Rendementsbepaling b i j TIG-lassen. P.A. van Ingen

Transcriptie

1 Rendementsbepaling b i j TIG-lassen onder Verhoogde Druk. P.A. van Ingen

2 afstudeerverslag P.A, van Ingen van: begeleider: I r. J.P. Zijp afstudeerhoogleraar: Prof. Dr. G. den Ouden Faculteit der Scheikundige Technologie en der Materiaalkunde, Technische Universiteit Delft Delft, oktober 1987

3 lage druk of hoge druk, het b l i j f t las-tig

4 INHOUDSOPGAVE. SYMBOLENLIJST 6 SAMENVATTING 8 SUMMARY 9 1. INLEIDING THEORETISCHE ACHTERGROND Het TIG-lasproces De TIG-boog De boogzuil Het anodevalgebied Het kathodevalgebied De energiebalans van de lasboog De invloed van de gassamenstelling op de lasboog De invloed van de druk op de lasboog Het rendement Het procesrendement Het smeltrendement DE EXPERIMENTEN De proefopstelling De proefplaten De proeven RESULTATEN EN BESPREKING De invloed van de oppervlaktegesteldheid Het procesrendement Het smeltrendement , Een 200A-argonboog onder verhoogde druk Het starten van de lasboog De elektrode-erosie Lasbadinstabiliteit Het procesrendement Doorgevoerde verbeteringen 31

5 4.3. De invloed van de argondruk De hoogspanning Het procesrendement Het smeltrendement De warmtebeïnvloede zone , De invloed van de gassamenstelling Het procesrendement Het smeltrendement De vorm van het lasbad KONKLUSIES 39 LITERATUUR 41 5

6 SYMBOLENLIJST. SYMBOOL BETEKENIS a = k/cip^ temperatuurveref feningskoëf f iciënt A oppervlakte dwarsdoorsnede lasbad c konstante Ca konstante CJC konstante Cp soortelijke warmte d plaatdikte Dw diameter kathodevlek Dz diameter boogzuil e lading elektron Er, energie die per eenheid van lengte van de las in het werkstuk terecht komt Es energie die per eenheid van lengte van de las nodig is om het smeltbad te vormen Et totale energieontwikkeling in de lasboog per eenheid van lengte van de las I stroomsterkte J stroomdichtheid k warmtegeleidingskoëfficiënt ks konstante van Boltzmann 1 booglengte rip procesrendement Um smeltrendement p druk po aktuele omgevingsdruk q warmte nodig om één massa-eenheid lasbadmetaal tot smelten te brengen qs smeltwarmte vermogen dat in de anode terecht komt Qk vermogen dat in de kathode terecht komt

7 SYMBOOL BETEKENIS r straal ra straal van de boog Ats/s 800 C-500 C-afkoeltijd To begintemperatuur van de plaat Ta temperatuur van de anode Tk temperatuur van de kathode Ts smelttemperatuur Tz temperatuur van de boogzuil V voortloopsnelheid van de boog V hoogspanning Va potentiaalval over het anodevalgebied Vi ionisatiepotentiaal VJC potentiaalval over het kathodevalgebied potentiaalval over de boogzuil W = nipvl/v warmteinbreng in het werkstuk per eenheid van lengte van de las sz5a uittreepotentiaal van de anode (Z5JC uittreepotentiaal van de kathode O dichtheid 7

8 SAMENVATTING. Hyperbaar lassen is een geschikte techniek b i j reparat i e en verbinden onderwater. De lasboog wordt door de omgevingsdruk echter sterk beïnvloed: er treedt kontraktie op, de boogspanning wordt groter en de straling vanuit de boog neemt toe. In dit onderzoek is de invloed van de oppervlaktegesteldheid, de omgevingsdruk en het soort beschermgas op het procesrendement en het smeltrendement b i j TIG-lassen bepaald. Het rendement b l i j k t onafhankelijk te zijn van de oppervlaktegesteldheid van het werkstukmateriaal. Bij drukverhoging treedt b i j een argonboog een verlaging van het procesrendement op, t e r w i j l het smeltrendement nagenoeg konstant b l i j f t. Toevoeging van helium aan het beschermgas geeft een verhoging van het procesrendement en het smeltrendement. Het smeltrendement b l i j k t b i j gebruik van helium in het beschermgas ook drukafhankelijk te zijn. Bij drukverhoging wordt booginstabiliteit en lasbadi n s t a b i l i t e i t waargenomen. De booginstabiliteit b l i j k t een direkt gevolg te zijn van de verhoogde omgevingsdruk, terw i j l de lasbadinstabiliteit van elektrode-erosie afkomstig is.

9 SUMMARY. Hyperbaric welding is a suitable process for repair and welding underwater. Pressure has an important influence on the welding arc: i t leads to contraction of the arc, to an increase of the arc voltage and to more intense luminosity. This investigation has been carried out to determine the influence of the surface condition of the workpiece, the pressure and the type of shielding gas on the process efficiency and melting efficiency in the case of TIGwelding. The efficiency appears to be independent on the surface condition of the workpiece. Using an argon arc, an increase of pressure results in a decrease of process efficiency, whereas no dependence of the melting efficiency on pressure was found. An increase of process and melting efficiency was found when adding helium to the shielding gas. Using helium in the shielding gas, a dependence of the melting efficiency on pressure was detected. Arc instability and weldpool instability is observed when the pressure is increased. The arc instability is thought to be a direct consequence of the increased pressure, while the weldpool instability is a result of severe electrode erosion.

10 1. INLEIDING. Het booglasproces wordt als verbindingstechniek b i j atmosferische omstandigheden op grote schaal toegepast. De ontwikkelingen in de off-shore techniek maakten het noodzakelijk een verbindingsmethode te ontwikkelen die onder het wateroppervlak te gebruiken is. Voor onderwater lassen zijn thans drie methoden beschikbaar: nat onderwater lassen; droog onderwater lassen b i j een druk van 1 bar; droog onderwater lassen b i j verhoogde druk (overeenkomstig de waterdiepte), het zogenaamde hyperbaar lassen. Het hyperbaar lassen wordt het meest toegepast omdat deze methode betrouwbare en reproduceerbare verbindingen geeft, tegen een zo laag mogelijke kostprijs. Bij het lassen wordt de lasboog, en daarmee het lasproces, sterk beïnvloed door de omgevingsdruk: de boogspanning neemt toe en de boog kontraheert en zendt meer straling uit b i j drukverhoging. Met deze veranderingen van de lasboog verandert de warmteinbreng in het werkstuk. Het is deze warmteinbreng die de metaalkundige effekten in het materiaal bepaalt. Deze studie, die als onderdeel van het promotieonderzoek van I r. J.P. Zijp werd uitgevoerd, had tot doel te bepalen welke fraktie van het boogvermogen tijdens het lassen in het werkstuk wordt ingebracht. Dit rendement werd bepaald als funktie van de oppervlaktegesteldheid, de druk en het soort beschermgas. 1

