DE102013113967B3

DE102013113967B3 - Method for welding and arc welding device

Info

Publication number: DE102013113967B3
Application number: DE201310113967
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Wilhelm Bach; Thomas Hassel
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-04-16
Anticipated expiration: 2033-12-13

Abstract

Verfahren zum Unterwasserschweißen, wobei an wenigstens einem zu schweißenden Werkstück (11) eine Schweißnaht mittels eines Lichtbogenschweißverfahrens erzeugt wird, bei dem ein abschmelzender Schweißdraht (1) des Lichtbogenschweißverfahrens von wenigstens einer ringförmigen Flamme (5) umringt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schweißvorgangs wenigstens ein Verbrennungsprodukt der wenigstens einen ringförmigen Flamme (5) eine Schutzgasglocke (4) wenigstens um den Lichtbogen des Schweißdrahts (1) bildet.A method of underwater welding, wherein a weld is produced on at least one workpiece (11) to be welded by means of an arc welding process in which a consumable welding wire (1) of the arc welding process is surrounded by at least one annular flame (5), characterized in that during the welding process at least one combustion product of the at least one annular flame (5) forms a protective gas bell (4) at least around the arc of the welding wire (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterwasserschweißen gemäß dem Anspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Unterwasser-Lichtbogenschweißeinrichtung gemäß dem Anspruch 9.The invention relates to a method for underwater welding according to claim 1. The invention also relates to an underwater arc welding device according to claim 9.

Allgemein betrifft die Erfindung das Schweißen von Werkstücken, mit dem Ziel, durch Herstellung einer Schweißnaht Werkstücke miteinander zu verbinden oder eine Öffnung im Werkstück zu verschließen. Insbesondere geht es um das Schweißen von Werkstücken aus metallischen Materialien, z. B. aus Stahl. Hierfür sind bereits verschiedene Schweißverfahren und -geräte bekannt, z. B. das Lichtbogenschweißen oder das Gasschmelzschweißen, insbesondere in der Form des Autogenschweißens. Die genannten Schweißverfahren sind nur bedingt einsatzfähig, wenn die zu schweißende Stelle z. B. unter Wasser angeordnet ist oder sonstigen starken Feuchtigkeitseinflüssen ausgesetzt ist, z. B. im sogenannten halbnassen Bereich, bei Regennässe, auf Baustellen, an Spundwänden und Schleusentoren.In general, the invention relates to the welding of workpieces, with the aim of joining workpieces together by making a weld or closing an opening in the workpiece. In particular, it is about the welding of workpieces made of metallic materials, eg. B. steel. For this purpose, various welding methods and equipment are already known, for. As the arc welding or gas welding, especially in the form of autogenous welding. The welding methods mentioned are only conditionally operational when the spot to be welded z. B. is placed under water or exposed to other strong moisture, z. B. in the so-called semi-wet area, in wet weather, on construction sites, sheet piling and lock gates.

Für Schweißarbeiten im Offshore-Bereich wird bisher das Lichtbogenhandschweißen eingesetzt. Das Lichtbogenhandschweißen ist ein manuelles Lichtbogenschweißverfahren mit einer Stabelektrode. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass keine kontinuierlichen Schweißungen vorgenommen werden können, da der Schweißtaucher Stabelektroden mit endlicher Länge einsetzen muss, die nach dem jeweiligen Abbrand erneuert werden müssen. Der Taucher muss dann die Elektrode ersetzen und die Schweißnaht neu beginnen. Dies ist zeitaufwendig und nicht förderlich für die Herstellung gleichmäßiger Schweißnähte. Da die Stabelektroden mit einem fragilen, pulverigen Umhüllungsmaterial umhüllt sind, um beim Abschmelzen Gase frei zu setzen, die den Lichtbogen zu stabilisieren und das Schweißbad vor der Umgebung abschirmen, können solche Elektroden auch nicht als Endlosmaterial bereitgestellt werden.For welding work in the offshore sector, manual arc welding has hitherto been used. Manual arc welding is a manual arc welding process using a stick electrode. This method has the disadvantage that no continuous welds can be made because the swill must use stick electrodes of finite length, which must be renewed after the respective burnup. The diver must then replace the electrode and start the weld again. This is time consuming and not conducive to the production of uniform welds. Since the stick electrodes are sheathed with a fragile, powdery wrapping material to release gases during melting, which stabilize the arc and shield the weld pool from the environment, such electrodes can not be provided as continuous material either.

