DE10216530A1

DE10216530A1 - Welding burner for quality assured MIG/MAG narrow gap welding is narrow and suitable for welding workpieces having a specified thickness

Info

Publication number: DE10216530A1
Application number: DE2002116530
Authority: DE
Inventors: Heinrich Hantsch; Klaus Timmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-10-30

Abstract

Welding burner is narrow and suitable for welding workpieces having a thickness from 30 mm in a narrow gap, a welding gap of 10-12 mm and a side incline of 0.5-1 degrees.

Description

field of use

Die Erfindung betrifft einen Schweißbrenner entsprechend dem Oberbegriff des Anspruch 1. The invention relates to a welding torch according to the preamble of claim 1.

State of the art

Das wirtschaftliche MIG-/MAG-Engspaltschweißen hat bisher keine wesentliche praktische Anwendung erlangt, da es auf dem Markt keine robusten und in der Praxis bewährten Schweißbrenner gibt. Dies haben ergeben: eine umfangreiche Literaturrecherche, der Besuch der Messe Schweißen und Schneiden in Essen, September 2001 und eine Reihe von Industriekontakten im Rahmen von Beratungstätigkeiten. The economical MIG / MAG narrow gap welding has so far not essential practical application, since there are no robust and on the market proven welding torches in practice. This resulted in: one extensive literature research, a visit to the welding fair and Cutting in Essen, September 2001 and a number of industrial contacts in Framework of advisory activities.

Nachteile des Standes der TechnikDisadvantages of the prior art

Einer breiteren Anwendung des MIG-/MAG-Engspaltschweißens mit den bisher bekannten Schweißeinrichtungen stehen entgegen:

- Gefahr des Auftretens von Bindefehlern im Nahtflankenbereich, da der Abstand zwischen Lichtbogen und Nahtflanke Schwankungen unterliegen kann.
- Eine nennenswerte Fertigungskosten-Einsparung infolge Umstellung von konventioneller Nahtvorbereitung (V-Naht, Tulpennaht) auf Engspalt ist bei den gegenwärtigen Schweißeinrichtungen und den infrage kommenden Werkstückdicken (unterer Bereich, z. B. ab 30 mm) wegen verhältnismäßig breiter Schweißbrenner und damit erforderlicher breiterer Spalte kaum gegeben.

There is a broader application of MIG / MAG narrow gap welding with the previously known welding devices:

- Risk of binding errors occurring in the seam flank area, since the distance between the arc and the seam flank can fluctuate.
- Considerable savings in production costs as a result of the change from conventional seam preparation (V seam, tulip seam) to narrow gaps in the current welding equipment and the workpiece thicknesses in question (lower range, e.g. from 30 mm) because of the relatively wide welding torch and therefore the wider one required Barely given column.

Object of the invention

Die praktische Einführung des MIG-/MAG-Engspaltschweißens wird durch den schmalen, in den engen Spalt hineinragenden und entlang der Nahtflanke, an der gerade geschweißt wird, mittels einer Rolle geführten Schweißbrenner, ermöglicht. Damit wird sichergestellt, dass der Lichtbogen stets die Nahtflanke genügend aufschmilzt und es zu einer günstigen Raupenausbildung kommen kann. Angestrebt wird eine Einbrandtiefe in die Nahtflanke von mindestens 0,25 mm. Der Spalt wird so eng gewählt, dass nur pro Lage jeweils hintereinander an der linken und dann an der rechten Nahtflanke geschweißt wird. Zum Schweißen der Wurzellage und von Ausgleichsraupen läßt sich der Schweißbrenner mittig im Spalt ohne Rollenkontakt zur Nahtflanke positionieren. The practical introduction of MIG / MAG narrow gap welding is carried out by the narrow, protruding into the narrow gap and along the Seam flank on which welding is currently being carried out by means of a roller Welding torch. This ensures that the arc always melts the seam flank sufficiently and it turns into a cheap one Caterpillar training can come. The aim is to penetrate deep into the Seam flank of at least 0.25 mm. The gap is chosen so narrow that only per layer one after the other on the left and then on the right Seam flank is welded. For welding the root position and The welding torch can be compensated in the center of the gap without Position the roller contact to the seam flank.

