DE102010036426A1

DE102010036426A1 - Verfahren zur Fertigung eines mit Füllmaterial gefüllten Schweißdrahtes sowie Schweißdraht

Info

Publication number: DE102010036426A1
Application number: DE102010036426A
Authority: DE
Inventors: Stefan Nixdorf
Original assignee: Buehler-Wuerz Kaltwalztechnik GmbH; Buehler Wuerz Kaltwalztechnik GmbH
Current assignee: Buehler-Wuerz Kaltwalztechnik GmbH; Buehler Wuerz Kaltwalztechnik GmbH
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-01-19
Also published as: WO2012007490A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Fertigung eines mit Füllmaterial gefüllten Schweißdrahtes. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Schweißdraht, der einen aus einem Metallband geformten Rohrabschnitt aufweist, wobei der Rohrabschnitt mit Füllmaterial gefüllt ist, und wobei die in Rohrabschnitt-Längsrichtung verlaufenden Längskanten des Metallbandes miteinander verschweißt sind. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Längskanten des Metallbandes derart geformt sind, dass sie in einem Stoßbereich aneinander liegen und in einem zur Rohraußenseite hin offenen Aufnahmebereich zueinander beabstandet angeordnet sind, um die Schweißnaht zumindest bereichsweise aufzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines mit Füllmaterial gefüllten Schweißdrahtes, wobei ein Metallband kontinuierlich zugeführt wird, wobei das Metallband rinnenförmig umgeformt und der Rinnenbereich zumindest mit dem Füllmaterial befüllt wird, wobei das Metallband nach dem Befüllvorgang zu einem rohrförmigen Querschnitt derart umgeformt wird, dass sich die Längskanten des Metallbandes gegenüberstehen, und wobei die Längskanten miteinander verschweißt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Schweißdraht, der einen aus einem Metallband geformten Rohrabschnitt aufweist, wobei der Rohrabschnitt mit Füllmaterial gefüllt ist, und wobei die in Rohrabschnitt-Längsrichtung verlaufenden Längskanten miteinander verschweißt sind.
Aus der US 2007/0193228 A1 ist ein Verfahren zur Fertigung eines sogenannten „FCW-Schweißdrahtes” (Flux-Cored-Welding-Wire) bekannt. Dabei wird ein streifenförmiges Metallband endlos einer Umformanlage zugeführt. In der Umformanlage wird zunächst aus dem Metallband ein rinnenförmiger Querschnitt gebildet, der mit Pulvermaterial oder Granulat befüllt wird. Als Füllmaterial kommt dabei ein Schweißzusatzstoff zum Einsatz, bspw. wird TIO2-Puder eingefüllt. Nach dem Einfüllvorgang wird das Metallband weiter derart umgeformt, dass sich ein rohrförmiger Querschnitt ergibt. Dabei stehen die Längskanten des Metallbandes einander beabstandet gegenüber. Für einen luftdichten Abschluss des Rohrabschnittes werden die beiden Längskanten mittels eines Laser-Schweißverfahrens miteinander verbunden. Dabei wird der Laser auf den Spaltbereich zwischen den Längskanten gerichtet.
Um nun zu verhindern, dass der Laserstrahl auf das im Rohrabschnitt befindliche Füllmaterial trifft, erfolgt eine 90gradige Drehung des umgeformten Rohrabschnittes derart, dass der Spaltbereich zwischen den beiden Längskanten horizontal ausgerichtet ist. Der Befüllgrad im Rohrabschnitt ist so gewählt, dass der Füllpegel stets unterhalb des Spaltbereiches des gedrehten Rohrabschnittes liegt. Wenn nun ein Laserstrahl auf den Spaltbereich gerichtet wird, so trifft dieser nicht auf das eingefüllte Pulver, sodass es unbeeinflusst bleibt.
