DD276831A1 - METHOD FOR THE UNIVERSAL VERTICAL UPWARD ARC BZW. PLASMA WELDING - Google Patents

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DD276831A1 DD32156688A DD32156688A DD276831A1 DD 276831 A1 DD276831 A1 DD 276831A1 DD 32156688 A DD32156688 A DD 32156688A DD 32156688 A DD32156688 A DD 32156688A DD 276831 A1 DD276831 A1 DD 276831A1
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Udo Franz
Holger Guenther
Andreas Saeger
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Koethen Ing Hochschule
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum einlagigen Vertikal-Aufwaerts-Lichtbogen- bzw. Plasmaschweissen von Bauteilen und Blechen mittlerer Dicke s, vorzugsweise in Dickenbereichen von 3 bis 15 mm, mit I-Nahtvorbereitung bzw. sehr steiler Nahtflanke, mit herkoemmlichen Stromquellen und bei senkrechter bzw. nahezu senkrechter Zufuehrung von Drahtelektroden, das ohne Erhoehung des fuer I-Naehte erforderlichen Vorbereitungs- sowie Zusatzwerkstoffaufwandes gegenueber den bekannten Verfahren dieser Art wesentlich weniger Energie erfordert. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die Spaltbreite bSp der I-Fuge nach der Beziehung bSp(0,15...0,3) s(0,9...1,2)und die Schweissgeschwindigkeit VS entsprechend der Beziehung VS2,6...3,2/i4,8wobei i die Stromdichte in A/mm2 ist, ausgewaehlt wird.The invention relates to a method for single-layer vertical Aufwaerts arc or plasma welding of components and sheets of medium thickness s, preferably in thickness ranges of 3 to 15 mm, with I-seam preparation or very steep seam edge, with conventional power sources and vertical or Nearly vertical supply of wire electrodes, which requires substantially less energy without increasing the preparation and additional material required for I-seams compared with the known methods of this type. According to the invention, the object is achieved by the gap width bSp of the I-joint according to the relationship bSp (0.15 ... 0.3) s (0.9 ... 1.2) and the welding speed VS according to the relationship VS2 , 6 ... 3,2 / i4,8, where i is the current density in A / mm2, is selected.

Description

' Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, d!e bekannten Vertikal-Aiifwärts-Lichtbogen- bzw. Plasmaschweißverfahren derart zu verändern, daß es möglich wird, einen vo. .· v. -,er Drahtelektrode ausgehenden Lichtbogen innerhalb der engen I-Fugen bzw. V-Fugen mit steiler Nahtflanke zu haltenThe invention is based on the object d ! e known vertical Aiifwärts-arc or plasma welding process to change such that it is possible, a vo. · V. - To keep it wire electrode outgoing arc within the narrow I-joints or V-joints with steep seam

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Spaltbreite bSp der I-Fuge nach der BeziehungAccording to the invention, the object is achieved in that the gap width b sp of the I-joint according to the relationship

bSp = (0,15...0,3) s+ (0,9...1,2), wobei s die Dicke der zu verschweißenden Bleche ist, und die Schweißgeschwindigkeit v, entsprechend der Beziehungb S p = (0.15 ... 0.3) s + (0.9 ... 1.2), where s is the thickness of the sheets to be welded, and the welding speed v, according to the relationship

2,6...3,2 V5 = + 4,8 ,2.6 ... 3.2 V 5 = + 4.8,

wobei i die Stromdichte in A/mm2 ist, ausgewählt werden.where i is the current density in A / mm 2 .

