DE1615495C - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von insbesondere Stahlfeinblechen - Google Patents

Description

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durch geeignete Maßnahmen die Energie des Pias- det wird, welches auf die Schweißnahtwurzel-

mabogens so weit reduziert wird, daß das Schmelzbad seite gespült wird;

beim Stumpfnahtschweißen von Stahlfeinblechen f) einer Andrückvorrichtung zur Fixierung des zu

nicht durchbricht und keine Überhitzung erfährt. Mit verschweißenden Materials im unmittelbaren

der Vorrichtung ist weiterhin zu erreichen, daß äu- 5 Bereich der Schweißzone mittels Wälz- oder

ßere Einflüsse auf den Plasmabogen durch Streufei- Gleitkörpern, die vorzugsweise mittels Feder-

der und Turbulenz vermieden werden. Der Plasma- kraft angepreßt werden.

bogen und das Schmelzbad sind in geeigneter Form Die erfindungsgemäße Ausführung weist gegen-

mit Schutzgas zu umgeben. über den bisher bekannten die folgenden Vorteile

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein io auf:

Verfahren gelöst, bei welchem der Schweißlichtbo- Mit dem abgelenkten Plasmastrahl wird das Piasgen, vorzugsweise ein Plasmalichtbogen, mittels eines maschweißen von unlegierten und legierten Stahlfeintransversalen magnetischen Feldes so abgelenkt wird, blechen auch unter 3 mm Dicke gewährleistet. Die daß die Schmelzzone weit genug vom Aufsatzpunkt kinetische Energie des Plasmastrahls geht infolge der des den Lichtbogen umgebenden äußeren Kaltgas- 15 transversalen Magnetfelder tangential auf die Blechmantels entsteht, aber innerhalb des Schutzgasman- oberfläche über, womit das Durchbrechen und Vertels, während die Polung einer allgemein bekannten dampfen des Schmelzbades vermieden werden. Die elektromagnetischen Spannvorrichtung in der Weise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfaherfolgt, daß der Lichtbogen nicht negativ beeinflußt, rens notwendige Vorrichtung soll nachstehend an die Schweißnaht von oben und unten von Schutzgas 20 einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, umspült wird und bei relativ hoher Schweißgeschwin- Es zeigt
digkeit eine Nahtglättung erfolgt. F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungs-

Die zur Durchführung des Verfahrens erforder- gemäße Ausführung der Vorrichtung,

liehe Vorrichtung besteht aus der Kombination der F i g. 2 einen Querschnitt durch die erfindungsge-

folgenden teils bekannten Merkmale: 25 mäße Ausführung,

a) einem lichtbogenerzeugenden Brenner, um wel- F i g. 3 den Lichtbogen erzeugenden Brenner,
chen ein Magnet derart angeordnet ist, daß Fig.4 die Andrückvorrichtung in der Seitenandessen Polschuhe vorzugsweise in Höhe der sieht.

Düsenöffnung in einer kreisringausschnittähn- Der Lichtbogen 3 wird durch die Düse 4 kontralichen Grundfläche enden und hier ihren ge- 30 hiert, um die Stabilität des Bogens im Bereich der rinsten Abstand aufweisen, wobei zwischen Elektrode zu gewährleisten. Nach Verlassen der den Polschuhen ein nichtmagnetischer Werk- Düse 4 tritt der Lichtbogen 3 in das quer zu ihm und stoff angeordnet ist und die Grundfläche vor- zur Aufschmelzrichtung verlaufende Magnetfelds zugsweise mit der Düsenöffnung in einer ein, welches durch die um den Brenner 22 angeord-Ebene liegt; 35 neten Magnete 1; 2 gebildet wird.

b) einer um die Lichtbogendüse angeordneten Der stromführende Bogenkernö wird dadurch in Ringdüse, durch welche das das Schmelzbad Schweißrichtung abgelenkt, wodurch eine bessere vor der Atmosphäre schützende Gas derart und gleichmäßigere Nahtausbildung bewirkt wird, ausgeblasen wird, daß es kegelförmig ausein- Der nichtleitende kalte Bogenmantel 7 wird von dem anderströmt und eine schützende Glocke über 40 Magnetfeld 5 nicht beeinflußt und behält seine urdem Plasmabogen und dem Schmelzbad bildet; sprüngliche Richtung bei. Die Feldstärke des Ma-