Im Schweißvorgang wird dann der Spaltbereich mit Schweißmaterial komplett ausgefüllt. Anschließend wird der geschweißte Rohrabschnitt gezogen und/oder gewalzt, wobei eine Querschnittsreduzierung erfolgt. Dabei wird der Innenquerschnitt des Rohrabschnittes derart komprimiert, dass der umschlossene Hohlraum vollständig mit Füllmaterial ausgefüllt ist. Abschließend wird der so erzeugte Schweißdraht auf Spulen aufgewickelt.
Bei diesem bekannten Verfahren ist die exakte Drehung des Rohrabschnittes während des Fertigungsverfahrens nur mit hohem technischen Aufwand möglich. Der Maschinenaufwand wird weiter dadurch erhöht, dass zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Pegelausbildung des Füllmaterials vor dem Schweißen eine Vibrationseinrichtung verwendet werden muss.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem ein mit Füllmaterial gefüllter Schweißdraht mit geringem Fertigungsaufwand effektiv herstellbar ist.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, einen Schweißdraht zu schaffen, der einfach herstellbar ist.
Es ist weiterhin die Aufgabe der Erfindung, einen Schweißdraht zu schaffen, der eine Befüllung mit Pulver mit einem Volumenanteil von deutlich mehr als 50% des mantelumschlossenen Hohlraums zulässt.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Längskanten des Metallbandes mechanisch derart bearbeitet werden, dass sie im gegenüberstehenden Zustand einen Stoßbereich und einen Aufnahmebereich für die Schweißnaht bilden.
Im Stoßbereich werden die beiden Längskanten aneinander geführt, während sie im Aufnahmebereich zueinander beabstandet angeordnet sind. Der Stoßbereich verhindert, dass während des Schweißvorganges der verwendete Laserstrahl in den das Füllmaterial aufnehmenden Füllbereich eindringen kann. Der Aufnahmebereich, in dem der Laserstrahl dann aktiv ist, bildet eine Zone, die mit Schweißmaterial ausgefüllt werden kann, sodass eine zuverlässige Verbindung der Längskanten sichergestellt ist.
Durch diese einfache Verfahrensführung kann auf eine Drehung des rohrförmig umgeformten Metallbandes verzichtet werden.
Insbesondere lassen sich auch hohe Füllgrade im rohrförmigen Querschnitt verwirklichen, wobei stets verhindert ist, dass der Laserstrahl in den Füllbereich eindringen kann.
Gemäß einer bevorzugten Erfindungsvariante kann es vorgesehen sein, dass das Metallband vor dessen Umformung an den Längskanten mechanisch bearbeitet wird. Insbesondere können die Längskanten dabei spanend bearbeitet werden. Die mechanische Bearbeitung stellt sicher, dass ein definierter Stoßbereich und ein Aufnahmebereich erzeugt werden können, wobei abhängig von der Längskantengeometrie die ideale Form dieser Bereiche, bspw. in Abhängigkeit von der Metallbanddicke, erzeugt werden kann.
Da das Metallband vor dessen Umformung bearbeitet wird, ist die Fertigung weiter vereinfacht.
Eine besonders einfache Gestaltung der Längskanten wird dadurch erreicht, dass sie im Winkel < 90°, vorzugsweise < 80°, zu der zwischen den Längskanten, in Metallbandbreitenrichtung verlaufenden Mittelquerebene des Metallbandes angeschrägt sind. Besonders bevorzugt ist ein Winkelbereich zwischen 85° und 65°. Dabei gestaltet sich zum einen die mechanische Bearbeitung einfach und kostengünstig. Zum anderen wird die Schweißstelle im Hinblick auf Stoß- und Aufnahmebereich optimal ausgeformt. Darüber hinaus wird die Schweißnaht dann durch den anschließenden Durchmesser-Reduziervorgang nicht negativ (festigkeitsbeeinträchtigend) beeinflusst.
Die Bearbeitung der Längskanten erfolgt vorzugsweise derart, dass diese im gegenüberstehenden Zustand einen symmetrischen Aufnahmebereich für die Schweißnaht bilden. Dann wird eine besonders fehlerfreie und für Lunkerbildung unanfällige Schweißnaht erreicht.
