Rendementsbepaling b i j onder Verhoogde Druk.
P.A.
van Ingen
TIG-lassen
afstudeerverslag P.A,
van
van:
Ingen
begeleider: Ir.
J.P.
Zijp
afstudeerhoogleraar: Prof.
Dr.
Faculteit
G.
den
der
Ouden
Scheikundige
T e c h n o l o g i e en d e r M a t e r i a a l kunde, Technische U n i v e r s i t e i t
Delft,
oktober
1987
Delft
l a g e d r u k o f hoge d r u k , het b l i j f t
las-TIG
INHOUDSOPGAVE.
SYMBOLENLIJST
6
SAMENVATTING
8
SUMMARY
9
1. INLEIDING
10
2. THEORETISCHE ACHTERGROND
11
2.1. Het TIG-lasproces
11
2.2.
De T I G - b o o g
12
2 . 2 . 1 . De b o o g z u i l
12
2.2.2. H e t a n o d e v a l g e b i e d
14
2.2.3. H e t k a t h o d e v a l g e b i e d
14
2.2.4. De e n e r g i e b a l a n s v a n d e l a s b o o g
14
2.3.
De i n v l o e d v a n de g a s s a m e n s t e l l i n g o p d e lasboog
16
2.4.
De i n v l o e d v a n de d r u k o p de l a s b o o g
17
2.5.
Het rendement
19
2.5.1. Het p r o c e s r e n d e m e n t
19
2.5.2. H e t s m e l t r e n d e m e n t
21
3. DE EXPERIMENTEN
23
3 . 1 . De p r o e f o p s t e l l i n g
23
3.2.
24
De p r o e f p l a t e n
3.3. De p r o e v e n
24
4. RESULTATEN EN BESPREKING
27
4 . 1 . De i n v l o e d v a n de o p p e r v l a k t e g e s t e l d h e i d
27
4.1.1. Het procesrendement
27
4.1.2. H e t s m e l t r e n d e m e n t
27
4.2, Een 2 0 0 A - a r g o n b o o g o n d e r v e r h o o g d e
druk
28
4 . 2 . 1 . H e t s t a r t e n v a n de l a s b o o g
28
4.2.2. De e l e k t r o d e - e r o s i e
29
4.2.3. L a s b a d i n s t a b i l i t e i t
30
4.2.4. H e t p r o c e s r e n d e m e n t
31
4.2.5. D o o r g e v o e r d e
31
verbeteringen
4.3. De i n v l o e d v a n de a r g o n d r u k
32
4 . 3 . 1 . De h o o g s p a n n i n g
33
4.3.2. H e t p r o c e s r e n d e m e n t
33
4.3.3. H e t s m e l t r e n d e m e n t
34
4.3.4. De warmtebeïnvloede z o n e
34
4.4, De i n v l o e d v a n de g a s s a m e n s t e l l i n g
35
4.4.1. Het procesrendement
35
4.4.2. H e t s m e l t r e n d e m e n t
37
4.4.3. De v o r m v a n h e t l a s b a d
38
5. KONKLUSIES
39
LITERATUUR
41
5
SYMBOLENLIJST.
SYMBOOL
BETEKENIS
a =
t e m p e r a t u u r v e r e f feningskoëf f iciënt
k/cip^
A
o p p e r v l a k t e dwarsdoorsnede
c
konstante
Ca
konstante
CJC
konstante
Cp
soortelijke
d
plaatdikte
Dw
diameter
Dz
diameter boogzuil
e
lading
Er,
energie d i e
warmte
kathodevlek
elektron p e r e e n h e i d v a n l e n g t e v a n de l a s
i n het werkstuk t e r e c h t Es
lasbad
komt
energie d i e p e r eenheid van l e n g t e
v a n de l a s
n o d i g i s om h e t s m e l t b a d t e v o r m e n Et
totale
e n e r g i e o n t w i k k e l i n g i n de l a s b o o g p e r
e e n h e i d v a n l e n g t e v a n de l a s I
stroomsterkte
J
stroomdichtheid
k
warmtegeleidingskoëfficiënt
ks
konstante van Boltzmann
1
booglengte
rip
procesrendement
Um
smeltrendement
p
druk
po
a k t u e l e omgevingsdruk
q
w a r m t e n o d i g om één m a s s a - e e n h e i d tot
qs
smelten t e brengen
smeltwarmte v e r m o g e n d a t i n de anode t e r e c h t
Qk
lasbadmetaal
v e r m o g e n d a t i n de k a t h o d e
komt
terecht
komt
SYMBOOL
BETEKENIS
r
straal
ra
s t r a a l v a n de boog
Ats/s
800°C-500°C-afkoeltijd
To
b e g i n t e m p e r a t u u r v a n de p l a a t
Ta
t e m p e r a t u u r v a n de anode
Tk
t e m p e r a t u u r v a n de k a t h o d e
Ts
smelttemperatuur
Tz
t e m p e r a t u u r v a n de b o o g z u i l
V
v o o r t l o o p s n e l h e i d v a n de boog
V
hoogspanning
Va
potentiaalval
Vi
ionisatiepotentiaal
VJC
potentiaalval
over h e t kathodevalgebied
potentiaalval
o v e r de b o o g z u i l
warmteinbreng
in
W =
nipVl/v
over h e t anodevalgebied
het werkstuk p e r eenheid van
l e n g t e v a n de l a s sz5a
u i t t r e e p o t e n t i a a l v a n de anode
(Z5JC
u i t t r e e p o t e n t i a a l v a n de k a t h o d e
O
dichtheid
7
SAMENVATTING.
Hyperbaar tie
lassen
en v e r b i n d e n
i s een g e s c h i k t e t e c h n i e k b i j
onderwater.
De
lasboog
wordt
reparad o o r de
o m g e v i n g s d r u k e c h t e r s t e r k beïnvloed: e r t r e e d t
kontraktie
op, de b o o g s p a n n i n g w o r d t g r o t e r e n de s t r a l i n g
v a n u i t de
b o o g neemt t o e .
In
d i t onderzoek
gesteldheid, het
i s de
de o m g e v i n g s d r u k
procesrendement
en h e t
i n v l o e d v a n de o p p e r v l a k t e en h e t s o o r t
b e s c h e r m g a s op
smeltrendement b i j TIG-lassen
bepaald.
Het
rendement
blijkt
onafhankelijk
te
zijn
v a n de
oppervlaktegesteldheid van h e t werkstukmateriaal. Bij
drukverhoging
t r e e d t b i j een argonboog
g i n g van h e t procesrendement ment nagenoeg k o n s t a n t Toevoeging verhoging van Het
van
op, t e r w i j l
hetsmeltrende-
blijft.
helium
aan
h e t beschermgas g e e f t een
h e t procesrendement
smeltrendement
een v e r l a -
blijkt
en h e t s m e l t r e n d e m e n t .
b i j gebruik van
helium i n het
beschermgas ook d r u k a f h a n k e l i j k t e z i j n .
Bij
drukverhoging wordt
instabiliteit
waargenomen. De b o o g i n s t a b i l i t e i t
direkt gevolg t e z i j n wijl is.
booginstabiliteit
v a n de v e r h o o g d e
de l a s b a d i n s t a b i l i t e i t
en l a s b a d b l i j k t een
omgevingsdruk,
van e l e k t r o d e - e r o s i e
ter-
afkomstig
SUMMARY.
Hyperbaric
welding
i s a s u i t a b l e process
welding underwater. Pressure the it
f o r r e p a i r and
h a s a n i m p o r t a n t i n f l u e n c e on
welding arc: leads
t o c o n t r a c t i o n o f t h e a r c , t o an i n c r e a s e
a r c v o l t a g e a n d t o more i n t e n s e
This
investigation
the
influence of the
the
pressure
has
of the
luminosity.
been c a r r i e d o u t t o d e t e r m i n e
surface c o n d i t i o n
o f t h e workpiece,
and t h e t y p e o f s h i e l d i n g gas on t h e p r o c e s s
e f f i c i e n c y and m e l t i n g e f f i c i e n c y
i n
the
case
of
TIG-
welding.
The e f f i c i e n c y
appears t o be i n d e p e n d e n t
on t h e s u r f a c e
c o n d i t i o n o f t h e workpiece. Using
an a r g o n a r c , an i n c r e a s e o f p r e s s u r e
a decrease o f process the
efficiency,
when a d d i n g the
w h e r e a s no d e p e n d e n c e o f
m e l t i n g e f f i c i e n c y on p r e s s u r e An i n c r e a s e o f p r o c e s s helium t o
was
Arc
was
t h e s h i e l d i n g gas. U s i n g
when t h e p r e s s u r e to
pressure, severe
be
while
the melting
found
helium i n efficiency
detected.
instability
thought
found.
a n d m e l t i n g e f f i c i e n c y was
s h i e l d i n g gas, a dependence o f
on p r e s s u r e
results i n
and
is a
weldpool
increased.
direct
The
consequence
t h e weldpool
electrode erosion.
instability arc
instability is
of
instability
i s observed
the increased
is
a result of
1.
INLEIDING.
Het
booglasproces
wordt
als
verbindingstechniek b i j
a t m o s f e r i s c h e o m s t a n d i g h e d e n op g r o t e s c h a a l t o e g e p a s t . ontwikkelingen i n zakelijk
een
de o f f - s h o r e t e c h n i e k m a a k t e n h e t
verbindingsmethode
het wateroppervlak t e gebruiken Voor onderwater
lassen z i j n
te
De
nood-
ontwikkelen die
onder
is.
thans d r i e methoden b e s c h i k -
baar: nat onderwater
lassen;
droog onderwater
l a s s e n b i j een
droog onderwater
lassen
k o m s t i g de
druk van
1 bar;
b i j verhoogde
waterdiepte),
druk
(overeen-
h e t zogenaamde h y p e r b a a r
las-
sen.
Het deze
hyperbaar methode
geeft,
lassen wordt
betrouwbare
t e g e n een
het
meest
toegepast
omdat
en r e p r o d u c e e r b a r e v e r b i n d i n g e n
zo l a a g m o g e l i j k e k o s t p r i j s .
B i j het lassen wordt proces,
sterk
spanning
neemt t o e en
de l a s b o o g ,
beïnvloed
en d a a r m e e
d o o r de o m g e v i n g s d r u k :
de b o o g
k o n t r a h e e r t en
het de
lasboog-
z e n d t meer
s t r a l i n g u i t b i j drukverhoging. Met
deze
warmteinbreng
veranderingen
i n het werkstuk.
d i e de m e t a a l k u n d i g e
Deze s t u d i e , zoek van bepalen
lassen i n het
de Het
l a s b o o g v e r a n d e r t de is
deze
warmteinbreng
effekten i n het materiaal bepaalt.
die als
I r . J.P. welke
van
o n d e r d e e l van h e t
Z i j p werd
fraktie werkstuk
van wordt
promotieonder-
u i t g e v o e r d , had
t o t doel t e
h e t boogvermogen t i j d e n s ingebracht.
