Lichtbogenschweissanordnung Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenschweissan ordnung, bei welcher der Lichtbogen mittels eines Magnetfeldes entlang der Fuge eines zu schweissenden Werkstückes geführt wird.
Es ist bekannt, dass die Lichtbogenschweissung von Metallen, und speziell von solchen Metallen, die als schwer -schweissbar bezeichnet werden, oft zu relativ schlechten oder unannehmbaren Resultaten führt. Der Grund' liegt in der Überhitzung der Metalle, die eine örtliche Schmelzung oder Oxydation hervorruft.
Die von Hand oder maschinell durchgeführte Führung des Lichtbogens entlang der Schweissfuge führt dazu, dass die Schweissnaht in Wirklichkeit aus mehreren über- oder nebeneinander liegenden, verschiedenen Schweiss- nähten besteht, was natürlich eine unregelmässige Schweissung ergibt.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde eine Licht bogenschweissanordnung zum Schweissen von Kreisnäh- ten vorgeschlagen, bei welcher der Lichtbogen einer ringförmigen Schweisselektrode mittels eines über der Elektrode angeordneten Magneten entlang der Schweiss fuge bewegt und geführt wird.
Bei einer solchen An ordnung läuft der Lichtbogen mit grosser Geschwindig keit um die Schweissfuge, und sollte dabei theoretisch eine gleichmässige und fehlerfreie Schweissnaht erzeu gen. Die Praxis hat jedoch gezeigt, dass mit einer solchen Anordnung ungenügende Schweissungen erhalten wer den und dass die Resultate mit schwer schweissbaren Metallen, z. B. Aluminiumoxyd! enthaltendes Zirkon- hydrid, oder Zirkonlegierungen, so ausfallen, dass die Schweissungen solcher Metalle ihre vorgesehenen Zwecke nicht erfüllen können.
Diese Mängel werden durch eine Lichtbogen schweissanordnung behoben, bei welcher erfindungsge mäss zum Bewegen und Führen des Bogens zwei Ma gnete vorgesehen sind, von welchen der eine unmittel- bar über dem freien Schweisselektrodenende und der andere in dem zur Aufnahme des Werkstückes dienen den Raum angeordnet ist.
Bei einer solchen Anordnung der beiden Magnete wirkt der eine hauptsächlich auf den Lichtbogenteil im Bereich des freien Endes der Schweisselektrode und der andere auf den Lichtbogen teil im Bereich der Schweissnaht dis Werkstückes ein.
Neben dem Vorteil dieser Anordnung, auch dort befriedigende Schweissresultate zu erhalten, wo andere Schweissanordnungen versagen, kann die Anordnung durch einen relativ einfachen konstruktiven Ausbau eines bekannten Gleichstromschweissapparates verwirk licht werden.
Die in der Anordnung verwendeten Magnete können entweder Dauer- oder Elektromagnete sein, wobei aber die Feldstärke und die Form des Feldes in jedem Fall der vvorzunehmenden Schweissarbeit angepasst werden müssen. Diese Anpassung kann für jeden besonderen Fall leicht auf Grund von vorangegangenen Versuchen vorgenommen werden.
Mit der Anordnung können Schweissnähte verschie dener geometrischer Form hergestellt werden, wobei aber der Hauptverwendungszweck in der Herstellung von kreisförmigen Schweissnähten liegt, wie sie z. B. vorkommen, wenn Verschlussdeckel an Rohre ange schweisst werden. Für diesen Zweck können die beiden Magnete ringförmigen Querschnitt haben, wobei in der Mittelöffnung des einen Magneten die Schweisselektrode angeordnet ist, wähnend die Mittelöffnung des anderen Magneten zur Aufnahme des Werkstückes dient.
Wenn eine grosse Anzahl ähnlicher Werkstücke ge schweisst werden müssen, kann eine Anordnung mit einem solchen Feld verwendet werden, das eine voraus bestimmte Stärke und Form aufweist. Es ist aber zweck mässig, wenn diese Parameter beliebig verstellt werden können. Es, ist deshalb zweckmässig, dass wenigstens einer der Magnete, vorzugsweise der im Werkstückraum angeordnete, sein Elektromagnet ist,
dessen Feldstärke beliebig verändert werden kann. Andernfalls oder gleich zeitig sollte wenigstens einer der Magnete, vorzugs weise wiederum der im Werkstückraum angeordnete, parallel zur durch die Elektrode und das Werkstück führenden Achse verschiebbar sein. Nachstehend wird anhand der Zeichnung ein Aus führungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Der Schweissapparat besteht aus einem Schweissge rät 1 üblicher Bauart mit einer Schweisselektrode 2, die eine Wolframelektrode sein kann und einer Führungs hülse 3 für ein. Schutzgas, wie z. B. Argon. Um die Schweisselektrode herum ist ein Magnet angeordnet, der in diesem Fall als eine von einer Gleichstromquelle 5 erregte Magnetspule 4 dargestellt ist.
