Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenverschweissen zweier Bleche Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zum beidseitigen Lichtbogenverschweissen zweier Bleche unter Schutzgas mit abschmelzender, automatisch zugeführter Drahtelektrode.
Es ist bekannt, die Qualität der Schweissnaht bei Schweissverbindungen von Blechen dadurch zu verbes sern, dass nach der ersten Schweissung eine sogenannte Gegenschweissung auf der Rückseite des Bleches vorge nommen wird. Bei der Handschweissung ,ist es- vielfach üblich, die Gegenschweissung von einem zweiten Schwei sser durchführen zu lassen, dessen Schweissstelle sich in bezug auf die Schweissnaht in einem geeigneten Abstand hinter der Schweissstelle des ersten Schweissers befindet. Entsprechende Verfahren sind auch in der automati schen Schweisstechnik, insbesondere für das Lichtbogen schweissen mit sich nicht verbrauchender Elektrode, das sogenannte TIG-Verfahren, bekanntgeworden.
Im Gegensatz zu dieser Entwicklung des TIG-Ver- fahrens ist das Lichtbogenschweissen mit abschmelzen der Drahtelektrode, das sogenannte MIG-Verfahren, bisher einen anderen Weg gegangen. Während beim TIG-Verfahren im Zentrum des Lichtbogens Tempera turen zwischen 3000 und 4000 C herrschen, werden beim MIG-Verfahren solche bis zu 10 000 C erreicht. Durch dieses wesentlich grössere Wärmeeinbringen fand das MIG-Verfahren vor allem Eingang in die Schweiss technik dicker Bleche. Beim Verschweissen dicker Bleche wird im allgemeinen so verfahren, dass - z.
B. im Falle einer V-Naht - zunächst von einer Seite des Bleches eine Schweisswurzel aufgebracht wird, auf die anschlie ssend in mehreren Arbeitsgängen von derselben Blech seite her weitere Lagen zur Ausfüllung der Fuge aufge tragen werden. Die Fuge auf der Rückseite des Bleches wird dann, nachdem sie wegen der .im allgemeinen schlechten Güteeigenschaften der Schweisswurzel, aus geschliffen oder ausgekreuzt wurde, mit einer Gegen schweissung ausgefüllt. Auch im Falle einer X-Naht sind bei dicken Blechen mehrere entsprechende Arbeits gänge erforderlich.
Bei der weiteren Entwicklung des MIG-Verfahrens in seiner Anwendung auf das Verschweissen von Blechen wurde vor allem versucht, das Verfahren durch geeignete Massnahmen zu beschleunigen. Aufgrund der Notwen digkeit, vor allem bei dicken Blechen, die Schweissfuge durch mehrere Lagen des Schweissmaterials aufzufüllen, schien es weniger erfolgversprechend zu sein, Schwei ssung und Gegenschweissung gleichzeitig durchzuführen, als vielmehr zu versuchen, durch Vergrösserung der Abschmelzleistung Arbeitsgänge einzusparen.
Im Zuge dieser Entwicklung sind deshalb Verfahren angegeben worden, bei denen einerseits durch Anordnung von Schweissköpfen hintereinander auf derselben Blechseite mehrere Lagen in einem Arbeitsgang aufgebracht wer den können, anderseits auch solche, bei denen die Ab schmelzleistung erhöht wurde. Alle diese Verfahren hatten zwar einen gewissen Fortschritt zur Folge, sind jedoch vor allem wegen ihres immer noch grossen Zeit bedarfes im Hinblick auf die heutigen Anforderungen beim Bau grosser technischer Anlagen immer noch unbe friedigend.
Der vorliegenden ,Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren zur Anwendung des Schutzgas lichtbogenschweissens mit abschmelzender Drahtelek trode zu entwickeln, das @es ermöglicht, Bleche in be liebiger Lage und, hinsichtlich der Qualität der Schweiss naht, zuverlässig zu verschweissen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwei ein ander gegenüberstehende Drahtelektroden in einem ge meinsamen Schweissbad abgeschmolzen werden.
Diese neuartige Anwendung des sogenannten MIG- Verfahrens bringt vor allem beim Verschweissen dicker Bleche einen erheblichen Fortschritt mit sich. Dieser Fortschritt war nicht vorauszusehen, da die Meinung vorherrschte, :dass, aufgrund des an sich schon verhält- nismässig grossen Schweissbades, der Tropfenübergänge sowie des unruhigen Brennens des Lichtbogens eine derartige Anwendung des MIG-Verfahrens zu keinen zufriedenstellenden Schweissverbindungen führen kann.
