CH619386A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweissplattieren mit verdecktem Lichtbogen, der zwischen einem verbrauchbaren Elektrodenband und einem Werkstück erzeugt und von Schweisspulver bedeckt gehalten wird, wobei das abgeschmolzene Elektrodenmaterial die Plattierschicht auf dem Werkstück bildet und in einem Bereich unmittelbar hinter dem Lichtbogen in geschmolzenem Zustand vorliegt und von einer Schicht aus geschmolzenem Schweisspulver bedeckt ist, über der sich eine Schicht ungeschmolzenes Schweisspulver befindet.

Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise dazu verwendet, die Innenfläche eines zylindrischen Gefässes mit einer korrosionsfesten Legierung, etwa rostfreiem Stahl, zu plattieren. Dies kann derart ausgeführt werden, dass der Schweiss-kopf benachbart einem Ende des zu plattierenden Gefässes angeordnet und das Gefäss dann gleichzeitig rotiert und linear vorbewegt wird, so dass die resultierende Schweissraupe spiralförmig ist, wobei sich benachbarte Schweissraupen überlappen, so dass sie eine im wesentlichen gleichmässig dicke Beschich-tung auf der Innenfläche des Gefässes bilden.

Zahlreichen Problemen wurde bei der Entwicklung einer Technik begegnet, die das Aufbringen einer Plattierschicht mit hoher Qualität unter Verwendung eines Elektrodenbandes als Plattiermaterialquelle zu ermöglichen. Unter dem Begriff Band wird hierbei irgendeine Quelle aus Schweissmaterial verstanden, bei der die Bandbreite wesentlich grösser als die Dicke des Bandes ist. Solche Streifen können eine Breite in der Grössenordnung von 5 bis 15 cm und eine Dicke von 0,05 bis 0,9 cm aufweisen. Unter den zahlreichen Problemen existieren insbesondere diejenigen, eine gleichmässige Dicke der Plattierschicht zu erzeugen, eine im wesentlichen aussparungsfreie Plattierschicht zu erhalten und eine annehmbare Plattiergeschwindigkeit zu erzielen, wobei ein besonderes Problem darin besteht, eine aussparungsfreie Verbindungszone zwischen benachbarten Schweissraupen zu erzielen, die eine Stärke aufweist, die wenigstens so gross wie diejenige der Schweissraupen selbst ist. Die Unmöglichkeit des Erzielens einer zufriedenstellenden Verbindungszone zwischen benachbarten Schweissraupen führt oft zu der Notwendigkeit, zurückzugehen und eine zusätzliche Menge an Schweissmaterial in diesem Bereich auf die Plattierungsoberfläche aufzubringen. Ein derartiger zusätzlicher Vorgang ist natürlich unerwünscht, da hierdurch zusätzliche Zeit und zusätzliches Material notwendig ist, um eine solche Ausbesserungsarbeit vorzunehmen.

Es wurden viele Versuche unternommen, um die oben aufgeführten und weitere Probleme zu lösen, die mit der Entwicklung des Plattierens mit Elektrodenbändern mit verdecktem Lichtbogen aufgetreten sind. Jedoch verschlechterten sich mit zunehmender Breite der Bänder die Schweissraupenoberflä-chen und die Kanten der Schweissraupen wesentlich. Es war daher unmöglich, fehlerlose Plattierschichten mit hoher Qualität zu erhalten, da merkliche Vertiefungen oder Ausnehmungen und Schlackeneinschlüsse im Übergangs- oder Verbindungsbereich zwischen benachbarten Schweissraupen auftraten.

Gemäss der US-PS 3 584 181 soll der nachteilige Effekt des umlaufenden Magnetfeldes um das Elektrodenband, das durch den Schweissstrom erzeugt wird, ausgeschaltet werden, indem ein Magnetfeld durch das Elektrodenband und das Werkstück in Richtung von dem Elektrodenband zum Werkstück erzeugt wird.

