DE1023837B - Anordnung zum Lichtbogen-Schweissen mittels in oder auf der Schweissnaht liegender Elektrode unter Verwendung eines magnetischen Hilfsfeldes - Google Patents

Description

• Anordnung zum Lichtbogen-Schweißen mittels in oder auf der Schweißnaht liegender Elektrode unter Verwendung eines magnetischen Hilfsfeldes Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Lichtbogen-Schweißen mittels in oder auf der Schweißnaht liegender Elektrode. Es ist bekannt, beim elektrischen Lichtbogen-Schweißen den Lichtbogen mit Hilfe von magnetischen Hilfs- oder Steuerfeldern in einem gewünschten Sinne zu beeinflussen. In der Regel wurden hierfür Felder benutzt, die durch das Werkstück hindurch verlaufen und den Nahtspalt quer durchsetzen. Für einen Sonderfall, nämlich den der Ablenkung des Lichtbogens nach oben, sind allerdings auch schon Hilfsfelder vorgeschlagen worden, die im wesentlichen oberhalb der Werkstücksoberfläche verlaufen.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet mit einem magnetischen Hilfsfeld, das ebenfalls im wesentlichen oberhalb des Werkstücks verläuft. Im Unterschied zu den bekannten Anordnungen dieser Art ist sie aber dadurch gekennzeichnet, daß dieses Hilfsfeld eine starke, senkrecht zur Werkstücksoberfläche liegende Feldkomponente solcher Richtung enthält, daß dadurch der Lichtbogen abwechselnd nach beiden Seiten quer zur Nahtrichtung abgelenkt wird. Auf Grund dieser neuartigen Wirkung quer zur Nahtrichtung sei dieses Hilfsfeld im folgenden kurz als »Querfeld« bezeichnet. Diese Bezeichnung betrifft also nicht die Richtung des Feldes, sondern diejenige Kraft, die es auf den Lichtbogen ausübt. Dieses erfindungsgemäße Querfeld kann in Kombination mit anderen Steuerfeldern angewandt werden, beispielsweise einem solchen, das den Lichtbogen in Richtung zum Werkstück hin ablenkt, diesen als in die Nahtfuge hineinzieht.
• Hilfsfelder, die eine Kraftwirkung innerhalb der Ebene der Werkstücksoberfläche ausüben, sind an sich bekannt. So werden bei einer bekannten Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Rohrenden die zusammenzuschweißenden Kanten mittels eines Lichtbogens erhitzt, den ein Hilfsfeld mit großer Geschwindigkeit längs der Schweißnaht rundherum jagt. Die durch das Hilfsfeld ausgeübte Kraft wirkt in diesem Falle also in Längsrichtung der Naht und nicht quer zu dieser.
• Bei einer anderen bekannten Vorrichtung erfolgt allerdings tatsächlich eine Querablenkung des Lichtbogens. Dort handelt es sich aber ebenfalls nicht um ein Schweißen mit abschmelzenden Elektroden. Es wird vielmehr mit Hartmetallelektroden gearbeitet, deren Lichtbogen das in die Nahtfuge eingelegte Schweißmaterial schmilzt. Die quer zur Naht wirkende Kraft des Hilfsfeldes bewirkt hierbei durch Auslenkung der Mitte der Lichtbogensäule nur eine Erwärmung der Nahtränder. Eine Verbreiterung der Schweißraupe hingegen ist weder erstrebt noch möglich, denn das Schweißmaterial wird, da es in geschmolzenem Zustand auf magnetische Felder gar nicht reagiert, in keiner Weise beeinflußt, und die beiden Fußpunkte des Lichtbogens sind durch die Elektrodenspitzen in ihrer Lage festgehalten. Demgegenüber ist es für die vorliegende Erfindung wichtig, daß der Fußpunkt des Lichtbogens nach beiden Seiten ausschwingt und dadurch die Schweißraupe verbreitert.
• Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das auch einige weitere neue und vorteilhafte Merkmale erkennen läßt.
• Fig. 1 stellt dieses Ausführungsbeispiel in einem Schnitt quer zur Nahtrichtung dar; Fig. 2 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel in einem Schnitt längs der Ebene A-A in Fig. 1; Fig. 3 schließlich veranschaulicht in Aufsicht ein Element dieser Vorrichtung.
