DE1052010B - Verfahren und Einrichtung zum Lichtbogen-Punktschweissen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Lichtbogen-PunktschweissenInfo
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Description
DEUTSCHES
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen, das zwischen
einer von einem axial angeordneten, nicht abschmelzenden Hauptelektrode und einer dieser benachbarten
Hilfselektrode einen Hilfslichtbogen aufweist, welcher zum Zünden des Schweißlichtbogens
zwischen der Hauptelektrode und dem stromführenden Werkstück verwendet wird, wobei dem Hilfslichtbogen
eine Spannung derselben Größenordnung wie die Schweiß-Spannung und eine relativ kleine, zu
seiner Aufrechterhaltung gerade noch ausreichende Stromstärke zugeführt wird.
Die bei gasgeschütztem Lichtbogenschweißen verwendeten Hilfslichtbogen sind für gewöhnlich Hochfrequenzlichtbogen
gewesen, die zwischen der Elektrode des Schweißbrenners und dem Werkstück unterhalten
werden, um eine leitende Bahn zum Zünden des Schweißlichtbogens zu schaffen. Eine Abwandlung
eines solchen Verfahrens ist kürzlich für Schutzgas-Lichtbogen-Schweißarbeiten vorgeschlagen worden,
l>ei welchen ein Hilfslichtbogen zwischen der mittleren Elektrode des Schweißbrenners und der an ihn
angrenzenden Hilfselektrode über einen Widerstand an die Schweißstromquelle angeschlossen ist und demnach
mit verminderter Stromstärke unterhalten wird, wobei die Hilfselektrode gegen diese mittlere Elektrode
isoliert ist, beispielsweise durch einen Teil der die Elektrode umgebenden Wandung einer elektrisch
isolierten Metallgasdüse. In einem solchen Falle führt das über den Hilfslichtbogen gelangende Gas eine ;
ausreichende Anzahl von Ionen mit sich, um die notwendige leitende Bahn zwischen der mittleren Elektrode
und dem Werkstück zu schaffen.
Wo Hilfslichtbogenzündung in der Vergangenheit verwendet wurde, war es allgemein selbstverständlich,
daß die Gasdüse, wenn sie als Hilfs-Elektrode für den
Hilfslichtbogen diente, elektrisch gegen das Werkstück durch zumindest einen Luftspalt zu isolieren.
Es hat sich herausgestellt, daß das nicht notwendig ist, wenn dem Hilfslichtbogen eine Spannung derselben
Größenordnung wie die Schweiß-Spannung und eine Stromstärke zugeführt werden, die gerade
noch ausreicht, um einen solchen Hilfs-Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Unter diesen Umständen braucht
die Gasdüse nicht gegen das Werkstück isoliert zu werden und kann tatsächlich absichtlich in direkten
physikalischen und elektrischen Kontakt mit dem Werkstück gebracht werden, ohne den Hilfslichtbogen
zu löschen oder irgendeine nachteilige Wirkung. Es hat sich erwiesen, daß ein solcher Hilfslichtbogen den
außerordentlich nützlichen Zwecken des Vor- und Nacherwärmens des Werkstückes dienen kann.
Die Erfindung besteht darin, daß das Werkstück bei brennendem Hilfslichtbogen zunächst stromlos
Verfahren und Einrichtung
zum Lichtbogen-Punktschweißen
zum Lichtbogen-Punktschweißen
Anmelder:
Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H, Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vorn 17. Dezember 1956
V. St. v. Amerika vorn 17. Dezember 1956
Robert Linford Hackman, Glacier Hills, N. J.,
und Raymond Patrick Sullivan, Jersey City, N. J.
und Raymond Patrick Sullivan, Jersey City, N. J.
(V. St. A).,
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
bleibt, daß sodann eine elektrische Verbindung zwischen der Hilfselektrode und dem Werkstück hergestellt
wird, wodurch der Hilfslichtbogen auf das Werkstück übertragen wird, daß anschließend bei
zwischen Hauptelektrode und Werkstück brennendem Hilfslichtbogen das Werkstück an den vollen Schweiß-Strom
angeschlossen wird und daß daraufhin der Schweiß lichtbogen aus dem Hilfslichtbogen entsteht.