Gemäss der US-PS 3 659 075 wird ferner vorgeschlagen, zwischen dem Werkstück und dem Elektrodenband Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes anzuordnen, das eine Ebene maximaler Feldstärke aufweist, die durch das Werkstück in einem Punkt in dem Plattierbereich verläuft, um eine seitlich gerichtete Kraft auf dem Lichtbogen zu erzeugen, um den Lichtbogen über das Werkstück zu bewegen. Gemäss der US-PS 3 882 298 soll ein stationäres Magnetfeld mittels Elektromagneten erzeugt werden, die ein Paar von Polen von entgegengesetzter Polarität besitzen, die an gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenbandes angeordnet sind. Es wurde jedoch festgestellt, dass selbst unter Durchführung dieser bekannten Massnahmen zum Vergrössern der Plattiergeschwindigkeit und Verbessern der Schweissraupenqualität die aufgebrachten Schweissraupen noch Ungleichförmigkeiten und Einschlüsse aufweisen und Probleme bezüglich der Erzielung von einwandfreien Übergangsbereichen zwischen benachbarten Schweissraupen bestehen.

Bei allen diesen Verfahren zum Schweissplattieren wurden lediglich Massnahmen getroffen, um eine genügende Menge an Schweisspulver im Bereich des Lichtbogens zuzuführen, um ein Herausschlagen des Lichtbogens zu verhindern. Hierdurch ergibt sich jedoch eine Verformung der Schweissraupenform aufgrund des Druckes, den das Schweisspulver aufgrund seines Gewichtes auf das noch flüssige Plattiermaterial unmittelbar hinter dem Elektrodenband ausübt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Verformung der Schweissraupenform aufgrund des Gewichtes des Schweisspulvers vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass man das Schweisspulver derart zugibt, dass das ungeschmolzene Schweisspulver

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von dem Bereich unmittelbar hinter dem Elektrodenband bis zu einem Bereich zwischen dem Anfangs- und Endbereich des geschmolzenen Plattiermaterials angenähert linear in seiner Schichtdicke ansteigt.

Die Gewichtsbelastung des flüssigen Plattiermaterials steigt daher von einem relativ geringen Wert unmittelbar hinter dem Elektrodenstreifen bis zu einem Maximalwert im Bereich des hinteren Endes des Schweisskraterbereichs, wo die Menge an flüssigem Metall und flüssigem Schweisspulver minimal ist.

Eine derartige Steuerung der Verteilung des Schweisspulvers minimalisiert die Verformungseinwirkung auf das flüssige Schmelzbad aufgrund der Schweisspulverlast im Bereich mit maximalem flüssigen Material.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte fragmentarische, perspektivische Ansicht einer Plattiervorrichtung, wobei vordere und hintere Schweisspulverzuführungen und ein Schlackenbrecher zum Zwecke der Übersichtlichkeit weggelassen und einige der hierbei verwendeten Zubehöreinrichtungen schematisch dargestellt sind;

Fig. 2 und 3 sind vereinfachte Ansichten der Plattiervorrichtung, die die relative Anordnung der Polstücke der Elek-tromagnete in Bezug auf ein verbrauchbares Elektrodenband benachbart einer Schweissraupe und das Bad aus geschmolzenem Metall bzw. Schweisspulver zeigen, wobei Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung von der Hinterseite des Elektrodenbandes und Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung darstellt;

Fig. 4 zeigt grafisch eine bevorzugte Spannungsform zum Anlegen an die Spulen der Elektromagnete, ebenso wie die daraus resultierende Stromwellenform;

Fig. 5a zeigt das Plattierergebnis beim. Aufbringen einer Schweissraupe überlappend mit einer benachbarten Schweissraupe unter Verwendung der Vorrichtung ohne Betreiben der Elektromagnete;

Fig. 5b zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 5a, unter Betreiben der Elektromagnete;

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht der Plattiervorrichtung mit der Anordnung von vorderen und hinteren Schüttrinnen für Schweisspulver in Bezug auf das Elektrodenband, die Werkstückoberfläche, das aufgebrachte Plattiermaterial, sowie des Schweisspulvers;

Fig. 7 zeigt eine Ansicht der Vorderseite der Vorrichtung mit der relativen Anordnung der vorderen Schüttrinne;

Fig. 8 zeigt ähnlich Fig. 7 eine Ansicht von der Hinterseite der Vorrichtung mit der relativen Position der hinteren Schüttrinne;

Fig. 9a und 9b zeigen schematisch die Bedingungen, die benachbart dem Lichtbogen am unteren Ende des Elektrodenbandes existieren, nachdem die Vorrichtung eine längere Zeit kontinuierlich betrieben worden ist, wobei Fig. 9a die Bedingungen ohne einen Schlackenbrecher und Fig. 9b diese mit einem Schlackenbrecher, der in einer geeigneten Position angeordnet ist, darstellt, und

Fig. 10 zeigt eine Ansicht des Schlackenbrechers von der Vorderseite des Elektrodenbandes.

