CH436518A - Arc welding arrangement - Google Patents

Arc welding arrangement

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Publication number
CH436518A
CH436518A CH1425663A CH1425663A CH436518A CH 436518 A CH436518 A CH 436518A CH 1425663 A CH1425663 A CH 1425663A CH 1425663 A CH1425663 A CH 1425663A CH 436518 A CH436518 A CH 436518A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
sep
workpiece
magnets
welding
magnet
Prior art date
Application number
CH1425663A
Other languages
German (de)
Inventor
John Hetzler Frank
Moe Aubrey
Original Assignee
Atomenergikommissionen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to CH1425663A priority Critical patent/CH436518A/en
Publication of CH436518A publication Critical patent/CH436518A/en

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/08Arrangements or circuits for magnetic control of the arc

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

  

  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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Lichtbogenschweissanordnung, bei welcher der Licht bogen mittels eines Magnetfeldes entlang der Fuge eines zu schweissenden Werkstückes geführt wird, da durch gekennzeichnet, dass zum Bewegen und Füh ren des Bogens zwei Magnete vorgesehen sind, von welchen der eine unmittelbar über dem freien Schwesss- elektrodenende und der andere in dem zur Aufnahme des Werkstückes dienenden Raum angeordnet ist. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM Arc welding arrangement in which the light arc is guided by means of a magnetic field along the joint of a workpiece to be welded, characterized in that two magnets are provided for moving and guiding the arc, one of which is directly above the free welding electrode end and the other is arranged in the space used to accommodate the workpiece. SUBCLAIMS 1. Anordnung nach Patentanspruch zur Herstellung kreisförmiger Schweissnähte, dadurch gekennzeichnet, dass die beeiden Magnete ringförmigen Querschnitt haben, wobei in der Mittelöffnung des einen Magneten die Schweisselektrode angeordnet ist, während die Mittelöff nung des anderen Magneten zur Aufnahme des Werk stückes dient. 2. Anordnung nach Patentanspruch oder Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Magnete ein Elektromagnet ist. 3. Arrangement according to claim for producing circular weld seams, characterized in that the two magnets 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 is used to hold the workpiece. 2. Arrangement according to claim or sub-claim 1, characterized in that at least one of the two magnets is an electromagnet. 3. Anordnung nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der in dem zur Aufnahme des Werk stückes dienenden Raum angeordnete Magnet ein Elek tromagnet ist. 4. Anordnung nach Patentanspruch oder Unteran- Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung des Abstandes der beiden Magnete voneinander min destens einer derselben verschiebbar ist. 5. Anordnung nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der in dem zur Aufnahme des Werk stückes dienenden Raum angeordnete Magnet verschieb bar ist. Arrangement according to dependent claim 2, characterized in that the magnet arranged in the space used to hold the workpiece is an electromagnet. 4. Arrangement according to claim or sub-claim 1, characterized in that to change the distance between the two magnets from one another at least one of the same is displaceable. 5. Arrangement according to dependent claim 4, characterized in that the arranged in the space serving to accommodate the workpiece is displaceable magnet.
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