D i t rendement
w e r d b e p a a l d a l s f u n k t i e v a n de o p p e r v l a k t e g e s t e l d h e i d , d r u k en h e t s o o r t
het
de
beschermgas.
1
2.
THEORETISCHE ACHTERGROND.
2.1.
Het TIG-lasproces.
Het een
TIG-lasproces
elektrische
i s een v e r b i n d i n g s t e c h n i e k w a a r b i j
boog
ontstoken
wordt
tussen
a f s m e l t e n d e wolfraam e l e k t r o d e (Tungsten) den
werkstukken.
I n de
boog
wordt
een n i e t
e n de t e v e r b i n -
elektrische
energie
o m g e z e t i n t h e r m i s c h e e n e r g i e . De w a r m t e d i e v r i j k o m t z o u , i n d i e n h e t systeem ringende
niet
atmosfeer,
werkstuk
gevolgen
i s v a n d e omhebben
voor het
( d e a n o d e ) e n de e l e k t r o d e ( d e k a t h o d e ) . i n een
D o o r de
i n e r t e gasatmosfeer
(I^nert
w o r d t de i n t e r a k t i e v a n h e t h e t e m e t a a l met r e a k t i e v e
o f o p l o s b a r e gassen De e s s e n t i e bad
afgesloten
nadelige
boog t e l a t e n branden Gas)
goed
tegengegaan.
van h e t booglasproces
i s d a t e r een smelt-
g e v o r m d w o r d t , d a t na s t o l l i n g e e n k o n t i n u e v e r b i n d i n g
geeft.
De
warmte
d i e i n de e l e k t r i s c h e boog o n t w i k k e l d
w o r d t , w o r d t g e b r u i k t om h e t m o e d e r m a t e r i a a l
en eventueel
het toevoegmateriaal
deel van h e t
t e smelten.
Een g r o o t
t h e r m i s c h b o o g v e r m o g e n komt e c h t e r n i e t t e n g o e d e a a n h e t feitelijke
smeltbad.
Hiervoor z i j n
te wijzen (zie figuur
de v o l g e n d e
redenen aan
1.):
e r i s w a r m t e v e r l i e s naar
de e l e k t r o d e ,
waardoor
elek-
trodekoeling noodzakelijk wordt; er i s verlies ling, een
naar
de o m g e v i n g
t e ngevolge van s t r a -
g e l e i d i n g en k o n v e k t i e ;
g r o o t d e e l v a n de w a r m t e ' v a n d e
het werkstuk
t e r e c h t , maar
komt d a n
boog komt
a l l e e n t e n goede
aan
t e m p e r a t u u r v e r h o g i n g van h e t ongesmolten
Het
g e d r a g v a n de l a s b o o g w o r d t
plex van
metaal.
bepaald door
e e n kom-
f y s i s c h e w e t t e n . D i t maakt h e t o n m o g e l i j k i n een
k o r t b e s t e k een u i t p u t t e n d e , de b o o g
wel i n
t h e o r e t i s c h e beschouwing
t e geven. I n h e t navolgende
zal kort
iets
over
o v e r de
11
TIG-boog gezegd
worden. Voor
l i n g w o r d t n a a r de l i t e r a t u u r
2.2.
De
Het
starten
spanning t e
elektroden
( e n k e l e MHz,
kan b e s t a a n
e n k e l e kV)
d a n k z i j de
die zich tussen
bevindt.
Het
o v e r de
hete
de t w e e gas,
e l e k t r o n e n komen v r i j
e n / o f v e l d e m i s s i e aan
boog-
relatief
t u s s e n de en
door koude
5.000 K
kan
dus
bewegen z i c h
door thermische emissie
r i c h t i n g anode t e r w i j l kathode
en
stroom
de k a t h o d e e n d o o r i o n i s a t i e v a n
positieve ionen r i c h t i n g
het
de o n t s t a n e
gaan.
F i g u u r 2 g e e f t de p o t e n t i a a l a l s f u n k t i e v a n i n de
hoog-
stroomdoorgang
i s g e d e e l t e l i j k geïoniseerd
g e l e i d e n . De
Zij
verwezen^'^>^* .
superponeren.
de h e t e g a s k o l o m ,
gas.
verhande-
v a n de l a s b o o g v i n d t p l a a t s d o o r e e n
lasboog
50.000 K,
uitgebreidere
TIG-boog.
frekwente spanning
De
een
l a s b o o g weer. Er kunnen d r i e g e b i e d e n
de
plaats
onderscheiden
worden: - de - het
boogzuil; anodevalgebied;
- het kathodevalgebied.
2.2.1.
De b o o g z u i l
De b o o g z u i l een
omvat v r i j w e l
de g e h e l e
k l e i n e e l e k t r i s c h e v e l d s t e r k t e en b i j
vanaf 1 bar e v e n w i c h t . De
i s er
p r a k t i s c h gezien
een
de g e l e i d e n d e
is
zone, w e l k e
op hun
lokaal thermisch
v a n de
en de
grootte
energie i n
l a d i n g d r a g e r s d i e door het
v e l d v e r s n e l d w o r d e n en
v e r v o l g e n s met
n e u t r a l e gasatomen b o t s e n .
zuil is
beurt afhankelijk
een v o l d o e n d hoge t e m p e r a t u u r . De afkomstig
omgevingsdrukken
i n s t a n d h o u d i n g v a n de s t r o o m d o o r de
a f h a n k e l i j k v a n de e l e k t r o n e n d i c h t h e i d
van
boog. Er b e s t a a t
de
van zijn zuil
aanwezige
elkaar of
met
de
Gasstromingen i n zijn bij
niet het
de b o o g z u i l met
ongewoon. Deze
snelheden
plasmastromingen
van
zijn
100
belangrijk
warmtetransport. Z i j ontstaan t e n gevolge
drukgradiënt i n de V o o r een
l e n g t e r i c h t i n g van
de
straal
de d r u k p a l s f u n k t i e
r ^ w a a r d o o r een
van
de
straal
van
een
lasboog.
h y p o t h e t i s c h e boog b e s t a a n d e u i t een
v o r m i g k a n a a l met
m/s
stroom r
uit
cilinderI loopt i s te
drukken
als^> : P(r)
met
= po + ^
. {1 - fJ- }
(1)
po
= de a k t u e l e o m g e v i n g s d r u k ,
J
= de o v e r de d o o r s n e d e v a n
de
lasboog
konstante
stroomdichtheid, c
= de
lichtsnelheid
I n d i e n nu
de d i a m e t e r
l e n g t e k o n s t a n t i s , dan n a u w i n g een een
In
h e t g e v a l van
plasmastroming naar
de
naar
het
bij
het
voor
de d r u k op,
TIG-boog
ontstaat is
het
transport
van
de
T e v e n s h e e f t de
van
hetgeen van
altijd
h e t g e b r u i k van
gehele de
ver-
resulteert in de
lasboog.
van
van
dat er de
een
kathode
de e l e k t r o d e
toevoegmateriaal
plasmastromingen
v l o e i b a a r metaal
I n d i e n geen t o e v o e g m a t e r i a a l w o r d t jet voornamelijk
plaatse
(dat w i l zeggen
zijn
o v e r de
betekent d i t
die vrijwel
werkstuk). B i j TIG-lassen
ter
lengterichting
een
anode g e r i c h t
de b o o g n i e t
treedt
toename van
drukgradiënt i n de
van
belangrijk
en v a n
gebruikt i s
de
warmte. plasma-
werkzaam a l s w a r m t e t r a n s p o r t mechanisme. j e t een
s t a b i l i s e r e n d e w e r k i n g op
de
las-
boog. D o o r de
jetwerking ontstaat
een meer t u r b u l e n t e g a s s t r o m i n g .
t e r plaatse
van
Hierdoor wordt
o v e r d r a c h t naar het werkstuk v e r g r o o t .
de
de
anode
warmte-
2.2.2. Het
Het
anodevalgebied.
anodevalgebied
10""^ m)
tussen
de
anode.
Aangezien
i s h e t dunne o v e r g a n g s g e b i e d
hete er
boogzuil
geen
ionen
geëmitteerd w o r d e n i s e r i n h e t een
zuivere
selijke van
en
r e l a t i e f koude
u i t het
anodemateriaal
anodevalgebied
e l e k t r o n e n s t r o o m . Ten
o v e r m a a t aan
de
(circa
gevolge
sprake
van
e l e k t r o n e n o n t s t a a t een
een
van
plaat-
potentiaalval
1 t o t 10 V.2>
2.2.3.
Het
Het
kathodevalgebied.
kathodevalgebied
10~° m) merkt
het
overgangsgebied
t u s s e n de b o o g z u i l en de k a t h o d e , door
de
w a a r d o o r een kathode
is
is
aanwezigheid
de l e v e r a n c i e r van
en w o r d t
van p o s i t i e v e
p o t e n t i a a l v a l van
5
van
tot
(circa
20 V
geken-
ruimtelading, ontstaat.
elektronen die vrijgemaakt
worden door
middel
e m i s s i e . De
v r i j g e m a a k t e e l e k t r o n e n bewegen z i c h d o o r
k a t h o d e v a l g e b i e d en de
De
thermische
boogzuil
emissie
in
de
en/of
richting
veld-
van
het de
anode.
De met
valgebieden
zijn
de b o o g z u i l a a n
de
h i e r b i j begrensd ene
kant
en
b i n n e n de e l e k t o d e , e v e n w i j d i g aan aan
de a n d e r e
2.2.4. Het guur
De
door
een
vlak
niet-lineaire
het elektrodeoppervlak,
de
de
verloop
lasboog. van
de
boogspanning ( f i -
lasboog g e s c h i k t a l s warmtebron voor
lassen.
I m m e r s , de e n e r g i e o n t w i k k e l i n g t e r p l a a t s e
kathode
en de a n o d e i s g r o t e r dan
Indien
afgezien
wordt
van
verwaarloosbare
van
aan
de e l e k t r o d e ,
omgeving
r e k o m b i n a t i e van v a l g e b i e d e n een
door
i o n e n met
de
van
het de
i n de b o o g z u i l .
zoals Joulse verwarming de
net
kant,
e n e r g i e b a l a n s van
2) m a a k t
d o o r de s c h e i d i n g
elektrode,
effekten,
warmteafgifte
metaalverdamping
elektronen,
dan
kan
voor
en de
e n e r g i e b a l a n s o p g e s t e l d worden.
