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Verfahren zum einseitigen Lichtbogenschweißen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum einseitigen Lichtbogenschweißen von Werkstücken und betrifft
insbesondere ein solches Verfahren, bei dem von der einen bis zur anderen Seite
der Werkstücke durchgeschweißt wird, um längs der gesamten Schweißnaht einen durch
die volle tiefe gehenden Einbrand zu erzielen, wobei die Tiefe des Einbrands in
die Werkstücke und die Abweichung des Sinbrands-von der Nahtlinie sowie die Menge
und die Ausbreitung des längs der anderen Seite der Werkstücke fliessenden geschmolzenen
Metalls an aufeinanderfolgenden Stellen der Schweißnaht von Zeit zu Zeit während
des Schweißvorgangs festgestellt werden können, und wobei die Schweißbedingungen
in Übereinstimmung mit den festgestellten Ergebnissen unmittelbar eingestellt oder
derart gesteuert werden können, da13 längs der gesamten Schweißrlaht ein gleichmäßiger
inbrand erzielt werden kann.
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um Duichschweißen von .tlersstücken von der einen Seite aus sind bereits
viele Verfahren vorgeschlagen worden. Bei einem dieser
Verfahren
wird eine wärmeleiteijde Unterlegseliene, wie beispielsweise eine kupferschiene
direkt gegen die eine Seite der gegeneinandergelegten Werkstücke gelegt, und zwar
gegen die Seite, die derjenigen entgegengesetzt ist, auf der das Scilweiben begonnen
wird, oder es wird ein Material wie beispielsweise ein Flußmittel, das ein Burchlecken
des geschmolzenen Ietalls verhinciert, zwischen den w'erkstücsseiten und der leitenden
Schiene vorgesehen, so daß das gescklmolzene Metall am Durchlecken durch, die Nut
oler durch die SchweilJnaht gehindert wird. Bei einem solchen Schweiliverfahren
kann jedoch die Tiefe und der Zustand des Einbrandes - wie das Abweichen von der
lsahtlinie - und/oder die menge unu die Ausbreitung des geschmolzenen Metalls an
einer Stelle längs der Schweißnaht während des Ablaufs der Schweißung nicht festgestellt
werden, so daß auch die Schweißbedingungen wie der Schweißstrom, die Lichtbogenspannung,
die Schweißgeschwindigkeit und/oder die Vorschubrichtung und die Lage einer Schweißelektrode
während des Schweißv.organgs nicht einstellbar sind, um ein gewünschtes Schweißergebnis
zu erzielen. Bei einem solchen einseitigen Schweißen ist es daher üblich, daß eine
Schweißung anfänglich an einem Teil der herzustellenden Schweißnaht vorgenommen
wird, und daß nach dem Fertigstellen dieser Schweißung die Unterlegschiene und/oder
das Flußmittel entfernt werden, um die Qualität der fertiggestellten Naht festzustellen.
Wenn dabei irgendwelche Fehler in der bisher hergestellten Schweißung festgestellt
werden, müssen vor dem Fortsetzen des Schweißens die Sciiweißbedingungen derart
eingestellt werden, daß diese Fehler vermieden werden. Das stellt aber einen Nachteil
dar, weil dieser Vorgang sehr zeitraubend ist und/oder zusätzliche Schritte zur
Abstellung der Fehler erfordert.
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Bei einem anderer bekannten Schweißverfahren, bei dem eine verhältnismäßig
kurze Schiene verschiebbar unter den zu verschweissenden Werkstücken derart angeordnet
ist, daß sie beim i'ortgang der Schweißung weiterbewegt wird, kann die Qualität
der Schweissind, die zu einer bestimmte Zeit hergestellt wurde, nur beobachtet
werden,
wenn die Schiene an der Schweißung vorbeigetreten ist, so daß auch hier genau wie
beim obigen Beispiel ein instellen der Schweißbedingungen während des Schweißvorgangs
unmöglich ist.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum einseitigen
Lichtbogenschweißen für Werkstücke zu schaffen, die mit ihren Enden gegeneinaniierstoßen,
wobei eine Unterlegschiene an einer Seite der werkstücke verschiebbar oder fest
angeordnet ist, und wobei bei diesem Verfahren die flemperaturverteilung in der
während des Schweißvorgangs aufgeheizten Schiene direkt oder indirekt gemessen wird,
um den Zustand eines Bereiches der Werkstücke festzustellen, in dem die Schweißung
gerade erfolgt, so dvJ die Schweißbedingungen in ÜbereinstiIuiiiung mit den lXeßergebnissen
derart eingestellt oder korrigiert werden können, daß eine gewünschte Schweißung
erhalten wird.