11 2. THEORETISCHE ACHTERGROND Het TIG-lasproces. Het TIG-lasproces is een verbindingstechniek waarbij een elektrische boog ontstoken wordt tussen een niet afsmeltende wolfraam elektrode (Tungsten) en de te verbinden werkstukken. In de boog wordt elektrische energie omgezet in thermische energie. De warmte die vrijkomt zou, indien het systeem niet goed afgesloten is van de omringende atmosfeer, nadelige gevolgen hebben voor het werkstuk (de anode) en de elektrode (de kathode). Door de boog te laten branden in een inerte gasatmosfeer (I^nert Gas) wordt de interaktie van het hete metaal met reaktieve of oplosbare gassen tegengegaan. De essentie van het booglasproces is dat er een smeltbad gevormd wordt, dat na stolling een kontinue verbinding geeft. De warmte die in de elektrische boog ontwikkeld wordt, wordt gebruikt om het moedermateriaal en eventueel het toevoegmateriaal te smelten. Een groot deel van het thermisch boogvermogen komt echter niet ten goede aan het f e i t e l i j k e smeltbad. Hiervoor zijn de volgende redenen aan te wijzen (zie figuur 1.): er is warmteverlies naar de elektrode, waardoor elektrodekoeling noodzakelijk wordt; er is verlies naar de omgeving ten gevolge van straling, geleiding en konvektie; een groot deel van de warmte ' van de boog komt wel in het werkstuk terecht, maar komt dan alleen ten goede aan temperatuurverhoging van het ongesmolten metaal. Het gedrag van de lasboog wordt bepaald door een komplex van fysische wetten. Dit maakt het onmogelijk in een kort bestek een uitputtende, theoretische beschouwing over de boog te geven. In het navolgende zal kort iets over de 11

12 TIG-boog gezegd worden. Voor een uitgebreidere verhandeling wordt naar de literatuur verwezen^'^>^* De TIG-boog. Het starten van de lasboog vindt plaats door een hoogfrekwente spanning (enkele MHz, enkele kv) over de boogspanning te superponeren. De lasboog kan bestaan dankzij de stroomdoorgang door de hete gaskolom, die zich tussen de twee relatief koude elektroden bevindt. Het hete gas, tussen de K en K, is gedeeltelijk geïoniseerd en kan dus stroom geleiden. De elektronen komen v r i j door thermische emissie en/of veldemissie aan de kathode en door ionisatie van het gas. Zij bewegen zich richting anode t e r w i j l de ontstane positieve ionen richting kathode gaan. Figuur 2 geeft de potentiaal als funktie van de plaats in de lasboog weer. Er kunnen drie gebieden onderscheiden worden: - de boogzuil; - het anodevalgebied; - het kathodevalgebied De boogzuil De boogzuil omvat vrijwel de gehele boog. Er bestaat een kleine elektrische veldsterkte en b i j omgevingsdrukken vanaf 1 bar is er praktisch gezien een lokaal thermisch evenwicht. De instandhouding van de stroom door de zuil is afhankelijk van de elektronendichtheid en de grootte van de geleidende zone, welke op hun beurt afhankelijk zijn van een voldoend hoge temperatuur. De energie in de zuil is afkomstig van de ladingdragers die door het aanwezige veld versneld worden en vervolgens met elkaar of met de neutrale gasatomen botsen.

13 Gasstromingen in de boogzuil met snelheden van 100 m/s zijn niet ongewoon. Deze plasmastromingen zijn belangrijk b i j het warmtetransport. Zij ontstaan ten gevolge van een drukgradiënt in de lengterichting van de lasboog. Voor een hypothetische boog bestaande uit een cilindervormig kanaal met straal r^ waardoor een stroom I loopt is de druk p als funktie van de straal r uit te drukken als^> : P(r) = po + ^. {1 - fj- } (1) met po = de aktuele omgevingsdruk, J = de over de doorsnede van de lasboog konstante stroomdichtheid, c = de lichtsnelheid Indien nu de diameter van de boog niet over de gehele lengte konstant is, dan treedt ter plaatse van de vernauwing een toename van de druk op, hetgeen resulteert in een drukgradiënt in de lengterichting van de lasboog. In het geval van een TIG-boog betekent dit dat er een plasmastroming ontstaat die vrijwel a l t i j d van de kathode naar de anode gericht is (dat wil zeggen van de elektrode naar het werkstuk). Bij het gebruik van toevoegmateriaal b i j het TIG-lassen zijn de plasmastromingen belangrijk voor het transport van vloeibaar metaal en van warmte. Indien geen toevoegmateriaal wordt gebruikt is de plasmajet voornamelijk werkzaam als warmtetransport mechanisme. Tevens heeft de jet een stabiliserende werking op de lasboog. Door de jetwerking ontstaat ter plaatse van de anode een meer turbulente gasstroming. Hierdoor wordt de warmteoverdracht naar het werkstuk vergroot.

14 Het anodevalgebied. Het anodevalgebied is het dunne overgangsgebied (circa 10""^ m) tussen de hete boogzuil en de relatief koude anode. Aangezien er geen ionen uit het anodemateriaal geëmitteerd worden is er in het anodevalgebied sprake van een zuivere elektronenstroom. Ten gevolge van een plaatselijke overmaat aan elektronen ontstaat een potentiaalval van 1 tot 10 V.2> Het kathodevalgebied. Het kathodevalgebied is het overgangsgebied (circa 10~ m) tussen de boogzuil en de kathode, en wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van positieve ruimtelading, waardoor een potentiaalval van 5 tot 20 V ontstaat. De kathode is de leverancier van elektronen die vrijgemaakt worden door middel van thermische emissie en/of veldemissie. De vrijgemaakte elektronen bewegen zich door het kathodevalgebied en de boogzuil in de richting van de anode. De valgebieden zijn hierbij begrensd door de scheiding met de boogzuil aan de ene kant en door een vlak net binnen de elektode, evenwijdig aan het elektrodeoppervlak, aan de andere kant, De energiebalans van de lasboog. Het niet-lineaire verloop van de boogspanning ( f i guur 2) maakt de lasboog geschikt als warmtebron voor het lassen. Immers, de energieontwikkeling ter plaatse van de kathode en de anode is groter dan in de boogzuil. Indien afgezien wordt van verwaarloosbare effekten, zoals Joulse verwarming van de elektrode, warmteafgifte aan de omgeving door de elektrode, metaalverdamping en rekombinatie van ionen met elektronen, dan kan voor de valgebieden een energiebalans opgesteld worden. 14