In bestimmtem, einer geeigneten Funkenstrecke ent sprechendem Abstand von der Elektrode 2 ist das Werkstück in Form eines Rohres 6 angeordnet, auf das ein Verschlusszapfen 7 aufgeschweisst werden soll. Das Werkstück wird von einer Magnetspule 8 um schlossen, die ebenfalls von einer Gleichstromquelle 9 erregt wird. Dem Apparat sind ferner ein nicht dar- gestellter Zeitgeber, der den Schweissstrom nach einer bestimmten, von der Art der Schweissung abhängen Zeit automatisch ausschaltet sowie ein ebenfalls. nicht dargestelltes Ventil, das die Schutzgaszufuhr steuert, zugeordnet.
Als Beispiel werden nachstehend die Abmessungen eines Apparates aufgeführt, mit dem ein Aluminium zapfen (90 % Al) auf ein Rohr geschweisst werden soll, das aus gesintertem, Aluminiumoxydeinschlüsse aufwei sendem Aluminium besteht, und das um den Zapfen herum eine Rohrauskleidung aus einer eutektischen Alu- minium-Silizium-Legierung aufweist. Der Apparat hat folgende Abmessungen:
EMI0002.0016
Elektrode: <SEP> 4 <SEP> mm <SEP> Durchmesser, <SEP> Wolfram
<tb> Funkenstrecke: <SEP> 4 <SEP> mm
<tb> Magnetabstand: <SEP> 25 <SEP> mm Die Magnete weisen sich gegenüberliegende Pole entgegengesetzter Polarität auf. Beide Magnete weisen ungefähr 700 Windungen auf.
EMI0002.0018
Magnetstrom: <SEP> 4 <SEP> Ampere
<tb> Schweissstrom <SEP> 30 <SEP> Ampere
<tb> Schweisszeit, <SEP> inbegriffen <SEP> Aufheizung <SEP> und <SEP> Abkühlung:
<tb> 30 <SEP> Sekunden
<tb> Schweisswärme: <SEP> 11 <SEP> Kilowattsekunden
<tb> Schutzgas: <SEP> Argon. Aus einer grossen Anzahl gleich geschweisster Probe stücke wurden sieben davon entnommen, von denen eines die minimal und ein anderes die maximalerreichte Festigkeit der Schweissnaht aufweist. Die minimale Fe stigkeit der Rohre als solche wurde durch einen Wasser druck-Versuch mit 23,07 kg/mm2 befunden.
Die sie ben Proben ergaben folgende Festigkenten:
EMI0002.0021
Gesamtfestigkeit <SEP> Festigkeit <SEP> in <SEP> <B>0/0</B>
<tb> kg/mm2 <SEP> der <SEP> minimalen <SEP> Festigkeit
<tb> der <SEP> Rohre <SEP> als <SEP> solche
<tb> 1. <SEP> 22,44 <SEP> 97,3
<tb> 2. <SEP> 23,50 <SEP> 101,9
<tb> 3. <SEP> 23,60 <SEP> 102,3
<tb> 4. <SEP> 24,25 <SEP> 1.05,1
<tb> 5. <SEP> 25,79 <SEP> 111,8
<tb> 6. <SEP> 26,25 <SEP> 113,8
<tb> 7. <SEP> 27,88 <SEP> 120,8 Gemäss diesen Resultaten wurde die Zuverlässigkeit der Schweissungen statistisch ermittelt und ergab 99,8 %.
Die Qualität der geschweissten Rohre wurde ferner von Auge geschätzt, und dabei erwiesen sich die Schweissnähte offensichtlich als sehr glatt und ausge glichen, was bei normal geschweissten Rohren nicht der Fall ist. Eine Dichtheitsprüfung mit Helium unter Druck hat gezeigt, dass die Rohre vollkommen dicht waren.
Arc welding arrangement The invention relates to an arc welding arrangement in which the arc is guided by means of a magnetic field along the joint of a workpiece to be welded.
It is known that the arc welding of metals, and especially of those metals that are described as difficult to weld, often leads to relatively poor or unacceptable results. The reason lies in the overheating of the metals, which causes local melting or oxidation.
The manual or machine guidance of the arc along the weld joint means that the weld seam actually consists of several different weld seams lying one above the other or next to one another, which of course results in an irregular weld.
In order to avoid these disadvantages, an arc welding arrangement for welding circular seams was proposed, in which the arc of an annular welding electrode is moved and guided along the welding joint by means of a magnet arranged above the electrode.
