DD147828A1 - Verfahren und vorrichtung zum lichtbogenschweissen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Einseiten-Lichtbogenschweiszen mit kontinuierlichem Unternahtpulverschutz. Ziel ist eine Steigerung der Schweisznahtqualitaet und Produktivitaet des Verfahrens. Es sind Mittel vorzuschlagen, welche die Abbrandverluste im Schweiszbad sowie die Schlackeanhaftung im Unternahtbereich vermindern, die innere und aeuszere Nahtgeometrie auch bei groszen Schweiszleistungen verbessern, wobei die Toleranzen fuer die Schweisznahtvorbereitung vergroeszert werden koennen. Die Loesung ist dadurch gekennzeichnet, dasz das Unternahtpulver von einem tief abgekuehlten Schutzgas, welches eine groeszere Dichte und groeszere spezifische Waerme und/oder groeszere Waerme- und Temperaturleitfaehigkeit als Luft im Hochtemperaturbereich ueber 600 Grad C besitzt, durchstroemend intensiv gekuehlt und gegen den Schweiszstosz gedrueckt wird. Als Unternahtschutz wird ein Gemisch von Schweiszpulver und Kohlensaeureschnee, gegebenenfalls formgepreszt, verwendet. Als Schutzgase dienen Kohlendioxid oder Helium oder geeignete Gemische aus Kohlendioxid und/oder Argon und/oder Helium und/oder Wasserstoff, die durch Expansion abgekuehlt in das Unternahtpulver eingeleitet werden.

Description

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Anmelder: . Hans Fröhlich

4102 Döllnitz, Eegensburger Str.

Hans Ratzsch

402 Halle, Leninallee 162

Arnold Weißelberg 402 Halle, Voßstr. 7

Zustellunfisbevollmächtigter:

Leit-BfN "Schweißtechnik" im Zentralinstitut für Schweißtechnik der DDR ι Halle, PSF 16

Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen

Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen, insbesondere zum Einseiten-Lichtbogenschweißen mit kontinuierlichem Unternahtpulverschutz, vorzugsweise zum Unterpulverschweißen von Stahlwerkstoffen mit geradlinigem, spiralförmigem oder kreisrundem Nahtverlauf in horizontaler oder nahezu horizontal angeordneter Position.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß beim Unterpulverschweißen, nachfolgend UP-Schweißen genannt, eine Vielzahl von Wechselwirkungen

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zwischen dem entstehenden Schlackenbad, den beteiligten Grund- und Zusatzwerkstoffen und dem Ablauf des Schweißprozesses bestehen. Vorhandene Kenntnisse über den UP-Schweißprozeß werden dazu genutzt, mittels ausgewählter SchweißpulverSorten und Schweißzusatzwerkstoffe beliebiger Querschnittsform bestimmte Schweißeigenschaften, Schweißgutzusammensetzungen, Schlackenverhalten und Produktivitätsbedingungen einschließlich mechanisch/technologischer Gütev/erte zu sichern. So wird in CH-PS 510 M33 ein Lichtbogenschweißverfahren genannt, bei dem einem Flußmittel Metallfluoride zugesetzt werden, um ausreichende Zähigkeit des Schweißgutes zu erreichen. In der DD-PS 37 867 wird offenbart, daß zur Verminderung von Abbrand- und Spritzverlusten in die Kaverne beim UP-Schweißen ein Gas eingeleitet werden kann. Der Nachteil dieses Verfahrens ist aber die Störungsanfälligkeit des Prozeßablaufes, weil die Gasdüse mit hoher Präzision innerhalb der Kaverne geführt werden muß und die Düsenöffnung leicht durch Metallspritzer verstopft wird. Weiterhin wird in der DE-OS 1565 297 und DE-OS I565 319 ein Verfahren und eine Einrichtung zum Unterpulverschweißen beschrieben, bei der die das Schweißbad umgebende Luft durch ein Gas verdrängt wird. Dieses Arbeitsprinzip entspricht dem bekannten Schutzgasschweißen, wobei jedoch ein Schweißpulver angereichert wird. Diese Verfahrenstechnik beinhaltet den Nachteil eines relativ hohen Gasverbrauchs, weil Her wesentliche Teil der Pulvermenge nicht aufgeschmolzen wird und sich das ihn umgebende Schutzgas verflüchtigen bzw. mit Luft vermischen kann. Weiterhin entstehen beträchtliche Abströmverluste in die Umgebungsluft, auch durch den Schweißspalt zwischen den zu verschweißenden Blechen hindurch.

Gleiches Ziel wird verfolgt durch bewußtes Gestalten und Einhalten der variablen Schweißparameter. Besondere Beachtung aller Schweißbedingungen verlangt dabei das

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Stumpfschweißen von einer Seite, bei dem zur Schweißbadsicherung Unternahtpulver mit speziellen Eigenschaften eingesetzt werden.