c) einer elektromagnetischen Spannvorrichtung, gnetfeldes 5 muß so stark sein, daß der Bogenkern 6 deren Magnetspulen und zugehörigen Eisen- so weit abgelenkt wird, daß er weit genug vom Aufkerne in nichtmagnetischen Werkstoff einge- treffpunkt des kalten Bogenmantels 7 auf den Werkbettet und vorzugsweise vertikal zum Lichtbo- 45 stoff 8 auftrifft und ihn aufschmilzt. Das Schutzgas 9, gen in dessen Arbeitsrichtung angeordnet sind, welches das Schmelzbad abschirmt, wird aus einer wobei der der Oberseite der Spannplatte züge- Ringdüse 10, ausgeblasen, welche so ausgestaltet ist, wandte Spulenteil vorzugsweise mit einer daß das Schutzgas 9, welches das Schmelzbad ab-Platte aus nichtmagnetischem Werkstoff abge- schirmt, kegelförmig auseinanderströmt und den deckt ist; 50 Lichtbogen 3 sowie das Schmelzbad überdeckt.

d) einer Schweißunterlage, die mit einer schwal- Die Festspannung des Werkstoffes 8 erfolgt mitbenschwanzförmigen Nut versehen ist, in de- tels elektromagnetischer Spannplatten, deren Maren Mitte sich ein vorzugsweise rechteckiger gnetspulen 11 und Eisenkerne 12 in nichtmagneti- oder quadratischer Stab befindet, welcher an sehen Werkstoff 13 eingebettet sind. Die Magnetspuseiner Unterseite eine Rille aufweist, die mit- 55 len 11 sind vorzugsweise vertikal zum Lichtbogen in tels in der Schweißunterlage angebrachter dessen Arbeitsrichtung angeordnet. Der der Ober-Bohrungen mit einem ebenfalls in der Schweiß- seite der Spannplatten zugewandte Spulenteil ist mit unterlage befindlichen Kanal in Verbindung einer Platte 14 aus nichtmagnetischem Werkstoff absteht, während der Stab an seiner Unterseite in gedeckt. Diese Anordnung bewirkt, daß der Lichtbobestimmten Abständen Quernuten aufweist 60 gen nur ganz geringfügig durch das in der Zeichnung und an seinen Oberkanten mit schrägen Nuten nicht dargestellte Magnetfeld der Spannvorrichtung versehen ist, wobei der Stab aus hitzebeständi- beeinflußt wird. Um ein Eindringen von Sauerstoff in gem, nichtleitenden Material besteht; das Schmelzbad von unten, d. h. in die Schweißnaht-

e) einer Schweißbadsicherung, die von einem mehr- wurzel, zu vermeiden, ist die Schweißunterlage mit atomigen Gas, vorzugsweise Wasserstoff in 65 einer schwalbenschwanzförmigen Nut 15 versehen, in Verbindung mit einem inerten Gas, Vorzugs- deren Mitte sich ein vorzugsweise rechteckiger oder weise Argon, in seinem von der Werkstoff- quadratischer Stab 16 befindet. Dieser weist an seidicke abhängigen Mischungsverhältnis gebil- ner Unterseite eine Rille 17 auf, welche durch Boh-

