DE1515246B2 - Mit mehreren Lichtbogen arbeitende Schweißvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Aus- legt. So sind in F i g. 1 zwei Hochf requenzgeneratoführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnun- ren 19 und 21 über die Leitungen 15, 15 α mit zwei gen zeigt Elektrodengruppen und über die gemeinsame Lei-

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Schweiß- tung 17 mit dem als Anode geschalteten Werkstück vorrichtung, 5 20 verbunden.

Fig.2 in größerem Maßstab einen Schnitt des Die Schweißgeschwindigkeit kann um so größer

Brenners entlang der Linie 2-2 in F i g. 4, gewählt werden, ohne daß Einbrandkerben auftreten,

F i g. 3 einen Teil des Brenners in Seitenansicht je mehr Elektroden zum Einsatz gelangen. Da sich und aber das Werkstück sehr rasch abkühlt, ist die Erhö-

F i g. 4 einen Teil des Brenners in Draufsicht. io hung der Schweißgeschwindigkeit nicht mehr nen-

Wie in F i g. 1 gezeigt, ist jede einzelne einer Reihe nenswert, wenn der von Elektrodenmitte zu Elektrovon nichtabschmelzenden Elektroden 10 über einen denmitte gemessene Abstand zwischen den einzelnen eigenen Widerstand 14 mit einer Stromquelle 12 ver- Elektroden mehr als etwa 25 mm beträgt. Der zuläsbunden. Die Elektroden sind von einer Düse 16 um- sige Mindestabstand wird insbesondere durch die geben, durch die Schutzgas, beispielsweise Argon, 15 zwischen den einzelnen Lichtbögen auftretenden ma-Helium oder ein entsprechendes Gasgemisch, hin- gnetischen Wechselwirkungen bestimmt. Diese händurchgeleitet wird. Die Düse 16 ist vorzugsweise gen von der Anzahl der verwendeten Lichtbögen, wassergekühlt. Zwischen jeder einzelnen Elektrode dem Lichtbogenstrom, der Lichtbogenlänge sowie 10 und dem als gemeinsame Gegenelektrode wirken- dem jeweiligen Elektrodenabstand ab. Bei Verwenden Werkstück 20 wird ein kurzer Lichtbogen gezün- ao dung von zwei Lichtbögen werden diese gegenseitig det und aufrechterhalten, indem man die Stromquelle angezogen; sie. wirken bei kleinen Elektrodenabstän-12 über Leitungen 13, 15, 15 a und 17 mit dem den wie ein einziger Lichtbogen, der als von einer Werkstück 20 und den Elektroden 10 verbindet. sich zwischen den reellen Kathoden befindenden

Bei Verwendung von Gleichstrom ist das Werk- imaginären Kathode ausgehend zu denken ist. stück vorzugsweise als Anode geschaltet. Man kann 25 Wird mit mehr als zwei Lichtbögen gearbeitet, aber auch mit Gleichstrom bei positiver Elektroden- biegt sich bei zu großer Lichtbogenlänge bzw. zu polung, mit Wechselstrom oder einer Kombination kleinen Elektrodenabständen der in der Bewegungsaus beiden Stromarten arbeiten. Hochfrequenter richtung vorne liegende Lichtbogen übermäßig nach Wechselstrom und Gleichstrom bei positiver Elektro- hinten und der hinten liegende Lichtbogen übermädenpolung werden bevorzugt zum Schweißen von 30 ßig nach vorne durch. So treten starke magnetische Aluminium und Magnesium verwendet, während sich Wechselwirkungen bei einer Lichtbogenlänge von Gleichstrom bei negativer Elektrodenpolung zum etwa 2,4 mm und einem Elektrodenabstand von etwa Schweißen aller übrigen Metalle eignet. 6,3 mm auf. Entsprechendes gilt im Falle von nur

Die Elektroden 10 sind aus einem Werkstoff mit zwei Lichtbögen bei einer Lichtbogenlänge von etwa gutem elektrischem Emissionsvermögen, z. B. WoI- 35 1,6 mm und einem Elektrodenabstand von etwa 6,3 fram oder Wolfram mit Thoriumzusatz, gefertigt, bzw. 12,7 mm. Die Herstellung von gleichmäßigen während die Düse aus gut wärmeleitendem Material, Schweißnähten ist dann schwierig; man kann nur mit z. B. Kupfer, besteht. Die Elektroden 10 können kleinen Schweißgeschwindigkeiten arbeiten, auch als wassergekühlte Anoden ausgebildet sein. Dagegen stellt die magnetische Wechselwirkung

