DE1615161A1

DE1615161A1 - Schweisselektrode und Schweissverfahren

Info

Publication number: DE1615161A1
Application number: DE1967B0094854
Authority: DE
Inventors: Takashi Nakamura
Original assignee: BANKOH DENKYOKUBO KK
Current assignee: BANKOH DENKYOKUBO KK
Priority date: 1967-03-22
Filing date: 1967-10-07
Publication date: 1972-02-24
Also published as: US3515846A; DE1615161C3; GB1215852A; NL6712407A; DE1974718U; DE1615161B2; SE332337B

Description

Schweißelektrode und Schweißverfahren

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Schweißelektrode, mit deren Hilfe Lichtbogenschweißungen und Oberflächenaufschweißungen sauberer und gleichmäßiger als bisher durchgeführt werden können. Ferner betrifft die Erfindung ein Schweißverfahren unter Verwendung einer solchen Schweißelektrode.

Bei Verwendung der bekannten Schweißelektroden ist es schwierig, den Lichtbogen auf diejenigen Stellen zu konzentrieren, an denen der Schweißvorgang stattfinden soll. Deshalb ist es auch einem geschickten Schweißer nahezu unmöglich, eine vollkommen gleichmäßige Schweißnaht oder Oberflächenaufschweißung herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Schweißelektrode besteht aus einem Kerndraht, einem den Kerndraht umgebenden Ueberzugsmaterial und einem das Ueberzugsmaterial bedeckenden Mantel, der.einen axialen Schlitz aufweist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus magnetisch leitendem Werkstoff besteht.

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n (Art.7ilAbs.2Nr.l8aU3(J**Xn<l«WeW».V.4.e.l ;?i

Mittels der durch den Mantelschlitz erzwungenen Verteilung des um die Elektrode sich ausbildenden Magnetfeldes läßt sich der Lichtbogen auf denjenigen Teil der Umfangsflache der Schweißelektrode konzentrieren, welcher dem Schlitz gegenüberliegt. So kann man bei geeigneter Anbringung der Schweißelektrode eine ganze Schweißnaht oder Oberflächenaufschweißung völlig gleichmäßig herstellen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben, Hierin sind:

Fig. 1 ein Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißelektrode;

Fig.' 2 ein Querschnitt längs der Linie ΙΙ-ΊΙ in Fig. 1 ;

Fig. 3A,3B und 4 erläuternde Darstellungen des mit der Elektrode nach Fig. 1 durchführbaren Schweißverfahrens;

Fig. 5 und 6 Querschnitte weiterer Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Schweißelektrode;

Fig. 7 und 8 erläuternde Darstellungen des mit der Ausführungsform nach Fig. 6 durchführbaren Schweißverfahrens;

Fig. 9 ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 und 11 erläuternde Darstellungen des mit der Elektrode nach Fig. 9 durchführbaren Schveißverfahrens;

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Pig. 12 ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schweißelektrode;

Fig. 13 und 14 erläuternde Darstellungen eines mit.der Schweißelektrode nach Fig. 12 durchführbaren Schweißverfahrens;

Fig. 15 eine graphische Darstellung des Verlaufs der magnetische Flußdichte in Abhängigkeit von der Spaltbreite für verschiedene Stromstärken und

Fig. 16 eine graphische Darstellung des Verlaufs der magnetischen Flußdichte in Abhängigkeit vom Elektrodenmittelpunkt an verschiedenen Stellen des Elektrodenumfangs.

Fig. ι und 2 zeigen die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißelektrode. Sie besteht aus einem Kerndraht 1 aus Eisen, Kupfer oder einem anderen Metall, der mit einem Ueberzugsmaterial 2 aus Feldspat, Kalk oder dgl. überzogen ist, und einem Mantel 3 aus Eisen, einer Ferrolegierung oder einem anderen magnetisch leitenden Metall. Der Mantel 3 ist mit einem schmalen langen axialen Schlitz G versehen. Ferner ist der Mantel 3 seinerseits mit einem äußeren^ lieb er zug 4 versehen, der den Schlitz G freilä-t. Der Ueberzug 4 besteht z.B. aus Feldspat, Kalk, Graphit oder.Eutil.

