DD210227A1 - Lichtbogenschweissverfahren und schweissanlage zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist vorzugsweise zur automatischen UP-Schweissung dickwandiger Werkstuecke mit einer Nahtfuge vorgesehen und kann im Maschinenbau, insbesondere im Energie- und imchemischen Maschinenbau angewendet werden. Waehrend dasZiel eine Erweiterung des Anwendungsgebietes der automatischen UP-Schweissung beinhaltet, besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren und eine Schweissanlage zu schaffen, bei denen die Wahl der Geschwindigkeit des Drahtvorschubes indie Schweisszone entsprechend einem vorgegebenen pulsierenden Zustand des Lichtbogenstromes ein stabiles Lichtbogenbrennengewaehrleistet. Das wird verfahrensseitig im wesentlichen dadurch erreicht, dass die Lichtbogenstrompulsation durch Erzeugung unipolarer Stromimpulse geschaffen wird, deren Dauer der der Intervalle fuer den Drahtvorschub in die Schweisszone entspricht. Die Vorschubgeschwindigkeit desDrahtes wird fuer eine 0,7-0,9fache Dauer des Intervalls fuer seinenVorschub gleiche Zeit konstant gehalten, dann auf Nullmit einer Verzoegerung reduziert, deren Mittelwert durch den Ausdruck alpha = 1,15-0,21d gegeben wird, worin alpha der Drahtdurchmesser ist. Die Schweissanlage zur Durchfuehrung des Verfahrens ist in Fig.2 dargestellt.

Description

-Zf-

9 ^ ? Q O C 7 Berlin, den S, 9, 82 - ^ > U - O / WP S 23 K/237 820/7

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Lichtbogenschweißverfahren und Schweißanlage zur Durchführung, dieses Verfahrens

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise zur automatischen UP-Schweißung dickwandiger Werkstücke mit einer Nahtfuge vorgesehen und kann in einem beliebigen Zweig des Maschinenbaues, insbesondere ±m Energie- und im chemischen Maschinenbau bei der Herstellung von Gefäß- und Kesselkörpern, von Sammelbehältern, Rohrteilen u, 3. Anwendung finden»

Das Verfahren und die Anlage können mit Erfolg zur Ausführung des Wurzelteiles von Stoß- und Ecknähten durch eine automatische UP-Schweißung mit einem Draht des gleichen Durchmessers angewendet werden, wie er zur Füllung dar Nahtfuge ausgenutzt wird,

Die Erfindung ist auch zur Steuerung der Lichtbogenstronunodulation bei der UP-Schweißung in serienmäßigen Schweißapparaten mit einem spannungsffläßig lichtbogenunabhängigen Elektrodendrahtvorschub in die Schweißzone vorgesehen,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein Schweißverfahren (SU-Urheberschein 315531, Kl, 3 23 K 9/00) bekannt, bei dem eine periodische änderung des Sogenstroms und der Bogenspannung und deren Pulsation durch eine synchrone Änderung der Geschwindigkeit des clektrodendrahtvorschubes in die Schweißzone und der Spannung an der Erregerwicklung des Generators (Schweißstromquelle) sowie im Stromkreis der Ankerwicklung des Motors des Draht-

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T O O Γ

vorschubmechanismus gewahrleistet werden« I_nfolgedessen erfolgt eine synchrone Änderung des Sogenstroms und der Sogenspannung, die nach einer Sägezahnkurve moduliert werden.

Am Ende jedes Impulses erreicht die Bogsnspannung einen Minimalwert, deshalb wirti ein stabiles Brennen des Lichtbogens nur dann gesichert, wenn die Pausenzeit t_? zwischen zwei Impulsen der Lichtbogenbrennung die Zeit mit einer Dauer t_ OjOS s nicht überschreitet. Dies begrenzt die Möglichkeiten, die Energiekennwerta des Vorganges und die Einbrandfähigkait des Lichtbogens zu steuern, wenn eine der wichtigsten Frequenzcharakteristiken - Tastverhältnis

^xz

für eine Periode - bei t_? = 0 praktisch nicht geregelt wird,

Bei der Verwirklichung des bekannten SchweiSverf ahrens in Grenzen einer Lichtbogenbrenndauer erfolgen der Stromanstieg auf einen Maximalwert und der darauffolgende Stromabfall nur exponential /während die Erzeugung von Impulsen anderer Form, beispielsweise trapezeidaler oder rechteckiger Form, nicht gewährleistet ist»

Außerdem kann das Verfahren nur bei Ausnutzung von Schweißgeneratoren als Schweißstrotnquelle verwirklicht werden.