14
KATHODEVALGEBIED. In h e t kathodevalgebied geproduceerd tiaalval
t e r g r o o t t e van
VK
en
de
komt
een
fraktie
de p o t e n -
van s t r a l i n g , van
het zuil-
k o s t een hoeveel-
g e l i j k a a n h e t p r o d u k t v a n de u i t t r e e p o t e n -
tiaal
!Z$3c
e n de s t r o o m
grens
m e t de b o o g z u i l m o e t e n d e e l e k t r o n e n v a n de
temperatuur dit
vermogen
aan h e t k a t h o d e v a l g e b i e d . Het
u i t t r e d e n v a n e l e k t r o n e n u i t de k a t h o d e h e i d vermogen
van
I . Ten g e v o l g e
t e n goede
CKVZI
een h o e v e e l h e i d
het produkt
stroom
g e l e i d i n g en k o n v e k t i e vermogen
wordt
I . B i j het overschrijden
Tic n a a r de z u i l t e m p e r a t u u r Tz g e b r a c h t
vraagt
een
hoeveelheid
3 k B ( T z - T k ) I / 2 e , H e t v e r m o g e n Qic schikbaar voor
de v e r w a r m i n g
vermogen blijft
v a n de
v a n de kathodeworden;
gelijk
dan
aan
p e r saldo be-
kathode
(zie figuur
3a) . De e n e r g i e b a l a n s geven worden
kan i n formule-vorm
( l i n k s van h e t g e l i j k t e k e n
ceerde energie p e r t i j d s e e n h e i d voerde energie p e r t i j d s e e n h e i d VJCI
met
+ CicV.I =
als
volgt
weerge-
s t a a t de g e p r o d u -
en r e c h t s
s t a a t de a f g e -
aangegeven):
+ ^^°^^2e" ^""^ I + Q»-
(2)
k s = de k o n s t a n t e v a n B o l t z m a n n , e
= de l a d i n g v a n e e n e l e k t r o n .
ANODEVALGEBIED. Voor
het
energiebalans
anodevalgebied (zie figuur
geldt
een
overeenkomstige
3b):
V a l + C a V . I + é^l + ^'^^^^2e" ^'^^ I = QWas d e u i t r e e - e n e r g i e e n elektronen b i j gie,
b i j
de t h e r m i s c h e
het kathodevalgebied
h e t anodevalgebied
t i e v e t e r m e n i n de b a l a n s
(3) e n e r g i e v a n de
een a f v o e r v a n ener-
komen d e z e
posten
als posi-
voor.
15
BOOGZUIL. Q u i g l e y e.a.^>
geven aan
17% v a n de w a r m t e i n b r e n g van
de s t r a l i n g ,
d a t b i j een TIG-boog
i n de
anode v o o r
slechts
r e k e n i n g komt
k o n v e k t i e en t h e r m i s c h e g e l e i d i n g v a n h e t
b e s c h e r m g a s . De r e s t v a n de w a r m t e
bereikt
de
anode
door
h e t b i n n e n t r e d e n v a n e l e k t r o n e n i n h e t v a l g e b i e d . M e t name de u i t t r e e p o t e n t i a a l
e n de
valgebied spelen h i e r b i j
I n de (vanaf
potentiaalval
De
per
een l o k a a l t h e r m i s c h volume-eenheid
geproduceerde e l e k t r i s c h e toestand g e l i j k verlies
van
geleiding,
a a n de
energie
h e t anode-
een g r o t e r o l .
boogzuil bestaat 1 bar).
over
en
evenwicht
tijdseenheid
e n e r g i e i s b i j een s t a t i o n a i r e energie d i e wordt afgevoerd. D i t
geschiedt
door
m i d d e l van warmte-
s t r a l i n g e n k o n v e k t i e . De g e k o m p l i c e e r d h e i d v a n
deze p r o c e s s e n
maakt h e t
zeer m o e i l i j k
een e n e r g i e b a l a n s
v o o r de b o o g z u i l op t e s t e l l e n .
2.3.
De i n v l o e d v a n de g a s s a m e n s t e l l i n g op de l a s b o o g .
Onder a t m o s f e r i s c h e d r u k i s h e t u i t e r l i j k van
de
boog s t e r k
en h e t gedrag
a f h a n k e l i j k v a n de s o o r t e n
samenstel-
l i n g van h e t beschermgas. Key e.a.®' v i n d e n v o o r
een
150A-TIG-boog
temperatuurverdeling
i n h e t midden
weergegeven i n f i g u u r
4. De
plasma wordt
a l s de b e g r e n z i n g v a n de b o o g g e k o -
zen, een
hierbij
i n h e t algemeen m e n g s e l met
keer
zo g r o t e d i a m e t e r g e e f t
de
boog
detekteerbare straal
8.000 K e n
10% argon
van
een r a d i a l e
hoger.
Opvallend
zoals
van het
i s dat
en 90% h e l i u m een b i j n a a l s een
boog
met
drie
een be-
schermgas b e s t a a n d e u i t 100% a r g o n . Glickstein''' hij
geeft
helium veel
tevens
vindt aan
een
vergelijkbaar
d a t hoewel
de
g r o t e r i s dan v o o r a r g o n
s t r o o m d i c h t h e i d voor b e i d e gassen
resultaat,
maar
boogdiameter
voor
de v e r d e l i n g v a n de
vrijwel
gelijk
i s
(zie
figuur 5).
16
De
elektrische
en t h e r m i s c h e
en a r g o n
zijn
in
6 . D a a r de
figuur
( 2 4 , 5 eV) (15,1
groter
eV)
groter
als
i s de
dan
f u n k t i e van
i s dan
grotere
warmtegeleiding
in
elektrische
beschermgassen
(figuur
6.a.).
b a a r h e i d van
Indien
elektrische
van
2.4.
De
is
helium argon
heliumboog veld-
boogtemperatuur.
helium
maakt
invloed
meest
dat
de
De boog
van
de
"klokvorm"), geeft
elektrische argon vanaf
geleid-
vanaf
6.000
11.000
het stroomvoerende
K.
K
Als
gedeel-
gelijk.
d r u k op
de
lasboog.
van
de
de v o r m en v a n
w o r d t de
d a t de s t r o o m d i c h t -
h e l i u m pas
s t r a a l van
de r e s p e k t i e v e -
temperatuurafhankelijk
geleidt
opvallende invloed
toenemende d r u k
grotere
sterk
van
b e n e d e n een
s t r o o m en
de v e r a n d e r i n g v a n
d r u k op
boog s m a l l e r meer
de
lasboog
de b o o g s p a n n i n g .
straling
(de b o o g af
en
Bij
verliest heeft
een
boogspanning.
Verschillende o n d e r z o e k e r s ^ ' ^ ' h e b b e n van
de b o o g n a d e r b e s c h o u w d . A l l u m ^ ' ^ '
ter
van
Dz
voor
i n een
aangenomen w o r d t
van b e i d e bogen nagenoeg
zijn
Vi
grotere elektrische
hogere
l ( O h m . c m ) ~ ^ , dan
g e v o l g h i e r v a n i s de
is
een
is
verwaarloosbaar
De
veldsterkte
geleidingsvermogen
lijke
te
weergegeven
wordt.
Het
de
temperatuur
helium
i o n i s a t i e p o t e n t i a a l voor
a r g o n b o o g . De
resulteert
heid
de
elektrische
i n een
de
ionisatiepotentiaal
sterkte
breder
g e l e i d b a a r h e i d van
de
zuil
D z a l s v o l g t van
~ p"'" , l < p < 1 4
met
m es 0,17
i n een
en
m es 0 , 2 5
b i j
de
vindt
druk
de
d a t de
t o e p a s s i n g van
diame-
afhangt:
bar stilstaande
kontraktie
(4) argon een
atmosfeer, turbulent
bescherm-
gas .
17
V o o r de zwakkere
diameter van
de k a t h o d e v l e k DJC^^ v i n d t
h i j een
drukafhankelijkheid:
DJC^ ~ p - ° ' ^ ^
(5)
De k o n t r a k t i e v a n de k a t h o d e v l e k m e t de d r u k in
een
toenemende
resulteert
stroomdichtheid t e r plaatse
v a n de
kathode. De v o r m i n g v a n p l a s m a s t r o m i n g e n meld,
afhankelijk
mule
van
vernauwingen
( 1 ) ) . Door de afnemende
toenemende
druk
i s , zoals
worden
i n de l a s b o o g
d i v e r g e n t i e van
de
eerder ver-
snelheden
van
(for-
de b o o g met de p l a s m a j e t
kleiner.
De som v a n de p o t e n t i a a l v a l l e n het
kathodevalgebied
ning a l s
Dijk
kunnen b e p a a l d
f u n k t i e van
booglengte
de b o o g l e n g t e
span-
t e extrapoleren
naar
e n Den Ouden^^' s p r e k e n v a n e e n z e e r l i c h t e som v a n
terwijl
A l l u m ^ > ^ > e n
de p o t e n t i a a l v a l l e n
De t o e n a m e IT^O)
van met
de de
daling
met toenemende d r u k ,
S t a l k e r e n Salter^°> v a n m e n i n g
d a t deze waarde o n a f h a n k e l i j k
lengte
w o r d e n d o o r de
nul.
v a n de
zijn
i n h e t a n o d e v a l g e b i e d en
i s v a n de d r u k .
boogspanning
(voor
een
b o o g met
d r u k komt v o l g e n s A l l u m g e h e e l
voor
r e k e n i n g v a n de b o o g z u i l .
V o o r een argonboog
in
een
stilstaande
v i n d t A l l u m ^ ^ ) v o o r de b o o g s p a n n i n g
gasatmosfeer
V:
V « 9 + 0 , 7 5 . 1 . (p)°'^
Met
toenemende
druk
u i t z e n d e n ^ ' ^ > _ v e e r 5% uit
van h e t
de b o o g z u i l .
(6)
gaat
Allum^^'
de a r g o n b o o g vindt
meer
dat b i j
boogvermogen v e r l o r e n
straling
1 b a r onge-
gaat a l s s t r a l i n g
D i t komt o v e r e e n met 1 8 % v a n h e t v e r m o g e n
18
van
de
het
zuilvermogen. De
van
de
boogzuil.
l a s b o o g en
omgeving door
Het
Bij
42 b a r i s d i t o p g e l o p e n
drukverhoging resulteert
b e s c h e r m g a s . Het
2,5.
Bij
een
i n een
groter
energieverlies
g e l e i d i n g wordt
geleidingsvermogen
van
vanuit
naar
het
lassen
nieerd als
zonder
de v e r h o u d i n g
van
de
Het
smeltrendement
groter.
kunnen twee
worden: rendement i s g e d e f i -
t u s s e n de en
door het
werkstuk
totale
vermogen
het
i s de
n o d i g i s om
f r a k t i e van
h e t boogvermogen
h e t s m e l t b a d t e kunnen vormen.
rendement i s geen k o n s t a n t e g r o o t h e i d ,
hankelijk
van
het
booglasproces,
w e r k s t u k m a t e r i a a l en de
Het
maar i s a f -
de l a s p a r a m e t e r s ,
het
omgevingsfaktoren,
procesrendement.
e e n h e i d van
ontwikkeling
i n de
lengte
van
lasboog
de
l a s i s de t o t a l e
energie-
Et:
E . = ^ met
de
boog.
die minimaal
Per
lasboog
toevoegmateriaal
opgenomen t h e r m i s c h e v e r m o g e n
2,5.1.
de
het
Rendement.
