DE1615523B1 - Lichtbogenschweissverfahren fuer dicke Stahlteile - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Lichtbogenschweißver- . findungsgemäßen Verfahren erzielte Schweißverbinfahren für dicke Teile aus Eisen oder Stahl in senk- dung.

rechter Schutzgasschweißung unter Verwendung ab- Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung für das schmelzbarer Elektroden, bei welchem die zusammen- herkömmliche Schweißverfahren unter Verwendung zuschweißenden Teile bis auf einen Spalt aneinander- 5 einer abschmelzbaren Mantelelektrode sollen die gefügt werden und eine Elektrode in den Spalt zu- dicken Teile 1 durch den abschmelzbaren Schweißgeführt wird. draht bzw. die abschmelzbare Elektrode 2 verschweißt

Bei den bekannten Schweißverfahren, die mit werden. Der Schweißdraht 2 wird mit Hilfe eines Schutzgas oder durch Schlackenabdeckung arbeiten, Kopfstückes 3 zugeführt, wobei ein wassergekühlter wird beim automatischen oder halbautomatischen io Schuh 4 aus Kupfer vorgesehen ist. Das beim Schwei-Schweißen ein Lichtbogen zwischen der Elektrode ßen aufgetragene Metall 5 ist von der Schlacke 6 ab- und den zu verschweißenden Teilen aufrechterhalten, gedeckt.

dessen Länge durch entsprechende Steuerung auf Bei diesem herkömmlichen Verfahren ist ein Fu-

einem konstanten Wert gehalten wird. genspalt erforderlich, der so groß ist, daß das Kopf-

Bei diesen bekannten Schweißverfahren wird beim 15 stück 3 bewegt werden kann. Außerdem ist zum Zusenkrechten Verschweißen dicker Teile die ab- schweißen dieses großen Fugenspalts eine große schmelzbare Elektrode immer parallel zur Vorschub- Menge an Auftragsmaterial sowie eine hohe zurichtung hin- und herbewegt. Dadurch ist es erforder- geführte Wärmeleistung erforderlich,
lieh, daß ein Kopfstück für die Zuführung der Elek- In den Fig. 2 und 3, die das erfindungsgemäße

trode innerhalb des Fugenspaltes der Schweißung be- ao Verfahren gegenüber dem konventionellen Verfahren wegt wird, wobei der Fugenspalt ebenfalls parallel in Fig. 1 zeigen, wird bei dem erfindungsgemäßen zur Schweißrichtung liegt. Der Fugenspalt muß des- Verfahren der Schweißdraht 2 oder die abschmelzbare halb sehr groß sein, beispielsweise sind für dicke Teile Elektrode so gehalten, daß sie durch Hin- und Her-Breiten von 20 bis 28 mm üblich, wodurch sehr viel bewegung lediglich in der axialen Richtung dieses Auftragsmetall erforderlich ist und beim Schweißen 25 Drahtes 2 zugeführt wird, während sie beim konvensehr viel Wärme entwickelt wird. tionellen Verfahren in der Richtung parallel zu der

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht Richtung des Vorrückens beim Schweißen zugeführt darin, ein Lichtbogenschweißverfahren der eingangs wird. Da ein Zuführungskopf 6 nicht in einen Fugengenannten Art zu schaffen, bei welchem der Fugen- spalt eingesetzt wird, kann die Schweißung mit einem spalt sehr klein gehalten werden kann. 30 sehr engen Spalt ausgeführt werden. Deshalb kann

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem sowohl der Wärmeaufwand als auch das Auftrags-Lichtbogenschweißverfahren der eingangs genannten metall verringert werden, und man kann ein günstig Art dadurch gelöst, daß der Spalt einen nur kleinen verschweißtes Teilstück mit einer schmalen wärme-Fugenwinkel aufweist und daß die abschmelzbare beaufschlagten Zone in wirtschaftlicher Weise erhal-Elektrode die Schweißrichtung kreuzend zugeführt, 35 ten, was vollkommen verschieden von dem herkömmin axialer Richtung hin- und herbewegt und ihre Zu- liehen Verfahren ist. Anders ausgedrückt, bei dem führung so gesteuert wird, daß sich ihre Spitze in erfindungsgemäßen Verfahren werden die senkrecht Richtung der Materialstärke bewegt. gehaltenen Stahlteile 1 und Γ, die zusammen-

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die abschmelz- geschweißt werden sollen, so aneinandergefügt, daß bare Elektrode durch einen in einem Schuh vorgese- 40 ein geeigneter I-förmiger Fugenspalt für die Zufühhenen Zuführungskopf zugeführt wird, wobei die ab- rung des Schweißdrahtes 2 bleibt. In diesem Falle ist schmelzbare Elektrode vorteilhafterweise auch unter die Fuge nicht auf die I-Form beschränkt, sondern einer Neigung zugeführt werden kann. sie kann eine V-Form mit einem Fugenwinkel von