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Ein weiteres iel der erfindung ist ei. Verfahren zum einseitigen Lichtbogenschweißen
von Werkstücken, die mit den Enden gegeneinanderstoen, bei dem ein halbleitendes
Material zwischen der einen Seite der Werkstücke und der Schiene angeordnet wird,
und bei dem dau: der eleitrische Viderstand des Halbleitenden t.aterials oder der
während des Schweißvorgangs durch das halDleitende Material fließende Strom bestimmt
wird, um den Zustand eines Bereiches aer Werkstücke festzustellen, in dem die Schweissung
gerade erfolgt, so daß die Schweißbedigungen während des Schweilsvorgangs derart
eingestellt werden können, daß ein gewünschtes Schweißergebnis erzielt wirl.
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Bei einer typischen Miordnung zur Jurchlührung des Verfahrens gemäß
der Erfindung ist eine wärmeleitende Unterlegschiene,
die verschiebbar
unter den zu verschweißenden Werkstücken angeordnet ist, mit einem oder mehreren
Temperaturfühlern versehen, welche die Temperatur der Schiene und die Temperaturverteilung
in der Schiene feststellen, die während eines Schweißvorgangs aufgeheizt wird. Die
verschiebbare Schiene kann durch eine geeignete Antriebseinrichtung mit derselben
Geschwindigkeit und in derselben Richtung angetrieben werden wie eine Draht elektrode,
die gegen die Seite der .Merkstücke gerichtet ist, die von der Seite entfernt liegt,
an der die Schiene liegt, so daß während des Schweißvorgangs die Temperaturfühler
jederzeit im wesentlichen gerade unterhalb der Elektrode liegen und somit auch unterhalb
des Bqgens, der zwischen der Werkstücken und der Elektrode gezogen wird. Auf diese
Weise wird die Schiene unter den Werkstücken durch die vom geschmolzenen Metall,
das sich unmittelbar unter und in der ITähe des Lichtbogens befindet, übertragene
wärme aufgeheizt, wobei die Temperatur der Schiene und die Temperaturverteilung
in der Schiene durch die Temperatur fühler gemessen wird, so daß der Zustand der
Schweissung an genau der Stelle der Jerirstücke, die im augenblick geschweißt wird,
- so zum Beispiel die Tiefe und die Abweichung des Ein brandes von der ahtlinie
wie auch die lYíenve und die ausbreitung des längs uer Unterseite der werkstücke
an der betreffenden Stelle fliegenden geschmolzenen Metalls - von Zeit zu Zeit während
des Schweißvorgangs festgestellt werden kann.
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Versucne haben gezeigt, daß - wenn der Einbrand an geiau der Stelle
der Werkstücke, die im hugenblick geschweißt wird, nur ungenügend ist - die ;jrmemee,
die vom geschmolzenen metall auf die Schiene übertragen wird, ebenfalls nur gering
ist, und daß somit die Schiene nur in einem begrenzten Bereich aufgeheizt wird.
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Andererseits ist bei einem genügenden Einbrand an der betreffenden
Stelle die vom geschmolzenen Metall an die Schiene übertragene -,',tärmemenge groß,
und die Schiene wird in einem großen Bereich
aufgeheizt, wobei
die Temperatur der Schiene in dem Bereich am größten ist, der der Elektrode genau
gegenüberliegt bzw. genau darunter liegt, oder anders ausgedrücKt, der direkt dem
geschmolzenen Metall gegenüberliegt, das sich genau unter oder in der Nähe des Lichtbogens
befindet. Die Temperatur nimmt mit dem Abstand von diesem Bereich allmählich ab.
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Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß durch die Messung der Temperatur
und der Temperaturverteilung mittels Temperaturfühlern in einem Bereich der Schiene,
der an der Unterseite der Werkstücke genau an der Schweißstelle anliegt, die Schweißzustände
an dieser Stelle, wie die Tiefe und Abweichung des Einbrandes sowie die Menge und
die Ausbreitung des geschmolzenen Metalls, festgestellt werden können, und dvj gleichzeitig
die Lage und Vorschubrichtung der Elektrode relativ zur gewünschten Schweißnaht
festgelegt werden können.