In den Fig. 1 bis 3, in denen Einzelheiten der Plattiervorrichtung dargestellt sind, sind die hinteren und vorderen Schmelzflussführungen nicht dargestellt, um die Position der Elektromagneten relativ zum Werkstück und zum Elektrodenband besser veranschaulichen zu können. Ein zu plattierendes Werkstück 10, das die Innenwand eines zylindrischen Druck-gefässes aus ferritischem Stahl sein kann, ist durch nichtdarge-stellte Mittel zum Verschieben oder Rotieren in Richtung des Pfeils 12 beweglich, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist. Ein Band 14, beispielsweise aus einer korrosionsbeständigen Legierung, wie rostfreier Stahl vom Typ 308, ist als Plattiermaterial vorgesehen und durch geeignete (nichtdargestellte) Mittel oberhalb des Werkstücks 10 montiert. Das Band 14 kann kontinuierlich abwärts auf das Werkstück 10 zu durch ein Paar von Zuführrollen 16 belegt werden. Das Band 14 ist mit dem positiven Pol eines Schweissgleichrichters 18 verbunden, dessen negativer Pol mit dem Werkstück 10 verbunden ist. Zum Zweck der Beschreibung der Anordnung der Elektromagneten und anderer Teile der Vorrichtung wird die Seite des Elektrodenbandes 14, das in die Bewegungsrichtung des Werkstücks 10, angezeigt durch den Pfeil 12, zeigt, im folgenden als Rückseite des Bandes bezeichnet. Entsprechend wird die andere Seite des Bandes als Vorderseite bezeichnet. Ein Paar von Elektromagneten 20, 22 sind hinter der Hinterseite des Elektrodenbandes 14 und benachbart den gegenüberliegenden Seitenkanten des Bandes angeordnet, so dass die Polflächen der Elektromagneten 20, 22 sich unmittelbar benachbart von dem Bereich befinden, in dem geschmolzenes Metall und geschmolzenes Flussmittel, herrührend von dem Schweissvorgang, ist, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Jeder der Elektromagneten 20, 22 weist einen Eisenkern 24 bzw. 26 auf, der sich senkrecht abwärts erstreckt und dann in einem 90°-Bogen abgebogen ist, so dass die gegenübergestellten Polflächen einander in einer Stellung gerade oberhalb der Werkstückoberfläche einander zugekehrt sind.

Das Anordnen der Pole der Elektromagnete ist im einzelnen in den Fig. 2 und 3 für eine Ausführungsform gezeigt, bei der ein etwa 10 cm breites Elektrodenband 14 verwendet wird und das sich ergebende aufgebrachte Plattierungsmaterial 28 eine Dicke von etwa 0,5 cm besitzt. In diesen Figuren ist der magnetische Pol 20, der über einer benachbarten Schweissraupe 28 angeordnet ist, ein Nordpol, wobei das untere Ende hiervon etwa 1,9 cm von der Oberfläche des Werkstücks 10 und die Polfläche etwa 1,9 cm von der Kante des Elektrodenbandes entfernt angeordnet ist. Der Südpol 22 ist etwa 1,9 cm von der Kante des Elektrodenbandes angeordnet, während seine Höhe über dem Werkstück etwas geringer, und zwar 1,6 cm, ist. Der geringe Unterschied in der Höhe der Polflächen dient dazu, geringe Unregelmässigkeiten des magnetischen Feldes aufgrund der etwas verschiedenen Bedingungen auszugleichen, die an der Seite des Bandes existieren, die in der vorherigen Schweissraupe zu verankern ist. Jeder der Eisenkerne 24, 26 der Elektromagneten ist mit einer Spule 30, 32 mit einer geeigneten Anzahl von Wicklungen versehen, durch die der Magnetisierungsstrom schliesst, der aus einer Gleichstromquelle stammt. Die Wicklungen sind in entgegengesetzten Richtungen auf den Eisenkernen 24, 26 angebracht, so dass der Fluss des magnetisierenden Stroms durch die Wicklungen die gewünschten Pole mit entgegengesetzter Polarität erzeugt. Hierbei wird es bevorzugt, die Spulen an eine Spannung in Form einer pulsierenden Rechteckwelle, wie allgemein in Fig. 4 gezeigt, zu legen. Wie ebenfalls auf Fig. 4 ersichtlich ist, steigt der bei einer derartigen Spannungswellenform resultierende Strom bis zu einem Maximalwert und sinkt dann auf einen Minimalwert ab, der vorzugsweise geringfügig grösser als Null ist, worauf er erneut anzusteigen beginnt. Die Vorteilhaf-tigkeit eines derartigen resultierenden pulsierenden Magnetfeldes wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Gemäss den Fig. 6, 7 und 8 ist die Vorrichtung mit vorderen und hinteren Schüttrinnen 34 bzw. 36 zum Zuführen eines körnigen Schweisspulvers zu dem Bereich des Lichtbogens 38 versehen. Die Anordnung dieser Schüttrinnen, insbesondere der hinteren Schüttrinne 36 ist äusserst kritisch, um eine Schweissraupe der gewünschten hohen Qualität zu erhalten. Die Parameter und andere Faktoren, die zur Bestimmung der genauen Anordnung der Schüttrinnen eingehen, werden nachfolgend näher beschrieben.

