Hitsausparametrien vaikutukset hitsausroiskeiden muodostumiseen MAG-hitsauksessa
Kettunen, Kalle (2020)
Diplomityö
2020
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020052238759
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020052238759
Tiivistelmä
Tämä diplomityö on toteutettu John Deere Forestry Oy:n toimeksiannosta yhtiön Joensuun tehtaalle. Työn tavoitteena on hitsaustyössä tuotteisiin muodostuvien hitsausroiskeiden hallinnan parantaminen. Roiskeiden poisto on mekaanista, kuormittavaa ja asiakaslisäarvoa tuottamatonta työtä, mutta lopputuotteen laatuvaatimusten kannalta usein välttämätöntä, mikäli hitsausroiskeita on muodostunut.
Tutkimustyö koostuu kirjallisesta osuudesta, jossa tarkastellaan teoriatiedon avulla hitsausroiskeiden muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä metallikaasukaarihitsauksessa sekä hitsausroiskeiden muodostumistapoja. Kirjallisuuskatsauksessa on esitetty MAG-hitsauksen yleiskuvaus. Laboratoriokokeissa testataan valittujen muuttujien vaikutusta hitsausroiskeiden muodostumiseen. Hitsauskokeiden päämuuttujia ovat suojakaasu, hitsausprosessi, hitsausasento sekä liitostyyppi.
Teoreettisen tarkastelun perusteella hitsausroiskeiden muodostumiseen vaikuttavat eniten valokaaren vakaus sekä lisäaineen siirtymisen tasaisuus. Roiskeiden muodostumistapa on yhteydessä lisäaineen siirtymistapaan ja käytettyyn kaarityyppiin. Suojakaasuseoksen hiilidioksidipitoisuudella on teoreettisen tarkastelun ja aiempien tutkimusten mukaan vaikutus roiskeiden muodostumiseen. Pulssikaarihitsauksessa, kuumakaarialueella ja lyhytkaarialueella roiskeiden muodostuminen on hyvissä olosuhteissa ja oikein säädetyllä prosessilla erittäin vähäistä. Hitsauskokeiden tulosten perusteella suojakaasun, hitsausasennon tai liitostyypin välillä ei löydetty eroavaisuutta roiskeiden muodostumisessa. Kokeissa havaittiin vähäistä roiskeiden muodostumista pulssihitsauksessa, kun CV-prosessin tulokset olivat roiskeettomia. Teollisuusesimerkkeihin perustuen käytännön hitsausolosuhteissa myös ulkoisilla tai muilla tämän tutkimuksen ulkopuolisilla tekijöillä on merkitys roiskeiden muodostumisessa. Toisaalta optimaalisissa olosuhteissa käytännössä roiskeeton hitsaustulos on saavutettavissa myös tuotannon hitsaussovelluksissa. This Master’s thesis is done for John Deere Forestry, Joensuu factory. Undesired weld spatter formation cause extra costs and spatter removal activities may cause ergonomic or physical health issues in a long term. Spatter removal has been noticed as a non-value added job that liked to be reduced or removed in welding operations. Aim of the study is to understand, control and reduce the weld spatter formation at in house welding operations.
As a foundation of this study MAG-welding principles are described in literature review. Previous studies, nature of spatter generation and main welding parameters effecting to weld spatter formation are discussed in the literature study. Practical part of this study consists a set of weld tests where different welding parameters are involved. Laboratory tests covers shielding gas, welding process, welding position and type of weld joint as main test parameters.
From the literature review can be concluded that weld arc stability and controlled material transfer from weld wire to the weld pool are the major factors related to weld spatter formation. There are several different causes of spatter generation. However cause of spatter generation is dependent of arc type and mode of material transfer.
Shielding gas and especially content of CO2 in argon based shielding gas has an effect to spatter formation based on literature review. Practically spatter free weld can be applied with short arc, spray arc and pulse spray while globular mode leads high spatter formation. Low number of spatters was formed in laboratory tests and no reliable effect of studied variables was found. Observations from industry correspond the spatter free weld in spray and pulse spay. On the other hand examples from industry reflect the cause of unknown factors from atmosphere on spatter formation.
Tutkimustyö koostuu kirjallisesta osuudesta, jossa tarkastellaan teoriatiedon avulla hitsausroiskeiden muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä metallikaasukaarihitsauksessa sekä hitsausroiskeiden muodostumistapoja. Kirjallisuuskatsauksessa on esitetty MAG-hitsauksen yleiskuvaus. Laboratoriokokeissa testataan valittujen muuttujien vaikutusta hitsausroiskeiden muodostumiseen. Hitsauskokeiden päämuuttujia ovat suojakaasu, hitsausprosessi, hitsausasento sekä liitostyyppi.
Teoreettisen tarkastelun perusteella hitsausroiskeiden muodostumiseen vaikuttavat eniten valokaaren vakaus sekä lisäaineen siirtymisen tasaisuus. Roiskeiden muodostumistapa on yhteydessä lisäaineen siirtymistapaan ja käytettyyn kaarityyppiin. Suojakaasuseoksen hiilidioksidipitoisuudella on teoreettisen tarkastelun ja aiempien tutkimusten mukaan vaikutus roiskeiden muodostumiseen. Pulssikaarihitsauksessa, kuumakaarialueella ja lyhytkaarialueella roiskeiden muodostuminen on hyvissä olosuhteissa ja oikein säädetyllä prosessilla erittäin vähäistä. Hitsauskokeiden tulosten perusteella suojakaasun, hitsausasennon tai liitostyypin välillä ei löydetty eroavaisuutta roiskeiden muodostumisessa. Kokeissa havaittiin vähäistä roiskeiden muodostumista pulssihitsauksessa, kun CV-prosessin tulokset olivat roiskeettomia. Teollisuusesimerkkeihin perustuen käytännön hitsausolosuhteissa myös ulkoisilla tai muilla tämän tutkimuksen ulkopuolisilla tekijöillä on merkitys roiskeiden muodostumisessa. Toisaalta optimaalisissa olosuhteissa käytännössä roiskeeton hitsaustulos on saavutettavissa myös tuotannon hitsaussovelluksissa.
As a foundation of this study MAG-welding principles are described in literature review. Previous studies, nature of spatter generation and main welding parameters effecting to weld spatter formation are discussed in the literature study. Practical part of this study consists a set of weld tests where different welding parameters are involved. Laboratory tests covers shielding gas, welding process, welding position and type of weld joint as main test parameters.
From the literature review can be concluded that weld arc stability and controlled material transfer from weld wire to the weld pool are the major factors related to weld spatter formation. There are several different causes of spatter generation. However cause of spatter generation is dependent of arc type and mode of material transfer.
Shielding gas and especially content of CO2 in argon based shielding gas has an effect to spatter formation based on literature review. Practically spatter free weld can be applied with short arc, spray arc and pulse spray while globular mode leads high spatter formation. Low number of spatters was formed in laboratory tests and no reliable effect of studied variables was found. Observations from industry correspond the spatter free weld in spray and pulse spay. On the other hand examples from industry reflect the cause of unknown factors from atmosphere on spatter formation.