Zur Herstellung einer Schweißnaht unter Verwendung der in Fig. und 2 dargestellten Elektrode a wird die Elektrode z.B. gemäß i Fig. 3A entlang der Kehle L an der Stoßkante der zu ver-

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schweißenden Metallplatten M und N derart verlegt, daß der axiale Schlitz G in der Schweißelektrode a der Kehle L abgewandt ist. Dann werden der Kerndraht 1 und der Mantel 3 der Schweißelektrode a mit den gleichnamigen Polen entsprechender Sekundärwicklungen S₁ und S von Transformatoren T und T verbunden, während die anderen Pole der beiden Sekundärwicklungen gemeinsam an die zu verschweißenden Metallplatten M und N angeschlossen werden. Wenn nun die Primärwicklungen P und P der beiden Schweißtränsformatoren mit einer Wechselstromquelle verbunden werden, so schmilzt die Schweißelektrode a in Richtung des Pfeiles P von ihrer Spitze her ab und die Metallplatten M und N werden allmählich längs der Linie 1 verschweißt. Wie die Pfeile Q in Fig. 4 andeuten, konzentrieren sich die von der Schweißelektrode a erzeugten Lichtbögen auf die Außenfläche der Elektrode an der dem Schlitz G abgewandten Seite derselben, weil nach der Linkehand-Regel das vom Elektrodenstrom im Mantel 3 erzeugte Magnetfeld den Lichtbogen von dem Schlitz G abdrängt. So entsteht eine gut eingeschmolzene Kehlnaht mit gleichmäßigem Schweißbild längs der Stoßlinie L der zu verschweißenden Metallplatten M und N. Gegebenenfalls kann gemäß Fig. 3B ein elektrischer Strom auch nur durch den inneren Kerndraht 1 der Schweißelektrode geschickt werden.

Welches der beiden in Fig. 3A und 3B dargestellten Verfahren vorteilhafter ist, hängt von den Umständen ab. Hat der Stahlmantel 3 eine solche Dicke, daß er durch die Lichtbogenhitze des Kern- drahtes 1

vollständig abgeschmolzen wird, so ist das Verfahren nach Fig. 3B einfadaez¹ und vorteilhafter. Hat der Mantel 3 dagegen

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eine so große Dicke, daß ein vollständiges Abschmelzen durch die vom Lichtbogen zum Kerndraht 1 erzeugte Wärme nicht gewährleistet ist, so wird man das Verfahren nach Fig. 3A anwenden. Auch im Falle der Fig. 3A wird die durch den Schlitz G hervorgerufene ungleichmäßige Verteilung des Magnetfeldes um die Schweißelektrode und die dadurch bedingte gewünschte Zusammendrängung des Lichtbogens auf der dem Schlitz abgewandten Seite der Elektrode erreicht, obwohl der Mantel 3 selbst von einem elektrischen Strom durchflossen wird. Fließt dagegen ein Strom nur durch den Mantel 3, so läßt sich die-gewünschte Zusammendrängung des Lichtbogens nicht erreichen.

Der Verlauf der magnetischen Flußdichte bei einer erfindungs- ' gemäßen Schweißelektrode ist in Fig. 1.5 und 16 dargestellt.

Fig. 15 zeigt, wie die magnetische Flußdichte, gemessen an zwei verschiedenen Stellen, nämlich am Spalt und an der dem Spalt gegenüberliegenden Seite der Elektrode, von der Spaltbreite abhängt. Die Kurven A zeigen die Meßergebnisse am Ort des Spaltes und die Kurven B die Meßergebnisse an der dem Spalt gegenüberliegenden Stelle. Die Kurven A¹ und B¹ sind mit einer Stromstärke von 200 Amp und die Kurven A" und B" mit einer Stromstärke von 150 Amp aufgenommen. Wie man sieht, ist die magnetische Flußdichte an der Spaltseite höher als an der gegenüberliegenden Seite und der betreffende Unterschied nimmt zu, wenn die Spaltbreite abnimmt.