Wie am besten aus den Fig. 6 und 10 ersichtlich ist, ist eine Schlackenbrecheranordnung 40 unterhalb der vorderen

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Schüttrinne 34 angeordnet. Der Schlackenbrecher besitzt eine Reihe von mit Abstand zueinander angeordneten parallelen Platten 42, die senkrecht zum Elektrodenband getragen sind und sich wenigstens über die Breite des Bandes erstrecken. Bei der dargestellten Ausführungsform sind diese Platten winkelförmig ausgebildet und in geeigneter Weise, etwa durch Schweissen, mit einer Trägerklammer 44 verbunden, die seinerseits mit einem Gehäuse 46 verbunden ist. Die Aussen-kante der Winkelplatten ist etwa 0,95 cm sowohl von der Werkstückoberfläche als auch von der Vorderseite des Elektrodenbandes 14 entfernt angeordnet. Die Vorteile der Schlackenbrecheranordnung werden ebenfalls nachfolgend im Zusammenhang mit dem Plattiervorgang beschrieben.

Im Betrieb wird eine Gleichspannung zwischen dem Werkstück 10 und dem Band 14 durch den Schweissgleichrichter 18 angelegt, wodurch ein Lichtbogen 38 zwischen diesen beiden Teilen erzeugt wird. Der Lichtbogen bewirkt, dass die Unterkante des Bandes 14 schmilzt und das geschmolzene Material in einem allgemein linearen Plattierbereich auf dem Werkstück auf der Hinterseite des Elektrodenbandes aufgebracht wird, lim die Schweissraupe 28 auf dem Werkstück zu bilden. Das aufgebrachte Schweissmaterial bildet ein Schmelzbad 48 aus Schweissmaterial im Bereich unmittelbar hinter der Hinterseite des Elektrodenbandes. Das geschmolzene Metallbad ist von einer Schicht aus geschmolzener Schlacke (geschmolzenem Schweisspulver) 50 bedeckt, die ihrerseits aus einer Schicht 52 aus ungeschmolzenem Schweisspulver bedeckt ist. Die geschmolzene Schlacke bildet natürlich nach der Verfestigung eine feste Schlackenschicht 54 auf der aufgebrachten Schweissraupe in einigem Abstand von der Hinterseite des Elektrodenbandes. In Fig. 6 sind die Verhältnisse der verschiedenen Bereiche für eine besondere Anwendung dargestellt, wobei ein 10 cm (4 inch) breites und 0,06 cm dickes Band verwendet wird, um eine etwa 0,5 cm dicke Schweissraupe auf der Werkstückoberfläche aufzubringen. Das Bad 48 aus geschmolzenem Metall erstreckt sich dabei geringfügig auch zur Vorderseite des Elektrodenbandes 14 und auf der Rückseite des Bandes bis zu einer Entfernung von etwa 1,9 cm bis zum Punkt 56, wo die Verfestigung einzutreten beginnt und die Grenzlinie 58 zwischen geschmolzenem und festem Metall sich aufwärts erstreckt und in einem Punkt 60 etwa 6,35 cm hinter der Hinterseite des Elektrodenstreifens 14 endet. Das Bad 50 aus geschmolzener Schlacke, das sich oberhalb des Metallbades befindet, erstreckt sich entsprechend geringfügig auch auf der Vorderseite des Elektrodenbandes und ferner auf der Rückseite hiervon, wo es sich zu verfestigen beginnt und eine Schicht aus fester Schlacke 54 bildet, während der Übergang zur festen Schlacke bei dem Punkt 60 im wesentlichen abgeschlossen ist, an dem auch das geschmolzene Metallbad sich vollständig verfestigt hat. Wie sich aus der Zeichnung in einer etwas übertriebenen Form ergibt, ist die Dicke der verfestigten Schweissraupe 28 zusammen mit der festen Schlacke 54 etwas grösser als die Dicke der gleichen Bestandteile im geschmolzenen Zustand aufgrund ihrer Ausdehnung während der Verfestigung. Während des Schweissplattierens wird das Elektrodenband 14 kontinuierlich abwärts zum Werkstück 10 durch die Zuführrollen 16 gefördert, um eine kontinuierliche Quelle an Plattiermaterial zu erzeugen.

