RS60526B1 - Upotreba zaštitnog gasa za tig zavarivanje feritnih čelika - Google Patents

Description

Opis

[0001] Pronalazak se odnosi na upotrebu zaštitnog gasa za TIG zavarivanje feritnih čelika. Pronalazak se osim toga odnosi na postupak za TIG zavarivanje feritnih čelika.

[0002] Poznati su brojni gasovi za zavarivanje pod zaštitnim odn. procesnim gasovima u industrijskoj upotrebi, a različiti gasovi ili gasne smeše se koriste u zavisnosti od sastava obratka koji se zavaruje, konkretnog zadatka zavarivanja i primenjenog postupka zavarivanja.

[0003] Dva inertna gasa argon ili helijum uglavnom se koriste kao zaštitni gasovi u zavarivanju inertnim gasom sa volframom (TIG zavarivanje). Prednost helijuma je u većem unosu energije u osnovni materijal, tako da se u poređenju sa čistim argonskim zaštitnim gasom mogu postići veće dubine prodiranja sa istom jačinom struje. U zavisnosti od potrebe i primene, često se koriste smeše gasova koje se sastoje od argona i helijuma. Smeša aktivnih gasova kao što je ugljen-dioksid, kiseonik ili azot do sada je uglavnom izbegavana kod TIG zavarivanja da se užarena volframova elektroda ne bi izložila hemijskim reakcijama.

[0004] Da bi se smanjili troškovi zaštitnog gasa, posebno na većim dubinama penetracije zavarivanja, bilo bi poželjno zameniti relativno skupi helijum drugim gasovima. Na primer, u austenitnim materijalima kod TIG zavarivanja sadržaj helijuma može se delimično zameniti vodonikom ili drugim gasovima. Slično helijumu, vodonik dovodi do povećane penetracije zavarivanja u poređenju sa čistim argonom i ima deluje redukujuće na površinu šava zavarivanja.

[0005] Na primer, iz EP 0826 456 A1 je poznata smeša zaštitnih gasova za upotrebu kod TIG zavarivanja austenitnih materijala, za koje je karakterističan zapreminski udeo od 2,0 zapr.% do 3,7 zapr.% azota; 0,5 zapr.% do 1,2 zapr.% vodonika, ostatak argona.

[0006] EP 1707 295 A opisuje smešu zaštitnih gasova za TIG zavarivanje metala, posebno visokolegiranih čelika, koja se uglavnom sastoji od argona i ima udeo vodonika od 1,5 zapr.% do 2 zapr.% i udeo helijuma od 2 zapr.-% do 5 zapr.-%.

[0007] EP 0639 427 A1 opisuje smešu zaštitnih gasova za TIG zavarivanje metala, koja sadrži ne samo argon, helijum i vodonik, već i malu količinu između 50 i 1000 ppm kiseonika i/ili ugljen dioksida. Dodavanje ugljen-dioksida i/ili kiseonika služi za stabilizaciju svetlosnog luka.

[0008] Dokument EP0949038 opisuje zaštitni gas i postupak za TIG AC zavarivanje aluminijumskih materijala i aluminijumskih legura, pri čemu se zaštitni gas dovodi do mesta zavarivanja i pri čemu zaštitni gas sadrži argon ili smešu argona i helijuma. Prema ovom dokumentu, dobri rezultati zavarivanja postižu se zaštitnim gasom koji pored argona i opciono helijuma sadrži najmanje udeo od 300 vpm do 1000 vpm azota i u kojem je udeo helijuma u zaštitnom gasu manji od 50 zapr.-%.

[0009] Poznate smeše zaštitnih gasova imaju različite nedostatke. Na primer, nije moguće zameniti helijum vodonikom pri TIG zavarivanju feritnih čelika, jer čak i mala količina vodonika u zaštitnom gasu dovodi do stvaranja pukotina u radnom komadu. Do sada nijedna alternativa udelu helijuma u zaštitnom gasu nije bila primetna kod TIG zavarivanja feritnih čelika. Takođe je pokazano da, počevši od 500 ppm, udeo kiseonika ili ugljen-dioksida u zaštitnom gasu dovodi do izgaranja i neželjenog stvaranja venca na volframskoj elektrodi.