Es ist ein Lichtbogenschweißverfahren (G3-PS 1 361 569 3 23 K 9/16, 3 23 P) bekannt, bei dem die Bogenstrompulsation durch Erzeugung von Unipolarimpulsen mit einer vorgegebenen Frequenz geschaffen wird«, Die Dauer jedes Strom-

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z37 a2 ο 7

impulses wird durch die Dauer des Zeitintervalls bestimmt, in dessen Verlauf der Elektrodendraht der Schweißzone zugeführt wird, Im Verlaufe jedes Intervalls des Elektrodendrahtvorschubes, dessen Dauer in Grenzen η = 0,1 bis 3,0 s eingestellt wird, bleibt der Absolutwert der Vorschubgeschwindigksit des Drahtes konstant*·

Die Pausenzeit zwischen den Intervallen das Drahtvorschubes wird in einem Bereich von m = 0,1 bis 1,0 s gewählt«

Im Laufe des gesamten S_chweißvorganges bleibt die Spannung an den Ausgangsklemmen der Schweißstromquelle konstant, und sie wird synchron zur Strompulsation nicht geregalt.

3eira Schweißen mit abschmelzender Elektrode, speziell beim UP-Schweißen'", hängen der Wert des Sogens.trorns und die Vor— Schubgeschwindigkeit des Drahtes funktional zusammen, 3ei Ausnutzung eines Drahtes von 2 bis 5 ram Durchmesser ist die Abhängigkeit ü = f (V) im Wertebereich des Sogenstroms von 300 bis 700 A beinahe linear, d* h,, im Augenblick der Einstellung des Drahtvorschubes muß der Bogenstrom mit einer relativ großen Geschwindigkeit abfallen« während die Hinterflanke des Stromimpulses steil sein muß* Infolge einer verlangsamten Sogenlösung seit dam Äugenblick der Einstellung des Drahtvorschubes wird aber der Strom bei der Impulshinterflanke nach einer flach geneigten Linie abfallen» Hierbei wird die Periodendauer der Bogenlöschung von den Pulvereigenschaften und der Frequenz der Strompulsation abhängig sein, die den Grad der überhitzung der Metallschmelze, die Verdampfung des Metalls und der Schlackenbestandteile sowie die Menge des erschmolzenen Pulvers vorbestimmen* Außerdem wird eine Formverzerrung dar Strom-

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impulse an deren Hinterflanke infolge einer Trägheit des elektronisch-mechanischen Systems für den Drahtvorschub in Erscheinung treten,

Im Vorgang der Bogenbrennung am Ende eines jeden Impulses fällt der Strom also infolge einer verlangsamten Bogenlöschung und der Trägheit des Antriebes für den Drahtvorschub langsam ab, während die Linie der Hinterflanke des Stromimpulses zur Horizontalen unter einem verhältnismäßig spitzen' Winkel, geneigt ist« Diese Erscheinungen haben folgende negative Konsequenzen,

- Im Augenblick der Kristallisation des Metalls bildet sich ara Ende jedes Strorairapulses am Schwanzteil des Schwaißbades bezüglich der Elektrode ein Flüssigmetallgrat aus, der dann erstarrt, weil der Bogendruck beim Strosnabfall steil abnimmt· Infolgedessen bildet sich in der Symmetrieebene der Naht in deren ganzer Länge ein gleichmäßiger Metaligrat, der die äußere Nahtbeschaffenheit, die Abtrennbarkeit dar Schlackenkruste und die nachfolgende Reinigung sehr stark verschlechtert«

- Die Frequsnzcharakteristiken der Periodizität des elek-

trodendrahtvorschubes und der Strompulsation unterscheiden sich stark von den programmierten, was zu einer Abweichung vom Programm, für Energiekennwerte das Schvveißvorganges führt. Beispielsweise wird das Tastverhältnis S_ für die Perioden der Pulsation des Sogenstroas größer als das Tastverhältnis S für die Intervalle des Drahtvorschubes sein:

^si ⁷ -7ΓΓΊΓ~ = ^s

V/P 8 23 Κ/237 825/7 3 7 8 ? 5 7 SO 472 26

wobei Sj - ein Tastverhältnis für die Perioden der Pulsationen des Sogenstroms-,

S - ein Tastverhältnis für die Intervalle des elektroden drahtvorschubes,

η - die Dauer des Intervalls für den Elektrodenvorschub-,

m - die Pausenzeit zwischen den Intervallen für den Drahtvorschub,

t_T - die Impulsdauer bei der Sogenbrennung,

t_o - die Pausenzeit zwischen den Impulsen bei der Sogenbrennung

bezeichnen*

Infolge einer beträchtlichen Abweichung der Form der Stroraimpülse von der Rechteckform sind S_T ? S, t_T> n, t₂ < ra_# was·:: zu . einer r-'.ndarung des ' therraischsn Schweißzyklus- und der Einbrandfähigkeit des Lichtbogens gegenüber den Einstellwerten der Intervallen für den Drahtvorschub und der Pausen m zwischen ihnen entsprechenden Vorgängen führt.

