DE1230148B

DE1230148B - Vorrichtung zur Lichtbogenschweissung mit einem mittels eines Magnetfeldes entlang einer Bahn bewegten Lichtbogen

Info

Publication number: DE1230148B
Application number: DEA44533A
Authority: DE
Inventors: Frank John Hetzler; Aubrey Moe
Original assignee: Atomenergikommissionen
Current assignee: Atomenergikommissionen
Priority date: 1962-11-14
Filing date: 1963-11-12
Publication date: 1966-12-08

Description

Vorrichtung zur Lichtbogenschweißung mit einem mittels eines Magnetfeldes entlang einer Bahn bewegten Lichtbogen Bekanntlich führt das Lichtbogenschweißen von Metallen, insbesondere von Metallen der als schwierig zu schweißen angesehenen Kategorie, häufig zu schlechten Ergebnissen infolge einer örtliches Schmelzen oder Oxydieren verursachenden Hberhitzung. Das von Hand oder mechanisch erfolgende Führen des Lichtbogens entlang der Schweißungsbahn bewirkt außerdem, daß die Schweißnaht aus einer Anzahl unterschiedlicher Schweißnähte besteht, die so über- oder nebeneinander angebracht sind, daß die Schweißung unregelmäßig ist.
Zum Vermeiden dieser Mängel wurde vorgeschlagen, beim Durchführen von Ringschweißungen den Lichtbogen aus einer Schweißelektrode mittels eines über der Elektrode angebrachten Magneten zu bewegen oder zu führen. Dadurch erhält man einen Lichtbogen, der bei hoher Geschwindigkeit um die Schweißbahn herumbewegt wird und der deshalb theoretisch zu einer regelmäßigen und fehlerfreien Schweißnaht führen müßte. Die Praxis zeigt jedoch, daß es nicht möglich ist, mit Hilfe einer Vorrichtung dieser Art zufriedenstellende Schweißungen zu erhalten, und daß die Ergebnisse bei schwierig zu schweißenden Metallen, wie beispielsweise ein Gitter aus dispergierter Tonerde enthaltendem gesintertem Aluminium oder Zirkonium enthaltendem Zirkoniumhydrid oder Zirkoniumlegierungen, derart sind, daß Schweißungen dieser Metalle den Zweck, dem sie dienen sollen, nicht erfüllen.
Man hat überraschenderweise festgestellt, daß sich völlig zufriedenstellende Schweißergebnisse mit einer Lichtbogenschweißvorrichtung erzielen lassen, die einen mittels eines Magnetfeldes in einer Bahn bewegten Lichtbogen hat, wobei die Vorrichtung nach der Erfindung zum Bewegen und Führen des Lichtbogens zwei Magneten besitzt, von denen einer so angeordnet ist, daß sein Haupteinfluß auf den Lichtbogen dort einwirkt, wo er aus der Schweißelektrode heraustritt, während der andere Magnet so angeordnet ist, daß sein Haupteinfluß auf den Lichtbogen dort einwirkt, wo er auf die Schweißnaht trifft. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Ausdruck Haupteinfluß, wie er hier verwendet wird, nicht in seiner absoluten Bedeutung, sondern in seinem Verhältnis zu dem Einfluß der Magneten auf die Bereiche der Schweißelektrode bzw. der Schweißnaht zu verstehen ist.
Neben dem Vorzug, daß es mit der Vorrichtung nach der Erfindung möglich ist, zufriedenstellende Schweißergebnisse auch dort zu erzielen, wo andere Schweißverfahren versagen, hat die Vorrichtung nach der Erfindung außerdem den Vorteil, daß sie mit verhältnismäßig einfachen Mitteln auf der Basis üblicher Gleichstrom-Schweißgeräte gebaut werden kann.
Die bei der Vorrichtung nach der Erfindung zu verwendenden Magneten können Dauermagneten oder Elektromagneten sein, wobei jedoch die Feldstärke und die Form des Feldes in jedem Falle der betreffenden Schweißaufgabe angepaßt werden müssen. Diese Anpassung ist jedoch in jedem speziellen Fall auf der Basis vorangehender Versuche leicht vorzunehmen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich dem Ausführen von Schweißnähten unterschiedlicher geometrischer Formen anpassen, jedoch besteht die hauptsächliche Verwendung der Vorrichtung in der Ausführung von kreisrunden Schweißnähten, wie sie beispielsweise beim Verschweißen von End- oder Verschlußstopfen mit Rohren verwendet werden. Deshalb sind gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung zwei Magneten um die Schweißelektrode bzw. um das Werkstück herum angeordnet, woraus sich eine kreisrunde symmetrische Form des Magnetfeldes ergibt.
Wenn eine große Anzahl von gleichen Werkstücken geschweißt werden soll, läßt sich eine Vorrichtung mit vorbestimmter Feldstärke und Feldform verwenden. Jedoch ist es zweckmäßig, wenn sich diese Parameter beliebig verändern lassen. Aus diesem Grunde kann mindestens einer der Magneten, und zwar vorzugsweise der Magnet, dessen Haupteinfluß auf den Lichtbogen dort einwirkt, wo er auf die Schweißnaht trifft, ein Elektromagnet sein, dessen Feldstärke sich den Erfordernissen entsprechend verändern läßt. Andererseits oder gleichzeitig kann mindestens einer der Magneten, und zwar vorzugsweise der Magnet, dessen Haupteinfluß auf den Lichtbogen dort einwirkt, wo er auf die Schweißnaht trifft, in einer zu der durch die Schweißelektrode und das Werkstück verlaufenden Achse parallelen Richtung verstellbar sein.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der einen schematischen Schnitt durch die Vorrichtung nach der Erfindung darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Die Schweißvorrichtung nach der Erfindung besteht aus einem Schweißgerät 1 üblicher Bauart mit einer Schweißelektrode 2, beispielsweise einer Wolframelektrode, und einer Leitung 3 für Schutzgas, wie beispielsweise Argon. Um das Schweißgerät herum ist ein Magnet, im dargestellten Falle eine aus einer Gleichstromquelle 5 gespeiste Magnetspule, angeordnet.
In einer einem geeigneten Elektrodenabstand entsprechenden Entfernung 'von der Elektrode 2 ist ein Werkstück in Form eines Rohres 6 angebracht, auf das ein End- oder Verschlußstopfen 7 geschweißt werden soll. Um das Werkstück herum ist eine Magnetspule 8 angebracht, die aus einer Quelle 9 mit Gleichstrom gespeist wird. An der Vorrichtung ist ferner ein nicht dargestellter Zeitschalter befestigt, der den Schweißstrom nach einer von der Art der Schweißung abhängigen vorbestimmten Zeitspanne automatisch unterbricht, wobei außerdem ein nicht dargestelltes Ventil zur Regelung des Schutzgasstromes vorgesehen ist.