Besonders bevorzugt erstreckt sich der Stoßbereich maximal über die halbe Dicke des Metallbandes. Dann verbleibt eine ausreichend breite Zone, die als Aufnahmebereich für die Schweißnaht genutzt werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann derart sein, dass sich der Stoßbereich ausgehend von der dem Füllmaterial zugewandten Innenwand des verformten Metallbandes in Richtung zur Außenseite des verformten Metallbandes erstreckt. Dies ermöglicht es, die Zone des Stoßbereiches besonders schmal auszubilden, sodass eine große Zone für den Aufnahmebereich zur Verfügung gestellt werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass für die folgenden Umformvorgänge eine große Schweißnahtdicke besonders vorteilhaft ist und eine ausreichende Verbindungsfestigkeit garantiert. Aus diesem Grund sollte der Aufnahmebereich zumindest zur halben Dicke des Metallbandes mit der Schweißnaht ausgefüllt werden. Insbesondere hat sich gezeigt, dass eine Schweißnahtdicke, die mindestens 60% der Dicke des Metallbandes entspricht, für die meisten Anwendungen eine ausreichende Festigkeit erzeugt.
Ein nach der Erfindung gekennzeichnetes Verfahren kann der Gestalt sein, dass während des Befüllvorganges eine Menge an Füllmaterial eingefüllt wird, die mehr als 50% des von dem geschweißten Metallband umschlossenen Hohlraumes ausfüllt. Besonders vorteilhaft sind Füllgrade von über 60%, weil durch einen höheren Pulveranteil die Qualität der Schweißnaht, die mit dem erfindungsgemäßen Schweißdraht erzeugbar ist, deutlich verbessert werden kann.
Die Verfahrensführung kann derart sein, dass das rohrförmig umgeformte und geschweißte Metallband in einer Walz-Reduzieranlage gewalzt wird, wobei der Durchmesser reduziert wird. Insbesondere kann die Durchmesserreduzierung derart erfolgen, dass das Füllmaterial den umschlossenen Hohlraum komplett ausfüllt und komprimiert wird, sodass es aus den längsseitigen Enden des Rohrabschnittes nicht mehr ausrieseln kann. Durch das Walzen können mit ausreichender Prozessgeschwindigkeit hohe Umformgrade erreicht werden. Insbesondere wird mit dem Kaltwalzen eine gute Prozesssicherheit erreicht, wobei gegenüber einem herkömmlichen Ziehverfahren ein Abreißen des reduzierten Querschnittes verhindert ist.
Abschließend kann an dem rohrförmig geschweißten und gewölbten Metallband mittels eines Ziehvorganges eine weitere Querschnittsreduzierung durchgeführt werden. Dabei erfolgt die Querschnittsreduzierung derart, dass der fertige Schweißdraht gebildet wird. Die hier vorgenommene Querschnittsreduzierung beträgt maximal 0,5 mm im Durchmesser, sodass zum einen ein Abreißen des reduzierten Drahtes nicht erfolgen kann, zum anderen aber eine hohe Oberflächenqualität und -rundheit des fertigen Schweißdrahtes entsteht.
Die den Schweißdraht betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Längskanten des Metallbandes derart geformt sind, dass sie in einem Stoßbereich aneinander liegen und in einem zur Rohraußenseite hin offenen Aufnahmebereich zueinander beabstandet angeordnet sind, um die Schweißnaht zumindest bereichsweise aufzunehmen. Hierbei können, wie dies vorstehend erwähnt wurde, eine oder beide Längskanten mechanisch bearbeitet sein, wobei wenigstens ein Teil der Längskante gegenüber einem anderen Teil der Längskante zur Bildung des Aufnahmebereiches zurückversetzt angeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist der Aufnahmebereich symmetrisch, insbesondere V-förmig, ausgebildet. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige und fehlerfreie Schweißnaht einfach mit einem Laser-Schweißverfahren erzeugt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 in Frontansicht ein Metallband;
2 das Metallband gemäß 1 in einem teilumgeformten Zustand;
3 das Metallband gemäß 2 befüllt mit einem Füllmaterial;
4 das Metallband gemäß den 1 und 2 zu einem Rohrquerschnitt geformt;
5 ein in der 4 mit V markiertes Detail;
6 das Rohr gemäß 4 belegt mit einer Schweißnaht; und
7 eine Querschnittsansicht auf einen fertigen Schweißdraht.