Es zeigte sich aber überraschenderweise, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren nicht nur Schweissnähte guter Qualität erzielt werden können, sondern dass dar überhinaus wegen der grossen Abschmelzleistung, welche eine Verwendung grösserer Schweissdrahtdurchmesser er möglicht, ein einziger Arbeitsgang zum Verschweissen selbst dicker Bleche bis über 30 mm Stärke ausreicht.
Einer der wichtigsten Vorteile der vorliegenden Er findung ist demnach darin zu sehen, dass mit ihrer Hilfe ein erheblicher Zeitgewinn erzielt werden kann. Dieser Zeitgewinn beruht einerseits auf der Möglichkeit, bisher notwendige weitere Arbeitsgänge zum Auffüllen der Schweissnaht zu vermeiden, anderseits darauf, dass ein Ausschleifen oder Auskreuzen der Schweissnaht vor der Durchführung der Gegenschweissung nicht mehr erfor derlich ist.
Weiterhin besitzen überraschenderweise die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Schweissnähte, vor allem bei dickeren Blechen, bessere mechanische Gütewerte, als sie bisher erreicht werden konnten. Auch die Sicherheit gegen Schweissfehler, wie Kaltschweissungen, Wurzelfehler, Poren und Winkel schrumpfung wird erhöht, während gleichzeitig eine gute Raupenform und eine einwandfreie Nahtoberfläche erzielt werden können. Die Durchführung einer Schweissverbindung nach dem erfindungsgemässen Ver fahren bringt ausserdem Einsparungen an Energie und Schutzgas mit sich, die vor allem seine Wirtschaftlichkeit unterstreichen.
Von besonderer Bedeutung ist die Anwendung des erfindungsgemässen Schweissverfahrens auf das Ver schweissen von senkrecht stehenden Blechen. Insbeson dere können auch senkrechte Schweissnähte in einem Arbeitsgang und in zufriedenstellender Qualität herge stellt werden. Das grosse Wärmeeinbringen der zwei, in einem gemeinsamen Schweissbad wirkenden Brenner macht es sogar möglich, senkrechte Nähte von oben nach unten - sogenannte Fallnähte - sicher zu schwei ssen, was bisher wegen den, bei der hierbei erforderli chen Schweissgeschwindigkeit leicht auftretenden Kalt schweissungen nicht möglich war.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die sich dadurch auszeichnet, dass zwei, die Drahtelektroden tragende Schweissköpfe auf einem gemeinsamen Fahr werk einander gegenüberstehend angebracht sind, wobei sich der Spalt zwischen den zu verschweissenden Blechen zwischen den Schweissköpfen befindet.
Ein derartiges Fahrwerk ist für das automatische Verschweissen von senkrecht :stehenden Blechen, das beispielsweise im Behälterbau oder im Schiffsbau häufig verlangt wird, von besonderer Bedeutung. In diesem Fall besitzt dieses Fahrwerk Mittel, die eine Bewegung der Schweissköpfe in beliebiger, vorzugsweise senkrech ter oder waagrechter Richtung ermöglichen. Im Gegen satz zu bekannten Schweissautomaten mit einem Schweisskopf, die entweder nur für eine senkrechte oder nur für eine waagrechte Naht verwendet werden können, genügt hier ein einziger Automat für die Herstellung senkrechter und waagrechter Schweissnähte.
Die Bewe gung der Schweissköpfe erfolgt :in diesem Fall durch zwei getrennte, unabhängig voneinander in ihrer Ge schwindigkeit stufenlos regelbare und in senkrechter bzw. waagrechter Richtung wirkende Antriebe. Eine für das Schweissen von ungleichmässigen Spaltbreiten be sondere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung er gibt sich durch einen weiteren Antrieb, der eine zur Schweissnaht unter einem beliebig einstellbaren Winkel erfolgende und in der Grösse ihrer Auslenkung ebenfalls beliebig einstellbare Pendelbewegung der Schweissköpfe gestattet.
Weitere konstruktive Massnahmen ermöglichen eine Schrägstellung der Schweissköpfe in bezug auf die Oberfläche der zu verschweissenden Bleche, sowie eine Versetzung der beiden Schweissstellen gegeneinander in Richtung :der Naht.
