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Verfahren und Vorrichtung zur Verbindung von verlegten Rohren miteinander durch Lichtbogenschweissung mit Hilfe einer sich verbrauchende, schutzgasumgebenen Elektrode
Die Erfindung betrifft die Schutzgasschweissung mit im Stromkreis liegendem Werkstück, insbesondere das"Stellungs"schweissen von Rohren.
Bisher wurden Stahlrohrlängen mit der Hand unter Verwendung von flussmittelüberzogenen Stabelektroden lichtbogengeschweisst, wobei die Rohrlängen, wenn möglich unter der Schweissstelle gerollt wur- den, um die Vorteile derUnterhand-Schweissung zu erzielen und Schweissungen hoher Qualität zu erhalten. Dabei wurde nach dem Wurzelgang die Oberfläche sorgfältig gereinigt, indem die auf der Schwei- sse gebildete Schlackendecke durch Abmeisseln, mit der Drahtbürste und manchmal sogar durch Schleifen entfernt wurde. Eine derartige Reinigung war auch zwischen den aufeinanderfolgenden Schweissgängen notwendig. Dieses Verfahren war natürlich zeitraubend, mühsam und wegen der erforderlichen Fachkräfte teuer.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung hochwertiger Schweissungen an Stahlrohren mit minimalen Erfordernissen hinsichtlich der Geschicklichkeit und der Anstrengung der Bedienung.
Dies wird bei einem Verfahren zur Verbindung von verlegten Rohren miteinander durch Lichtbogenschweissung mit Hilfe einer sich verbrauchende, schutzgasumgebenen Elektrode, die längs der Umfangsnaht vorwärtsbewegt wird und dabei quer zu dieser Naht gerichtete, wiederholte Schwingungsbewegungen durchführt, die auf jeder Seite der Naht eine Zeitlang unterbrochen, werden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Rohre unter Bildung einer offenen V-Naht mit Hilfe einer Elektrode geschweisst werden, die der Naht in an sich bekannter Weise derart zugeführt wird, dass während der sich wiederholenden Kurzschlussberührung mit der Schweisslache eine Meta] lübertragung stattfindet, und die Elektrode dabei zu einer vollkommen geradlinigen Schwingungsbewegung veranlasst wird.
Zweckmässigerweise wird dabei während eines Wurze1schweissganges die Schweisseinrichtung mit einer Frequenz von 200 bis 250 Schwingungen pro Minute zur Schwingung in derQuerrichtung der Naht veranlasst.
Die besonderen Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens beruhen in erster Linie auf der Kombination der vollkommen geradlinigen Schwingungsbewegung des Kurzschluss-Schweisslichtbogens mit einer sich verbrauchenden Elektrode sowie auf der Verwendung einer offenen V-Naht, die einen vollständigen Einbrand des Schweissmetal1s gewährleistet. Die geradlinige Querschwingungsbewegung wird ders
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samer Einbrand erzielt wird. Ferner wird eine Hinterschneidung vermieden und das Profil der Schweissraupe verbessert. Dies ist in hohem Masse darauf zurückzuführen, dass die sich verbrauchende Drahtelektrode auf beiden Seiten der Naht so lange verweilt, dass Elektrodenmetall abgelagert wird und mit dem Grundmetall und dem Metall der vorherigen Schweissgänge verschmelzen kann.
Es sind auch schon Lichtbogen-Schweissverfahren bekannt, bei welchen das eigentliche Schweissag- gregat entweder nicht-schwingend oder längs einer gekrümmten Bahn schwingend angeordnet ist. Bei
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dem Verfahren mit nicht-schwingender Elektrode ist eine kontinuierliche Kontrolle der Schweisslache während der ganzen 3600 umfassenden Vorschubbewegung des schweiss aggregates um das Rohr nicht möglich. Dieser Nachteil wird zwar durch das Verfahren, bei welchem das Schweissaggregat schwenkbar gelagert ist und eine bogenförmige Schwingungsbewegung ausführt. beseitigt, jedoch bringt dieses bekannte Verfahren einen. ihm eigentümlichen neuen Nachteil mit sich.