Der jeder einzelnen Elektrode vorgeschaltete 40 bei drei oder mehr, jeweils 100 A führenden Elektro-Widerstand 14 hat die Aufgabe, den Lichtbogen zu den kein Problem dar, wenn die Elektroden bei einer stabilisieren und gleichzeitig eine elektrische Überla- Lichtbogenlänge von etwa 0,8 bis 1,6 mm in einem stung der einzelnen Elektrode zu verhindern. Wenn Abstand von etwa 6,4 mm und bei einer Lichtbogender Strom in einem der Lichtbögen ansteigt, nimmt länge von etwa 3,2 mm in einem Abstand von etwa auch der Spannungsabfall am vorgeschalteten Wider- 45 12,7 mm voneinander angeordnet sind. Bei Stromstand zu, so daß eine Verringerung der Lichtbogen- stärken zwischen 10 und 100 A pro Elektrode und Spannung erfolgt. Die Lichtbogenspannung verrin- einer Lichtbogenlänge von höchstens etwa 0,8mm ist gert sich also in dem Maße, in dem der Lichtbogen- es zweckmäßig, die einzelnen Lichtbögen in einem strom zunimmt. In gleicher Weise wird eine Verrin- Abstand von etwa 3,2 bis 9,6 mm anzuordnen, gerung des Lichtbogenstromes durch einen Anstieg 50 Die Länge des Lichtbogens sollte im allgemeinen der Lichtbogenspannung aufgefangen. etwa 3,2 mm nicht überschreiten, während der Mit-

Die Widerstandswerte sollen möglichst klein sein, tenabstand zwischen den einzelnen Elektroden höchum den Stromverbrauch niedrig zu halten. So erwies stens etwa 25 mm beträgt. Zur Erzielung optimaler sich bei drei und mehr Elektroden bei einer jeweili- Schweißbedingungen ist es zweckmäßig, mindestens gen Stromstärke von etwa 100 bis 200 A ein Wider- 55 drei Elektroden bei einem Elektrodenmittenabstand standswert von etwa 0,16 Ohm als ausreichend. Was- von etwa 6,4 bis 25 mm und einer Lichtbogenlänge sergekühlte Rohre aus rostfreiem Stahl können z.B. von etwa 0,8 bis 3,2 mm vorzusehen, als Widerstände dienen. Zur Herstellung einwandfreier Schweißnähte müs-

Die Lichtbögen können zweckmäßig mit Hochf re- sen die Elektroden mindestens über die gesamte quenz gezündet werden. Vorzugsweise werden samt- 60 Länge der Schmelzzone hinweg genau ausgerichtet liehe Lichtbögen gleichzeitig gezündet. Bei Verwen- sein; außerdem muß für eine ausreichende Schutzdung eines in der Schweißtechnik üblichen Hochfre- gaszufuhr gesorgt sein.

quenzgenerators werden an einen Generator bei einer Bei dem in F i g. 2 bis 4 gezeigten Brenner sitzen

Leerlaufspannung von mindestens 40 V zweckmäßig die Elektroden 10 untereinander genau ausgerichtet höchstens drei Elektroden angeschlossen. Sind meh- 65 in parallelen Bohrungen 29 des Brennergehäuses. Sie rere Hochfrequenzgeneratoren vorgesehen, werden werden mittels Stellschrauben 22 festgehalten. Die diese vorzugsweise einpolig voneinander isoliert und Schutzgasdüse 16 besteht aus den Teilen 23 und 24, mit dem anderen Pol an eine gemeinsame Anode ge- die ihrerseits von mit mehreren Stellschrauben

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versehenen Seitenplatten 25, 26 festgehalten werden. j

Die Seitenplatten 25, 26 sind am Brennergehäuse

mittels Schrauben 28 befestigt. Zum Legen einer Schweißnaht auf etwa 1,3 mm

Das Brennergehäuse besteht aus einer Anzahl von starken, 75 mm breiten und 450 mm langen Blechen

kupfernen Elektrodenhaltern 30, die als verhältnis- 5 aus rostfreiem Stahl wurden vier 3,2 mm starke Ka-

mäßig flache Blöcke oder Platten ausgeführt sind thoden verwendet, die in einem Abstand von 6,4 mm

und jeweils eine der Bohrungen 29 aufweisen. Die voneinander angeordnet waren. Die Elektrodenenden