Es ist eine Schweißanlage zus Schweißen mit abschmelzender Elektrode in einzelnen Punkten (Nietschv^eißen) (s„ Buch von O, I, Vainboiiii "Automatische LichtbogenpunktschweiSung" , Verlag "Mashinostroenie", I960, S, 166 bis 169, 174) bekannt, die an eine Bogenstromquelle angeschlossen ist und einen SchweiEkopf und einen im Gehäuse des Kopfes untergebrachten Elekt rodendraHfc/orschubraechanisiaus siit einer Andruck- und einer Antriebsrolle enthält* Der Drahtvorschubmechanismus ist mit einem Schweißbrenner und einem elektrischen Antriebsinotor versehen, In der Symmetrieachse des Drahtvorschubnsachanismus ist am Gehäuse eine Führungsdüse

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mit einer auswechselbaren Spitze befestigt, während an der entgegengesetzten Gehäusewand eine Konsole mit einem Elektrodendrahtmagazin angeordnet ist. Die Schweißanlage ist mit einem an den Elektromotor angeschlossenen Speise- und Steuerteil sowie mit einer Regeleinheit für die Betriebsart zum Elektrodendrahtvorschub mit einem Steuerraultivibrator und Sfelleleraenten versehen, die für eine Ein- und Abschaltung des Speisekreises des Motors sorgen,

Dar Schweißkopf wird- über der Schweißstelle eingestellt« Dar Operateur betätigt durch einen Druck auf die Starttasta den Speise- und Steuerteil., der gleichzeitig den Schweiß-Stromkreis mit der Speisequelle und den Spaisekreis des Elektromotors des Drahtvorschubraechanismus schließt,, £s beginnt die Zuführung des Drahtes zum Werkstück, ein Lichtbogen wird gezündet:, und das Schweißen kommt zustande. Gleichzeitig daait beginnen der Multivibrator und ein elektronischer Regler des Steuerteiles rait der Zählung der vegegebenen SchweiSzeit» Nach Ablauf des zum Drahtvorschub eingestellten Intervalls öffnen die Stellelemente den Speisekreis des Elektromotors des Drahtvorschubmschanisinus und den Schwaiiästromkreis mit der Speisequells» Ois Schweißung ist zu Ende,

Hierbei wird Im Augenblick des Abschaltens des Elektromotors die Rotationsbewegung der Antriebsrolle nicht augenblicklich gestoppt, sondern sie dreht sich in Abhängigkeit von der Trägheit des Antriebes um einen bestimmten Winkel weiter«

Zur Auslösung des nächsten Impulses der Sogenbrennung muß

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7 O O ^¹ *7

der Operateur die Starttaste wiederholt durchdrücken» Eine unablässige Abwechselung der Perioden der Sogenbrennung im automatischen Zyklus ist durch das bekannte System nicht gewährleistet.

Die bekannte Einrichtung sichert für jede Betriebsart einen Vorgabewert der Periodendauer der Bogenbrennung und die Regelung einer Verzögerung des Lichtbogens, d* h, seiner Löschzeit nach der Einstellung des Drahtvorschubes beim eingeschalteten Schweißst romkreis*

Die bekannte SchweiEanlage gestattet es, die Betriebsart nur in einem Zyklus zu verwirklichen» Die konstruktive Ausführung der Anlage gestattet es nicht, die Pausenzeit zwischen den Zyklen der Sogenbrennung vorzugeben und zu regeln und das elektrodynamische Verhalten des Elektromotors des Orahtvorschubmechanismus zu steuern» Infolgedessen wird keine Regelung der Dauer der Intervalle für den Drahtvorschub und der Pausen zwischen ihnen im pulsierenden Betrieb der Bogenbrennung ermöglicht.

Es wird außerdem keine Regelung der Dauer des Stromabfalls und der Hinterfiankensteilheit des Stromimpulses gesichert,. Infolgedessen wird die Steuerraöglichkeit für die Nahtformbedingungen stark verschlechtert, was die Qualität des MahtäuSeren, besonders bei der Ausführung des Wurzelteiles der Stumpf- und Eckverbindungen rait der Kantenvorbereitung·, verschlechtert.

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Ziel der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine erweiterung des Anwendungsgebiets der automatischen UP-Schweißung zur Ausführung von Wurzelnähten, der Herstellung von relativ dünnwandigen Werkstücken, der Ausführung von Stumpfverbindungen bei maximalen Luftspal'ten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein LichtbogenschweiSverfahren und eine Schweißanlage zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei denen die Wahl der Vorschubgescnwindigkeit des Elektrodendrahtes in der Schweißzone entsprechend einem vorgegebenen pulsierenden Zustand des Lichtbogen&£romes ein stabiles Lichtbogenbrennen gewährleistet, das es gestattet, VVurzelnähte von hoher Qualität zu erhalten.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem durch eine abschmelzende Elektrode realisierbaren Lichtbogenschweißverfahren, darin bestehend, daß die Pulsation des Lichtbogenstroms durch Erzeugung von unipolaren Stroaiimpulsen mit einer vorgegebenen Impulsfolgefrequenz und Impulsdauer geschaffen wird, die der Dauer von Zeitintervallen entspricht, in deren Verlauf der Elektrodendraht der Schweißzone zugeführt wird, und die mit Pausen abwechseln, in deren Verlauf, der Elaktrodendrahtvorschub in die Schweißzone eingestellt wird, gemäß der Erfindung die die Amplitude des Stromifflpulses bestimmende Vorschubgeschvvindigkeit des Elektrodendrahtes für eine 0,7- bis o,9fache Dauer des