Die Erfindung ist beispielsweise in hervorragender Weise für Anwendungen, wie Punktschweißen von
drei Blechen dünnem, rostfreiem Stahl geeignet, aus dem die Oberfläche der Tragfläche eines Überschall-Geschwindigkeitsflugzeuges
besteht, bei welchem die maximale zulässige Mulde in der Krateroberfläche 0,076 mm beträgt. Von solchen Punktschweißungen
werden selbstverständlich hohe und beständige Schubfestigkeiten gefordert. Es ist dabei zur Er-
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reichung der erforderlichen hohen Schubfestigkeit notwendig, die Schweißunterraupe ungefähr 0,25 mm
unterhalb des untersten Bleches vorspringen zu lassen. Ein solches Ausmaß an Einbrand ergibt jedoch
die unerwünschte Wirkung, daß eine Mulde in der Krateroberfläche von mehr als 0,076 mm Tiefe
geschaffen wird. Ein Zusatz von Füllmetall ist deshalb wesentlich, um die Auffüllung des Schweißbades
zu bewirken.
Das bekannte Verfahren mit einem seitlich in den Schweißlichtbogen eingeführten Zusatzdraht ist unter
anderem aus folgenden Gründen oft ungeeignet:
1. Es ist schwierig, die Drahtzufuhr bei einem Luftspalt von etwa 1,27 mm zu steuern;
2. der Betrag des Drahtzusatzes ist außerordentlich kritisch und beeinflußt den statistischen Streubereich
der durch die Schweißung erzielten Schubfestigkeit beträchtlich;
3. die Handhabung ist durch zusätzliche Zeitsteuerung und Drahtrückzugsvorrichtungen erschwert;
4. für den Handbetrieb wäre ein Brenner mit seitlicher Drahtzufuhr hinderlich.
25
Andere Schweiß-Verfahren mit Metallzusatz bestehen darin, daß das Metall über dem zu schweißenden
Punkt angeordnet ist, bevor der Brenner in die richtige Lage gebracht wird. Auch in diesem Falle
gibt es wieder zwei Möglichkeiten: feinverteiltes Metall oder Metall-Stücke. Die erste Möglichkeit
scheidet aus praktischen Gründen aus, da feinverteiltes Metall das Bestreben hat, dispergiert zu
werden. Die zweite Möglichkeit kann natürlich viele Formen annehmen, wie z. B.:
1. kleine Metallscheiben, die vollständig in die Schweißung eingeschmolzen werden können;
2. ein oben auf der Schweißung angeordnetes Abfallblech, von welchem Teile nach unten in die
Schweißung eingeschmolzen werden, während das überschüssige Blech später entfernt wird;
3. Metallstangen mit sehr kleinem Querschnitt;
4. dünne Metallstreifen, eine Kombination der Verfahren 2 und 3.
Verfahren 1 erfordert eine präzise Anordnung; Verfahren 2 bringt beträchtlichen Metallabfall in den
unbenutzten Bereichen des Abfallbleches mit sich, und einer gewissen Schwierigkeit kann man sich beim
Abziehen des Bleches gegenübersehen; andererseits bringen Verfahren 3 und 4 weniger Metallverlust mit
sich, und die Anordnung wird in einer Weiterbildung der Erfindung einfach durchgeführt, indem in an sich
bekannter Weise Aussparungen in dem unteren Teil der Düse vorgesehen werden und indem eine isolierte
Einstellschablone verwendet wird. Das ungeschmolzene auf der Schweißung nach Verfahren 3
und 4 verbleibende Metall kann leicht entfernt werden.
Die oben beschriebenen Verfahren 3 und 4 zum Zusetzen von Metall haben sich am besten für das
errmdungsgemäße Verfahren bewährt. Alle vier Verfahren des Metallzusatzes können jedoch bei dem
HilfsHchtbogenverfahren nach der Erfindung sowohl für Punkt- als auch für Nahtschweißen verwendet
werden.
Zündverfahren für Niederspannungs-Hilf slichtbogen,
d. h. für solche, die Spannungen der Größenordnung der Schweiß-Spannung, aber geringere Stromstärke
verwenden, sind aus verschiedenen Gründen den Hochfrequenz-Lichtbogen-Zündverfahren überlegen.