Während des Plattierens fliesst ein Strom durch die Spulen 30, 32 der Polstücke 20, 22 der Elektromagnete. Die angelegte Spannung besitzt dabei vorzugsweise eine Rechteckwellenform, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, jedoch lassen sich auch andere pulsierende Spannungen etwa in Sägezahnform mit befriedigenden Ergebnissen verwenden. Die Position der Magnetpolflächen in Bezug auf das Elektrodenband und das aufgebrachte Material ist entsprechend den obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den Fig. 1, 2 und 3 und entsprechend der Umrissform 62 von Fig. 6. Ein Teil der Magnetfeldlinien,

die von dem Nordpol 20 zum Südpol 22 verlaufen, erstrecken sich abwärts in den Bereich der geschmolzenen Schlacke 50 des geschmolzenen Plattiermaterials 48 und des Grundmetalls 10. Diese Feldlinien erzeugen eine Kraft in der geschmolzenen 5 Schlacke 50 und in dem geschmolzenen Plattiermaterial 48, die eine Bewegung in diesem Bereich erzeugt. Diese Bewegung besteht aus einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung, deren Frequenz abhängig von der Pulsierfrequenz der Spannung an den Elektromagneten ist. Eine geeignete Frequenz io besteht aus etwa zwei Perioden pro Sekunde. Die genaue Frequenz, bei der optimale Resultate für eine bestimmte Anwendung erzielt werden, wird am besten durch Experimente bestimmt. Hier sei ausgeführt, dass der primäre Effekt der magnetischen Feldlinien im Bereich des geschmolzenen Metallba-15 des 48, das manchmal auch als Schweisskraterbereich angesprochen wird, eine Einwirkung auf die Schicht aus geschmolzenem Schweisspulver 50 besteht, das magnetische Eigenschaften besitzt, wenn es sich im geschmolzenen Zustand befindet. Geeignete Schweisspulver dieses Typs sind kommerziell erhält-20 lieh und werden daher nicht im einzelnen aufgeführt. Dementsprechend ist es primär die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des geschmolzenen Schweisspulvers 50 auf das geschmolzene Metall 48, die ihrerseits eine Bewegung der Oberfläche des geschmolzenen Metallbades 48 bewirkt. Die vorteilhaften 25 Wirkungen der in dieser Position hinter der Hinterseite des Elektrodenbandes 14 angeordneten Elektromagnete ergibt sich am besten aus den Fig. 5a und 5b, wobei Fig. 5a das Ergebnis zeigt, wenn eine Schweissraupe überlappend mit einer benachbarten Schweissraupe mit der Vorrichtung ohne Inbe-30 triebnahme der Elektromagnete 20, 22 aufgebracht wird. Fig. 5b zeigt das Ergebnis des gleichen Vorgangs unter Inbetriebnahme der Elektromagnete. Gemäss Fig. 5a wurde die erste Schweissraupe 64 auf das Werkstück 10 aufgebracht, wonach das Elektrodenband in Form eines 10 cm breiten Strei-35 fens zum Aufbringen einer zweiten überlappenden Schweissraupe 66 derart angeordnet wurde, dass die entsprechende Bandkante die Kante der ersten Schweissraupe 64 um etwa 0,6 cm überlappt. Die zweite Schweissraupe 66, die ohne Verwendung der Elektromagnete aufgebracht wurde, ist nicht breiter 40 als 10 cm, wobei der Verbindungsbereich zwischen den beiden benachbarten Schweissraupen 64, 66 einen langgestreckten Krater 68 aufweist, der sich über die gesamte Länge des Verbindungsbereichs erstreckt. Von diesem Krater wird angenommen, dass er durch eine Ausdehnung des Schweissbogens 45 von der Kante des Bandes erzeugt wird, wenn dieser das Elektrodenband im Verbindungsbereich abschmilzt. Dieser Krater entsteht ohne Rücksicht auf die Grösse der Überlappung des Elektrodenbandes 14 mit der ersten Schweissraupe 64. Um daher eine einheitlich dicke Plattierung auf dem Werkstück so von Fig. 5 a zu erhalten, wäre es notwendig, zurückzugehen und eine Verstärkungsschweissraupe in dem langgestreckten Krater 68 anzubringen.