Die Vorschubgeschwindigkeit der Drahtelektrode V0 wird in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit vs, der Fugenfläche Ap und der F!äche der Drahtelektrode Aq nach der BeziehungThe feed rate of the wire electrode V 0 is in a known manner depending on the welding speed v s , the joint surface Ap and the Fλ- surface of the wire electrode Aq according to the relationship

Vp K Ac v, A0 Vp K Ac v, A 0

gewählt, wobei K ein Korrekturfaktor ist, der die Schweißnahtüberhöhung charakterisiert und im allgemeinen 1,05 bis 1,1 beträgt. Für eine günstige Prozeßführung hat es sich erwiesen, den Abstand zwischen Drahtelektrode und Fugenflanke nicht wesentlich größer als 1,5mm zu wählen.where K is a correction factor that characterizes weld peaking and is generally 1.05 to 1.1. For a favorable process control, it has been found that the distance between the wire electrode and joint flank not much larger than 1.5mm to choose.

Im Ergebnis langwieriger und komplizierter Untersuchungen hat es sich gezeigt, daß bei der einlagigen I-Nahtverschweißung nur innerhalb der erfindungsgemäß angegebenen Bereiche für Fugenspalt und Schweißgeschwindigkeit eine ausgeglichene Relation zwischen aufgeschmolzenem Grundwerkstoff und abgeschmolzener Drahtmenge pro Zeiteinheit sowie der zum Füllen der Fuge erforderlichen Menge pro Zeiteinheit besteht, so daß das Schmelzbad auch ohne zusätzliche Mittel in der Fuge gehalten werden kann. Dadurch würde es möglich, daß vorteilhafte Vertikal-Aufwärts-Schweißen auch in den in der Industrie vorherrschenden Dickenbereichen zwischen 3 und 16mm ohne vorderseitige Schweißbadsicherung anzuwenden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in dem gegenüber den bekannten Vertikal-Aufwärts-Schweißverfahren wesentlich verringerten Energiebedarfs. Er wurde durch Änderung der Wärmeführung auf das zum Abschmelzen der Drahtelektrode und Aufschmelzen des Grundwerkstoffs unbedingt notwendige Maß reduziert. Dadurch wird der Grundwerkstoff insgesamt thermisch wesentlich geringer als bisher belastet, so daß auch die Wärmebeeinflussung der Randzonen reduziert und die Ausbildung der Grobkornzone wesentlich kleinor ist. Durch die folglich schnellere Abkühlung bildet sich auch ein verfeinertes Primärkorn in der Schweißnaht aus, die mechanisch-technologische Güte der Schweißverbindung verbessert sich dadurch. Der verringerte Wärmeeintrag gewährleistet insgesamt ohne weitere Wärmebehandlung (Normalisierung) eine gegenüber üblichen Werten zwei- bis dreifach höhere Kerbschlagzähigkeit.As a result of lengthy and complicated investigations, it has been shown that in the single-layered I-seam welding only within the ranges given for gap and welding speed according to the invention a balanced relationship between molten base material and amount of molten wire per unit time and the amount required to fill the joint per unit time , so that the molten bath can be kept in the joint without additional means. This would allow advantageous vertical upward welding to be applied in the industry's thickness ranges of between 3 and 16mm without front weld pool protection. Another advantage of the invention is the significantly reduced energy requirements compared to the known vertical up welding methods. It was reduced by changing the heat transfer to the extent absolutely necessary for melting the wire electrode and melting the base material. As a result, the base material is thermally much lower than previously charged, so that the heat influence of the edge zones is reduced and the formation of the coarse grain zone is substantially kleinor. As a result of the resulting faster cooling, a refined primary grain also forms in the weld seam, thereby improving the mechanical-technological quality of the welded joint. Overall, the reduced heat input, without further heat treatment (normalization), ensures a notch impact strength two to three times higher than conventional values.

Sehr vorteilhaft wirkt sich in der erfinderischen Lösung das kleine Nahtvolumen, die annähernd parallel verlaufenden Nahtflanken und der gerinne Wärmeeintrag auf das Schweißverhalten der zu schweißenden Bauteile aus. Die Schrumpfwerte sind gegenüber ähnlichen Verfahren wesentlich geringer, so daß oft zusätzliche Nacharbeiten (Richten der Bauteile) entfallen können.Very advantageous in the inventive solution, the small seam volume, the approximately parallel seam edges and the low heat input affects the welding behavior of the components to be welded. The shrinkage values are much lower than similar methods, so that often additional reworking (straightening of the components) can be omitted.

