,ch-,eißverfahren und 'Torrichtung zur Durchführung;
des 7"erf,iliren,:
der Sch,:;eißstab zur ',7ärmequelle in einer Geschwindigkeit$ be?::egt,
die der Abschmelzgeschwindigkeit gleich ist. Zur Steuerung dieser Vorschubgeschwindigkeit
sind bisher komplizierte und teuere EinrichtunLen erforderlich. Zum Beispiel arbeitet
das Verfahren, das in den meisten Ffllen zur automatischen Schweißung verT:;endet
wird und im Handel unter der Bezeichnung UITIOITLIELT@Verfahren bekannt ist, mit
einem elektrischen Lichtbogen z,,.iischen dem zu schweißenden Metall und dem Schi"eißstabende,
der als Temperaturquelle ,,-rirkt, -.,,obei der Schweißstab wenn er abschmilzt in
Richtung des Grundmetalls geschoben ,äird. `:;Benn dieser Vorschub schneller verläuft
als die Abschmelzgeschwindigkeit wird der Abstand zwischen dem zu sch;:eißenden
Met"1l und dem Schweißstab allmählich geringer, die Bogenlänge verringert sieh und
schließlich korimen beide miteinander in Berührung und der Sch-.-!eißvorgang ,lird
unterbrochen. '@-exin anderer.ieits die Vorschubgeschwindigkeit geringer als die
ilbschmelzgesch-.@rindigkeit ist, ,-wird der Abstand allmhlich breiter, die BogenlCI.nge
vergrößert sich und schließlich bricht der Bogen zusarimen und die äch:-reißung
-@#ird unterbrochen. Vor der Unterbrechung der Sch;-1eißung entstehen jedoch Schwankungen
in der Lichtbogenlänge, die schon einen ungün;3tigen Einfluß auf die Sch@-eißung
haben und aus diesem Grund muß der Vorschub des Sch,.;:,eißstabes exakt genau gleich
der Abschmelz eschwindigkeit gemr-Icht .!erden. In dem UITION1ELT-Verfahren 1 urde
eine elektrische Steuerung angewendet, nach der die vors chubgeschviindigkeit des
Sch,.#"eißstabes sich ent;3prechend der Bogenspannung ver"iindert.
Zur
Durchführung dieser Steuerung ist eine komplizierte elektrische Einrichtung erforderlich.
Dies gilt jedoch nicht nur für das genannte Beispiel, sondern bei allen automatisch
arbeitenden Schweißverfahren tritt der Nachteil auf, daß komplizierte und teure
Einrichtungen zur Steuerung der Yorschubgesabwindigkeit des Schweißstabes erforderlich
sind. Gemäß der Erfindung kann eine Schweißung durchgeführt werden, indem
mehrere Schweißsthbe mit gleicher Geschwindigkeit wie die Abschmelzgeschwindigkeit
vorgeschoben werden, ohne daß komplizierte Steuereinrichtungen erforderlich sind.
Ilormalervreise findet beim Vorschub von Schvieißstftben in Richtung der Wärmequelle
mit einer Ge;-3ch::indigkeit die gleich der Abschmelzgeschwindigkeit ist, eine Temperaturverteilung
statt, @:ie sie beispielsweise in der Veröffentlichung von
D. Rosenthal in
dem Aufsatz "Die Theorie der Betregung von Wärmequellen und ihre Anwendung zur T.:etallbehandlung"
in "Transkactions of ASLIE, 1946, äeiten 849 - 866" erc;@:hnt ist als Ergebnis der
Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit
Die neue Erfindung benutzt diese Erkenntnis, um den Vorschub des
Schweißstabes hauptsächlich mechanisch durchzuführen, und dabei die Vorschubsteuerung
auf dem gleichen Wege durchzuführen. Erfindungsgemäß werden mehrere Schweißstäbe
verwendet, auf die in aktialer Richtung eine Vorschubkraft einwirkt. Die Enden der
Schweißstäbe werden annähernd in einem Punkt miteinander in Berührung gebracht,
wodurch ein Hindernis für
den gemeinsamen Vorschub entsteht und die Wärmequelle
wird in diesen Punkt oder in seine unmittelbare Nähe gelegt.