Eine besonders günstige Verfahrensweise ergibt weniger als 20° haben. Weiterhin wird der Schweißsich dadurch, daß die abschmelzbare Elektrode 45 draht 2 auf der Seite der obengenannten Stahlteile 1 zusammen mit einem Schutzgas durch ein in und 1' angesetzt. Während des Schweißens wird dieeinem Schuh vorgesehene Gaszufuhrdüse zugeführt ser Schweißdraht 2 durch den Zuführungskopf 6 in wird. der durch den Pfeil C angezeigten Richtung zugeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, Weiterhin ist in diesem Falle die Zuführungsrichtung daß beim Verschweißen dicker Teile eine günstige 50 dieses Schweißdrahtes 2 nicht auf die in der Zeich-Schweißung bei höherer Schweißgeschwindigkeit mit nung gezeigte Richtung begrenzt, sondern sie kann weniger Auftragsmetall und unter einer geringeren eine Richtung schräg querverlaufend zu der Richtung Wärmeentwicklung erzielbar ist, als es mit den bis- des Fortschreitens beim Schweißen einnehmen. Jeherigen Verfahren möglich war. doch liegt der Kreuzungswinkel besser dicht bei 90°.

An Hand der Zeichnung wird eine beispielsweise 55 Ein Lichtbogen zur Schweißung wird zwischen der Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung näher Spitze des Schweißdrahtes 2 und den zu verschweiveranschaulicht ßenden Grundteilen 1 und 1' erzeugt, und ein Auf-

Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt die Anordnung tragsmetall wird in den Fugenspalt G zugeführt. Der für das herkömmliche Lichtbogenschweißen mit Man- Draht 2 wird in der axialen Richtung dieses Drahtes telelektroden; 60 hin- und herbewegt, während er leicht geneigt wird,

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der Anordnung für so daß er parallel zu der Richtung der Dicke der das erfindungsgemäße Lichtbogenschweißverfahren; Grundteile 1 und 1' verläuft. Obwohl diese Hin- und

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Anordnung von Herbewegung durch Steuerung der Zuführungs-Fig. 2 im Schnitt; geschwindigkeit dieses Schweißdrahtes 2 nach oben

Fig. 4a und 4b erläutern die Abschmelzung der 65 oder unten ausgeführt wird, kann man einen Abstand Elektrode an Hand der Bewegung der lichtbogen- erhalten, der für die Erzeugung eines Lichtbogens ge^ erzeugenden Stelle; eignet ist. Weiterhin, wenn der Schweißdraht 2 bogen-

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch eine mit dem er- förmig durch Ansetzen des lichtbogenerzeugenden

Punktes in dem bogenförmigen Teilstück auf der Oberfläche des zu schmelzenden Teilstücks zugeführt wird, selbst wenn das geschmolzene Metall in bestimmter Weise anwächst, tritt keine schlechte Verschmelzung im unteren Teilstück auf. Mit dieser Hin- und Herbewegung wird die Stellung des lichtbogenerzeugenden Punktes nach rechts oder links in Fig. 2 verändert. Sobald das Auftragsmetall 9 gebildet wird, wird es durch den wassergekühlten Schuh 7 gestützt, und es rückt zur Verschweißung der Teile in dem Fugenspalt G weiter vor. Bei diesem Fortschreiten der Schweißung wird dieser Schuh 7 ebenfalls nach oben geschoben. Es ist nicht notwendig, darauf hinzuweisen, daß dieser Schuh 7 über die gesamte Länge der Schweißnaht befestigt und der Zuführungskopf 6 beweglich ausgeführt werden kann. Weiterhin wird ein Schutzgas zum Schutz des verschweißten Teilstücks durch eine Zufuhrdüse 10 zugeführt, so daß eine Korrosion des verschweißten Teilstücks durch die Atmosphäre verhindert wird. Wenn die Zufuhrdüse 10 für das Schutzgas das Schutzgas zu dem verschweißten Teilstück wie beabsichtigt zuführen kann, kann sie als ein Stück mit einem der Schuhe 7 ausgebildet werden. Als Gas wird CO₂ oder ein anderes inertes Gas verwendet. Die obengenannte Zufuhrdüse 10 ist in dem Schuh 7 vorgesehen, so daß sie oberhalb des Kopfstücks 6 eine Neigung aufweist. Um die andere Seite dieser zu verschweißenden Teile zu hinterlegen, wird eine Rückplatte 8 aus Stahl verwendet. Für diese Rückplatte 8 aus Stahl kann derselbe wassergekühlte Schuh aus Kupfer wie auf der Seite der Zuführung des Schweißdrahtes 2 verwendet werden.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung an Hand eines Beispiels weiter erläutert. Bei der Schutzgas-Lichtbogenschweißung in den F i g. 2 und 3 werden Schweißstahlplatten 1 und 1' von 25 mm Dicke als zu verschweißende Teile an den Stirnflächen so zusammengefügt, daß ein Spalt G von 3,2 mm Breite in der Form einer I-förmigen Fuge bleibt. Der verwendete Spalt G hatte für die I-förmige Fuge eine Breite von 3 bis 7 mm und für die V-förmige Fuge 3 bis 12 mm. Eine Stahlplatte 8 von 6 mm Dicke wurde verwendet, indem sie zeitweise zum Hinterlegen der anderen Seite dieser aneinandergefügten Teile befestigt wurde. Der Schweißdraht 2 wurde unter einem Winkel von 90° zu der Richtung des Fortschreitens der Schweißung zugeführt, wie es durch den Pfeil A angezeigt ist. Der Lichtbogen für die Schweißung wurde so gesteuert, daß eine Hin- und Herbewegung während 1,5 Sekunden in der durch den Pfeil C angezeigten Richtung zwischen den obengenannten aneinandergefügten Oberflächen ausgeführt wurde. Mit anderen Worten, der erzeugte Lichtbogen bewegte seinen Erzeugungspunkt auf der Zuführungsseite des Schweißdrahtes 2 zu der Rückplatte 8 aus Stahl in 1,5 Sekunden · 0,5, daraufhin wurde die Bewegungsrichtung nach rechts umgekehrt, und er kehrte in 1,5 Sekunden · 0,5 zu der ursprünglichen Stellung auf der Zuführungsseite zurück. Dies ist in F i g. 4 dargestellt. Der Eindringungsgrad d des Schweißdrahtes 2 änderte sich mit der Zeit, wie in der Kurve 11 gezeigt ist. Die Steuerung der Hin- und Herbewegung des Schweißdrahtes 2, wie oben ausgeführt, wurde durch regelmäßiges Anwachsen oder Abnehmen der Zuführungsgeschwindigkeit dieses Schweißdrahtes 2, wie oben ausgeführt, erreicht. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Änderungskurve, die in Fig. 4b gezeigt ist, begrenzt. Fig. 5 zeigt einen Querschnitt des verschweißten Teilstücks, das entsprechend den obigen Ausführungen erhalten wurde. Die Breite W₁ des Auftragsmetalls betrug 6 bis 8 mm, und die Breite W₂ der mit Wärme beaufschlagten Zone betrug etwa 2 mm.