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rungen 18 mit einem Kanal 19, der in der Schweiß- angeordnet. F i g. 3 zeigt den Brenner 22 auseinanunterlage angeordnet ist, in Verbindung steht. Der dergezogen dargestellt. Die Düsenöffnung 24 liegt im Stab 16 ist an seiner Unterseite mit Quernuten 20 Betriebszustand in Höhe der Grundfläche 25. Um versehen, während die Oberkanten schräge Nuten 21 ein einwandfreies Aufliegen des Werkstoffes im unaufweisen. Der Stab 16 besteht aus einem nichtleiten- 5 mittelbaren Schweißbereich zu erzielen, was zur Erden, hitzebeständigen Material. Das Schutzgas strömt zeugung einer einwandfreien Schweißnaht unerläßüber den Kanal 19 durch die Bohrungen 18 in die lieh ist, sind zur Fixierung des zu verschweißenden Rille 17 ein und fließt von dort über die Quernuten Materials Wälzkörper 27 angebracht, die mittels Fe-20 und die schrägen Nuten 21 zur Unterseite des dem 28 gegen den Werkstoff gedrückt werden. Da-Werkstoffes und umspült dabei die Schweißnahtwur- io durch wird gewährleistet, daß die zu verbindenden zelseite. Werkstoffteile im unmittelbaren Schweißbereich kei-AIs Schutzgas wird ein mehratomiges Gas ver- nen Versatz gegeneinander aufweisen. Der nachlauwendet, welches vorzugsweise aus einer Mischung fende Wälzkörper verhindert ein Aufreißen des unvon Wasserstoff in Verbindung mit inertem Gas, vor- mittelbar hinter dem Lichtbogen noch nicht erstarrzugsweise Argon, besteht. Das Mischungsverhältnis 15 ten Schmelzbades infolge auftretender Wärmespanist abhängig von der Werkstoffdicke. Die Magne- nungen bzw. Werkstoffverformungen. Die Wälzkörten 1;2 des den Lichtbogen erzeugenden Brenners 22 per 27 können auch durch Gleitschuhe od. ä. ersetzt sind so angeordnet, daß die Polschuhe 23 in Höhe werden. Desgleichen kann der Anpreßdruck auch der Düsenöffnung 24 in einer kreisringausschnittähn- durch eine starre Verbindung, beispielsweise eine liehen Grundfläche 23 enden und hier ihren gerinsten ao Stellschraube, bewirkt werden. Die Wälzkörper 27 Abstand 26 aufweisen. Zwischen den Polschuhen 23 sind in Arbeitsrichtung des Lichtbogens unmittelbar ist vorzugsweise ein nichtmagnetischer Werkstoff 27 vor bzw. vor und hinter diesem angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 stoff in Verbindung mit einem inerten Gas, vorPatentansprüche: zugsweise Argon, in einem von der Werkstoffdicke abhängigen Mischungsverhältnis gebildet

1. Verfahren zum Verschweißen von insbeson- wird, welches auf die Schweißnahtwurzelseite gedere Feinblechen, vorzugsweise legierten und un- 5 spült wird und eine Andrückvorrichtung zur Filegierten Stahlfeinblechen mit einer Stärke von xierung des zu verschweißenden Materials im unetwa 0,7 bis 3 mm mittels eines magnetisch beein- mittelbaren Bereich der Schweißzone durch die flußten Plasmalichtbogens, einer Schutzgashülle Anordnung von Wälz- oder Gleitkörpern (27), und einer elektromagnetischen Werkstückspan- welche'unmittelbar vor bzw. vor und hinter dem nung, dadurch gekennzeichnet, daß io Brenner (22) mit dem Werkstoff (8) in kraftder Schweißlichtbogen (3) mittels eines transver- schlüssiger Verbindung stehen und denen Federn salen magnetischen Feldes (5) so abgelenkt wird, (28) zugeordnet sind, angeordnet ist.

daß die Schmelzzone weit genug vom Aufsetzpunkt des den Lichtbogen umgebenden äußeren

Kaltgasmantels (7) entsteht, aber innerhalb des 15

Schutzgasmantels (9) und die Polung der allgemein bekannten elektromagnetischen Spannvorrichtung (13) in der Weise erfolgt, daß der Licht- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine bogen (3) nicht negativ beeinflußt, die Schweiß- Vorrichtung zum Verschweißen von insbesondere naht von oben und unten von Schutzgas umspült ao Feinblechen, vorzugsweise unlegierten Stahlfeinblewird und eine Nahtglättung erfolgt. chen, für Blechdicken ab 0,7 bis etwa 3 mm.

