanding med tre bestanddeler og bestående av 8-12% helium, 2,-3,% oksygen og resten argon (% i volum). Faktisk er det ifølge oppfinnelsen viktig å velge en gass med tre bestanddeler og i samsvar med en sammensetning nevnt ovenfor, siden denne sammensetning vil

4 påvirke måten overføringen av metall foregår på, og kantområdene for lysbuens driftstilstand. Overføringen av metall i lysbuen samsvarer med den måte sveisetråden smelter på, under virkningen av den elektriske lysbue, ved overføring av metalldråper slik at sveisesømmens sveisestreng dannes. Ved sveising av typen klassisk MAG foreligger tre hovedmoduser for overføringen og en mellommodus som omfatter lysbuens driftstilstander, nemlig: - ved kortslutninger (lav spenning og lav intensitet) og i prinsippet anvendt for små tykkelser og ved posisjonssveising (opprettholdelse av smeltebadet av flytende metall), - ved aksial pulverisering (høy spenning og høy intensitet) for anvendelser for store tykkelser og i plan posisjon, - kuleformet (en situasjon mellom de to tilstander ovenfor) og der man unngår å legge vekt på en lite avansert sveising: flere påføringer, feilbeheftet lysbue som gir en uregelmessig sveisesøm med risiko for sveisefeil, og - peridisk: det lysbuens drifttilstand tilsvarer den for aksial pulverisering og hvor effekten (P=U I) bestemmes ved periodefrekvensen. Måten muliggjør sveising av tynne blikk grunnet et beskjedent nedsmeltingsforhold. Ifølge oppfinnelsen muliggjør bruk av roterende lysbue en overføring av metall i lysbuen ved dreining i stor hastighet ved en enden av sveisetråden i form av en krok. En slik driftstilstand for lysbuen gjør det mulig å få en form med dyp inntregning og avrundet under virkningen av et kraftig trykk på smeltebadet siden lysbuen roterer muliggjør den avsetning av metalldråper på kantene av sveiseforbindelsen uten risiko for svikt, så som dannelse av et spor eller en renne. Ut fra dette vil lysbuens driftstilstand favorisere sveiseforbindelser på spesielle arbeidsstykker, så som jogglede kanter og tillater tilførsel av større mengder metall. Man bedrer på denne måte produktiviteten, dels ved nedsmeltingsforholdet så vel som ved forbedring av kvaliteten. Denne forbedring av kvalitet (så som reduksjon av feil eller knudrethet ("rebus") eller omsveising) gjør det mulig å øke tiden for tent lysbue og således få en tilsvarende produksjonsøkning. Resultatet ved å bruke en roterende lysbue med lavere intensitet enn 400A strøm og lavere spenning enn 40V, i samsvar med oppfinnelsens fremgangsmåte er overraskende, siden man ved MAGsveising generelt har en driftstilstand for lysbuen av aksial pulveringstype. Videre er det å arbeide med en driftstilstand for lysbuen av roterende type desto mer interessant ved at dette muliggjør sveising av arbeidsstykker med liten tykkelse og med stor sveisehastighet, hvorved man således bruker mindre energi.

