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Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung und ein Verfahren zum Lichtbogen-Engspaltschweißen, insbesondere von niedrig- und hochlegierten Werkstoffen.
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Es sind Schweißvorrichtungen zum Lichtbogen-Engspaltschweißen bekannt, bei welchen zwei Drahtelektroden zum Schweißen eingesetzt werden, wobei jede der Drahtelektroden richtungsfixiert auf eine der beiden Schweißfugenflanken einer Schweißfuge gerichtet werden und unter Ausbildung von zwei Lichtbögen ein Schweißvorgang durchgeführt wird. Solche Schweißvorrichtungen erfordern eine sehr genaue Ausrichtung der beiden Drahtelektroden zu den Schweißfugenflanken, da ungenaue Ausrichtungen der Lichtbogenbrennflecke zu den Schweißfugenflanken sonst unter Umständen zu einer zu starken oder zu einer unzureichenden Anschmelzung der Schweißfugenflanken führen. Insbesondere bei Veränderungen der Breite der Schweißfuge über deren Länge können sich ungenügende Schweißresultate ergeben.
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Des Weiteren sind Schweißvorrichtungen zum Lichtbogen-Engspaltschweißen bekannt, bei welchen ein Schweißvorgang mit einer von Schweißfugenflanke zu Schweißfugenflanke pendelnden Drahtelektrode durchgeführt wird. Die
EP 22 16 122 A1 offenbart eine Schweißvorrichtung zum Lichtbogen-Engspaltschweißen, welche ein Kontaktrohr umfasst, durch welches eine Drahtelektrode einer Schweißfuge zugeführt werden kann. Das Kontaktrohr weist einen der Schweißfuge zugewandten Bereich auf, welcher gegenüber dem restlichen Kontaktrohr abgewinkelt ausgebildet ist, wodurch die Drahtelektrode entsprechend abgelenkt der Schweißfuge bzw. auf eine entsprechende Schweißfugenflanke der Schweißfuge zugeführt wird. Zusätzlich umfasst die Schweißvorrichtung eine Verdreheinrichtung, mittels welcher das Kontaktrohr um seine Hochachse verdrehbar ist, wodurch der abgewinkelte Bereich des Kontaktrohrs pendelnd auf beide Schweißfugenflanken der Schweißfuge gerichtet werden kann.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schweißvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Schweißvorrichtung bereitzustellen, mittels welchen eine Erhöhung der Abschmelzleistung und eine Verbesserung der Wärmeführungsmöglichkeit beim Lichtbogen-Engspaltschweißen ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schweißvorrichtung zum Lichtbogen-Engspaltschweißen und ein Verfahren zum Betreiben einer Schweißvorrichtung zum Lichtbogen-Engspaltschweißen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Schweißvorrichtung zum Lichtbogen-Engspaltschweißen, insbesondere für niedrig- und hochlegierte Werkstoffe zeichnet sich dadurch aus, dass
- – die Schweißvorrichtung zwei Kontaktrohre umfasst, durch welche jeweils eine Drahtelektrode einer Schweißfuge zuführbar ist;
- – jedes Kontaktrohr einen der Schweißfuge zuwendbaren Endbereich aufweist, welcher gegenüber der Hochachse des Kontaktrohrs um einen vorgebbaren Winkel abgelenkt ist; und
- – die Kontaktrohre um ihre Hochachse innerhalb eines vorgebbaren Winkelbereichs verdrehbar ausgebildet sind.
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Mit anderen Worten kann mittels der Schweißvorrichtung während des Schweißvorgangs mit zwei Lichtbögen gleichzeitig geschweißt werden, welche jeweils zwischen den Drahtelektroden und jeweiligen Bereichen der Schweißfuge ausgebildet werden. Dadurch kann zum einen die Abschmelzleistung erheblich erhöht werden, zum anderen ergeben sich dadurch vielfältige Möglichkeiten unterschiedlichster Wärmeführungsarten während des Schweißvorgangs. Durch die beiden verdrehbar ausgebildeten Kontaktrohre können die Drahtelektroden und somit auch der jeweilige Lichtbogen unter Ausführung von Pendelbewegungen von Flanke zu Flanke der Schweißfuge entlang der Schweißfuge bewegt werden. Je nach Schweißfugengeometrie und zu schweißenden Materialien kann dabei die jeweilige Ausrichtung der Kontaktrohre und somit auch der Drahtelektroden sowie der Lichtbögen angepasst werden. Dadurch ergeben sich vielfältige Wärmeführungsmöglichkeiten, welche auf unterschiedliche Randbedingungen angepasst werden können. Zudem wird durch den Einsatz von zwei Drahtelektroden und somit auch zwei Lichtbögen eine erhöhte Abschmelzleistung zur Verfügung gestellt.
