DE1615466B1

DE1615466B1 - Vorrichtung zum elektrischen Schweissen

Info

Publication number: DE1615466B1
Application number: DE1967U0013813
Authority: DE
Inventors: Harry Isaiah Shrubsall
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1966-04-29
Filing date: 1967-04-22
Publication date: 1970-08-27
Also published as: GB1185710A; NL6705825A; US3456089A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Elektroden, verläuft. Diese Anschlußart liefert, wie

elektrischen Schweißen unter einer Decke aus einem gefunden wurde, den höchsten Massestrom und die

körnigen Schweißmittel mit Elektrodenvorschubein- besten Schweißergebnisse.

richtungen, die eine Vorder-, eine Mittel- und eine Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Rückelektrode in Richtung auf eine gemeinsame 5 Figuren naher erläutert. Es zeigt
Schmelzzone auf einem Werkstück vorschieben, einem F i g. 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Aus-Antrieb, der das Werkstück bzw. alle drei Elektroden führungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, in Richtung des Schweißweges bewegt, und Schaltungs- Fig. 2 einen schematischen Querschnitt des gliedern, die das Werkstück und mindestens zwei der Schweißstoßes und

Elektroden an getrennte Phasen einer Mehrphasen- io Fig. 3 ein Schaltbild einer abgewandelten Aus-Wechselstromquelle anschließen. führungsform, bei der die Rückelektrode mit Gleich-

Es sind Tandemschweißvorrichtungen bekannt, bei strom gespeist wird.

denen zwei Schweißelektroden über zwei in Scott- Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 sind zwei Einschaltung liegende Transformatoren gespeist werden. phasentransformatoren 10 und 12 in Scottschaltung Mit derartigen Vorrichtungen werden Schweißungen 15 miteinander sowie mit Leitungen A, B und C einer mit wesentlich verringerter Einbrandkerbenbildung Dreiphasen-Wechselstromquelle verbunden, während erhalten. Kam es dagegen auf höhere Schweißge- ein dritter Einphasentransformator 14 unmittelbar schwindigkeiten an, als sie mit solchen Zweielektroden- an die Leitungen B und C angeschlossen ist. Die anordnungen erzielbar sind, wurden bisher Schweiß- Primärwicklung 16. des Transformators 14 ist dabei Vorrichtungen mit drei in Tandemanordnung hinter- 20 über Leiter 18 und 20 mit den Leitungen B und C einandergeführten Schweißelektroden verwendet, die verbunden. Die Primärwicklung^ des Transformators über sterngeschaltete Transformatoren gespeist wer- 10 ist mittels Leitern 24 und 26 an die Leitungen B den, deren Primärwicklungen an eine Dreiphasen- und ,C„ angeschlossen., Die Primärwicklung 28 des Stromquelle angeschlossen und deren Sekundär- Transformators 12 ist über einen Leiter 30 mit der wicklungen derart mit den Elektroden verbunden sind, 25 Leitung A und über einen Leiter 32 mit dem Mitteldaß für die drei Elektroden eine zweckentsprechende punkt der Primärwicklung 22 verbunden,
gegenseitige Phasenverschiebung erhalten wird. Auch Die Sekundärwicklung 34 des Transformators 10 die Speisung von drei hintereinandergeführten Schweiß- ist über eine Leitung 36 mit einer Vorderelektrode 38 elektroden mit Gleichstrom und Einphasen-Wechsel- und über eine Masseleitung" 42 mit dem Werkstück 40 strom ist bekannt. 30 verbunden. In ähnlicher Weise ist die Sekundär-