Het p r o c e s r e n d e m e n t o f t h e r m i s c h e
Het
van
temperatuurverhoging
hiermee
s o o r t e n rendement onderscheiden -
t o t 26%
(7,
V = de v o o r t l o o p s n e l h e i d
van
de
lasboog.
Het p r o c e s r e n d e m e n t i s :
ni. =
met
Ep=
1^
.100%
h e t vermogen
(8)
dat
las i n het werkstuk
per eenheid van terecht
lengte
van
de
komt.
19
D o o r b e p a l i n g v a n de t e m p e r a t u u r c y c l u s d i e de n a b i j h e i d
v a n de
onderstaande bepaald 1. De
een p u n t i n
l a s d o o r l o o p t k a n , o n d e r aanname v a n
vooronderstellingen,
het
procesrendement
worden. fysische
materiaaleigenschappen
o n a f h a n k e l i j k v a n de t e m p e r a t u u r . smelten van h e t werkstukmetaal
zijn
Er
k o n s t a n t en
treedt
dus geen
op.
2. De w a r m t e b r o n b i j h e t l a s s e n i s p u n t v o r m i g e n h e e f t e e n o n e i n d i g hoge
temperatuur.
3. De w a r m t e v e r l i e z e n
naar
de
omgeving z i j n
verwaarloos-
baar. 4. H e t
werkstuk
bestaat
u i t een v l a k k e p l a a t met g r o t e
afmetingen.
De t i j d
d i e n o d i g i s om de warmtebeïnvloede
koelen van
800°C n a a r
500°C
deels benaderende formules hierbij
is
d a t deze
(Ats/s)
berekend
punten
kan
zone a f t e
met b e h u l p v a n
worden.^'
Voorwaarde
een p i e k t e m p e r a t u u r v a n m i n i -
m a a l 900°C h e b b e n . E r moet o n d e r s c h e i d gemaakt en d u n n e
plaat.
worden t u s s e n
B i j dikke plaat
dimensionale warmtestromingen w o o r d e n de
isothermen
dunne p l a a t
zijn
zijn
i s er
i n het
dikke plaat
sprake van d r i e -
w e r k s t u k , met a n d e r e
k o n c e n t r i s c h en h a l f r o n d . B i j
de w a r m t e s t r o m i n g e n
i n het werkstuk
twee-
dimensionaal , Voor
een
v o l g t berekend
AtB/3
met
dunne
plaat
kan
worden.
aW^ = 4^k.d-
1 -^^500 - To^" -
W = n p V I / v = de w a r m t e i n b r e n g a=k/cp^=
de 8 0 0 - 5 0 0 - a f k o e l t i j d a l s
1 ^800 - T o ) " ^
^^^^
i n het werkstuk,
de temperatuurvereffeningskoëfficiënt,
k
= de warmtegeleidingskoëfficiënt,
Cp
= de s o o r t e l i j k e
^
= de
d
= de p l a a t d i k t e .
warmte,
dichtheid,
20
To
= de b e g i n t e m p e r a t u u r
van de p l a a t .
De 8 0 0 - 5 0 0 - a f k o e l t i j d v o o r d i k k e p l a a t w o r d t
als volgt
berekend:
^ t - ^
= 2W
• ^ (500 - To) - <800 - To) >
De k r i t i s c h e
p l a a t d i k t e bepaalt
(9b)
de grens t u s s e n dunne
en d i k k e p l a a t , en kan b e r e k e n d worden door g e l i j k s t e l l i n g van de 8 0 0 - 5 0 0 - a f k o e l t i j d e n van b e i d e Door m e t i n g
van de
platen.
stroom, de spanning,
de v o o r t l o o p -
s n e l h e i d , de 8 0 0 - 5 0 0 - a f k o e l t i j d en de b e g i n t e m p e r a t u u r de p l a a t kan met
de f o r m u l e s
(9a) en
(9b) h e t
van
procesrende-
ment berekend worden. 2.5.2.
Het
smeltrendement.
Het smeltrendement i s g e d e f i n i e e r d a l s :
na =
met
.100%
(10)
E s = de warmte d i e p e r e e n h e i d van l e n g t e van de l a s n o d i g i s om h e t l a s b a d t e vormen. Door b e p a l i n g
snede van
van de
het lasbad
oppervlakte A
kan de
van de dwarsdoor-
energie die
n o d i g i s om t e
smelten berekend worden: Es
met
= ^.A.q
(11)
q = de warmte d i e n o d i g i s om één massa-eenheid van h e t l a s b a d m a t e r i a a l t o t s m e l t e n t e brengen. De warmte q b e s t a a t u i t twee
h o e v e e l h e i d warmte
d i e nodig
gedeelten: ten
e e r s t e de
i s om h e t m a t e r i a a l t e v e r -
21
h i t t e n v a n de p l a a t t e m p e r a t u u r To t o t Ts, t e n
t w e e d e de
h o e v e e l h e i d warmte
de
smelttemperatuur d i e n o d i g i s om
het metaal t e smelten:
T. q
=
dT
+ q.
(12)
22
3.
DE EXPERIMENTEN.
3.1.
De p r o e f o p s t e l l i n g .
Een
schematische
deze t i j d e n s figuur
a l l e experimenten i s gebruikt,
zoals
i s t e zien i n
7.
Het en
w e e r g a v e v a n de p r o e f o p s t e l l i n g ,
c i l i n d r i s c h e d r u k v a t h e e f t e e n i n h o u d v a n 390 l i t e r
kan
gebruikt
worden
t o t een druk v a n 21 b a r , zodat
w a t e r d i e p t e n t o t 200 m g e s i m u l e e r d k u n n e n w o r d e n . In
het drukvat z i j n
pneumatisch
een w a t e r g e k o e l d e T I G - t o o r t s en een
proefplaten-wisselsysteem geplaatst.
De p r o e f u i t v o e r i n g v e r l o o p t
als volgt:
De t e l a s s e n p l a t e n w o r d e n i n h e t w i s s e l s y s t e e m Hierna wordt uur leeg
het drukvat
g e p o m p t . Na
g e s l o t e n en
v u l l i n g van
geplaatst.
gedurende een h a l f
h e t v a t met h e t t o e t e
p a s s e n b e s c h e r m g a s t o t e e n d r u k v a n 1,5 b a r w o r d t de v i j f
m i n u t e n g e p o m p t . D a a r n a w o r d t h e t v a t op d e b e n o -
digde werkdruk Met
gebracht.
behulp van h e t wisselsysteem wordt
o n d e r de matische
toorts
een
een p r o e f p l a a t
g e b r a c h t . Deze w o r d t g e f i x e e r d d o o r
stempels,
cilindertjes pel
geduren-
terwijl
gelijktijdig
pneu-
mikro-perslucht-
e l e k t r i s c h k o n t a k t t u s s e n een thermokop-
i n de p l a a t e n e e n r e k o r d e r b u i t e n h e t v a t b e w e r k s t e l -
ligen.
De b o o g l e n g t e w o r d t met b e h u l p v a n e e n e l e k t r o m o t o r
i n g e s t e l d . Na h e t s t a r t e n v a n o n b e w e e g l i j k en voortbewogen. zijn
w o r d t de
de
boog
blijft
de t o o r t s
p r o e f p l a a t met een e l e k t r o m o t o r
T e n s l o t t e w o r d t de
p r o e f p l a a t i n e e n maga-
weggezet.
De p l a a t s v a n de b o o g , de v o o r t l o o p s n e l h e i d t i j d e n s h e t lassen,
de l a s s t r o o m , de
cyclus
worden
buiten
b o o g s p a n n i n g en het drukvat
de t e m p e r a t u u r -
geregistreerd.
s t r o o m b r o n w o r d t een M o r e l i s s e l a s m a c h i n e
Als
toegepast.
23
3.2.
De
Het
proefplaten.
proefmateriaal
l e g e r i n g Fe 5 1 0 . lende
charges
is
Fe 5 1 0 ,
proefplaat
waarvan
het
Het
de l a s
8
de
verschil-
samenstellingen z i j n
8. I n d e p l a a t
een c h r o m e l - a l u m e l
koppel wordt, e l e k t r i s c h gevoerd.
de m i k r o - p e r s l u c h t c i l i n d e r t j e s figuur
de
i s weergegeven i n f i g u u r
ingeplakte printplaatje
In
van
1.
o p e e n d i e p t e v a n 5 mm
gemonteerd.
u i t staalplaten
Er i s g e b r u i k gemaakt v a n twee
weergegeven i n t a b e l Een
bestaat
thermokoppel
geïsoleerd,
Op d i t p l a a t j e
naar
worden
aangeperst.
i s t e v e n s aangegeven hoe de p r e p a r a t e n u i t
worden
gehaald.
schuren, p o l i j s t e n
Van
deze
preparaten
w o r d e n na
en e t s e n met b e h u l p v a n een m i k r o s k o o p
de l a s b a d a f m e t i n g e n b e p a a l d .
De p r o e f p l a t e n h e b b e n e e n d i k t e v a n ningen b l i j k t ligt De
d a t de k r i t i s c h e
10 mm.
U i t bereke-
d i k t e t u s s e n de 17 e n 24 mm
( a f h a n k e l i j k v a n de i n s t e l l i n g v a n de l a s p a r a m e t e r s ) , gebruikte
proefplaten
kunnen
dus
a l s dun beschouwd
worden.
3.3.
De
Bij het
proeven.
h e t TIG-lassen
spel.
Het zou
de i n v l o e d v a n Het
is
soort
zijn
een g r o o t
aantal parameters i n
zeer v e e l rendementsmetingen
elke
parameter
afzonderlijk
vragen
t e bepalen.
hierom d a t door middel yan i n l e i d e n d e metingen
" s t a n d a a r d " v o o r de
standaard
geeft
voor
lasparameters bepaald
elke
l a s s e r i e aan w e l k e
k o n s t a n t gehouden
moet
worden
2 ) . Een l a s s e r i e i s e e n r e e k s
(zie tabel
worden
en
welke
ten
d i e i n één k e e r i n h e t w i s s e l s y s t e e m
die
o n d e r v a r i a t i e v a n één p a r a m e t e r De e e r s t e s e r i e l a s s e n w e r d
wordt
om
een
i s . Deze parameter
g e v a r i e e r d mag proefpla-
w o r d t g e l a d e n en gelast.
g e m a a k t t e r b e p a l i n g v a n de
i n v l o e d v a n de o p p e r v l a k t e g e s t e l d h e i d v a n h e t p r o e f s t u k m a -
24
teriaal als
op h e t r e n d e m e n t * .
werd h e t
bestaande
p l a a t werd Van
w a l s h u i d werd
alleen
(grit
De
proef-
de w a l s h u i d v e r w i j d e r d :
lasrichting
t e s c h u r e n met
fijn
lasrichting
t e s c h u r e n met
grof schuurpapier
6 0 ) . D i t w o r d t a a n g e d u i d met
d. A l s p r o e f p l a a t ("grit
schuurpapier
"gritöO'^".
c. maar nu l o o d r e c h t
op de
lasrichting.
