CH251946A - Verfahren und Vorrichtung zum Schweissen. - Google Patents

Description

      Verfahren    und Vorrichtung zum     Schweissen.       Die Erfindung betrifft :ein Verfahren zum  Schweissen und eine Vorrichtung     zum        Aus-          führen    dieses     Verfahrens.     



  Der Schweissvorgang stellt wohl einen der       kompliziertesten        metallurgischen    Prozesse  dar. Nicht nur finden     Schmelzen,    Erstarren,  Erkalten einer sehr     geringen        Metallmenge    in  sehr kurzer Zeit bei hoher     örtlicher    Erhitzung  unter den     ungünstigsten        Verhältnissen    für  Wärmezu- und -abfuhr statt - die Zufuhr  ist     beschränkt,    die Abfuhr     praktisch    unge  hemmt -,     sondern    das Nebeneinander einer  flüssigen,

       erstarrenden    und erkaltenden  Phase bringt zweifellos recht verwickelte,  einander stark     beeinflussende    Vorgänge     mit     sich, die ausserdem weitgehend     unerforscht     sind, weil sie kaum einzeln erfasst     werden     können.  



  Dazu     kommt,    dass     das        Schweissen    nicht  nur ein Schmelzprozess ist, sondern dass das  geschmolzene Metall der Schweissstäbe und  das aufgeschmolzene Grundmetall mit dem  übrigen     Grundmetall    eine einwandfreie Ver  bindung einzugehen haben. Infolge der Klein  heit der Schweissstelle in bezug auf die Grösse  der zu     verbindenden    Teile und      & r    hohen       Schweisstemperaturen        :geschieht    diese Verbin  dung unter erschwerenden Umständen, so dass  grosse Spannungen in der     Schweissnaht        zu-          rückbleiben.     



  Es ist nun ohne weiteres einzusehen, dass  diese     Verhältnisse    noch viel komplizierter  werden, wenn es sich z. B. um     legierte    Werk  stoffe, insbesondere legierte Stähle handelt.    Das Schweissen solcher Stähle, vor allem der  warmfesten Stähle mit den hohen Legierungs  zusätzen ist wegen ihrer grossen Aus  dehnungskoeffizienten und ihrer geringen  Wärmeleitfähigkeit bis heute noch nicht so  weit gediehen, dass solche Stähle in     allen     Fällen rissfrei geschweisst werden können.  



  Die vorliegende Erfindung     erlaubt,    die  sem Mangel abzuhelfen und besteht darin,  dass     das        Metall        ,des        Schmelzbades    während  des Schweissens durch Schwingungen beein  flusst wird. Als Vorrichtung zum Schweissen  ist eine Schwingungen erzeugende Vorrich  tung vorgesehen, welche derart mit     dem          Schmelzbad    verbunden ist, dass die ,Schwin  gungen das     Metall    des     Schmelzbades        beein-          flussen.     



  Es hat sich nämlich gezeigt, dass durch  .die     Erfindung    ein Schweissen der erwähnten       Stähle    möglich     geworden    ist, indem die warm  festen     Eigenschaften    auch in der     Schweiss-          naht        erzielt    werden     können    und eine gerin  gere Anfälligkeit für gefährliche verfor  mungslose Brüche bei Kriechbeanspruchung  auftritt.

   Die Verbesserung bezüglich der Riss  anfälligkeit ist wahrscheinlich darauf zu  rückzuführen, dass durch die     Schwingungen     die     Diffusionsvorgänge    so     angeregt    werden  können, dass die Verbesserung der     Festig-          keits-Eigenschaften    der Schweissnaht und  ihres     Zusammenhanges    mit dem     Grundmetall     in der     .ausserordentlich    kurzen Zeit zwischen  der flüssigen und der     Erkaltungsph:

  ase    in  genügendem Masse vor sich gehen kann und           infolge,der        Schwingungen    geringere Wärme  spannungen     entstehen.     