• Der Darstellung ist der Fall zugrunde gelegt, daß es sich um die Schweißung einer Nahtfuge in einem VG'erkstück 1 handelt, wobei die Wurzellage und eine oder einige weitere Lagen bereits geschweißt sind, so daß also von der ursprünglichen Nahtfuge nur noch eine Rille verblieben ist, in der die ummantelte Elektrode 3 liegt. Die Elektrode wird mittels eines Druckstempels 27, der in Fig. 3 gesondert in Aufsicht dargestellt ist, in Richtung gegen das Werkstück 1 gepreßt und dadurch in der Rille sicher gehaltert.
• Das Magnetsystem besteht aus einem Hufeisenmagneten 28 und einem mittleren Magnetschenkel 33, der das wesentliche Bauelement der Anordnung gemäß der Erfindung darstellt. Die beiden Schenkel des Hufeisenmagneten 28 dienen zur Erzeugung eines Steuerfeldes, das das Werkstück in bekannter Weise quer zur Nahtrichtung durchsetzt, um zu Beginn der Schweißung bei offener Nahtfuge den Lichtbogen tief hineinzuziehen und einen guten Wurzeleinbrand zu gewährleisten. Diese beiden Magnetschenkel sind mit Erregerwicklungen 6 und 7 versehen und greifen mit ihren Polen durch Aussparungen 29 und 30 des Druckstempels 27 hindurch, um sich mit den Polstirnflächen auf das Werkstück 1 fest aufzusetzen. Besteht dieser lamellenförmige Druckstempel 27 nicht aus Keramik, sondern. aus dem leitenden Werkstoff, beispielsweise Aluminium, so sind, wie es in Fig. 3 veranschaulicht ist, zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten Schlitze 31 und 32 vorzusehen, die von den Durchtrittsöffnungen 29 und 30 ausgehen. Solche Schlitze verhindern, daß sich um die Magnetpole herum Kurzschlußstromkreise ausbilden können. Die Schlitze können entweder, wie der links gezeichnete Schlitz 31, nach außen oder, wie der rechts gezeichtiete Schlitz 32, parallel zur Nahtrichtung angebracht werden.
• Nach, einem neueren Vorschlag kann man zur Ablenkung des Lichtbogens in Richtung zum Werkstück hin an Stelle eines durch das Werkstück verlaufenden Steuerfeldes mit Vorteil auch ein Steuerfeld verwenden, das im wesentlichen oberhalb der Werkstücksoberfläche verläuft, d. h. ein sogenanntes »Außenfeld«. Während zur Erzeugung eines Werkstücksfeldes die Pole des Hufeisenmagneten 28 sich fest auf die Werkstücksoberfläche aufsetzen, werden zur Erzeugung eines den Lichtbogen in Richtung auf das Werkstück ablenkenden Außenfeldes die Pole anders ausgebildet und bemessen, vorzugsweise in Abstand oberhalb der Werkstücksoberfläche angeordnet, um zu erreichen, daß wirklich der überwiegende Teil der Kraftlinien oberhalb der Werkstücksoberfläche verläuft und sich nicht durch das Werkstück hindurch schließt.
• Der mittlereMagnetschenkel 33, der zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Querfeldes dient, ist mit einer Erregerwicklung 34 versehen. Er soll im Bereich der Elektrode 3 ein möglichst starkes Feld in der Nahtfuge erzeugen. Zu diesem Zweck ist sein Polschuh 35 schneidenförmig zugeschärft und mit dieser Schneide parallel zur Elektrode 3 möglichst dicht oberhalb dieser angeordnet. Dementsprechend ist die als Druckstempel dienende Lamelle 27 oberhalb der Elektrode 3 mit einer Rille 36 versehen, so daß die Schneide des Polschuhes 35 sich stark an die Elektrode annähern kann.
• Da also zur Erzielung einer starken Wirkung ein möglichst geringer Abstand zwischen Polschuhschneide des 0iuerfeldmagneten und Schweißnaht anzustreben ist, ist aus Gründen der Wärmeisolierung die Herstellung des Druckstempels 27 aus Keramik besonders vorteilhaft. Hierdurch wird nicht nur das Auftreten feldschwächender Wirbelströme verhindert, sondern auch eine unzulässige Erhitzung des Magnetpols 35.