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_n ^ _Λ ^ η ^{60 472 26}

Intervalls für seinen Vorschub gleiche Zeit konstant gehalten und dann auf Null mit einer Verzögerung reduziert wird, deren Mittelwert durch den Ausdruck:

CL β 1,15 - 0,21d

gegeben wird, worin d - der Durchmesser des Elektrodendrahtes ist*

Im RegelungsprozeS für den Schweißbetrieb ist es zweckmäßig, die Verzögerungswert-Grenzabweichungen vom Verzögerungs-Mittelwert durch einen Bereich von 0,64 ^- 4. Q-_T ^- 1,7 °~ zu begrenzen.

Die gestellte Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß in der SchweiSanlage zur Durchführung des LichtbogsnschwaiSverfahrenSj die an eine Schweißstronsquelle angeschlossen ist und einen SchweiSkopf enthält, der einen Mechanismus zuta Vorschub des Elektrodendrahtes in die Schweißzone und einen elektrischen Antriebsmotor für den Elektrodendrahtvorschub-Riechanismus, einen Speise- und Steuerteil des Elektromotors, eine Regeleinheit für die Betriebsart zum Elektrodendrahtvorschub, deren Eingang an den Ausgang des Speise- und Steuerteiles des Elektromotors und deren Ausgänge an den Elektromotor angeschlossen sind, aufweist, gemäS der Erfindung die Regeleinheit für die Betriebsart zum Elektrodendrahtvorschub eine stabilisierte Speisequelie enthält, an deren Ausgang sine Reihenschaltung aus einein Steuermultivibrator üiit getrennt geregelten '.Vertan der Strominipulsdauer. und der Pausenzeit, einen Signalleistungsverstärker, einem Steuerrelais, an dessen Ausgang eine Gruppe von die Ein-

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7 82 6 ⁷

schaltung des elektrischen Antriebsmotors für den Elektrodendrahtvorschubmechanismus steuernden kontaktlosen Stellelementen angeschlossen ist, und einer Regeleinheit für die Hinterflankensteilheit des Stromimpulses gelegt ist, an deren Ausgang eine anders Gruppe von den elektrischen Antriebsmotor für den Elektrodendrahtvorschubmechanisinus umsteuernden kontaktlosen Stellelementen angeschlossen ist, wobei die Ausgänge der beiden Gruppen der Elemente an den Elektromotor angeschlossen sind»

Ä'usführunqsbeisoiel

Die vorliegende Erfindung soll nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden» In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig» 1: Zyklogramrae des ScbweiSvorganges mit einem pulsierenden Lichtbogen nach dem vorgeschlagenen Lichtbogenschweißverfahren;

Fig. 2: einen Übersichtsschaltplan einer SchweiSanlage zur Durchführung des LichtbogenschweiSverfahrens ;

Fig. 3: ein Blockschaltbild einer Regeleinheit für die Betriebsart zum Elektrodendrahtvorscnub in die SchweiSzone«

Das durch eine abschmelzende Elektrode realisierbare LichtbogenschweiSverfahren besteht darin, daß die Pulsation des Lichtbogenstroms durch Erzeugung von unipolaren Stromimpulsen mit einer vorgegebenen Impulsfolgefrequenz geschaffen wird. Die Dauer t_T (Fig* 1) jedes Stromirapulses wird

Λ Λ S*? Λ Λ -, f-J

.α» W / U L·. \j /

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durch die Dauer η (Fig. la) von Zeitintervallen bestimmt, in deren Verlauf der Elektrodendraht der Schweißzone zugeführt wird. Auf einein experimentellen Vieg wurde die Dauer t, (Fig, Ib) der 31romimpulshinterflanke bei der Ausführung der Schweißung auf mit einem Elektrodendrahtvorschubmechanismus si it einem elektrischen Wechselstrom- und Gleichstromantrieb ausgestatteten Apparaten ermittelt» Es wurde festgestellt, daß für eine SchweiSnahtformung mit hoher Qualität bei einer UP-SchweiSung mit einem Draht von 1,5; 2,0; 3,0; 5,0 mm Durchmesser die erforderliche Form des Stromimoulses bei den Werten der Dauer t- der Imaulshinterflanke von 0,1 bis 0,15 s gewährleistet wird.

Ausgehend von den herstellungstechnischan Forderungen wird die Dauer η der Intervalle für den Elektrodendrahtvorschub aus einsiii vVertebereich von η = 0,3 bis 0,1 s genommen* Da t-, = 0,1 bis 0,15 s ist, wird in jedem Impuls die Zeit für den Elektrodendrahtvorschub in die Schvveißzone mit einer konstanten Geschwindigkeit von 0,7 η bis 0,9 η betragen»

Auf der Basis technologischer Experimente wurden für jeden Vi/ert des Elektrodendrahtdurchmessers ein Mittelwert V und ein zulässiger Maximal- und Mininialwert V bzw« V

³ η max n mm

der Vorschubgeschvvindigkeit des Drahtes ermittelt« Hierbei raus der untere Grenzwert der Geschwindigkeit ein stabiles Lichtbogenbrennen während der Pause gewährleisten, in deren Verlauf der Drahtvorschub in der SchweiSzone eingestellt wird und deren Dauer in einem Bereich von m = 0,3 bis 0,8 s gewählt wird. Der maximale Geschwindigksitswert wird in der Weise gewählt, um ein stabiles Lichtbogenbrennen für eine empfehlenswerte Lichtbogenspannung in Abhängigkeit vom Drahtdurchmesser zu gewährleisten.

ή _f~ λ f+' r» ·/ Ö L· Ό /

^{wp 3 23} Κ/237 825/7 - 12 - 60 472 26

Beim bekannten Wertebereich der Drahvorschubgeschvvindigkeit und bei der bekannten Hinterflankendauer t-, des Stromimpulses wurden entsprechende Verzögerungswerte für jeden Wert des Drahtdurchmessers nach den Formeln:

V V V .

λ - ⁿ . ο ^max - ^ mm

max t__ min _ ^_3x

ermittelt»

Durch eine grafische und analytische Verarbeitung der experimentell ermittelten Daten wurde ein Ausdruck erhalten, der mathematisch eine Funktion:

α = f<d) ;

a = 1,15 - 0,2.1 d

beschreibt, worin d = der Drahtdurchmesser ist»

Im RegelungsprozeS für den Schweißbetrieb werden die Grenzabweichungswerte der Verzögerung von deren Mittelwert in einem Bereich von

0,64 0. <a _χ < 1,7 CL

eingestellt»

Nachstehend soll ein konkretes Beispiel angeführt «erden, das die Möglichkeit der Realisierung des vorgeschlagenen Lichtboger,schweiSverf ah rens bestätigt*

Beispiel

Es wurde eine Wurzelnaht bei dar Ausführung einer drehbaren Stumpf schweißverbindung eines aus Rohrknüppeln, der Abmes-

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37826 7

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O,0042	m/ s
0,036	m/s
0,4	S
0,5	S.

sungen 325 χ 75 mm mit einer V-geformten Nahtfuge zusammengesetzten Rohrteiles geschweißt» Oa die Füllung der Nahtfuge unter Pulver mit einem Draht von 3 mm Durchmesser verwirklicht wird, wird zur Ausführung der Wurzelnaht ein Draht des gleichen Durchmessers ausgenutzt. Die Parameter des Fertigungsprozesses waren folgende:

SchweiEgeschwindigkeit Drahtvorschubgeschwindigkeit Dauer des Intervalls für den Drahtvorschub

Pausenzeit

Beim Schweißen mit dera Draht von 3 mm Durchmesser ist der Mittelwert der Verzögerung gleich;

• &= L, 15 - 0,21d a 1,15 - 0,21 . 3 = C,52 m/s²,

während die Grenzwerts einer Beschleunigung in einem Bereich von

0,333 ^ CL _I 5 0,88 eingestellt werden.

Ausgehend von der Trägheit des verwendeten SchweiSapparates wurde festgestellt, daß die Dauer t-, der Impulshinterflanke 0,1 s betragen muß. Die Prüfung ergibt, daß a- = 0,36 ist, d, h., der Wert der Verzögerung liegt in zulässigen Grenzen»

Die Ausnutzung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens im konkreten Betrieb gestattete as, aine Wurzelnaht hoher

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7 c

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Qualität zu erhalten.

Vor der Entwicklung und der Überführung des erf indungsgemäSen Verfahrens in die Produktion wurde die gleiche Wurzelnaht bei ähnlichen Werkstücken in einem Lichtbogen-Handschweißen geformt, weil die Anwendung der Technologie der automatischen UP-Schweißung mit einem ruhigen stabil brennenden) Lichtbogen infolge des Auftretens von Durchschmelzungen unmöglich war» In beiden Fällen wurden die Schweißverbindungen an Werkstücken aus niedriggekohltem Stahl (Probe 1) und an Werkstücken aus Stahl dar Perlitklasse (Probe 2) folgender chemischer Zusammensetzung: 0,14 % C, 0,33 % Mn-, 0,3 % Si, 0_f18 % V, 1,15 % Cr, 0,26 % Mo gebildet.

Nachstehend sind die technisch-ökonomischen SchwsiSwerte zur Formung einer Wurzelnaht einer Stumpfverbindung 325 χ 40 mm angegeben.