  Aber nicht nur für     warmfeste    Stähle,  sondern     auch    für     andere        Werkstoffe    kann       durch    die     Erfindung,    wie     es.    sich gezeigt     \hat,     der     Vorteil        erreicht    werden, dass     mindestens     eine nachträgliche     Glühbehandlung    abge  kürzt werden     -oder    sogar unterbleiben kann.  



  Auf der Zeichnung sind Ausführungsbei  spiele der Erfindung schematisch dargestellt.  Fig. 1 zeigt die Erzeugung der Schwin  gungen auf piezo-elektrischem Wege,  Fig. 2 und 2a eine Vorrichtung zum Er  zeugen von Schwingungen auf     magnetostrik-          tivem    Wege,  Fig. 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung  von Schwingungen auf elektromagnetischem  Wege,  Fig. 4 eine Vorrichtung zum Erzeugen  von Schwingungen auf elektrodynamiscem  auf     elektrodynamischem     Wege,  Fig. 5 eine Vorrichtung, bei welcher ein       hochfrequenter    Wechselstrom     dem    Schweiss  strom     überlagert    wird.  



  Die Bauteile 1 und 2 in Fig. 1, die Teile  irgendeiner Konstruktion sein können, sind  durch die     Schweissnaht    3     miteinander    zu ver  binden, indem einerseits die Teile 1 und 2,  anderseits die Elektrode 4 mit dem den       Schweissstrom        liefernden    Erzeuger 5 leitend  verbunden sind. Dies kann ein     Generator,     ein Transformer oder ein Mutator sein, zum  Erzeugen von Wechsel- oder     Gleichstrom.     



  Das Schmelzbad 6, in     welches    das durch  den     Lichtbogen        niedergeschmolzene        Metall     zusammenfliesst und in unmittelbarer Nähe  des     Lichtbogens    flüssig ist, wird nun  auf piezo-elektrischem Wege während des  Schweissens durch     mechanische    Schwingun  gen beeinflusst, und zwar derart, dass das  Metall der Schweissnaht vom flüssigen bis  zum erstarrten Zustand beeinflusst wird.  



  Hierzu ist auf den Teil 2 der     Schwin-          quarz    7 unter Zwischenschaltung einer die       Übertragung        verbessernden,    praktisch in  kompressiblen Ankopplungsflüssigkeit 8 auf  gesetzt, um die Schwingungen, deren Fre  quenz für diese Erzeugungsart beispieleweise    100 bis 1000 Kilohertz betragen kann, auf  den     Bauteil    2 übertragen zu können. Als An  kopplungsflüssigkeit 8 kann beispielsweise  Quecksilber, Öl oder auch Wasser benutzt  werden.

   Die Schwingungen werden in be  kannter Weise in einem     Generator    9 erzeugt,  welcher zum Beissspiel aus einer Senderröhre  10 mit Rückkopplung 11 .oder mit Fremd  erregung     besteht.    Zwischen dem Generator 9  und dem     Schwingquarz    7 sind ;die Anpas  sungstransformator 12, 13     und    der Abstim  mungskondensator 14 vorgesehen. Die Hoch  frequenz-Wechselspannung, die im sekundä  ren Teil 13 des     Transformators    erzeugt wird,  wird an die freie Stirnfläche des     platten-          förmigen    Quarzkristalles 7 angelegt.

   Dadurch  erfährt der Kristall eine     Verlängerung    und  Verkürzung im Takt der     Hochfrequenz.    Die  vom     Schwingkristall    7 abgegebene Energie  wird ein Maximum im Resonanzfall, d. h.  wenn die Eigenschwingung des Kristalles 7  mit     der    erregenden Frequenz     übereinstimmt.     Um diese     Übereinstimmung    zu erzielen, wird  der     Kondensator        entsprechend        eingestellt.     