2. Vorrichtung zum Verschweißen von insbe- Es ist ein Verfahren zum Stumpfschweißen von sondere Feinblechen, vorzugsweise legierten und vorwiegend hochlegierten Blechen bekannt, welches unlegierten Stahlfeinblechen mit einer Stärke von auf der Anwendung eines Plasmastrahles beruht, etwa 0,7 bis 3 mm, mittels eines magnetisch be- as- Durch die hohe Energiekonzentration dieses Strahles einflußten Plasmalichtbogens, einer Schutzgas- werden die zu verschweißenden Stirnflächen über die hülle und einer elektromagnetischen Werkstück- ganze Werkstückdicke aufgeschmolzen. Der flüssige spannung, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Werkstoff wird beiseite geschoben und nach dem lichtbogenerzeugenden Brenner (22) um welchen Brenner läuft der geschmolzene Werkstoff wieder zuein Magnetpaar (ί; 2) derart angeordnet ist, daß 30 sammen. Dies wird durch die Oberflächenspannung dessen Polschuhe (23) vorzugsweise in Höhe der bewirkt. Die durch das Auseinanderschieben des Düsenöffnung (24) in einer kreisringausschnitt- Werkstoffes entstehende öffnung wird als sogenann-■ ähnlichen Grundfläche (25) enden und hier ih-, ter Schlüssellocheffekt bezeichnet. Mit diesem Verren gerinsten Abstand (26) aufweisen, wobei sich fahren sind nur legierte bzw. hochlegierte Bleche ab zwischen den Polschuhen (23) ein nichtmagneti- 35 etwa 4,5 mm Dicke verschweißbar. Ein verbessertes scher Werkstoff (27) befindet und die Grund- Verfahren schildert die USA.-Patentschrift fläche (25) vorzugsweise mit der Düsenöffnung 3 324 278. Hiernach wird der Plasmastrahl von (24) in einer Ebene liegt, eine um die Lichtbo- einem pulsierenden Gasstrom gesteuert. Der maxigendüse (4) angeordneten Ringdüse (10) an- male Gasstrom bewirkt das Anschmelzen der Stoßgeordnet ist, durch welche das das Schmelzbad 40 kanten durch den Schlüssellocheffekt und der daraufvor der Atmosphäre schützende Gas (9) derart folgende minimale Gasstrom das bessere Zusammenausgeblasen wird, daß es kegelförmig auseinan- fließen des Schmelzbades zu einer Schweißnaht.' derströmt und eine schützende Glocke über dem Auch dieses Verfahren kann erst ab 4,5 mm Dicke Plasmabogen (3) und dem Schmelzbad bildet; angewendet werden. Es sind Einrichtungen bekannt, eine elektromagnetische Werkstückspannvorrich- 45 die für das Stabilisieren und Kontrahieren des Plastung vorhanden ist, deren Magnetspulen (11) und mastrahls dienen. Dies wird vorwiegend durch Düzugehörigen Eisenkerne (12) in nichtmagneti- senkanäle und um den Plasmastrahl longitudinal verschen Werkstoff (13) eingebettet und Vorzugs- laufende Magnetfelder erreicht. Zu diesem Zweck weise vertikal zum Lichtbogen (3) in dessen Ar- sind um den Brenner elektrisch gespeiste Spulen beitsrichtung angeordnet sind, wobei der der 5° ringförmig angeordnet. Der Plasmastrahl wird sehr Oberseite der Spannplatte zugewandte Spulenteil stark gebündelt und damit seine kinetische Energie vorzugsweise mit einer Platte (14) aus nichtma- erhöht. Ein derartiger Plasmastrahl ist nur zum Plasgnetischem Werkstoff abgedeckt ist, eine Schweißr maschneiden geeignet.

unterlage angeordnet ist, die mit einer schwal- Zweck der Erfindung ist es, ein Schweißverfahren

benschwanzförmigen Nut (15) versehen ist, in de- 55 und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeigren Mitte sich ein vorzugsweise rechteckiger oder nete Vorrichtung zu entwickeln, womit die geschilquadratischer Stab (16) befindet, welcher an sei- derten Nachteile beseitigt werden können, indem das ner Unterseite eine Rille (17) aufweist, die mittels Verschweißen von unlegierten und legierten Feinblein der Schweißunterlage angebrachter Bohrungen chen ab 0,7 bis 3 mm Dicke ermöglicht und eine Po-(18) mit einem ebenfalls in der Schweißunterlage 60 renbildung vermieden wird, d. h. daß auch solche befindlichen Kanal (19) in Verbindung steht, Schweißnähte hergestellt werden können, die eine während der Stab (16) an seiner Unterseite in be- Dichtheit gewährleisten, wie das beispielsweise bei stimmten Abständen Quernuten (20) aufweist Behältern für Gase oder Flüssigkeiten der Fall ist.
und an seinen Oberkanten mit schrägen Nuten Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines

(21) versehen ist, wobei der Stab (16) aus hitze- 65 Schweißverfahrens und der dazu erforderlichen Vorbeständigem, nichtleitenden Material besteht, richtung, welche geeignet sind, die Stahlfeinbleche eine Schweißbadsicherung vorhanden ist, die von unter Anwendung des bereits bekannten Plasmaeinem mehratomigen Gas, vorzugsweise Wasser- Schweißverfahrens miteinander zu verbinden, wobei