Ifd« technisch-ökonomische

., Kennziffern ι i r«

HandschwelSung Automatische Probe 1 Probe 2 UP-Schvveißg«

mit einem pulsierenden Lichtbogen Probe 1 Probe 2

Arbeitsintensität f. die Schweißung der Nahtwurzel· (h)

0,494

,598

0,24

0,28

Nahtreinigung nach der SchvveiSung mittels

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Schleifscheibe (h) 0,0745 0,0745 Stahlbürste (h) 0,0153 0,0153 Druckluftmeißel (h) G,03 0,03

Gesamte Arbeitsintensität für die Ausbildung einer Wurzelnaht (h) 0,5138 0,717S C ,2.4 0,28

Spezifischer Stromverbrauch pro 1 kg aufgeschmolzenes Metall (kWh) 10 10 4,5 4,5

Aus den angegebenen Daten ist es ersichtlich ₃ daß die Anwendung des erfindungsgemäßen Lichtbogenschvveißverfahrens es gestattete, die Leistungsfähigkeit des Prozesses um das 2- bis 2,5fache zu erhöhen und den Stromverbrauch für die Schweißung um das 2fache zu reduzieren, d. h*, die Herstellung der SchweiSstücke ist wirtschaftlicher geworden»

Durch Regelung der Frequenzcharakteristik und erhaltung einer optimalen Form von Stromimpulsen wurde es also möglich ,

- die automatische UP-SchweiSung mit einem Draht von 3 tnm Durchmesser und mehr zur Ausbildung des Wurzel teiles einer Reihe von Stumpf- und Eckverbindungen bei der Herstellung von Gefäßen, Rohrteilen und anderen Werkstücken anzuwenden, was die Notwendigkeit der Ausnutzung der

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Ό / - 16 -

Lichtbogen-HandschweiSung für diese Nähte ausschließt, die Rentabilität der Produktion erhöht und die Qualität der SchweiSstücke verbessert,

Einbränds und andere Fehler bei der UP-Schweißung von mit einem Wurzelspalt bis zu 1,5 mm und mit einer Nahtüberhöhung bis zu 2 mm zusammengesetzten Werks tueken mit Hilfe eines Drahtes von 3 bis 5 mm Durchmesser zu eliminieren ,

eine konkave Nahtoberfläche in Form eines Meniskus zu erhalten _s was von besonderer Tragweite bei der Ausführung von Wurzellagen bei Schweißverbindungen mit einer herkömmlichen Nahtfuge und bei der Ausführung von Verbindungen mit einer schmalen Nahtfuge ist, d, h,., es wird eine Abtrennung einer Schlackenkruste ohne Änderung der chemischen Zusammensetzung des Schweißpulvers wesentlich erleichtert »

die notwendige Lagenanzahl zur Füllung der Nahtfuge bei der Formung von waagerechten und Ecknähten zu verringern,

die UP-Schweißung zur Herstellung verhältnismäßig dünnwandiger Werkstücke von 100 mm Durchmesser und darunter durch Verhinderung eines AbflieSens der Metallschmelze und Schlacke im Vergleich zur SchweiSung mit einem ruhigen Lichtbogen zu verwenden,

das Anwendungsgebiet der UP-Schweißung gegenüber der bestehenden Technologie ihrer Ausführung bei konstanten Werten elektrischer Betriebsdaten zu erweitern.

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Das erfin^ungsgemäße Lichtbogenschweißverfahren wird mit Hilfe einer Schweißanlage 1 (Fig. 2) realisiert, die an eine Schvveißstromqualie 2 angeschlossen ist und einen Schweißkopf 3 einschließt» Der Schweißkopf 3 enthält einen Mechanismus 4 zum Vorschub des Elektrodendrahtes in die Schweißzone, einen elektrischen Antriebsmotor 5 für den Elektrodendrahtvorschubmechanismus 4, eine Andruck- und Antriebsrolle 6 Όζηt 7₄ eine Führungsdüse 8 mit einer auswechselbaren Spitze 9 für den Drahtvorschub in die SchvveiS-zone von Werkstücken 10 und ein Schweißdrahtmagazin 11« Zur Steuerung des Schweißkopfes 3 ist die Anlage 1 mit einem Speise- und Steuerteil 12 des Elektromotors versehen, Zur Sicherung der Arbeit eines pulsierenden Lichtbogens und der Regelung der Frequenzcharakteristika des Schweißvorganges ist die Anlage 1 mit einer Regeleinheit 13 für die Betriebsart zum Elektrodendrahtvorschub versehen_# deren Eingang an den Speise- und Steuerteil 12 und deren Ausgang an den Elektromotor 5 des Elektrodendrahtvorschubraachanisraus 4 angeschlossen ist*