5 4 1 2 Denne driftstilstand for den roterende lysbue oppnås således ved særskilt å bruke en beskyttelsesgass bestående av tre deler, nemlig 8-12% helium, 2,- 3,% oksygen og resten argon (% som volum). Tilstedeværlsen av oksygen, som er en aktiv oksideringsgass, favoriserer smeltevirkningen, og heliumgassen fullfører denne virkning ved sin evne til å avgi varme. I avhengighet av situasjonen kan fremgangsmåten for sveising og ifølge oppfinnelsen videre omfatte ett eller flere av de ytterligere følgende karakteristiske trekk: - i trinn c) kan gassblandingen inneholde over 9% helium, fortrinnsvis over 9,% helium, og/eller gassblandingen inneholder mindre enn 11% helium, fortrinnsvis mindre enn,% helium. - i trinn c) inneholder gassblandingen mer enn 2,7% oksygen, fortrinnsvis mer enn 2,8% oksygen og/eller mindre enn 3,3% oksygen, fortrinnsvis mindre enn 3,2% oksygen. - i trinn c) inneholder gassblandingen mellom 2,9% og 3,1% okygen. - i trinn c) består gassblandingen av % helium, 3% oksygen og 87% argon. - i trinn b) er lysbuen en roterende lysbue frembrakt ved å bruke en intensitet tilsvarende en strøm mindre enn 3A og/eller en spenning under 32V. - arbeidsstykkene har en tykkelse som ligger mellom 0, mm og mm, typisk mellom 1 og 3 mm. - forbindelsen som skal sveises har sirkulær form. - den tilførste smeltbare sveisetråd er en massiv tråd med diameter 1 mm. - arbeidsstykkene er av ulegert stål, så som karbonstål, eller moderat legerte (<% av vekten bestående av legeringselementer) eller stål av typen HLE (høy elastisk grense). - sveisehastigheten ligger mellom 0,9 og 2 m/min. - hastigheten på tråden ligger mellom 16 og m/min. - arbeidsstykkene som skal sveises er de elementer som inngår i en mindre bjelke. Oppfinnelsen vil lettere kunne forstås ut fra beskrivelsen nedenfor, gitt som et eksempel. 3 Eksempel For å få verifisert hvor effektiv oppfinnelsens fremgangsmåte er, har man tatt for seg en MAG-sveising av stålblikk med tykkelse mellom en 1, og 2, mm, generelt i størrelsesorden 2, mm, ved å bruke en tilført sveisetråd av massiv type, nemlig STARMAG G3 Si 1 i samsvar med EN 440, og en trekomponents beskyttelsesgass

6 dannet av 3% oksygen, % helium og resten argon (inntil 0%); idet prosentangivelsene (%) gjelder volum. Det kraftige ioniseringspotensial helium i trippelgassblandingen favoriserer smeltevirkningen og påvirker formen av sveisesømmens sveisestreng, mens tilførselen av oksygenadditivet som en oksiderende gass muliggjør en stabilisering av lysbuens rot. For å kunne komme frem til en overføringsmodus for metall i lysbuen av typen "roterende bue" ved lav energi, har man regulert strømgeneratoren for sveisingen (likestrøm) slik at den gir en intensitet som tilsvarer en strøm opp til 3A, for eksempel lik 0A, og en påtrykt spenning under 3V, for eksempel lik 33V. Sveiseforsøkene ble utført for sammenføyningskonfigurasjoner av typen overlapping, med jogglet kant og med full kant, ved å bruke de sveiseparametere som fremgår av tabellen nedenfor. Tabell: Sveiseparametere 1 2 Sveiseintensitet (strøm) 288 til 3 A Typisk i størrelsesorden fra 0 til 31 A Sveisespenning til 33V Typisk 33 V Lengde av fremstikkende 22 til mm Typisk 24 mm sveisetråd ("stick out") Trådhastighet 18 til m/min Typisk m/min Sveisehastighet 1,4 til 2 m/min Typisk 1, til 1,9 m/min De oppnådde resultater viser at man under disse driftsforhold oppnår en betydelig økning av nedsmeltingsforholdet siden dette vil være over 2% høyere enn det tilsvarende forhold som generelt oppnås med en fremgangsmåte for klassisk MAGsveising (dvs. med en ikke-roterende lysbue) og en profil av sveisestrengen med en betydelig inntrengning (dvs. over 1 mm) og bred ved roten, dvs. med U-form. Videre utføres sveisingen uten projeksjon, hvilket gjør det mulig å unngå ethvert ytterligere tilleggstrinn for fullføring. Faktisk utgjør det faktum at man sveiser i en prosess med roterende lysbue gir sannsynlighet for en økning av strømtettheten, og således en bedre inntrengning av sveisen, selv om man benytter mindre energitilførsel. Driftsforholdene for den roterende lysbue er også bekreftet ut fra en visualisering av oppførselen av den elektriske lysbue under sveisingen, ved hjelp av et høyhastighetskamera (7000 bilder/sekund) som muliggjør å filme lysbuens bevegelser og overføringen av metall fra sveisetråden under dens smelting som følge av lysbuen, mot smeltebadet. Fremgangsmåten for sveising i samsvar med den foreliggende oppfinnelse vil særskilt være anvendelig for faskantsveising, ved fremstilling av mindre bjelker ved gjenoppretting eller -oppbygging, ved kontinuerlig sveising til erstatning for avbrutt