An den äussersten Rändern der zu schweissenden Naht tritt nämlich eine Veränderung des Abstandes der Elektrode von dem Werkstück auf.
Bei derartigen Veränderungen wird eine einwandfreie Beherrschung des Schweissvorganges besonders dann beeinträchtigt, wenn zur einwandfreien Durchführung des angewendeten Schweissverfahrens der Abstand zwischen der Elektrode und der Schweisslache einen bestimmten Wert nicht überschreiten darf.
Dieser Nachteil wird beim erfindungsgemässen Verfahren durch die Anwendung einer vollkommen geradlinigen Schwingungsbewegung des Schweissaggregates ebenfalls vermieden. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird somit eine kontinuierliche Kontrolle der Schweisslache über den ganzen Rohrumfang und ausserdem ein konstanter Abstand der Elektrode vom Werkstück sichergestellt, wodurch eine glatte, feste Schweissnaht erhalten wird, die keinerlei spannungserhöhende Kerben aufweist.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 im Schaubild einen Teil einer erfindungsgemässel Rohrschweissmaschine, Fig. 2 in grösserem Massstab einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 in Draufsicht die Vorrichtung zur Steuerung der Schwingungsamplitude, Fig. 5 einen Teil dieser Vorrichtung in einem Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 3, Fig. 6 ein Detail im Querschnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5, Fig. 7 ein Detail im Querschnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 5, Fig. 8 eine graphische Darstellung der von der Drahtelektrode während eines Schweissganges durchgeführten Schwingungen, Fig. 9 in grösserem Massstab im Querschnitt die Querschwingung des Schweisskopfs bei der Durchführung von Wurzelschweissgängen nach der Erfindung.
Fig. 10 im Querschnitt die heftgeschweisste Naht zwischen den zu schweissenden Rohrlängen, wobei angedeutet ist, dass die Schweissungen auf den beiden bogenförmigen Hälften des Rohrs abwärts durchgeführt werden. Fig. 11, 12 und 13 zeigen im Querschnitt erfindungsgemäss mit 2, 3 und 5 Schweissgängen geschweisste Rohre mit verschiedenen Wandstärken. Fig. 14 zeigt ein Schaltbild des mit der Drehung und Schwingung während des Schweissganges im Zusammenhang stehenden Teils der elektrischen Einrichtung.
Fig. 15 ein Schaltbild des mit dem Motor zum Vorschub des Elektrodendrahts im Zusammenhang stehenden Teils der elektrischen Einrichtung. Fig. 16 ein Schaltschema des mit den Steuerrelais im Zusammenhang stehenden Teils der elektrischen Einrichtung und Fig. 17 ein Schaltbild des mit dem Schweissstromkreis in Verbindung stehenden Teils der elektrischen Einrichtung.
Gemäss Fig. 1 ist die Schweissmaschine M auf einem Rohr 22 gelagert, das sich in einer im wesentlichen horizontalen Lage befindet. Eine derartige Maschine M ist mit einem Sattel 24 versehen, der oben auf dem Rohr ruht und durch eine lösbare Klemmvorrichtung, welche eine Kette und eine Federanordnung 26 aufweist, festgehalten wird. Auf dem Sattel 24 ist am einen Ende desselben ein hufeisenförmig ges Führungsorgan 28 montiert, in dem ein ähnlich geformter Zahnring 30 drehbar gelagert ist. Der Zahnring 30 wird von einem Motor 32 über eine Kupplung 34, eine Kette 36 und in Fig. 2 gezeigte Ritzel 38 angetrieben, die mit dem Zahnring 30 auf einander entgegengesetzten Seiten des oberen Quadranten desselben kämmen.