60>").
e. D o o r s c h a v e n
i n de
lasrichting.
D o o r de p r o e f p l a a t t e p a r e l s t r a l e n .
g. D o o r i n de papier.
lasrichting
Daarna
w e k e n i n een
werd
te de
schuren
aceton
De
met
schuurdrie
oververzadigde NaCl-oplossing t e leggen. lassen
met
aan
het
v a n de d r u k en h e t s o o r t b e s c h e r m g a s op
het
ontvet.
invloed
r e n d e m e n t w e r d b e p a a l d i n een
zestal lasseries:
I n een
s t i l s t a a n d e argonatmosfeer
2 bar
de
argondruk
gebruikte
verhoogd
l a s s t r o o m bedroeg
2. G e b r u i k makend
van
een
werd
van
200
in
1
150A-argonboog
werd van
3 b a r . Tevens
serie,
een
r a a m met
een
andere
laselektrode
d i a m e t e r van
t h o r i u m o x i d e met
I n een
6,4
mm
werd,
17 b a r .
werd
De
serie 1
2 bar verlaagd
alleen
gebruikt
b i j deze
(zuiver wolf-
i n p l a a t s van
een d i a m e t e r v a n
4,8
wolfraam
mm).
s t i l s t a a n d e h e l i u m - a t m o s f e e r w e r d v o o r een
l a s b o o g de d r u k v e r l a a g d v a n
van
A.
de d r u k i n s t a p j e s v a n
17 n a a r
stapjes
naar
herhaald, waarbij
+2%
grof
p l a a t g e r o e s t d o o r deze
A l l e p r o e f p l a t e n werden voorafgaande
3.
gelaten.
600) .
c. D o o r i n de (grit
intakt
ontvet.
zes p r o e f p l a t e n w e r d
b. D o o r i n de
1.
bovenoppervlak
v o l g t bewerkt:
a. De
f.
Hiertoe
9 naar
IIOA-
1 bar.
*Waar s p r a k e i s v a n "het rendement" wordt procesrendement a l s het smeltrendement bedoeld.
zowel
het
Bij
respektievelijk
TIG-boog b i j
7, 5, 3 e n 1 b a r w e r d v o o r e e n 110 A-
v e r s c h i l l e n d e gasmengsels
h e t rendement
be-
paald: 4. Een g a s m e n g s e l
van 75% a r g o n + 25% h e l i u m
(75Ar/25He).
5. Een g a s m e n g s e l
v a n 50% a r g o n + 50% h e l i u m
(50Ar/50He).
6. Een g a s m e n g s e l
v a n 25% a r g o n + 75% h e l i u m
(25Ar/75He).
Alleen voor
de l a s s e r i e s
t e rbepaling
v a n de o p p e r v l a k t e g e s t e l d h e i d en gemaakt
van
samenstelling
lasserie
proefplaten
vervaardigd
1 (zie tabel
1 ) . Voor
v a n de i n v l o e d 1
werd
gebruik
u i t m a t e r i a a l van
de o v e r i g e
series
werd
charge 2 g e b r u i k t .
H e t p r o c e s r e n d e m e n t w e r d na m e t i n g v a n de l a s s t r o o m , boogspanning,
de
800-500-afkoeltijd
v o o r t l o o p s n e l h e i d van (k=0.03
J/s mm
K,
a = 5 , 0 3 mm^/s; d e z e
de b o o g
figuur
9) e n de
berekend u i t formule ( 9 a ) .
Cp=760 J / k g K, waarden z i j n
(zie
de
^ =7,85.10"® kg/mm='
en
g e m i d d e l d t u s s e n 8 0 0 ° C en
5 0 0 ° C ) .^=^> Het
s m e l t r e n d e m e n t w e r d b e r e k e n d u i t de o p p e r v l a k t e v a n
de d w a r s d o o r s n e d e (12)). 500°C)
van h e t lasbad.
(q=l,47.10® J / k g ;
(Formule
gemiddeld
( 1 0 ) , (11) en
tussen
800°C
en
4^
RESULTATEN EN BESPREKING.
4.1.
De i n v l o e d v a n de o p p e r v l a k t e g e s t e l d h e i d .
4.1.1.
Het procesrendement.
Figuur
10
schillende varieert als
g e e f t h e t procesrendement
oppervlaktegesteldheden.
tussen
7 1 % en
75% en
w e e r v o o r de v e r -
Het
procesrendement
k a n dus g e s c h r e v e n
73 + 2%, h e t g e e n b i n n e n de e x p e r i m e n t e l e
worden
onnauwkeurig-
h e i d v a n c i r c a 3% v a l t . Figuur
11
geeft
de
boogspanning
a l s f u n k t i e v a n de
oppervlaktegesteldheid.
Het p r o c e s r e n d e m e n t b l i j k t soort
oppervlaktebewerking
onafhankelijk t e zijn d i e het proefstuk
v a n de
ondergaan
heeft. De i n v l o e d v a n de spanning l i j k t of
niet
oppervlaktegesteldheid
meer
i n
g e z o c h t worden: pervlak
de
oxidehuid.
richting
het l i j k t
er
De
van op
heeft
echter
geen
oorzaak
moet m i s -
de o p p e r v l a k t e r u w h e i d
d a t hoe
i s h o e h o g e r de b o o g s p a n n i n g
boogspanning
de boog-
z o z e e r e e n g e v o l g t e z i j n v a n de a a n -
a f w e z i g h e i d v a n een
schien
op
ruwer
i s . Deze
invloed
op
h e t op-
veranderende h e t gemeten
procesrendement.
4.1.2.
Het smeltrendement.
Het smeltrendement
staat voor
de v e r s c h i l l e n d e o p p e r -
v l a k t e g e s t e l d h e d e n weergegeven i n f i g u u r waarden z i j n rendement
1 2 . De a a n g e g e v e n
gemiddelden van d r i e waarden v o o r h e t s m e l t -
(de o p p e r v l a k t e v a n h e t l a s b a d i s op d r i e
sen b e p a a l d ,
z i efiguur
8 ) . Het aangegeven g e b i e d j e
plaatgeeft
de g r o o t s t e e n k l e i n s t e w a a r d e v a n h e t s m e l t r e n d e m e n t .
Figuur lijk
12 t o o n t a a n
dat het
smeltrendement
onafhanke-
i s v a n de o p p e r v l a k t e g e s t e l d h e i d v a n h e t w e r k s t u k .
Prinsen^^> plaat
een
plaat.
vindt
faktor
Het
dat het smeltrendement b i j geschaafde
1,2
door
t o t 1,6
hem
groter
is
u i t g e v o e r d e onderzoek roept
z o v e e l v r a g e n op d a t d e z e b e v i n d i n g h o u d e n d h e i d moet worden
4.2.
Een
Bij een
dan b i j o n b e w e r k t e
met
de
echter
nodige
terug-
beschouwd.
200A-argonboog onder verhoogde d r u k .
het
lassen
i n een
stilstaande
s t r o o m s t e r k t e v a n 200A
worden
de
argonatmosfeer b i j volgende
verschijn-
s e l e n waargenomen: 1 . Met
toenemende
druk
steeds m o e i l i j k e r
wordt
het
en u i t e i n d e l i j k
starten
v a n de
boog
zelfs onmogelijk ( b i j
19 b a r ) . 2. De
elektrode
snede van
( w o l f r a a m + 2% t h o r i u m o x i d e met
4,8
mm)
erodeert sterk b i j lassen
een
door-
onder
ver-
hoogde d r u k . 3. a.
De
lassen
d i e gemaakt
drukken z i j n waartse (zie b.
n i e t meer
stappen
recht,
ter
grootte
bij
7 b a r en
maar
vertonen z i j -
v a n de l a s b a d b r e e d t e
De v o r m en a f m e t i n g e n v a n de d w a r s d o o r s n e d e
las
sterk
afhankelijk
Deze w a a r n e m i n g e n
v a n de p l a a t s
daalt
zullen
met
i n de
toenemende d r u k .
hieronder besproken
worden.
H e t s t a r t e n v a n de l a s b o o g . verhoging
van
de
omgevingsdruk
moet
de
t u s s e n e l e k t r o d e en w e r k s t u k s t e e d s k l e i n e r g e k o z e n om h e t s t a r t e n v a n de b o o g mogelijk
te
maken.
Bij
m o g e l i j k t e s t a r t e n met toe
van het
(zie figuur 14),
4. H e t p r o c e s r e n d e m e n t
4.2.1.
hogere
figuur 13).
lasbad z i j n
Bij
worden
met een
de
startafstand 13 b a r a l 0,5
verkleind
een a f s t a n d
mm
is.
worden
worden
hoogfrekwent-inrichting
druk
t e p a s s e n b o o g l e n g t e (1=3 mm).
afstand
v a n 1 b a r i s h e t nog die gelijk
i s aan
de
Reeds b i j 9 b a r m o e t
de
t o t 1,5
mm,
terwijl
dit b i j
D i r e k t na
h e t s t a r t e n w o r d t de b o o g l e n g t e
vergroot t o t
de b e n o d i g d e w e r k l e n g t e . Het
gevaar van een zeer k l e i n e a f s t a n d t u s s e n
t r o d e en
het werkstuk
starten direkt
i s dat het lasbad, dat zich b i j het
vormt,
kontaminatie van
de e l e k -
tegen
de
de e l e k t r o d e
elektrode
opspat.
Deze
h e e f t een v e r h e v i g d e e l e k -
trode-erosie t o t gevolg. V a n a f 19 b a r i s Het
het
z a l b i j deze
s t a r t e n door
echter groter. de
straal.
Het
gevaar
van
Een a n d e r e
t i p van
starten
onmogelijk.
drukken misschien m o g e l i j k b l i j k e n t e
k o n t a k t t e maken t u s s e n
werkstuk^^'.
van
hoogfrekwent
de e l e k t r o d e
kontaminatie wordt
mogelijkheid
i s
en h e t daarmee
h e t verwarmen
de e l e k t r o d e , b i j v o o r b e e l d met e e n l a s e r -
Deze m e t h o d e n z i j n
b i jdit
onderzoek n i e t
toege-
past .
4.2.2.
De e l e k t r o d e - e r o s i e .
Indien er
gelast wordt
sprake v a n een v e r h e v i g d e trode:
met" t o e n e m e n d e
o n d e r v e r h o o g d e d r u k dan i s e r e r o s i e van
druk
wordt
de t i p
de p u n t i g e t i p e e r s t
m i n d e r s c h e r p , v e r v o l g e n s k r i j g t deze een lijk
v a n de e l e k -
gehavend
uiter-
e n t e n s l o t t e v e r d w i j n t de t i p g e h e e l .