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine wicklung 44 des Transformators 12 über eine Leitung Schweißvorrichtung zu schaffen, die die Bildung von 46 an eine Mittelelektrode 48 sowie an die Masse-Einbrandkerben auch bei Schweißleistungen ver- leitung 42 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 50 meidet, die gegenüber den mit den.bekannten Zwei- des Transformators 14 ist über eine Leitung 52 mit elektrodenanordnungen erreichten Schweißleistungen 35 einer Rückelektrode 54 sowie mit der Masseleitung 42 erhöht sind. verbunden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrich- Die Elektroden werden mittels getrennten Vortung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß Schubeinrichtungen 39, 49 und 55 in Richtung auf dadurch gelöst, daß die Mittelelektrode und eine der ein gemeinsames Schweißgut-Schmelzbad 56 in der beiden anderen Elektroden sowie das Werkstück in 40 V-Naht am Stoß, des zu schweißenden Werkstückes bekannter Weise an die Sekundärleiter von zwei in unter einer Decke 58 aus einem körnigen Schweiß-Scottschaltung liegenden Transformatoren ange- mittel vorgeschoben, wenn der Schweißvorgang entschlossen sind, deren Primärleiter mit einer Drei- lang der Schweißnaht fortschreitet,. Dabei wird das phasen-Stromquelle in Verbindung stehen, und daß Werkstück 40 mittels eines Antriebs 51 in Richtung die dritte Elektrode und das Werkstück an eine in 45 der Schweißnaht verschoben.

Phase mit einer der Phasen der Dreiphasen-Strom- Drei in Tandemanordnung" hegende Schweißköpfe quelle arbeitende Wechselstromquelle oder an eine wurden beispielsweise über drei 1500-Ampere-Trans-Gleichstromquelle angeschlossen sind. Die Schweiß- formatoren gespeist. Versuchsschweißungen wurden Vorrichtung nach der Erfindung erlaubt wesentlich an 12 m langen Rohren mit einem Durchmesser von höhere Schweißgeschwindigkeiten als die bekannte 50 760 mm und einer Wandstärke von 9,5 mm ausge-Vorrichtung mit zwei in Scottschaltung liegenden führt. Bei den ersten Schweißungen war die Vorder-Elektroden. DerVorzug der bekannten Zweielektroden- elektrode einphasig angeschlossen, während die Mittel-Scottschaltung, nämlich die erheblich verringerte und Rückelektrode über die Scottschaltung gespeist Neigung zur Bildung von Einbrandkerben, wird dabei wurden. Eine Schaltung dieser Art bietet zahlreiche überraschenderweise durch den magnetischen Einfluß 55 Kombinationen für die Phasendrehung und die des Lichtbogens der dritten Elektrode nicht wieder Phasenbeziehung zwischen den Strömen in jedem beseitigt, sondern bleibt voll erhalten. Schenkel. Um den besten elektrischen Anschluß hin-

Sind die in Scottschaltung hegenden Transforma- sichtlich Phasendrehung und Phasenverteilung zwitoren derart angeschlossen, daß eine Phasendrehung sehen den Strömen-zu-erzielen, wurden die Dreiphasender über die Vorder- und Mittelelektrode und das 60 Primär- und Sekundärseiten der in Scottschaltung Werkstück laufenden Ströme im Uhrzeigersinn er- hegenden Elektrodenanschlüsse nicht geändert. Für halten wird, ist gemäß einer vorteilhaften Weiter- sich liefert eine solche Anordnung die richtige Phasenbildung der Erfindung die dritte Elektrode an die drehung in Verbindung mit einem konstanten Masse-Sekundärwicklung eines Einphasentransformators an- strom, bezogen auf die Größe der beiden Schweißgeschlossen, der mit Strom aus einer der Phasen der 65 ströme, die für die beiden Schweißelektroden benutzt Dreiphasen-Stromquelle gespeist ist, wobei der An- werden.