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Fig. 16 zeigt die radiale Verteilung der magnetischen Flußdichte an verschiedenen Unifangsstellen der Schweißelektrode, Kurve C zeigt die Meßergebnisse für eine radial von der Mitte des Spaltes ausgehende Linie, Kurve F zeigt entsprechende Meßergebnisse für eine radial von der dem Spalt gegenüberliegenden Mantelstelle ausgehende Linie, Kurve E zeigt die Meßergebnisse für einen zu den Linien C und F senkrecht verlaufenden Radius und Kurve D zeigt die Meßergebnisse für einen Radius, der in der Mitte zwischen den Linien C und E liegt. Wie man sieht, ist in allen Richtungen bei Abständen von mehr als etwa 10 mm von der Elektrodenmitte die Flußdichte verhältnismäßig gering und nahezu gleich groß; dagegen ist die auf dem Radius des Spaltes gemessene Flußdichte weit höher als alle anderen in entsprechenden Entfernungen gemessenen Werte, die anderen Umfangssteilen entsprechen. Dies zeigt deutlich, daß der über den Umfang verteilte Magnetfluß sich oberhalb des Spaltes stark zusammendrängt und daß deshalb der Lichtbogen auf der dem Spalt gegenüberliegenden Seite konzentriert wird.

Die der Fig. 16 zugrunde liegenden Messungen wurden mit einer erfindungsgemäßen Schweißelektrode durchgeführt, bei welcher der Kerndraht einen Durchmesser von 5 mm und der Spalt eine Breite von 2 mm hatte; die Stromstärke betrug 150 Amp.

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Eine zweite Ausführungsform a der erfindungsgemäßen Schweißelektrode ist in Fig. 5 dargestellt. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform a ' dadurch, daß die gesamte Außenfläche des Mantels 3 mit dem Ueberzugsmaterial 4 bedeckt ist. Wirkungsweise und Schweißergebnis sind aber die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform* Da bei der Schweißelektrode a„ die gesamte Umfangsflache gleichmäßig mit dem äußeren Ueberzugsmaterial 4 bedeckt ist, ist das Aussehen besser und die Herstellung leichter. Da aber hier der Schlitz G nicht von außen sichtbar ist, empfiehlt es sich, einen Farbstreifen auf der äußeren Oberfläche des Materials 4 entlang dem Schlitz G anzubringen.

Die dritte Ausfuhrungsform a der erfindungsgemäßen Schweißelektrode nach Fig* 6 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß sie einen dreieckigen Querschnitt hat. Im übrigen sind aber Aufbau und Wirkungsweise die gleichen wie vorher. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist die dritte Aus- ; führungsform insbesondere zum Stumpfschweißen zweier Metallplatten M' und N¹ geeignet, nachdem die stumpfen Kanten der- j

selben in bekannter Weise so gebrochen wurden, daß sich eine ! dreieckige Stoßfuge K'ergibt♦ In diese Stoßfuge wird die Elektrode a„ eingelegt, so erreicht der Lichtbogen beim Schweißes ; auch die unteren Teile der Stoßfuge Σ, so daß eine einwandfreie Wurzelschweißung erzielt wird. In Fig, 7 werden leitende Rollen R und R~ zur Zuleitung des elektrischen Stroms zum ; Kerndraht 1 und dem Mantel 3 verwendet, wobei die Rollen R uafl

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K- in Eichung des.Pfeiles P¹ bewegt werden können, während sie in den Schlitzen G und G in Berührung mit dem Kerndraht bzw. dem Mantel 3 stehen. Diese Art der Stromzuführung kann selbstverständlich auch bei den anderen Ausführungsformen verwendet werden. Die nach dem Verfahren der Fig. 7 erzielte Schweißnaht W ist in Fig. 8 dargestellt.

Fig. 9 zeigt eine Schweißelektrode Άλ, welche die vierte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Sie hat einen elliptischen Querschnitt und ist deshalb für die Stumpfschweißung von Metallplatten M" und N" geeignet, bei denen der Querschnitt der Stoßfuge K' halbelliptisch ist, wie Fig. 10 zeigt. Fig. 11 zeigt die mit dem Verfahren nach Fig. 10 unter Verwendung der Schweißelektrode a. erzielte Schweißnaht.