Weitere Einzelheiten können aus dem in den Zeich nungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel entnommen werden. Gleiche Teile haben in allen Figu ren gleiche Bezugszeichen. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens, Fig. 2 eine Vorrichtung zum Verschweissen von senkrecht stehenden Blechen beim Bau von Behältern mit kreisförmigem Querschnitt, von oben gesehen, Fig. 3 dieselbe Vorrichtung, von der Seite gesehen. In Fig. 1, die das Verfahren schematisch darstellt, sind mit 1 und 2 die beiden Bleche bezeichnet, die mit einander verschweisst werden sollen.
Die beiden Schweissköpfe 4 sind so einander gegenüberstehend an geordnet, dass ihre Drahtelektroden 5 in einem gemein samen Schweissbad 3 abgeschmolzen werden. Die Strom versorgung erfolgt durch zwei Stromquellen 6 und zwei Steuerungen 7. Es ist jedoch auch möglich, eine ge meinsame Stromquelle mit zwei getrennten Steuerungen 7 für die beiden Schweissköpfe 4 zu verwenden.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine vorteilhafte Ausfüh rung einer Vorrichtung zum Verschweissen von senk recht stehenden, gekrümmten Flächen, die beispiels weise beim Bau von Behältern mit kreisförmigem Quer schnitt verwendet werden kann.
Die Vorrichtung besteht aus einem stabilen Rah men 8, der an seiner Oberseite mit Platten 9 abgedeckt ist. Dieser Rahmen 8 bewegt sich beim Schweissen von horizontalen Nähten mit Hilfe von zwei Rollen 10 und 11 auf der Oberkante 12 der Blechwandung ent lang. Der Antrieb erfolgt durch einen stufenlos regel baren Elektromotor 13, eine Hilfsrolle 14, einen Keil- riemen 15 und eine weitere Hilfsrolle 16, die sich auf einer gemeinsamen Achse mit der Antriebsrolle 10 befindet. Die Übertragung der Antriebskräfte vom Elek tromotor 13 auf die Rolle 10 kann aber auch durch andere, an sich bekannte Mittel, wie z. B. Zahnräder, erfolgen.
Zur Anpassung an den Krümmungsradiu:s der Blechwandung sind die Rollen 10 und 11 um senk rechte Achsen 17 drehbar gelagert.
Für das Schweissen von senkrechten Nähten :sind in starrer Verbindung mit dem Rahmen 8 zwei senk rechte Führungsschienen 18 vorgesehen, die einen kreis runden oder rechteckigen Querschnitt besitzen können. Die Schweissköpfe 4 sind an den Schlitten 19 so be festigt, dass ihre beiden Elektroden 5 einander gegen überstehen und ,in einem gemeinsamen Schweissbad 3 abgeschmolzen'werden.
Den Antrieb für die Vertikalbewegung der Schlitten 19 und damit der Schweissköpfe 4 liefert ein stufenlos regelbarer Elektromotor 20. Die Kraftübertragung er folgt über zwei gemeinsam auf der Achse 21 des Elektromotors 20 angebrachte Rollen 22, über die zwei an den Schlitten 19 befestigte Ketten 23 laufen. Zur Aufrechterhaltung der notwendigen Spannung der Ket ten 23 sind an ihrem zweiten Ende Gewichte 24 be festigt, die im Innern der Führungsschienen 18 auf und ab laufen.
Bei der Schweissung von Horizontalnähten bewegt sich :demnach der ganze Rahmen 8, einschliesslich der auf den Deckplatten 9 angeordneten Antriebsvorrich- tungen auf der Oberkante 12 der Blechwandung entlang, wobei er durch weitere Hilfsrollen 25 abgestützt wird. Bei der Schweissung von Vertikalnähten bewegen sich die Schweissköpfe 4 gemeinsam im Innern des Rahmens 8 entlang den Führungsschienen 18 auf und ab. Durch eine geeignete Überlagerung beider Bewegungen kann jede beliebig verlaufende Naht geschweisst werden.
Die Schweissköpfe 4 können weiterhin mit Hilfe von geeigneten, an sich bekannten Mitteln (nicht dar gestellt) eine Pendelbewegung beispielsweise um die Achsen 28 ausführen. Eine geeignete Vorrichtung zur Ausführung dieser Pendelbewegung ist z. B. ein, durch einen stufenlos regelbaren Elektromotor angetriebener Exzenter, bei dem die Grösse der Auslenkung verstellbar ist. Durch Drehen der Schweissköpfe 4 um horizontale Achsen 26 kann für die Pendelbewegung ein beliebiger Winkel in bezug auf die Schweissnaht eingestellt werden.