Ein Schutzgas-Lichtbogenschweissaggregat 40 ist auf dem Zahnring 30 montiert und wird mit die- sem durch den Motor 32 gedreht. Dieses Aggregat ist mit einer Vorrichtung 42 zur Radialverstellung des Aggregats relativ zu dem Rohr 22 und mit einem ebenfalls einstellbaren, in einem Träger 44 angeordneten Schwingungserzeuger versehen. Diese Teile werden von einer Konsole 46 getragen, die bei 45 mit dem Zahnring verschraubt ist. Der Schwingungserzeuger wird von einem Motor 19 angetrieben, dessen Drehzahl zwecks Veränderung der Schwingungsfrequenz einstellbar und der auf der Rückseite des den Schwingungserzeuger enthaltenden Trägers 44 montiert ist.
Der Antriebsmotor 32 ist auf einem Steuerkasten 58 auf dem ortsfesten Teil der Maschine M montiert. Der Stromkreis in dem Steuerkasten ist über ein biegsames Kabel 60 mit einem Stromkreis in einem Relaiskasten 62 verbunden, dessen Vorderseite mit einem Schweissspannungsmesser 64 und einem schweissstromstärkemesser 66 versehen ist.
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einer den geschlossenen Zustand des Schweissbeginnschalters 74 anzeigenden Signallampe 76 und einem Schweissgang-Drehungsschalter 78 zur Steuerung der Drehrichtung des Schweissaggregats 40 versehen.
Die Mittel zur seitlichen Verstellung des oberen Teils der Maschine M gegenüber dem Sattel 24 weisen einen Knopf 80 auf, der die Stellung einer Plattform 82 in der Längsrichtung des Rohrs gegenüber
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dem auf dem Rohr festgeklemmten Sattel steuert : Dieser Mechanismus besitzt horizontale Führungen und eine Schraube mit einer durch den Drehknopf 80 beträtigten Anordnung einer Schraube und einer Mutter.
Das Schweissaggregat 40 weist einen Schweissbrenner 84 auf, durch den eine Elektrode 86 während des Schweissvorganges durch geeignete Vorschubmittel, welche einen Antriebsmotor 88 umfassen, radial zu dem Rohr 22 hin vorgeschoben wird. Die Elektrode wird'von einer Haspel 90, die von dem Schweissaggregat getragen wird, mit geeigneten Vorschubwalzen 92 abgezogen, die den Draht durch ein in dem Brenner 84 enthaltenes Kontakt- und Führungsrohr 94 vorschieben (Fig. 2). Die sich von dem Kontaktund Führungsrohr 94 wegbewegende Drahtelektrode 86 wird über dieses Rohr 94 mit Schweissstrom gespeist.
Gleichzeitig wird von dem Brenner 84 über einen Schlauch an eine auf dem Austrittsende von 84 montierte Düse 96 Schutzgas für den zwischen dem Ende der Drahtelektrode 86 und dem Werkstück gebildeten Schweisslichtbogen abgegeben. Das Schweissaggregat 40 ist mit einem abnehmbaren Deckel 100 versehen, der ein Fenster 102 besitzt und mit geeigneten Mitteln, unter anderem einer Mutter 104*. fest- gehalten wird.
Gemäss Fig. 3,4 und 5 ist das Schweissaggregat 40 über einen vertikalbeweglichen Schlitten 104 mit der Vorrichtung 42 verbunden. Die Mittel zum Verstellen dieses Schiebers umfassen eine Schnecke 106, die über ein Tellerrad 108 mit einem horizontalen Wellenstummel 110 einer Handkurbel 112 verbunden ist. Die Schnecke 106 ist mit dem Schieber 104 mittels einer mit der Schnecke 106 kämmenden Mutter 114 verbunden.
Das Schweissaggregat 40 ist mit dem Schlitten 104 mittels eines Bolzens 114 schwenkbar verbunden, der sich durch eine Lagerplatte 116 erstreckt, die relativ zu dem Schlitten 104 um die Achse des Bolzens 18 verdrehbar ist und in der richtigen Schweissstellung von einer federbelasteten Klinke 117 gehalten wird, die mit einer entsprechenden Ausnehmung des Schlittens 104 zusammenwirkt. Das Schweissaggregat 40 kann somit zwecks Wartung und Besichtigung des Brenners 84 geneigt werden, indem man es einfach mit einer solchen Kraft kippt, dass die Klinke 117 ausrastet.