Aus der DD 81558 A1 und der DD 153595 A1 gehen Verfahren und Einrichtungen zu Lichtbogenschweißen unter Gasschutz hervor. Aus der US 2010/0108645 A1 gehen ein Verfahren und eine Einrichtung zum automatischen Unterwasserschweißen hervor.From the DD 81558 A1 and the DD 153595 A1 Procedures and devices for arc welding under gas protection emerge. From the US 2010/0108645 A1 A method and a device for automatic underwater welding out.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schweißen anzugeben, das auch unter Wasser einfacher und schneller durchführbar ist und verbesserte Ergebnisse bringt. Ferner soll eine hierfür geeignete Schweißeinrichtung angegeben werden.The invention is therefore based on the object to provide a method for welding, which is easier and faster to carry out under water and brings improved results. Furthermore, a suitable welding device should be specified.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein Schweißvorgang unter Wasser nun auch mit einem einfachen Schweißdraht, der weder eine Füllung noch eine Umhüllung mit einem anderen Material aufweist, durchgeführt werden kann. Ein solcher Schweißdraht kann problemlos als Endlosmaterial, z. B. auf einer Vorratsrolle, bereitgestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren ist auch unter Wasser die Herstellung endloser Schweißnähte möglich. Die Schweißnähte können dabei manuell oder maschinell erstellt werden, z. B. durch einen Schweißroboter. Vorteilhaft ist, dass das Schweißverfahren vollständig unter Wasser durchgeführt werden kann, d. h. sowohl das zu schweißende Werkstück als auch die Schweißstelle befinden sich in nasser Umgebung. Das Schweißverfahren kann ohne zusätzliche Maßnahmen, insbesondere ohne eine Evakuierung der Schweißstelle, durchgeführt werden. Dies wird möglich, indem der Schweißdraht des Lichtbogenschweißverfahrens von wenigstens einer ringförmigen Flamme umringt wird. Diese Flamme bzw. deren Verbrennungsprodukt schützt den Schweißdraht vor Umgebungseinflüssen, d. h. unter Wasser vor dem umgebenden Wasser. Das Verbrennungsprodukt kann z. B. eine Art Schutzgasglocke um den Lichtbogen bilden.This object is achieved by a method according to claim 1. The invention has the advantage that a welding process under water can now also be carried out with a simple welding wire which has neither a filling nor an envelope with another material. Such a welding wire can easily be used as continuous material, for. B. on a supply roll, are provided. With the welding method according to the invention, the production of endless welds is possible even under water. The welds can be created manually or mechanically, z. B. by a welding robot. It is advantageous that the welding process can be carried out completely under water, d. H. Both the workpiece to be welded and the weld are in a wet environment. The welding process can be carried out without additional measures, in particular without evacuation of the weld. This is possible by surrounding the welding wire of the arc welding process by at least one annular flame. This flame or its combustion product protects the welding wire from environmental influences, d. H. under water in front of the surrounding water. The combustion product may, for. B. form a kind of inert gas to the arc.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit besonders dazu geeignet, standardisierte Massivdrähte, im Gegensatz zu Fülldrähten, als Schweißdraht zu verwenden, was zu einer Kostenersparnis führt. Grundsätzlich können als Schweißdrähte sämtliche dem MAG-Schweißen zugängliche handelsübliche Schweißdrähte verwendet werden.The method according to the invention is therefore particularly suitable for using standardized solid wires, in contrast to flux cored wires, as a welding wire, which leads to a cost saving. In principle, all commercially available welding wires accessible to MAG welding can be used as welding wires.

Große kommerzielle Bedeutung hat die Erfindung im Bereich des Unterwasscherschweißens. In den kommenden Jahren ist weltweit eine Zunahme der geplanten und realisierten Aktivitäten im Unterwasserbereich abzusehen, z. B. in Form von Offshore-Windparks, Pipelines, Seekabel usw. Durch eine steigende Nachfrage von sich im Wasser befindenden Anlagen und dem hiermit verbundenen Bedarf an geeigneten Fertigungsverfahren für den Unterwassereinsatz erfährt die vorliegende Erfindung eine große kommerzielle Bedeutung. Mit der Erfindung kann eine geeignete Fügetechnologie für den Unterwassereinsatz angegeben werden, die zu großen Kosteneinsparungen und insbesondere auch zu einer deutlichen Schonung des die Schweißarbeiten durchführenden Personals (Schweißtaucher) beiträgt. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schweißnähte können gleichmäßiger und damit robuster und dauerhafter ausgeführt werden.The invention has great commercial significance in the field of underwater welding. In the coming years, an increase in planned and realized underwater activities is foreseeable worldwide. As an offshore wind farms, pipelines, submarine cables, etc. Due to an increasing demand of in-water facilities and the associated need for suitable production methods for underwater use, the present invention is of great commercial importance. With the invention, a suitable joining technology for underwater use can be specified, which contributes to large cost savings and in particular to a significant protection of the welding work carried out personnel (sweat diver). The welds produced by the method according to the invention can be made more uniform and thus more robust and durable.

