DD213152A1 - Teilautomatisches lichtbogenschweissen mit endlos umhuellter elektrode - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum teilautomatischen Lichtbogenschweissen mit einer endlos umhuellten Drahtelektrode. Ziel ist eine selbsttaetige Umhuellung dieser Drahtelektrode. Dazu sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, unter Ausnutzung der Erwaermung des freien stromdurchflossenen Elektrodenendes. Erfindugsgemaess sintert ein feinkoerniges Schweisspulver selbsttaetig an das erhitzte freie Elektrodenende an, wobei das Schweisspulver waehrend des Prozesses teilweise aufschmilzt und eine sich kontinuierlich bewegende Drahtelektrode mit einer teigigen Schicht umgibt. In Verbindung mit einem Kuehlsystem fuehrt si zu einer geschlossenen Umhuellung des freien Elektrodenendes der Drahtelektrode mit einem glasigen Schlackenmantel. Zum besseren Aushaerten der Umhuellung koennen im Schweisspulver 3...8% Bindemittelbeimengungen enthalten sein. Zur Durchfuehrung des Verfahrens ist dem Schweiskopf nachfolgend eine spezielle Duese angeordnet.

Description

Teilautomatisches Lichtbogenschweißen mit endlos umhüllter Elektrode

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum teilautomatischen Lichtbogenschweißen mit einer endlos umhüllten Drahtelektrode, unter Ausnutzung der beim Stromdurchfluß entstehenden Widerstandserwärmung des freien Slektrodenendes, wobei die Umhüllung lichtbogenstabilisierende Elemente enthält und das Schmelzbad vor atmosphärischen Einflüssen schützt. Das Verfahren ist sowohl zum Auftrags- als auch Verbindungsschweißen von Metallen in waagerechter Schweißposition geeignet.

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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt ,...daß für das teilautomatische Schweißen mit offenem Lichtbogen verschiedene Schweißverfahren entwickelt, teilweise genutzt und einige wegen Unwirtschaftlichkeit bzw. komplizierter Verfahrenstechnik wieder eingestellt wurden. Dazu gehört ein Verfahren zum· teilautomatischen Lichtbogenschweißen unter Verwendung von Handschweißelektroden, wobei aus einem Magazin durch eine endlose Kette, auf der sich drei Elektrodenhalter befinden, nach dem Abschmelzen.einer Elektrode die nächste automatisch zugeführt wird. Andere Verfahren benutzen kein Magazin, sondern die Elektroden müssen in den Sie let; rodenhalte r eingesteckt werden oder weisen besondere Slektrodenhalterungen und/ oder -Zuführungsmechanismen auf.

Weiterhin sind Methoden bekannt, bei denen die Siektrodenzuführung nicht am Elektrodenende, sondern kurz über dem Lichtbogen erfolgt. Um die Stromzuführung trotz der Umhüllung in Lichtbogennähe vornehmen zu können, wird die Umhüllung geteilt in zwei Halbschalen zugeführt und nachder Stromzuführung in einer Düse zusammengelegt. Die Halbschalen, ähneln einer Gliederkette, wobei die Glieder durch eingepreßte Drähte miteinander verbunden sind,

Neben der Verwendung von Sinze!elektroden ist aber auch der Einsatz endlos umhüllter Elektroden bekannt, mit einer dicht über dem Lichtbogen liegenden Stromzuführung. Das wird dadurch erreicht, daß der Kerndraht von einem Maschennetz aus dünnen Drähten umhüllt ist, die den Strom von der. Düse auf den Kerndraht übertragen. In die Maschen des Drahtnetzes ist die Umhüllungsmasse eingepreßt, die einen ausreichenden Schlackenschutz über dem Schmelzbad sichert.

Nachteilig für die genannten und- beschriebenen Verfahren ist, daß entweder ein aufwendiger Zuführungsmechanismus für die notwendigen Elektroden erforderlich ist,- sie mit einer komplizierten Stromzuführung verbunden sind oder die Betriebszuverlässigkeit nicht gewährleistet ist. Teilweise lassen sich die erforderlichen endlosen. Elektroden, und auch Einzelelektroden nur mit einem, hohen Material- und damit Kostenaufwand herstellen. Bei anderen Verfahren werden endlose Elektroden dadurch hergestellt, daß Elektrodenstäbe mechanisch oder durch Widerstandsschweißen zusammengefügt werden. Über eine Abflachung der-Umhüllung bzw. eine eingepreßte Eiile längs der Elektrode, kann der Strom dicht oberhalb des Lichtbogens zugeführt werden. Diese Verfahren haben sich jedoch wegen häufiger Funktionsstörungen beim Verbinden der Elektroden in der.-Praxis nicht durchgesetzt. Neben festen sind auch pulverförmige Umhüllungen bekannt, z. B. beim Magnetpulverschweißen. Sine magnetische pulverförmig e Umhüllungsmasse umgibt unter Ausnutzung des beim Schweißen um den Kerndraht entstehenden Magnetfeldes die Elektrode. Die Stromzuführung erfolgt ebenfalls kurz über dem Lichtbogen. Dieses Verfahrensprinzip wird bei bestimmten Anwendungsfällen auch mit dem CCU-Schweißen kombiniert. Nachteile sind die hohen Pulverkosten und eine noch nicht sichere Verfahrenstechnologie. Das bekannteste Verfahren des Schweißens mit umhüllter Elektrode ..ist das UP-Schweißen. Hierbei handelt es sich zwar nicht um eine wörtliche Umhüllung der Elektrode, sondern um ein Einhüllen des gesamten Lichtbogenschweißprozesses durch vor und während des Schweißens zugeführtes Schweißpulver. Neben den Verfahrensvorteilen des UP-Schweißens, die zu umfangreichen Anwendungen in der Industrie geführt haben, werden der hohe Pulververbrauch und Schlackenanteil als Nachteile angesehen.

