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Verfahren zum Lichtbogen-Auftragschweißen mit pendelnder Elektrode
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen, insbesondere
Auftragschweißen, bei dem das Schweißgut durch Schmelzen mindestens einer Schweißelektrode
aufgetragen wird, wobei die Schweißelektroden und/oder das Werkstück so bewegt werden,
daß die Elektroden in bezug auf die Oberfläche des Werkstückes eine Hin- und Herbewegung
ausführen, deren Amplitude quer zur Schweißnaht gerichtet ist. Die Pendelbewegung
der Elektroden hat eine erhöhte Einbrandteife in der Nähe der Wendepunkte zur Folge.
Beim Auftragschweißen kann es unter Umständen notwendig sein, die Einbrandtiefe
des aufgetragenen Materials auf einen zulässigen Mindestwert zu begrenzen. Bei der
Auskleidung von Kesseln für Atomreaktoren, die aus einem Stahl mit einem verhältnismäßig
hohen Gehalt an Kohlenstoff, beispielsweise etwa 0,2% C, hergestellt sein können,
mit einem korrosionsbeständigen Material, bespielsweise einem Chrom-Nickel-Stahl
mit einem verhältnismäßig niedrigen Prozentsatz an Kohlenstoff, vorzugsweise etwa
0,040/e C, bilden sich bei der Vermischung des Grundwerkstoffes mit dem Schweißgut
Chromkarbide, die sowohl die Kerbschlagzähigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit
des aufgetragenen Materials beeinträchtigen können. Es ergibt sich daraus die Aufgabe,
die Aufmischung des Schweißgutes mit dem Grundwerkstoff durch entsprechende Begrenzung
der Einbrandtiefe möglichst weitgehend zu vermeiden.
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Bekannt ist zwar schon, daß bei der Auftragsschweißung unter Kohlendioxyd
mit einer stromführenden und einer stromlosen Elektrode die Einbrandtiefe durch
die Vorschubgeschwindigkeit der stromlosen Elektrode beeinflußt werden kann, jedoch
handelt es sich hier um eine feste Einstellung für den ganzen Schweißvorgang, durch
die zwischenzeitlichen Schwankungen der Einbrandtiefe nicht begegnet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zuführungsgeschwindigkeit
mindestens einer der Elektroden während des Schweißvorganges verändert wird. Dabei
kann sowohl die Geschwindigkeit der stromdurchflossenen Elektroden, der sogenannten
Heißdrahtelektroden, als auch einer oder mehrerer der stromfreien Elektroden, der
sogenannten Kaltdrahtelektroden, gesteuert werden. Mit der Änderung der Heißdrahtgeschwindigkeit
kann sich auch die Länge des Lichtbogens und damit auch der Spannungsabfall am Lichtbogen
ändern, so daß auch die Schweißspannung und unter Umständen auch die Schweißstromstärke
geändert werden muß. Es kann deshalb vorteilhaft die Kaltdrahtgeschwindigkeit während
des Schweißvorganges geändert, insbesondere in der Nähe der Wendepunkte der Elektroden
erhöht werden. Dadurch wird das aufgetragene flüssige Schweißgut in der Nähe der
Wendepunkte gekühlt und somit die Einbrandtiefe entsprechend gering gehalten. Die
gleiche oder eine ähnliche Wirkung kann auch durch Verminderung der Heißdrahtgeschwindigkeit
oder durch gleichzeitige Verminderung der Heißdrahtgeschwindigkeit und Erhöhung
der Kaltdrahtgeschwindigkeit erreicht werden.
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Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt
sich dadurch, daß in dem Steuerkreis eines Motors für die Steuerung der Drahtgeschwindigkeit,
dessen Drehzahl mittels eines Steuergliedes, beispielsweise eines Potentiometers,
eingestellt werden kann, das Steuerglied mit der Vorrichtung für die Pendelbewegung
der Elektroden, beispielsweise einem Exzenter, gekuppelt wird.
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Zur näheren Erläuterung ist in der Zeichnung die Schaltung einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahren schematisch dargestellt. In Fig. 1 ist ein Einrichtung
zur Metall-Inertgas-Schweißung, einer sogenannten MIG-Schweißung, mit einem Heißdraht
und einem Kaltdraht veranschaulicht;
Fig. 2 zeigt eine Ortskurve
der Elektroden auf der Oberfläche des Werkstückes.