Die wenigstens eine ringförmige Flamme, die den Schweißdraht umringt, kann durch eine Vielzahl von Einzelflammen, die aus unterschiedlichen Gasaustrittsöffnungen eines Schweißkopfs austreten, gebildet sein. Die Flammen können voneinander beabstandet sein oder miteinander überlappen. Die ringförmige Flamme kann insbesondere als autogene ringförmige Flamme ausgebildet sein. Zur Herstellung einer autogenen Flamme wird ein Brenngas mit Sauerstoff so gemischt, dass eine Flamme entsteht, die das zu schweißende Werkstück nicht oxidiert.The at least one annular flame which surrounds the welding wire can be formed by a plurality of individual flames, which consist of different ones Gas outlet openings of a welding head emerge, be formed. The flames may be spaced or overlapped with each other. The annular flame may in particular be formed as an autogenous annular flame. To produce an autogenous flame, a fuel gas is mixed with oxygen so that a flame is formed which does not oxidize the workpiece to be welded.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine ringförmige Flamme vom Schweißdraht so weit beanstandet, dass dieser durch die ringförmige Flamme nicht geschmolzen wird. Dementsprechend erfolgt das Abschmelzen des Schweißdrahts im Wesentlichen allein durch den entstehenden Lichtbogen des Lichtbogenschweißverfahrens. Dies hat den Vorteil, dass Wechselwirkungen zwischen der ringförmigen Flamme und dem Lichtbogenschweißverfahren weitestgehend ausgeschlossen werden können, sodass das Lichtbogenschweißverfahren in üblicher Art durchgeführt werden kann und insbesondere Schweißdrähte aus dafür üblichen Materialien verwendet werden können. Als Schweißdraht kann insbesondere ein nicht gefüllter Massivdraht verwendet werden. Der Schweißdraht kann z. B. einen von Kupfer ummantelten Stahlkern aufweisen. Damit sind Korrosionsprozesse des Schweißdrahts insbesondere bei Unterwasserschweißungen minimiert bzw. nahezu ausgeschlossen, auch im Salzwasserbereich.According to an advantageous development of the invention, the at least one annular flame is so far off the welding wire that it is not melted by the annular flame. Accordingly, the melting of the welding wire is essentially carried out solely by the resulting arc of the arc welding process. This has the advantage that interactions between the annular flame and the arc welding process can be largely excluded, so that the arc welding process can be carried out in the usual way and in particular welding wires can be used from customary materials. In particular, a non-filled solid wire can be used as the welding wire. The welding wire can z. B. have a steel core encased in copper. Thus, corrosion processes of the welding wire are minimized or almost excluded, especially in underwater welding, even in saltwater.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bildet während des Schweißvorgangs das Verbrennungsprodukt der wenigstens einen ringförmigen Flamme eine Schutzgasglocke wenigstens um den Lichtbogen des Schweißdrahts sowie über dem Schmelzbad. Dies hat den Vorteil, dass Umgebungseinflüsse, insbesondere beim Unterwassereinsatz das umgebende Wasser, von der Schweißstelle und insbesondere dem Lichtbogen ferngehalten werden. Hierzu müssen keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden, insbesondere ist keine besondere Evakuierung des Schweißbereichs erforderlich. Als Verbrennungsprodukt kann z. B. CO₂, ggf. in Verbindung mit H₂O, entstehen.According to an advantageous development of the invention, during the welding process, the combustion product of the at least one annular flame forms a protective gas bell at least around the arc of the welding wire and above the molten bath. This has the advantage that environmental influences, especially during underwater use, the surrounding water, kept away from the weld and in particular the arc. For this purpose, no additional measures must be taken, in particular, no special evacuation of the welding area is required. As a combustion product can, for. As CO ₂ , possibly in conjunction with H ₂ O arise.

Das CO₂ bildet dabei die Schutzgasglocke.The CO ₂ forms the protective gas bell.

Als Brenngas für die ringförmige Flamme kann z. B. Propen, Buten oder eine Mischung daraus verwendet werden, was sich insbesondere auch für einen Einsatz zum Unterwasserschweißen eignet. Generell kann auch Acetylen verwendet werden, was aber eher für den halbnassen Bereich vorteilhaft ist. Dem Brenngas kann, um eine autogene ringförmige Flamme herzustellen, insbesondere ein bestimmter Anteil an Sauerstoff beigemischt werden.As a fuel gas for the annular flame can, for. As propene, butene or a mixture thereof, which is particularly suitable for use for underwater welding. In general, acetylene can be used, but this is more advantageous for the half-wet area. The fuel gas can, in order to produce an autogenous annular flame, in particular a certain proportion of oxygen are added.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die wenigstens eine ringförmige Flamme durch das Zünden des Lichtbogens des Lichtbogenschweißverfahrens gezündet. Insbesondere kann auf diese Weise ein Zünden der Flamme unter Wasser erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass ein Anwender des Schweißverfahrens keine besonderen Maßnahmen ergreifen muss, um die Flamme zu entzünden. Diese zündet sozusagen automatisch, sobald der Lichtbogen des Lichtbogenschweißverfahrens erzeugt wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the at least one annular flame is ignited by the ignition of the arc of the arc welding process. In particular, in this way, the flame can be ignited under water. This has the advantage that a user of the welding process does not have to take any special measures to ignite the flame. This ignites automatically, so to speak, as soon as the arc of the arc welding process is generated.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Lichtbogenschweißverfahren ein modifizierter MAG-Prozess, bei dem das Schutzgas des MAG-Prozesses durch das Verbrennungsprodukt der wenigstens einen ringförmigen Flamme gebildet wird. Allgemein gesagt ist es vorteilhaft, wenn das Lichtbogenschweißverfahren ein kontinuierlicher Schweißprozess ist, bei dem der Schweißdraht kontinuierlich von einem Vorrat zur Schweißstelle befördert wird. So ist ein MAG-Prozess ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der abschmelzende Schweißdraht von einem Motor mit einer bestimmten Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt wird. Der Vorrat kann z. B. ein Vorratsbehälter oder eine Vorratsrolle sein. Insbesondere kann das Lichtbogenschweißverfahren ein modifizierter MAG-C Prozess sein.According to an advantageous development of the invention, the arc welding method is a modified MAG process, in which the protective gas of the MAG process is formed by the combustion product of the at least one annular flame. Generally speaking, it is advantageous if the arc welding process is a continuous welding process in which the welding wire is continuously conveyed from a supply to the weld. Thus, a MAG process is an arc welding process in which the consumable welding wire is continuously tracked by a motor at a certain speed. The stock can be z. B. be a reservoir or a supply roll. In particular, the arc welding process may be a modified MAG-C process.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird durch die wenigstens eine ringförmige Flamme während des Schweißvorgangs automatisch eine Vorwärmung des zu schweißenden Bereichs vor dem Lichtbogen und eine Nachwärmung des zu schweißenden Bereichs nach dem Lichtbogen durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass auch Werkstücke aus Materialien mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschweißt werden können, die besondere Anforderungen an eine Vor- bzw. Nachwärmung des zu schweißenden Bereichs stellen. Durch die zuvor erwähnte Weiterbildung des Verfahrens kann die sogenannte T8/5-Zeit erhöht werden, was wiederum zu einer Verbesserung der Schweißbarkeit von höherfesten Feinkornstählen führt, d. h. Stählen mit erhöhtem Kohlenstoffäquivalent.According to an advantageous development of the invention, the at least one annular flame during the welding operation automatically preheats the area to be welded before the arc and reheats the area to be welded after the arc. This has the advantage that also workpieces made of materials can be welded by the method according to the invention, which make special demands on a preheating or reheating of the area to be welded. By the aforementioned development of the method, the so-called T8 / 5-time can be increased, which in turn leads to an improvement in the weldability of higher-strength fine-grained steels, d. H. Steels with increased carbon equivalent.