Wie aus dem obigen hervorgeht, kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der durch Aneinanderfügen hergestellte Spalt G so schmal gemacht werden, daß er etwa 3 bis 7 mm für den I-förmigen Spalt breit ist, wodurch der Fugenquerschnitt klein wird und die Schweißwirkung bemerkenswert erhöht werden kann. Da der Wärmeaufwand reduziert werden kann, kann die durch Wärme beaufschlagte Zone ebenfalls bemerkenswert verringert werden.

Andererseits muß gemäß dem konventionellen Verfahren bei einer senkrechten Schweißung mit einem Schutzgas mit einer I-förmigen Fuge der Fugenspalt G 15 bis 17 mm für etwa dieselbe Plattendicke von 25 mm wie im obigen Fall haben, und es ist unmöglich, einen derart engen Spalt wie bei der vorliegenden Erfindung zu verwenden. Weiterhin ist, wie auch aus der Breite W₂ der wärmebeaufschlagten Zone ersichtlich ist, bei der vorliegenden Erfindung zur Zeit der Schweißung der Wärmeaufwand gering, und die wärmebeaufschlagte Zone wird kaum brüchig.

In der obengenannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde eine I-förmige Fuge für die aneinandergefügte Form der zu verschweißenden Teile verwendet. Jedoch sollte der lichtbogenerzeugende Punkt, selbst im Falle des Schweißens mit irgendeiner anderen Fugenform ähnlich dieser, in der Regel über die Breite, die praktisch gleich der Plattendicke ist, zwischen den Fugenoberflächen hin- und herbewegt werden.

In dem Falle einer senkrechten Schweißung, bei der der Abflachungswinkel der zu verschweißenden Teile so groß ist, daß er z. B. senkrecht (90°) verläuft, wird die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung am besten gezeigt. Es ist schwierig, die vorliegende Erfindung auf eine solche Schweißung nach unten anzuwenden, bei der der Abflachungswinkel klein ist. Das heißt, beim Schweißen nach unten wird das geschmolzene Metall weiter voranfließen, um den Spalt zu hintergießen, und es wird eine mangelhafte Verschmelzung an der Wurzel erzeugt. Weiterhin, wenn der Abflachungswinkel der zu verschweißenden Teile größer als 30° ist, wird das Verfahren besonders wirksam.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Lichtbogenschweißverfahren für dicke Teile aus Eisen oder Stahl in senkrechter Schutzgasschweißung unter Verwendung abschmelzbarer Elektroden, bei welchem die zusammenzuschweißenden Teile bis auf einen Spalt aneinandergefügt werden und eine Elektrode in den Spalt zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daßder Spalt (G) einen nur kleinen Fugenwinkel aufweist und daß die abschmelzbare Elektrode (2) die Schweißrichtung kreuzend zugeführt, in axialer Richtung hin- und herbewegt und ihre Zuführung so gesteuert wird, daß sich ihre Spitze in Richtung der Materialstärke bewegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abschmelzbare Elektrode

(2) durch einen in einem Schuh (7) vorgesehenen Zuführungskopf (6) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (2) unter einer Neigung zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abschmelzbare Elektrode (2) zusammen mit einem Schutzgas durch eine in dem Schuh (7) vorgesehene Gaszufuhrdüse (10) zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen