Verfahren zum elektrischen Sehweissen. Bei sämtlichen elektrischen Schweissver fahren, bei denen durch die Einwirkung des elektrischen Stromes das Elektrodenmetall aufgeschmolzen und als Schweissboot auf die Schweissstelle aufgetragen wird, besteht .das Bestreben, die Schweissleistung nach Mög lichkeit zu erhöhen. Da diesem Bestreben jedoch bisher ziemlich enge Grenzen gesetzt waren, so sah man sich genötigt, bei starken Schweissungen, zum Beispiel bei V-Schwei- ssungen von mehr als !etwa 5 mm ,starken Blechen, Mehrlagenschweissungen vorzuneh men, also auf die erste Schweissraupe eine weitere usw. aufzutragen, bis die Schweiss rille ausgefüllt ist.
Die Erfindung ermöglicht es, bis zu er heblichen Blechstärken Schweissungen in einem einzigen Arbeitsgang .durchzuführen, für welche bei den bisherigen Verfahren ,stets mehrere Schweisslagen nacheinander her gestellt werden mussten.
Hierdurch wird erstens an Arbeitsenergie gespart, was sich schon daraus ergibt, dass jede Schweissstelle in ,der Regel nur einmal oder bei .ganz beson ders dicken Schweisslungen jedenfalls viel weniger oft als bisher erhitzt zu werden braucht, so dass also die Wärmeverluste durch Abstrahlung und Leitung sehr viel ge ringer werden:
. Zweitens wird durch- die Er findung die aufzuwendende Arbeitszeit er- hab-lieh verringert, weil in der Zeiteinheit eine viel grössere Menge Schweissgut als als bisher aufgetragen werden kann. Die Erfin dung bezieht sich auf ein Verfahren, das vornehmlich bei automatisch arbeitenden Schweissanlagen verwendet werden kann.
Die Schweissleistung solcher Anlagen wird praktisch dürch die nur beschränkt zu lässige Erwärmung der Elektrode zwischen Stromzuführungstelle und Schweissstelle be grenzt, denn einerseits darf die Elektrode nicht schon auf,dem Wege zur Schweissstelle glühend werden oder gar abschmelzen und anderseits muss auch der Kontakt an der Stromzuführungsstelle genügend kalt blei ben, .damit zum Beispiel keine Oxydation der Schweisselektrode innerhalb des Kontak tes eintritt und ein Schmoren an der Strom zuführung verhindert wird.
Je geringer mit Rücksicht auf diese Erfordernisse die Strom dichte in der Schweisselektrode gehalten -e=r- den muss, um so geringer wird natürlich die Schweissleistung.
Es bestand auch bisher da- Vorurteil, dass von der glühenden Schweissstelle her der Schweisselektrode erhebliche Wärmemengen zugeführt wurden. Aus diesem Grande wurde zum Beispiel die Kontaktstelle der Strom zuführung zur Schweisselektrode von der Schweissstelle verhältnismässig weit. entfernt angeordnet.
Bei verhältnismässig grosser Ent fernung zwischen Kontaktstelle und Schweiss stelle ist aber die Verweildauer de Schweiss- drahtes innerhalb dieses stromdurchflossenen Gebietes auch verhältnismässig gross und dementsprechend auch. die in ihm erzeigte Joulesche Stromwärme.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass einerseits die Erwärmung des strom- durchflossenen Teils der Elektrode bei ge gebenem Abstand zwischen Kontakt und Schweissstelle um so geringer ist, je höher die Drahtgeschwindigkeit ist, und dass an derseits die Stromdichte ohne Erhöhung der Drahttemperatur um so mehr gesteigert wer den kann, je kleiner der Abstand der Kontakt- stelle von der Schweissstelle und je höher die Drahtgeschwindigkeit isst.
Wenn man nun beides stark ändert, nämlich erstens die Drahtgeschwindigkeit wesentlich erhöht. zum Beispiel bis zu 1,5 m/Min. herauf, und zweitens den Abstand vom. Kontakt his zurr Schweissstelle wesentlich verringert, zum Bei spiel bis: zu 50 mm herab, so ist es möglich, :.o kurze Verweilzeiten jedes einzelnen Draht elementes im stromdurchflossenen Gebiet zu erreichen, dass wesentlich höhere Stromdich ten angewendet werden können als bisher, ohne dass der Draht sich unzulässig erwärmt.