De v e r h e v i g d e
e r o s i e v a n de e l e k t r o d e t i p w o r d t
v e l e andere onderzoekers Dijk^®*^"^' v i n d t
vermeld^°>
d a t de
^=>
erosie afhankelijk
ook door
^"^^
.
i s v a n de
d r u k e n de m a n i e r w a a r o p de b o o g o n t s t o k e n w o r d t . H i j w i j t de v e r h e v i g d e
e r o s i e a a n de k o n t a m i n a t i e
door vreemde
metalen
lasboog
en a a n h e t o n r u s t i g e k a r a k t e r v a n de
(met name de k a t h o d e v l e k ) b i j v e r h o o g d e
S t a l k e r e n Salter^°> dat
de
v a n de e l e k t r o d e
toename v a n
druk.
en Edmonds e.a.^^' z i j n v a n m e n i n g
de e r o s i e
een g e v o l g
i s v a n de v e r -
k l e i n i n g v a n de d i a m e t e r v a n de k a t h o d e v l e k met t o e n e m e n d e druk
( f o r m u l e ( 3 ) ) , w a a r d o o r de s t r o o m d i c h t h e i d t e r p l a a t -
se v a n de k a t h o d e
toeneemt.
Het
is waarschijnlijk
v e r w i s s e l d en ken"
van
d a t de
dat D i j k
e r o s i e een
oorzaak
g e v o l g i s van
h e t a a n g r i j p i n g s p u n t van
n a a r de
t i p van
kathode
wordt
de
boog wordt minder
Dijk^"^»
maakt
erosie b i j wolfraam
elektrode.
hierdoor groter,
de b o o g aan De
de
het
"afzak-
de e l e k t r o d e
s t r o o m d i c h t h e i d aan
erosie
neemt t o e
en
de de
stabiel.
melding
van
t o e p a s s i n g van
met
en g e v o l g h e e f t
een
geringere elektrode-
zuiver wolfraam
2% t h o r i u m o x i d e .
Van
i n plaats
van
deze b e v i n d i n g z a l b i j
v e r d e r e p r o e f n e m i n g e n g e b r u i k t worden gemaakt. Verschillende a u t e u r s ^ ° > v i n d e n erosie b i j
een
dan
argonboog. Helium
al
b i j een
heliumboog
t e hoge d r u k k e n
4.2.3.
d a t de e l e k t r o d e -
onder druk beduidend
toegepast
kan
groter i s
daarom a l l e e n
b i j niet
worden.
Lasbadinstabiliteit.
Het
lassen
onder
verhoogde
booginstabiliteit^^'.
druk
D i t treedt het
kan
resulteren i n
s t e r k s t op
b i j toe-
p a s s i n g van
h e l i u m a l s beschermgas. B i j b o o g i n s t a b i l i t e i t
ondergaat
lasboog
ringen: er
de
de
in
de
l a s s t r o o m en
tijd
boogspanning z i j n
t r e d e n k l e u r v e r a n d e r i n g e n op
B o o g i n s t a b i l i t e i t moet stabiliteit. de b o o g
onvoorspelbare
en
de
onderscheiden
Bij lasbadinstabiliteit
n i e t beperkt
t o t de
de a n o d e . H i e r d o o r k a n
de
las
zuil, een
niet
verandekonstant,
boog p u l s e e r t .
worden van is
lasbadin-
de v e r s t o r i n g
maar t r e e d t grillig
ook
van
op b i j
uiterlijk
ver-
krijgen.
Booginstabiliteit in
de
ten
gevolge
van
l i t e r a t u u r wel v e r m e l d ^ ^ ' m a a r
z a a k i s nog w e i n i g b e k e n d . V e r m e l d i n g teit
i s een
Bij een
drukverhoging
van
van
de
wordt oor-
lasbadinstabili-
zeldzaamheid.
argonbogen d i e onder a t m o s f e r i s c h e druk
zelf-stabiliserende
p l a s m a j e t aanwezig.
branden i s Het
i s waar-
schijnlijk
dat b i j drukverhoging n i e t
v a n u i t de
kathode
vermindert,
maar d a t ook
v a n u i t de a n o d e r e l a t i e f
belangrijk
komplex s t r o m i n g s p a t r o o n
de b o o g
gebrek
aan
stijfheid
magnetische
maakt
krachten
op
jetwerking
de
wordt,
jetwerking
waardoor
minder s t i j f
het
die
a l l e e n de
mogelijk de
boog
maakt. D i t
dat
de
zwakke
w e r k e n , en
onder
a t m o s f e r i s c h e d r u k hoegenaamd g e e n i n v l o e d h e b b e n , de laten
"flikkeren"
Echter,
de
en
zelfs
verwachting
is
dat
de b o o g n i e t
als
waargenomen, i n d i e n e r een De b e s c h a d i g i n g
emissieplaatsen
favoriet,
van
de
d u i d e l i j k h e t g e v o l g van
4.2.4.
Het
van
( f i g u u r 15)
c e e r b a a r h e i d van
booglengte, bestaat het
geeft
de
aan
( f i g u u r 14)
druk
dalend
en de
voor
de
van is
b i j
dit
een
resultaat
zijwaartse
waardoor
de
te
stap
slechte reprodu-
Doorgevoerde v e r b e t e r i n g e n . einde i e t s
nodige
zetten.
Immers, t e r
ontstaat
een g r o t e r e
boogspanning
i d e e d a t de b o o g b i j een
de
verloop.
d e z e l a s s e n i s h e t n o o d z a k e l i j k de
4.2.5.
groter
i s . Tevens
z i j w a a r t s e s t a p even aan
de p l a a t
z i n v o l s over het v e r l o o p van
het
gepind.
rende-
de d r u k t e k u n n e n z e g g e n , i s h e t n o o d z a k e l i j k de
elektrode-erosie las?) tegen cq.
andere
stapjes.
een
"hangen", a l s z i j n d e t i j d e l i j k
m e n t met
las
van
blijft
Ten
de b o o g z e l f s
zijwaartse
E c h t e r , g e z i e n de b e t r o u w b a a r h e i d
van
t i p maakt
zou
procesrendement.
200A-argonboog
plaatse
de
i n de
Het p r o c e s r e n d e m e n t a l s f u n k t i e
vraagtekens
nemen
de v o r m en a f m e t i n g e n
plaats de
laten
aan
gaan a a n g r i j p e n .
s t e r k e a f h a n k e l i j k h e i d van
lasdoorsnede
kan
gave e l e k t r o d e t i p
waardoor
z i j k a n t v a n de e l e k t r o d e k a n
de
z e l f s het gebrek
zulke g r o t e stappen
b l i j v e n bestaan.
De
boog
"springen"^^'.
stijfheid werd
een
(en daarmee de
t e gaan. D a a r t o e
verbeteringen
z i j w a a r t s e stappen
zijn
de v o l g e n d e
i n de
wijzigingen
doorgevoerd:
31
1 . De
e l e k t r o d e - e r o s i e kan
k i g e k o e l i n g van
de
toortskoeling b i j
een
gevolg
gebruik
dikkere
4,8
Dijk^"^'
een
t o o n t aan
2%
dat
een
thoriumoxide.
e l e k t r o d e van 3.
Kontaminatie gert
de
van
direkt
p l a a t s e van
elek-
i n plaats
een
de b o o g
wolfraam
w o r d t daarom
een
toegepast. met
lasbadmetaal
van
de
lasbad,
de
geeft
verer-
een
lagere
lasstroomsterkte)
w a a r d o o r de
kans
de
t o t 150
de
gaat echter
nóg
moeilijker
onmogelijk.
Bij
deze d r u k
grote
erosie.
op
stroomdicht-
De
de
lasstroom
lasbadinstabiliteit
( z i e f i g u u r 16 e l e k t r o d e van
en
deze
A.
blijkt
te zijn met
een
k a t h o d e . V e r m i n d e r i n g van
vermindert
opgelost
wolfraam
van
g e s t a r t w o r d t met
verbeteringen
s t a r t e n van
de
wordt.
w o r d t daarom v e r l a a g d
grotendeels
De
zuiver
elektrode
lasserie 2
Indien
hoge l a s s t r o o m s t e r k t e
deze
een
elektrode
kleiner
stroomdichtheid
Met
dan
(35 A i n p l a a t s
niet
kontaminatie
heid t e r
(6,4 mm
e l e k t r o d e van
Bij
de
erosie.
vormt z i c h
Een
elektrode
zuiver wolfraam
stroomsterkte
4.
bleek
mm).
minder erosie vertoont met
gebrek-
door:
de t o o r t s k o e l i n g ;
van
een
hogere druk s l e c h t t e z i j n .
v e r b e t e r i n g van van
van
elektrode. B i j lasserie 1
t r o d e k o e l i n g wordt verbeterd
2.
zijn
is
en
zuiver
b i j 1 bar
17).
Het
wolfraam
zelfs
geheel
w e r d daarom geen m e t i n g u i t g e -
voerd.
4.3.
De
i n v l o e d van
V o o r een
argonboog
hangt
de
boogspanning
figuur
18.
Het
argondruk.
met van
een de
stroomsterkte
staan
figuren
en
a l s f u n k t i e van
van
150
A
d r u k a f a l s aangegeven i n
p r o c e s r e n d e m e n t en
deze boog 19
de
het de
smeltrendement
voor
druk weergegeven i n
de
20.
32
4.3•1•
De
De
boogspanning.
boogspanning
(figuur
18).
onderzoekers gebieden
neemt
Uitgaande
van
onafhankelijk
d r u k , Alliom*^'
toont
de l a s b o o g
4.3.2.
Het
Het
i s van
gevolge Het
dus de
van
de
is
druk.
dat
de
val-
met
de
geleidbaarheid D o o r de
drukverhoging
boogspanning
neemt
de
de e l e k t r i s c h e
(bij gelijkblijvende
toeneemt.
procesrendement.
1 9 ) . Met
andere
daalt
werkstuk
terecht.
b i j
drukverhoging
w o o r d e n b i j v e r h o g i n g v a n de
komt e e n s t e e d s k l e i n e r p e r c e n t a g e het
van
andere
gekonkludeerd
b o o g z u i l toeneemt
is
druk
van van
de d r u k , k a n
gevolg
procesrendement
(figuur
potentialen
o v e r de
stroomdichtheid toe.
booglengte),
toenemende
a a n d a t de e l e k t r i s c h e
ten
en
met
bevindingen
de
onafhankelijk
boogkontraktie
veldsterkte,
de
d a t de som v a n
w o r d e n d a t de s p a n n i n g
van
toe
Echter,
boogspanning,
en
dus
van
het
warmteinbreng
in
het
werkstuk
druk
van h e t boogvermogen i n door
de
t o e n a m e v a n de
boogvermogen,
neemt
de
w e l t o e met de d r u k ( z i e
figuur 21). Als kan
oorzaak
de
voor het
toename
van
afnemen
van
het
het energieverlies
procesrendement n a a r de o m g e v i n g
genoemd w o r d e n : D o o r de g r o t e r e uit
de
zuil
vermogensdichtheid
toe.
neemt
de
straling
Een k l e i n g e d e e l t e v a n d e z e
straling
k o m t w e l t e n goede a a n h e t w e r k s t u k , m a a r
meer d a n 5 0 %
i s van het werkstuk a f g e r i c h t . De w a r m t e g e l e i d i n g v a n h e t o m r i n g e n d e gas i s g r o t e r b i j hogere Het
druk.
energieverlies
door
konvektie
neemt
toe
met
de
druk. Met t o e n e m e n d e d r u k i s de w a r m t e i n b r e n g door
de
groter,
verschillende maar
warmteinbreng.
het De
i n het werkstuk
warmtetransportprocessen
boogvermogen
stijgt
toename
de
van
sneller
warmteinbreng
dus w e l dan
de
is te
danken aan
een toename
v a n de
ontvangen
s t r a l i n g en een
g r o t e r e t h e r m i s c h e e n e r g i e v a n de e l e k t r o n e n .