Weitere an sich bekannte Mittel (nicht dargestellt) ermöglichen durch Drehen der Schweissköpfe 4 um weitere horizontale, zu den Achsen 26 senkrecht ste hende Achsen 27 eine Schrägstellung der Schweissköpfe 4 in bezug auf die Oberfläche der Bleche. ,Schliesslich können die beiden Schweissköpfe 4 durch eine Ver schiebung entlang der senkrechten Achsen 28 in Rich tung der Schweissnaht gegeneinander versetzt werden.
Die Erfindung .ist nicht allein auf das sogenannte MIG-Schweissen beschränkt. Er kann auch auf andere Lichtbogenschweissverfahren, beispielsweise auf ein sol ches, bei dem der Lichtbogen zwischen zwei abschmel zenden Drähten brennt und das Werkstück stromlos ,ist, angewandt werden.
Method and device for arc welding two sheets The invention relates to a method and a device for double-sided arc welding of two sheets under protective gas with a melting, automatically fed wire electrode.
It is known that the quality of the weld seam in welded joints between metal sheets can be improved by performing a so-called counter-weld on the rear side of the sheet metal after the first weld. In manual welding, it is common practice to have the counter-welding carried out by a second welder whose welding point is a suitable distance behind the welding point of the first welder with respect to the weld seam. Corresponding processes have also become known in automatic welding technology, especially for arc welding with non-consumable electrodes, the so-called TIG process.
In contrast to this development of the TIG process, arc welding with melting of the wire electrode, the so-called MIG process, has so far taken a different route. While temperatures between 3000 and 4000 C prevail in the center of the arc in the TIG process, temperatures of up to 10,000 C are reached in the MIG process. Because of this much greater heat input, the MIG process found its way into the welding technology of thick metal sheets. When welding thick sheets, the procedure is generally such that - z.
B. in the case of a V-seam - first of all, a welding root is applied from one side of the sheet metal, on which additional layers are then carried out in several operations from the same sheet metal side to fill the joint. The joint on the back of the sheet is then, after it has been ground or crossed out because of the generally poor quality properties of the weld root, filled with a counter-weld. Even in the case of an X-seam, several corresponding work steps are required with thick sheets.
In the further development of the MIG process in its application to the welding of metal sheets, attempts were primarily made to accelerate the process by taking suitable measures. Due to the need, especially with thick sheet metal, to fill the welding joint with several layers of the welding material, it seemed less promising to carry out welding and counter-welding at the same time than to try to save work steps by increasing the deposition rate.
In the course of this development, methods have therefore been specified in which, on the one hand, several layers can be applied in one operation by arranging welding heads one behind the other on the same sheet metal side, and on the other hand, also those in which the melting rate has been increased. Although all of these methods have resulted in a certain amount of progress, they are still unsatisfactory, primarily because of the fact that they still require a great deal of time with regard to the current requirements for building large technical systems.
The present invention is based on the object of developing a method for using inert gas arc welding with a consumable wire electrode that allows metal sheets to be reliably welded in any position and with regard to the quality of the weld seam.
This object is achieved in that two mutually opposite wire electrodes are melted in a common welding bath.
This new type of application of the so-called MIG process brings with it considerable progress, especially when welding thick sheets. This progress could not be foreseen, as the prevailing opinion was that, due to the already relatively large weld pool, the droplet transitions and the restless burning of the arc, using the MIG process in this way cannot lead to satisfactory welded joints.
Surprisingly, however, it was found that not only good quality welds can be achieved with the method according to the invention, but that, in addition, because of the high melting rate, which enables the use of larger welding wire diameters, a single operation for welding even thick sheets up to 30 mm thick sufficient.
One of the most important advantages of the present invention is therefore to be seen in the fact that it can be used to save a considerable amount of time. This gain in time is based on the one hand on the possibility of avoiding previously necessary further operations to fill the weld seam, on the other hand on the fact that grinding out or crossing out of the weld seam before performing the counter-weld is no longer necessary.
Furthermore, surprisingly, the weld seams produced by the process according to the invention, especially in the case of thicker sheets, have better mechanical quality values than could previously be achieved. The security against welding defects such as cold welds, root defects, pores and angular shrinkage is increased, while at the same time a good bead shape and a perfect seam surface can be achieved. Carrying out a welded connection according to the inventive method also brings savings in energy and protective gas, which above all underline its economic efficiency.
The application of the welding process according to the invention to the welding of perpendicular metal sheets is of particular importance. In particular, vertical weld seams can also be produced in one operation and in satisfactory quality. The large amount of heat generated by the two torches working in a common welding pool even makes it possible to weld vertical seams securely from top to bottom - so-called vertical seams - which was previously not possible because of the cold welds that easily occur at the required welding speed .