15 KATHODEVALGEBIED. In het kathodevalgebied wordt een hoeveelheid vermogen geproduceerd ter grootte van het produkt van de potentiaalval VK en de stroom I. Ten gevolge van straling, geleiding en konvektie komt een fraktie van het zuilvermogen CKVZI ten goede aan het kathodevalgebied. Het uittreden van elektronen uit de kathode kost een hoeveelheid vermogen gelijk aan het produkt van de uittreepotent i a a l!z$3c en de stroom I. Bij het overschrijden van de grens met de boogzuil moeten de elektronen van de kathodetemperatuur Tic naar de zuiltemperatuur Tz gebracht worden; dit vraagt een hoeveelheid vermogen gelijk aan 3kB(Tz-Tk) I/2e, Het vermogen Qic b l i j f t dan per saldo beschikbaar voor de verwarming van de kathode (zie figuur 3a). De energiebalans kan in formule-vorm als volgt weergegeven worden (links van het gelijkteken staat de geproduceerde energie per tijdseenheid en rechts staat de afgevoerde energie per tijdseenheid aangegeven): VJCI + CicV.I = + ^^ ^^2e" ^""^ I + Q»- (2) met ks = de konstante van Boltzmann, e = de lading van een elektron. ANODEVALGEBIED. Voor het anodevalgebied geldt een overeenkomstige energiebalans (zie figuur 3b): Val + CaV.I + é^l + ^'^^^^2e" ^'^^ I = Q- (3) Was de uitree-energie en de thermische energie van de elektronen b i j het kathodevalgebied een afvoer van energie, b i j het anodevalgebied komen deze posten als positieve termen in de balans voor. 15

16 BOOGZUIL. Quigley e.a.^> geven aan dat b i j een TIG-boog slechts 17% van de warmteinbreng in de anode voor rekening komt van de straling, konvektie en thermische geleiding van het beschermgas. De rest van de warmte bereikt de anode door het binnentreden van elektronen in het valgebied. Met name de uittreepotentiaal en de potentiaalval over het anodevalgebied spelen hierbij een grote rol. In de boogzuil bestaat een lokaal thermisch evenwicht (vanaf 1 bar). De per volume-eenheid en tijdseenheid geproduceerde elektrische energie is b i j een stationaire toestand gelijk aan de energie die wordt afgevoerd. Dit verlies van energie geschiedt door middel van warmtegeleiding, straling en konvektie. De gekompliceerdheid van deze processen maakt het zeer moeilijk een energiebalans voor de boogzuil op te stellen De invloed van de gassamenstelling op de lasboog. Onder atmosferische druk is het u i t e r l i j k en het gedrag van de boog sterk afhankelijk van de soort en samenstelling van het beschermgas. Key e.a. ' vinden voor een 150A-TIG-boog een radiale temperatuurverdeling in het midden van de boog zoals weergegeven in figuur 4. De detekteerbare straal van het plasma wordt hierbij als de begrenzing van de boog gekozen, in het algemeen K en hoger. Opvallend is dat een mengsel met 10% argon en 90% helium een bijna drie keer zo grote diameter geeft als een boog met een beschermgas bestaande uit 100% argon. Glickstein''' vindt een vergelijkbaar resultaat, maar h i j geeft tevens aan dat hoewel de boogdiameter voor helium veel groter is dan voor argon de verdeling van de stroomdichtheid voor beide gassen vrijwel gelijk is (zie figuur 5). 16

17 De elektrische en thermische geleidbaarheid van helium en argon zijn als funktie van de temperatuur weergegeven in figuur 6. Daar de ionisatiepotentiaal V i voor helium (24,5 ev) groter is dan de ionisatiepotentiaal voor argon (15,1 ev) is de elektrische veldsterkte in een heliumboog groter dan in een argonboog. De grotere elektrische veldsterkte resulteert in een hogere boogtemperatuur. De grotere warmtegeleiding van helium maakt dat de boog breder wordt. Het elektrische geleidingsvermogen van de respektievel i j k e beschermgassen is sterk temperatuurafhankelijk (figuur 6.a.). Indien aangenomen wordt dat de stroomdichtheid verwaarloosbaar is beneden een elektrische geleidbaarheid van l(ohm.cm)~^, dan geleidt argon vanaf K de elektrische stroom en helium pas vanaf K. Als gevolg hiervan is de straal van het stroomvoerende gedeelte van beide bogen nagenoeg gelijk De invloed van de druk op de lasboog. De meest opvallende invloed van de druk op de lasboog is de verandering van de vorm en van de boogspanning. Bij toenemende druk wordt de boog smaller (de boog verliest zijn "klokvorm"), geeft meer straling af en heeft een grotere boogspanning. Verschillende onderzoekers^'^'hebben de kontraktie van de boog nader beschouwd. Allum^'^' vindt dat de diameter van de zuil Dz als volgt van de druk afhangt: Dz ~ p"'", l<p<14 bar (4) met m es 0,17 in een stilstaande argon atmosfeer, en m es 0,25 b i j toepassing van een turbulent beschermgas. 17

18 Voor de diameter van de kathodevlek DJC^^ vindt h i j een zwakkere drukafhankelijkheid: DJC^ ~ p- '^^ (5) De kontraktie van de kathodevlek met de druk resulteert in een toenemende stroomdichtheid ter plaatse van de kathode. De vorming van plasmastromingen is, zoals eerder vermeld, afhankelijk van vernauwingen in de lasboog (formule (1)). Door de afnemende divergentie van de boog met toenemende druk worden de snelheden van de plasmajet kleiner. De som van de potentiaalvallen in het anodevalgebied en het kathodevalgebied kunnen bepaald worden door de spanning als funktie van de booglengte te extrapoleren naar booglengte nul. Dijk en Den Ouden^^' spreken van een zeer lichte daling van de som van de potentiaalvallen met toenemende druk, terwijl A l l u m ^ > ^ > e n Stalker en Salter^ > van mening zijn dat deze waarde onafhankelijk is van de druk. De toename van de boogspanning (voor een boog met lengte IT^O) met de druk komt volgens Allum geheel voor rekening van de boogzuil. Voor een argonboog in een stilstaande gasatmosfeer vindt Allum^^) voor de boogspanning V: V «9 + 0,75.1. (p) '^ (6) Met toenemende druk gaat de argonboog meer straling u i t z e n d e n ^ ' ^ > _ Allum^^' vindt dat b i j 1 bar ongeveer 5% van het boogvermogen verloren gaat als straling uit de boogzuil. Dit komt overeen met 18% van het vermogen 18

19 van de boogzuil. Bij 42 bar is dit opgelopen tot 26% van het zuilvermogen. De drukverhoging resulteert in een temperatuurverhoging van de lasboog en een groter geleidingsvermogen van het beschermgas. Het energieverlies vanuit de lasboog naar de omgeving door geleiding wordt hiermee groter. 2,5. Het Rendement. Bij het lassen zonder toevoegmateriaal kunnen twee soorten rendement onderscheiden worden: - Het procesrendement of thermische rendement is gedefinieerd als de verhouding tussen de door het werkstuk opgenomen thermische vermogen en het totale vermogen van de boog. Het smeltrendement is de fraktie van het boogvermogen die minimaal nodig is om het smeltbad te kunnen vormen. Het rendement is geen konstante grootheid, maar is afhankelijk van het booglasproces, de lasparameters, het werkstukmateriaal en de omgevingsfaktoren, 2,5.1. Het procesrendement. Per eenheid van lengte van de las is de totale energieontwikkeling in de lasboog Et: E. = ^ (7, met V = de voortloopsnelheid van de lasboog. Het procesrendement is: ni. = 1^.100% (8) met Ep= het vermogen dat per eenheid van lengte van de las in het werkstuk terecht komt. 19