Die Regeleinheit 13 (Fig. 3) für die Betriebsart zum Elsktrodendrahtvorschub enthält eine stabilisierte Speisequelle 14, die eine Reihenschaltung aus einem Gleichrichter 15, einem Glättungsfilter 16 und einem Stabilisator 17 enthält» An den Ausgang des Stabilisators 17 ist eine Reihenschaltung aus einem Steuermultivibrator IS mit getrennt geregelten Werten der Stromimpulsdauer und der Pausenzeit, einem Signalleistungsverstärker 19, einem Steuerrelais 20 und einer Regeleinheit 21 für die Hinterfiankensteilheit eines Stromimpuises gelegt. An die Ausgänge des Steuerrelais 20 und der Regeleinheit 21 sind Gruppen kontaktloser Stellale-

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?fi 7

mente 22 bzw_e 23 angeschlossen, deren Ausgänge mit dem Elektromotor 5 gekoppelt sind, Oedes Element 22 und 23 besteht aus gagenparallelgeschalteten Thyristor«

sn.

Zur Ausführung der Schv/eißung mit einem pulsierenden Lichtbogen werden vorher folgende Operationen durchgeführt: Der Schweißkopf 3 (Fig, 2) wird herangeführt und über dem SchvveiSstück 10 am Nahtanfang angeordnet. Da der Drahtvorschubmechanisnsus 4 mit einem Wechselstrommotor ausgestattet ist, wird rr.it Hilfe seiner Wechselräder eine erforderliche Drshtvorschubgeschvvindigkait vorgegeben« Mit Hilfe des Steuerniultivibrators 17 (Fig* 3) wird die erforderliche Dauer von Zeitintervallen für den Drahtvorschub in die Schweißzone und von Pausen zwischen ihnen eingestellt* Dann wird die SchweiSstromquelle 2 (Fig. 2) eingeschaltet, und die Anlage 1 ist betriebsbereit zum Schweißen*

Die SchweiSanlage arbeitet wie folgt: Zur Bewegung des Werkstückes 10 (beispielsweise zur Rotation von Rohrknüppeln oder zur horizontalen Bewegung von Blechen) mit einer vorgegebenen SchweiSgeschwindigkeit wird ein (in Fig* 2 nicht eingezeichneter) Antrieb betätigt* Ist der Schweißkopf 3 an einea beweglichen »Vagen montiert, wird er verschoben. Vom Speiseteil 12 wird die Spannung dem Eingang der stabilisierten Speisequelle 14 (Fig, 3) der Regsieinheit 13 für die Betriebsart zum Drahtvorschub zugeführt, die über den Mechanismus 4 (Fig, 2) den Drahtvorschub in die SchweiSzone in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen pulsierenden Zustand des Schweißstroms besorgt» Im Augenblick des Vorschubes des Drahtes in die SchweiSzone berührt er das Werkstück 10, der SchweiSkreis wird geschlossen und ein Lichtbogen gezündet» Auf solche Weise vollzieht sich

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der Schvveißvorgang mit abschmelzender Elektrode beim pulsierenden Lichtbogen.

Die Regeleinheit 13 (Fig« 3) für die Betriebsart zum Drahtvorschub arbeitet wie folgt: Die Speisespannung wird vom Speiseteil 12 den eingängen der kontaktlosen Stellelemente 22 und 23 und über die stabilisierte Speisequelle 14 dem Steuermultivibrator IS, Verstärker 19, Steuerrelais 20 und der Regeleinheit 21 für die Hinterflankensteilheit des Stromiapuises zugeführt*

Nach der Spannungszuführung liefert der Multivibrator 13 Rechtecksignale mit einer regelbaren Stromisipulsdauer und Pausenzeit» Diese Impulse gelangen über den Verstärker 19 auf das Relais 20, das die Arbeit der Elemente 22 steuert, die die Spannung dem Elektromotor mit einer eingestellten' Periodizität zuführen, wodurch der vorgegebene pulsierende Zustand des Eiektrodendrahtvorschubes in die SchweiSzone ermöglicht wird»

Entsprechend den für den Multivibrator 18 vorgesehenen Betriebsarten befindet sich das Relais 20 im Laufe einer vorgegebenen Zeit im eingeschalteten und stromlosen Zustand, der der Dauer der Intervalle für den Drahtvorschub und der Pausen zwischen ihnen entspricht.

Im Augenblick des Aoschaitens des Relais 20 schaltet die Regeleinheit 21 für die Hinterflankensteilheit des Stromimpulses ein, die über die Gruppe der kontaktlosen Stellelemente 23 den elektromotor 5 für die Dauer der vorgegebenen Zeitspanne umsteuert.

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Λ ***. I=J ft» W /

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Die Elemente 18 j 19; 20; 22 sichern also sine vorgegebene Dauer der Intervalle für den Drahtvorschub und der Pausen zwischen ihnen. Dies gestattet es, die Charakteristika des pulsierenden Zustandes des Schv/eißstroms; das Tastverhältnis für die Periode, die Frequenz der Pulsation zu regulieren.