In der beim erfindungsgemäßen Verfahren entstehenden hybriden Prozesszone kann die Schweißzone nun gezielt aufgeschmolzen werden und es kann damit ein positionsunabhängiger Schweißprozess kontinuierlich ausgeführt werden. Den Schweißdraht kann ein Schweißtaucher z. B. als Tornister mit integrierter Drahtfördereinrichtung in Spulenform auf dem Rücken transportieren, mit dem Vorteil, dass die vom Schweißdraht zurückzulegende Strecke durch die Anordnung im Tornister relativ gering ist, sodass die Förderlänge gering bleibt und der Schweißdraht im Schubbetrieb (Push-Betrieb) gefördert werden kann. Somit wird der Schweißdraht nur relativ wenigen Biegebelastungen ausgesetzt.In the hybrid process zone resulting from the process according to the invention, the welding zone can now be melted in a targeted manner and thus a position-independent welding process can be carried out continuously. The welding wire can be a welding diver z. B. transport as a backpack with integrated wire conveyor in coil form on the back, with the advantage that the distance traveled by the welding wire route through the arrangement in the backpack is relatively low, so that the conveying length remains low and the welding wire in push mode (push operation) are promoted can. Thus, the welding wire is exposed to relatively few bending loads.

Zusammengefasst ist festzustellen, dass die Erfindung durch die Möglichkeit, Endlosschweißnähte manuell oder maschinell zu erzeugen, den bisher bekannten Technologien weiter überlegen ist. Hinzu kommen eine immense Zeit- und hierdurch bedingte Kostenersparnis, sowie eine Erweiterung der schweißbaren Werkstoffpalette durch die prozessintegrierte Vor- und Nachwärmung. Es können herkömmliche Schweißstromquellen, insbesondere solche für die Unternasser-Technik, verwendet werden. Die einzelnen Bestandteile der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens erforderlichen Schweißvorrichtung sind auf gleichem Kostenniveau bereitstellbar wie bisherige Schweißvorrichtungen. In summary, it should be noted that the ability to manually or machine produce endless welds far surpasses previously known technologies. In addition, there is an immense cost and time-related cost savings, as well as an expansion of the weldable material range through the process-integrated preheating and reheating. Conventional welding power sources, in particular those for the submerged technique, can be used. The individual components of the welding device required for carrying out the welding method according to the invention can be provided at the same cost level as previous welding devices.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Unterwasser-Lichtbogenschweißeinrichtung gemäß Anspruch 9. So können z. B. zwei wenigstens einen Gasanschlussverbinder vorhanden sein. Der Begriff Brenngas ist dabei im weitesten Sinne zu verstehen und umfasst neben einem reinen Gas auch Gasgemische aus zwei oder mehr einzelnen Gasen. Mit dieser Lichtbogenschweißeinrichtung kann vorteilhaft das zuvor erläuterte erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann und somit die beschriebenen Vorteile genutzt werden. Die Lichtbogenschweißeinrichtung und ihre Einzelteile sind dabei nicht aufwändiger herzustellen als Komponenten bekannter Schweißeinrichtungen. So kann der Schweißkopf hinsichtlich der Gasaustrittsstellen ähnlich einen Brenner für das Autogenschweißen ausgeführt werden. Im Unterschied dazu sind noch eine Austrittstelle und eine entsprechende Durchführung für den Schweißdraht vorzusehen. Die elektrische Energiequelle kann z. B. als Schweißtransformator oder als Akkumulator ausgebildet sein oder diesen aufweisen.The above-mentioned object is further achieved by an underwater arc welding device according to claim 9. So z. B. be present at least one gas connection connector. The term fuel gas is to be understood in the broadest sense and includes in addition to a pure gas and gas mixtures of two or more individual gases. With this arc welding device, the previously explained inventive method can be advantageously carried out and thus the advantages described are used. The arc welding device and its individual parts are not complex to produce as components of known welding equipment. Thus, the welding head can be made similar to a torch for the autogenous welding with respect to the gas exit points. In contrast, there is still an exit point and a corresponding implementation for the welding wire provided. The electrical energy source can, for. B. be designed as a welding transformer or accumulator or have this.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der elektrische Anschlusskontakt des Schweißkopfs eine Durchgangsbohrung auf, durch die der Schweißdraht hindurchführbar ist. Dies erlaubt eine einfache elektrische Kontaktierung und zugleich eine günstige mechanische Führung des Schweißdrahts. Die Durchgangsbohrung kann z. B. mittig oder zumindest ungefähr mittig am Anschlusskontakt vorgesehen sein.According to an advantageous embodiment of the invention, the electrical connection contact of the welding head on a through hole through which the welding wire can be passed. This allows a simple electrical contacting and at the same time a favorable mechanical guidance of the welding wire. The through hole can, for. B. be provided centrally or at least approximately centrally on the connection contact.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schweißeinrichtung einen Vorrat für eine Endloszuführung von Schweißdraht auf. Insbesondere kann die Schweißeinrichtung eine motorbetriebene automatische Zuführvorrichtung für die Förderung des Schweißdrahts durch den Schweißkopf aufweisen. Hierdurch wird das einfache und schnelle Erstellen von Endlos-Schweißnähten, insbesondere im Unterwasserbereich, weiter begünstigt.According to an advantageous development of the invention, the welding device has a supply for an endless supply of welding wire. In particular, the welding device may comprise a motorized automatic feeding device for conveying the welding wire through the welding head. As a result, the simple and fast creation of continuous welds, especially in the underwater area, further favors.