DE1565003B2 - Verfahren zum anschweissen eines rohrfoermigen metallischen werkstueckes an einem plattenfoermigen gegenwerkstueck mittels eines elektrischen lichtbogens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschweißen eines rohrförmigen metallischen Werkstückes an einem plattenförmigen Gegenwerkstück mittels eines elektrischen Lichtbogens, bei dem der Lichtbogen dem Einfluß eines Magnetfeldes ausgesetzt wird.

Ein solches bekanntes Verfahren (deutsches Gebrauchsmuster 1 841 989) wird zum Verschweißen eines rohrförmieen Werkstückes mit einem Ge»enwerkstück, welches ein Loch besitzt, in das das rohrförmige Werkstück eingeschweißt werden soll, verwendet. Hierbei soll ein Lichtbogen zwischen den zusammengefügten Werkstücken und einer nicht abschmelzenden zusätzlichen Elektrode gebildet werden. Der Lichtbogen wird einem Magnetfeld ausgesetzt, wodurch der Lichtbogen fortlaufend mehrfach rasch so über die Fuge zwischen den Werkstücken bewegt wird, daß diese sich in ihrer ganzen Ausdehnung auf die erforderliche Temperatur erwärmt. Nachteilig ist, daß ein solches bekanntes Schweißverfahren nicht mit üblichen Bolzenschweißgeräten ausgeführt werden kann, die einfach herstellbar und einfach zu handhaben sind. Außerdem wird die nicht abschmelzende Elektrode einer Abnutzung ausgesetzt sein, so daß diese ständig ersetzt werden muß. Ferner ist es bei dem sogenannten »Motor-Lichtbogen-Verfahren« (Zeitschrift »Schweißen und Schneiden«, Jahrgang 13 (1961) Heft 2, S. 44) zum Schweißen von Aluminiumschutzhüllen für zylindrische Uranbrennstäbe bekannt, den Lichtbogen im wesentlichen elektromagnetisch zu bewegen. Durch ein äußeres Magnetfeld wird eine tangentiale Kraft auf den Lichtbogen ausgeübt, durch die dieser in Rotation versetzt wird. Auch dieses bekannte Verfahren besitzt den Nachteil, daß es nicht, wie schon erwähnt, mittels einfacher Bolzenschweißgeräte ausgeführt werden kann.

Schließlich ist aus der Zeitschrift »Swarotschnoje Proiswodstwo 1959, Heft 8, S. 1« ein Abbrennschweißverfahren zum Aneinanderschweißen von Rohrenden bekannt, bei dem gleichfalls durch ein Magnetfeld ein Rotieren des Lichtbogens zwischen den Stirnenden der zu verschweißenden Rohre erzwungen wird. Für dieses Verfahren gelten die gleichen Nachteile wie bei den vorbeschriebenen.

Schließlich ist es bei einem Bolzenschweißgerät bekannt (USA.-Patentschrift 2406474), zur Stabilisierung des Lichtbogens das Schweißstromzuführungskabel in Form einer Schlaufe um den anzuschweißenden Bolzen zu legen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß an sich bekannte Bolzenschweißverfahren unter Einsatz eines auf den Lichtbogen wirkenden Magnetfeldes so zu verbessern, daß auch das Anschweißen von rohrförmigen Werkstücken an plattenförmige Gegenwerkstücke möglich wird, wobei sicher gewährleistet sein soll, daß in das Innere des Rohres kein Schmelzbad infolge Blaswirkung geschleudert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zum stumpf Verschweißen der Werkstücke in bekannter Weise Werkstück und Gegenwerkstück als Elektroden in einem von einer Gleichstromquelle gespeisten, zeitabhängig gesteuerten Schweißstromkreis eingeschaltet und zeitgesteuert zueinander bewegt werden, und daß der Lichtbogen einem äußeren Magnetfeld und einem inneren der konzentrischen Blaswirkung entgegenwirkenden Magnetfeld ausgesetzt wird.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß auf einfachste Weise mittels eines Bolzenschweißgerätes das Verschweißen eines rohrförmigen Werkstückes mit einem plattenförmigen Gegenwerkstück möglich wird. Hierbei werden außerordentlich gleichmäßige Lichtbogenbedingungen erzeugt, so daß ein fehlerfreies Verschweißen der ganzen Rohrstirnfläche erreicht wird. Es werden gleiche Erwärmungsbedingungen an jeder Stelle des erhitzten Rohrbereiches trotz Metalldampfausbrüchen an der Kathode erzielt und der konzentrischen Blaswirkiins, ent"eaena,ewirkt. so daß kein Ma-

terial in das Innere des Rohres geschleudert werden kann.

Damit der anfangs nur schwach ausgebildete Lichtbogen nicht Gefahr läuft, unter dem Einfluß des Magnetfeldes ausgeblasen zu werden, werden nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Magnetfelder zunächst schwach, dann mit größer werdendem Lichtbogen stärker ausgebildet.

