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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutzgasschweißen, insbesondere Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen oder Plasma-Lichtbogenschweißen, mit einem Arbeitstisch und einem über dem Arbeitstisch angeordneten Schutzgaszelt zur Aufnahme eines Schutzgases und eines Elektrodenbereichs eines Schweißbrenners sowie deren Verwendung.
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Schweißverbindungen nehmen insbesondere in der Flugzeugtechnik zur Herstellung von Neuteilen und auch zur Instandsetzung von Bauteilen eine bedeutende Stellung als Verbindungselemente ein. Dabei werden insbesondere so genannte Schmelzschweißverfahren verwendet, die sowohl manuell als auch vollautomatisch durchgeführt werden können. Aus Qualitätsgründen werden als Schmelzschweißverfahren dabei so genannte Schutzgasschweißverfahren, insbesondere das WIG/WPL-Schweissen, das Lichtbogenschweißen oder Plasma-Lichtbogenschweißen, angewandt. Dabei schützt die Schutzgasatmosphäre die Elektrode und das zu bearbeitende Bauteil im Bereich der Schweißstelle vor nachteilhaften Einflüssen der umgebenden Atmosphäre. Insbesondere wird dadurch zuverlässig eine unerwünschte Oxidation der Schweißstelle durch Luftsauerstoff vermieden. Als Schutzgasabschirmungen sind so genannte Gasschleppen, das heißt zusätzliche Nachlaufdüsen oder so genannte Schutzgaszelte bekannt. Die Benutzung von Schutzgaszelten auf vollautomatischen Schweißmaschinen ist aber mit den bekannten Ausgestaltungen von Schutzgaszelten nicht möglich. Dies liegt insbesondere darin bedingt, dass es bei bekannten Schutzgaszelten an geeigneten Möglichkeiten fehlt, den Schweißbrenner, zum Beispiel einen Lichtbogen-Brenner, im Arbeitsraum ohne Einschränkung bewegen zu können. Es wurde versucht, diesen Mangel durch die Verwendung von lokalen Schutzabdeckungen zu kompensieren, wobei diese lokalen Schutzabdeckungen für die überwiegende Anzahl der Anwendungen individuell angefertigt werden müssen und damit einen erheblichen Kostenfaktor darstellen. Ein reproduzierbarer und gleich bleibender Gasschutz, das heißt eine konstante Schutzgasatmosphäre, kann mit den bekannten Schutzgaszelten, die auf manuellen Schweiß-Arbeitsplätzen verwendet werden, nicht zuverlässig gewährleistet werden. Des Weiteren bedingt dies, dass entsprechende, relativ kostengünstige Schmelzschweißverfahren, wie das Lichtbogenschweißen bei maschinellen Schweißverfahren, nicht verwendet werden können. Um die Qualität der Schweißverbindung zu gewährleisten, muss daher auf kostenintensivere Schweißverfahren, wie zum Beispiel das Elektronenstrahlschweißen im Vakuum, zurückgegriffen werden. Neben der geringeren Verfügbarkeit derartiger Elektronenstrahlschweißanlagen ist zudem eine exaktere Nahtvorbereitung erforderlich, was wiederum zu höheren Herstellungskosten führt.
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Aus der
DE 82 17 697 U1 ist ein Schweissdrehtisch bekannt, der für Werkstücke verschiedenster Dimensionen einsetzbar ist und kostengünstig im Aufbau sowie verschleißarm ist.
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Aus der
DE 2006 031 388 A1 ist ein Verfahren für die Reparatur und/oder den Austausch von Einzelelementen eines Bauteils einer Gasturbine bekannt, wobei die Einzelelemente in einer Schutzgasatmosphäre, die entweder lokal erzeugt wird oder den gesamten Schweissbereich umfassen kann, zusammengeschweisst werden.
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Aus der
DE 18 97 495 U ist ein elektrischer Lichtbogenschweissbrenner bekannt, der über eine elastische Manschette und einen Mantel eine Schutzgasumgebung im Schweisszentrum sicherstellt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche die Bearbeitung eines oder mehrerer Bauteile in unterschiedlichen Schweißlagen, insbesondere auch mittels maschineller Schutzgasschweißanlagen, gewährleistet.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schutzgasschweißen, insbesondere eine Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen und Plasma-Lichtbogenschweißen umfasst einen Arbeitstisch und ein über dem Arbeitstisch angeordnetes Schutzgaszelt zur Aufnahme eines Schutzgases und eines Elektrodenbereichs eines Schweißbrenners, wobei der Arbeitstisch kreisförmig und drehbar ausgebildet ist und das Schutzgaszelt mit einem bodenseitigen Ende mit einem Lagerring verbunden ist und der Lagerring am Außenumfang des Arbeitstisches angeordnet und frei drehbar ist. Durch die drehbare Ausgestaltung des Arbeitstisches wie auch des Schutzgaszelts ist eine Bearbeitung eines Bauteils in n × 360°-Stellungen des Arbeitstisches möglich. Das Bauteil ist bei mit Schutzgas geflutetem Schutzgaszelt frei drehbar. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, dass eines oder mehrere Bauteile in unterschiedlichen Schweißlagen, insbesondere auch mittels maschineller und automatisierter Schutzgasschweißanlagen, bearbeitet werden können. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es zum Beispiel möglich, einen kompletten Rotor einer Gasturbine, zum Beispiel eine so genannte Blisk, zum Schweißen auf eine maschinelle Lichtbogenschweißanlage zu spannen und in einem Arbeitsgang mehrere Schaufeln in einer bevorzugten Schweißlage zu bearbeiten.
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In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist außerdem am Arbeitstisch und innerhalb des Schutzgaszelts eine Verteileinrichtung für das Schutzgas angeordnet. Insbesondere kann die Verteileinrichtung dabei ringförmig im Bereich des Außenumfangs des Arbeitstisches angeordnet sein, wobei das Schutzgas über entsprechende Öffnungen in der Verteileinrichtung in den Innenraum des Schutzgaszelts gelangen kann. Die Verteileinrichtung gewährleistet ein gleichmäßiges Einströmen des Schutzgases in das Schutzgaszelt, ohne dass Verwirbelungen erzeugt werden. Damit ist ein reproduzierbarer gleich bleibender Gasschutz innerhalb des Schutzgaszelts zuverlässig gewährleistet. Hierdurch kann auf wesentlich kostenintensivere Schweißverfahren, wie zum Beispiel das Elektronenstrahlschweißverfahren im Vakuum, auch bei maschinellen Schutzgasschweißanlagen verzichtet werden. Zudem kann das Schutzgaszelt in einem der Arbeitsplatte gegenüberliegenden Bereich mindestens eine Öffnung oder mindestens ein Ventil für den Austritt von Luft oder Schutzgas aufweisen. Damit ist gewährleistet, dass das verwendete Schutzgas, das eine höhere Dichte aufweist als die Umgebungsluft, die sich innerhalb des Schutzgaszelts befindende Luft nach oben und nach außen abdrängt. Das Schutzgas kann zum Beispiel Argon oder ein Argongemisch sein.
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In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Arbeitstisch in der Horizontalen und/oder der Senkrechten verfahrbar und verschwenkbar ausgebildet. Zudem kann der Schweißbrenner in der Horizontalen und/oder der Senkrechten verfahrbar ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass der Schweißbrenner innerhalb des Schutzgaszelts drehbar angeordnet ist. Durch diese vorteilhaften Maßnahmen erhöht sich die Anzahl der Freiheitsgrade, um die der Arbeitstisch und das daran befestigte, zu bearbeitende Bauteil bewegt werden kann.
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In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist am Arbeitstisch eine Lagerung für das zu bearbeitende Bauteil angeordnet. Dabei kann die Lagerung auf einer lösbar am Arbeitstisch befestigten Auflageplatte angeordnet sein. Die Ausbildung einer entsprechenden Lagerung für das Bauteil gewährleistet eine sichere Befestigung des zu bearbeitenden Bauteils auf der Arbeitsplatte beziehungsweise der Auflageplatte, so dass die definierten Schweißpositionen exakt eingehalten werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Schutzgaszelt eine Öffnungsvorrichtung für das Einbringen und das Herausnehmen des Bauteils auf. Die Öffnungsvorrichtung kann dabei einen gasdichten Reißverschluss umfassen. Dies ermöglicht das schnelle Beschicken des Arbeitstisches der Vorrichtung mit dem zu bearbeitenden Bauteil, welches nach der entsprechenden Bearbeitung ebenso schnell wieder entfernt werden kann. Dadurch ergibt sich eine deutliche Reduzierung der für den kompletten Schweißvorgang benötigten Zeit.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist innerhalb des Schutzgaszelts ein Sensor zur Messung des Restsauerstoffgehalts angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass die benötigte Zusammensetzung der Schutzgasatmosphäre immer sicher eingestellt werden kann. Zudem sind die Werte der Zusammensetzung der Schutzgasatmosphäre innerhalb des Schutzgaszelts jederzeit reproduzierbar, wodurch es möglich ist, Schweißnähte von gleich bleibend hoher Qualität zu erzeugen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind innerhalb und/oder außerhalb des Schutzgaszelts eine oder mehrere Kameras zur Überwachung des Schweißvorgangs angeordnet. Dadurch ist der Schweißvorgang jederzeit einsehbar und überwachbar, was wiederum zur Qualitätssteigerung des Verfahrens insgesamt beiträgt.
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Verwendung findet die im Vorhergehenden beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere bei der Herstellung oder Reparatur von Turbinen- und Triebwerksteilen, insbesondere von Teilen einer Gasturbine in einem Flugtriebwerk.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel. Dabei zeigt die Figur in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung 10 zum Schutzgasschweißen, insbesondere Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen oder Plasma-Lichtbogenschweißen.
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Die Vorrichtung 10 weist einen Arbeitstisch 12 auf, der kreisförmig und drehbar ausgebildet ist. Über dem Arbeitstisch 12 ist ein Schutzgaszelt 16 zur Aufnahme eines Schutzgases, insbesondere von Argon oder einem Argongemisch, angeordnet. Dabei ist das Schutzgaszelt 16 mit einem bodenseitigen Ende 50 mit einem Lagerring 18 verbunden, wobei der Lagerring 18 am Außenumfang des Arbeitstischs 12 angeordnet und frei drehbar ist. Des Weiteren erkennt man, dass ein Schweißbrenner 20 mit einem Brennerkörper 54 und einer darin angeordneten Elektrode 22 von oben, das heißt einem Haubenbereich 52 des Schutzgaszelts 16 in dieses hineinragt. Hierfür ist in dem Schutzgaszelt 16 eine entsprechende Öffnung 46 vorgesehen. Das Schutzgaszelt 16 wird dabei mit einer Hülse 56 am Brenner 20 abgedichtet. Des Weiteren weist der Brenner 20 eine Zuleitung 42 zu einer Stromquelle (nicht dargestellt) auf.
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Der Arbeitstisch 12 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Horizontalen verfahrbar, um 360° drehbar und mit dem Schutzgaszelt 16 ca. 30° in beide Richtungen schwenkbar ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass der Arbeitstisch 12 zusätzlich in der Senkrechten verfahrbar ist und zudem in einem weiteren Bereich verschwenkbar ist. Der Schweißbrenner 20 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Horizontalen und der Senkrechten verfahrbar. Des Weiteren ist es möglich, dass der Schweißbrenner 20 innerhalb des Schutzgaszelts 16 um 360° drehbar ist. Das Schutzgaszelt 16 besteht aus Kunststoff, wobei auch andere geeignete flexible Materialien verwendbar sind.
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Des Weiteren erkennt man, dass am Arbeitstisch 12 und innerhalb des Schutzgaszelts 16 eine Verteileinrichtung 34 für das Schutzgas angeordnet ist. Die Verteileinrichtung 34 ist dabei ringförmig im Bereich des Außenumfangs des Arbeitstischs 12 angeordnet und weist eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 36 für das Schutzgas auf. Die Verteileinrichtung 34 ist dabei mit einer Gaszuführleitung 38 verbunden. Über die Verteileinrichtung 34 und die entsprechenden Öffnungen 36 strömt das Schutzgas gleichmäßig in das Schutzgaszelt 16 ein und verdrängt aufgrund seiner höheren Dichte die Umgebungsluft nach oben. Im Haubenbereich 52 des Schutzgaszeltes 16 ist dabei eine Öffnung 48 für den Austritt der Luft oder auch des Schutzgases angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird anstatt einer einfachen Öffnung ein Ventil 48 verwendet. Es ist aber auch möglich, dass eine entsprechende Öffnung am Schweißbrenner 20 selbst angeordnet ist.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf dem Arbeitstisch 12 eine Auflageplatte 14 mittels mehrerer Befestigungsmittel 40 lösbar angeordnet. Die Auflageplatte 14 weist dabei mehrere Griffvorrichtungen 32 auf, die ein Bewegen beziehungsweise Entfernen oder Positionieren der Auflageplatte 14 erleichtern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden hierfür so genannte Augenschrauben verwendet. Auf der Auflageplatte 14 ist eine Lagerung 26 zur Lagerung und Befestigung eines zu bearbeitenden Bauteils 24 angeordnet. Bei dem dargestellten Bauteil 24 handelt es sich um einen Rotor einer Gasturbine, nämlich eine so genannte Blisk. Das Bauteil 24 wird an der Lagerung 26 mit einer Befestigungseinrichtung 28 lösbar gesichert.
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Das Schutzgaszelt 16 weist zudem eine Öffnungsvorrichtung 30 für das Einbringen und Herausnehmen des Bauteils 24 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Öffnungsvorrichtung 30 einen gasdichten Reißverschluss. Zudem erkennt man, dass an dem bodenseitigen Ende 50 das Schutzgaszelt 16 mittels eines Befestigungsmittels 44 an dem Lagerring 18 befestigt ist.
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Die Auflageplatte 14 mit der Lagerung 26 sowie das Bauteil 24 sind frei (360°) drehbar.