Schluß derart getroffen ist, daß die Phasendrehung Kommt dazu jedoch die dritte, einphasig ange-

der Ströme im Uhrzeigersinn, bezogen.auf^aJIe drei schlossene Schweißelektrode, kann die Phasenbe-

Claims

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Ziehung zwischen den Schweißströmen in Abhängig- ist Für diese Versuche wurden in den Massezweig keit von dem Anschluß der Primärwicklung des Ein- ein Stromwandler und ein Amperemeter gelegt, Rohre phasen-Wechselstromtransformators geändert werden, mit 12 m Länge wurden bei einer Sehweißgeschwinohne die Phasendrehung zu beeinflussen. Bei diesem digkeit von 256 cm/Min, zufriedenstellend geschweißt, speziellen Aufbau wurde die zu empfehlende Drehung 5 wobei für die Rückelektrode entweder ein Draht für Vorder- und Rückelektrode sowie Masse im mit 4 mm oder ein Draht mit 3,2 mm Durchmesser Uhrzeigersinn) beibehalten. Durch Änderung des verwendet wurde. Dies stellt eine 50 %ige Steigerung Primäranschlusses des die dritte Elektrode speisenden der· Schweißgeschwindigkeit verglichen mit der be-Einphasentransformators war es möglich, eine Dre- kannten Zweidraht-Scottschaltung dar.
hung Null, eine Drehung im Uhrzeigersinn oder eine ία Weitere Rohre wurden bei Schweißgeschwindig-Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn, gemessen keiten von 270, 279, 284 und 297 cm/Min, zufriedenzwischen den drei Schweißelektroden, zu erhalten. stellend verschweißt. Bei dieser Versuchsreihe wurden Zur Ermittlung der Phasendrehung wurde dabei ein Drahtelektroden mit 4,0, 3,4 bzw. 3,4 mm Durchherkömmlicher Phasenmesser benutzt. _ messer (in dieser Reihenfolge) verwendet, und zwar

Der Gesamtbetrag des Massestromes (ohne Ände- 15 in Verbindung mit einem Gemisch aus zwei Schweiß-

rung der Schweißstromstärke) änderte sich in Ab- mitteln, nämlich:
hängigkeit von dem Anschluß der Primärwicklung

des Einphasentransformators ebenfalls. Wurde bei- 20% Schweißmittel Nr. 60 (45% SiO₂; 4% CaF₂; spielsweise der Einphasentransformator an die Primär- 42 <y_ffl MnO; 3 % Al₂O₃; 2 % CaO; Rest Verleitungen A, B angeschlossen, ergab sich eine Phasen- 20 unreinigungen)
drehung entgegen dem Uhrzeigersinn bei einem

Massestrom von über 1000 Ampere. Wurden die 80% Schweißmittel Nr. 85 (39,5% SiO₂; 4,5%

Schweißbedingungen näherungsweise konstant ge- CaF₂; 12% MnO; 5% Al₂O₃; 18% CaO

halten und die Anschlüsse vertauscht (B, A), erfolgte + BaO; 18,5% TiO₂; Rest Verunreinigungen) die Phasendrehung im Uhrzeigersinn bei einem 25

Massestrom von etwa 500 Ampere. Die Anschlüsse C, Durch Verwendung dieses Schweißmittelgemisches

B und B, C lieferten einen Massestrom von über wurde das Aussehen der Schweißung verbessert; ins-

1300 Ampere. Beim Anschluß C, B erfolgte die Phasen- besondere trat eine geringere Oberflächennarbung auf,

drehung im Uhrzeigersinn, beim Anschluß B, C war die Flankenbenetzung war geringfügig besser, und

die Phasendrehung gleich Null. Der Anschluß B, C 30 die Oberfläche der Schweißung war etwas glatter als

führte bei dieser Versuchsreihe zu den besten Schweiß- bei Verwendung des Schweißmittels Nr. 85 allein,

ergebnissen. Die Steigerung der Schweißgeschwindigkeit gegen-

Typische Schweißbedingungen waren bei Ver- über der bei einem Zweidraht-Scottanschluß er-

wendung von drei Drahtelektroden mit 4 mm Durch- haltenen Schweißgeschwindigkeit betrug in diesem

messer: 35 Falle 62,5%.