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Nach Fig. 1 wird einer Elektrode 2 ein Draht 3 von einer Rolle 4 über
zwei Führungsrollen 5 zugeführt. Die Zuführungsgeschwindigkeit des Drahtes 3 kann
mittels einer Vorschubrolle 6, die mit dem Anker 10 eines Gleichstrommotors gekuppelt
ist, eingestellt werden. Der Anker 10 ist über einen veränderbaren Widerstand 11
an ein Gleichstromnetz von beispielsweise 220 V angeschlossen. Mit der Feldwicklung
12 des Gleichstrommotors ist ein veränderbarer Widerstand 14 in Reihe geschaltet,
mit dem eine gewünschte Drehzahl des Ankers 10 und damit eine vorbestimmte Zuführungsgeschwindigkeit
des Schweißdrahtes 3 eingestellt werden kann. In Reihe mit der Feldwicklung 12 ist
ferner ein Potentiometer 13 angeordnet, dessen Abgriff mit einem Exzenter 15 mechanisch
verbunden ist, der zur Herstellung der Pendelbewegung der Elektrode 2 und einer
weiteren Elektrode 20 dient. Der Elektrode 20 wird ein Schweißdraht 23 von einer
Rolle 24 über zwei Führungsrollen 25 und eine Vorschubrolle 26 zugeführt. Die Zuführungsgeschwindigkeit
des Drahtes 23 kann in gleicher Weise wie die Geschwindigkeit des Drahtes 3 mittels
eines in der Figur der Einfachheit halber nicht dargestellten Regelmotors eingestellt
werden. An die Elektrode 20 und ein Werkstück 30 ist ein Schweißstromkreis angeschlossen,
dessen Strom von einer Schweißeinrichtung 31 gezündet und geschaltet wird. Den Strom
liefert eine Gleichstromquelle 32. Während des Schweißvorganges werden die Elektroden
2 und 20 mittels des Exzenters 15 hin- und herbewegt. Sobald die Elektroden aus
ihrer Mittelstellung nach einer Seite ausgeschwenkt werden, wird auch der Abgriff
des Potentiometers 13 bewegt, ein entsprechender Teil des Widerstandes in den Erregerkreis
des Motors 10 eingeschaltet und das Feld der Erregerwicklung 12 geschwächt. Damit
wird die Drehzahl des Motors 10 und infolgedessen auch die Zuführungsgeschwindigkeit
des Schweißdrates 3 erhöht, bis in der Endstellung des Exzenters 15 die maximale
Zuführungsgeschwindigkeit und somit der Wendepunkt der Elektrodenpendelbewegung
erreicht ist. Mit der Rückführung der Elektroden 2 und 20 in ihre Mittelstellung
wird auch der Widerstand des Potentiometers 13 im Erregerkreis des Motors
10 vermindert, bis er in der Mittelstellung der Elektroden 2 und 20 völlig
ausgeschaltet ist. Dieser Vorgang wiederholt sich auch beim Ausschwenken der Elektroden
in der entgegengesetzten Richtung, so daß die Zuführungsgeschwindigkeit der Kaltdrahtelektrode
2 jeweils in den Wendepunkten der Pendelbewegung am größten ist, während die Zuführungsgeschwindigkeit
der Heißdrahtelektrode 20 während des Schweißvorganges gleichbleibt, so daß das
flüssige Schweißgut in der Nähe der Wendepunkte der Elektroden gekühlt wird und
dadurch die Einbrandtiefe des Schweißgutes entsprechend gering gehalten werden kann.
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Die Steuerung der Drahtgeschwindigkeit kann neben der im Ausführungsbeispiel
dargestellten Weise auch mit anderen bekannten Regelvorrichtungen, beispielsweise
mittels einer mechanischen Regelvorrichtung, vorzugsweise eines Getriebes, erfolgen.
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Die Überlagerung einer Pendelbewegung der mit einem Exzenter gekuppelten
Elektroden und einer gleichförmig geradlinigen Bewegung eines Werkstückes in Richtung
der Schweißnaht ergibt als Ortskurve der Elektodenenden auf der Werkstückoberfläche
eine Sinuslinie nach Fig. 2. Dabei kann beispielsweise die Zuführungsgeschwindigkeit
der Kaltdrahtelektrode mittels der Einrichtung nach Fig. 1 vom Beginn der Auslenkung
der Elektroden aus der Nullstellung kontinuierlich erhöht werden, bis die Geschwindigkeit
bei jr/2 ihren Maximalwert erreicht. Nach dem Überschreiten des Scheitelwertes bei
ir/2 wird die Geschwindigkeit der Kaltdrahtelektrode wieder vermindert, bis sie
bei a7 die gleiche Zuführungsgeschwindigkeit hat wie die Heißdrahtelektrode. Der
gleiche Vorgang wiederholt sich bei der Auslenkung der Elektroden in umgekehrter
Richtung. Die Zuführungsgeschwindigkeit der Kaltdrahtelektrode wird kontinuierlich
erhöht, bis sie bei 3 n/2 ihren Maximalwert erreicht und danach wieder vermindert
wird, bis sie bei 2,-r wieder die gleiche Geschwindigkeit wie die Heißdrahtelektrode
erreicht.
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Die gleiche Wirkung, nämlich eine zusätzliche Kühlung des Schweißgutes
in der Nähe der Wendepunkte der Pendelbewegung, kann auch erreicht werden, wenn
an Stelle der Erhöhung der Geschwindigkeit des Kaltdrahtes 3 eine Verminderung der
Geschwindigkeit des Heißdrahtes 23 gewählt wird. Zu diesem Zweck kann beispielsweise
der Motor 10 zum Antrieb der Vorschubrolle 26 vorgesehen und das Potentiometer 13
so ausgebildet sein, daß der Widerstand des Potentiometers 13 in der Mittelstellung
der Elektroden 3, 23 eingeschaltet und in den Wendepunkten ausgeschaltet ist. Ferner
können gleichzeitig die Kaltdrahtgeschwindigkeit erhöht und die Heißdrahtgeschwindigkeit
vermindert werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann neben den angeführten Ausführungsbeispielen
auch beim automatischen Schweißen mit einer nicht abschmelzenden Elektrode, beispielsweise
einer Wolframelektrode, mit kaltem Zusatzmaterial unter Schutzgas, dem sogenannten
Wolfram-Inertgas-Verfahren (WIG Verfahren) angewendet werden, wobei die Zuführungsgeschwindigkeit
des Kaltdrahtes in gleicher Weise wie beim MIG-Verfahren gesteuert werden kann.