Elektrodenhalter 30 sind durch plattenförmige Isola- waren auf einen Durchmesser von 0,5 mm stumpf zu-

toren 31 voneinander getrennt. Das mehrteilige gespitzt. Der Abstand der Elektrodenspitzen vom

Brennergehäuse wird in Längsrichtung mittels zweier io Werkstück betrug 0,8 mm. Zum Zünden der Lichtbö-

Zugschrauben 32 zusammengehalten, deren ver- gen dienten zwei Hochfrequenzgeneratoren bei einer

dickte Enden mit O-Ringen in Eingriff stehen, die in Leerlaufspannung von 39 V. Jede einzelne Elektrode

den in einer Abschlußwand 34 ausgesparten Öffnun- war mit einem Widerstand in Reihe geschaltet, wobei

gen 33 sitzen. als Widerstand eine wassergekühlte Rohrschlange

Die Elektrodenhalter 30 werden über eine Rohr- 15 aus rostfreiem Stahl mit einem Widerstandswert von

leitung 35 mit Strom versorgt. Durch die Rohrleitung 0,16 Ohm verwendet wurde.

35 hindurch wird dem Brennergehäuse auch Kühl- Die Elektroden wurden mit insgesamt 630A gewässer zugeführt. Das Kühlwasser tritt dabei über die speist, wobei der einen Elektrode 162 A und den üb-Rohrleitung in das Brennergehäuse ein und wird rigen Elektroden jeweils 156 A zugeführt wurden, darin durch einen von der einen Zugschraube 32 und 20 Die Spannung der einzelnen Lichtbögen betrug 10, 8, einer Bohrung 37 α gebildeten Ringkanal 39 an einer 9 und nochmals 9 V. Als Schutzgas wurde Argon in Seite des Gehäuses entlanggeführt. Anschließend einer Menge von etwa 70 l/min nach unten um die strömt es über die Leitung 38 zur anderen Brenner- Elektroden herumgeführt. Bei einer Schweißgeseite und dort durch den von der anderen Zug- schwindigkeit von etwa 3 m/min wurden einwandfrei schraube 32 und einer Bohrung 37 b gebildeten 25 durchgeschweißte und von Einbrandkerben freie Ringkanal 36. Von hier fließt das Kühlwasser durch Nähte erhalten. Im Vergleich zu der bei Verwendung eine nicht dargestellte, mit zugehörigen Verschrau- einer einzigen Elektrode bei gleichen Bedingungen bungen 46, 44 verbundene Schlauchleitung zu einer möglichen Schweißgeschwindigkeit war die Schweiß-Leitung 43. Von dieser gelangt das Kühlwasser über geschwindigkeit ungefähr viermal so hoch,
eine Leitung 45 zu einer Leitung 40, so daß die Düse 30

16 wirksam gekühlt wird. Das Wasser tritt schließ- ^1A

lich bei 42 wieder aus dem Brenner aus. Mit Hilfe Zur Herstellung einer Stumpfschweißung zwischen

einer Verschraubung 41 kann man den Kühlwasser- zwei etwa 3,2 mm starken Aluminiumblechen wur-

strom je nach Wunsch umkehren oder verändern. den zwei 3,2 mm starke Wolframelektroden mit 2 °/o

Die Ausströmöffnung der Schutzgasdüse wird über 35 Thoriumgehalt verwendet, die in einem gegenseitigen ihren gesamten Querschnitt mittels Schutzgas abge- Abstand von 6,4 mm angeordnet waren. Die Schalschirmt. Dadurch wird auch das Schweißgut gegen- tung entsprach F i g. 1, mit der Ausnahme, daß ledigüber der Außenluft abgeschirmt. Das Schutzgas wird lieh ein Hochfrequenzgenerator sowie eine Wechseldurch in den Seitenplatten 25, 26 vorgesehene Öff- Stromquelle (etwa 75 V Leerlaufspannung) an Stelle nungen 47 in den Brenner eingeführt und strömt 40 der Gleichstromquelle verwendet wurden. Die Lichtdann durch obere Längskanäle 48, 49 und zwei senk- bogenlänge betrug etwa 0,8 mm. Bei einer Schweißrecht angeordnete Kanäle 51 in untere Längskanäle geschwindigkeit von etwa 76 cm/min und einer 50. Nach Durchströmen von bogenförmigen Kanälen Stromstärke von 270 A wurden einwandfreie Schwei-52 tritt das Schutzgas schließlich über einen Schlitz ßungen erzielt, die keine Einbrandkerben aufwiesen. 55 aus dem Brenner aus. Das Schutzgas wird dabei 45
mit Hilfe einer Lochplatte 53 und eines Siebes 54,

