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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweissen mit abschmelzender Elektrode unter Schutzgas mit Veränderung von Lichtbogenleistung und Drahtvorschubgeschwindigkeit zur Vermeidung von Schweissnahtdefekten. Die Erfindung hat zum Ziele eine Verbesserung der Schweissnaht an ihrem Anfang.
Auf vielen Gebieten des Stahlbaues, bei unlegierten oder niedriglegierten Stählen, wurde die elektrische Lichtbogen-Handschweissung mit Mantelelektrode weitgehend vom halbmaschinellen MAG-C-Verfahren verdrängt.
Die hohe Wirtschaftlichkeit und hohe Abschmelzleistung dieses Verfahrens ist vor allem im Wandstärkenbereich von 1 bis 15 mm von grosser Bedeutung geworden. Eingehende Untersuchungen, vor allem bei Konstruktionen unter statischer Belastung, zeigten keine Qualitätsunterschiede beider Schweissverfahren, da im allgemeinen solche Konstruktionen stark überdimensioniert waren. Im Bestreben wirtschaftlicher und leichter zu bauen, mussten jedoch Qualitätsunterschiede zwischen der üblichen Handschweissung und der MAG-Schweissung festgestellt werden, da bei Wechselbelastungsversuchen die Zerstörung der Konstruktionsteile beim MAG-Schweissen früher erfolgte als beim Elektrodenschweissen, wobei Risse unter gleichen Verhältnissen fast immer vom Beginn der MAG-Schweissnaht ausgingen.
Die Untersuchungen zeigten, dass diese Nahtanfangsrisse von Kaltschweissstellen verursacht werden, die darauf zurückzuführen sind, dass kurz nach dem Zünden des Lichtbogens das Schweissgut des abschmelzenden Zusatzdrahtes auf das noch nicht genügend aufgeschmolzene Grundmaterial auftrifft und damit Bindefehler und Kerben durch starke Nahtüberhöhung hervorruft. Dieser mangelhafte Einbrand zu Nahtbeginn wirkt sich dann besonders nachteilig aus, wenn bei Unterbrechung des Schweissvorganges die Naht auf dem vorhergehenden Endkrater, der häufig kleine Lunker oder Poren enthält, fortgesetzt werden muss.
Eine generelle Ausbesserung und Überschweissung der Nahteinbrandstellen würde die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sehr in Frage stellen und ist bei Stahlbau-Konstruktionsteilen mit schlechter Zugänglichkeit vielfach unmöglich. Da diese Nahtdefekte nicht von der Fertigkeit des Schweissers abhängig, sondern durch das Verfahren selbst bedingt sind, waren Bestrebungen naheliegend, diese Nachteile durch Änderungen des Schweissvorganges bei Nahtbeginn durchzuführen. In der DD-PS Nr. 84309 ist ein Verfahren als Stand der Technik erwähnt, nach welchem zur Vermeidung von Fehlstellen am Ende der Schweissnaht eine Reduzierung der Lichtbogenleistung durch Einschalten eines Vorwiderstandes in den Haupt- bzw. Erregerstrom der Stromquelle und eine Verringerung des Drahtvorschubs erfolgt.
Durch diese Massnahme soll jedoch nach Schilderung der Patentschrift das Entstehen von Schweissnahtfehlern in unbefriedigender Weise verhindert worden sein, da zwar die Gefahr des Flankeneinbrandes verhindert und der Kraterumfang verringert, aber keine Auffüllung des Kraters erzielt wurde, worum der Vorschlag gemacht wurde, bei kontinuierlicher Schweissgeschwindigkeit den Drahtvorschub vor Beendigung der Schweissnaht zu drosseln, gleichzeitig oder etwas später die Schweiss spannung zu begrenzen und nach Erreichen einer gewissen Lichtbogenlänge, unter gleichzeitiger Erhöhung des Drahtvorschubs abzuschalten, wobei die Schweissspannung spätestens beim Aufstossen des Drahtes auf das Werkstück wieder anliegt und die Drosselung der Drahtvorschubgeschwindigkeit so bemessen wird, dass der Lichtbogen vorzugsweise im Krater wieder zündet.