In Fig. 5b ist das Elektrodenband 14 wiederum vor dem Abschmelzen einer Überlappung von etwa 0,6 cm bezüglich 55 des Randes der ersten Schweissnaht 64 angeordnet. Wie weiter oben beschrieben, besitzt der Lichtbogen die Tendenz, sich über die Kante des Bandes hinaus zu erstrecken und einen Krater 68 im Randbereich der ersten Schweissraupe 64 zu erzeugen. Wenn jedoch die Elektromagnete in Betrieb sind, wird 6o die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des flüssigen Schweisspulvers und die daraus resultierende Bewegung des flüssigen Metallbades, das eine Menge des flüssigen Metalls in den durch den Lichtbogen gebildeten Krater fliesst und diesen Bereich mit Schweissmaterial 70 wieder auffüllt. Die Gesamt-65 breite der resultierenden Schweissraupe bei diesem Beispiel ist etwa 11,1 cm mit einer gleichen Breite von etwa 0,5 cm, die sich über den Rand des Elektrodenbandes 14 an beiden Seiten hiervon hinaus erstreckt. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist,

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ist im Verbindungsbereich zwischen zwei benachbarten Schweissraupen eine Überlappung 72 vorhanden, die sogar geringfügig dicker als die nominale Dicke der Plattierschicht im mittleren Bereich der Schweissraupe sein kann. Eine derartige Verstärkung der Überlappung im Verbindungsbereich kann durch Änderung der Anordnung und/oder der Stärke der Elektromagnete gesteuert werden. Zusätzlich zu der Ausschaltung der Kraterbildung an der Schweissraupenüberlappung ergibt die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Oberflächenmaterials in dem geschmolzenen Metallbad eine sehr gleich-mässige hohe Qualität der Schweissraupenoberfläche.

Ein weiterer Vorteil, der mit der Verwendung der Elektromagnete verbunden ist, besteht in dem Wegfall von ungewünschten Effekten aufgrund des umlaufenden Magnetfeldes um das Elektrodenband, das durch den Schweissstrom induziert wird, der durch das Elektrodenband zu dem Werkstück fliesst. Die Anwesenheit dieses umlaufenden Magnetfeldes wurde bereits in der US-PS 3 584 181 beschrieben. In Fig. 3 ist dieses Magnetfeld mit der Bezugsziffer 74 bezeichnet, wobei die Feldlinien im Uhrzeigersinn um das Elektrodenband 14 verlaufen. Entsprechend der Wahl der Nord- und Südpole der Elektromagneten 20 und 22, wie sie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt sind, führt zu magnetischen Feldlinien, die von den Polen ausgehen und vom Nordpol zum Südpol in einer Richtung entgegengesetzt zu den Feldlinien des umlaufenden Magnetfeldes verlaufen, die auf der Hinterseite des Elektrodenbandes vorhanden sind, wodurch ungewünschte Effekte aufgrund dieses Magnetfeldes im Bereich des flüssigen Metalls ausgeschaltet werden. Um die ganzen Vorteile des Magnetfeldes, das durch die Elektromagneten erzeugt wird, ausnutzen zu können, wird bevorzugt, dass alle hauptsächlichen Bauteile des Schweisskopfes im Bereich des Magnetfeldes aus einem nicht-magnetischen Material bestehen.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 das Zuführen des körnigen Schweisspulvers in den Abschmelzbereich des Elektrodenbandes und den Bereich des flüssigen Metalls beschrieben. Die Anordnung der vorderen Schüttrinne 34 ist nicht kritisch. Der Zweck dieser Schüttrinne besteht darin, die Zufuhr einer genügenden Menge von Schweisspulver zur Vorderseite des Bandes 14 zu ermöglichen, um ein komplettes Untertauchen des Lichtbogens 38 zu jeder Zeit zu ermöglichen. In der in den Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsform besitzt die Schüttrinne eine schnauzenartige Öffnung 78 einer Länge von etwa 7,6 cm und einer Breite von etwa 0,8 cm. Diese Öffnung ist etwa 3,8 cm von der Oberfläche des Werkstücks 10 und etwa 3,2 cm vom Elektrodenband 14 entfernt angeordnet und tritt aus einer Frontplatte 74 aus, die um einen Winkel b von etwa 45° orientiert ist, um den Materialfluss, der hieraus austritt, gegen den Lichtbogen 38 zu richten.