7 6 sveising, for eksempel for å lage kjøretøyplattformer (i den hensikt å unngå korrosjon mellom sveisestrenger) eller enhver annen konstruksjon innenfor kjelfremstilling, platefabrikasjon, låsteknikk, smijern og lignende, og fremgangsmåten er anvendbar også ved liten materialetykkelse, dvs. under mm. Utenfor disse anvendelser vil oppfinnelsens fremgangsmåte med roterende lysbue med liten energi kunne tas i bruk ved robotarbeid eller ved mekanisk eller delvis automatisk sveising.

8 7 P A T E N T K R A V 1 1. Fremgangsmåte for MAG-sveising med elektrisk lysbue og der det benyttes en smeltbar sveisetråd og en beskyttelsesgass, hvor: a) sammenstilling av minst to arbeidsstykker av metall, det ene mot det andre, i den hensikt å fastlegge en sveiseforbindelse mellom disse arbeidsstykker av metall, b) anvendelse av en elektrisk lysbue for smelting av metallet i arbeidsstykkene, fortløpende langs sveiseforbindelsen, samtidig med en fortløpende sveising av sveisetråden som tilføres og avsetningen i forbindelsesområdet av det smeltede metall som dannes ved smeltingen av sveisetråden, for så å oppnå, etter nedkjøling at det dannes en sveisesøm i form av en sveisestreng, c) under trinn b), bruk av en gassbeskyttelse av sveiseforbindelsen, ved hjelp av en beskyttelsesgass, k a r a k t e r i s e r t v e d a t, i trinn a), arbeidsstykkene av metall har jogglet kant og danner en sveiseforbindelse med innkrummet form og, under trinn b), sveiselysbuen er en roterende bue fremkommet ved å benytte en strømstyrke under 400A og en spenning under 40V. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d a t trinn c) omfatter at beskyttelsesgassen er en gassblanding med tre bestanddeler og bestående av 8-12% helium, 2,-3,% oksygen og resten argon (% i volum) Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t trinn c) omfatter at beskyttelsesgassen inneholder mer enn 9% helium, fortrinnsvis mer enn 9,% helium, og/eller at gassblandingen inneholder minst 11% helium, fortrinnsvis minst,% helium. 4. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t trinn c) omfatter at beskyttelsesgassen inneholder mer enn 2,7% oksygen, fortrinnsvis mer enn 2,8% oksygen og/eller minst 3,3% oksygen, fortrinnsvis minst 3,2% oksygen. 3. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t trinn c) omfatter at gassblandingen inneholder mellom 2,9% og 3,1% oksygen.

9 8 6. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t trinn c) omfatter at gassblandingen består av % helium, 3% oksygen og 87% argon. 7. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t trinn b) omfatter at lysbuen er en roterende lysbue dannet ved å benytte en strøm for dens intensitet, mindre enn 360A og/eller en spenning mindre enn 3 V. 8. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t arbeidsstykkene har en tykkelse mellom 0, mm og mm, typisk mellom 1 og 3 mm Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t sammenføyningen som skal sveises har sirkulær form.. Fremgangsmåte ifølge krav 8, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den smeltbare sveisetråd er en massiv tråd og/eller at arbeidsstykkene er av stål.