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schweißeinrichtung einen Vorratsbehälter für das Brenngas auf. Ferner kann die Schweißeinrichtung einen Vorratsbehälter für Sauerstoff aufweisen. Der Vorratsbehälter für das Brenngas bzw. der weitere Vorratsbehälter für den Sauerstoff können mit der Schweißeinrichtung über Rohre oder Schläuche verbunden sein. Im Schweißkopf kann eine Bereitstellung des Brenngases, ggf. mit Zumischung des Sauerstoffs, erfolgen.According to an advantageous development of the invention, the welding device has a reservoir for the fuel gas. Furthermore, the welding device may have a reservoir for oxygen. The reservoir for the fuel gas or the other reservoir for the oxygen can be connected to the welding device via pipes or hoses. In the welding head provision of the fuel gas, possibly with the addition of oxygen, take place.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Schweißkopf sechs oder mehr Gasaustrittsstellen auf. Dies hat den Vorteil, dass eine relativ homogene, gleichförmige ringförmige Flamme um den Schweißdraht herum erzeugt werden kann.According to an advantageous development of the invention, the welding head has six or more gas outlet points. This has the advantage that a relatively homogeneous, uniform annular flame can be created around the welding wire.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schweißeinrichtung einen Vorratsbehälter für das Brenngas auf. Ferner kann die Schweißeinrichtung einen Vorratsbehälter für Sauerstoff aufweisen. Der oder die Vorratsbehälter können über Schläuche mit dem Schweißkopf verbunden sein. Der Schweißkopf kann einer Einstellvorrichtung zur Einstellung des Gasgemisches der zugeführten Gase aufweisen.According to an advantageous development of the invention, the welding device has a reservoir for the fuel gas. Furthermore, the welding device may have a reservoir for oxygen. The reservoir (s) may be connected to the welding head via hoses. The welding head may comprise an adjusting device for adjusting the gas mixture of the supplied gases.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Schweißkopf sechs oder mehr Gasaustrittsstellen auf. Dies hat den Vorteil, dass durch eine entsprechend hohe Zahl an Gasaustrittsstellen eine gleichförmige ringförmige Flamme gebildet werden kann.According to an advantageous development of the invention, the welding head has six or more gas outlet points. This has the advantage that a uniform annular flame can be formed by a correspondingly high number of gas outlet points.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Gasaustrittsstellen kreisringförmig, oval, mehreckig oder in einer sonstigen länglichen Form ringförmig um die Austrittsstelle für den Schweißdraht herum am Schweißkopf angeordnet. Dies gibt eine Vielzahl von Ausführungsmöglichkeiten für den Schweißkopf, sodass dieser je nach Anwendungsfall günstig gestaltet werden kann. Durch eine Veränderung der Anordnung der Gasaustrittsstellen von einer Kreisringform z. B. in Richtung einer länglichen, z. B. ovalen Form kann die Lage und Größe des Vorwärm- bzw. Nachwärmbereichs des Schweißvorgangs beeinflusst werden, sodass eine Anpassung an bestimmte äußere Umgebungsbedingungen, wie z. B. Temperatur, Feuchtigkeit usw. sowie eine Anpassung an die Vorwärm- bzw. Nachwärmerfordernisse des verwendeten Werkstückmaterials durchgeführt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the gas outlet points are annular, oval, polygonal or annularly arranged in another elongated shape around the exit point for the welding wire around the welding head. This gives a variety of design options for the welding head, so that it can be made low depending on the application. By changing the arrangement of the gas outlet points of a circular ring shape z. B. in the direction of an elongated, z. B. oval shape, the location and size of the preheating or Nachwärmbereichs the welding process can be influenced, so that an adaptation to certain external environmental conditions such. As temperature, humidity, etc. and an adaptation to the preheating or Nachwärmerfordernisse of the workpiece material used to be performed.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Gasaustrittsstellen für einen parallel zu dem Schweißdraht oder vom Schweißdraht fort gerichteten Gasaustritt des Brenngases ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch eine Beeinflussung des Lichtbogenschweißprozesses durch die Flamme bestmöglich vermieden werden kann. Die auf diese Weise gebildete ringförmige Flamme hat damit eine zylindrische oder kegelförmig vom Schweißdraht fortweisende Kontur. Vorteilhaft ist z. B. ein Gasaustrittswinkel zwischen 0 und 60 Grad, bezogen auf die Austrittsrichtung des Schweißdrahts. Der Gasaustrittswinkel kann z. B. ca. 30 Grad aufweisen.According to an advantageous embodiment of the invention, the gas outlet points for a parallel to the welding wire or the welding wire directed away gas outlet of the fuel gas are formed. It has been shown that thereby influencing the arc welding process by the flame can be avoided as best as possible. The annular flame formed in this way thus has a cylindrical or conical pointing away from the welding wire contour. It is advantageous z. B. a gas outlet angle between 0 and 60 degrees, based on the exit direction of the welding wire. The gas outlet angle can z. B. about 30 degrees.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments using drawings.