Dazu wird in der DE-OS 2012 609 auch vorgeschlagen, das Unternahtpulver mit einem Bindemittel zu mischen, das durch die Lichtbogenhitze wärmegehärtet wird. Mit diesem Verfahren wird die Unternaht zwar besser geschützt, jedoch auf Kosten eines zusätzlichen Materialaufwandes und neuer Schwierigkeiten durch die Verwendung einer weiteren Materialsorte. In der Praxis wurde die Unternahtpulverbad sicherung bis lediglich 12 mm Blechdicke eingeführt.

Die bekannten Schweißtechnologien zum Verbindungsschweißen haben die Nachteile, daß durch den Abbrand von Legierungselementen Materialverluste und Güteminderungen eintreten, daß durch Abweichungen der Schweißbedingungen von den Sollwerten, insbesondere des Stegabstandes, der Streckenenergie je Zeiteinheit, die Würzelausbildung beeinträchtigt wird, daß zum Entfernen der wurzelseitigen Schlackenkruste ein zusätzlicher Aufwand notwendig ist, und daß ein besonderes Unternahtpulver mit spezieller chemischer Zusammensetzung und Korngröße erforderlich ist. Da die zum Schütze der Schweißzone von oben erforderlichen Schweißpulver sich wesentlich von den verwendbaren Unternahtpulvern unterscheiden, dürfen beide Pulversorten nicht miteinander vermischt werden. Dies bedeutet einen erheblichen technischen Aufwand für die Behandlung beider Pulversorten innerhalb einer Schweiß anlage· Weiterhin nachteilig ist bei den be^- kannten UP₌Schweißtechnologien die ungünstige Ausbildung der inneren und äußeren Uahtform, was auf die existierenden Abkühlungsbedingungen zurückgeführt wird.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung ist die Schweißnahtqualität und Pro-

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duktivität beim Lichtbogen-Verbindungsschweißen zu steigern und Materialverluste sowie den Arbeitszeit- und Geräteaufwand zu verringern.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogen-Verbindungssphweißen zu entwickeln und einfache Mittel vorzuschlagen, die die Abbrandverluste im Schweißbad sowie die Schlackeanhaftung im Unternahtbereich vermindern, die innere und äußere Nahtgeometrie auch bei großen Schweißleistungen verbessern, wobei die Toleranzen für die Schweißnahtvorbereitung vergrößert werden können und bei denen im Obernaht- und Unternahtbereich die gleiche Pulversorte verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Verbindungsschweißen mit einem an sich bekannten Lichtbogenschweißverfahren dem Unternahtbereich insbesondere in der Schweißzone kontinuierlich eine Schüttung von UP-Schweißpulver zugeordnet wird, die von einem tief abgekühlten Schutzgas intensiv gekühlt und gegen den Schweißstoß gepreßt wird, wobei das Schutzgas im Hochtemperaturgebiet über 600° G eine wesentlich größere Dichte, spezifische Wärme und/oder Wärme- und Temperaturleitfähigkeit als die atmosphärische Luft haben muß. Vorzugsweise werden als Schutzgase Kohlendioxid, Kohlendioxid-Argon-Gemische, Helium sowie Kohlendioxid-Helium-, Kohlendioxid-Wasserstoff-, Helium-Wasserstoff-, Argon-Wasserstoff, Argon-Helium-Gemische oder geeignete Gemische von J5 vorgenannten Gasen verwendet, die durch überkritische Eigenexpansion abgekühlt werden. Erfindungsgemäß wird als

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Unternahtschutz auch ein Gemisch von Schweißpulver und Kohlensäureschnee} beides zus_ammen auch formgepreßt, verwendet·

Eine Vorrichtung zur !Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist derart gestaltet, daß das durch das Schutzgas abgekühlte und mit diesem vermischte Schweißpulver innerhalb eines Behälters angeordnet ist, dessen einzige offene Seite dem Unternahtbereich der zu verschweißenden Werkstücke zugeordnet ist, daß der Behälter mindestens einen Anschluß für Hochdruckschutzgas besitzt und in Jedem Anschluß mindestens eine Überschallexpansionsdüse

angeordnet ist, die direkt in die Pulverschüttung mündet, wobei die Behälterwandungen vorzugsweise wärmeisoliert sind.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, wobei die dazugehörige Zeichnung einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Das Werkstück 1 ist zum Stumpf nahtschweiß en mit dem nichtdargestellten Gegenstück als I-Naht vorbereitet und mit einer Schweißpulverschüttung 2 überdeckt. Unter der Schweißpulverschüttung 2 brennt von einer Elektrode 3> aus ein Lichtbogen in einer Kaverne 4. Die Belativbewegung zwischen Elektrode 3 und Werkstück 1 erfolgt durch Verschiebung des Werkstückes 1 in Pfeilrichtung. Durch die Lichtbogenenergie werden Teile der Schweißpulverschüttung 2, des Werkstücks 1 und der Elektrode 5 aufgeschmolzen, so daß das Schweißbad 5, das obere Schlackenbad 6, die obere