The present invention further comprises a device for carrying out the method, which is characterized in that two welding heads carrying the wire electrodes are mounted opposite one another on a common chassis, the gap between the metal sheets to be welded being between the welding heads.
Such a chassis is of particular importance for the automatic welding of vertical sheet metal, which is often required in container construction or in shipbuilding, for example. In this case, this chassis has means that allow movement of the welding heads in any, preferably vertical or horizontal direction. In contrast to known automatic welding machines with a welding head, which can be used either only for a vertical or only for a horizontal seam, a single machine is sufficient here for the production of vertical and horizontal weld seams.
The movement of the welding heads takes place: in this case by two separate, independently of one another in their speed continuously variable and acting in vertical or horizontal direction. A particularly advantageous embodiment of the device for the welding of uneven gap widths is provided by a further drive which allows a pendulum movement of the welding heads to be performed at any angle to the weld seam and also freely adjustable in terms of its deflection.
Further structural measures enable the welding heads to be positioned at an angle with respect to the surface of the sheets to be welded, as well as an offset of the two welding points relative to one another in the direction of the seam.
Further details can be found in the embodiment example shown schematically in the drawings. The same parts have the same reference numerals in all the figures. It shows: FIG. 1 a schematic representation of the method, FIG. 2 a device for welding perpendicular metal sheets when building containers with a circular cross-section, viewed from above, FIG. 3 the same device, viewed from the side. In Fig. 1, which shows the method schematically, 1 and 2 denote the two sheets that are to be welded together.
The two welding heads 4 are arranged opposite one another in such a way that their wire electrodes 5 are melted in a common welding bath 3. The power is supplied by two power sources 6 and two controls 7. However, it is also possible to use a common power source with two separate controls 7 for the two welding heads 4.
2 and 3 show an advantageous Ausfüh tion of a device for welding perpendicular, curved surfaces that can be used as example in the construction of containers with a circular cross-section.
The device consists of a stable frame 8 which is covered with plates 9 on its top. This frame 8 moves when welding horizontal seams with the help of two rollers 10 and 11 on the upper edge 12 of the sheet metal wall ent long. The drive is carried out by a continuously adjustable electric motor 13, an auxiliary roller 14, a V-belt 15 and a further auxiliary roller 16, which is located on a common axis with the drive roller 10. The transmission of the drive forces from the elec tric motor 13 to the roller 10 can also be done by other means known per se, such as. B. gears.
In order to adapt to the radius of curvature of the sheet metal wall, the rollers 10 and 11 are rotatably mounted about perpendicular axes 17.
For the welding of vertical seams: two perpendicular guide rails 18 are provided in rigid connection with the frame 8, which can have a circular or rectangular cross-section. The welding heads 4 are fastened to the slide 19 in such a way that their two electrodes 5 face each other and are 'melted off' in a common welding bath 3.
The drive for the vertical movement of the carriages 19 and thus the welding heads 4 is provided by an infinitely variable electric motor 20. The power transmission is carried out via two rollers 22 jointly mounted on the axis 21 of the electric motor 20, over which two chains 23 attached to the carriage 19 run. To maintain the necessary tension of the Ket 23 weights 24 be fastened at its second end, which run up and down inside the guide rails 18.
When welding horizontal seams, the entire frame 8, including the drive devices arranged on the cover plates 9, moves along the upper edge 12 of the sheet metal wall, being supported by additional auxiliary rollers 25. During the welding of vertical seams, the welding heads 4 move up and down together inside the frame 8 along the guide rails 18. Any seam that runs in any direction can be welded by appropriately superimposing both movements.
The welding heads 4 can continue to perform a pendulum movement, for example about the axes 28, with the aid of suitable, per se known means (not shown). A suitable device for performing this pendulum motion is, for. B. an eccentric driven by a continuously variable electric motor, in which the size of the deflection is adjustable. By rotating the welding heads 4 about horizontal axes 26, any angle with respect to the weld seam can be set for the pendulum movement.
Further means known per se (not shown) enable the welding heads 4 to be tilted with respect to the surface of the metal sheets by rotating the welding heads 4 about further horizontal axes 27 perpendicular to the axes 26. Finally, the two welding heads 4 can be offset against one another by shifting them along the vertical axes 28 in the direction of the weld seam.
The invention is not limited to so-called MIG welding. It can also be applied to other arc welding processes, for example to one in which the arc burns between two melting wires and the workpiece is de-energized.