Es zeigenShow it

1 einen Schweißkopf einer Lichtbogenschweißeinrichtung mit einem zu schweißenden Werkstück in Querschnittsdarstellung und 1 a welding head of an arc welding device with a workpiece to be welded in cross-sectional view and

2 eine Anordnung von Gasaustrittsstellen des Schweißkopfs und 2 an arrangement of gas outlet points of the welding head and

3 eine weitere Anordnung von Gasaustrittsstellen eines Schweißkopfs und 3 another arrangement of gas outlet points of a welding head and

4 eine Lichtbogenschweißeinrichtung. 4 an arc welding device.

In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.In the figures, like reference numerals are used for corresponding elements.

Die 1 zeigt ein Schweißkopf-Frontteil 2 sowie ein zu schweißendes Werkstück 11, beides in geschnittener Darstellung. Das Schweißkopf-Frontteil 2 weist in seinem Inneren in der 1 nicht dargestellte Gaskanäle auf, die in an der Frontseite 12 des Schweißkopf-Frontteils 2 angeordnete Gasaustrittsöffnungen münden, die Gasaustrittsstellen für ein durch das Schweißkopf-Frontteil 2 geführtes Brenngas bilden. In der 1 sind die durch austretendes Gas an den Gasaustrittsöffnungen erzeugten Einzel-Flammen des abbrennenden Brenngases dargestellt, die zusammen eine ringförmige Flamme 5 bilden.The 1 shows a welding head front part 2 and a workpiece to be welded 11 , both in cut representation. The welding head front part 2 points in its interior in the 1 not shown gas ducts, in on the front 12 of the welding head front part 2 arranged gas outlet openings open, the gas outlet points for a through the welding head front part 2 form guided fuel gas. In the 1 the individual flames of the burning fuel gas generated by the exiting gas at the gas outlet openings are shown, which together form an annular flame 5 form.

An zentraler Stelle ist in dem Schweißkopf-Frontteil 2 eine Durchgangsöffnung vorgesehen, durch die ein Schweißdraht 1, der für ein Lichtbogenschweißen geeignet ist, durch das Schweißkopf-Frontteil 2 geführt wird und auf das Werkstück 11 hin bewegt wird. Der Schweißdraht 1 wird dabei durch ein buchsen- bzw. rohrförmiges Teil geführt, das als elektrischer Anschlusskontakt 3 zur Versorgung des Schweißdrahts mit elektrischer Energie aus einem Schweißtransformator dient. In Folge der Zuführung der elektrischen Energie kann bei gleichzeitiger Verbindung des Werkstücks 11 mit dem Schweißtransformator ein Lichtbogen erzeugt werden und ein Lichtbogenschweißverfahren durchgeführt werden. Die Gasaustrittsöffnungen 12 sind ringförmig um eine Austrittsstelle des Schweißdrahts 1 aus dem Schweißkopf-Frontteil 2 angeordnet.At a central point is in the welding head front part 2 a through hole provided through which a welding wire 1 , which is suitable for arc welding, by the welding head front part 2 is guided and on the workpiece 11 is moved. The welding wire 1 is guided by a bushing or tubular part, which serves as an electrical connection contact 3 to supply the welding wire with electrical energy from a welding transformer. As a result of the supply of electrical energy can while connecting the workpiece 11 an arc is generated with the welding transformer and an arc welding process are performed. The gas outlet openings 12 are annular around an exit point of the welding wire 1 from the welding head front part 2 arranged.

Wie erkennbar ist, wird der Schweißdraht 1 an der Frontseite 12 des Schweißkopf-Frontteils 2 von den Flammen der ringförmigen Flamme 5 vollständig umringt. In der Nähe des Werkstücks 11 entsteht der Lichtbogen des Lichtbogenschweißverfahrens, der dazu führt, dass der Schweißdraht in einem Bereich 6 abschmilzt. Hierdurch entsteht am Werkstück 11 eine Schweißgutzone 8, die schließlich eine Schweißnaht bildet. Die ringförmige Flamme 5 erzeugt als Verbrennungsprodukt eine Gasglocke 4 eines den Schweißprozess nicht störenden Gases, z. B. CO₂. Weitere Verbrennungsprodukte wie H₂O fallen in geringen Mengen an und sind hierbei nicht dargestellt. In Folge der auf das Werkstück 11 ebenfalls einwirkenden Erwärmungswirkung der ringförmigen Flamme 5 bildet sich die in 1 dargestellte Wärmeeinflusszone 10. Ein um die Schweißgutzone 8 herum angeordneter, kleinerer Bereich 9 bildet die Wärmeeinflusszone des Lichtbogenschweißverfahrens. Wird das Schweißkopf-Frontteil 2 relativ zum Werkstück 11 bewegt, z. B. in der Darstellung der 1 nach rechts, so bildet der rechte Bereich der Wärmeeinflusszone 10 eine Vorwärmzone, in der durch die ringförmige Flamme automatisch eine Vorwärmung des zu schweißenden Bereichs vor dem Lichtbogen durchgeführt wird. Durch den linken Bereich der Wärmeeinflusszone 10 wird automatisch eine Nachwärmung des zu schweißenden Bereichs nach dem Lichtbogen durchgeführt.As can be seen, the welding wire becomes 1 at the front 12 of the welding head front part 2 from the flames of the annular flame 5 completely surrounded. Near the workpiece 11 arises the arc of the arc welding process, which causes the welding wire in one area 6 melts. This results in the workpiece 11 a welding area 8th which finally forms a weld. The annular flame 5 generates a gas bell as combustion product 4 a gas that does not interfere with the welding process, e.g. B. CO ₂ . Other combustion products such as H ₂ O are produced in small amounts and are not shown here. In consequence of that on the workpiece 11 also acting warming effect of the annular flame 5 forms the in 1 illustrated heat affected zone 10 , One around the welding area 8th arranged around, smaller area 9 forms the heat affected zone of the arc welding process. Will the welding head front part 2 relative to the workpiece 11 moves, z. B. in the representation of 1 to the right, the right-hand area forms the heat-affected zone 10 a preheating zone in which the annular flame automatically preheats the area to be welded before the arc. Through the left area of the heat affected zone 10 a re-heating of the area to be welded after the arc is automatically carried out.