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feste Schlackenschicht 7> das untere Schlackenbad 8, die untere feste Schlackenschicht 9 und das feste Schweißgut 10 entstehen· .Unterhalb des Werkstücks 1 ist in unveränderlicher Lage zur Elektrode 3 ein Behälter 11 angeordnet, dessen doppelte Wandung mit wärmedämmendem Material gefüllt ist und der in seinem Inneren eine von einem Getriebemotor 12 angetriebene Förderschnecke 13 mit Führungsrohr 14 sowie einen Pulvervorratsraum 15 hat. Durch den unteren Boden des Behälters 11 sind zwei Hochdruck-Schutzgasanschlüsse geführt, die mit jeweils einer Hochdruckentspannungsdüse im Pulvervorrätsraum 15 enden. Mittels Rotation der Förderschnecke 13 in Pfeilrichtung wird das im Pulvervorratsraum 15 befindliche Schweißpulver, das von gleicher Sorte wie das der Schweißpulverschüttung 2 ist, durch das Führungsrohr 14 nach oben befördert, so daß das Schweißpulver als Wurzelbadsicherung 17 gegen das Werkstück 1 gedrückt wird. Das überschüssige und das an der Wurzelseite nicht angeschmolzene Pulver fällt bei der Relativbewegung des Werkstückes 1 in den Pulvervorratsraum 1-5 zurück. Durch die Hochdruckentspannungsdüsen in den Hochdruck-Schutzgasanschlüssen 16 wird mit einem Druck 10 bar ein Gemisch von 75 % CO₂, 23 % Argon und 2 % Wasserstoff in den Pulvervorratsraum 15 gepreßt. Die offene Seite des Behälters 11 ist zum Werkstück 1 hin mit einem drahtbürstenähnlichen Rand 18 abgedichtet. Durch die Expansionsabkühlung des Schutzgases im Pulvervorratsraum ist das von der Förderschnecke 13 hochtransportierte Schweißpulver stets auf Temperaturen weit unter den 0-Punkt abgekühlt. Die untere feste Schlackenschicht 9 bleibt dadurch sehr dünn und leicht entfernbar. Der

Wurzeldurchhang bleibt gering. Die Schweißnahtqualität ist verbessert.

Claims (3)

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   Erfindungsanspruch

   Verfahren zum Lichtbogenschweißen, insbesondere zum Einseiten-Lichtbogenschweißen mit kontinuierlichem Unternahtpulverschutz, vorzugsweise zum Unterpulverschweißen von Stahlwerkstoffen mit geradlinigem, spiralförmigem oder kreisrundem Nahtverlauf in horizontaler oder nahezu horizontaler Position, gekennzeichnet dadurch , daßdas Unternahtpulv-er von einem tief abgekühlten Schutzgas, welches eine größere Dichte und größere spezifische Wärme und/oder größere Wärme- und Temperaturleitfähigkeit als Luft im Hochtemperaturbereich über 600 ⁰O besitzt, durchströmend intensiv gekühlt und gegen den Schweißstoß gedrückt wird.
2. 2. Verfahren zum Lichtbogenschv/eißen, insbesondere zum Einseiten-Lichtbogenschv/eißen mit kontinuierlichem Unternahtpulverschutz nach Funkt 1, gekennzeichnet dadurch , daß als Unternahtschutz ein Gemisch von Schweißpulver und Kohlensäureschnee, gegebenenfalls formgepreßt, verwendet wird.

   Verfahren zum Lichtbogenschweißen, insbesondere zum Einseiten-Lichtbogenschweißen mit kontinuierlichem Unternahtpulverschutz nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch , daß als Schutzgase Kohlendioxid oder Helium oder geeignete Gemische aus Kohlendioxid und/oder Argon und/oder Helium und/oder Wasserstoff verwendet werden, die durch Expansion abgekühlt in das Unternahtpulver eingeleitet werden.

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3. 4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch , daß zur Aufnahme des durch das Schutzgas abgekühlten und mit diesem vermischten Unternahtpulvers ein Behälter (11) angeordnet ist, dessen Behälterwandungen wärmeisoliert sind, wobei der Behälter (11) über mindestens einen Hochdruck-Schutzgasanschluß (16) verfügt und in jedem Hochdruckschutzgasanschluß (16) mindestens eine überschallexpansionsdüse vorgesehen ist, welche direkt in die Schweißpulverschüttung (2) des Unternahtpulvers mündet.

   - Hierzu ein Blatt Zeichnungen -