Ziel der Erfindung

Ss ist Ziel der Erfindung, eine selbsttätige Umhüllung der Drahtelekt.rode und damit auch einen genügenden Schutz des Schmelzbades zu erreichen. Dadurch soll die- bisher erforderliche abdeckende lose Pulverschicht eingespart, der hohe Schlackenanteil und die .Verfahrenskosten durch einen geringeren Material- und Energieaufwand reduziert werden.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum teilautomatischen Lichtbogenschweißen mit endlos umhüllter Drahtelektrode zu schaffen und geeignete Mittel zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, wobei unter Ausnutzung der an sich bekannten Widerstandserwärmung des freien stromdurchflossenen Slektrodenendes eine selbsttätige Umhüllung der kontinuierlich vorgeschobenen Drahtelektrode erfolgt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein feinkörniges Schweißpulver selbsttätig an das erhitzte freie Elektrodenende ansintert, wobei das Schweißpulver _. während des Prozesses teilweise aufschmilzt und eine sich kontinuierlich bewegende. Drahtelektrode mit einer teigigen Schicht umgibt, die in Verbindung mit einem Kühlsystem zur geschlossenen Umhüllung des. freien Elektrodenendes der Drahtelektrode mit einem glasigen Schlackenmantel führt.

Um. die Bildung der Umhüllung zu begünstigen, können im Schweißpulver 3 ··- 8 % Bindemittelbeimengungen, ζ. Β. Phenolharze, enthalten sein.

Das Verfahren wird derart realisiert, daß einem Schweißkopf nachfolgend eine Düse angeordnet ist, deren Einsatz eine Gleitführung zur Zentrierung des freien Elektrodenendes der Drahtelektrode und drei um 120° versetzt angeordnete Kanäle besitzt, über die eine an der Gleitführung anschließende Bohrung mit dem Pulverspeicher und/oder dem

Pulvertrichter in Verbindung steht, wobei der Durchmesser der Bohrung dem Endmaß der umhüllten Drahtelektrode entspricht und die sich zum besseren Drahtaustritt aus der Düse in Richtung des Düsenendes, das ein Kühlsystem besitzt, schwach konisch erweitert.

Bei diesem Verfahren erfolgt das Schweißen mit einer dünnen hoch strombelasteten endlosen Drahtelektrode. Das freie Slektrodenende. d. h. der Abstand zwischen Stromkontaktdüse und Schweißtsil, ist größer als 50 mm. Dadurch erfolgt eine stärkere Erwärmung dieses stromführenden Elektrodenabschnittes. Es werden -Temperaturen - 600⁰C erreicht. Unterhalb der Stromkontakt düse, wird in einer elektrisch isolierten Düse feinkörniges Schweißpulver von der heißen Elektrode angesintert bzw. angeschmolzen. Durch Kühlung des unteren Düsenendes wird die Schlacke in einen teigigen bzw. glasigen Zustand versetzt, so daß die Elektrode infolge des Vorschubes umhüllt zur Schweißstelle geführt wird. Durch die Liohtbogenwärme wird die Schlacke flüssig und fließt über den Lichtbogen, der durch die Schlackesubstanzen stabilisiert wird, auf das Schmelzbad und überdeckt es infolge des geringeren spezifischen Schlackengewichtes mit flüssiger Schlacke. Mit dem..Fortgang des SchweiBVorganges bzw. Entfernen des-Lichtbogens erstarrt die Schlacke über der Schweißnaht.