[0010] Ovaj pronalazak se, dakle, zasniva na zadatku obezbeđivanja relativno jeftinog zaštitnog gasa za zavarivanje feritnih čelika, pri čemu se postiže rezultat zavarivanja uporediv sa korišćenjem konvencionalne gasne smeše sa većim udelom helijuma, koji nema negativan uticaj na volframovu elektrodu.

[0011] Zadatak pronalaska je rešen korišćenjem zaštitnog gasa sa karakteristikama iz zahteva 1. Pogodna izvođenja ovog pronalaska su navedena u pod-zahtevima.

[0012] Zaštitni gas koji se prema ovom pronalasku koristi za TIG zavarivanje feritnih čelika sastoji se u udelu većem od 99,5 zapr.-%, poželjno većem od 99,8 zapr-.%, od argona ili smeše argona i helijuma i ima dodatke azota (10 do 2000 ppm) i ugljen-dioksida (10 do 500 ppm).

[0013] Iznenađujuće je utvrđeno da je sa relativno malim dodatkom od najmanje 10 ppm, poželjno najmanje 100 ppm, azota i ugljen-dioksida i do 2000 ppm azota i do 500 ppm ugljendioksida u jednom zaštitnom gasu koji se bar u velikoj meri sastoji od argona ili smeše argona i helijuma mogu postići rezultati zavarivanja koji pokazuju sličan kvalitet, naročito slično ponašanje pri penetraciji zavarivanja, kao kada se koristi čista smeša gasova za zavarivanje argon-helijum sa do 50 zapr.% većim udelom helijuma.

[0014] I U okviru ovog pronalaska, je osim toga ispitivan uticaj dodavanja različitih aktivnih gasova (CO2, O2, N2 i H2) u inertni gas, koji se inače sastoji od argona ili smeše argona i helijuma, na TIG elektrodu. Utvrđeno je da ugljen-dioksid iznad udela od 500 ppm dovodi do izgaranja i stvaranja venca elektrode. Zbog toga se udeo veći od 500 ppm CO2 smatra nepovoljnim. Prilikom dodavanja azota do 2000 ppm, elektroda je ostala stabilna. Kiseonik dovodi do izgaranja i stvaranja venca elektrode čak i pri udelu manjem od 500 ppm.

Dodavanje vodonika do 1000 ppm je bezopasno za elektrodu, ali dovodi do oštećenja feritnog obratka čak i pri nižim koncentracijama. Udeli kiseonika ili vodonika se stoga smatraju nepovoljnim u kontekstu ovog pronalaska.

[0015] Posebno povoljan sastav zaštitnog gasa za TIG zavarivanje feritnih čelika prema ovom pronalasku sadrži između 500 ppm i 2000 ppm azota i 100 do 300 ppm ugljen-dioksida, ostatak argona ili smešu helijuma i argona.

[0016] Pored toga, na ponašanje pri zavarivanju može da se utiče dodavanjem helijuma; naročito povećan udeo helijuma pokazuje dodatno povećanje dubine i širine penetracije zavarivanja. Međutim, udeo helijuma u zaštitnom gasu prema ovom pronalasku može biti izabran tako da uz iste rezultate zavarivanja bude značajno niži nego kod klasičnih argonskohelijumskih smeša zaštitnog gasa. Prema tome, za mnoge zadatke zavarivanja dovoljan i poželjan udeo helijuma u zaštitnom gasu prema ovom pronalasku je, manji od 20 zapr-.%, posebno poželjno manji od 10 zapr.-%. U mnogim slučajevima helijum se može u potpunosti izostaviti.

[0017] Zaštitni gas korišćen u skladu sa ovim pronalaskom ne sadrži dodatne gasne komponente osim argona i opciono helijuma i dodataka azota i ugljen-dioksida, pa se, u uobičajenim granicama detekcije, radi o smeši sa tri ili četiri komponente.

[0018] Zadatak ovog pronalaska je osim toga rešen postupkom za TIG zavarivanje feritnih čelika, u kom tokom zavarivanja zaštitni gas okružuje mesto zavarivanja i koji ima jedan od sastava definisanih u zahtevima 1 do 3.

