DE1565003A1

DE1565003A1 - Verfahren und Anordnung zum Anschweissen eines metallischen Werkstueckes an einem Gegenwerkstueck mittels eines elektrischen Lichtbogens

Info

Publication number: DE1565003A1
Application number: DE19651565003
Authority: DE
Inventors: Welz Dr-Ing Willy
Original assignee: PECO BOLZENSCHWEISS TECHNIK GM
Current assignee: PECO BOLZENSCHWEISS TECHNIK GM
Priority date: 1965-02-19
Filing date: 1965-02-19
Publication date: 1970-05-21
Also published as: DE1565003B2

Description

Verfahren und Anordnung zum Anschweißen eines metallischen Werkstückes an einem Gegenwerkstück mittels eines elektrischen Lichtbogens. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschweißen eines metallischen Werkstückes an einem Gegenwerkstück mittels eines elektrischen Lichtbogens, bei dem Werkstück und Gegenwerkstück als Elektroden in einem von einer Gleichstromquelle gespeisten, zeitabhängig gesteuerten Schweißstromkreis eingeschaltet und Werkstück und-Gegenwerkstück zeitgesteuert zueinander bewegt werden, sowie eine Anordnung zur Ausführung eines solchen Verfahrens.
Mittels eines solchen bekanntem Verfahrens ist es bisher nur möglich, im wesentlichen massive bolzenf örmige Werkstücke mit einem Gegenwerkstück zu.verschweißen. Ein rohrförmiges Werkstück mit einem Gegenwerkstück konnte mittels eines solchen Verfahrens nicht verschweißt werden, weil der zwischen Werkstück und Gegenwerkstück sich ausbildende Lichtbogen im wesentlichen an ein und demselben Ort stehenblieb, somit nur einen Teil des anzuschweißenden EndQs des rohrförmigen Werkstückes aufgeschmolzen wurde, wodurch sich keine brauchbare Schweißung ergab. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die das Anschweißen eines rohrförmigen Werkstückes an einem Gegenwerkstück ermöglicht, wobei die Schweißgüte allen Anforderungen gerecht wird,) Eine weitere Aufgabe besteht darin, die bei diesem Verfahren auf den Lichtbogen zwischen Werkstück und Gegenwerkstück einwirkende Blaswirkung zu beseitigen bzw. dieser entgegenzuwirken. Die Erfindung löst die Hauptaufgabe dadurch, daß beim Anschweißen eines rohrförmigen Werkstückes an dem Gegenwerkstück der zwischen diesen sich ausbildende Lichtbogen unter dem Einfluß eines magnetfeldes, das eine Radialkomponente am Ort des Lichtbogens besitzt, wodurch auf den Lichtbogen eine Tangentialkraft ausgeübt wird, längs der Stirnkante des rohrförmigen Werkstückes rotierend bewegt wird. Durch die rotierende Bewegung des Lichtbogens über das anzuschweißende Ende des rohrförmigen Werkstückes wird dieses Über seinen gesamten Querschnitt aufgeschmolzen, wodurch nach Eintauchen des Werkstückes in das Gegenwerkstück eine gute Verschweißung erreicht wird. Damit der anfangs nur schwach ausgebildete Lichtbogen nicht Gefahr läuft, unter dem Einfluß des Magnetfeldes ausgeblasen zu werden, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das Magnetfeld zunächst schwach, dann mit größer werdendem Lichtbogen stärker ausgebildet. Auf einfachste Weise wird das Magnetfeld auch in seiner Stärke sieh ändernd, vom vollen oder einem Teil des elektrischen Schweißstromes erzeugt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Lichtbogen einem zusätzlichen, der konzentrischen Blaawirkung entgegenwirkenden Magnetfeld ausgesetzt. Dieses Magnetfeld entsteht dadurch, daß die Schweißstromzuführung zum Gegenwerkstück von einem durch das rohrförmige Werkstück axial verlaufenden Anschlußstift gebildet ist. Damit wird das erschmolzene Material nicht in die Rohrmitte geblasen, sondern es bildet sich innen und außen um das aufgeschweißte Rohr ein kleiner gleichmäßiger Schweißwulst. Vorzugsweise wird die Schweißstelle in an eich bekannter Weise gegenüber der Außenathmosphäre durch eine Ringwand abgeschirmt. Ferner können dem Lichtbogen an der Schweißstelle in an sich bekannter Reise Flußmittel, Aluminium zur Desoaydation und/oder Schutzgas zugeführt werden. Nach einem anderen Merkmal ist das Element, das das Magnetfeld für die rotierende Bewegung des Lichtbogens erzeugt, ein ringförmiger Elektromagnet oder eine vom vollen Schweißstrom oder einem Teil desselben durchflossene Schleife des Schweißstromzuführungskabels. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt der erfindungsgemäßen Anordnung; Fig. 2 eine Draufsicht; Fig. 3 eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch mit geänderter Schweißstromzuführung zum Gegen-. werkstück; Fig. 4 eine Draufsicht; Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer geänderten Ausführungsform. Zum Anschweißen eines Werkstückes 1, das nach der vorliegenden Erfindung rohrförmigen Querschnitt besitzen soll, an einem Gegenwerkstück 2, z. B. einer Platte, das aber auch jede andere Form besitzen kann, dient nach dem sogenannten Bolzenschweißverfahren eine Schweißpistole 3 üblicher Bauform, die über ein Schweißstrom- und Steuerkabel 4 an ein Steuergerät 5, an welchem die Schweißzeiten einstellbar sind und welches zugleich die Hubvorrichtung 6 in der Schweißpistole 3 zeitlich steuert, angeschlossen ist. Das Steuergerät 5 ist mit einer Schweißatromquelle 7, z. B. einem Gleichstromgenerator, verbunden, der seinerseits über ein Schweißstromkabel 8 an das Gegenwerkstück 2 angeschlossen ist. Zum Anschweißen wird das rohrförmige Werkstück 1 zunächst in galvanische Berührung mit dem Gegenwerkstück 2 gebracht, anschließend von der Hubvorrichtung 6 abgehoben und dadurch ein Lichtbogen zwischen dem rohrförmigen Werkstück 1 und dem Gegenwerkstück 2 gezündet. Nach Ablauf der eingestellten Schweißzeit wird das rohrförmige Werkstück 1 durch die Hubvorrichtung in das Schmelzbad eingetaucht und der Schweißstrom abgeschaltet. Grundsätzlich wäre es auch möglich, ein geändertes, an sich bekanntes Bolzenschweißverfahren anzuwenden, bei dem das rohrförmige Werkstück in einem vorbestimmten Abstand vom Gegenwerkstück gehalten wird und die Verbindung zwischen diesen durch eine Strombrücke hergestellt ist, die nach Einschalten des Schweißstromes abschmilzt, wodurch sich zwischen Werkstück und Gegenwerkstück ein Lichtbogen bildet. Der weitere Ablauf des Schweißverfahrens ist dem vorstehend geschilderten gleich. Um den sich zwischen Werkstück 1 und Gegenwerkstück 2 ausbildenden Lichtbogen 9, der normalerweise das Bestreben hat, im wesentlichen an ein und demselben Ort stehen zu bleiben, zu wingen, sich rotierend längs der Stirnkante des rohrförmigen Werkstückes 1 zu bewegen, wodurch erst die gesamte Länge dieser Stirnkante aufgeschmolzen und eine einwandfreie Schweißung erreicht wird, wird dieser Lichtbogen dem Einfluß eines Magnetfeldes ausgesetzt, das eine Radialkomponente am Ort des Lichtbogens besitzt, wodurch auf dem Lichtbogen eine Tangentialkraft ausgeübt wird. Zur Erzeugung dieses Magnetfeldes ist vorzugsweise, wie aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlich, das Schweißstromkabel'4 im Bereich der Schweißstelle zu einer das Werkstück 1 umgebenden Schleife 10 geformt, und verläuft erst dann zu dem Werkstückhalter 11. Üblicherweise ist dieses Schweißstromkabel vom Handgriff 12 der Schweißpistole 3 im leichten Bogen direkt zu diesem Werkstückhalter geführt. Wird das Magnetfeld von einer vom Schweißstrom durchflossenen Schleife 10 des Schweißstromkabels 4 erzeugt, dann ergibt sich der Vorteil, daß auf den zunächst noch schwachen Lichtbogen 9 keine wesentliche Kraftwirkung ausgeübt wird, so daß keine Gefahr besteht, daß dieser noch sehr schwache Lichtbogen hierdurch ausgeblasen wird. Natürlich ist es auch möglich, das Magnetfeld durch einen mehrfach gewundenen Leiter ausbilden zu lassen, der gegebenenfalls von nur einem Teil des Schweißstromes durchflossen wird. Es wäre auch denkbar, diese ein oder mehrgängige Schleife nicht vom Schweißstrom durchfließen zu lassen, sondern dieses Solenoid direkt an das Steuergerät bzw. die Gleichstromquelle anzuschließen. Vorzugsweise müßte dann eine Vorrichtung eingeschaltet werden, die den das Magnetfeld erzeugende Strom zunächst nur schwach, dann mit größer werdendem Lichtbogen stärker fließen läßt. Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung ist der Lichtbogen durch die Stromführung im Gegenwerkstück konzentrischer Blaswirkung ausgesetzt, wodurch nicht die volle Schweißgüte erreichbar ist und im Inneren des Rohres sich aufgeschmolzenes Material ansammelt.
Um dieser Blaswirkung entgegenzuwirken, wird der Lichtbogen einem zusätzlichem Magnetfeld ausgesetzt. Dieses wird erzeugt durch einen vom Schweißstrom durchflossenen Anschlußstift 13, der durch das rohrförmige Werkstück 1 hindurchgeführt ist und mit seinem Ende fest gegen das Werkstück 2 angedrückt wird. Die Schweißstelle wird in üblicher Weise gegen die Außenatmosphäre durch eine Ringwand, vorzugsweise einen Keramikring 14, abgeschirmt. Die anzuschweißende Stirnkante des rohrförmigen Werkstückes 1 kann auch mit einem Flußmittel und/oder Aluminium zur Desoaydation versehen sein oder desgleichen kann der Schweißstelle Schutzgas zugeführt werden. In der Praxis hat sieh gezeigt, daß sich voll befriedigende Schweißungen erzielen lassen, wenn Werkstück und Gegenwerkstück aus Stahl bestehen. Befriedigende Ergebnisse wurden auch erzielt bei nicht ferro-magnetischen Werkstücken und Gegenwerstücken,z. B. wenn diese aus Aluminium waren. In letzterem Falle konnte die das Rotieren des Lichtbogens beweirkende Schleife auch unterhalb des Gegenwerkstückes angeordnet sein: Für das Verschweißen von Aluminiumwerkstücken muß üblicherweise eine Schutzgasatmosphäre verwendet werden. Wie aus Fig. 5 ersichtlich kann das Magnetfeld, das das Rotieren des Lichtbogens bewirkt, durch einen ringförmigen Elektromagneten 15 erzeugt werden, der eine Feldspule 16 und ein Weicheisenjoch 17 besitzt.