20 Door bepaling van de temperatuurcyclus die een punt in de nabijheid van de las doorloopt kan, onder aanname van onderstaande vooronderstellingen, het procesrendement bepaald worden. 1. De fysische materiaaleigenschappen zijn konstant en onafhankelijk van de temperatuur. Er treedt dus geen smelten van het werkstukmetaal op. 2. De warmtebron b i j het lassen is puntvormig en heeft een oneindig hoge temperatuur. 3. De warmteverliezen naar de omgeving zijn verwaarloosbaar. 4. Het werkstuk bestaat uit een vlakke plaat met grote afmetingen. De t i j d die nodig is om de warmtebeïnvloede zone af te koelen van 800 C naar 500 C (Ats/s) kan met behulp van deels benaderende formules berekend worden.^' Voorwaarde hierbij is dat deze punten een piektemperatuur van minimaal 900 C hebben. Er moet onderscheid gemaakt worden tussen dikke plaat en dunne plaat. Bij dikke plaat is er sprake van drie dimensionale warmtestromingen in het werkstuk, met andere woorden de isothermen zijn koncentrisch en halfrond. Bij dunne plaat zijn de warmtestromingen in het werkstuk tweedimensionaal, Voor een dunne plaat kan de afkoeltijd als volgt berekend worden. aw^ 1 1 AtB/3 = 4^k.d- -^^500 - To^" - ^800 - To)"^ ^^^^ met W=npVI/v= de warmteinbreng in het werkstuk, a=k/cp^= de temperatuurvereffeningskoëfficiënt, k = de warmtegeleidingskoëfficiënt, Cp = de soortelijke warmte, ^ = de dichtheid, d = de plaatdikte. 20

21 To = de begintemperatuur van de plaat. De afkoeltijd voor dikke plaat wordt als volgt berekend: ^ t - ^ = 2W ^ (500 - To) - <800 - To) > (9b) De kritische plaatdikte bepaalt de grens tussen dunne en dikke plaat, en kan berekend worden door gelijkstelling van de afkoeltijden van beide platen. Door meting van de stroom, de spanning, de voortloopsnelheid, de afkoeltijd en de begintemperatuur van de plaat kan met de formules (9a) en (9b) het procesrendement berekend worden Het smeltrendement. Het smeltrendement is gedefinieerd als: na =.100% (10) met Es= de warmte die per eenheid van lengte van de las nodig is om het lasbad te vormen. Door bepaling van de oppervlakte A van de dwarsdoorsnede van het lasbad kan de energie die nodig is om te smelten berekend worden: Es = ^.A.q (11) met q = de warmte die nodig is om één massa-eenheid van het lasbadmateriaal tot smelten te brengen. De warmte q bestaat uit twee gedeelten: ten eerste de hoeveelheid warmte die nodig is om het materiaal te ver- 21

22 hitten van de plaattemperatuur To tot de smelttemperatuur Ts, ten tweede de hoeveelheid warmte die nodig is om het metaal te smelten: T. q = dt + q. (12) 22

23 3. DE EXPERIMENTEN De proefopstelling. Een schematische weergave van de proefopstelling, zoals deze tijdens alle experimenten is gebruikt, is te zien in figuur 7. Het cilindrische drukvat heeft een inhoud van 390 l i t e r en kan gebruikt worden tot een druk van 21 bar, zodat waterdiepten tot 200 m gesimuleerd kunnen worden. In het drukvat zijn een watergekoelde TIG-toorts en een pneumatisch proefplaten-wisselsysteem geplaatst. De proefuitvoering verloopt als volgt: De te lassen platen worden in het wisselsysteem geplaatst. Hierna wordt het drukvat gesloten en gedurende een half uur leeg gepompt. Na vulling van het vat met het toe te passen beschermgas tot een druk van 1,5 bar wordt gedurende v i j f minuten gepompt. Daarna wordt het vat op de benodigde werkdruk gebracht. Met behulp van het wisselsysteem wordt een proefplaat onder de toorts gebracht. Deze wordt gefixeerd door pneumatische stempels, t e r w i j l g e l i j k t i j d i g mikro-persluchtcilindertjes een elektrisch kontakt tussen een thermokoppel in de plaat en een rekorder buiten het vat bewerkstelligen. De booglengte wordt met behulp van een elektromotor ingesteld. Na het starten van de boog b l i j f t de toorts onbeweeglijk en wordt de proefplaat met een elektromotor voortbewogen. Tenslotte wordt de proefplaat in een magazijn weggezet. De plaats van de boog, de voortloopsnelheid tijdens het lassen, de lasstroom, de boogspanning en de temperatuurcyclus worden buiten het drukvat geregistreerd. Als stroombron wordt een Morelisse lasmachine toegepast. 23

24 3.2. De proefplaten. Het proefmateriaal bestaat uit staalplaten van de legering Fe 510. Er is gebruik gemaakt van twee verschillende charges Fe 510, waarvan de samenstellingen zijn weergegeven in tabel 1. Een proefplaat is weergegeven in figuur 8. In de plaat is op een diepte van 5 mm een chromel-alumel thermokoppel gemonteerd. Het koppel wordt, elektrisch geïsoleerd, naar het ingeplakte printplaatje gevoerd. Op dit plaatje worden de mikro-persluchtcilindertjes aangeperst. In figuur 8 is tevens aangegeven hoe de preparaten uit de las worden gehaald. Van deze preparaten worden na schuren, polijsten en etsen met behulp van een mikroskoop de lasbadafmetingen bepaald. De proefplaten hebben een dikte van 10 mm. Uit berekeningen b l i j k t dat de kritische dikte tussen de 17 en 24 mm l i g t (afhankelijk van de instelling van de lasparameters), De gebruikte proefplaten kunnen dus als dun beschouwd worden De proeven. Bij het TIG-lassen zijn een groot aantal parameters in het spel. Het zou zeer veel rendementsmetingen vragen om de invloed van elke parameter afzonderlijk te bepalen. Het is hierom dat door middel yan inleidende metingen een soort "standaard" voor de lasparameters bepaald is. Deze standaard geeft voor elke lasserie aan welke parameter konstant gehouden moet worden en welke gevarieerd mag worden (zie tabel 2). Een lasserie is een reeks proefplaten die in één keer in het wisselsysteem wordt geladen en die onder variatie van één parameter wordt gelast. De eerste serie lassen werd gemaakt ter bepaling van de invloed van de oppervlaktegesteldheid van het proefstukma- 24