die an den Eintrittsöffnungen der Kanäle 52 vorgese- Stumpfschweißungen wurden an etwa 3,2 mm starhen sind, über den Brenner gleichmäßig verteilt. Um ken Blechen aus rostfreiem Stahl unter Verwendung die gleichmäßige Verteilung des Schutzgases über die von sechs nichtabschmelzenden Wolframelektroden gesamte Brennerlänge hinweg weiter zu unterstützen, 50 mit 2 % Thoriumgehalt und zwei etwa 0,8 mm starsind die Kanäle 50 in Richtung zum Brennerzentrum ken Zusatzdrähten durchgeführt. Die Drähte befanverjüngt. den sich dabei jeweils zwischen der dritten und vier-

Das z. B. aus einem Rohr bestehende Werkstück ten bzw. der vierten und fünften Elektrode, wobei 20 wird während des Schweißvorganges mit Hilfe die einzelnen Elektroden einen Abstand von etwa von Walzen 56, die mittels eines Motors 57 angetrie- 55 6,4 mm voneinander hatten. Die Lichtbogenlänge beben sind, in Längsrichtung unter dem Brenner vor- trug bei den nichtabschmelzenden Elektroden etwa beigeführt. Der Brenner kann aber auch über dem 1,6 mm. Die Drähte wurden durch Joulesche Wärme Werkstück in Richtung der Schweißnaht verschoben zum Schmelzen gebracht. Die Stromstärke betrug werden. insgesamt 1100 A. Bei einer Schweißgeschwindigkeit

Die folgenden Beispiele lassen die mittels einer 60 von etwa 2 m/min und einer Zufuhrgeschwindigkeit

Schweißvorrichtung nach den F i g. 1 bis 4 erzielba- des Zusatzdrahtes von etwa 8,5 m/min wurden ein-

ren Ergebnisse erkennen. wandfreie Stumpfschweißungen erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 zwischen 250 und 500 A wird nur noch ein Lichtbo- Patentansprüche: gen ausgebildet, der wechselweise von der einen zur anderen Elektrode springt. Abschmelzende Elektro-

1. Mit mehreren Lichtbogen arbeitende den werden in der Schutzgasschweißtechnik im allge-Schweißvorrichtung mit einem gekühlten 5 meinen eingesetzt, wenn Schweißgut in eine V-Fuge Brennerkörper, der eine Mehrzahl von Elektro- von verhältnismäßig dicken Werkstücken eingebracht den aufnimmt, die in einer Reihe parallel zuein- werden soll. In solchen Fällen wird ein relativ großes ander in einer gemeinsamen Schutzgasdüse gehal- Schweißbad ausgebildet, so daß sich auf dicht beten und an eine gemeinsame Stromquelle ange- nachbarte Lichtbogen zurückzuführende Unregelmäschlossen sind, dadurch gekennzeich- io ßigkeiten ausgleichen können, bevor das Schweißgut net, daß die Elektroden (10) nichtabschmel- erstarrt, zumal auch der über den Lichtbogenspalt zend und in einem gegenseitigen Abstand von übergehende Werkstoff einen stabilisierenden Einhöchstens 25 mm angeordnet sind und daß jeder fluß ausübt.

Elektrode ein eigener Widerstand (14) vorge- WIG-Schweißvorrichtungen werden dagegen zur

schaltet ist. 15 Bildung von schmalen Schweißraupen benutzt. Dabei

2. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, da- ist die Lichtbogenstabilität von wesentlich größerer durch gekennzeichnet, daß bei einem Brenner- Bedeutung als beim MIG-Schweißen. Querinstabilikörper mit drei oder mehr Elektroden (10) zur täten der in einer Reihe brennenden Lichtbogen, wie Verwendung bei einer jeweiligen Stromstärke von sie bei bekannten Mehrelektroden-MIG-Schweißvoretwa 100 bis 200 A die einzelnen Widerstände 20 richtungen unter anderem auf Grund von Strom-(14) einen Wert von etwa 0,16 Ohm haben. Schwankungen, elektromagnetischer Wechselwirkung

oder hohen Stromstärken auftreten, können beim WIG-Schweißen nicht toleriert werden, weil die Schweißung wellig und übermäßig breit würde. Ein

25 stabilisierender Werkstoffübergang fehlt beim WIG-Schweißen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, die