Solution of the task

Einführung eines neu entwickelten MIG-/MAG-Engspaltschweißbrenners, der es ermöglicht, Engspaltschweißungen mit geringstmöglicher Spaltbreite an diversen Bauteilen (Längsnähte, Rundnähte) bei Wanddicken ab etwa 30 mm ohne Bindefehlergefahr zu schweißen. Um auch größere Wanddicken, z. B. 100 mm und mehr schweißen zu können, muß der Schweißbrenner in seiner Länge entsprechend angepaßt werden. Introduction of a newly developed MIG / MAG narrow-gap welding torch, which enables narrow-gap welding with the smallest possible gap width on various components (longitudinal seams, circular seams) with wall thicknesses from approx 30 mm to weld without risk of binding errors. To bigger ones too Wall thicknesses, e.g. B. to be able to weld 100 mm and more, the The length of the welding torch can be adjusted accordingly.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die Einführung des neuen Schweißbrenners wird die Akzeptanz des MIG-/MAG-Engspaltschweißens gefördert. Durch Verringerung des Nahtvolumens werden der Schweißzusatzwerkstoffverbrauch und die Fertigungszeit stark reduziert. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit des Schweißens und damit die Wettbewerbsfähigkeit. Es kann überall in Industrie, Mittelstand und Handwerk dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo dickere Werkstücke geschweißt werden müssen, z. B. im Apparate-, Anlagen- und Stahlbau. With the introduction of the new welding torch, the acceptance of the MIG / MAG narrow gap welding promoted. By reducing the The weld filler material consumption and the Manufacturing time greatly reduced. This increases the economy of the Welding and thus competitiveness. It can go anywhere Industry, medium-sized businesses and handicrafts can be used to advantage where thicker workpieces must be welded, e.g. B. in apparatus, plant and steel construction.