Nachstehend werden als Beispiel für eine Vorrichtung nach der Erfindung die Abmessungen einer Vorrichtung angegeben zum Verschweißen eines Aluminiumstopfens (99 % Al) mit einem Rohr aus ein Gitter aus dispergierter Tonerde aufweisendem Sinteraluminium, das um den Stopfen herum eine rohrförmige Füllung aus einer eutektischen Legierung aus Aluminium und Silizium aufweist. Diese Vorrichtung hat folgende Daten:

Elektrode: 4 mm Durchmesser, Wolfram,

Elektrodenabstand: 4 mm,

Abstand zwischen den Magneten: 25 mm,

bei den Magneten sind die entgegengesetzten

Pole einander zugekehrt,

beide Magneten haben etwa 700 Windungen,

Strom für die Magneten: 4 A,

Schweißstrom: 30 A,

Schweißzeit einschließlich des Erwärmens und

Abkühlens: 30 s,

Schweißwärme: 11 kWs,

Schutzgas: Argon.

Aus einer großen Anzahl von Proben gleicher zu schweißender Werkstücke wurden sieben repräsentative Proben, ausgewählt, von denen eine die erzielte Mindestfestigkeit der Schweißnaht und eine die erzielte Höchstfestigkeit der Schweißnaht verkörperte. Die Mindestfestigkeit der Rohre betrug, wie durch eine Wasserdruckprüfung festgestellt, 23,07 kg/mm2.

Die siebenProben wiesen folgendeFestigkeiten auf:

Probe Gesamtfestigkeit Festigkeit in %
Nr. m der Mindestfestigkeit
kg/mm2 der Rohre an sich
1 ...... 22,44 97,3
2 ...... 23,50 101,9
3 ...... 23,60 102,3
4 ...... 24,25 105,1
5 ...... 25,79 111,8
6 ...... 26,25 113,8
7 ...... 27,88 120,8

Entsprechend diesen Ergebnissen wurde die Zuverlässigkeit der Schweißungen nach statistischen Berechnungen zu 99,8% ermittelt.

Ferner wurde die Güte der geschweißten Rohre durch Augenschein bewertet, wobei sich zeigte, daß die Schweißnähte einwandfrei glatt und regelmäßig waren, was offensichtlich im Gegensatz zu den mit üblichen Verfahren geschweißten Rohren steht. Eine Dichtheitsprüfung mit Helium unter Druck zeigte, daß die Rohre völlig dicht waren.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Lichtbogenschweißung mit einem mittels eines Magnetfeldes in einer Bahn bewegten Lichtbogen, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Vorrichtung zum Bewegen und Führen des Lichtbogens zwei Magneten (4, 8) besitzt, von denen einer (4) so angeordnet ist, daß sein Haupteinfluß auf den Lichtbogen dort einwirkt, wo er aus der Schweißelektrode (2) austritt, während der andere (8) so angebracht ist, daß sein Haupteinfluß auf den Lichtbogen dort einwirkt, wo er auf die Schweißnaht trifft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magneten (4, 8) um die Schweißelektrode (2) bzw. um das zu schweißende Werkstück (6, 7) herum angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Magneten (4, 8), und zwar vorzugsweise der Magnet (4), dessen Haupteinfluß auf den Lichtbogen dort einwirkt, wo er auf die Schweißnaht trifft, ein Elektromagnet ist, dessen Feldstärke sich beliebig steuern läßt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Magneten (4, 8), und zwar vorzugsweise der Magnet, dessen Haupteinfluß auf den Lichtbogen dort einwirkt, wo er auf die Schweißnaht trifft, in einer zu der durch die Schweißelektrode (2) und das zu schweißende Werkstück (6, 7) verlaufenden Achse parallelen Richtung verstellbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 931889, 2 936 363.