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Somit wird eine Schweißvorrichtung zum Lichtbogen-Engspaltschweißen bereitgestellt, mittels welcher eine erhöhte Abschmelzleistung sowie verbesserte Wärmeführungsmöglichkeiten beim Lichtbogen-Engspaltschweißen zur Verfügung gestellt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktrohre in Richtung einer Bewegung der Schweißvorrichtung in Richtung der Schweißfuge hintereinander angeordnet. Dadurch ist es während des Betreibens der Schweißvorrichtung möglich, einen gemeinsamen Lichtbogen auszubilden, welcher sich aus einem ersten und einem zweiten Lichtbogen zusammensetzt, der jeweils zwischen den auf die Schweißfuge gerichteten Endbereichen der Kontaktrohre und der Schweißfuge ausgebildet wird. Infolgedessen kann mehr Energie zu den zu schweißenden Bereichen der Schweißfuge zugeführt werden, wodurch eine erhöhte Abschmelzleistung bereitgestellt wird. Weiterhin kann dadurch der Schweißvorgang schneller durchgeführt werden. Zudem kann dadurch bei einer insgesamt geringeren aufzubringenden Energie eine erhöhte Abschmelzleistung bereitgestellt werden. Schließlich kann bei einer Verwendung unterschiedlicher Materialien der beiden Drahtelektroden eine jeweils gewünschte Materialdurchmischung in der Schweißfuge erzielt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hochachsen der Kontaktrohre einen im Vergleich zu der Haupterstreckungsrichtung der Kontaktrohre geringen Querabstand, insbesondere von 10 mm bis 30 mm, aufweisen. Dadurch wird ermöglicht, während des Betriebs der Schweißvorrichtung die jeweiligen durch die Kontaktrohre zugeführten Drahtelektroden unter Ausbildung der jeweiligen Lichtbögen in einem gemeinsamen Schmelzbad abzuschmelzen. Infolgedessen kann der Schweißfuge ebenfalls mehr Energie zugeführt werden, wodurch eine erhöhte Abschmelzleistung bereitgestellt und ein schnellerer Schweißvorgang ermöglicht wird. Zudem kann hierbei auch bei einer Verwendung unterschiedlicher Materialien der beiden Drahtelektroden eine jeweils gewünschte Materialdurchmischung in der Schweißfuge erzielt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Kontaktrohre miteinander gekoppelt verdrehbar sind. Beispielsweise können die Kontaktrohre derart mechanisch miteinander gekoppelt sein, dass eine Verdrehung des einen Kontaktrohrs automatisch eine Verdrehung des anderen Kontaktrohrs bewirkt. Dadurch ergeben sich insbesondere Vorteile hinsichtlich einer Steuerung der Verdrehung der jeweiligen Kontaktrohre, welche durch die Kopplung der Kontaktrohre erheblich vereinfacht wird.
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Gemäß einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kontaktrohre unabhängig voneinander verdrehbar sind. Dadurch kann die Verfahrensführung beim Schweißen mittels dieser Schweißvorrichtung besonders flexibel auf die gegebenen Randbedingungen, beispielsweise der gegebenen Fugengeometrie, eingestellt werden. Dadurch ergibt sich insbesondere eine erhebliche Verbesserung der Wärmeführungsmöglichkeiten, da durch die unabhängig voneinander verdrehbaren Kontaktrohre die jeweiligen Lichtbögen optimal auf die vorliegende Fugengeometrie eingestellt werden können.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Schweißvorrichtung zum Lichtbogen-Engspaltschweißen, insbesondere vor nieder- und hochlegierten Werkstoffen umfasst die folgenden Schritte:
- – Zuführen jeweils einer Drahtelektrode zu einer Schweißfuge durch zwei Kontaktrohre der Schweißvorrichtung;
- – Ablenken der jeweiligen Drahtelektrode mittels eines jeweiligen der Schweißfuge zugewandten Endbereichs der Kontaktrohre, welcher gegenüber der Hochachse des Kontaktrohrs um einen vorgegebenen Winkel abgelenkt ist; und
- – Verdrehen der jeweiligen Kontaktrohre um ihre Hochachse innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs während des Schweißvorgangs.