25 teriaal op het rendement*. Hiertoe werd het bovenoppervlak als volgt bewerkt: a. De bestaande walshuid werd intakt gelaten. De proefplaat werd alleen ontvet. Van zes proefplaten werd de walshuid verwijderd: b. Door in de lasrichting te schuren met f i j n schuurpapier (grit 600). c. Door in de lasrichting te schuren met grof schuurpapier (grit 60). Dit wordt aangeduid met "gritöo'^". d. Als proefplaat c. maar nu loodrecht op de lasrichting. ("grit 60>"). e. Door schaven in de lasrichting. f. Door de proefplaat te parelstralen. g. Door in de lasrichting te schuren met grof schuurpapier. Daarna werd de plaat geroest door deze drie weken in een oververzadigde NaCl-oplossing te leggen. Alle proefplaten werden voorafgaande aan het lassen met aceton ontvet. De invloed van de druk en het soort beschermgas op het rendement werd bepaald in een zestal lasseries: 1. In een stilstaande argonatmosfeer werd in stapjes van 2 bar de argondruk verhoogd van 1 naar 17 bar. De gebruikte lasstroom bedroeg 200 A. 2. Gebruik makend van een 150A-argonboog werd serie 1 herhaald, waarbij de druk in stapjes van 2 bar verlaagd werd van 17 naar 3 bar. Tevens werd, alleen b i j deze serie, een andere laselektrode gebruikt (zuiver wolfraam met een diameter van 6,4 mm in plaats van wolfraam +2% thoriumoxide met een diameter van 4,8 mm). 3. In een stilstaande helium-atmosfeer werd voor een IIOAlasboog de druk verlaagd van 9 naar 1 bar. *Waar sprake is van "het rendement" wordt zowel het procesrendement als het smeltrendement bedoeld.

26 Bij respektievelijk 7, 5, 3 en 1 bar werd voor een 110 A- TIG-boog b i j verschillende gasmengsels het rendement bepaald: 4. Een gasmengsel van 75% argon + 25% helium (75Ar/25He). 5. Een gasmengsel van 50% argon + 50% helium (50Ar/50He). 6. Een gasmengsel van 25% argon + 75% helium (25Ar/75He). Alleen voor de lasseries ter bepaling van de invloed van de oppervlaktegesteldheid en lasserie 1 werd gebruik gemaakt van proefplaten vervaardigd uit materiaal van samenstelling 1 (zie tabel 1). Voor de overige series werd charge 2 gebruikt. Het procesrendement werd na meting van de lasstroom, de boogspanning, de afkoeltijd (zie figuur 9) en de voortloopsnelheid van de boog berekend uit formule (9a). (k=0.03 J/s mm K, Cp=760 J/kg K, ^ =7,85.10" kg/mm=' en a=5,03 mm^/s; deze waarden zijn gemiddeld tussen 800 C en 500 C).^=^> Het smeltrendement werd berekend uit de oppervlakte van de dwarsdoorsnede van het lasbad. (Formule (10), (11) en (12)). (q=l,47.10 J/kg; gemiddeld tussen 800 C en 500 C)

27 4^ RESULTATEN EN BESPREKING De invloed van de oppervlaktegesteldheid Het procesrendement. Figuur 10 geeft het procesrendement weer voor de verschillende oppervlaktegesteldheden. Het procesrendement varieert tussen 71% en 75% en kan dus geschreven worden als %, hetgeen binnen de experimentele onnauwkeurigheid van circa 3% valt. Figuur 11 geeft de boogspanning als funktie van de oppervlaktegesteldheid. Het procesrendement b l i j k t onafhankelijk te zijn van de soort oppervlaktebewerking die het proefstuk ondergaan heeft. De invloed van de oppervlaktegesteldheid op de boogspanning l i j k t niet zozeer een gevolg te zijn van de aanof afwezigheid van een oxidehuid. De oorzaak moet misschien meer in de richting van de oppervlakteruwheid gezocht worden: het lijkt er op dat hoe ruwer het oppervlak is hoe hoger de boogspanning is. Deze veranderende boogspanning heeft echter geen invloed op het gemeten procesrendement Het smeltrendement. Het smeltrendement staat voor de verschillende oppervlaktegesteldheden weergegeven in figuur 12. De aangegeven waarden zijn gemiddelden van drie waarden voor het smeltrendement (de oppervlakte van het lasbad is op drie plaatsen bepaald, zie figuur 8). Het aangegeven gebiedje geeft de grootste en kleinste waarde van het smeltrendement. Figuur 12 toont aan dat het smeltrendement onafhankel i j k is van de oppervlaktegesteldheid van het werkstuk.

28 Prinsen^^> vindt dat het smeltrendement b i j geschaafde plaat een faktor 1,2 tot 1,6 groter is dan b i j onbewerkte plaat. Het door hem uitgevoerde onderzoek roept echter zoveel vragen op dat deze bevinding met de nodige terughoudendheid moet worden beschouwd Een 200A-argonboog onder verhoogde druk. Bij het lassen in een stilstaande argonatmosfeer b i j een stroomsterkte van 200A worden de volgende verschijnselen waargenomen: 1. Met toenemende druk wordt het starten van de boog steeds moeilijker en uiteindelijk zelfs onmogelijk (bij 19 bar). 2. De elektrode (wolfraam + 2% thoriumoxide met een doorsnede van 4,8 mm) erodeert sterk b i j lassen onder verhoogde druk. 3. a. De lassen die gemaakt worden b i j 7 bar en hogere drukken zijn niet meer recht, maar vertonen z i j waartse stappen ter grootte van de lasbadbreedte (zie figuur 13). b. De vorm en afmetingen van de dwarsdoorsnede van het lasbad zijn sterk afhankelijk van de plaats in de las (zie figuur 14), 4. Het procesrendement daalt met toenemende druk. Deze waarnemingen zullen hieronder besproken worden Het starten van de lasboog. Bij verhoging van de omgevingsdruk moet de afstand tussen elektrode en werkstuk steeds kleiner gekozen worden om het starten van de boog met de hoogfrekwent-inrichting mogelijk te maken. Bij een druk van 1 bar is het nog mogelijk te starten met een afstand die gelijk is aan de toe te passen booglengte (1=3 mm). Reeds b i j 9 bar moet de startafstand verkleind worden tot 1,5 mm, terwijl dit b i j 13 bar al 0,5 mm is.