Die 2 und 3 zeigen beispielhafte Ausführungsformen des Schweißkopf-Frontteils 2 in einer Draufsicht auf die Frontseite 12. Dargestellt ist jeweils eine Vielzahl von Gasaustrittsstellen 7 bzw. Gasaustrittsöffnungen, die im Fall der 2 kreisringförmig und im Fall der 3 oval angeordnet sind, z. B. entlang einer elliptischen Ringform. Eine zentrale Öffnung 13 bildet die Austrittsstelle für den Schweißdraht 1 aus dem Schweißkopf-Frontteil 2. Die Ausführungsform gemäß 2 hat den Vorteil, dass das Schweißkopf-Frontteil in allen Bewegungsrichtungen das gleiche Verhalten zeigt, insbesondere sind die Lage und Ausdehnung der Vorwärmzone und der Nachwärmzone unabhängig von der Bewegungsrichtung. Durch gezielte Veränderung der Anordnung der Gasaustrittsstellen 7 kann, wie z. B. im Fall der 3, eine Verlagerung der Vorwärmzone bzw. der Nachwärmzone vom Schweißdraht 1 erzeugt werden.The 2 and 3 show exemplary embodiments of the welding head front part 2 in a top view on the front 12 , Shown is a plurality of gas outlet points 7 or gas outlet openings, which in the case of 2 circular and in the case of 3 are arranged oval, z. B. along an elliptical ring shape. A central opening 13 forms the exit point for the welding wire 1 from the welding head front part 2 , The embodiment according to 2 has the advantage that the welding head front part shows the same behavior in all directions of movement, in particular the position and extent of the preheating zone and the reheating zone are independent of the direction of movement. By targeted modification of the arrangement of the gas outlet points 7 can, like B. in the case of 3 , a shift of the preheating zone or the reheating zone of the welding wire 1 be generated.

Das Schweißkopf-Frontteil 2 kann entweder aus elektrisch nicht leitendem Material gebildet sein, oder aus elektrisch leitendem Material, wobei dann vorteilhaft der Anschlusskontakt 3 sowie der Schweißdraht 1 gegenüber dem Schweißkopf-Frontteil 2 elektrisch isoliert sind.The welding head front part 2 can be formed either of electrically non-conductive material, or of electrically conductive material, in which case advantageously the terminal contact 3 as well as the welding wire 1 opposite the welding head front part 2 are electrically isolated.

Das Schweißkopf-Frontteil 2 mit dem Anschlusskontakt 3 sind dabei Teile eines Schweißkopfs 20, wie nachfolgend noch anhand der 4 erläutert wird.The welding head front part 2 with the connection contact 3 are parts of a welding head 20 , as below with reference to the 4 is explained.

Die 4 zeigt einen Schweißkopf 20, der an einer frontseitigen Arbeitsseite die zuvor bereits erläuterten Bauteile Schweißkopf-Frontteil 2 mit dem elektrischen Anschlusskontakt 3 aufweist. Der Schweißkopf 20 weist einen elektrischen Anschlussverbinder 31 auf, an dem eine elektrische Leitung 22 eines Schweißgeräts 21 angeschlossen ist. Über eine andere elektrische Leitung 23 ist das Schweißgerät 21 mit dem Werkstück 11 elektrisch verbunden. Der elektrische Anschlussverbinder 31 ist in dem Schweißkopf 20 intern mit dem elektrischen Anschlusskontakt 3 verbunden, sodass über den Schweißtransformator 21 eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen dem Schweißdraht 1 und dem Werkstück 11 aufgebaut werden kann und damit der Lichtbogen zum Durchführen des Lichtbogenschweißverfahrens hergestellt werden kann. Das Schweißgerät 21 weist eine elektrische Energiequelle auf, z. B. einen Schweißtransformator oder einen Akkumulator, durch deren elektrische Energie der Lichtbogen erzeugt wird.The 4 shows a welding head 20 , on a front side of the work, the previously discussed components welding head front part 2 with the electrical connection contact 3 having. The welding head 20 has an electrical connection connector 31 on, on which an electrical line 22 a welding machine 21 connected. About another electrical line 23 is the welding machine 21 with the workpiece 11 electrically connected. The electrical connection connector 31 is in the welding head 20 internally with the electrical connection contact 3 connected, so over the welding transformer 21 an electrical potential difference between the welding wire 1 and the workpiece 11 can be constructed and thus the arc can be made to perform the arc welding process. The welding machine 21 has an electrical energy source, z. As a welding transformer or a battery, the electrical energy of the arc is generated.