Die Vorrichtung 42, auf der das Schweissaggregat auf diese Weise montiert ist, wird an den äusseren Enden von einer aus parallelen Stangen bestehenden Trageinrichtung 118 des Schwingungserzeugers getragen. Die Stangen 118 werden in Lagern 120 und 121 verschiebbar von dem den Schwingungserzeuger enthaltenden Träger 44 getragen. Die Stangen 118 zwischen den Lagern 120 und einem gemeinsamen Querhaupt 124 umgebende Druckfedern 122 drücken das Schweissaggregat 40 zu der Konsole 46 hin. Das Querhaupt 124 ist an den Stangen 118 und mittels eines Zapfens 128 und Kugellagern 130 an einem Nockenanschlag 126 befestigt.
Der Nockenanschlag 126 steht in Wirkungsverbindung mit einem dreidimensionalen Kurvenstück (Nocke) 132, dessen Umfangsfläche gleichmässig von dem in Fig. 6 (Schnittlinie 6-6 in Fig. 5) auf das in Fig. 7 (Schnittlinie 7-7 in Fig. 5) gezeigte Profil übergeht. Gemäss Fig. 7 ist der Umfang in zwei einander entgegengesetzt angeordnete Stillstandsabschnitte von je 1000 und zwei einander entgegengesetzt angeordnete Bewegungsstrecken von je 800 geteilt. Diese Nocke besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, der einen metallischen Füllstoff enthält, kann aber auch aus jedem andern geeigneten Material bestehen.
Die Nocke 132 ist mit einem Endglied 134 verbunden, das mit einer Ringnut versehen ist, in die sich Zapfen 136 von den einander gegenüberliegenden Zinken einer Gabel 138 erstrecken, deren Steg schwenkbar auf einer Welle 140 einer Handkurbel 142 gelagert ist. Diese Kurbel 142 ist mit einem federbelasteten Zapfen 144 versehen, der mit einem verzahnten Bogenglied 146 zusammenwirkt, das oben auf dem den Schwingungserzeuger enthaltenden Träger 44 montiert ist. Durch Verstellung der Handkus bel 142 wird daher die Schwingungsamplitude der Schweisseinheit 40 eingestellt, indem die. Nocke 132 längs ihrer Drehachse verschoben wird, da die Stellung des Nockenanschlages 126 relativ zu dieser Achse in der Horizontalen fixiert ist.
Die Nocke 132 wird von dem Motor 19 über die biegsame Welle 48 angetrieben, welche die mit der Nocke 132 längskeilverzahnte Welle 148 dreht. Dadurch kann die Nocke ohne Störung ihrer Antriebsverbindung mit dem Motor 19 in der Längsrichtung der Welle verstellt werden.
Die dreidimensionale Nocke 132 muss eine solche Form haben, dass sie die Querbewegung des Schweissaggregats40 während einer Verdrehung der Nocke um 60-1500 unterbricht, wenn sich die Schweisselektrode 86 auf der einen bzw. auf der ändern Seite der zu schweissenden Naht befindet. Die gewählte Amplitude dieser Querbewegung liegt je nach der Einstellung der Handkurbel 142 zwischen der Minim alamplitude und der Maximalamplitude der Nocke 132.
Gemäss Fig. 8 hat die Nocke 132 eine solche Form, dass sie den Nockenan- schlag und mit ihm die Schweissvorrichtung 40 derart betätigt, dass die konstant vorgeschobene Elektrode 86 mit dem Schweisslichtbogen über die Breite W der zu schweissenden Naht längs eines Weges 150 hin-und herschwingt, wobei diese Schwingbewegung auf beiden Seiten der Naht während einer Nockendrehung von
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1000 unterbrochen wird, während der Schweissgang von der 00-Stelle abwärts zu der 1800-Stelle forty schreitet. Fig. 9 zeigt, wie die konstant vorgeschobene Drahtelektrode 86 sich während eines Wurzelschweissganges in der offenen Naht zwischen den Rohrlängen von der einen Seite der Naht zur andern bewegt.