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Gemäß der Erfindung kann man also, weil die Schweißzustände an genau
der Stelle, an der gerade geschweißt wird, durch Messung der Temperatur und der
Temperaturverteilung in der aufgeheizten Schiene während des Schweißvorgangs festgestellt
werden, die Schweißbedingungen, wenn die gemessenen Werte der Temperatur und der
Temperaturverteilung in der Schiene sich als abweichend von den voreingestellten
Werten herausstellen, derart einstellen, daß ein gleichmäßiger und angemessener
Einbrand jederzeit und längs der gesamten Schweißnaht erhalten wird, wobei unter
Schweißbedingungen der Schweißstrom, die Spannung, die Schweißgeschwindigkeit und
die Lage sowie die Vorschubrichtung der Elektrode zu verstehen sind.
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Da eine solche Einstellung der Schweißbedingungen jederzeit nach utunsch
während eines Schweißvorgangs vorgenommen werden kamm, kalm die vorliegende Erfindung
Nachteile, wie das Unterbrechen der Schweißung zum Feststellen er oben genannten
Schweißzustände und/oder die zusätzlichen Schritte zum Korrigieren der Fehler in
der Schweiljung vermeiden; die bei den üblichen und bekannten Schweißverfahren erforderlich
sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden
Beschreibung sowie aus den Ansprüchen hervor.
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Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung beispielsweise dargestellt
und wird im folgenden im einzelnen erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine typische Anordnung zur Ausführung eines
vorzugsweise anzuwendenden Verfahrens gemäß der Erfindung in einem Schnitt, der
in einer Ebene gelegt ist, die rechtwinklig zur in den Werkstücken herzustellenden
Schweißnaht liegt.
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Fig. 2 zeigt die Anordnung der' Fig1 1 in einem Schnitt, der in einer
Ebene liegt, die sich längs der Schweißnaht erstreckt.
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Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform zur Durchführung eines
anderen Verfahrens in einem Schnitt, der durch die Schweißnaht gelegt ist.
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Fig. 4 ist eine Abänderung zur Durchführung eines weiteren Verfahrens
in einem Schnitt längs einer Ebene, die rechtwinklig zur Schweißnaht liegt.
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Fig. 5 zeigt die Anordnung der Fig. 3 in einem Schnitt längs der Schweißnaht.
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Fig. 6 zeigt eine Anordnung zur Durchführung eines vierten Verfalirens
in einem Schnitt, der rechtwinklig zur SchweiB-naht liegt.
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Fig. ? zeigt die Anordnung der Fig. 6 in einem Schnitt längs der Schweißnacht.
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Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Breite der
gebildeten geschmolzenen Schlacke und dem Wert des durch die Schlacke flielsenden
Stromes zeigt.
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Fig. 9 ist ein SCsni tt längs einer rechtwinklig zur Schweinaht liegenden
Ebene durch die unordnung nach den Fig. 4 und 5 und zeigt die Abmessungen der Werkstücke
und der hinterlegten Schiene sowie die Lage der Fühler in der Schiene während einer
versuchsmäßigen Lichtbogenschweißung mit getaucistem Lichtbogen zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In den Fig. 1 uns 2 ist eine typische und vorzugsweise Anordnung zur
Durchführung nes einseitigen Lichtbogenschweißens gemäß der
vorliegenden
LLrfindung dargestellt. , Die miteinander zu verschweism senden )\(erkstücke 3,
, 3 sind mit den Kanten gegeneinander gelegt wobei die einander gegenüberliegenden
und benachbarten Kanten derart abgeschrägt sind, daß dazwischen eine V-Rinne entsteht0
Die Werkstücke 3 liegen auf einer geeigneten halterung die in üicher Weise ausgebildet
und in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Weiterhin ist ein Schweißgerät 1 vorgesehen,
dessen einer Pol elektrisch mit den Werkstücken 3 verbunden ist während der anders
pol elektrisch an eine Schweißdrahtelektrode 2 angeschlossen ist die er Schweißzone
von ele geeigneten, nicht dargestellten Vorrat kontinuierlich zugeführt wird, so
daß zwischen den Werkstücken und der Elektrode 2 ein Lichtbogen 4 gezogen wird.
