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Verfahren und Vorrichtung zum Unter-Pulver-Lichtbogenschweißen mit
einer stromführenden Elektrode und einem stromlosen Zusatzdraht Die Erfindung bezieht
sich auf ein. Verfahren. zum Lich;tbogenschweißen mit einer stromführenden. Elektrode
und einem stromlosen. Zusatzdraht, insbesondere zum Schutzgas- und Unter-Pulver-Schweißen.
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Es ist schon bekannt, z. B. hei der Un.ter-Pulver-Auftragschweißung
an abgefahrenen Spurkränzen von Eise:n.bahn.wagen:rädern gleichzeitig zwei Drähte
in einem Schweißbad, vorzusehen., von denen nur der eine stromführend, der andere
aber stromlos ist. Die Menge des zugesetzten stromlosen Drahtes kann da.-bei bis
zu 100°/o des stromführen:denDrah:tes betragen und dient unter anderem dazu,, dieLegierungsbe:stan:dteile
ohne Überhitzung und Oxydationsverlust in, das Schweißbad zu bringen.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dad3 durch Einstellung der
Abschmelzzonen beider Drähte auf unterschiedliche Höhenlage die Härte und die anderen
physikalischen und metallurgischen. Eigenschaften des Schweißgutes, über die Höhe
der Schweißraupe gesehen:, unterschiedlich, gestaltet werden.. Hierdurch. hast man
es in der Hand, besser als bisher der Schweißstelle diejenigen vorteilhaften Eigenschaften
zu geben, die im Be;da:r-fsfalle@ mit Rücksicht auf die Festigkeit, Oberflächenbeschaffenheit
u. dgl. besonders erwünscht sind.
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Die Erfindung wird unter Hinweis auf die Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen
beischrieben. 1s zeigt 1ä ig. 1 eine schematische Darstellung des SchweißvGrgan:gs.,
Fig. 2 und. 3 je einen_ Schnitt nach Linie 11-II bzw. 111-III in Fig. 1, Fig.4 eine
schematische Darstellung einer abgeänderten Form der Erfindung.
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Fig. 5 einen Schnitt -nach Linie V-V in. Fig. 4.
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g 1 ist eine Elektrode, die sich beim Schweißvorgang in der Pfeilrichtung
cc- oberhalb von den Werkstück bewegt. Das untere Ende. der Elektrode, 1 taucht
in. eine; locker aufgefüllte Schicht 7 eines-Schweißmittels ein (Unter-Pulvex-Sc:hweißung).
Durch das Plasma 3 des Lichtbogens, welcher durch den Anschluß der Elektrode 1 und
des Werkstücks .2 an eine geeignete Stromquelle (z. B. Transformator 8) entsteht,
wird das Metall sowohl des unteren Ele#ktro,de#ncnd:es als auch der gegenüberliegenden
Zone der Werkstücke 2 geschmolzen. Die abschxnelzende 1?lektro,de wird vorzugsweise
durch eine automatische Vorsc:hubeinrichtun.g 9, 10 stetig nachgeschoben.. Im Bereich
der mit 4 bezeichneten Stelle, welche bei dem Ausführungsbeispiel in der Vorschubrichtung
a, der Elektrode- hinter ihr liegt, entsteht eine; Schmelzzone. (lcreuzscliraffiert
dargestellt), in. der flüssige Schlacke und flüssiges Metall miteinander gemischt
sind. Dies Schla,cken:teilchen steigen aus der Schicht infolge ihres geringeren
spezifischen. Gewichts an die Oberfläche und decken dann als erstarrende Schicht
6 a das darunter befindliche Metall 6 b ah, welches nach dem Erstarren die Schweißnaht
bildet. Den, mit 11 a., 11 b bezeichneten. Linienzug kann man sich als Grenzzone
zwischen dem pulverförmigen und dem beim Schweißen flüssig werdenden. Bereich. von.
Metall und Schlacke vorstellen.
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Während nun bei dein Ausführungsbeispiel die durch das Vorschubgetriebe
9, 10 stetig vorgeschobene Elektrode! 1 in; der üblichen Weise im elektrischen Lichtbogen
an ihrem unteren Ende abschmilzt, wird, gemäß der Erfindung zusätzlich noch ein.
Stab 5, welcher denselben. Querschnitt wie die: Elektrode 1 haben kann., mit seinem
unteren Ende 15 in den Bereich der Schmelzzone 4 eingeführt. Dass Ende 15 des Stabes
5 liegt dabei an einer Stelle;, die! noch so heiß ist, da,ß eis darin abzuschmelzen
vermag, während der Stab 5 durch eine zusätzliche Vorschubeinrichtung 12, 13 stetig
nach unten, nachgeschoben wird. F ig. 4 und 5 zeigen eine andere, Ausführungsform
der Erfindung. Das Ende 15a. vom Stab 14 taucht nicht in die Schmelzzone 4 ein,
sondern befindet sich oberhalb der Schmelze an, einer Stelle, die- so, heiß ist,
da:ß (las untere Ende des Stabes 14 hoch erhitzt bzw. abgeschmolzen wird, wenn der
Stab 14 durch die Vorschubeinric.htung 12, 13 stetig nach unten: geschoben wird..