Der geringe Wärmeeintrag, die günstige Wärmeführung und die dadurch veränderten Kristallisationsbedingungen gestatten auch bei einem inneren Nahtformverhältnis wesentlich kleiner 1 rißfreie Nähte zu schweißen. Die üblich ausgeprägte Mittelrippe als Schwächezone in der Nahtmitte entfällt.The low heat input, the favorable heat conduction and the resulting altered crystallization conditions allow even with an inner seam shape ratio substantially less than 1 weld-free seams to weld. The usual pronounced midrib as a weak zone in the middle of the seam is eliminated.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindungsbeschreibung soll am Beispiel des MAG-Vertikal-Aufwärts-Engspaltschweißens erläutert werden, wobeiThe invention description will be explained using the example of the MAG vertical upward narrow gap welding, wherein

Fig. 1: Schweißanordnung für das Vertikal-Aufwärts-Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode, Fig. 2: Wirkprinzip des Schweißprozesses im SpaltFig. 1: Welding arrangement for the vertical upward arc welding with consumable electrode, Fig. 2: Principle of the welding process in the gap

darstellen.represent.

Beim Abschmelzen der Fugenflanken 2 brennt der Lichtbogen 3 links und rechts an der Fugenflanke oder an beiden gleichzeitig.When melting the joint edges 2 of the arc 3 burns left and right at the joint edge or both at the same time.

so daß von 1 bzw. 2 Lichtbögen gesprochen werden kann. (Fig. 1)so that can be spoken by 1 or 2 arcs. (Fig. 1)

Dor Lichtbogen wandert dabei in der Fuge 1 hin und her und schmilzt diese in großer Tiefe annähernd gleichmäßig auf. Dabei worden jodoch nur 7h bis 3A der Fugentiefo erfaßt. Der Rest wird durch die ablaufende Schmelze 7 bzw. das flüssige Schweißgut aufgeschmolzen, dio bzw. das somit für den Schweißprozeß genutzt worden kann.Dor arc wanders back and forth in the joint 1 and melts them at a great depth almost uniformly. In this case, however, only 7 h to 3 A of the Fugentiefo were recorded. The remainder is melted by the running melt 7 or the liquid weld metal, dio or which can thus be used for the welding process.

Dio Elektrode 5 wird kontinuierlich und im Winkel von otwa 90° zum Blech 4 stetig cior Fuge zugeführt (Fig. 2). Der Tropfen 8 geht mittels Kurzschluß ins grundworkstoffseitige Schmelzbad 7 über. Der durch den Lichtbogen aufgeschmolzene Grundwerkstoff lauft infolgo dur Schworkraft nach unten ab. Die vorbleibende flüssige Schicht zwischen Lichtbogen und festem Grundwerkstoff wird minimiert, was den Wärmeühergang und den Aufschmelzprozeß des Grundwerkstoffes extrem verbessen.Dio electrode 5 is continuously and at an angle of otwa 90 ° to the plate 4 continuously cior joint supplied (Fig. 2). The droplet 8 passes by means of a short circuit into the material surface of the molten bath 7. The base material melted by the arc runs downwards by gravity. The remaining liquid layer between the arc and solid base material is minimized, which extremely improves the heat flow and the melting process of the base material.

Untorhalb der Elektrode wird das Schmelzbad im engen Spalt durch die Kapillarwirkung und die Grenzflächenspannung gehalten und bildet so die Naht 6. Gegenüber herkömmlichen Vertikalschweißtechnologien ist eine Zwangsformung nicht unbedingt nötig. Nur wurzolseitig wird eine Schmelzbadsicherung verwendet, um ein eventuelles Durchschießen der Elektrode zu verhindern.Underneath the electrode, the melt pool is held in the narrow gap by the capillary action and the interfacial tension and thus forms the seam 6. Compared with conventional vertical welding technologies, a forced forming is not absolutely necessary. Only wurzolseitig a Schmelzbadsicherung is used to prevent any shooting through of the electrode.