  In Fig. 2 ist am Bauteil 2 ein dickwandi  ges Rohr 15 durch Anschweissen oder auf  andere     Weise    befestigt,     das    aus Nickel,     Per-          malloy    oder einer andern ferromagnetischen       Legierung    besteht. Um das Rohr 15 ist die  Magnetisierspule 16 gewickelt, die an die       Batterie    oder eine andere     Gleichstromquelle     17 angeschlossen ist, so dass das Rohr 15     vor-          magnetisiert    wird.

   Gleichzeitig ist an die  Spule 16 der Hochfrequenzkreis 18 ange  schlossen, der einen Abstimmungskondensa  tor 19, einen     Kopplungskondensator    20 und  den sekundären Teil 21 des Anpassungs  transformators enthält. Der Primärteil 22  dieses Transformators wird wiederum, wie in  Fig. 1, durch einen Generator 9 erregt.  



  Die Magnetisierspule 16 ist mit einer  Wasserkühlung 23 versehen, und zwar ist sie  als     gewendeltes    Rohr     ansgebil#det,        welches     vom     Kühlmittel    durchflossen wird. Das     Nik-          kelrohr    15 ist innerhalb der     Spule    16     ge-          schlitzt,    wie     aus    dem     Querschnitt    in     Fig.        2a     sichtbar ist. Aus der Düse 24 wird Kühl  mittel in das Rohr 15 eingespritzt.

   Die Menge      des Kühlmittels wird mittels der eingezeich  neten Absperrventile oder auf andere Weise  geregelt.  



  Das Rohr 15 erfährt ebenfalls     periodische     Längenänderungen infolge der Änderungen  der Magnetisierung durch den Hochfrequenz  strom. Der Abstimmungskreis 18 wird auch  hier so eingestellt, dass     die    erregte Hochfre  quenz der     Eigenschwingung    .des Rohres 15       entspricht,    um die     grösste    Energie zu er  halten.  



  In Fig. 3 ist der Tonpilz 25 unter Zwi  schenschaltung einer Flüssigkeitsschicht 8  auf den     Bauteil    2 aufgesetzt und     trägt    an  seinem Ende einen Anker     2'6"        welcher    den  Polschuhen     des    Magnetkerns 217     gegenüber-          liegt.    Der gern 27 hat     einerseits    eine Spule  28 zum Vormagnetisieren des     Kerns,    die an       irgendeiner        Gleichstromquelle    2,9 angeschlos  sen ist.

   Die Spule     .30,        die        ebenfalls    um den  Kern 27 gewickelt ist, ist an den Abstim  mungskreis 31 angeschlossen, welcher einen       Abstimmungskondensator    32 und die sekun  däre Spule 3,3 eines     Anpassungstransforma-          tors    aufweist. Die     Primärspule    34     dieses          Transformators    wird wieder von einem Hoch  frequenzgenerator 9 gespeist.  



  Während mittels der Anordung nach  Fig. 3 die mechanischen Schwingungen auf  elektromagnetischem Wege erzeugt werden,  ist ihre Erzeugung auch auf elektrodynami  schem Wege, wie in Fig. 4 dargestellt, mög  lich. Der Stab 35 trägt eine     Schwingspule     36, welche in den     Ringspalt    37 :des Kopf  magneten 38     eintaucht.    Dieser wird von einer  Gleichstromspule 39, die an eine Gleich  stromquelle 29 angeschlossen ist,     magnetisiert,     während die Schwingspule 36 in den  Schwingkreis 31 eingebaut ist, .der neben  dem     Abstimmungskondensator    32 die sekun  däre     Spule        33,des        Anpassungstransformators     enthält.

   Die Primärspule 34     dieses    Transfor  mators wird wiederum von einem Generator  9 gespeisst. Sowohl in Fig. 3, als auch in  Fig. 4 wird die grösste Wirkung erzielt,  wenn     .die        Erregung    durch     Hochfrequenz    mit  der Eigenschwingung des Tonpilzes 25 bezw.    des     elastischen        Stabes    34 übereinstimmt. Das       Frequenzband    dieser Anordnungen ist kleiner  und beträgt 5 bis 50     Kilohertz.     