Die Elemente 20; 21; 23 sorgen für eine vorgegebene Umkehrzeit während der Pause und für die Hinterflankensteilheit des Stromimpulses*

Eine derartige Ausführung der Regeleinheit 13 für die Betriebsart zus Druckvorschub erlaubt es, den Vorgang mit einer regelbaren Dauer der Perioden der Lichtbogenbrennung und der Pausen zwischen ihnen zu führen sowie die Impulsform des Lichtbogenstroms zu steuern.

Dies schließt eine Stromimpuisformverzerrung~~We'g"en der Trägheit des Elektromotors 5 des Drahtvorschubmechanismus 4 und der Verzögerung der Bogenlöschung aus»

Die vorliegende Konstruktion der SchweiSanlage gestattet es, den Vorgang der UP-SchweiSung mit abschmelzender Elektrode und pulsierendem Lichtbogen zu verwirklichen und die Frequenzcharakteristika des Vorganges zu regeln* Infolgedessen wird es in zunehmendem Maße möglich, die Fertigungseigenschaften der UP-3chweiSung: Einbrandfähigkeit des Lichtbogens, thermischer Arbeitszyklus, äußere Nahtbeschaffenheit und Abtrennung dar Schlackenkruste zu steuern und zu regeln« Dadurch erweitert sich das Anwendungsgebist der automatischen UP-SchweiSung zur Ausführung von Wurzel-

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nähten, zur Herstellung verhältnismäßig dünnwandiger Werkstücke, zur Ausführung von Stumpfstößen bei maximalen Luftspalten.

Claims (1)

1. Erf in dungs a η sprue Si

   1. LichtbogenschvveiSverf ahren, das durch eine abschmelzende Elektrode realisiert wird, darin bestehend, daß die Pulsation des Lichtbogenstroms durch Erzeugung von unipolaren Stromimpulsen mit einer vorgegebenen Impulsfolgefrequenz und Impulsdauer geschaffen wird, die der Dauer von Zeitintervallen entspricht, in deren Verlauf der Elektrodendraht der Schweißzcne zugeführt wird, und die mit Pausen abwechseln, in deren Verlauf der Elektrodendrahtvorschub in die SchweiSzone eingestellt wird, aekennzeichnet dadurch, daß die/amplitude des Stromimpulses bestimmende Vorschubgeschvvindigkeit des Elektrodendrahtes für eine 0,7- bis o,9fache Dauer des Intervalls für seinen Vorschub gleiche Zeit konstant gehalten und dann auf Null mit einer Verzögerung reduziert wird, deren Mittelwert durch den Ausdruck:

   CL = 1,15 - 0,21d

   gegeben wird, worin d - der Durchmesser des Elektrodendrahtes ist»

   2» Schvveißverfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Regelungsprozeß für den Schweißbetrieb die Verzog e rung sw er t- Gr en zabweichu η gen vom Verzögerungs-Mittelwert durch einen Bereich von

   0,64 α < ⁰^₁ < 1,7CL beschrankt sind,

   3· Schvveißanlage zur Durchführung des Verfahrens nach den

   WP S 23 K/237 826/7 60 472 26

   ?37 8?6 7

   &m ***? * X^ λυ-.? %^J *

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   Punkten 1 und 2', die an eine Schvveißstromquelle angeschlossen ist und einen Schweißkopf enthält, der einen Elektrodendrahtvorschubmechanismus und einen elektrischen Antriebsmotor für den Elektrodendrahtvorschubmechanismus, einen Speise- und Steuerteil des Elektromotors, eine Rageleinheit für die Betriebsart zum Elektrodendrahtvorschub, deren Eingang an den Ausgang des Speise- und Steuerteiles des Elektromotors und deren Ausgange an den Elektromotor angeschlossen sind, aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß die Regeleinheit (13) für die Betriebsart zum Elektrodendrahtvorschub eine stabilisierte Speisequeile (14) enthält, ar> deren Ausgang eine Reihenschaltung aus einem Steuermultivibrator (IS) mit getrennt geregelten Werten der Stroraimpulsdauer und der Pausenzeit, einem Signalleistungsverstärker (19), einem Steuerrelais (20.) , an dessen Ausgang, eine Gruppe von die Einschaltung des elektrischen Antriebsmotors (5) für den Elektrodendrahtvorschubmechanisüius (4) steuernden kontaktlosen Stellelementen.(22) angeschlossen ist, und einer Segeleinheit (21) für die Hinterflankensteilheit des Strom-Impulses gelegt ist, an deren Ausgang eine andere Gruppe von den elektrischen Antriebsmotor (5) für den Elsktrodendrahtvorschubmechanisfiius (4) umsteuerndan kontaktlosen Stellelementen (23) angeschlossen ist, wobei die Ausgänge der beiden Gruppen der Elemente (22; 23) an den Elektromotor (5) angeschlossen sind.

   - Hierzu 2 Seiten zeichnungen -