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Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausführungen der Schweißvorrichtung anzusehen, wobei hier insbesondere die Schweißvorrichtung Mittel umfasst, mit denen die Verfahrensschritte durchführbar sind.
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Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Schweißvorrichtung während des Schweißvorgangs entlang der Schweißfuge bewegt wird, wobei die beiden Drahtelektroden der Schweißfuge unter Ausbildung eines gemeinsamen Schmelzbades zugeführt werden. Hierbei kann unter Ausbildung eines gemeinsamen Lichtbogens der Schweißfuge mehr Energie zugeführt werden, wodurch eine erhöhte Abschmelzleistung bereitgestellt und ein schnellerer Schweißvorgang ermöglicht wird. Zudem kann hierbei auch bei einer Verwendung unterschiedlicher Materialien der beiden Drahtelektroden eine jeweils gewünschte Materialdurchmischung in dem gemeinsamen Schmelzbad und somit in der Schweißfuge erzielt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die nachstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Perspektivansicht einer teilweise dargestellten Schweißvorrichtung zum Lichtbogen-Engspaltschweißen, mit zwei Kontaktrohren, durch welche jeweils eine Drahtelektrode einer Schweißfuge zugeführt wird, wobei jedes Kontaktrohr einen der Schweißfuge zuwendbaren Endbereich aufweist, welcher gegenüber der Hochachse des Kontaktrohrs um einen vorgebbaren Winkel abgelenkt ist; und
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2 eine schematische Draufsicht auf die in 1 gezeigte Anordnung.
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Eine teilweise dargestellte Schweißvorrichtung 10 zum Lichtbogen-Engspaltschweißen, welche entlang einer Schweißfuge 12 zwischen zwei zu schweißenden Bauteilen 13 entlang bewegt wird, ist in 1 gezeigt. Die Schweißvorrichtung 10 umfasst zwei Kontaktrohre 14, durch welche jeweils eine Drahtelektrode 16 der Schweißfuge 12 zuführbar ist. Jedes Kontaktrohr 14 weist einen der Schweißfuge 12 zuwendbaren Endbereich 18 auf, welcher gegenüber der Hochachse 20 des Kontaktrohrs 14 um einen vorgebbaren Winkel 22 abgelenkt ist. Weiterhin sind die Kontaktrohre 14 um ihre Hochachse 20 innerhalb eines vorgebbaren Winkelbereichs 24 verdrehbar ausgebildet.
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Die Kontaktrohre 14 sind in Richtung einer Bewegung 26 der Schweißvorrichtung 10 in Richtung der Schweißfuge 12 hintereinander angeordnet. Die Hochachsen 20 der jeweiligen Kontaktrohre 14 sind dabei mit dem Längsabstand A voneinander beabstandet. Des Weiteren weisen die Hochachsen 20 der Kontaktrohre 14 einen im Vergleich zu der Haupterstreckungsrichtung der Kontaktrohre 14 geringen Querabstand Q auf, welcher zwischen 10 mm und 30 mm beträgt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die beiden Kontaktrohre 14 ohne einen Versatz in Querrichtung, also mit einem Querabstand Q gleich Null, hintereinander angeordnet sind. Die Kontaktrohre 14 können dabei miteinander gekoppelt verdrehbar ausgebildet sein. Beispielsweise ist es möglich, dass die beiden Kontaktrohre 14 über eine entsprechende hier nicht dargestellte mechanische Kopplung derart miteinander verbunden sind, dass eine Verdrehung des einen Kontaktrohrs 14 um seine Hochachse 20 automatisch eine entsprechende Verdrehung des anderen Kontaktrohrs 14 um dessen Hochachse 20 bewirkt. Alternativ ist es aber ebenfalls möglich, dass die Kontaktrohre 14 unabhängig voneinander verdrehbar sind.