Claims (2)

1. Verfahren zum Vertikal-Aufwärts-Lichtbogen- bzw. Plasmaschweißen von Blechen mittlerer Dicke mit I-Nahtvorbereitung bzw. sehr steiler Nahtflanke, bei dem eine Drahtelektrode parallel in der Fugs vom Nahtgrund aufwärts geführt wird, wobei ein von der Drahtelektrode zu dem Schmelzbad und/oder dem oberen Grundmetall über der Oberfläche des Schmelzbades verlaufender Lichtbogen erzeugt wird und der geschmolzene Elektrodenwerkstoff tropfenförmig in das darunter liegende grundmetallseitige Schmelzbad übergeht, gekennzeichnet dadurch, daß die Spaltbreite bsp der I-Fuge nach der BeziehungA method for vertical-upward arc plasma welding of medium thickness sheets with I-seam preparation or very steep seam flank, in which a wire electrode is guided parallel in the fugs from the seam bottom up, one of the wire electrode to the molten bath and / or the upper base metal over the surface of the molten bath extending arc is generated and the molten electrode material is drop-shaped into the underlying base metal-side molten bath, characterized in that the gap width bsp of the I-joint according to the relationship bsp = (0yi5...0,3)s + (0,9...1.2),bsp = (0yi5 ... 0.3) s + (0.9 ... 1.2), wobei s die Dicke der zu verschweißenden Bleche ist, und die Schweißgeschwindigkeit vs entsprechend der Beziehungwhere s is the thickness of the sheets to be welded, and the welding speed v s is the relationship vs ^MW +4,8.v s ^ MW +4.8. wobei i die Stromdichte in A/mm2 ist, ausgewählt werden.where i is the current density in A / mm 2 . 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand zwischen Drahtelektrode und Fugenflanke nicht wesentlich größer als 1,5mm gewählt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the distance between the wire electrode and joint flank is not chosen substantially greater than 1.5 mm. Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum einlagigen Vertikal-Aufwär^-Lichtbogen- bzw. Plasmaschweißen von Bauteilen und Blechen mittlerer Dicke, vorzugsweise in Dickenbereichen von 3 bis 16mm, mit I-Nahtvorbereitung bzw. sehr steiler Nahtflanke, mit herkömmlichen Stromquellen und bei senkrechter bzw. nahezu senkrechter Zuführung von Drahtelektroden.The invention relates to a method for single-layer vertical Aufwär ^ arc welding or plasma welding of components and sheets of medium thickness, preferably in thickness ranges of 3 to 16mm, with I-seam preparation or very steep seam edge, with conventional power sources and vertical or Almost vertical supply of wire electrodes. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Um den Aufwand an Energie, Zusatzwerkstoffen und Schweißzeit zu senken,hat man bereits versucht, mittlere Blechdicken einlagig, d. h. in einem Arbeitsgang, miteinander zu verbinden. In dtr DE-OS 2611246 wird dazu ein Vertikal-Aufwärts-Lichtbogenschweißverfahren beschrieben, bei dem eine Streifenelektrode nahezu senkrecht einer V-förmigen Schweißfuge zugeführt wird. Ein an der Vorderseite der Schweißfuge gleitender Hinterlegungsschuh verhindert das Auslaufen des flüssigen Metalls aus der Schweißfuge. Die Schweißunvi erfolgt, indem ein von der Streifenelektrode zu dem Schmelzbad und/oder dem oberen Grundmetall brennender Lichtbogen erzeugt wird, wobei der Schweißfugenzwischenraum erweitert und gleichzeitig das geschmolzene Metall tropfenförmig in das darunter liegende grundstoffseitige Schmelzbad übergeht. Diese technische Lösung erfordert auf Grund der technologisch bedingten V-Naht einen gegenüber I-Nähten wesentlich höheren Vcrbereitungsaufwand und zum Füllen dieser großen Nahtfuge entsprechend viel Zusatzwerkstoff, so daß diese Lösung nicht ohne eine Bandelektrode auskommt. Zum Abschmelzen