• Um das Überdecken längerer Schweißnähte mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Steuer- und Hilfsfeldern zu ermöglichen, werden zweckmäßiger einzelne Vorrichtungen der dargestelltenArt zu einem gürtelförmigen Gebilde in Längsrichtung der Naht aneinandergereiht und miteinander fest, aber biegungsfähig verbunden. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, auch Nähte längs gekrümmter Oberflächen zu schweißen, beispielsweise kundnahtverbindungen von Rohren herzustellen.
• In der Zeichnung sind zwei verschiedene Möglichkeiten veranschaulicht. Auf der linken Seite der Fig. 1. und 3 ist ein Stahlseil 37 gezeichnet, das mittels einer Klemmvorrichtung erfaßt ist. Auf der rechten Seite ist statt dessen die Verwendung eines Stahlbandes 38 veranschaulicht.
• Aus dem in Fig. 2 dargestellten Schnitt durch den mittleren Magnetschenkel 33 geht hervor, daß der Magnetpol 35 in Nahtrichtung wesentlich größer bemessen ist als der Magnetschenkel 33 selbst. Dadurch wird erreicht, daß die Polschuhe 35 der einzelnen aneinandergereihten Vorrichtungen sich lückenlos aneinander anschließen können und über die ganze Länge der Schweißnaht hinweg ein praktisch ununterbrochenes Querfeld erzeugen.
• Die Ablenkung des Lichtbogens abwechselnd nach der einen und nach der anderen Seite bewirkt eine Verbreiterung der Schweißraupe. Eine solche Verbreiterung ist von besonderem Vorteil beim Schließen breiter Nahtfugen und hier wiederum dann in erster Linie, wenn es sich um Zwangslagen handelt, in denen das flüssige Schweißgut sich zu einem schmalen Kamm zusammenzuziehen und alsdann abzutropfen sucht, wie in besonders starkem Maße bei Überkopflage. Die abv-echselndeAblenkung nach beiden Seiten, die durch Wahl der Richtung des Hilfsfeldes in bezug auf die Stromrichtung im Lichtbogen erzielt wird, wirkt solchen Erscheinungen entgegen, indem das flüssige Schweißgut fortlaufend gleichmäßig nach beiden Seiten verteilt wird.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zum Lichtbogen-Schweißen mittels in oder auf der Schweißnaht liegender Elektrode unter Verwendung eines magnetischen Hilfsfeldes, das im wesentlichen oberhalb des Werkstückes verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Hilfsfeld eine starke, senkrecht zur Werkstücksoberfläche liegende Feldkomponente solcher Richtung enthält, daß dadurch der Lichtbogen allwechselnd nach beiden Seiten quer zur Nahtrichtung abgelenkt wird (Querfeld).
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Magnetsystem mit zwei je seitlich der Naht angeordneten Magnetpolen zur Erzeugung eines quer zur Nahtrichtung verlaufenden Steuerfeldes, das den Lichtbogen in Richtung zum Werkstück hin ablenkt, und mit einem oberhalb der Werkstücksoberfläche im Bereich der Naht angeordneten Pol zur Erzeugung des seitlich ablenkenden Querfeldes.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden seitlich der Naht angeordneten Magnetpole auf die Werkstücksoberfläche aufgesetzt sind, so daß das durch sie erzeugte, quer zur Naht gerichtete, den Lichtbogen in die Nahtfuge hineinziehende Steuerfeld in an sich bekannter Weise im wesentlichen innerhalb des Werkstückes verläuft.
4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des das Querfeld erzeugenden Magnetpols (35), gemessen in Nahtrichtung, wesentlich größer ist als die Bemessung seines Magnetschenkels (33) in dieser Richtung, so daß bei Aneinanderreihen mehrerer Anordnungen oberhalb der Naht in deren Längsrichtung die Polschuhe der einzelnen Anordnungen sich lückenlos aneinander anschließen.
5. 5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen die F.lektrode gegen das Werkstück drückenden Stempel (27), vorzugsweise aus Keramik, der oberhalb der Elektrode außen eine Aussparung aufweist, in die der Pol des Querfeldmagneten hineinragt, so daß er sich in geringem Abstand oberhalb der Elektrode befindet.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetpol schneidenförmig, mit in Längsrichtung der Elektrode verlaufender Schneide, zugeschärft ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 662 597, 45 777, 734 411; USA.-Patentschrift Nr. 2 472 851.