[0019] U daljem tekstu će dejstvo zaštitnog gasa prema ovom pronalasku biti objašnjeno na primeru uz pomoć rezultata ogleda.

[0020] Tabela 1 prikazuje rezultate ogleda kod TIG zavarivanja feritnog čelika (S 355) pod uobičajenim zaštitnim gasovima koji se sastoje od argona i/ili helijuma sa različitim udelom helijuma. Za svaki slučaj su prikazane mikrografije kao i odgovarajuće vrednosti dubine i širine penetracije zavarivanja.

[0021] Jačina struje je iznosila 100 A, brzina zavarivanja 10 cm/min i protok gasa 10 l/min. Rastojanje elektrode od obratka iznosila je 2 mm.

[0022] U toku testova, sadržaj helijuma u zaštitnom gasu postepeno je povećavan sa 0 na 100 zapreminskih %. Kao što je poznato, pokazalo se da se dubina i širina penetracije zavarivanja povećavaju sa povećanjem udela helijuma.

[0023] Tabela 2 prikazuje rezultate ogleda kod TIG zavarivanja feritnog čelika (S 355) pod zaštitnim gasovima prema ovom pronalasku. Prikazani su rezultati rada sa prvim zaštitnim gasom, koji se sastoji od argona sa dodatkom 1000 ppm N2 i 200 ppm CO2, i sa drugim zaštitnim gasom, koji se sastoji od argona sa dodatkom 1500 ppm N2 i 200 ppm CO2. I ovde su prikazane slike posle brušenja kao i odgovarajuće vrednosti dubine i širine penetracije zavarivanja.

[0024] Jačina struja je iznosila 100 A, brzina zavarivanja 10 cm/min i protok gasa 10 l/min. Rastojanje elektrode od obratka iznosilo je 2 mm.

[0025] Može se videti da dodavanje azota i ugljen-dioksida u navedenim količinama dovodi do značajnog povećanja dubine i širine penetracije zavarivanja u poređenju sa korišćenjem čistog argona kao zaštitnog gasa (vidi Tabelu 1). Dubina i širina penetracije zavarivanja približno odgovaraju ponašanju u pogledu penetracije zavarivanja koje se može postići zaštitnim gasom koji se sastoji od 50 zapr.-% argona i 50 zapr.-% helijuma. Suprotno tome, povećanje udela azota sa 1000 ppm na 1500 ppm dovodi samo do malog proširivanja i produbljivanja penetracije zavarivanja.

[0026] Sa zaštitnim gasom koji se prema ovom pronalasku koristi za TIG zavarivanje feritnih čelika, uz iste rezultate zavarivanja udeo helijuma u zaštitnom gasu se može znatno smanjiti ili se dodavanje helijuma može čak i potpuno izostaviti.

Tabela 1

Tabela 2

Claims (4)

Patentni zahtevi

1. Upotreba zaštitnog gasa za TIG zavarivanje feritnih čelika, pri čemu zaštitni gas sadrži najmanje 99,5 zapr.-% argona ili smeše argona i helijuma,

naznačena time,

što je zaštitni gas smeša tri ili četiri komponente i pored argona ili argona i helijuma sadrži dodatak od 10 do 2000 ppm azota i 10 do 500 ppm ugljen-dioksida.

2. Upotreba prema zahtevu 1, naznačena time, što zaštitni gas sadrži dodatak između 500 ppm i 2000 ppm azota i 100 do 300 ppm ugljen-dioksida.

3. Upotreba prema zahtevu 1 ili 2, naznačena time, što zaštitni gas sadrži udeo helijuma manji od 20 zapr.-%, poželjno manje od 10 zapr.-%.

4. Postupak za TIG zavarivanje feritnih čelika, kod kojeg tokom postupka zavarivanja mesto zavarivanja okružuje zaštitni gas, kao što je definisan u jednom od prethodnih zahteva.

Izdaje i štampa: Zavod za intelektualnu svojinu, Beograd, Kneginje Ljubice 5