Hier bei müssen die hohe Drahtgeschwindigkeit tuet die hohe Stromstärke natürlich derart auf einander abgestimmt sein. dass die Draht- gesohwindigkeit gleich der Abbrandgeschwin digkeit an der Schweissstelle ist. Die Erfindung besteht darin, dass bei.
elektrischen Schweissverfahren. bei denen die erforderliche Wärme an der Schweissstelle durch den die Abschmelzelektrode durch- fliessenden Strom erzeugt wird, in diesen Ab- schnielzelektroden eine Stromdichte von mehr als 20 Amp/mm2 angewendet wird, wenn. sie aus Eisen besteben. und gleichzeitig die Ge- schwindigkeit, mit der die Elektrode der Schweissstelle zugeführt wird, mehr als 0.5 m/Min. beträgt.
Werden andre Metalle oder Legierungen als Abschmelzelektroden verwendet, so ist die Stromdichte proportio nal zur Leitfähigkeit derselben zu erhöhen oder zu erniedrigen. Es isst nun ein elektrisches Sehweiss- verfahren bekannt geworden, bei dem die abzuschmelzende Elektrode während des Schweissvorganges dauernd in ein Schweiss pulver eintaucht. Dieses Verfahren ermög licht an und für .sieb sehr hohe Schweiss leistungen.
weil die Schweissstelle völlig gegen Energieabstrahlung und Oxydation b ,,- chützt ist. In Verbindung mit diesem bekann ten Schweissverfahren lässt sich das erfin dungsgemässe Verfahren besonders gut durch führen.
Der besondere Vorteil dieser Methode liegt darin, dass seich die beiden Verfahren in vorzüglicher Weise ergänzen und im Ver gleich zu den bekannten Schweissverfahren in ihrer Vereinigung ganz ungewöhnlich holte Schweissleistungen ermöglichen.
Bei. Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens lassen sich folgende praktisch er- probten Werte erzielen: Drahtgeschwindigkeit: 0.7 bis 1.5 m/Min. Abstand zwischen Kontakt- und Schweiss stelle: 50-80 mm.
Es hat sich gezeigt, dass hinsichtlich der Temperaturerhöhung des 'Schweissdrahtes der Einfluss der Wärmeleitung o von der Sehweiss ,stelle entlang der Schweisselektrode im Verhältnis zum Einfluss der Stromwärme nur bering eist. Auch der Einfluss und die Schwankungen der Raumtsmperatur sowie der -N\lä rinevierl üst durch Konvektion und Strahlung auf die Temperatur des Schweiss drahtes ist infolge der relativ beringen Ver weilzeit desselben im stromdurchflossenen Bereich ziemlich gering. Infolgedessen ist auch das Verhältnis. der Elektrodenober fläche zum Elektrodendurchmesser nicht von entscheidendem Einfluss.
Es lässt sich nun eine rechnerische Beziehung aufstellen, die in verhältnismässig einfacher Weise eine Aus sage .darüber macht, in welcher Weise die- die Drahttemperatur beeinflussenden Grössen zu- sammenwirken. Man erhält so unter Berück sichtigung des Vorhergesagten eine Glei chung für eine dimensionslose Kenngrösse 6, welche ihrerseits eine Funktion der Draht temperatur ist.
Es sei:
EMI0003.0006
hierbei ist:
EMI0003.0008
wobei Z' die Temperatur des Schweissdrahtes in erster Näherung an der Abschmelzstelle, in Wirklichkeit aber dicht vor der Ab- sch.melzstelle ist, was praktisch auf das gleiche hinausläuft.
In dar :anliegenden Zeichnung isst die Bie- ziehung zwischen dieser Temperatur T und der dimensionslosen Kennziffer a graphisch dargestellt, und zwar für einen Schweiss draht aus reinem Eisen, bei dem die Werte von O und y . c bei verschiedenen Temperatu- ren die folgenden sind:
EMI0003.0025
Es kann angenommen werden. dass die Eigenschaften des üblichen Schweissdrahtes von den obigen, für reines Eisen bekannten Werten nicht stark abweichen,
so dass man also für eine bestimmte zulässige höchste Temperatur T der Schweisselektroden nahe der Schweissstelle den entsprechenden Wert der Kennziffer ss aus der Kurve ohne wei teres entnehmen und dann nach der Glei chung für a brauchbare Werte für i, w und d ermitteln kann. Auch hier ist natürlich wie derum Voraussetzung, dass -u, bleich der Ab- en. <B>en</B> der Elektrode ist. Wie gross dieselbe in Wirklichkeit isst. darüber sagt die Gleichung nichts aus..