  Bei Gleichstrom-Lichtbogenschweissung,  die für bestimmte Schweissungen und be  stimmte Materialien     ausschliesslich    in Frage  kommt, kann eine Anordung nach Fig. 5 ver  wendet werden, bei .dem der Generator 9, in der  sekundären Spule 42 des Anpassungstrans  formators 41, 42 einen Hochfrequenzetrom  erregt, der über den Schwingkondensator 43  und die Elektrode 4 das.     Schmelzband    6, di  rekt beeinflusst. Der     Schweissstrom    wird vom  Generator 5 erzeugt, und in die Verbindungs  leitung zur Elektrode 4 ist eine     Sperrdrossel     45 eingeschaltet, welche den Durchfluss des  Hochfrequenzstromes durch den Generator 5  sperrt.

   Anderseits ist der Durchtritt     des     Gleichstromes durch den Transformator 41,  42     mittels    des Kondensators 43 gesperrt.  Durch die Überlagerung des Schweissgleich  stromes durch einen Hochfrequenzwechsel  strom (elektrische Schwingung) entstehen in  der Schmelzung elektrodynamische Kräfte,  deren Frequenz diejenige des Hochfrequenz  stromes ist.  



  Die direkte Überlagerung     dies    Schweiss  stromes     mit    hochfrequentem     Wechselstrom     hat den besonderen     Vorteil,    dass     unabhängig     von Resonanzbedingungen eine beliebige Fre  quenz erzeugt werden kann, so dass es mög  lich ist, wie     Versuche        gezeigt    haben, die Fre  quenz den besonderen Verhältnissen des       jeweiligen    Werkstoffes so genau     anzupassen,

       dass     die    Bewegungen durch Erwärmung darin  durch die in das Schmelzbad     eingebrachten     Schwingungen unterstützt und zur     bestmög-          lIchen    Wirkung     angeregt        werden    können.  Auf diese Weise ergibt sich für     die        Strom-          überlagerung    eine     vermehrte        Verwendungs-          möglichkeit    gegenüber :den     Ausführung    Bei  spielen nach     Fi.g.    1 bis 4.

Claims (1)

1. PATENTANSPRüCHE I. Verfahren zum Schweissen, dadurch ge kennzeichnet, @dass das. Metall des Schmelz bades während des Schweissens durch Schwiu- gungen beeinflusst wird, II. Vorrichtung zur Ausführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, gekennzeich net durch eine Schwingungen erzeugende Vor richtung, welche derart mit dem Schmelzbad verbunden ist, dass die Schwingungen das Metall des Schmelzbades beeinflussen.

   UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Schweissen nach Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen mechanische, sind und auf piezo-elektrischem Wege erzeugt werden. .,. Verfahren zum .Schweissen nach Patent- anspruc'h I, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen mechanische sind und auf magnetostriktivem Wege erzeugt werden. 3. Verfahren zum Schweissen nach Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass .die Schwingungen mechanische sind und auf elektromagnetischem Wege erzeugt werden. 4.

   Verfahren zum Schweissen nach Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen mechanische sind und auf elektrodynamischem Wege erzeugt werden. 5. Verfahren zum Schweissen nach Patent anspruch I, für elektrische Lichtbogenschwei ssung mit Gleichstrom, dadurch gekennzeich net, dass die Schwingungen elektrische Hoch frequenzschwingungen sind, die dem Schweiss- strom überlagert werden. 6.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, für elektrische Lichtbogenschweissung mit Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, class parallel zum Gleichstromkreis für den Schweissstrom ,ein weiterer Stromkreis an die Schweisselektrode angeschlossen ist, der einen Erzeuger für Hochfrequenzstrom aufweist.