Schlieren-kuvauksen hyödyntäminen MAG-hitsauspolttimen rakenteen kehittämisessä

Abstract

Kaasusuojauksen häiriöt aiheuttavat hitsausvirheitä, kuten huokosia, hitsiaineen ja hitsin muutosvyöhykkeen haurastumista, roiskeita ja hitsin pinnanlaadun heikkenemistä. Kaasusuojauksen häiriöt mahdollistavat ilman pääsyn kosketuksiin sulan metallin kanssa ja muodostamaan haitallisia oksideja ja nitridejä hitsiin. Kaasusuojauksen häiriöt voivat johtua monesta tekijästä, esimerkiksi vioittuneesta kaasulinjasta, roiskeiden likaamasta kaasusuuttimesta tai liian suureksi säädetystä kaasun tilavuusvirrasta. Myös pistoolin kaasukanavien muotoilulla on suuri vaikutus kaasusuojan laatuun. Kuten likaantunut kaasusuutin ja liian suuri kaasun tilavuusvirta, myös epäoptimaalisesti muotoillut pistoolin kaasukanavat aiheuttavat pyörteitä kaasuvirtaukseen. Pyörteet taas mahdollistavat huoneilman imeytymisen kaasuvirtaukseen.

Tässä työssä tutkittiin MAG-hitsauspistoolin kaasuvirtausta schlieren-kuvauksen avulla. Schlieren-kuvauksen avulla paljaalle silmälle näkymättömän suojakaasuvirtauksen käyttäytyminen voidaan nähdä, jolloin hitsauspistoolin kaasukanavien muodot voidaan optimoida pyörteettömän kaasuvirtauksen mahdollistamiseksi. Työssä verrataan erilaisien kaasuholkkimallien ja diffuusorimallien vaikutusta kaasuvirtaukseen ja hitsin laatuun.

Disturbances in shielding gas flow causes numerous welding defects, for example porous welds, brittleness in the weld metal and parent metal heat affected zone, spatter and rough weld bead surface. Disturbances in the gas flow enable air to get in contact with molten weld metal, which causes ambient air’s oxygen and nitrogen to form harmful oxides and nitrides in the weld. The disturbances in shielding gas flow are derived from numerous factors, for example faulty gas line, dirty gas nozzle or too high shielding gas flow rate. The welding torch gas channel design also plays a major role in gas shielding quality. Such as a dirty gas nozzle and too high flow rate, also sub-optimal welding torch gas channel design cause turbulence and eddies in the gas flow. Turbulence and eddies enable air to be absorbed in the gas flow.

In this master’s thesis, the gas flow of a GMAW-torch was examined with schlieren-imaging. Schlieren-imaging makes possible to see the behavior of gas flows otherwise invisible to naked eye, so that it is possible to optimize the welding torch gas channel design to enable laminar gas flow. This master’s thesis compares the effect of different gas nozzle models and gas diffuser models to the gas flow and weld quality.