29 Direkt na het starten wordt de booglengte vergroot tot de benodigde werklengte. Het gevaar van een zeer kleine afstand tussen de elektrode en het werkstuk is dat het lasbad, dat zich b i j het starten direkt vormt, tegen de elektrode opspat. Deze kontaminatie van de elektrode heeft een verhevigde elektrode-erosie tot gevolg. Vanaf 19 bar is het hoogfrekwent starten onmogelijk. Het zal b i j deze drukken misschien mogelijk blijken te starten door kontakt te maken tussen de elektrode en het werkstuk^^'. Het gevaar van kontaminatie wordt daarmee echter groter. Een andere mogelijkheid is het verwarmen van de t i p van de elektrode, bijvoorbeeld met een laserstraal. Deze methoden zijn b i j dit onderzoek niet toegepast De elektrode-erosie. Indien er gelast wordt onder verhoogde druk dan is er sprake van een verhevigde erosie van de t i p van de elektrode: met" toenemende druk wordt de puntige t i p eerst minder scherp, vervolgens k r i j g t deze een gehavend uiterl i j k en tenslotte verdwijnt de t i p geheel. De verhevigde erosie van de elektrodetip wordt ook door vele andere onderzoekers vermeld^ > ^ = > ^"^^. Dijk^ *^"^' vindt dat de erosie afhankelijk is van de druk en de manier waarop de boog ontstoken wordt. Hij wijt de verhevigde erosie aan de kontaminatie van de elektrode door vreemde metalen en aan het onrustige karakter van de lasboog (met name de kathodevlek) b i j verhoogde druk. Stalker en Salter^ > en Edmonds e.a.^^' zijn van mening dat de toename van de erosie een gevolg is van de ver kleining van de diameter van de kathodevlek met toenemende druk (formule (3)), waardoor de stroomdichtheid ter plaatse van de kathode toeneemt.

30 Het is waarschijnlijk dat Dijk oorzaak en gevolg heeft verwisseld en dat de erosie een gevolg is van het "afzakken" van het aangrijpingspunt van de boog aan de elektrode naar de t i p van de elektrode. De stroomdichtheid aan de kathode wordt hierdoor groter, de erosie neemt toe en de boog wordt minder stabiel. Dijk^"^» maakt melding van een geringere elektrodeerosie b i j toepassing van zuiver wolfraam in plaats van wolfraam met 2% thoriumoxide. Van deze bevinding zal b i j verdere proefnemingen gebruikt worden gemaakt. Verschillende auteurs^ >vinden dat de elektrodeerosie b i j een heliumboog onder druk beduidend groter is dan b i j een argonboog. Helium kan daarom alleen b i j niet al te hoge drukken toegepast worden Lasbadinstabiliteit. Het lassen onder verhoogde druk kan resulteren in booginstabiliteit^^'. Dit treedt het sterkst op b i j toepassing van helium als beschermgas. Bij booginstabiliteit ondergaat de lasboog in de t i j d onvoorspelbare veranderingen: de lasstroom en boogspanning zijn niet konstant, er treden kleurveranderingen op en de boog pulseert. Booginstabiliteit moet onderscheiden worden van lasbadins t a b i l i t e i t. Bij lasbadinstabiliteit is de verstoring van de boog niet beperkt tot de zuil, maar treedt ook op b i j de anode. Hierdoor kan de las een g r i l l i g u i t e r l i j k verkrijgen. Booginstabiliteit ten gevolge van drukverhoging wordt in de literatuur wel v e r m e l d ^ ^ ' m a a r van de oorzaak is nog weinig bekend. Vermelding van lasbadinstabilit e i t is een zeldzaamheid. Bij argonbogen die onder atmosferische druk branden is een zelf-stabiliserende plasmajet aanwezig. Het is waar-

31 schijnlijk dat b i j drukverhoging niet alleen de jetwerking vanuit de kathode vermindert, maar dat ook de jetwerking vanuit de anode relatief belangrijk wordt, waardoor een komplex stromingspatroon de boog minder s t i j f maakt. Dit gebrek aan stijfheid maakt het mogelijk dat de zwakke magnetische krachten die op de boog werken, en onder atmosferische druk hoegenaamd geen invloed hebben, de boog laten "flikkeren" en zelfs "springen"^^'. Echter, de verwachting is dat zelfs het gebrek aan stijfheid de boog niet zulke grote stappen kan laten nemen als werd waargenomen, indien er een gave elektrodetip zou blijven bestaan. De beschadiging van de t i p maakt andere emissieplaatsen favoriet, waardoor de boog zelfs aan de zijkant van de elektrode kan gaan aangrijpen. De sterke afhankelijkheid van de vorm en afmetingen van de lasdoorsnede van de plaats in de las (figuur 14) is duidelijk het gevolg van de zijwaartse stapjes Het procesrendement. Het procesrendement als funktie van de druk voor de 200A-argonboog (figuur 15) geeft een dalend verloop. Echter, gezien de betrouwbaarheid en de slechte reproduceerbaarheid van deze lassen is het noodzakelijk de nodige vraagtekens b i j dit resultaat te zetten. Immers, ter plaatse van een zijwaartse stap ontstaat een grotere booglengte, waardoor de boogspanning groter is. Tevens bestaat het idee dat de boog b i j een zijwaartse stap even b l i j f t "hangen", als zijnde t i j d e l i j k aan de plaat gepind Doorgevoerde verbeteringen. Ten einde iets zinvols over het verloop van het rendement met de druk te kunnen zeggen, is het noodzakelijk de elektrode-erosie (en daarmee de zijwaartse stappen in de las?) tegen te gaan. Daartoe zijn de volgende wijzigingen cq. verbeteringen doorgevoerd: 31

32 1. De elektrode-erosie kan een gevolg zijn van een gebrekkige koeling van de elektrode. Bij lasserie 1 bleek de toortskoeling b i j hogere druk slecht te zijn. De elektrodekoeling wordt verbeterd door: verbetering van de toortskoeling; gebruik van een dikkere elektrode (6,4 mm in plaats van 4,8 mm). 2. Dijk^"^' toont aan dat een elektrode van zuiver wolfraam minder erosie vertoont dan een elektrode van wolfraam met 2% thoriumoxide. Bij lasserie 2 wordt daarom een elektrode van zuiver wolfraam toegepast. 3. Kontaminatie van de elektrode met lasbadmetaal verergert de erosie. Indien gestart wordt met een lagere stroomsterkte (35 A in plaats van de lasstroomsterkte) vormt zich niet direkt een lasbad, waardoor de kans op kontaminatie kleiner wordt. 4. Een hoge lasstroomsterkte geeft een grote stroomdichtheid ter plaatse van de kathode. Vermindering van deze stroomdichtheid vermindert de erosie. De lasstroom wordt daarom verlaagd tot 150 A. Met deze verbeteringen b l i j k t de lasbadinstabiliteit grotendeels opgelost te zijn (zie figuur 16 en 17). Het starten van de boog met de elektrode van zuiver wolfraam gaat echter nóg moeilijker en is b i j 1 bar zelfs geheel onmogelijk. Bij deze druk werd daarom geen meting uitgevoerd De invloed van de argondruk. Voor een argonboog met een stroomsterkte van 150 A hangt de boogspanning van de druk af als aangegeven in figuur 18. Het procesrendement en het smeltrendement voor deze boog staan als funktie van de druk weergegeven in de figuren 19 en