Der erwähnte Stand der Technik abstrahiert von der Schilderung der Nachteile und des ergänzenden Vorschlages hätte es naheliegend gemacht, diese Massnahme in inverser Art und Weise auf den Schweissbeginn anzuwenden. Durch die erwähnten Nachteile erlag jedoch der Fachmann dem technischen Vorurteil, dass naturgemäss diese Mängel am Schweissanfang in inverser Form, nämlich Verringerung des Flankeneinbrandes durch Erhöhung der Drahtvorschubgeschwindigkeit und damit eine Verstärkung der am Nahtanfang häufigen Bindefehler zu Tage treten würde.
Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die erfindungsgemässe Massnahme, dass zur Vermeidung von Fehlstellen zu Nahtbeginn Schweissleistung und Drahtvorschubgeschwindigkeit kurzzeitig erhöht werden, eine Verbesserung des Nahtanfanges bei Beginn des Schweissvorganges erzielt wird, indem die Einbrandtiefe durch eine ausreichende Aufschmelzung des Grundmaterials erhöht und damit die Herstellung von lunkerfreien Nahtanfängen erreicht wird.
Dieser auf Grund des angeführten Standes der Technik unerwartete Effekt erklärt sich daraus, dass durch die Vorschaltung von Widerständen im Haupt- bzw. Erregerstromkreis, mit der die Lichtbogenspannung verändert wird, keine Stabilität der Schweissleistung damit erreicht werden kann. Dies spielt für
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den in der DD-PS Nr. 84309 angeführten Zweck der Verbesserung des Nahtendes keine Rolle, da das Nahtende an sich ein instabiler Schweissvorgang ist.
Für den Nahtanfang sind jedoch Massnahmen erforderlich, die eine stabile Übereinstimmung zwischen Lichtbogenlänge und Lichtbogenspannung als echte Änderung der Schweissleistung bewirken. Dies kann durch gegenseitige Steuerung von Erregung der Stromquelle und Steuerung der Drahtgeschwindigkeit automatisch verwirklicht werden.
Es muss aber die Schweissspannung gleichzeitig mit der Drahtvorschubgeschwindigkeit kurzzeitig verändert werden. Würde man nämlich die Schweissspannung bei Nahtbeginn erhöhen und die Drahtvorschubgeschwindigkeit konstant halten, so würde zwar der Einbrand ansteigen, jedoch der Zusatzdraht durch die erhöhte Schweissleistung zur Kontaktdüse zurückschmelzen und an diese anschmelzen. Wird jedoch die Drahtvorschubgeschwindigkeit um ungefähr das gleiche Mass (20 bis 65%, vorzugsweise 50%) erhöht wie die Schweissleistung, kann der Schweissvorgang störungsfrei aufrechterhalten werden. Wie Untersuchungen zeigten, kommt es dabei nur zu einer geringfügigen Erhöhung der niedergeschmolzenen Zusatzdrahtmenge, jedoch zu einer beträchtlichen Vergrösserung des Einbrandes.
Nach wenigen Sekunden ist die Aufschmelzung am Nahtanfang ausreichend, wonach sich automatisch die Normalwerte von Schweissspannung und Drahtvorschub einregeln.
Zu Beginn des Schweissvorganges können Schweissleistung und Drahtvorschubgeschwindigkeit 20 bis 65%, vorzugsweise 50% grösser als beim nachfolgenden stationären Schweissen sein.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Einstellung der Schweissparameter nach Zünden des Lichtbogens während der vorgewählten Zeit gehalten und nachher automatisch auf die normalen Schweissparameter rückgeführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweissen mit abschmelzender Elektrode unter Schutzgas mit Veränderung von Lichtbogenleistung und Drahtvorschubgeschwindigkeit zur Vermeidung von Schweiss-
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Nahtbeginn Schweissleistung und Drahtvorschubgeschwindigkeit kurzzeitig erhöht werden.