Auf einfachste Weise wird das Magnetfeld auch in seiner Stärke sich ändernd, vom vollen oder einem Teil des elektrischen Schweißstromes erzeugt.

Vorzugsweise wird die Schweißstelle in an sich bekannter Weise gegenüber der Außenatmosphäre durch eine Ringwand abgeschirmt.

Ferner können dem Lichtbogen an der Schweißstelle in an sich bekannter Weise Flußmittel, Aluminium zur Desoxydation und/oder Schutzgas zugeführt werden.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Element vorhanden ist, das das den Lichtbogen bewegende äußere Magnetfeld erzeugt und daß zur Aufhebung der konzentrischen Blaswirkung die Schweißstromzuführung zum Gegenwerkstück von einem durch das rohrförmige Werkstück axial verlaufenden Anschlußstift gebildet ist.

Vorzugsweise umgibt das das äußere Magnetfeld erzeugende Element dag rohrförmige Werkstück im Bereich der Schweißstelle oder ist bei plattenförmigen! Gegenwerkstück unterhalb demselben angeordnet.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das das äußere Magnetfeld erzeugende Element ein ringförmiger Elektromagnet oder eine vom vollen Schweißstrom oder einem Teil desselben durchflossene Schleife des Schweißstromzuführungskabels.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt der erfindungsgemäßen Anordnung,

F i g. 2 ein teilweise senkrechter Schnitt von Fig. 1, F i g. 3 eine Draufsicht.

Zum Anschweißen eines Werkstückes 1, das nach der vorliegenden Erfindung rohrförmigen Querschnitt besitzen soll, an einem Gegen werkstück 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 Steuergerät5 ist mit einer Schweißstromquelle?, z.B. einem Gleichstromgenerator, verbunden, der seinerseits über ein Schweißstromkabel 8 an die Schweißpistole 3 angeschlossen ist.

Zum Anschweißen wird das rohrförmige Werkstück 1 zunächst in glavanische 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 zwingen, 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 F i g. 1 bis 3 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 F i g. 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 Werkstükkes 1 kann auch mit einem Flußmittel und/oder AIuminium zur Desoxydation versehen sein oder desgleichen kann der Schweißstelle Schutzgas zugeführt werden.

In der Praxis hat sich «ezeiat. daß sich voll befriedi-

gende Schweißungen erzielen lassen, wenn Werkstück und Gegenwerkstück aus Stahl bestehen. Befriedigende Ergebnisse wurden auch erzielt bei nicht ferromagnetischen Werkstücken und Gegenwerkstücken, z. B. wenn diese aus Aluminium waren. In letzterem Falle konnte die das Rotieren des Lichtbogens bewirkende Schleife auch unterhalb des Gegenwerkstückes angeordnet sein. Für das Verschweißen von Aluminiumwerkstücken muß üblicherweise eine Schutzgasatmosphäre verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anschweißen eines rohrförmigen metallischen Werkstückes an einem plattenförmigen Gegenwerkstück mittels eines elektrisehen Lichtbogens, bei dem der Lichtboden dem Einfluß eines Magnetfeldes ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumStumpfverschwejßen der Werkstücke in bekannter Weise Werkstück und Gegen werkstück als Elektroden in einem von einer Gleichstromquelle gespeisten, zeitabhängig gesteuerten Schweißstromkreis eingeschaltet und zeitgesteuert zueinander bewegt werden und daß der Lichtbogen einem äußeren Magnetfeld und einem inneren, der konzentrisehen Blaswirkung entgegenwirkenden Magnetfeld ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelder zunächst schwach, dann mit größer werdendem Lichtbogen stärker ausgebildet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelder vom vollen oder einem Teil des elektrischen Schweißstromes erzeugt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißstelle in an sich bekannter Weise gegenüber der Außenatmosphäre abgeschirmt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstelle in an sich bekannter Weise Flußmittel, Aluminium zur Desoxydation und/oder Schutzgas zugeführt wird.

6. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element vorhanden ist, das das den Lichtbogen bewegende äußere Magnetfeld erzeugt und daß zur Aufhebung der konzentrischen Blaswirkung die Schweißstromzuführung zum Gegenwerkstück von einem durch das rohrförmige Werkstück axial verlaufenden Anschlußstift gebildet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das das äußere Magnetfeld erzeugende Element das rohrförmige Werkstück im Bereich der Schweißstelle umgibt, oder bei plattenförmigem Gegenwerkstück unterhalb demselben angeordnet ist.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das das äußere Magnetfeld erzeugende Element ein ringförmiger Elektromagnet oder eine vom vollen Schweißstrom oder einem Teil desselben durchflossene Schleife des Schweißstromzuführungskabels ist.