Wie aus F i g. 3 hervorgeht, können die Rück-

Vorderelektrode 960 A, 28 V (Einphasen- elektrode 54 und das Werkstück 40 statt an eine

wechselstrom) Emphasenstromquelle auch an eine Gleichstromquelle angeschlossen werden, so daß eine Speisung

Mittelelektrode 850 A, 28 V (Scott- 4° mit Gleichstrom statt mit Wechselstrom erfolgt. In

Wechselstrom) ähnlicher Weise kann die Vorderelektrode mit Gleichstrom gespeist werden. In jedem Fall werden die

Ruckelektrode 750 A, 30 V (Scott- Mittelelektrode und die dritte Elektrode mittels

Wecnselstrorn) Transformatoren gespeist, die in Scottschaltung

Masse , 1300 A, positiv 45 hegen.

Schweißgeschwindigkeit 256 cm/Min.; Patentansprüche:

Phasendrehung

Null 1. Vorrichtung zum elektrischen Schweißen

Schweißmittel Nr. 85.. (39% SiO₂; 4,5% CaF₂; ⁵° ^f₁ &™ Decke aus einem körnigen Schweiß-

12°/ MnO^- 5°/ AlO" mittel mit Elektrodenvorschubemrichtungen, die

1Q0/ /~Or> ι' T3„o. loco³/ eine Vorder-, eine Mittel- und eine Rückelektrode

TiO · Rest Verunreini- ^m Rötung auf eine gemeinsame Schmelzzone

eungen) ^ai1^ ^ei^Qem Werkstück vorschieben, einem Antrieb,

55 der das Werkstück bzw. alle drei Elektroden in Richtung des Schweißweges bewegt, und

Eine Nachprüfung der Masseströme zeigte, daß Schaltungsgliedern, die das Werkstück und min-

ein Anschluß der Primärwicklung des Emphasen- destens zwei der Elektroden an getrennte Phasen

transf ormators an die Leitungen C, B zu dem hoch- einer Mehrphasen-Wechselstromquelle anschließen,

sten Massestrom führte. Bei Verwendung der erfin- 60 dadurch gekennzeichnet, daß die

dungsgemäßen Vorrichtung wird die Schweißqualität Mittelelektrode (48) und eine der beiden anderen

durch den Betrag des im Massezweig fließenden Elektroden (38, 54) sowie das Werkstück (40) in

Stromes beeinflußt. Vorzugsweise wird der Maximal- bekannter Weise an die Sekundärleiter von zwei

wert bei guter Schweißqualität verwendet. in Scottschaltung hegenden Transformatoren (10,

Im Rahmen weiterer Untersuchungen wurde die 65 12) angeschlossen sind, deren Primärleiter mit

einphasig angeschlossene Schweißelektrode hinter einer Dreiphasen-Stromquelle· in Verbindung,

die beiden in Scottschaltung angeschlossenen Schweiß- stehen, und daß die dritte Elektrode und das

elektroden gelegt, wie dies in F i g. 1 dargestellt Werkstück an eine in Phase mit einer der Phasen

der Dreiphasen-Stromquelle arbeitende Wechselstromquelle (14) oder an eine Gleichstromquelle (DC) angeschlossen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die in Scöttschaltung liegenden Transformatoren derart angeschlossen sind, daß eine Phasendrehung der über die Vorder^ und Mittelelektrode und das Werkstück laufenden Ströme im Uhrzeigersinn erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (54) an die Sekundärwicklung (50) eines Einphasentransformators (14) angeschlossen ist, der mit Strom aus einer der Phasen der Dreiphasen-Stromquelle gespeist ist, wobei der Anschluß derart getroffen ist, daß die Phasendrehung der Ströme im Uhrzeigersinn, bezogen auf alle drei Elektroden, verläuft.

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