Der dabei erhaltene Wurzelgang ist in Fig. 13 bei 152 gezeigt.
Gemäss Fig. 14 weist der elektrische Stromkreis zur Speisung und Steuerung des Drehmotors 32 und des Schwingmotors 19 einen Stromkreis 154 mit einem die Drehzahl konstanthaltenden Fliehkraftregler für den Motor 32 und einen ähnlichen Stromkreis 156 für den Motor 19 auf, wobei die Mittel zum Einstellen der fUr jeden Motor gewählten Drehzahl normalerweise einen Knopf 158 bzw. 160 umfassen (Fig. 1). Die Feldwicklungen der Hauptschlussmotoren 32 und 19 sind in Fig. 14 mit 162 und 164 bezeichnet. Zur Steuerung der Speisung und der Drehrichtung der Motoren 32 und 19 bei geschlossenem Schweissbeginnschalter 74 und eingeschalteter Anzeigelampe 76 sind ein dreipoliger Umschalter 78 und ein zweipoliger Umschalter 70 vorgesehen.
Zwischen den ortsfesten und drehbaren Teilen der Maschine sind Umlaufbegrenzungsschalter 170 und 172 angeordnet, welche automatisch geöffnet werden, um den Motor 32 auszuschalten und den Umlauf des Schweissaggregats zum Stehen zu bringen, damit eine Beschädigung des Kabels verhindert wird. Der Überbrückungsschalter 68 ist normalerweise wie gezeigt offen. Der Schalter wird geschlossen, um eine Drehung des Schweissaggregats 40 unabhängig von der normalen Steuerung zu ermöglichen.
Der in Fig. 15 gezeigte Stromkreis für den Drahtvorschubmotor weist einen elektronischen Regler 174 zur Regelung der Drehzahl des Drahtvorschubmotors 88 und eine Drossel 176 zur Unterdrückung von Spannungsschwankungen auf, die sonst die-Funktion dieses Motors beeinträchtigen würden. Der Druckknopfschalter 72 für Langsamgang ist in Reihe mit einem Widerstand 178 einem normalerweise offenen Relaiskontakt 180 parallelgeschaltet, der zur Speisung des Drahtvorschubmotors 88 geschlossen werden kann. Den Bürsten des Motors 88 ist ein Kondensator 182 parallelgeschaltet, der die Funkenbildung in dem entsprechenden Stromkreis auf ein Minimum herabsetzt.
Die Kontakte 180 werden geschlossen, wenn nach dem Schliessen des Schweissbeginnschalters 74, Fig. 14, das Schweissbeginnrelais 184, Fig. 16, eingeschaltet wird. Dies ist der Fall, wenn der Umlaufschalter 78 geschlossen ist. Die Speisung des Schweissbeginnrelais 184 schliesst ferner die Kontakte 186 zur Speisung des Verzögerungsrelais 188, das seinerseits die Kontakte 190 schliesst, so dass ein Schweissschutz 192 gespeist wird. Durch die Speisung des Schützes 192 wird der Arbeitskontakt 194 in den Dreh - stromleitern geschlossen, die zu der spannungskonstanten Stromquelle 196, Fig. 17, für gleichgerichte ten Strom führen.
Das Verzögerungsrelais 188 hat den Zweck, die Stromquelle 196 nach Aufhören des Schweissvorgangs noch einen Augenblick eingeschaltet zu halten, damit die Drahtelektrode 86 nicht am Werkstück angeschweisst wird.
Durch die Speisung des Schweissbeginnrelais 184 werden auch die Kontakte 198, Fig. 16, geschlossen, so dass der Schwingmotor 19, Fig. 14. gespeist wird, sofern der Schalter 70 ebenfalls geschlossen ist.
Das elektromagnetisch gesteuerte Gasventil 200 ist an die 110 V-Adern 202, 204 über einen Strom- kreis angeschlossen, der den Schalter 206 zur Inbetriebnahme der Maschine enthält. Wenn man den Schalter 206 zum Anschluss an die Leitung 208 nach rechts bewegt, wird beim Schliessen des Schalters 74 das Magnetventil 200 gespeist und dadurch der Schweissvorgang eingeleitet.