Die Anordnung der hinteren Schüttrinne ist ausserordentlich wichtig zum Steuern der Schweisspulverlast im Bereich des flüssigen Metallbades auf der Hinterseite des Elektrodenbandes 14. Die hintere Schüttrinne 36 besitzt eine schnauzenartige Einrichtung mit einer langgestreckten rechteckigen Öffnung 80 von etwa 0,8 cm Breite und 10 cm Länge. Dieser düsenartige Austritt ist an dem Schweisskopfgehäuse 46 mittels geeigneter Klammern 82 befestigt, so dass der Abgabewinkel dieses Austritts in einem Winkel a zwischen der horizontalen und der unteren Kante der rechteckigen Austrittsöffnung in Abmessungen angeordnet ist, wie sie durch die Buchstaben z und y in Fig. 6 definiert sind. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, steigt die Höhe des Schweisspulvers, das durch die hintere Schüttrinne 36 abgegeben wird, von einer ersten Tiefe x unmittelbar hinter dem Elektrodenband 14 im wesentlichen linear zu einer zweiten Tiefe y an der Unterkante der Schüttrinne 36. Dieser Anstieg in der Schweisspulvertiefe findet auf einer Länge z gemessen von dem Elektrodenband 14 bis zur Unterkante der

Schüttrinne 36 statt. Der Abstand z ist derart gewählt, dass der grösste Teil des flüssigen Metallbades 48 sich in dem Bereich zwischen dem Elektrodenband und dem Punkt befindet, bis zu dem sich der Abstand z erstreckt. In dem dargestellten Beispiel, in dem ein 10 cm breites Band verwendet wird, befindet sich der Punkt 60, an dem das flüssige Schmelzbad endet, etwa 6,35 cm von dem Elektrodenstreifen 14 entfernt, wobei der Abstand z etwa 3,5 cm von der Rückseite des Bandes ist. Der Winkel a, unter dem die hintere Schüttrinne in bezug auf die Horizontale angeordnet ist, beträgt in der dargestellten Ausführungsform etwa 43°. Dieser Winkel kann ebenso wie die Abmessung w, die die Breite der Schüttrinnenöffnung darstellt, und die Abmessungen x, y und z bei verschiedenen An- • wendungszwecken beispielsweise unterschiedlichen Bandbreiten, anderen Plattierungsdicken, anderen Schweisspulverdich-ten usw. variieren. Der wichtige Punkt ist hierbei die sehr viel verbesserte Gleichmässigkeit der Schweissraupendichte, die als Ergebnis der geringeren Schweisspulverlast im Bereich geschmolzenen Materials benachbart dem Elektrodenband und der mit der Abnahme der Dicke des geschmolzenen Metalls ansteigenden Schweisspulverlast ergibt.

Zusätzlich zur wachsenden Stärke des Schweisspulvers über dem Bereich des geschmolzenen Plattiermetalls ist - wie aus Fig. 8 ersichtlich — die hintere Schüttrinne 36 derart gestaltet, dass die Austrittsöffnung 80 an der einer vorher aufgebrachten Schweissraupe benachbarten Seite etwas höher ist. Eine derartige Anordnung liefert eine Schweisspulverlast im Bereich benachbart dem Schweissraupenverbindungsbereich, die optimale Resultate liefert. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Abstand 82 etwa 3,28 cm und der Abstand 84 auf der anderen Seite der hinteren Schüttrinne etwa 2,86 cm.