Example description of a patent application

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 bis 3 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen den Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise des schmalen Schweißbrenners, der in die enge Nahtfuge (Spalt) tief hinein ragt und das Schweißen der einzelnen Raupen von unten nach oben (Viellagentechnik bzw. Vielraupentechnik) ermöglicht. Der Schweißbrenner ist zweiteilig aufgebaut, ein Teil ist stromführend (1) und ein anderer Teil ist nicht stromführend (2). Beide Teile sind voneinander elektrisch isoliert (8, 9, 11, 15). Die Schweißbrennerteile, Teil (1) und Teil (2) bestehen aus unterschiedlichen Kupferlegierungen mit hinreichender elektrischer Leitfähigkeit (1) bzw. mit entsprechender Festigkeit (2). Schweißbrennerteil (2) ist mit dem Schweißbrennerteil (1) über zwei Bolzen (5), die in isolierenden Buchsen (15) gleiten und somit einen Stromübergang verhindern, verbunden. Zwei Spiralfedern (18) mit entsprechender Federkraft sorgen dafür, dass im Betriebszustand beide Schweißbrennerteile parallel zueinander angeordnet sind und durch den Anpressdruck des Gleitsteines (11) aus einer Keramik ein sicherer Stromübergang vom Stromkontaktstück (10) auf die Drahtelektrode (22) erfolgt. Der notwendige Anpressdruck wird über die Stellmutter (13), die über die Schraube (6), die elektrisch isoliert (15) mit dem Teilschweißbrenner (1) verbunden ist, eingestellt. Beide Teilschweißbrenner sind im unteren Bereich über zwei ineinander greifende Gleitschuhe (8, 9) verbunden, wodurch eine präzise Lage beider Schweißbrennerteile zueinander gesichert ist. Der an den stromführenden Teilschweißbrenner (1) befestigter Gleitschuh (9) ist aus einem isolierenden Werkstoff hergestellt, siehe Schnitt E-F, Zeichnung 1 und 2. Der Schweißstrom fließt beim Schweißen über den Stromanschluss (4, siehe Zeichnung 2), Teilschweißschwert (1), Stromkontakstück (10), Drahtelektrode (22) und Lichtbogen (23) zum Werkstück (21). Die Drahtelektrode (22) wird über drei Distanzstücke (7) und den Gleitschuh (9) geführt. Diese bestehen aus einem wärmebeständigen Kunststoff und sind stromisolierend. Das auswechselbare Stromkontaktstück (10) besteht, zur Sicherstellung eines verlustarmen Stromüberganges, aus einer abriebarmen Kupferlegierung und ist zur Einhaltung eines gleichmäßigen Drahtelektrodenabstandes zur Nahtflanke mit einer trapezförmigen Längsnut versehen (siehe Zeichnung 1 und 2, Schnitt G-H). Der Schweißbrenner wird beim Schweißen im engen Spalt (24) entlang der Nahtflanke mit Hilfe einer Rolle (14) geführt. Der Schweißbrenner steht somit über dieser Rolle mit der Nahtflanke im Kontakt, an der jeweils geschweißt wird, z. B. Stellung 25, Schweißraupe R2 (siehe Zeichnung 1). Zum Schweißen auf der gegenüberliegenden Flanke wird der Schweißbrenner zur anderen Nahtflanke geschwenkt, Stellung 26, Schweißraupe R3. Das Schweißschwert rollt beim Schweißen mit Hilfe der Rolle (14) entlang der Nahtflanke. Der Übergang von der einen Nahtflanke zur anderen kann nach einem kompletten Umlauf, z. B. bei einer Rohrundnaht, ohne Unterbrechung erfolgen. Die erste Schweißraupe, Stellung 27, R1 (Wurzellage) und eventuelle Ausgleichsraupen, lassen sich in der Mittenstellung des Schweißbrenners Schweißen, wobei die Rolle keine Berührung zur Nahtflanke hat. Der Schweißbrenner ist über ein Drehgelenk (3) und eine Vorrichtung (29) an einem Fahrwerk (28) befestigt. Bewegungsachsen: x-Schweißrichtung, y-Querzustellung und z-Höheneinstellung. Der gesamte Schweißbrenner kann im Drehgelenk (3) quer zur Schweißrichtung jeweils leicht geschwenkt werden, so dass es im unteren Bereich über die Rolle zum Kontakt mit der Nahtflanke kommt. Die Querbewegung des Schweißbrenners erfolgt mit dem Handgriff (33) über die manuelle Betätigung der Spindel (30). Die Drehbewegung der Spindel (30) verursacht über ein mehrgängiges Gewinde (34) eine leichte Drehung im Drehgelenk (3). Dabei erfährt die Spindel (30) über Gleitschuhe eine leichte Schrägstellung in der Vorrichtung (29). Die Spiralfedern (31, 32) ermöglichen einen spielfreien und damit sicheren Betrieb des Schweißbrenners. An embodiment of the invention is shown in the drawings 1 to 3 and described in more detail below. The drawings show the structure and the principle of operation of the narrow welding torch, which protrudes deep into the narrow seam (gap) and enables welding of the individual beads from bottom to top (multi-layer technology or multi-bead technology). The welding torch is constructed in two parts, one part is live ( 1 ) and another part is not live ( 2 ). Both parts are electrically isolated from each other ( 8 , 9 , 11 , 15 ). The welding torch parts, part ( 1 ) and part ( 2 ) consist of different copper alloys with sufficient electrical conductivity ( 1 ) or with appropriate strength ( 2 ). Welding torch part ( 2 ) is connected to the welding torch part ( 1 ) via two bolts ( 5 ) which slide in insulating bushes ( 15 ) and thus prevent current transfer. Two spiral springs ( 18 ) with the appropriate spring force ensure that both welding torch parts are arranged parallel to each other in the operating state and that the ceramic contact block ( 11 ) presses on the ceramic to ensure a safe current transfer from the current contact piece ( 10 ) to the wire electrode ( 22 ). The necessary contact pressure is transmitted via the adjuster nut (13) which is set via the screw (6), which is electrically insulated (15) connected to the part of the welding torch (1). Both partial welding torches are connected in the lower area via two interlocking sliding shoes ( 8 , 9 ), which ensures a precise position of the two welding torch parts relative to one another. The sliding block ( 9 ) attached to the live partial welding torch ( 1 ) is made of an insulating material, see section EF, drawing 1 and 2. The welding current flows through the power connection (4, see drawing 2), partial welding sword ( 1 ), Current contact piece ( 10 ), wire electrode ( 22 ) and arc ( 23 ) to the workpiece ( 21 ). The wire electrode ( 22 ) is guided over three spacers ( 7 ) and the slide shoe ( 9 ). These consist of a heat-resistant plastic and are current-insulating. The exchangeable current contact piece ( 10 ) consists of a low-abrasion copper alloy to ensure a low-loss current transfer and is provided with a trapezoidal longitudinal groove to maintain a uniform wire electrode distance from the seam flank (see drawings 1 and 2, section GH). The welding torch is guided in the narrow gap ( 24 ) along the seam flank with the help of a roller ( 14 ). The welding torch is thus in contact with the seam flank over which this roll is being welded, e.g. B. Position 25 , welding bead R2 (see drawing 1). For welding on the opposite flank, the welding torch is swiveled to the other seam flank, position 26 , welding bead R3. The welding sword rolls along the seam flank with the help of the roller ( 14 ). The transition from one seam flank to the other can take place after a complete revolution, e.g. B. with a pipe seam, without interruption. The first welding bead, position 27 , R1 (root position) and any compensating beads, can be welded in the center position of the welding torch, whereby the roll has no contact with the seam flank. The welding torch is fastened to a chassis ( 28 ) via a swivel joint ( 3 ) and a device ( 29 ). Movement axes: x welding direction, y transverse infeed and z height adjustment. The entire welding torch can be swiveled slightly in the swivel joint ( 3 ) transversely to the welding direction, so that there is contact with the seam flank in the lower area via the roll. The welding torch is moved laterally with the handle ( 33 ) via the manual actuation of the spindle ( 30 ). The rotary movement of the spindle ( 30 ) causes a slight rotation in the swivel joint ( 3 ) via a multi-start thread ( 34 ). The spindle ( 30 ) experiences a slight inclination in the device ( 29 ) via sliding shoes. The spiral springs ( 31 , 32 ) enable the welding torch to be operated without play and thus safely.