33 4.3 1 De boogspanning. De boogspanning neemt toe met toenemende druk (figuur 18). Uitgaande van de bevindingen van andere onderzoekers dat de som van de potentialen van de valgebieden onafhankelijk is van de druk, kan gekonkludeerd worden dat de spanning over de boogzuil toeneemt met de druk, Alliom*^' toont aan dat de elektrische geleidbaarheid van de lasboog onafhankelijk is van de druk. Door de boogkontraktie ten gevolge van drukverhoging neemt de stroomdichtheid toe. Het gevolg is dat de elektrische veldsterkte, en dus de boogspanning (bij gelijkblijvende booglengte), toeneemt Het procesrendement. Het procesrendement daalt b i j drukverhoging (figuur 19). Met andere woorden b i j verhoging van de druk komt een steeds kleiner percentage van het boogvermogen in het werkstuk terecht. Echter, door de toename van de boogspanning, en dus van het boogvermogen, neemt de warmteinbreng in het werkstuk wel toe met de druk (zie figuur 21). Als oorzaak voor het afnemen van het procesrendement kan de toename van het energieverlies naar de omgeving genoemd worden: Door de grotere vermogensdichtheid neemt de straling uit de zuil toe. Een klein gedeelte van deze straling komt wel ten goede aan het werkstuk, maar meer dan 50% is van het werkstuk af gericht. De warmtegeleiding van het omringende gas is groter b i j hogere druk. Het energieverlies door konvektie neemt toe met de druk. Met toenemende druk is de warmteinbreng in het werkstuk door de verschillende warmtetransportprocessen dus wel groter, maar het boogvermogen s t i j g t sneller dan de warmteinbreng. De toename van de warmteinbreng is te

34 danken aan een toename van de ontvangen straling en een grotere thermische energie van de elektronen Het smeltrendement. Voor een beschermgas bestaande uit 100% argon is het smeltrendement onafhankelijk van de druk (figuur 20). De grootte van het lasbad neemt echter wel toe met de druk (zie figuur 22). Als het quotiënt van de breedte en de diepte van het lasbad wordt uitgezet tegen de druk dan geeft dit een verloop zoals aangegeven in figuur 23 (de inzet in deze figuur geeft de breedte (+) en de diepte (x) van het lasbad als funktie van de druk weer). Met toenemende druk wordt de inbranding eerst groter om vervolgens weer af te nemen. De diepere inbranding is het gevolg van het smaller worden van de boog, waardoor de grotere warmteinbreng in de plaat gekoncentreerder plaats vindt. De verminderde inbranding b i j hogere drukken is waarschijnlijk het gevolg van het minder stabiel zijn van de lasboog door de verminderde werking van de zelf-stabiliserende plasmajet. Hierdoor ontstaat een booginstabiliteit die niet resulteert in lasbadinstabiliteit, maar waardoor de energie wel over een groter oppervlak van de plaat wordt verdeeld. Immers, b i j drukverhoging neemt het boogvermogen (en de warmteinbreng) toe en de diameter van de lasboog af, maar de breedte van het lasbad neemt niet af met de druk (zie figuur 23). Dijk en Den Ouden^^' vinden ook dat het smeltrendement onafhankelijk is van de druk, terwijl Allum^^' juist spreekt van een toename van het smeltrendement met de druk De warmtebeïnvloede zone. Het oppervlak van de warmtebeïnvloede zone als funktie van de druk staat weergegeven in figuur 24. Figuur 25 34

35 geeft de breedte-diepte verhouding van de warmtebeïnvloede zone. De toename van het oppervlak van de warmtebeïnvloede zone met de druk komt overeen met de grotere warmteinbreng in de plaat (vergelijk figuur 21). De b/d-verhouding van de warmtebeïnvloede zone vertoont een lichte daling met een eerste drukverhoging om vervolgens nagenoeg konstant te blijven. Dit suggereert dat de vorm van de warmtebeïnvloede zone vrijwel onafhankelijk is van de vorm en afmetingen van de lasboog. Er kan ook gekonkludeerd worden dat de druk weinig of geen invloed heeft op het warmteverlies vanuit de las: het verlies van warmte vanuit de las geschiedt geheel via de plaat en niet via de omringende atmosfeer, 4,4, De invloed van de gassamenstelling. Heliumbogen geven een diepere inbranding dan argonbogen. Teneinde het thermokoppel tegen doorbranden te beschermen is de lasstroom verlaagd tot 110 A, Bij een stroomsterkte van IIOA zijn het procesrendement en het smeltrendement bepaald als funktie van de druk voor verschillende beschermgassen. Figuur 26 geeft het procesrendement voor een beschermgas bestaande uit 100% argon, 50% argon + 50% helium, 25% argon + 75% helium en 100% helium. Figuur 27 geeft het smeltrendement voor alle toegepaste mengsels, In figuur 28. zijn de waarden 'van het smeltrendement opnieuw uitgezet, maar nu als funktie van het percentage helium in het beschermgas voor verschillende drukken. De metingen voor 3 en 5 bar vallen in figuur 28 samen, 4.4,1, Het procesrendement. Bij een gasdruk van 1 bar is het procesrendement van de lloa-heliumboog (figuur 26) en de 200A-argonboog ( f i - 35

36 guur 15) van vergelijkbare grootte. Bij toepassing van mengsels blijkt het procesrendement groter te zijn. De sterke val van het procesrendement bij een drukverhoging van 1 bar naar 3 bar, zoals die bij de argonboog wordt waargenomen, blijkt bij helium en argon-heliummengsels achterwege te blijven. Het procesrendement daalt slechts weinig bij drukverhoging (tot 9 bar). Bij 1 bar heeft een heliumboog een diffuus, bolvormig uiterlijk. De snelheden van de plasmajet zijn groot, maar de intensiteit van de jet is kleiner dan bij argon. De ionisatiepotentiaal van helium is groter dan van argon. Deze faktoren resulteren in een slechtere warmteoverdracht van de boog naar het werkstuk. Dit wordt echter gekompenseerd door: een hogere potentiaal in het anodevalgebied bij helium''', waardoor (zie formule (3)) de warmteoverdracht naar de anode groter is; een hogere boogtemperatuur bij toepassing van helium (zie figuur 5) en dus een grotere thermische energie van de elektronen die het anodevalgebied binnen komen. Bij drukverhoging verandert het uiterlijk van de heliumboog naar klokvormig, waardoor de jetwerking intenser wordt. Het energieverlies door straling uit de boogzuil stijgt bij drukverhoging bij een heliumboog percentagegewijs minder snel dan bij een argonboog. Deze twee faktoren zouden het minder snel dalen van het procesrendement kunnen verklaren. Het grote verschil in procesrendement voor alle drukken tussen de 150A-argonboog en de lloa-heliumboog (figuur 26) wordt verklaard uit de kleinere verliezen uit de heliumboog dan uit de argonboog en de grotere potentiaalval in het anodevalgebied bij het gebruik van helium als beschermgas.