Claims

P a t e n t ans p r ü c h e 1. Verfahren zum Anschweißen eines metallischen Werk-« stücken an einem Gegenwerkstück mittels eines elektrischen Lichtbogens, bei dem Werkstück und Gegenwerkstück als Elektroden in einen von einer Gleichstromquelle gespeisten, zeitabhängig gesteuerten Schweißstromkreis eingeschaltet und Werkstück und Gegenwerkstück zeitgesteuert zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anschweißen eines rohrförmigen Werkstückes an dem Gegenwerkstück der zwischen diesen sich ausbildende Lichtbogen unter dem Einfluß eines Magnetfeldes, das eine Radialkomponente am Ort des Lichtbogens besitzt, wodurch auf den Lichtbogen eine Tagentialkraft ausgeübt wird, längs der Stirnkante des ronrförmigen Werkstückes rotierend bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld zunächst schwach, dann mit größer werdendem Lichtbogen stärker ausgebildet.wird.
3..Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld vom vollen oder einem Teil des elektrischen Schweißstromes erzeugt wird.-
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen einem zusätzlichen, der konzentrischen Blaswirkung entgegenwirkenden Magnetfeld ausgesetzt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißstelle in an sich bekannter Weise gegenüber der Außenatmosphäre abgeschirmt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstelle in an sich bekannter Weise Flußmittel, Aluminium zur Desoxydation und/oder Schutzgas zugeführt wird.
7. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element vorhanden ist, das das den Lichtbogen bewegende Magnetfeld erzeugt. B.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das das-Magnetfeld erzeugende Element das rohrförmige Werkstück im Bereich der Schweißstelle umgibt, oder bei nicht ferro-magnetischem plattenförmigen Gegenwerkstück unterhalb demselben angeordnet ist.
9. Anordnung nach den Ansprüchen 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das das Magnetfeld erzeugende Element ein ringförmiger Elektromagnet oder eine vom vollen Schweißstrom oder einem Teil desselben durchflossene Schleife des Schweißstromzuführungskabelsist. 10: .Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufhebung der konzentrischen Blaswirkung die Schweißstromzuführung zum Gegenwerkstück von einem durch das rohrförmige Werkstück' axial verlaufenden Anschlußstift gebildet ist.