Einstellmöglichkeiten: Handgriffstellung Position 1: Schweißbrenner ist in Mittelstellung und schweißt die Wurzellage bzw. Ausgleichsraupen, Handgriffstellung Position 2: Schweißbrenner ist zur linken Nahtflanke geneigt und schweißt die Raupe 2, Handgriffstellung Position 3: Schweißbrenner ist zur rechten Nahtflanke geneigt und schweißt die Raupe 3. Das Schutzgas zum Schweißen wird über ein flaches Rohr (16) direkt zur Schweißstelle geleitet. Somit wird der Zutritt von Luft in den Lichtbogenbereich und eine mögliche Porenbildung im Schweißgut verhindert. Das von beiden Seiten mit z. B. dünnen Kunststoffplatten (0,5 mm dick) seitlich isolierte stromführende Teilschwert (1), die Isolation ist in der Zeichnung nicht enthalten, wird mit Wasser gekühlt (17). Damit ist es möglich auch mit höheren Stromstärken zu arbeiten. Die Temperatur des Stromkontaktstückes (10) wird mit Hilfe eines Thermoelementes (19) erfasst und angezeigt. Bei einem ungestörten Schweißablauf bleibt die Temperatur des Stromkontaktstückes nahezu konstant. Wenn die Temperatur ansteigt, so ist es ein Indiz dafür, dass das Stromkontaktstück verschmutzt und/oder verschlissen ist und ausgetauscht werden muss. Dies ist ein zusätzlicher Beitrag zur Qualitätssicherung beim Schweißen. Beim Schweißen im oberen Nahtbereich (Resthöhe ca. 10 mm) befindet sich die Rolle nicht mehr in Kontakt mit der Nahtflanke. Hier kann der Schweißbrenner frei positioniert werden und das Schweißen erfolgt vollmaschinell, ohne Bindefehler zu befürchten. Für den Arbeitsablauf ist es vorteilhaft wenn die vertikale Positionierung des Schweißbrenners (z- Richtung) mit einer mit dem Schweißbrenner gekoppelten, z. B. elektrisch/mechanisch wirkenden Höhensteuerung erfolgt. Solche Einrichtungen sind auf dem Markt vorhandenen. Eine Höhensteuerung ist in den Zeichnungen 1 bis 3 nicht enthalten. Setting options: handle position 1 : welding torch is in the middle position and welds the root position or leveling beads, handle position position 2 : welding torch is inclined to the left seam flank and welds bead 2 , handle position position 3 : welding torch is inclined to the right seam flank and welds bead 3 . The shielding gas for welding is fed directly to the welding point via a flat pipe ( 16 ). This prevents air from entering the arc area and prevents the formation of pores in the weld metal. The from both sides with z. B. thin plastic plates (0.5 mm thick) laterally insulated current carrying sword ( 1 ), the insulation is not included in the drawing, is cooled with water ( 17 ). This makes it possible to work with higher currents. The temperature of the current contact piece ( 10 ) is detected and displayed using a thermocouple ( 19 ). With an undisturbed welding process, the temperature of the current contact piece remains almost constant. If the temperature rises, it is an indication that the current contact piece is dirty and / or worn and must be replaced. This is an additional contribution to quality assurance when welding. When welding in the upper seam area (residual height approx. 10 mm), the roll is no longer in contact with the seam flank. Here the welding torch can be positioned freely and the welding is done fully automatically without fear of binding errors. For the workflow, it is advantageous if the vertical positioning of the welding torch (z direction) with a coupling coupled to the welding torch, e.g. B. electrically / mechanically acting height control. Such facilities are available on the market. Height control is not included in drawings 1 to 3.