Das bedeutet aber nur, dass, wenn einige korrespondierende Werte zwischen i, w und l rechnerisch er mittelt sind, durch eine spätere praktische Erprobung diese drei Werte so einzuregulie ren .sind, dass bei gegebenem Abstand l die )Vene für i und i t, mit Rücksicht auf die Abbrandgeschwindigkeit richtig einreguliert werden müssen, was ohne weiteres möglich ist.
Als zulässige Höchsttemperatur T an der wärmsten Stelle der Elektrode wird man sieh im allgemeinen auf Temperaturen zwi schen 150 und 400 C einschränken müssen. Das ergibt aber bei geringem Abstand zwi schen Kontaktstelle und Schweissstelle und bei erfindungsgemäss hoher Drahtgeschwin- digkeit so hohe Stromstärken, dass die eingangs geschilderten ungewöhnlich hohen Schweiss leistungen tatsächlich zustande kommen.
Für normalen Schweissdraht ergibt: sich an Hand der Kurve bei einer Bezugstempera tur T, = 200 C der Wert a = 0,85. Aus der Tabelle Seite 3 ist für die gleiche Bezugs- tempe:ratur T" zu entnehmen: n = 0.21 und y . c = 4.14.
Diese Werte in die Gleichung für ss Seite 3 oben bei einem angenommenen Wert für l eingesetzt, ergeben die Beziehung zwischen<I>i.</I> und u#, aus denen dann bei. Ver wendung eines Schweissdrahtes bestimmter Stärke sieh brauchbare Werte für die effek tive Stromstärke und die effektive Draht geschwindigkeit berechnen lassen, die -- auf die Praxis angewendet - zur Erzielung des stationären Zustandes nur noch der üblichen Regulierung bedürfen.
Beispielsweise würde beim erfindungs gemässen Verfahren ein Schweissdraht von 6.35 mm -e', der mit einer Geschwindigkeit von 2 cm; Sek. zur Schweissstelle gefördert wird, mit einer Stromstärke von 1200 Amp. - entsprechend einer Stromdichte von 38 Amp./mm2 - belastet werden können. Die Drahttemperatur in der Nähe der Sehweiss stelle beträgt dabei 200 C und der Abstand der Kontaktstelle von der Schweissstelle nur 8,4 am. Da die Stromzuführungsklaue, durch welche der Schweissdraht gleitet, .eine gewisse Länge haben muss - denn eine punktförmige Kontaktstelle kommt praktisch nicht in Frage -, so ist die untere Kante der Klaue erheblich weniger als 8 cm von der Schweiss stelle entfernt..
Eine störende Erhitzung der Klaue oder des Schweissdrahtes tritt dabei so wenig ein, dass die bei ähnlichen Anlagen Anlagen sonst übliche; Wasserkühlung unnötig wird. Auch hierin 'liegt ein technischer Erfolg. Entsprechend vorstehenden Angaben werden im Falle dieses Beispiels über 0,6 am' Schweissgut in jeder Sekunde in die Sehweiss- fu;ge gefördert.
Statt der in der Zeichnung dargestellten Kurve lassen sieh ähnliche Kurven auch für andere Materialien, zum Beispiel Kupfer. Aluminium und dergleichen, aufstellen. Das erfindungsgemässe Verfahren kann dement sprechend gegebenenfalls bei jedem beliebi gen Schweissmaterial Anwendung finden. Es Anwendung finden. Es genügt unter Umständen auch, in der Glei chung der Kenngrösse a den Faktor
EMI0004.0062
für das betreffende Metall oder die Legie rung einzusetzen und die anliegende Kurve und ,die anliegende Kurve für die Ermittlung von i und w zu benutzen.
Schliesslich isst die Benutzung derartiger Kurven kein unbedingtes Erfordernis. Es können auch praktische Versuche auf Grund des erfindungsgemässen Verfahrens genügen, um bei ,geringem Abstand zwischen Strom zuführungsstelle und Schweissstelle genügend hohe Stromstärken und Drahtgesehwincli;g- keiten so aufeinander abzustimmen, dass bei höchster Schweissleistung Drahtgeschwindig keit und Abbrand einander entsprechen.