Zwischen den Leitern 208 und 212 ist ein Schweisszeitzähler 210 eingeschaltet, der daher bei geschlossenen Schaltern 70 und 74 gespeist wird.
Zwischen den Leitern 202, 204 ist die Anzeigelampe 214 eingeschaltet, die bei geschlossenem Hauptleitungsschalter 216 einen Spannungsabfall anzeigt. Der Lichtbogenschweisskreis (Fig. 17) umfasst das zu schweissende Rohr 22 und die Elektrode 86, die über die Gleichstromadern 218 und 220, welche den Ausgang der Stromquelle 196 bilden, verbunden sind. Der Lichtbogenspannungsmesser 64 ist über Spannungsabgreifleiter 222 und 224 an die Elektrode 86 bzw. das Rohr 22 angeschlossen. Das Amperemeter 66 zum Messen des Schweissstroms ist einem Nebenschlusswiderstand 226 in der Leitung 220 parallelgeschaltet.
Die Rohrlängen werden zunächst an den 00- und 1800-Stellen durch Heftschweissung miteinander verbunden. Dann wird der Schweissgang wie folgt durchgeführt : Der Wurzelschweissgang wird bei Oc) begonnen und im Gegensinn des Uhrzeigers bis 1800 durchgeführt. Dann wird angehalten, der Lichtbogen gelöscht, zu der 00-Stelle zurückgekehrt und der Wurzelschweissgang im Uhrzeigersinn von 00-bis 180 fortgesetzt, angehalten und der Lichtbogen gelöscht. Die darauffolgenden Schweissgänge werden um die 00-Stelle im Unterhand-Schweissverfahren derart versetzt, dass eine glatte Schweissraupe erhalten wird.
Die Schwingungen des erfindungsgemässen Schweisskopfes sind von wesentlicher Bedeutung. Durch die
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vollkommen geradlinige Schwingungsbewegung des schweisskopfes und der Schweisselektrode und damit des elektrischen Schweisslichtbogens über eine geeignete Strecke quer zur Naht mit einer kritschen, vor : 1 gewählten Frequenz, mit kritischen Unterbrechungen auf beiden Seiten der Mittellinie, wird eine hochwertige Schweissung erzielt.
Die erfindungsgemäss durchgeführten unterbrochenen, geradlinigen Schwingungen bewirken gegen- über dem ohne Schwingungen durchgeführten"stringer bead"-Verfahren die Bildung einer breiteren und grösseren Schweisslache. Wenn sich der Lichtbogen quer über die ganze Breite der Lache bewegt, ist der Einbrand in das Grundmetall und daher die vollständige Verschmelzung über die ganze Breite gewährleistet und kann die Lache mittels der Lichtbogenkraft beherrscht werden. Zum Füllen der Naht sind went- ger Schweissgänge erforderlich, so dass weniger Zwischenflächen mit dem vorher abgelagerten oder dem Grundmetall, das geschmolzen werden muss, erhalten werden und die Möglichkeit einer mangelhaften Verschmelzung stark herabgesetzt wird.
Das mit den unterbrochenen Schwingungen durchgeführte Verfahren verbessert ferner die Steuerung der Schweisslache und gestattet die Anwendung stärkerer Schweissströme. Stärkere Schweissströme bewirken eine vollständigere Verschmelzung zwischen allen Schweissgängen und dem Grundmetall und gewähr j- leisten daher eine höhere Qualität der Schweissung.
Die Steuerung der Schweisslache ist'vor allem an den vertikalen oder über Kopf gelegenen Stellen des Rohrs wichtig. Die Schweisslache muss hinter dem Lichtbogen gehalten werden, damit die Hitze des Lichtbogens auf das zu schmelzende feste Metall gerichtet wird. Bei dem bekannten"stringer bead"-Verfahren ist eine derartige Beherrschung der Schweisslache nur bei geringen Stromstärken möglich. Wenn in
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Ein weiterer Vorteil des mit unterbrochenen Schwingungen durchgeführten Verfahrens gemäss der Erfindung besteht in der Beseitigung von nichtmetallisqhen Einschlüssen. Der hin-und hergehende Lichtbogen wirkt direkt auf die auf der Oberfläche der vorherigen Schweissgänge angelagerten nichtmetallischen Substanzen ein und schmilzt sie.