dieser Bandelektrode sowie zum Aufschmelzen der gegenüber einer I-Naht größeren Fugenfläche ist immer noch ein verhältnismäßig hoher Energiebedarf erforderlich.In order to reduce the expenditure of energy, additional materials and welding time, it has already been attempted, single-layered sheet thicknesses, ie in one operation to connect with each other. In DE-OS 2611246 a vertical-upward arc welding method is described in which a strip electrode is fed almost perpendicularly to a V-shaped weld joint. A slip shoe sliding at the front of the weld prevents leakage of liquid metal from the weld. The Schweißun v i is performed by a generated by the strip electrode to the molten bath and / or the upper base metal burning arc, wherein the weld joint space widened and at the same teardrop shape passes the molten metal in the underlying base material-side molten bath. Due to the technologically induced V-seam, this technical solution requires a considerably higher preparation effort compared with I-seams and correspondingly much filler material for filling this large seam, so that this solution does not require a band electrode. To melt this band electrode and to melt the opposite of an I-seam joint surface is still a relatively high energy requirement is required. Trotz der vorgesehenen I-Naht und der verwendeten Drahtelektrode ist das in der DD-PS 120605 beschriebene Verfahren zum Lichtbogen- bzw. Plasmaverbindungsschweißen, bei dem ebenfalls mit sich aufwärts bewegender Elektrode geschweißt wird, noch sehr energieintensiv. Das ist dadurch begründet, daß der Anoden- und/oder Katodenfall, in dem die höchsten Energieumsätze erfolgen, sich außerhalb der Schweißfugo befindet, da die zu verbindenden Teile während des Schweißprozesses nicht stromführend sind, sondern der Lichtbogen zwischen dem Brenner mit abschmelzender Elektrode und einer nicht abschmelzenden Hilfselektrode brennt.Despite the intended I-seam and the wire electrode used, the process for arc plasma welding described in DD-PS 120605, which also involves welding with an upwardly moving electrode, is still very energy-intensive. This is due to the fact that the anode and / or Katodenfall in which the highest energy conversions are located outside the Schweißfugo, since the parts to be connected during the welding process are not energized, but the arc between the burner with abschmelzender electrode and a non-consumable auxiliary electrode burns. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziol der Erfindung ist ein Verfahron zum uinlagigen Vertikal-Aufwärts-Lichtbogen- bzw. Plasmaschweißen, das ohne Erhöhung dos für I-Nähto urforderlichen Vorbereitungs- sowio Zusatzworkstoffaufwandos gegenüber den bekannten Verfahren dieser Art wesentlich woniger Enorgio orlordort.Ziol of the invention is a Verfahron uinlagigen vertical-upward arc or plasma welding, which orlordort without increasing dos for I-Nähto urforderlichen preparatory sowio Zusatzarbeitstoffaufwandos compared to the known methods of this kind much victorious Enorgio.
DD32156688A 1988-11-08 1988-11-08 METHOD FOR THE UNIVERSAL VERTICAL UPWARD ARC BZW. PLASMA WELDING DD276831A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102615404A (en) * 2012-04-17 2012-08-01 江苏建筑职业技术学院 Method for synchronously welding two surfaces of stainless steel thick plate

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102615404A (en) * 2012-04-17 2012-08-01 江苏建筑职业技术学院 Method for synchronously welding two surfaces of stainless steel thick plate
CN102615404B (en) * 2012-04-17 2014-01-22 江苏建筑职业技术学院 Method for synchronously welding two surfaces of stainless steel thick plate

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