Claims

1.Welding torch for quality-assured MIG / MAG narrow gap welding, characterized in that the torch is narrow and therefore easy to weld on workpieces with a thickness from approx. 30 mm in a narrow gap, gap width in the base approx. 10 to 12 mm, flank inclination 0.5 up to 1 °.

2. Welding torch according to claim 1, characterized in that the welding torch is constructed in two parts, namely from a current-carrying part ( 1 ) and a currentless part ( 2 ).

3. Welding torch according to claim 1, characterized in that a secure current transmission via a narrow longitudinally grooved current contact piece ( 10 ), which is easily replaceable, takes place.

4. Welding torch according to claim 1, characterized in that the partial welding torch ( 1 ) consists of a copper alloy with sufficient electrical conductivity.

5. Welding torch according to claim 1, characterized in that the partial welding torch ( 1 ) is provided with water cooling, whereby the welding on preheated components and with higher arc power, for. B. high current welding is possible.

6. Welding torch according to claim 1, characterized in that the partial welding torch ( 2 ) consists of a copper alloy with increased mechanical strength.

7. welding torch according to claim 1, characterized in that the current contact piece ( 10 ) consists of a low-wear copper alloy with sufficient electrical conductivity and to ensure a low-loss current transfer, and to maintain a uniform distance from the seam flank with a trapezoidal longitudinal groove.

8. Welding torch according to claim 1, characterized in that the welding wire electrode is guided in the longitudinal groove of the current contact piece and is pressed with a sliding block ( 11 ) via the adjusting nut ( 13 ), in order to ensure an undisturbed current transfer.

9. welding torch according to claim 1, characterized in that the process stability during welding additionally via the Measurement of the time course of the temperature of the current contact piece is monitored.

10. A welding torch according to claim 1, characterized in that the welding torch is guided along the seam flank with the aid of a roller ( 14 ) in order to always ensure a uniform distance between the arc and the seam flank and thus penetration depths of at least 0.25 mm in the seam flanks.

11. welding torch according to claim 1, characterized in that the required distance of the arc from the seam flank can be set via the respective size of the roll.

12. welding torch according to claim 1, characterized in that as welding filler solid wires or cored wires be used.

13. welding torch according to claim 1, characterized in that longitudinal seams and circular seams in tub position with direct current or pulse current are welded.

14. welding torch according to claim 1, characterized in that orbital welds with rotating welding head and with Pulse current can be carried out.

15. welding torch according to claim 1, characterized in that the protective gas is passed safely into the seam depth, whereby A stable arc can form and pores in the weld metal can be avoided.

16. welding torch according to claim 1, characterized in that the vertical positioning of the welding head over a z. B. electrically / mechanically acting height control takes place.

17. welding torch according to claim 1, characterized in that the welding torch even with partially occurring Repair welds used in this area after prior seam preparation can be.