Der Schweißkopf 20 weist eine Zuführstelle für den Schweißdraht 1 auf, der durch den Schweißkopf 20 hindurchgeführt wird. Der Schweißdraht 1 wird dabei auf einem Vorrat 28, z. B. einer Vorratstrommel, als Endlosmaterial bereitgestellt. In dem Schweißkopf 20 kann ein Motor 29 vorgesehen sein, der zum motorgetriebenen Vorschub des Schweißdrahts 1 durch den Schweißkopf 20 hindurch dient.The welding head 20 has a supply point for the welding wire 1 up through the welding head 20 is passed. The welding wire 1 will be on a supply 28 , z. B. a storage drum, provided as endless material. In the welding head 20 can be an engine 29 be provided, the motor-driven feed of the welding wire 1 through the welding head 20 through it serves.

Der Schweißkopf 20 weist ferner einen Gasanschlussverbinder 33 auf, an den über eine Gasleitung 25 ein Vorratsbehälter 24 für Brenngas, z. B. Propen oder Buten, angeschlossen ist. An einem weiteren Gasanschlussverbinder 34 des Schweißkopfs 20 ist über eine Gasleitung 27 ein Behälter 26 angeschlossen, der Sauerstoff enthält. Der Schweißkopf 20 kann einen Einstellregler 30 zur Einstellung eines gewünschten Gasgemisches zwischen dem Brenngas und dem Sauerstoff aufweisen, sodass eine gewünschte autogene Flamme als ringförmige Flamme 5 erzeugt werden kann.The welding head 20 also has a gas connection connector 33 on, on the over a gas line 25 a storage container 24 for fuel gas, z. As propene or butene is connected. At another gas connection connector 34 of the welding head 20 is over a gas pipe 27 a container 26 connected, which contains oxygen. The welding head 20 can be an adjustment knob 30 to set a desired gas mixture between the fuel gas and the oxygen, so that a desired autogenous flame as an annular flame 5 can be generated.

Der Schweißkopf 20 kann als Schweißkopf einer automatisch betriebenen Schweißeinrichtung, z. B. für das Roboterschweißen, ausgebildet sein, oder als manuell handhabbarer Schweißkopf. Im letztgenannten Fall ist es vorteilhaft, am Schweißkopf 20 einen Griff 32 oder eine sonstige Handhabe anzuordnen.The welding head 20 can be used as a welding head of an automatically operated welding device, eg. B. for robot welding, trained, or as a manually operable welding head. In the latter case, it is advantageous at the welding head 20 a handle 32 or to arrange another handle.

Claims

Method for underwater welding, wherein on at least one workpiece to be welded ( 11 ) a weld is produced by means of an arc welding process, in which a consumable welding wire ( 1 ) of the arc welding method of at least one annular flame ( 5 ) is surrounded, characterized in that during the welding process at least one combustion product of the at least one annular flame ( 5 ) a protective gas bell ( 4 ) at least around the arc of the welding wire ( 1 ).

Method according to claim 1, characterized in that the at least one annular flame ( 5 ) from the welding wire ( 1 ) is spaced so far that this through the annular flame ( 5 ) is not melted.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one annular flame ( 5 ) is ignited by the ignition of the arc of the arc welding process, in particular ignited under water.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the arc welding method is a modified MAG process, in which the protective gas by at least one combustion product of the at least one annular flame ( 5 ) is formed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the arc welding process is a continuous welding process in which the welding wire ( 1 ) continuously from a supply ( 28 ) is conveyed to the weld.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the welding wire ( 1 ) is a solid, unfilled and uncovered wire.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one annular flame ( 5 ) is produced by the combustion of propene and / or butene.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by the at least one annular flame ( 5 ) during the welding process automatically preheating the area to be welded ( 10 ) before the arc and a reheating of the area to be welded ( 10 ) is performed after the arc.

Underwater arc welding device for carrying out a method according to one of the preceding claims with a welding head ( 20 ), which has an electrical connection contact ( 3 ) for supplying power through the welding head ( 20 ) to leading welding wire ( 1 ) of an arc welding method, wherein the welding head ( 20 ) several around an exit point ( 13 ) of the welding wire ( 1 ) from the welding head ( 20 ) arranged around gas outlet points ( 7 ) for a fuel gas, wherein the welding head ( 20 ) at least one electrical connection connector ( 31 ) for electrically connecting an electrical energy source ( 21 ) with the electrical connection contact ( 31 ) and at least one gas connection connector ( 33 . 34 ) for connecting a fuel gas supply ( 24 . 26 ) with the gas outlet points ( 7 ) having.

Welding device according to claim 9, characterized in that the welding head ( 20 ) six or more gas outlets ( 7 ) having.

Welding device according to one of claims 9 to 10, characterized in that the gas outlet points ( 7 ) annular, oval, polygonal or in any other elongated shape annular around the exit point ( 13 ) for the welding wire ( 1 ) around the welding head ( 20 ) are arranged.

Welding device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the gas outlet points ( 7 ) for one parallel to the welding wire ( 1 ) or the welding wire ( 1 ) directed away gas outlet of the fuel gas are formed.