Die Erfindung betrifft eine mit mehreren Lichtbö- für das WIG-Verfahren typischen schmalen gen arbeitende Schweißvorrichtung mit einem ge- 30 Schweißraupen mit gegenüber dem bekannten kühlten Brennerkörper, der eine Mehrzahl von Elek- WIG-Schweißen gesteigerter Schweißgeschwindigkeit troden aufnimmt, die in einer Reihe parallel zueinan- herzustellen, ohne daß Einbrandkerben in Kauf geder in einer gemeinsamen Schutzgasdüse gehalten nommen werden müssen.

und an eine gemeinsame Stromquelle angeschlossen Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schweißsind. 35 vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungs-

In der Schweißtechnik ist man bemüht, Lichtbo- gemäß dadurch gelöst, daß die Elktroden nichtabgenschweißnähte mit möglichst großen Schweißge- schmelzend und in einem gegenseitigen Abstand von schwindigkeiten herzustellen. So hat man versucht, höchstens 25 mm angeordnet sind und daß jeder durch Vergrößern der dem Werkstück zugeführten Elektrode ein eigener Widerstand vorgeschaltet ist.
Wärmemenge das Arbeiten mit höherer Schweißge- 40 Die den einzelnen nichtabschmelzenden Elektroschwindigkeit zu ermöglichen. Dies kann durch Ver- den vorgeschalteten Widerstände sorgen für eine stärken des dem Lichtbogen zugeführten Stromes er- gleichförmige Stromverteilung auf sämtliche Elektroreicht werden. Dabei stellt man allerdings im norma- den. Wenn beispielsweise in einer der Elektroden die len Betrieb bei einer Verstärkung der Stromzufuhr Stromstärke momentan auf einen übermäßigen Wert auf über etwa 200 bis 300 A fest, daß die Intensität 45 anzusteigen sucht, wird durch den am Vorschaltdes Wärmeüberganges von der Anode auf das Werk- widerstand auftretenden erhöhten Spannungsabfall stück in der Nähe der Lichtbogenachse nur noch ge- der Strom in der betreffenden Elektrode herabgeringfügig zunimmt. Statt dessen wird die Wärme auf setzt. Ein unregelmäßiges Wandern der Lichtbogen eine größere Fläche übertragen. Abgesehen von dem wird dadurch verhindert. Der allein noch verbleiverstärkten Pumpen des Lichtbogens haben größere 50 bende Störeinfluß auf Grund der elektromagne-Schweißgeschwindigkeiten mit im Vergleich zu dem tischen Wechselwirkung der Lichtbogen kann durch normalen WIG-Schweißen erhöhter Stromstärke geeignete Wahl des gegenseitigen Elektrodenabstannicht annehmbare Einbrandkerben in der Schweiß- des beseitigt werden. Wegen der so erzielten hohen naht zur Folge. Lichtbogenstabilität werden schmale gleichmäßige

Es ist auch eine MIG-Schweißvorrichtung bekannt 55 Schweißraupen mit einer Schweißgeschwindigkeit er-(USA.-Patentschrift 3 007 033), bei der zwei oder halten, deren Höchstwert im wesentlichen gleich dem mehr in einer Reihe in Richtung der Schweißnaht an- Produkt aus der Anzahl der Elektroden und der geordnete, parallelgeschaltete Elektroden mit einem Schweißgeschwindigkeit ist, die bei einem Einzelelek-Schweißstrom betrieben werden, der wesentlich grö- trodenbrenner zum einbrandkerbenfreien Durchßer als die Summe der maximalen Schweißströme 60 schweißen des Werkstückes an der Schweißnaht ervergleichbarer Einzelelektrodenschweißvorrichtun- forderlich ist.

gen ist. Der gegenseitige Abstand der abschmelzen- Bei einem Brennerkörper mit drei oder mehr Elek-

den Elektroden ist dabei so gewählt, daß sie ein ge- troden zur Verwendung bei einer jeweiligen Strommeinsames Schweißbad erzeugen. Die bekannte stärke von etwa 100 bis 200A haben die einzelnen Mehrelektroden-MIG-Schweißvorrichtung kann auch 65 Widerstände vorzugsweise einen Wert von etwa mit niedrigen Schweißströmen betrieben werden. 0,16 Ohm. Dieser Wert reicht zum Stabilisieren aus Dann brennen jedoch die Lichtbogen unruhig. Bei und vermeidet zugleich unnötige Energieverluste an Verwendung von zwei Elektroden und Stromstärken den Vorschaltwiderständen.