Die grössere Schweisslache braucht zu ihrer Erstarrung so lange, dass derartige schmelzflüssige Substanzen Zeit habe1\ zur Oberfläche der Schweisse aufzuschwimmen. Wenn der Lichtbogen wie in dem "stringer bead"-Verfahren nicht direkt auf diese Fremdstoffe einwirkt, kann es vorkommen, dass diese Substanzen nicht. geschmolzen werden, sondern nichtmetallische Einschlüsse bilden.
Das Verfahren ist nicht von der Anwendung von Stützwerkzeugen oder Ringen bei Durchführung des Wurzelschweissganges abhängig. Bei der zum vollständigen Einbrand und Schmelzen des Wurzelschweissganges erforderlichen Stromstärke kann bei nicht schwingendem Lichtbogen ein Durchbrennen nur schwer vermieden werden. Bei einem mit einer Amplitude von 3 bis 4 mm schwingenden Lichtbogen ist die Gefahr des Durchbrennens stark herabgesetzt, weil der Lichtbogen abwechselnd auf den einen und den andem Rand des Grundmetalls anstatt zentral in den Wurzelspalt gerichtet ist. Man erhält eine vollständige Schmelzung, und die Schmelzzone ist viel breiter als bei einem Wurzelschweissgang mit nicht schwingendem Lichtbogen.
Die Herstellung von Schweissungen optimaler Qualität und das Vermeiden jeder Tendenz zur Hinterschneidung auf beiden Seiten der Schweisse ist das Ergebnis der an beiden Enden der Schwingung durchgeführten, vorgewählten kritischen Unterbrechung, welche zu einer vermehrten Ablagerung des Schweiss- metalls an den Schweissrändern führt.
Diese Bewegung ist zwar für den Deckschweissgang erforderlich, doch ist ihre Anwendung bei den vorhergehenden Schweissgängen besonders vorteilhaft, weil sie zu flacheren Raupenprofilen und damit zu stabileren Lichtbögen mit geringerem Verspritzen in den folgenden Schweissgängen fuhrt. Da in den bisherigen Verfahren die Schwingung der Elektrode bei ihrer Umsteuerung an den Schweissrändem nicht unterbrochen wurde, traten Hinterschneidungen auf beiden Seiten der Schweisse, besonders an den über Kopf gelegenen Stellen auf.
Ein weiterer Vorteil des mit Schwingungen durchgeführten Verfahrens liegt in dem Aussehen und der geometrischen Form der in dem Deckschweissgang erzielten Ablagerung. Ihr Aussehen ist einheitlich, mit leicht abgerundetem Profil, und ihre geometrische Form ist derart, dass keine spannungserhöhenden Kerben vorhanden sind, wie sie bei dem bekannten"stringer bead"-Verfahren manchmal vorkommen.
Erfindungsgemäss können Kohlenstoffstahlrohre mit einem Kurzschlusslichtbogen anstatt mit einem Spritzlichtbogen geschweisst werden. Man kann zahlreiche Schutzgaskombinationen verwenden. Es sind Argon, Helium und Kohlendioxyd sowie verschiedene Gemische dieser Gase verwendet worden. Für die Bedingungen, unter denen einwandfreie Schweissungen erhalten werden können, gibt es zwei Bereiche, einen breiten für Arbeiten ohne besondere Anforderungen und einen engeren für Arbeiten von besonderer
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Qualität.