Bei Niederspannungs-Hilfslichtbogenzündung tritt keine Hochfrequenzstrahlung auf, es wird ein höherer
Grad an Zündverlässigkeit erreicht und Brennerkonstruktionsschwierigkeiten vermindert, weil es nicht
notwendig ist, innere Hochfrequenzverluste oder das Auftreten eines Lichtbogens zwischen den benachbarten
Teilen der Vorrichtung konstruktiv zu berücksichtigen. Im Gegensatz zu den Nachteilen
der Hochfrequenz-Hilfslichtbogenzündung schafft das Niederspannungs-Hilf slichtbogenzünden nach der vorliegenden
Erfindung die oft erwünschte Möglichkeit des Vor- und Nacherwärmens. Außerdem wurde gefunden,
daß eine Nacherwärmung durch den Niederspannungs-Hilfslichtbogen für gewöhnlich den Abfallstreifen
vollständig frei von jedem Schweißpunkt schmilzt. Das kann nicht der Fall sein, wenn ein
Hochfrequenz-Hilfslichtbogen zum Zünden verwendet wird.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer mit inertem Gas geschützten Lichtbogen-Punktschweißvorrichtung
nach der Erfindung, teilweise im Schnitt,
Fig. 2 und 3 einen schematischen Riß der unteren und oberen Ansicht eines Werkstückes, das mit der
Vorrichtung nach Fig. 1 punktgeschweißt ist,
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild nach der Erfindung
und
Fig. S eine teilweise Schnittansicht einer bevorzugten
Form einer Gasdüse, die als Hilfslichtbogenelektrode geeignet ist.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, weist ein mit inertem Gas geschützter Lichtbogenbrenner 10 eine
thorierte Wolframstabelektrode 12 auf, die mittels eines Leiters 14 mit dem negativen Pol einer Gleichstromkraftquelle
16 verbunden ist. Der positive Pol einer solchen Quelle ist einerseits direkt mit dem
Werkstück 18 durch einen Leiter 20 über einen Schalter 22 verbunden, andererseits über einen
Widerstand 28 mit der aus Metall bestehenden Gasdüse 24 durch einen Leiter 26. Inertes Schutzgas 30,
wie Argon, wird der Düse 24 zugeführt und strömt von hier nach außen in einem ringförmigen Strom
um das Lichtbogenende der Elektrode 12 und über die angrenzenden Bereiche des Werkstückes 18.
Beim Lichtbogen-Punktschweißen, wobei die Düse mit Druck auf das Werkstück aufgesetzt wird, hat
es sich als zweckmäßig erwiesen, wie in Fig. 5 veranschaulicht, ringförmige Aussparungen 31 und 33
an der Innenfläche am Ende der Düse 24 vorzusehen. Es sollte zumindest eine ringförmige Stufe, deren
Durchmesser geringer ist als derjenige der Endoberfläche der Düse, angeordnet sein, da der Hilfslichtbogen
zwischen Hauptelektrode 12 und Düse 24 Anschmelzungen der Düse verursacht,, welche sich
störend auswirken, wenn sie in der Stirnfläche 35 der Düse liegen. Die ringförmige Stufe bewirkt, daß
der Hilfslichtbogen sich zwischen der Elektrode und einem Punkt in der Düse,, der von der Endfläche entfernt
ist, bildet Auf diese Weise wird eine flache Oberfläche auf der kreisringförmigen Endfläche der
Düse aufrechterhalten.
Die Wandung der Düse weist auch in bekannter Weise seitliche Öffnungen 37 zum Entweichen des
Gases auf, wenn das Ende der Düse in physikalischen und elektrischen Kontakt mit dem Werkstück gebracht
wird, wie unten beschrieben ist.
5 6
Die einzelnen Schritte des Arbeitsganges nach 3. es gibt keine praktische Beschränkung der
Fig. 1 geschehen wie folgt: Ein Abfallstreifen 32 ist Brennerkabellänge bei der Niederspannungsüber
der Mittellinie der beabsichtigten Punktschweiß- Hilfslichtbogenzündung. Wird dagegen Hoch-Reihe
angebracht. Eine isolierte Einstellschablone 34 frequenzzündung verwendet, darf das Kabel
wird dann über dem Abfallstreifen 32 mittig an- 5 wegen der kapazitiven Dämpfung eine bestimmte
geordnet und au Ort und Stelle befestigt. Während Länge nicht überschreiten;
ein Hilfslichtbogen zwischen der Elektrode 12 und 4. bei dem erfindungsgemäßen Hilfslichtbogen-Verder
Düse 24 aufrechterhalten bleibt, wird der Brenner fahren können Metalldüsen verwendet werden,
10 derart auf das Werkstück 34 aufgesetzt, daß die während die Verwendung von Hochfrequenz bei
Düse in ein Loch 36 in der Schablone 34 und der Ab- io Handschweißbrennern meistens keramische Düsen
fallstreifen 32 in die Kerben 38 in den Rand der erfordert.