37 Bij een groter percentage argon in het helium is het procesrendement groter. Dit kan een gevolg zijn van een hogere ionisatiegraad van het plasma (de boogspanning is kleiner b i j mengsels, met het minimum b i j een mengsel van 50% argon met 50% helium). Finkelnburg^^> is van mening dat de ionisatiepotentiaal van een atoom verlaagd wordt door de aanwezigheid van een grote elektronen- en ionendichtheid in het omringende plasma. Het argon in het gasmengsel heeft de kleinste ionisatiepotentiaal en dus de grootste ionisatiegraad. Deze ionen en elektronen kunnen een verlagende werking hebben op de ionisatiepotentiaal van het helium Het smeltrendement. Het b l i j k t dat hoe hoger het percentage helium in het beschermgas is, hoe groter het smeltrendement is (figuur 27 en 28). Opvallend is dat b i j elke gassamenstelling het smeltrendement toeneemt b i j een drukverhoging van 1 bar naar 3 bar, maar dat verdere drukverhoging geen invloed meer heeft op de waarde van het smeltrendement (figuur 28). Het grotere smeltrendement b i j een groter percentage helium wordt geassocieerd met de vermindering van het energieverlies uit de boogzuil door straling. De stagnatie van de stijging van het smeltrendement b i j drukverhoging vanaf 3 bar is moeilijker te begrijpen. Gedacht wordt aan een toename van de i n s t a b i l i t e i t van de boog met de druk. Bij lassen met een heliumboog onder druk wordt een licht flikkeren waargenomen. Het idee bestaat dat de boog binnen bepaalde grenzen staat te "kwispelen", waardoor de energie die voor smelten gebruikt kan worden over een groter oppervlak wordt verspreid.

38 De vorm van het lasbad. Figuur 29 geeft de grootte en de vorm van het lasbad voor de toegepaste gasmengsels en drukken weer. Voor de argonboog werd een stroomsterkte van 150 A gebruikt, de andere lassen zijn gemaakt met een stroomsterkte van 110 A. Uit deze figuur b l i j k t duidelijk dat een toename van de druk resulteert in een groter lasbad met een diepere inbranding (kleinere waarde voor b/d). Verhoging van het percentage helium in het beschermgas geeft eenzelfde beeld. De diepere inbranding b i j drukverhoging is het gevolg van een meer gekoncentreerde warmteinbreng door de kontraktie van de lasboog. De vergroting van het lasbad treedt op omdat de warmteinbreng b i j hogere druk groter is. De vergroting van het lasbad met toenemend percentage helium in het beschermgas is een gevolg van de vermindering van de energieverliezen uit de boog en de grotere potentiaalval in het anodevalgebied.

39 5, KONKLUSIES. De resultaten van dit onderzoek kunnen met de onderstaande konklusies samengevat worden. 1. Het procesrendement en het smeltrendement zijn onafhankelijk van de oppervlaktegesteldheid van het werkstuk. 2. Bij lassen onder verhoogde druk wordt een verhoogde elektrode-erosie waargenomen. Als mogelijke oorzaken kunnen de volgende faktoren genoemd worden: een vergrote stroomdichtheid aan de kathode ten gevolge van de verkleining van de kathodevlek met toenemende druk; kontaminatie van de elektrode; onvoldoende elektrodekoeling; de aanwezigheid van thoriumoxide in de elektrode. 3. Het ontstaan van boog- en lasbadinstabiliteit met toenemende druk is te wijten aan: Verhevigde elektrode-erosie met toenemende druk. Verminderde plasmajetwerking b i j drukverhoging. 4. Bij een verhoging van de argondruk neemt het procesrendement af. Het smeltrendement is onafhankelijk van de druk. 5. Argon-helium mengsels geven een hoger procesrendement dan de zuivere beschermgassen. Bij drukverhoging neemt het procesrendement b i j toepassing van argon sneller af dan b i j toepassing van helium en argon-helium mengsels. 6. Het smeltrendement is groter b i j een groter percentage helium in het, beschermgas.

40 . De inbranding neemt toe met: een toenemend percentage helium in het beschermgas; toenemende druk. 40

41 LITERATUUR. 1. P.A. van Ingen Het Rendement van het Booglasproces, een literatuurstudie. T.H. Delft, j u l i G. den Ouden Lastechnologie Delftse Uitgevers Mij. b.v., G. den Ouden Physical Properties of the Arc Column International Institute of Welding Doc J.F. Lancaster Energy Distribution in Argon-Shielded Welding Arcs British Welding Journal, 1 (9), 1954, M.B.C. Quigley, P.H. Richards, D.T. Swift-Hook & A.E.F. Gick Heat Flow to the Workpiece from a TIG Welding Arc J. Phys. D: Appl. Phys., 6, 1973, J.F. Key, J.W. Chan & M.E. Mcllwain Process Variable Influence on Arc Distribution Welding Journal, 62 (7), 1983, 179s-184s 7. S.S. Glickstein Arc Modeling for Welding Analysis Arc Physics and Weldpool Behaviour International Conference Proceedings, 1-16 London, may 1979

42 C.J. Allum Mechanisms of Power Dissipation in the Column of High Pressure Argon-Tungsten Arcs Welding Journal, 62 (12), 1983, 356s-360s C.J. Allum Power Dissipation in the Column of a TIG Welding Arc J. Physics D: Appl. Phys., 16, 1983, A.W. Stalker & G.R. Salter A Preliminary Study of the Effect of Increased Pressure on the Welding Arc The Welding Institute Doc.:3412/6/74 C.J. Allum Effect of Pressure on Arcs Underwater Welding International Conference Proceedings, Trondheim, 1983 C.J. Allum TIG'S Underwater role: Present and Future Welding and Metal Fabrication, (4) 1982, O. Dijk & G. den Ouden The Effect of Pressure on the TIG Welding Process Underwater Welding International Conference Proceedings, Trondheim, 1983 J. Prinsen De Mechanische Eigenschappen van onder Verhoogde Druk Geproduceerde Lasverbindingen Afstudeerverslag, T.H. Delft, 1985

43 15. M. Hamasaki & J. Sakakibara Underwater Dry TIG Welding using Wire Brush Nozzle Underwater Welding International Conference Proceedings, Trondheim, Dijk Lassen in een Droge Omgeving onder Verhoogde Druk Eindverslag Project Neptunus 17. O. Dijk Lassen in Droge Omgeving onder Verhoogde Druk Verslag Project Neptunus Nederlands Instituut voor Lastechniek, T.G. Edmonds, C.J. Allum, B.E. Pinfold & J.H. Nixon The Effect of Pressure on the Tungsten Argon Welding Arc Arc Physics and Weldpool Behaviour International Conference Proceedings, London, may H.C. Cotton Welding Underwater and in the Splash Zone Underwater Welding International Conference Proceedings, 2-48 Trondheim, June W. Finkelnburg The High Current Carbon Arc and its Mechanism Journal of Applied Physics, 20, 1949,