Der breite Bereich wird wie folgt angegeben :
1. Grösse der Schweisselektrode : 0, 5-1, 2 mm Durchmesser
2. Schwingungsfrequenz: 0-250 Hz
3, Stromstärke : 130-160 A
4. Spannung : 17-22 V
5. Wurzelschweissgang : 20, 3-35, 6 cm/min
6. Zweiter Schweissgang 15, 2-25,6 cm/min
7. Deckschweissgang : 12, 7-38. 1 cm/min
8. Gas : Gemisch aus 75 Vol-% Argon und 25 Vol.-% Kohlendioxyd.
Die Schweisselektrode hat folgende Zusammensetzung :
Kohlenstoff 0, 06% (Maximum), Mangan 1, 00-1, 40%, Phosphor 0, 025% (Maximum), Schwefel 0,03% (Maximum), Silicium 0, 40-0, 60%, Aluminium 0, 05-0,15% Zirkon 0, 02-0, 12ja, Titan 0, 05-0, 15 (Aluminium, Zirkon und Titan zusammen mindestens 0, 15%).
Die Drehzahl des Schwingmotors 19 wird mittels eines Regelwiderstandes eingestellt, der mit einem Drehknopf 160 (Fig. 1) geregelt wird. Diese Einstellung kann während des Schweissvorganges oder bei abgestellter Maschine erfolgen. Je nach der gewünschten Amplitude und der gewünschten Unterbrechung am äusseren Rand der Schweisse können verschiedene Nocken verwendet werden. Die jn Graden der Drehbewegung der Nocke angegebene Unterbrechung kann in weiten Grenzen variiert werden.
Mit diesem Verfahren wurden ausgezeichnete Schweissen erhalten. Sie sind gut geschmolzen und
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schneidungen, übermässigen Verstärkungen oder andern Mängeln minderwertiger Schweissungen,
Die Maschine kann mit einer durchschnittlichen Wandstärke von 4, 8-7, 9 mm in zwei Schweissgängen (Fig. 11) oder drei Schweissgängen (Fig. 12) schweissen, während bei dem bisherigen händisch durch-
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waren.
Wie bereits gesagt ist in dem Stromkreis nach Fig. 16 und 17 ein Verzögerungsrelais vorgesehen, das ein Einfrieren des Schweissdrahtes in der Schweisslache verhindert. Wenn der Schweissvorgang aufhört, wird der Drahtvorschubmotor abgeschaltet, der Schweissstrom aber mit Hilfe dieses Relais noch 0,2 sec lang eingeschaltet gelassen, damit das Drahtstück, das infolge der Trägheit des Drahtvorschubmotors noch weiter vorgeschoben werden könnte, abgebrannt wird.
Die nachstehende Tabelle enthält im Zusammenhang mit den Fig. 11-13 und 10 gegebene bei Durchführung der Erfindung zum Schweissen von Rohren verschiedener Wandstärken bevorzugte Schweissbedingungen. In allen Fällen werden die Schweissgänge abwärts von derO -Stelle bis zur 180 -Stelle durchgeführt, wie dies gezeigt ist.
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<tb>
<tb>
Schweissgang <SEP> Schwingungsamplitude <SEP> Schwingungsfrequenz <SEP> Schweissgeschwindigkeit
<tb> mm <SEP> Umdr/min <SEP> cm/min
<tb> (zirka) <SEP> (zirka)
<tb> Wurzel <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP> 200-250 <SEP> 23-25
<tb> 1. <SEP> Zwischengang <SEP> +) <SEP> 6, <SEP> 3 <SEP> 80-90 <SEP> 23-25
<tb> 2. <SEP> Zwischen <SEP> gang <SEP> ++) <SEP> 9, <SEP> 5 <SEP> 70 <SEP> 20-25
<tb> 3. <SEP> Zwischengang <SEP> 11, <SEP> 1 <SEP> 60 <SEP> 15-18
<tb> Deckgang <SEP> +++) <SEP> 12, <SEP> 6 <SEP> 40- <SEP> 45. <SEP> 13-15 <SEP>
<tb>
+) Gesamtdicke der abgelagerten Schichten 5 mm ++) Gesamtdicke der abgelagerten Schichten 7 mm +++) Gesamtdicke der abgelagerten Schichten 11 mm.