Wenn die Teile der Stäbe,
die das Hindernis verursachten,
schmelzen, können die Stäbe weiter vorgeschoben werden; die Yorschubkraft wird so
eingerichtet, da$ die. Stäbe gemeinsam vorgeschoben werden und sie bewegen sich
gemeinsäm so lange, . bis ihre nicht abgeschmolzenen Teile aneinander in Berührung
kommen. Hierdurch werden
die gehweißetäbe mit einer Geschwindigkeit vorgeschoben,
die der Abschmelzgesehwindigkeit gleich ist und ihre Enden kommen immer in der gleichen
Stellung zur Berührung. Wenn
der Abstand zwischen
den Berührungspunkt
der Schweißstäbe und
dem zu schweißenden Metall in einem konstanten Bereich
gehalten wird, dann ist gleichzeitig auch der Abstand zwischen dem Metall und den
Abschmelzenden der Schweißstäbe in einem konstanten Bereich und die Schweißung verläuft
homogen. .
Die Schvreißstäbe behalten bei dem beschriebenen Verfahren
ihre Starrheit und Härte mit Ausnahme in den abschmelzenden Enden. Aus diesem Grund
kann eine Verformung oder.Verbiegung der Enden der Schvieißstäbe bei ihrer gegenseitigen
Berührung nicht ' eintreten. Es ist demgemäß leicht, den Berührungspunkt zu bestimmen,
indem man bei Beginn die Vorschubrichtung eines jeden Schweißstabes festlegt. Wenn
sogar die Vorschubkraft beträchtlich schwankt, wird der Abstand zwischen dem zu
schireißenden LIetall und den Schweißstäben mit höchster Genauigkeit immer in einem
konstanten Bereich gehalten. !Nenn die Erfindung in dieser ';leise angewendet wird,
können homogene Schweißnähte ausgeführt werden ohne komplizierte Geschwindigkeitssteuerung
und sogar dann, wenn starke Schwankungen in der Vorschubkraft auftreten. Außerdem
können die Schweißstäbe und das zu schweißende Metall relativ zueinander bevegt
vrerden, 1,rrobei der Abstand zwischen dem Berührungspunkt der Sch:!eißatäbe und
dem Metall immer in einem konstanten Bereich-gehalten #verden, so daß auch eine
kontinuierliche Sch@:reißung ausführbar i2t. Der Grund, warum sämtliche Sch""veißstz-.ibe
gleichzeitig vorge-:-schoben ;;erden ist der folgende: '.','enn die Enden der Schweißst@be
auf Grund ihrer Abschmelzung in einem Augenblick außer Berährung kommen, kann ein
Nachteil durch das Vorstehen eines ich-. ,eißotabe@ nicht auftreten.
Ein
Pol einer einfachen Elektrizitätsquelle Ader
einer
Schweißvorrichtung (einschl.
einer Stromquelle
oder einer Schweißvorrichtung mit fallender Charakteristik)
wird mit den Schweißstäben gleichen Materials und gleicher gorm,wie sie für die
P:etall-Lichtbogenschweißung benutzt werden, verbunden. Der andere Pol liegt an
dem zu schweißenden Metall. Der elektrische Strom fließt im v"esentlichen gleichförmig
verteilt durch jeden Schweißstab. Dies ist ein Vorteil hinsichtlich einer Hochleistungsschweißung.
Bei der Metall-Lichtbogenschweißung wird die Hochgeschwindigkeiteschweißung mit
hohen elektrischen Spannungen durchgeführt; um eine Überhitzung der Schweißstäbe
zu vermeiden, wird die elektrische Spannung begrenzt und die Leistungserhöhung verhindert.
Natürlich kann die Schweißung auch ausgeführt
werden, indem die elektrische
Spannung nur durch einen Schweißstab. geleitet wird, und dies ist vorteilhaft, !"renn
es erwünscht ist beispielsweise die Spannungsbelastung zu vermindern. Gemäß der
Erfindung können auch Schweißstäbe verschiedener Materialien gemeinsam verwendet
werden. Hierbei wird eine Legierung aufgeschweißt. Außerdem können Legierungen,
die Komponenten in einem ge:",ünschten Verhältnis enthalten, dadurch erreicht werden,
daß man den Durchmesser der Schweißstäbe und das Verhältnis der Vorsehubgeschwindigkeiten
verändert. Die Erfindung kann auch auf andere Schweißverfahren als Zichtbogenschweißung
angewendet -.;erden, beispielsweise bei der Gasschweißung.
Dieser Abstand
wird durch bekannte Mittel zum Einhalten eines
Zwischenraume
zwischen zwei Gegenständen
in einem konstanten
Bereich eingestellt. Die
Bogenspannung kann zum Regeln der
Speisung eines Servomotores verwendet
cierden,um
die Stellung
der Vorschubvorrichtung
der Sahreißstäbe
zu regeln. Wenn die
Bogenspannung durch Personal abgelesen wird, kann
die Stellung
der Vorschubvorrichtung
der Schweißstäbe manuell
oder motorisch
gesteuert vrerden. .
Wie bei den bekannten Schweißverfahren so können
auch verscbiedene durch Verändern des Winkels zwischen
den
Schweißstäben und des. Grundmetalls oder der Schweißrichtung erreicht Eierden. Die
Einrichtung, die dazu dient, den gegenseitigen Berührungswinkel der Schweißstäbe
und den Winkel und die Stellung des Befestigungsmittels der Vorschubvorrichtung
an den Träger zu verändern, ist auch zur Durchführung verschiedener Schweißarten
geeignet. Auf der Zeichnung sind Augführungsbeispiele der Erfindung dargestellt
und zwar zeigens Figur 1 eine Ansicht eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung; Figur 2 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform; Figur 3 eine Ansicht
einer weiteren Ausführungsform; Figur 4 Querschnitte*von Schweißstäben, die für
die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet sind und Figur 5 eine graphische Darstellung
eines Beispiels der Temperaturverteilung an den Schweißstäben. In Figur 1 ist eine
Rolle 1 und 2 erkennbar, auf sielcher der Schweißdraht 3 und 4 aufgewickelt ist.
@ Die Rolle ist auf der U'elle 5 gelagert, die durch die Vorsehubeinriehtung 6 für
die Schweißdrähte 3 und 4 getragen wird. Auf der Vorsohubvorrichtung 6 sind die
Führungsrollen 7 und 8, die ineinandergre@fenden und-genuteten Vorschubrollen 9
und 10, die Druckrollen 11 und 12 gelagert, die die Drähte 3 und 4 vorschieben.
Die Drähte werden durch die Rollen ohne Gleiten ,geführt, wobei die Vorschubrollen
9 und 10 durch einen Elektromotor
13 angetrieben werden, während
schließlich die Drähte 3 und 4 durch die hülsenartigen Führungen 14 und 15 laufen.
Der Schweißdraht 3 geht durch die Rollengruppe 7, durch die Rollen 9 und 11 und
die Führung 14. Der Draht 4 passiert die Führungsrollen 8, die Rollen 10 und 12
und die Führung 15. Die Enden der beiden Drähte kommen in Berührung. Der Elektromotor
13 erzeugt die erforderliche Vorschubkraft für die Drähte 3 und 4, jedoch ist das
erriechte Drehmoment so, daß eine unnötige Kraft in dem Berührungspunkt nicht entsteht.
Beispielsweise wird ein feehselstrommotor mit konstantem Drehmoment verwendet und
mit den Rollen 9 und 10 über ein Untersetzungsgetriebe gekuppelt, um die maximale
Vorschubgesch7.@rindigkeit zu erzeugen mit Ausnahme im Bereich der Drehzahl, die
et;-,as geringer als die Synchrongeschwindigkeit ist, das ist die Maximal-Drehzahl
des konstanten Drehmomentbereiches: Das verwendete Untersetzungsgetriebe hat nur
einen geringen Verlu3t, so daß die Motordrehzahl im wesentlichen entsprechend der
Belastung variiert. Z;lischen dem Elektromotor 13 und den Sch,::eißdrähten 3 und'4
ist kein Schlupf vorhanden, so daß die Drehzahl des Elektromotors entsprechend den
Schweißbedingungen variiert, ;°v'ährend eine praktisch konstante Vorschubkraft ständig
;uf die Drähte 3 Ind 4 einwirkt. Vorausbesetzt, daß die Führunen 14 und 15 nicht
abschmelzen können die Enden der Drähte 3 und 4 so dicht wie möglich zu@,#ammen-efhrt
werden. Diese Führungen 14 und 15 sind mit Klemmen f ür elektri sche Zeitungen ausgerüstet.
Da außerdem :.@.uf die Enden :Marke @srUte einwirken, aerden sie als Büchsen
aus
wärmebeständigen oder abriebfesten Material, beiepieleweise einem keramischen Material
oder Stahl ausgebildet,
vrodurch jeglicher Abrieb verhindert vrird. Die Vorschubvorrichtung
6 für die Schweißdrähte oder -stäbe ist nachgiebig und senkrecht auf. dem
Träger 17 angeordnet, der auf der Schiene 16 läuft. An der Vorrichtung 6 iet eine
Kontaktrolle 18: konstanter Breite angebracht, die im Bereich der Schweißung auf
das zu schweiflende Metall 19 gedrückt wird. Wenn der Elektromotor 13 anläuft, und
ein elektrischer Strom durch die Drähte 3 und 4 über die Führungen 14
und 15 von dem einen Pol der Stromquelle geht, wird ein Lichtbogen zwischen
dem Berührungspunkt 20 und dem Grundmetall 19 gezogen, an welchem der andere Pol
liegt; die Drähte 3 und 4 werden mit einer Geschl;rindigkeit vorgeschoben,
die gleich der Abschmelzgeschwindigkeit ist, und zwar durch die Vorschubkraft,
die, von deni Elektromotor 13 erzeugt wird, vorbei der Motor 13 eine Drehzahl aufweist,
die der Vorschubgeschwindigkeit entspricht. Der Motor wird als Drehmomenterzeuger
verwendet und eine Geschwindigkeitssteuerung ist nicht erforderlich. Wenn der Träger
17 bewegt wird, bleibt der Abstand zwischen dera Grundmetall 19 und dem Berührungspunkt
20 in einem konstanden Bereich, durch die Kontaktrolle 18, so daß die Länge des
Lichtbogens annähernd konstant gehalten wird und eine kontinuierliche Schweißung
ausführbar ist.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann die Vorschubkraft
der Sohweißstäbe in einem relativ weiten Bereich variiert werden, und an
Stelle eines Elektromotors 13 mit konstantem Drehmoment kann auch ein solcher ohne
konstante Drehmomenteharakteristik ohne große Nachteile verwendet werden. Wenn jedoch
ein Elektromotor verwendet wird, der Drehmomentschwankungen aufweist oder
ein solcher mit einem engen Geschwindigkeitsbereich, kann eine Reibungs- oder Flüssigkeitskupplung
eingeschaltet vrerden, um ein konstantes Drehmoment an den Vorschubrollen
9 und 10 zu erhalten. Darüberhinaus kann jeder Drehmomentgenerator verwendet werden
an Stelle eines Elektromotors, wie beispielsweise eine Luftturbine, ein Federmotor
oder ein über eine Seilrolle laufendes Gewicht. In Figur 2 sind die hinteren Enden
der beiden ummantelten Elektroden 21 und 22 in den Halterungen 23 und 24 angeordnet.
Die letzteren sind durch die Stangen 25 und 26 gehalten und geführt,
die parallel zu den Elektroden 21 und 22 liegen, vielehe sich in Richtung
der Piihrungsstangen 25 und 26 bewegen. Mit 27 ist eine Vorschubvorrichtung
für die Schweißstäbe 21 und 22 bezeichnet, die an den Träger 29 befestigt
ist, der eine konstante Hehe auf":eist und 'iber das zu schweißende
Metall 2£3 läuft. An dieser Vorschubvorrichtung.27 sind die Führungsstangen 25 und
26, genutete Führungsrollen 30 und 31 zur Führung der Sch"reiß;:t:,'be 21 und 22
und die Arme 32 und 33 befestigt. Die Enden der Schv"eißstäbe 21 und 22, die durch
die Rollen 30 und 31
geführt sind, kommen miteinander in Berührung
und können sich hiernach nicht mehr weiter bewegen. Die Arme 32 und 33 sind . schwenkbar
auf den Wellen 34 und 35 an der Vorrichtung 27 gelagert. Diese Wellen 34 und 35
tragen miteinander kämmende Zahnräder 36 und 37; das Zahnrad 36 ist durch eine Spiralfeder
im Uhrzeigersinn belastet und das Zahnrad 37 in der entgegengesetzten Richtung.