Fig. 12 zeigt schließlich eine fünfte Ausführungsform a der erfindungsgemäßen Schweißelektrode, die zur Oberflächenaufschweißung auf eine Metallplatte geeignet ist. Um eine Erhöhung auf die Oberfläche einer Metallplatte M^IM in Fig. 13 aufzu_ schweißen, wird die Schweißelektrode a» auf die Metallplatte M^Mt aufgelegt, wobei der Schlitz G der Metallplatte abgewandt ist. Dann wird eiryelekirischer Strom durch den Kerndraht 1 und den Mantel 3 geleitet. Die entstehenden Lichtbögen konzentrieren sich auf die Gegend zwischen der dem Schlitz G abgewandten Außenfläche der Schweißelektrode a₅ mnd der Oberfläche der Metallplatte M¹" _t so daß sich eine Erhöhung W- gemäß Fig. 14 ergibt. Die Breite der Erhöhung W₃ läßt sich leicht durch Wahl

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der Schlitzbreite in der Schweißelektrode a verändern. Ferner kann das äußere Ueberzugsmaterial 4 gegebenenfalls weggelassen werden.

Da die Schweißelektrode gemäß der Erfindung während des Schweißvorganges nicht bewegt wird, läßt sich der gesamte Schweißvorgang in sehr einfacher Weise automatisieren.

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Claims

fen, HEINRICH HERMEUNK * Mftr»*«« W ApoHowe« 9. Tel. 571743 München, den 28. November 1969 13/001 -Dr. Hk/P 1615161 Bankoh Denkyokubo Kabushiki Kaisha Patentansprüche

1. Schweißelektrode, bestehend aus einem Kerndraht, einem den Kerndraht umgebenden, elektrisch isolierenden Ueberzugsmaterial und einem das Ueberzugsmaterial bedeckenden Mantel, der einen axialen Schlitz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) aus magnetisch leitendem Werkstoff besteht.

2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) seinerseits einen äußeren Ueberzug (4) besitzt.

3. Schweißelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ueberzug einen in Axialrichtung verlaufenden Schlitz (G₁) aufweist, durch den der Schlitz (G) des Mantels (3) zugänglich ist.

4. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3_r dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenquerschnitt dreieckig ist

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und daß der axiale Schlitz (G) sich an einer Dreiecksseite befindet. · ■

5. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenquerschnitt elliptisch ist und daß der Schlitz (G) parallel zur Elektrodenachse verläuft.

6.' Schweiß verfahr en unter Anwendung einer Schweißelektrode nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißelektrode (a.) so längs der Berührungslinie der zu verschweißenden Teile angeordnet wird, daß der Schlitz (G) der Berührungslinie (L) abgewandt ist, und daß eine elektrische Spannung zwischen den zu verschweißenden Teilen und dem Kerndraht angelegt wird, derart,daß der sich ausbildende Lichtbogen unter dem Einfluß des um die Schweißelektrode verlaufenden Magnetfeldes auf der dem Schlitz abgewandten Seite der Schweißelektrode zusammengedrängt wird.

7. Verfahren zur Oberflächenaufschweißung mittels einer Schweißelektrode nach ein§m der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißelektrode (a-) derart auf die zu erhöhende Oberfläche (M¹") aufgelegt wird, daß der axiale Schlitz (G) der Oberfläche abgewandt ist» und daß eine elektrische Spannung zwischen der aufzuschweißenden Oberfläche und dem Kerndraht (i) der Elektrode angelegt wird_s derart, daß der sich ausbildende Lichtbogen unter dem

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Einfluß des um die Schweißelektrode verlaufenden Magnetfeldes auf der dem Schlitz abgewandten Seite der Schweißelektrode zusammengedrängt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den magnetisch leitenden Elektrodenmantel (3) eine Spannung der gleichen Phase wie an den Kerndraht (1) angelegt wird.

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