Eine verhältnismäßig kurze Urerlegschiene 5 aus tlete-ll wie beispiels weise eine
Kupferschiene, die auf der einen Seite mit einer in Längsrichtung verlaufenden Ausnehmung
5a versehen ist, liegt auf einer geeigneten, nicht dargestellten Halterung und ist
unterhalb der Werkstücke 3 derart angeordnet, daß die Ausnehmung derade unterhalb
der 7-Rinne liegt. Die Schiene 5 ist so ausgebildet, daß sie von einer nicht dargestellten
Antriebseinrichtung in der Schweißrichtung entlang der Xt- Rinile an der Unterseite
der Werkstücke 3 mit derselben neschwinti5Reit vorgeschoben werden kann9 mit der
die Elektrode 2 vorgeschoben wird. An der Unterseite der Unterlegschiene 5 ist eine
Mehrzahl von Temperaturfühlelementen 6, wie beispielsweise sehr wärmeempfindliche
Thermoelemente, in geeigneter Diese gegenüber der Elektrode 2 angebracht, wie es
weiter unten noch im einzelnen erläutert wird. Venn auch in den Fig.
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1 und 2 eine Mehrzahl von Temperaturfühlern angedeutet ist, so kann
doch bei einigen Anwendungen auch ein einziges Element ausreichend sein. U£'h' jedoch
die Temperaturverteilung in der Unterlegschiene 5 genauer feststellen zu können,
ist es zweckmäßig, eine Mehrzahl von im abstand voneinander liegenden Thermofühlern
vorzusehen, von denen der mittlere genau unterhalb und gegenüber
der
Elektrode 2 angeordnet ist, während die übrigen Fühler um den mittleren Fühler herum
im Abstand voneinander und vom mittleren Fühler angeordnet werden. axlenn die Unterlegschiene
5 nur unbeträchtliche Dicke besitzt, können die 'Uemperaturfùhler 6 direkt an der
Unterseite der Schiene 5 angebracht werden. wenn jedoch die Schiene gröbere Dicke
besitzt, werden vorzugsweise Löcher an der Unterseite der Schiene 5 an geeignet
im Abstand voneinander liegenden Stellen vorgesehen, die benachbarte Enden der Temperaturfühler
6 aufnehmen. Die von den Temperaturfühlern gemessenen werte werden von Temperaturanzeigeeinrichtungen
eines Temperaturanzeigegeräts 7 angezeigt, das in entsprechender Weise R r Leitungen
mit den entsprechenden Temperaturfühlern 6 verbunden ist. In einigen Fällen wird
der Ausgang der Anzeigevorrichtung 7 an eine Steuereinrichtung 8 weitergegeben,
die von der Anzeigevorrichtung betrieben wird und mit dieser verbunden ist.
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Im Betrieb stellt die Steuereinrichtung automatisch die Schweißbedingungen
in Übereinstimmung mit den von der Anzeigevorrichtung 7 aufgenommenen und angezeigten
Werten ein.
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Bei der Durchführung des vorzugsweise anzuwendenden erfindungsgemäßen
Verfahrens mit der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 werden die EleKtrode 2 und
die, Schiene 5 in Pfeilrichtung durch die entsprechenden, nicht dargestellten Vorschubeinrichtungen
in zeitlicher Abstimmung längs der V-Rinne vorgeschoben, in der eine Schweißnaht
hergestellt werden soll, wie es Fig. 2 erkennen läßt, wobei ein Lichtbogen 4 zwischen
der Elektrode 2 und den Werkstükken 3 gezogen wird. Wenn der Bogen 4 in der erläuterten
Weise hergestellt ist, werden die Werkstücke 3 an und um die V-liinne herulu geschmolzen,
wobei die beim Schmelzen der Werkstücke erzeugte wiärme auf die Unterlegschiene
5 übertragen wird. In einem solchen Falle wird, wenn der Einbrand in die Werkstücke
3 nur ungenügend ist, der Wärmeübergang statt direkt vom geschmolzenen
Metall
durch einen gewissen ungeschmolzenen Teil der vVerk stücke 3 zu der Unterlegschiene
5 erfolgen, so daß die Närmemenge, die von den Temperaturfühler festgestellt wird,
nur sehr gering ist. Das bedeutet, daß der Ausgang der Fühler ebenfalls nur einen
kleinen Wert besitzt, und daß dementsprechend nur ein Kleiner kehrt von der Anzeigevorrichtung
7 angezeigt wirde Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten 'inricuting ist die
von den äußeren Temperaturfühlern festgestellte IWVärmemenge und kann sogar Null
sein. Der ist der von den äußeren Fühlern fest stellende Bereich der Wärmemengen
sehr eng. olenn andererseits der Einbrand in die Werkstücke ausreiciiend ist, ist
die vom geschmolzenen Metall auf die Schiene 5 übertragene 'larmemenge verhältnismäßig
groß und die Wärme wird außerdem auf einen großen Bereich der Schiene 5 übertragen,
so. da auch der von der Anzeigevorrichtung Y aufgenommene und angezeigte Wärmewert
hoch ist. nn wie bei der Anordnung der Fig. 1 und 2 eine slehrzahl von Temperaturfühlern
benutzt wird, werden die Anzeigeeinrichtungen der mit den entsprechenden Temperaturfühlern
verbundenen Anzeigeelemente mit den unterschiedlichen Ausgängen der zugehörigen
unterschiedlichen Fühler betrieben, so dai dementsprechend die Anzeigevorrichtung
über einen weiten Bereich von Ausgangswerten betrieben werden kann.