Düse passen. Die Kerben 38 sind in der Düse 24 derart angeordnet, daß der verbleibende Rand der Düse Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine Reihe von auf die Oberfläche des Werkstückes 18 drückt. Punktschweißungen, die nach der Erfindung her-
Düse passen. Die Kerben 38 sind in der Düse 24 derart angeordnet, daß der verbleibende Rand der Düse Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine Reihe von auf die Oberfläche des Werkstückes 18 drückt. Punktschweißungen, die nach der Erfindung her-
Während sich der Brenner 10 dem noch nicht 15 gestellt sind.
stromführenden Werkstück 18 nähert, wird der Hilfs- Die automatische Punktschweiß-Steuerung besteht,
lichtbogen zwischen der Elektrode 12 und der Düse wie in Fig. 4 veranschaulicht, im Prinzip aus dem
24 weiter aufrechterhalten, bis die Düse mit dem Zündkreis 42, fünf Zeiteinstellkreisen 43 bis 47, einem
Werkstück in Berührung tritt. Im selben Augenblick Gas-Steuerkreis 49 und einer Druckvorrichtung 48.
springt der Hilfslichtbogen unter dem Einfluß des 20 Durch Betätigung eines entsprechenden Schalters
Gasstromes direkt auf das als Elektrode wirkende wird der Zündkreis so angeordnet, daß er einen
Werkstück über, da der Abstand der Haupt-Elektrode Primär-Kontaktgeber einer Gleichstromkraftquelle
12 zum Abfallstreifen etwas geringer ist als die Ent- oder eines Schweißkreises 16 speist, wobei der Strom
fernung der Elektrode 12 zur Düse 24 und da die mittels direkt mit dem Schweißkreis 16 verbundener
Düse, wenn sie mit dem Werkstück in Kontakt tritt, 25 Hauptleitungen 50 zugeführt wird. Gleichzeitig bedieses
auf dasselbe elektrische Potential bringt, auf tätigt der Zündkreis 42 die Gas-Steuerung 49, wobei
dem sie sich selbst befindet. Wenn sodann der zumindest 85 Liter Schutzgas pro1 Stunde für den
Schalter 22 geschlossen wird, um den vollen Schweiß- Hilfslichtbogen in dem Brenner vorgesehen sind. Der
Strom an das Werkstück anzulegen, folgt dieser Hilfslichtbogen wird dann zwischen den Enden der
Strom derselben Bahn wie der Hilfslichtbogen und 3a Elektrode 12 und der Düse 24 gezündet. Die Schweißschmilzt
den Teil des Abfallstreifens sowie einen steuerung und die dazugehörige Vorrichtung sind auf
darunterliegenden Teil des Werkstückes zu einem die obengenannte Art für die Schweißarbeit vor-Schweißbad
auf. bereitet. Die Speisung des Zündkreises 42 bewirkt
Nach einer einstellbaren Zeit öffnet ein Zeiteinsteil- außerdem, daß der Vorströmungszeiteinsteller 43 in
gerät den Schalter 22, aber der Hilfslichtbogen 35 Tätigkeit gesetzt wird, der nach einem vorbestimmten
wird noch weiterhin zwischen dem fertiggestellten Zeitintervall die Gassteuerung betätigt, um den Gas-Schweißpunkt
40 und der Hauptelektrode 12 aufrecht- strom auf eine für die Hauptschweißtätigkeit geerhalten.