4.3.3.
Het s m e l t r e n d e m e n t .
V o o r een
beschermgas bestaande
smeltrendement
o n a f h a n k e l i j k v a n de d r u k
De g r o o t t e druk
u i t 100%
van h e t
(zie figuur
argon
i s het
(figuur 20).
l a s b a d neemt e c h t e r w e l t o e met de
2 2 ) . A l s h e t quotiënt
v a n de
b r e e d t e en
de d i e p t e
v a n h e t l a s b a d w o r d t u i t g e z e t t e g e n de d r u k d a n
geeft d i t
een v e r l o o p
inzet van
z o a l s aangegeven
i n d e z e f i g u u r g e e f t de b r e e d t e
h e t lasbad a l s f u n k t i e van
mende d r u k
wordt
i n figuur
(+) e n de d i e p t e ( x )
de d r u k
w e e r ) . Met t o e n e -
de i n b r a n d i n g e e r s t g r o t e r om
w e e r a f t e nemen. De d i e p e r e i n b r a n d i n g i s het
smaller
worden
warmteinbreng De
in
de
de p l a a t
verminderde
schijnlijk
van
boog,
h e t g e v o l g van
waardoor
b i j hogere
h e t gevolg van h e t minder
l a s b o o g door
vervolgens
de g r o t e r e
gekoncentreerder plaats
inbranding
de v e r m i n d e r d e
23 (de
drukken
stabiel
i s waar-
zijn
w e r k i n g v a n de
vindt.
v a n de
zelf-stabili-
serende p l a s m a j e t . H i e r d o o r o n t s t a a t een b o o g i n s t a b i l i t e i t die
niet
resulteert
de e n e r g i e w e l o v e r wordt
verdeeld.
boogvermogen de l a s b o o g af
i n lasbadinstabiliteit,
maar w a a r d o o r
een
van
Immers,
groter
oppervlak
b i j drukverhoging
( e n de w a r m t e i n b r e n g ) a f , maar
m e t de d r u k
neemt
het
de d i a m e t e r v a n
de b r e e d t e v a n h e t l a s b a d neemt
niet
(zie figuur 23).
D i j k e n Den Ouden^^' v i n d e n o o k onafhankelijk
t o e en
de p l a a t
is
s p r e e k t v a n een
van
toename
de
druk, van
het
dat het terwijl
smeltrendement Allum^^'
smeltrendement
juist met de
druk.
4.3.4. Het van
De warmtebeïnvloede z o n e . oppervlak
v a n de warmtebeïnvloede zone a l s f u n k t i e
de d r u k s t a a t w e e r g e g e v e n i n f i g u u r 2 4 . F i g u u r 25
34
g e e f t de b r e e d t e - d i e p t e v e r h o u d i n g v a n de warmtebeïnvloede zone. De t o e n a m e v a n h e t
oppervlak
van
de warmtebeïnvloede
zone met de d r u k komt o v e r e e n met de g r o t e r e in
de p l a a t
(vergelijk
warmteinbreng
figuur 21).
De b / d - v e r h o u d i n g v a n de warmtebeïnvloede z o n e een
lichte
d a l i n g m e t e e n e e r s t e d r u k v e r h o g i n g om
gens n a g e n o e g k o n s t a n t t e
blijven.
Dit
de v o r m e n
afmetingen
gekonkludeerd worden
van
d a t de
de
vervol-
s u g g e r e e r t d a t de
v o r m v a n de warmtebeïnvloede z o n e v r i j w e l van
vertoont
onafhankelijk i s
lasboog.
druk w e i n i g
Er
k a n ook
o f geen
h e e f t o p h e t w a r m t e v e r l i e s v a n u i t de l a s : h e t
invloed
v e r l i e s van
w a r m t e v a n u i t de l a s g e s c h i e d t g e h e e l v i a de p l a a t via
de o m r i n g e n d e
4,4,
en n i e t
atmosfeer,
De i n v l o e d v a n de g a s s a m e n s t e l l i n g .
Heliumbogen geven bogen.
Teneinde
een
het
diepere
thermokoppel
inbranding tegen
dan a r g o n -
doorbranden t e
b e s c h e r m e n i s de l a s s t r o o m v e r l a a g d t o t 110 A,
Bij
een s t r o o m s t e r k t e van IIOA z i j n
en h e t s m e l t r e n d e m e n t
het
procesrendement
b e p a a l d a l s f u n k t i e v a n de d r u k v o o r
v e r s c h i l l e n d e b e s c h e r m g a s s e n . F i g u u r 26 g e e f t rendement v o o r
een beschermgas
bestaande
het proces-
u i t 100% a r g o n ,
50% a r g o n + 5 0 % h e l i u m , 2 5 % a r g o n + 7 5 % h e l i u m e n 1 0 0 % h e l i u m . F i g u u r 27
g e e f t h e t smeltrendement
voor a l l e
p a s t e mengsels,
In
waarden
smeltrendement
opnieuw
f i g u u r 28 . z i j n
de
u i t g e z e t , maar
p e r c e n t a g e h e l i u m i n h e t beschermgas v o o r
de
drukken.
metingen
voor
3
'van h e t
nu a l s f u n k t i e v a n
het
De
toege-
en
5 bar
verschillenvallen
i n
f i g u u r 28 samen,
4.4,1, Bij
Het procesrendement. een g a s d r u k v a n 1 b a r i s h e t procesrendement
llOA-heliumboog
( f i g u u r 26)
en
de
200A-argonboog
v a n de ( f i -
35
guur
15)
mengsels De
van
vergelijkbare
blijkt
grootte.
het procesrendement
B i j t o e p a s s i n g van
groter te
s t e r k e v a l van het procesrendement
hoging van wordt
1 bar naar
waargenomen,
mengsels
3 bar, z o a l s
blijkt
achterwege
bij
te blijven.
1 b a r h e e f t een
uiterlijk.
De
b i j een d r u k v e r -
d i e b i j de
helium
en a r g o n - h e l i u m -
heliumboog
v a n de
ionisatiepotentiaal
jet is
van
een
diffuus,
de
boog
gekompenseerd
naar
helium
het
zijn
k l e i n e r dan
bolvormig
g r o o t , maar
b i j argon.
i s g r o t e r dan v a n
Deze f a k t o r e n r e s u l t e r e n i n een s l e c h t e r e van
daalt
(tot 9 b a r ) .
s n e l h e d e n v a n de p l a s m a j e t
de i n t e n s i t e i t
argonboog
Het p r o c e s r e n d e m e n t
s l e c h t s weinig b i j drukverhoging
Bij
zijn.
werkstuk.
De
argon.
warmteoverdracht
Dit
wordt
echter
door:
een h o g e r e p o t e n t i a a l lium''' , w a a r d o o r
in
het
anodevalgebied
( z i e formule
( 3 ) ) de
b i j he-
warmteoverdracht
n a a r de anode g r o t e r i s ; een hogere boogtemperatuur (zie
f i g u u r 5)
en
bij
toepassing
van h e l i u m
dus e e n g r o t e r e t h e r m i s c h e e n e r g i e
v a n de e l e k t r o n e n d i e h e t a n o d e v a l g e b i e d b i n n e n komen.
Bij
drukverhoging verandert het
liumboog
naar
klokvormig, waardoor
wordt.
Het e n e r g i e v e r l i e s
stijgt
bij
w i j s minder zouden
het
uiterlijk
door
de
van
jetwerking
straling
uit
d r u k v e r h o g i n g b i j een h e l i u m b o o g
snel
dalen
van
het
he-
intenser
de b o o g z u i l
percentagege-
s n e l dan b i j een argonboog. Deze twee minder
de
faktoren
procesrendement
kunnen v e r k l a r e n . Het g r o t e v e r s c h i l
i n procesrendement
voor a l l e
t u s s e n de 150A-argonboog en de l l O A - h e l i u m b o o g wordt
v e r k l a a r d u i t de
boog dan het
u i t de
(figuur
26)
u i t de h e l i u m -
argonboog en de g r o t e r e p o t e n t i a a l v a l i n
anodevalgebied b i j
schermgas .
kleinere verliezen
drukken
het
gebruik
van
helium
a l s be-
Bij
een g r o t e r p e r c e n t a g e
procesrendement
groter.
argon i n
D i t kan
hogere i o n i s a t i e g r a a d van h e t k l e i n e r b i j mengsels, 5 0 % a r g o n met
50%
Finkelnburg^^> v a n een grote
met
het helium
een g e v o l g
plasma
(de
h e t minimum b i j
zijn
i s het van
een
boogspanning i s een m e n g s e l
van
helium). i s van mening
d a t de
ionisatiepotentiaal
a t o o m v e r l a a g d w o r d t d o o r de a a n w e z i g h e i d v a n elektronen-
en
ionendichtheid
in
het
een
omringende
plasma. Het a r g o n
i n het
tiepotentiaal i o n e n en
en
gasmengsel
dus
de
heeft
de k l e i n s t e
grootste
e l e k t r o n e n kunnen
ionisa-
ionisatiegraad.
Deze
een v e r l a g e n d e w e r k i n g hebben
op de i o n i s a t i e p o t e n t i a a l v a n h e t h e l i u m .
4.4.2.
Het
smeltrendement.
Het b l i j k t beschermgas
d a t hoe h o g e r h e t is,
hoe
percentage helium
groter
het
smeltrendement
( f i g u u r 27 e n 2 8 ) . O p v a l l e n d i s d a t b i j e l k e ling
het smeltrendement toeneemt
1 bar naar invloed
3 bar,
meer
heeft
maar op
dat
i n het is
gassamenstel-
b i j een d r u k v e r h o g i n g van
verdere
d r u k v e r h o g i n g geen
de w a a r d e v a n h e t
smeltrendement
(figuur 28).
Het g r o t e r e s m e l t r e n d e m e n t helium
wordt
geassocieerd
b i j een met
de
e n e r g i e v e r l i e s u i t de b o o g z u i l d o o r
De
s t a g n a t i e v a n de s t i j g i n g
drukverhoging
vanaf
3 bar
is
groter percentage
v e r m i n d e r i n g van het straling.
van h e t smeltrendement b i j moeilijker
te begrijpen.