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Es läßt sich allgemein feststellen, daß die Temperatur. des geschmolsenen
Metalls gerade unterhalb und in der Nähe des Lichtbogens 4 am größten ist und von
diesem Bereich aus allmählich abnimmt. Wenn daher die Temperatur der Schiene 5 durch
eine MeHrzahl von Temperaturfühlern 6 gemessen wird, wie es bei der Aus ührungsform
der Fig. 1 und 2 der Fall ist, kann die Lage und die Vorschubrichtung der Elektrode
2 relativ zur Schweißzone genau bestimmt werden. Wenn die Anzeigewerte der Anzeigevorrichtung
7
für die unterschiedlichen Ausgangswerte der einzelnen Temperaturfühler
vorher so eingestellt werden, daß eine gewünschte, entsprechende Einbrandtiefe erzielt
wird - und zwar dadurch, daß von Hand oder automatisch verschiedene Schweißbedingungen
wie Schweißstrom, Spannung, Schweißgeschwindingkeit und die Lage und Vorschubrichtung
der Elektrode derart eingestellt werden, daß die entsprechenden Temperaturfühler
6 in ihren entsprechenden Meßbereichen arbeiten -, dann kann, wenn man die Temperatur
des geschmolzenen Metalls und/oder die Einbrandtiefe in die Werkstücke in Betracht
zieht, eine ausreishende und gleichmäßige Einbrandtiefe über die gesamte Länge der
Scheißnaht zuverlässig erzielt werden.
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Die vorstehende Beschreibung bezog sich darauf, daß die Werkstük ke
3 festgehalt @@@@@@@@@@, @@hrend sowohl die Schiene 5 wie auch die Elektrode 2 in
@@@@@@@@lg. 2 angedeuteten Pfeilrichtungen vorwärtsbewegt werden, je dann kann die
Anordnung auch in der Weise abgewandelt werden, das der Elektrode 2 und die Schiene
5 festgehalten werden, während die Werkstücke bewegt werden.
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Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Einrichtung zur Durchführung eines anderen
erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Schnitt, der längs der zwischen den Werkstücken
herzustellenden Schweißnacht gelegt ist. nier ist eine Unterlegschiene 5 aus Metall,
beispielsweise eine Kupferschiene vorgesehen, deren Länge im wesentlichen der gesamten
Länge der Schweißnaht entspricht, wobei diese Schiene an der gesamten tYnterseite
der Werkstücke 3 fest angebracht ist, die ihrerseits auf einer geeigneten, nicht
dargestellten Halterung befestigt sin. Unterhalb der Schiene 5 liegt verschiebbar
eine wärmeleitende Platte 9. Diese Platte besteht z.B. aus einer dünnen Kupferplatte
und ist mit einer Mehrzahl von Temperaturfühlern 6 versehen, von denen in Fig. 3
drei angedeutet sind. Diese Fühler
sind an der Unterseite der Platte
9 angebracht. Die wärmeleitende Platte 9 wird in derselben Richtung und mit derselben
Geschwindigkeit wie die Elektrode 2 mittels nicht dargestellter Antriebseinrichtungen
weiterbewegt. Bei der Einrichtung.nach Fig. 3 können sich die Demperaturfuhler 6
der wärmeleitenden Platte 9 weiterbewegen, wenn sich die Platte 9 bewegt, während
sie die Temperaturverteilung in der Kupferschiene 5 feststellen und diese an die
Anzeigevorrichtung Y weiterleiten, die die festgestellten Demperaturwerte anzeigt.