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Anhand von 2, in welcher die in 1 gezeigte Schweißvorrichtung 10 in einer schematischen Draufsicht gezeigt ist, wird die Anordnung der Kontaktrohre 14 zueinander nochmals verdeutlicht. Nachfolgend wird ein Verfahren zum Betreiben der Schweißvorrichtung 10 zum Lichtbogen-Engspaltschweißen erläutert. Durch die jeweiligen Kontaktrohre 14 wird jeweils eine der Drahtelektroden 16 der Schweißfuge 12 zugeführt. Unter Abschmelzung der Drahtelektroden 16 wird dabei jeweils ein Lichtbogen ausgebildet, der sich zwischen der jeweiligen Drahtelektrode 14 und einem jeweiligen Bereich Schweißfuge 12 ausbildet, auf welchen die Drahtelektroden 16 gerichtet sind. Durch die hohe Temperatur der hier nicht dargestellten Lichtbögen wird der Werkstoff, bei welchem es sich um niedrig- und hochlegierte Werkstoffe handeln kann, an einer jeweiligen Schweißstelle der Schweißfuge 12 aufgeschmolzen, wodurch die beiden Bauteile 13 unter Ausbildung einer hier nicht dargestellte Schweißnaht miteinander verschweißt werden.
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Als Lichtbogenschweißverfahren kommen beispielsweise ein Metall-Inert-Gas-Verfahren (MIG-Verfahren) oder auch ein Metall-Aktiv-Gas-Verfahren (MAG-Verfahren) zum Einsatz. Alternativ ist es auch möglich, ein Wolfram-Intert-Gas-Verfahren (WIG-Verfahren) einzusetzen, bei welchem ein Lichtbogen zwischen den zu schweißenden Werkstücken und einer nicht abschmelzenden Wolfram-Elektrode gezündet und inertes Gas, z. B. Argon, separat zugeführt wird.
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Die jeweils zugeführten Drahtelektroden 16 werden mittels der jeweiligen Endbereiche 18 gemäß des Winkels 22 abgelenkt gegenüber der Hochachse 20 der Schweißfuge bzw. den Schweißfugenflanken 28 zugeführt. Während des Bewegens der Schweißvorrichtung 10 in die Bewegungsrichtung 26 entlang der Schweißfuge 12 werden die jeweiligen Kontaktrohre 14 um ihre Hochachse 20 innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs 24 verdreht. Dadurch werden die jeweiligen Lichtbögen mit einer Pendelbewegung zwischen den Schweißfugenflanken 28 hin und herbewegt. Dabei können die Endbereiche 18 bzw. die Drahtelektroden 16 jeweils gleichgerichtet oder auch entgegengerichtet zueinander pendeln. Bei einer sich verändernden Breite der Schweißfuge 12 entlang der Bewegungsrichtung 26 der Schweißvorrichtung 10 können dabei auch die Parameter zur Verdrehung der Kontaktrohre 14 während des Schweißvorgangs verändert werden. Beispielsweise können die Winkelbereiche 24 entlang der Schweißfuge 12 variabel verändert werden, um die Ausrichtung der Endbereiche 18 und somit auch die jeweiligen Lichtbögen auf eine Anpassung an eine sich verändernde Schweißfugengeometrie vorzunehmen.
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Insbesondere ist es möglich, dass die beiden Drahtelektroden 16 der Schweißfuge 12 bzw. den Schweißflanken 28 unter Ausbildung eines hier nicht dargestellten gemeinsamen Schmelzbades zugeführt werden. Dafür werden die Verdreh- bzw. die Pendelbewegungen der Kontaktrohre 14 bzw. der Endbereiche 18 derart eingestellt, dass ein entsprechender Bereich der Schweißfuge 12 bzw. der Schweißfugenflanken 28 mit den Lichtbögen beaufschlagt und gemeinsam aufgeschmolzen werden. Insgesamt können durch die variable Einstellbarkeit der Prozessführung der Schweißvorrichtung 10 an eine jeweilige Schweißaufgabe angepasste und somit verbesserte Wärmeführungsmöglichkeiten eingestellt werden. Beispielsweise können die jeweiligen Lichtbögen entsprechend in Abhängigkeit von der aktuellen Schweißfugengeometrie nachgeführt werden. Durch die hohe Flexibilität dieser Schweißvorrichtung 10 können besonders gute Schweißergebnisse, insbesondere beim Lichtbogen-Engspaltschweißen, erzielt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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