Die Arme 32 und 33 haben lange und schmale Schlitze 38 und 39,in denen.die Zapfen
40 und 41 der Halter 23 und 24 laufen. Die Halter 23 und 24 sind an eine Seite der
Stromquelle enge- , schlossen und wenn ein Strom durch die Schweißstäbe 21 und 22
fließt, und ein Lichtbogen zwischen der Berührungsstelle
42
und dem Metall 28 gezogen ist, an welchem der andere
Pol liegt,
vrerden die Schweißstäbe 21 und 22 mit einer gemeinsamen
Geschwindigkeit
vorwärts bewegt, die gleich ihrer Abschmelzgesehwindigkeit ist und zwar udreh
eine Vorschubkraft, die auf die Halter 23 und 24 einwirkt. Wenn
die Schweißstäbe 21 und 22 annähernd senkrecht stehen, ist die Kraft
der Spiralfedern
überflüssig, denn sie werden durch das'Gewicht
der Arme 32 und
33, der Halter 23 und 24 und durch ihr Eigengewicht
vorgeschoben. Bei dem Beispiel der Figur 3 sind zwei Schweißstäbe 51 und 52 dargestellt,
die«eine geeignete Biegung aufweisen und sich in den Schlitzen 54 und 55 eines Drehtisches
be..zegen. Die hinteren Enden der Schweißstäbe 51 und 52 sitzen in den Haltern
56 und 57 und sie laufen durch die genuteten Rollen 58 und 59 und die
Druckrollen
60 und 61, :,rodurch ihre Enden in Bertthrung miteinander kommen. Die Halter 56
und 57 be-Jegen sich lL*;.ngs der Schlitze 54 und 55 und dadurch werden die Schweißstäbe
51 und 52 immer achsial eführt. Die Halter 56 und 57 :.,erden auch zum Anschluß
des elektrischen Stromes benutzt.
Der Drehtisch 53 bildet die Vorschubvorrichtung für die Sch@reißstl@,be und er dreht
sich um das zu schweißende Rohr 62. Er Wird von einem Motor konstanten Drehmomentes
angetrieben und be<<regt sich zusammen mit den Rollen 58 und 59. '-"enn der
elektrische ;jtrom durch die Sch,;ieißstäbe 51 und 52 lief und ein Lichtbogen z,::ischen
diesen und dem zu sch":ieißenden Rohr 62 gezogen i;,#t, ;:erden die Sch-.-#eißst@:be
51 und 52 zusar.,Imen in einer Gesch.:-indigkeit vorgeuchoben, die gleich ihrer
Ab;.;cl@i@ielz@;e chindigl@eit ist und z-,:ar durch eine Vor Schubkraft, die 'Liber
die Rollen 58 und 59 ":iirkt. Zur gleichen Zeit rotiert der Drehtijch 53 um das
Rohr 62 und damit kann eine kreisförmige Cch :eißizn durchgefti.hrt # ..,erden.
Der Umstand, daß der Vorschub der Sch"""eiß^t-ibe und die Be,,egun"; der Sch-.:eißstelle
durch die deiche inotoric,che Kraft bet"irkt @:-rird, ist ebenfalls ein Cri; "r<iil;teristikum
die;3er Erfindung. f:L-ur 4 zeigt Querschnitte von pral~tischen Beispielen verschiedener
sie insbesondere zur Durchführung den erfindun";s"em@@.ßen Verfahrens verwendet
werden: Sie sind so ausgefUhrt, daß. keine ge,en seitige Verset,,un; :rcihrend der
Berührung
der Abschmelzenden stattfinden kann. Bei den
Beispielen (A),
(C) und (E) ",rird die gegenseitige Berührung durch geradlinige
Teile be"rirkt. Bei den Beispielen (B) und (D) r@ind konkave und konvexe Abschnitte
vorhanden und diese Teile sitzen etwa nut-, federartig ineinander. Figur 5 zeigt
ein Beispiel der Temperaturverteilung an den Schweißstäben. Hierbei ist 1 der Abstand
von dexi Abschmelzenden und T die Temperatur.