Durch: Erhitzen bzw. Abschmelzen der unteren Stahenden 15 bzw. 15 a ändert sich
die Zusammensetzurig
des Metalls der Schweißnaht entsprechend dem
Einfluß, den das bei 5 bzw. 14 zugeführte Metall auf die Zusammensatzung der Schmelze
ausübt.
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Im allgemeinen wird man den Stäben 5 und 14 eine andere Zusammensetzung
geben, als der El@ktro:de 1, und zwar hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen,
in bekannter Weise durch Stäbe 5 bzw. 14 vorzugsweise Legierungsbestandteile in
die Schweißnaht einzuführen, deren, Einbringung durch die Elektrode 1 sich infolge
der hohen Temperaturen des Lichtbo:genpla,smas 3 als unzweckmäßig erweist. Hierbei
kann das Hochtemperaturplasma, 3 beispielsweise eine Temperatur von 10000°C besitzen.,
jedoch fällt die Temperatur unmittelbar daneben sehr steil ab. und erreicht. in.
Aureole 16 einen Wert von beispielsweise 5000° C und in. Au.rcole 17 einen Wert
von 2000° C. Wenn. man beispielsweise der Elektrode Mangan. als Legierungsbestandteil
zuführt, so- werden erfahrungsgemäß die Manganantaile entsprechend dem Partialdruck
zu einem erheblichen. Prozentsatz verdampfen und Oxyde und andere unerwünschte Verbindungen
bilden, die sich dann, in der Schlacke, vorfinden. Anders ist es, wenn die nicht
vom Schweißstrom durchflossenen, Stäbe 5 -bzw. 14 Mangan enthalten. In diesen Fällen
kommen nämlich die unteren Enden; der Stäbe mit der außerordentlich. hohen Temperatur
des Lichtbo:genplasmas 3 nicht in.. Berührung. Die Stäbe 5 bzw. 14 werden lediglich
in der wesentlich kühleren Zone hinter dem Lichtbogenplasina erhitzt oder geschmolzen,
und es besteht kein Anlaß zu.r hesch.leunigten Verdampfung des Manganbestandteils
bzw. zur übermäßigen Bildung umerwünsahte.r Verbindungen.
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So, wie man. Mangan oder andere Legierungsbestandteile zuführen kann,,
so, lassen sich in bekannter Weise auch andere Desoxydationsmittel und Legierungsstoffe
in gleicher Weise oder als Bestandteil b:zw. als Umhüllung oder Kern der dann rohrartig
auszubildenden Stäbe 5 und 14 zuführen. Wenn bestimmte Bestandteile durch rohrförmige
Körper 5 und 14 zugeführt werden, wird das Rohr zweckmäßig aus einem solchen: Mateial
gewählt, daß es in der Schmelzzone abschmilzt und daß sein Inhalt abschmilzt oder
erhitzt wird. Der Rohrinhalt kann. z.. B. Pulverform oder pastöse Form haben. Die
Vorschubgeschwindigkeit c des Vorschubgetriebes 12, 13 läßt sich durch Versuche
in. Abhängigkeit von der Stärke der beiden Drähte 1 und 5 sowie der Stromstärke,
Spannung und der Vorschubgeschwin.dngkeiten a, b und c für den einzelnen Anwendungsfall
relativ leicht ermitteln. Im allgemeinen werden die V o.rschubgeschwindigkeiten
der Elektrode 1 und des Zusatzwerkstoffes 5 verschieden gewählt werden müssen. Gewisse
Änderungen der Zone, in der der Draht 5 zum Abschmelzen kommt, sind dadurch möglich,
daß man den Abstand zwischen Draht 5 und Elektrode 1 und die gegenseitige Höhe ihrer
Enden über denn Werkstück vergrößert bzw. verringert: Durch Einstellung der Enden
von Elektrode 1 und Stab 5 auf unterschiedliche Höhen mit etwaiger Regelung der
Vorschubgeschwindigkeiten. in den Richtungen b und c läßt sich ein erwünschter Einfluß
auf die; Zusammensetzung der Schweißnaht, über die Höhe der Schweißraupe gesehen,
erzielen. Man kann also beispielsweise in der Oberflächenschicht eine größere Härte,
erzielen als in. tieferen Schichten. Falls besonders breite Schweißuri gen auszuführen
sind, können auch mehrere Drähte 5, 14 bzw. mehrere Elektroden. 1 gleichzeitig verwendet
werden.. Man wird im allgemeinen, eine Elektrode 1 ohne oder mit geringen. Legierungszusätzen.
verwenden und die Legierungszusätze im wesentlichen mit denn Draht 5, 14 einbringen.
Durchmesser und Abb.randgeschwindigkeit der Elektrode 1 und des Drahtes 514 brauchen,
wie im Zusammenhang mit der verschiedenen Vorschubgeschwindigkeit der Getricche
9, 1p b:zw. 12., 13 bereits erwähnt wurde, keineswegs identisch zu sein. Die Vorsch:uhgeschwindigkeit
des Getriebe;, 9, 10 ist um so, kleiner, je! hitzebeständiger das Material
der Elektrode ist.
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Die Erfindung hat ferner noch den Vorteil, daß sie gestattet, mit
hohen Schweißgeschwindigkeiten a zu arbeiten,. Wenn die Vorrichtung und das Verfahren
im allgemeinen zur Anwendung bei Schweüßmaschinen bestimmt sind, so können danach
auch HaM-schweißurigen ohne weiteres möglich oder zwcockmäßig sein.