Fig. 9a zeigt den Zustand, der im Bereich des Lichtbogens beim Betrieb der Vorrichtung bei kontinuierlicher, über einen längeren Zeitraum andauernden Benutzung existiert Hierbei wird eine Schlackenformation 86 aus geschmolzenen Schweiss-pulverteilchen von einer Dicke von etwa 0,08 bis 0,16 cm in Form eines Mantels an der Vorderseite des Lichtbogens bzw. des Elektrodenbandes gebildet. Dieser Mantel kann sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Elektrodenbandes 14 erstrecken und die Schweisspulverzuführung in den Bereich des Lichtbogens 38 an dessen Vorderseite blockieren sowie ein Herausschlagen des Lichtbogens aus der Schicht d aus Schweisspulver ergeben, wodurch die Vorrichtung beschädigt werden kann. Fig. 9b zeigt den gleichen Bereich der Vorrichtung unter entsprechenden Betriebsbedingungen, wobei die Schlackenbrechereinrichtung 40 vorgesehen ist. Hierbei ergibt sich, dass der Schlackenbrecher dazu dient, die Bildung eines Mantels 86 gemäss Fig. 9a zu verhindern, indem die Anhäufung auf einen schmalen Bereich 88 begrenzt wird. Durch die Anordnung des Schlackenbrechers können die geschmolzenen Schweisspulverteilchen, die aus dem Bereich nahe dem unteren Ende des Elektrodenbandes stammen, kein Hindernis oder keinen blockierenden Mantel bilden, so dass das Schweisspulver frei in den Bereich an der Vorderseite des Elektrodenbandes 14 fliessen kann, während der Lichtbogen 38 in dem körnigen Schweisspulver untergetaucht bleibt. Auf diese Weise kann das Schweissplattieren des Grundmaterials kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit vorgenommen werden, ohne dass die Notwendigkeit besteht, den Vorgang zu unterbrechen, um manuell agglomerierte, geschmolzene Schweisspulverteilchen von der Vorderseite des Elektrodenbandes zu entfernen.

Praktisches Beispiel

Eine einschichtige Schweissplattierung wurde auf einen Zylinder aus Stahl als Grundmaterial entsprechend der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Bandelektrode aus

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rostfreiem Stahl vom Typ 308 mit einer Breite von 10 cm und einer Dicke von 0,08 cm aufgebracht. Das Werkstück wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 25,4 cm/Min. vorgeschoben, während ein Strom von 2200 A bei einer Gleichspannung von 27 V verwendet wurde, wobei der Abbrand des Elektrodenbandes etwa 183 cm/Min. betrug. Die aufgebrachte

Schweissraupe hatte eine Breite von 11,1 cm und eine Dicke von 0,48 cm.

An die Spulen der Elektromagneten wurde eine pulsierende Rechteck-Gleichspannung von 16 V mit zwei Rechteck-Impulsen pro Sekunde angelegt, wobei sich ein Höchstwert für den magnetisierenden Strom von 8 A ergab.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Verfahren zum Schweissplattieren mit verdecktem Lichtbogen, der zwischen einem verbrauchbaren Elektrodenband und einem Werkstück erzeugt und von Schweisspulver bedeckt gehalten wird, wobei das abgeschmolzene Elektrodenmaterial die Plattierschicht auf dem Werkstück bildet und in einem Bereich unmittelbar hinter dem Lichtbogen in geschmolzenem Zustand vorliegt und von einer Schicht aus geschmolzenem Schweisspulver bedeckt ist, über der sich eine Schicht aus ungeschmolzenem Schweisspulver befindet, dadurch gekennzeichnet, dass man das Schweisspulver derart zugibt, dass das ungeschmolzene Schweisspulver von dem Bereich unmittelbar hinter dem Elektrodenband bis zu einem Bereich zwischen dem Anfangs- und Endbereich des geschmolzenen Plattiermaterials angenähert linear in seiner Schichtdicke ansteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweisspulver derart zugegeben wird, dass das ungeschmolzene Schweisspulver angenähert über den gesamten Bereich, in dem sich geschmolzenes Plattiermaterial befindet, ansteigt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweisspulver auf der Seite des Elektrodenbandes benachbart dem Bereich, in dem geschmolzenes Plattiermaterial vorliegt, in einer relativ zur Werkstückoberfläche erhöhten, angenähert in der Höhe des Schweisspulvers nach dem Anstieg befindlichen Position in einem Abstand von dem Elektrodenband, der im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen dem untersten und obersten Punkt des Anstiegs des Schweisspulvers ist, und in einem Winkel zugegeben wird, der angenähert auf den Lichtbogenbereich gerichtet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattiermaterial auf dem Werkstück in teilweiser Überlappung mit einem ersten Plattierstreifen aufgebracht wird, wobei das Schweisspulver derart zugeführt wird, dass die Stärke des Schweisspulvers vom Rand der Schweissraupe im Überlappungsbereich zum anderen Rand der Schweissraupe angenähert linear abnimmt.