With such an arrangement, the arc runs at high speed around the weld joint and should theoretically produce a uniform and fault-free weld seam. However, practice has shown that such an arrangement produces insufficient welds and that the results are difficult weldable metals, e.g. B. aluminum oxide! containing zirconium hydride, or zirconium alloys, turn out to be such that the welds of such metals cannot fulfill their intended purposes.
These deficiencies are remedied by an arc welding arrangement in which, according to the invention, two magnets are provided for moving and guiding the arc, one of which is arranged directly above the free welding electrode end and the other in the space used to accommodate the workpiece .
With such an arrangement of the two magnets, one acts mainly on the arc part in the area of the free end of the welding electrode and the other on the arc part in the area of the weld seam of the workpiece.
In addition to the advantage of this arrangement of obtaining satisfactory welding results where other welding arrangements fail, the arrangement can be realized by a relatively simple structural expansion of a known direct current welding apparatus.
The magnets used in the arrangement can either be permanent magnets or electromagnets, but the field strength and the shape of the field must be adapted to the welding work to be carried out in each case. This adaptation can easily be made for each special case on the basis of previous experiments.
With the arrangement, welds different geometric shape can be made, but the main use is in the production of circular welds, as z. B. occur when sealing covers are welded to pipes. For this purpose, the two magnets can have an annular cross-section, the welding electrode being arranged in the central opening of one magnet, while the central opening of the other magnet serves to receive the workpiece.
If a large number of similar workpieces have to be welded, an arrangement with such a field can be used which has a predetermined strength and shape. It is useful, however, if these parameters can be adjusted as required. It is therefore advisable that at least one of the magnets, preferably the one arranged in the workpiece space, is its electromagnet,
whose field strength can be changed at will. Otherwise or at the same time, at least one of the magnets, preferably again the one arranged in the workpiece space, should be displaceable parallel to the axis leading through the electrode and the workpiece. An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
The welding apparatus consists of a Schweissge advises 1 conventional design with a welding electrode 2, which can be a tungsten electrode and a guide sleeve 3 for a. Protective gas, such as B. argon. A magnet, which in this case is shown as a magnet coil 4 excited by a direct current source 5, is arranged around the welding electrode.
At a certain distance from the electrode 2 corresponding to a suitable spark gap, the workpiece is arranged in the form of a tube 6 onto which a locking pin 7 is to be welded. The workpiece is closed by a solenoid 8, which is also excited by a direct current source 9. The apparatus also has a timer (not shown) that automatically switches off the welding current after a certain time, depending on the type of welding, and also switches it on. valve, not shown, which controls the supply of protective gas, assigned.
As an example, the dimensions of an apparatus are given below with which an aluminum spigot (90% Al) is to be welded to a pipe made of sintered aluminum containing aluminum oxide inclusions, and which has a pipe lining made of eutectic aluminum around the spigot. Has minium-silicon alloy. The device has the following dimensions:
EMI0002.0016
Electrode: <SEP> 4 <SEP> mm <SEP> diameter, <SEP> tungsten
<tb> Spark gap: <SEP> 4 <SEP> mm
<tb> Magnet distance: <SEP> 25 <SEP> mm The magnets have opposite poles of opposite polarity. Both magnets have about 700 turns.
EMI0002.0018
Solenoid current: <SEP> 4 <SEP> amps
<tb> welding current <SEP> 30 <SEP> amps
<tb> welding time, <SEP> including <SEP> heating <SEP> and <SEP> cooling:
<tb> 30 <SEP> seconds
<tb> Heat of welding: <SEP> 11 <SEP> kilowatt seconds
<tb> Shielding gas: <SEP> argon. Seven of them were taken from a large number of identically welded test pieces, one of which has the minimum and the other the maximum strength of the weld seam. The minimum strength of the pipes as such was found by a water pressure test to be 23.07 kg / mm2.
The seven samples showed the following strengths:
EMI0002.0021
Total strength <SEP> strength <SEP> in <SEP> <B> 0/0 </B>
<tb> kg / mm2 <SEP> the <SEP> minimum <SEP> strength
<tb> of the <SEP> pipes <SEP> as <SEP> such
<tb> 1. <SEP> 22.44 <SEP> 97.3
<tb> 2nd <SEP> 23.50 <SEP> 101.9
<tb> 3. <SEP> 23.60 <SEP> 102.3
<tb> 4. <SEP> 24.25 <SEP> 1.05.1
<tb> 5. <SEP> 25.79 <SEP> 111.8
<tb> 6. <SEP> 26.25 <SEP> 113.8
<tb> 7. <SEP> 27.88 <SEP> 120.8 According to these results, the reliability of the welds was determined statistically and resulted in 99.8%.
The quality of the welded pipes was also appreciated by the eye, and the welds evidently turned out to be very smooth and balanced, which is not the case with normally welded pipes. A leak test with helium under pressure showed that the pipes were perfectly tight.