Äusführungsbeispiel

Die Erfindung, soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.. Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Verfahrens-, und Einrichtungsprinzip sowie einen . Schnitt durch die Düse zur Führung der Drahtelektrode. Unter Verwendung eines üblichen UP-Schweißgerätes. bzw. Schweißkopfes 1 wird die Drahtelektrode 2 durch die Stromkontaktdüse 3 vorgeschoben. Die Drahtelektrode 2 erhält hier wie bisher ihre. Stromübertragung. Die Länge des freien Elektrodenendes 4 zwischen Werkstück 19 und Stromkontaktdüse 3 beträgt dabei je nach Durchmesser der Draht elektrode 2 (2 - 4- mm) ca. 80 - 200 mm und entspricht etwa dem Düsenabstand. Um ein Ausknicken der .. Drahtelektrode 2 zu vermeiden und ein Zentrieren bis zur Schweißstelle zu erreichen, wird die Drahtelektrode 2 in einer.-elektrisch isolierten Düse 5 nochmals geführt. Die Düse 5 besitzt im Oberteil einen Einsatz 6 mit einer Gleitführung 17 für die nicht umhüllte Drahtelektrode Dadurch wird.deren Zentrierung in der sich nun erweiternden Bohrung 7 gegeben. Am oberen Ende dieser Bohrung 7 befinden sich drei um 120° versetzt angeordnete schräg von oben eindringende Kanäle 8, über die feinkörniges Schweißpulver 9 der Körnung -0,5 em aus dem Pulvertrichter 10 oder dem Pulverspeicher 18 zugeführt wird. Der Mantel der Düse 5 ist durch ein Kühlsystem 11 am unteren Düsenteil wassergekühlt. ...

Beim Beginn des Schweißprozesses fließt das lose feinkörnige Schweißpulver 9 j aus dem Pulvertrichter 10 kommend, über die Kanäle 8 und die Bohrung 7 zur Schweißstelle und deckt den Zündfleck der Drahtelektrode 2 auf dem Werkstück 19 ab, so daß das Schmelzbad 16 von Schweißbeginn an geschützt wird. Dieses Schweißpulver verschlackt über dem Schmelzbad 16. Gleichzeitig erhitzt sich bei Stromdurchfluß der Drahtelektrode 2 das freie Elektrodenende 4· so stark, daß das feinkörnige, in der

Bohrung 7 die Drahtelektrode 2 umgebende Schweißpulver 9 teigig wird und durch den Elektrodenvorschub mitgezogen wird. Die Kühlung des unteren Teiles der Düse 5 kühlt die sich gebildete teigige Schicht 13 ab, so daß die Umhüllungsmasse durch die äußere glasartige Erstarrung gut aus der .Düsenbohrung gleitet. Eine geringe konische Bohrungserweiterung ist dabei vorteilhaft. Der um die Elektrode herum erstarrte Schlackenmantel 14-, dessen Wanddicke vorzugsweise im Bereich von (0,2... .0 ,4)d liegt, wird nach dein Austritt aus der Düse 5 wieder teigig und fließt infolge der Lichtbogenwärme von der Slektrodenspitze 15 über den Lichtbogenbereich zum Schmelzbad 16 ab. Der Lichtbogen 12 wird durch verdampfende Pulversubstanzen bzw. die Dissoziation ionisiert, so daß seine Stabilität aufrechterhalten bleibt. Der Eauptanteil der Schlacke deckt das Schmelzbad 16 ab, das dadurch gegen Aufnahme von Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft geschützt wird.

Claims (3)

Erf indungsansprucii

1. Verfahren zum teilautornatischen LichtbogenschweiBen mit endlos umhüllter Drahtelektrode unter Ausnutzung der beim Stromdurchfluß entstehenden Widerstandserwärmung des-.freien Slektrodenendes, wobei die Umhüllung lichtbogenstabilisierende Elemente enthält und das Schmelzbad vor atmosphärischen Einflüssen schützt, gekennzeichnet dadurch, das ein feinkörniges Schweißpulver (9) selbsttätig an das erhitzte freie Slektrodenende (4) ansintert, wobei das Schweißpulver (9) während des Prozesses teilweise aufschmilzt und eine sich kontinuierlich bewegende Drahtelektrode (2) mit einer teigigen Schicht (13) umgibt, die in 7erbindung mit einem Kühlsystem (11) zur geschlossenen Umhüllung des freien Slektrodenendes (4) der Drahtelektrode (2) mit einem glasigen Schlackenmantel (14) führt.

2. ''/erfahren zum teilautomatischen Lichtbogenschweißen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in dem feinkörnigen Schweißpulver (9) 3 ··· S % Binde mittelbeimengungen, z. B. Phenolharze, enthalten sind, die bei geringen Temperaturen die Umhüllungsmasse erhärten.

3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß· einem Schweißkopf (1) nachfolgend eine Düse (5) angeordnet ist, deren Einsatz (6) eine Gleitführung (17) zur Zentrierung des freien Blektrodenendes (4) der Drahtelektrode (2) und 3 um 120° versetzt angeordnete Kanäle (8) besitzt, über die eine an die Gleitführung (17). anschließende Bohrung (7) mit dem Pulverspeicher (18) und/oder dem Pulvertrichter (10) in Verbindung steht, wobei der Durchmesser der Bohrung (7)- dem Sndmaß der umhüllten Drahtelektrode (2) entspricht und die sich zum besse-

ren Drahtaustritt aus der. Düse (5) is. Richtung des Düsenendes, das ein Kühlsystem (11) besitzt, schwach konisch erweitert.

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