1 zeigt ein Metallband 10 in Frontansicht. Dieses Metallband 10 wird als Endlosband einer Fertigungsanlage zugeführt, wobei die Längsrichtung des Metallbandes 10 in Tiefenrichtung der 1 verläuft. Das Metallband 10 weist eine Außenseite 11 und eine Innenseite 12 auf, die von zueinander parallelen Flächen gebildet werden. Seitlich ist das Metallband 10 von zwei Längskanten 13 begrenzt. Die Längskanten 13 sind mechanisch bearbeitet, wobei insbesondere in einem spanenden Prozess die Längskanten 13 derart bearbeitet werden, dass sie um den Winkel α abgeschrägt sind. Dabei ist der Winkel α zwischen der Außenseite 11 bzw. der in Metallbandbreitenrichtung B verlaufenden Mittelquerebene und der Längskante 13 eingeschlossen. Vorzugsweise sind beide Längskanten 13 in dem gleichen Winkel α angeschrägt.
Das Metallband 10 gemäß der 1 wird einer Profilieranlage mit Paaren von Rollenwalzen zugeführt. Dabei wird das Metallband 10 derart umgeformt, dass sich der rinnenförmige Querschnitt gemäß 2 ergibt.
Die Innenseite 12 des Metallbandes 10 bildet einen Aufnahmeraum. In diesen kann ein Füllmaterial 20 eingefüllt werden, wie dies die 3 zeigt. Insbesondere kann das Füllmaterial 20 von einem Förderband zugeführt werden.
Nach Beendigung des Füllvorganges wird das Metallband 10 weiter umgeformt. Dabei treffen die Längskanten 13 aufeinander, wie dies 4 zeigt. Aufgrund der bearbeiteten Längskanten 13 bildet sich ein Stoßbereich 15 und ein Aufnahmebereich 14, wie dies das vergrößerte Detail gemäß 5 näher zeigt. Dabei erstreckt sich der Stoßbereich 15 linienartig in Längsrichtung des umgeformten rohrförmigen Metallbandes 10. Der Stoßbereich 15 schließt sich unmittelbar an die Innenseite 12 an.
Vorliegend ist der Stoßbereich 15 als Liniengeometrie ausgebildet. Selbstverständlich ist es durch eine entsprechende Bearbeitung der Längskante 13 auch möglich, den Stoßbereich 15 flächig auszuführen.
Der Aufnahmebereich 14 ist im Querschnitt V-förmig und aufgrund der identischen Längskantengeometrie symmetrisch gestaltet. Er ist in Richtung zur Außenseite 11 des Rohrabschnittes 30 hin geöffnet und dient zur Aufnahme einer Schweißnaht 16, wie dies die 6 zeigt.
Zur Erzeugung der Schweißnaht 16 wird ein Laser über den Aufnahmebereich 14 derart positioniert, dass der Laserstrahl auf den Bereich des Stoßbereiches 15 trifft. Unter Zufuhr von Schweißmaterial wird die Schweißnaht 16 erzeugt. Dabei wird der Aufnahmebereich 14 komplett ausgefüllt. Auf diese Weise wird ein luftdichter Abschluss des Rohrabschnittes 30 erreicht.
In einem dem Laserschweißen nachgelagerten Umformvorgang wird das gewalzte Rohr 30 in einer Walz-Reduzieranlage mittels angetriebener Rollenpaare auf ein Zwischenmaß reduziert, welches das Füllmaterial 20 soweit komprimiert, dass dieses nicht mehr aus den Rohrenden herausrieseln kann.
Das gewalzte Rohr 30 wird dann auf eine Spule aufgewickelt.
Anschließend wird das gewalzte Rohr 30 in einer Kaltwalzanlage mittels angetriebener Rollenpaare auf ein Zwischenmaß weiter reduziert. Dann wird in einer Ziehanlage das gewalzte und weiter reduzierte Rohr 30 auf das gewünschte Endmaß reduziert, wie dies die 7 zeigt. Dabei wird dann der fertige Schweißdraht 40 gebildet. Anschließend kann der Schweißdraht 40 auf eine Spule aufgerollt werden.
Der gesamte vorstehend beschriebene Umformprozess zeichnet sich dadurch aus, dass eine Reduktion, bezogen auf die Querschnittsfläche des Drahtes, von mehr als 95% möglich ist, ohne dass der Draht zwischen den einzelnen Reduktionsstufen eine Wärmebehandlung erfahren muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0193228 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Fertigung eines mit Füllmaterial (20) gefüllten Schweißdrahtes, wobei ein Metallband (10) kontinuierlich zugeführt wird, wobei das Metallband (10) rinnenförmig umgeformt und der Rinnenbereich zumindest mit dem Füllmaterial (20) befüllt wird, wobei das Metallband (10) nach dem Befüllvorgang zu einem rohrförmigen Querschnitt derart umgeformt wird, dass sich die Längskanten (13) des Metallbandes (10) gegenüberstehen, und wobei die Längskanten (13) miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (13) des Metallbandes (10) mechanisch derart bearbeitet werden, dass sie im gegenüberstehenden Zustand einen Stoßbereich (15) und einen Aufnahmebereich (14) für die Schweißnaht (16) bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (10) vor dessen Umformung an einer oder an beiden Längskanten (13) mechanisch bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (13) im Winkel (α) < 90°, vorzugsweise < 80°, besonders bevorzugt im Winkelbereich ≤ 85° bis ≥ 65°, zu der zwischen den Längskanten (13) in Metallbandbreitenrichtung verlaufenden Mittelquerebene (B) des Metallbandes (10) angeschrägt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stoßbereich (15) maximal über die halbe Dicke (d) des Metallbandes (10) erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stoßbereich (15) ausgehend von der dem Füllmaterial (20) zugewandten Innenwand (12) des verformten Metallbandes (10) in Richtung zur Außenseite des verformten Metallbandes (10) hin erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (14) zumindest zur halben Dicke (d) des Metallbandes (10) mit der Schweißnaht (16) ausgefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Befüllvorganges eine Menge an Füllmaterial (20) eingefüllt wird, die mindestens 50% des von dem geschweißten Metallband (10) umschlossenen Hohlvolumens ausfüllt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass da rohrförmig umgeformte und geschweißte Metallband (10) mittels Kaltwalzen eine Querschnittsreduzierung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gewalzte Rohr (30) einem Ziehvorgang unterzogen wird.
Schweißdraht, der einen aus einem Metallband (10) geformten Rohrabschnitt aufweist, wobei der Rohrabschnitt mit Füllmaterial (20) gefüllt ist, und wobei die in Rohrabschnitt-Längsrichtung verlaufenden Längskanten (13) des Metallbandes (10) miteinander verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (13) des Metallbandes (10) derart geformt sind, dass sie in einem Stoßbereich (15) aneinander liegen und in einem der Rohraußenseite hin offenen Aufnahmebereich (14) zueinander beabstandet angeordnet sind, um die Schweißnaht (16) zumindest bereichsweise aufzunehmen.
Schweißdraht nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Längskanten (13) mechanisch bearbeitet, insbesondere spanend bearbeitet ist/sind, wobei wenigstens ein Teil der Längskante (13) gegenüber einem anderen Teil der Längskante (13) zur Bildung des Aufnahmebereiches (14) zurückversetzt angeordnet ist.
Schweißdraht nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (14) symmetrisch, insbesondere V-förmig, ausgebildet ist.
Schweißdraht gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch einen der Ansprüche 1 bis 8.