Während dieser Zeit ergibt die von dem eignete Geschwindigkeit zu erhöhen. Der Anpreß-Hilfslichtbogen
gelieferte Wärme für gewöhnlich einsteller 44, welcher den Druckmechanismus 48
eine vollständige Losschmelzung des Abfallstreifens +& steuert, kann die Drucktätigkeit gleichzeitig, im vor-32
von dem Schweißpunkt. Wenn der Brenner 10 an- aus oder nach der Zeiteinstellung des Vorflußschließend
von dem Werkstück 18 abgehoben wird, einstellers 43 beginnen. Wenn der Anpreßeinsteller
springt der Hilfslichtbogen zur als Elektrode wirken- 44 durch seine Wirkung auf den Drückmechanismus
den Düse 24 zurück, da das Werkstück 18 dann keine 48 bewirkt hat, daß die Gasdüse 24 eine vorbestimmte
elektrische Verbindung mehr in dem Schweißkreis 45 Zeit gegen das Werkstück gedrückt wird, erregt der
hat. Das Aufbringen der metallischen Gasdüse 24 Anpreßeinsteller 44 den Schweißzeiteinsteller 45. Der
direkt auf das Werkstück 18 bzw. das Abheben wirkt Schweißzeiteinsteller 45 schließt seinerseits den
also wie ein Schalter. Die Stromquelle 16 ist eine Schweißkontaktgeber-Schalter 22, so daß der Schweißherkömmliche Gleichstrom-Schweißstromquelle; der kreis geschlossen und der Schweißlichtbogen auf das
Widerstand 28 dient dazu, den Hilfslichtbogenstrom 50 Werkstück 18 gezogen wird,
zu begrenzen. Bei beendeter Schweißung öffnet der Schweißzeit-
zu begrenzen. Bei beendeter Schweißung öffnet der Schweißzeit-
Die Niederspannungs-Hilfslichtbogen-Zündung, wie einsteller 45 den Schweißkontaktgeber-Schalter 22,
sie in dem Verfahren nach der Erfindung verwendet während er den Haltezeiteinsteller 46 gleichzeitig
wird, weist außer den bereits genannten noch eine entregt. Dieser Zeiteinsteller 46 steuert die Länge der
Reihe von Vorteilen gegenüber der Hochfrequenz- 55 Zeit, während welcher die Gasdüse gegen das Werkzündung
beim Schutzgas-Lichtbogen-Punkt- und stück gedrückt wird, nachdem die Hauptschweiß-Nahtschweißen
auf. Diese Vorteile werden im arbeit fertig ist. Wenn der Haltezeiteinsteller ausfolgenden
beschrieben: gestellt ist, betätigt er den Druckmechanismus 48, so
daß die Gasdüse von dem Werkstück zurückgezogen
1. Auf Grund des Vorkommens der Niederspan- ga wird.
nungs-Hilfslichtbogen wird die Elektrode auf Der Nachflußzeiteinsteller 47 kann gleichzeitig mit
einer etwa konstanten Temperatur gehalten, dem Haltezeiteinsteller oder zu einem späteren Zeitworaus
sich gleichförmigere Punktschweißungen pu,nkt betätigt werden. Bei Vollendung der Nachflußergeben;
außerdem wird die Gefahr der Ab- zeit betätigt der Nachflußzeiteinsteller 47 den Gaslagerung
von zerstäubtem Metall an der Elek- 6s Steuerkreis 49, so daß der Gasfluß von dem für die
trodenspitze verringert; Schweißung notwendigen Betrag auf den für die
2. bei einer Niederpotential-Lichtbogenzündung be- Aufrechterhaltung des Hilfslichtbogens erforderlichen
steht, im Gegensatz zu dem hohen Potential, das Betrag vermindert wird.
bei einer Hochfrequenz-Spannung auftritt, keine In einigen Fällen können die einzelnen Schweißun-
elektrische Berührungsgefahr; 7° gen einander so rasch folgen, daß es keinen wirt-
Claims (1)
1. Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogen- 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge-
schweißen, das zwischen einer von einem .axial 70 kennzeichnet, daß die Düse (24) in bekannter
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US1052010XA | 1956-12-17 | 1956-12-17 |
Publications (1)
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---|---|
DE1052010B true DE1052010B (de) | 1959-03-05 |
Family
ID=22304584
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEU4980A Pending DE1052010B (de) | 1956-12-17 | 1957-12-10 | Verfahren und Einrichtung zum Lichtbogen-Punktschweissen |
DEU6868A Pending DE1105538B (de) | 1956-12-17 | 1960-01-28 | Verfahren und Vorrichtung zum Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit Hilfslichtbogen an stromanschlussfreiem Werkstueck |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEU6868A Pending DE1105538B (de) | 1956-12-17 | 1960-01-28 | Verfahren und Vorrichtung zum Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit Hilfslichtbogen an stromanschlussfreiem Werkstueck |
Country Status (1)
Country | Link |
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---|---|
DE1105538B (de) | 1961-04-27 |
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