G e d a c h t w o r d t aan een t o e n a m e v a n de i n s t a b i l i t e i t b o o g met
de d r u k . B i j l a s s e n met
w o r d t een l i c h t dat
de
waardoor
flikkeren
van
een h e l i u m b o o g o n d e r
waargenomen.
Het
de
druk
idee bestaat
boog b i n n e n bepaalde grenzen s t a a t t e " k w i s p e l e n " , de e n e r g i e d i e
voor smelten
o v e r een g r o t e r o p p e r v l a k w o r d t
g e b r u i k t kan
verspreid.
worden
4.4.3.
De v o r m v a n h e t l a s b a d .
F i g u u r 29 voor
de
toegepaste
argonboog andere 110
g e e f t de
werd
lassen
g r o o t t e en
gasmengsels
een zijn
de v o r m v a n h e t l a s b a d
en d r u k k e n
w e e r . V o o r de
s t r o o m s t e r k t e v a n 150 A g e b r u i k t , gemaakt
met
een
de
s t r o o m s t e r k t e van
A.
Uit druk
deze f i g u u r b l i j k t
resulteert
inbranding
in
(kleinere
percentage
helium
een
duidelijk groter
lasbad
waarde v o o r in
het
d a t e e n t o e n a m e v a n de met
een
b/d). Verhoging
beschermgas
geeft
diepere van het
eenzelfde
beeld.
De d i e p e r e van
inbranding b i j
e e n meer g e k o n c e n t r e e r d e
traktie t r e e d t op
van
de
lasboog.
omdat de
drukverhoging warmteinbreng
De
vergroting
warmteinbreng
b i j
i s het gevolg door
de k o n -
van h e t lasbad
hogere druk
groter
is . De v e r g r o t i n g
van h e t
l a s b a d met t o e n e m e n d
h e l i u m i n h e t beschermgas i s een ring
van
de
potentiaalval
energieverliezen i n het
gevolg van
de
percentage verminde-
u i t de b o o g en de g r o t e r e
anodevalgebied.
5,
KONKLUSIES.
De r e s u l t a t e n
van d i t
staande k o n k l u s i e s
1.
Het
samengevat
procesrendement
h a n k e l i j k van
onderzoek kunnen
en
m e t de o n d e r -
worden.
h e t smeltrendement z i j n
de o p p e r v l a k t e g e s t e l d h e i d
onaf-
van h e t werk-
stuk .
2. B i j
lassen
onder
elektrode-erosie kunnen een
verhoogde
d r u k w o r d t een verhoogde
waargenomen.
Als mogelijke
de v o l g e n d e f a k t o r e n genoemd vergrote
stroomdichtheid
g e v o l g e v a n de v e r k l e i n i n g
oorzaken
worden: aan
v a n de
de k a t h o d e t e n k a t h o d e v l e k met
toenemende d r u k ; k o n t a m i n a t i e v a n de e l e k t r o d e ; onvoldoende
elektrodekoeling;
de a a n w e z i g h e i d v a n t h o r i u m o x i d e i n de e l e k t r o d e .
3. H e t
ontstaan
van
boog-
en
lasbadinstabiliteit
met
toenemende d r u k i s t e w i j t e n aan: V e r h e v i g d e e l e k t r o d e - e r o s i e met toenemende d r u k . Verminderde plasmajetwerking b i j
drukverhoging.
4. B i j e e n v e r h o g i n g v a n de a r g o n d r u k neemt h e t p r o c e s r e n dement a f .
Het smeltrendement
i s o n a f h a n k e l i j k v a n de
druk.
5. A r g o n - h e l i u m m e n g s e l s d a n de het
geven
een
hoger
procesrendement
z u i v e r e b e s c h e r m g a s s e n . B i j d r u k v e r h o g i n g neemt
procesrendement b i j toepassing van argon s n e l l e r a f
dan b i j t o e p a s s i n g v a n h e l i u m en a r g o n - h e l i u m m e n g s e l s .
6.
Het smeltrendement
i s g r o t e r b i j een g r o t e r p e r c e n t a g e
h e l i u m i n het, beschermgas.
. De i n b r a n d i n g neemt t o e m e t : een toenemend p e r c e n t a g e toenemende
h e l i u m i n h e t beschermgas;
druk.
40
LITERATUUR.
1.
P.A.
van
Ingen
H e t Rendement v a n h e t een
literatuurstudie.
T.H.
2.
G.
Booglasproces,
Delft,
den
juli
1986.
Ouden
Lastechnologie D e l f t s e U i t g e v e r s M i j . b.v.,1987
3.
G.
den
Ouden
Physical Properties o f the Arc International
4.
Institute
Doc.
212-184-70
J.F.
Lancaster
Energy
Distribution
of
M.B.C. Q u i g l e y ,
P.H.
Welding
i n Argon-Shielded Welding
B r i t i s h Welding Journal,
5.
Column
1
( 9 ) , 1954,
Richards,
D.T.
Arcs
412-426
Swift-Hook
A.E.F. G i c k Heat Flow t o t h e Workpiece J.
6.
P h y s . D:
J.F.
Key,
Process
A p p l . P h y s . , 6,
J.W.
Chan & M.E.
S.S.
1973,
62
2250-2258
Mcllwain
V a r i a b l e I n f l u e n c e on A r c
Welding Journal,
7.
f r o m a TIG Welding
( 7 ) , 1983,
Distribution
179s-184s
Glickstein
Arc Modeling f o r Welding
Analysis
A r c P h y s i c s and W e l d p o o l
Behaviour
International
Proceedings,
L o n d o n , may
Conference 1979
1-16
Arc
&
C.J.
Allum
M e c h a n i s m s o f Power D i s s i p a t i o n High Pressure Argon-Tungsten Welding Journal,
C.J.
62
in
the
Column o f
Arcs
( 1 2 ) , 1983,
356s-360s
Allum
Power D i s s i p a t i o n
i n the
Column o f
a TIG
Welding
Arc J.
P h y s i c s D:
A.W.
Stalker
A p p l . P h y s . , 16,
& G.R.
A Preliminary
Welding
2149-2165
Salter
Study
of
P r e s s u r e on t h e W e l d i n g The
1983,
the
Effect
of Increased
Arc
Institute
Doc.:3412/6/74 C.J.
Allum
Effect
o f P r e s s u r e on
Underwater
Welding
International Trondheim,
C.J.
Arcs
Conference
Proceedings,
1983
Allum
TIG'S U n d e r w a t e r
r o l e : P r e s e n t and F u t u r e
W e l d i n g and M e t a l F a b r i c a t i o n ,
O.
Dijk
The
171-178
& G.
den
(4) 1982,
Ouden
E f f e c t o f P r e s s u r e on t h e T I G W e l d i n g
Underwater
Process
Welding
International Trondheim,
124-132
Conference
Proceedings,
155-161
1983
J. P r i n s e n De M e c h a n i s c h e Druk
Eigenschappen
Geproduceerde
Afstudeerverslag,
van
Lasverbindingen T.H.
Delft,
1985
onder
Verhoogde
15.
M.
Hamasaki & J. S a k a k i b a r a
U n d e r w a t e r Dry TIG W e l d i n g u s i n g W i r e B r u s h Underwater
Welding
International Trondheim,
16.
0.
C o n f e r e n c e P r o c e e d i n g s , 139-146
1983
Dijk
Lassen
i n een D r o g e O m g e v i n g o n d e r V e r h o o g d e
Eindverslag Project
17.
O.
Nozzle
Druk
Neptunus
Dijk
Lassen
i n Droge Omgeving onder Verhoogde
Verslag Project
Druk
Neptunus
N e d e r l a n d s I n s t i t u u t v o o r L a s t e c h n i e k , 1981
18.
T.G.
Edmonds, C.J.
The
Effect
of
A l l u m , B.E.
Pressure
on
Pinfold the
& J.H.
Tungsten
Nixon Argon
Welding Arc A r c P h y s i c s and Weldpool B e h a v i o u r International London,
19.
H.C.
may
C o n f e r e n c e P r o c e e d i n g s , 101-107 1979
Cotton
W e l d i n g U n d e r w a t e r a n d i n t h e S p l a s h Zone Underwater
Welding
International Trondheim,
20.
W. The
Conference Proceedings,
June
2-48
1983
Finkelnburg High C u r r e n t Carbon A r c and i t s Mechanism
J o u r n a l o f A p p l i e d P h y s i c s , 20,
1949,
468-474
43
21.
C.J
Allum
Some
Effects
Tungsten
of
Arcs
14 b a r s a b s . )
Operating
in
Flow
High
on
Argon-
Pressure
(1 t o
59
( 7 ) , 1980,
199s-207s
N. C h r i s t e n s e n The M e t a l l u r g y Underwater
Trondheim,
E.A.
o f Underwater
Welding
Welding
International
23.
Gas
Environments
Welding Journal,
22.
Shielding
Conference
June
Proceedings,
1983
D e m i n , A . I , K l o p k o v & V.A.
The
Effect
Composition Thermal
71-94
of of
Welding the
Efficiency
Khramushin Conditions
Shielding of
the
and
Atmosphere
on
Plasma A r c W e l d i n g
the the of
Steel Welding Production,
24,
i n Welding
Welding Journal,
R,L
Apps & D,R,
Heat Flow
(5) 1952,
T,W,
i n Argon-Arc
The
P e t r i e & E,
263s-267s
Milner Welding
B r i t i s h Welding Journal,
26,
24-26
A,A, W e l l s Heat Flow
25,
1980,
2
( 1 0 ) , 1955,
475-485
Pfender,
I n f l u e n c e o f t h e C a t h o d e T i p on t h e
Temperature
and V e l o c i t y F i e l d s i n a Gas-Tungsten A r c Welding Journal,
(12) 1970,
588s-596s
44
27.
N.S.
T s a i & T.W.
Eagar
Distribution of Tungsten
t h e Heat and C u r r e n t F l u x e s i n
Gas
Arcs
Metallurgical
T r a n s a c t i o n s B,
16B
( 1 2 ) , 1985,
841¬
846
28.
J.B.
W i l k i n s o n & D.R,
Milner
Heat T r a n s f e r f r o m Arcs B r i t i s h Welding Journal,
29.
H,W,
Ghent,
& A.B.
D.W.
( 2 ) , 1960,
Roberts, CE.
i n TIG
International
proceedings,
Conference
Tiller
L a s e r D i a g n o s t i c s on t h e T I G
Arc
A r c P h y s i c s and Weldpool
Bebaviour
International
Proceedings,
L o n d o n , may
17-23
1979
S e e g e r & W.
C.J,
Kerr
Welds Behaviour
L o n d o n , may
31.
Hermance, H.W.
A r c P h y s i c s and Weldpool
G.
115-128
Strong
Arc E f f i c i e n c y
30.
7
Conference
215-226
1979
Smithells
& E,A.
Branders
M e t a l s R e f e r e n c e Book, 5"^^ e d i t i o n B u t t e r w o r d s , London &
Boston
45
!