In einem solchen Fall wird der ert der von den Temperaturfühlern festgestellten
Temperaturverteilung von der vorbestimmten Wärmeverteilung abgeleitet, wobei die
Scnweißbedingungen von Hand verstellt werden, bis die vorbestimmte Wärmeverteilung
erreicht ist. 'wenn in einem solchen Fall die Verstellung Automatisch vorgenommen
wird, wird der Ausgang der Anzeigevorrichtung 7 an die automatische Steuereinrichtung
8 weitergegeben, die die Schweißbedingungen automatisch einstellt. Durch die Handeinstellung
oder die automatische Einstellung kann eine gleichmäßige und richtige Einbrandtiefe
über die gesamte Schweißnaht erzielt werden.
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Die Anordnung nach den Fig. 4 und j wird zweckmäßigerweise dann verwendet,
wenn das Verfahren gemäß der Erfindung bei einer Lichtbogenschweissung angewendet
wird, bei der auf der Unterseite der Werkstücke eine geeignet große Schweißraupe
erzeugt werden soll. Bei dieser abgeänderten Ausführungsform liegt eine leitende-
Schiene 5 mit einer verhältnismäßig breiten Äusne£imung 5a, die sich in Längsrichtung
erstreckt, unterhalb der zusammenzuschweissenden Werkstücke 3, die mit ihren Kanten
gegeneinander stoßen, welche derart schräg geschnitten sind, daß eine V-Rinne gebildet
wird. Die in Längsrichtung verlaufende Ausnehmung 5a der Schiene 5 ist mit einem
Scliweißflußmittel 10 gefüllt, das bei einer hohen
Temperatur schmelzen
kann. Dieses Flußmittel 10 verhindert, daß geschmolzenes Metall sehr schnell in
die Ausnehmung in der Schiene 5 eindringt und verzögert weiterhin das Abkühlen des
geschmolzenen Metalls, wodurch die entstehende Schweißraupe auf der Rückseite ein
gutes Aussehen erhält. Das Flußmittel 10 hat weiterhin den Vorteil, dt3 es mit dem
geschmolzenen Metall chemisch reagiert, so daß die chemische Zusammensetzung des
geschmolzenen Metalls verbessert wird. \nn die Schiene 5 derart angeordnet wird,
daß sie längs der Unterseite der werkstücke 3 verschiebbar ist, ist eine Mehrzahl
von Temperaturfühlern 6 an der Unterseite der Schiene 5 angebracht. Außerdem ist
an dem vorderen 3nde der Schiene eine schräg verlaufende Öffnung 5' vorgesehen,
die mit der Ausnehmung 5a in Verbindung steht. Bei dieser Anordnung wird das Flußmittel
10 kontintierlich von einem geeigneten, nicht dargestellten Vorrat durch die schräg
verlaufende Öffnung 5' in die Ausnehmung 5a eingeführt, während der Schweißvorgang
fortschréitet, so da jederzeit an einer Stelle vor der fortschreitenden Schweißzone
eine ausreichende ege des Flußmittels vorrätig ist. Die Schiene 5 wird in gleitender
Berührung mit den Werkstükken 9 in derselben wichtung und mit derselben Geschwindigkeit
wie die Elektrode 2 vorgeschoben, so daß die Temperaturfühler 6 stets in der vorbestimmten
Lage zur Elektrode 2 bleiben, die bei der vorhergehenden Ausführungsform erläutert
wurde. wenn jedoch die Schiene 5 fest mit der Unterseite der Werkstücke 5 verbunden
ist, wird im Gegensatz zu der erläuterten und dargestellten kurzen Schiene eine
längere Schiene aus dem gleichen Material verwendet, die im wesentlichen dieselbe
Länge besitzt wie die herzustellende ,Schwei1Snaht, wobei eine lange ausnehmung
5b über die gesamte Länge der Schiene verläuft, die so an den Werkstücken befestigt
ist, daß tie Ausnehmung zu den '#erkstücken hinzeigt. Die lange Ausnehmung 5b
der langen Schiene 5 wird in der gleichen leise mit einem biluízmittel versorgt,
wie es bei der kurzen Schiene der Fall
war. In diesem Fall ist
wieder eine wärmeleitende Platte 9 verschiebbar unter der Schiene angebracht, die
mit einer Mehrzahl von Temperaturfühlern 6 versehen ist, wie es bei der leitenden
Platte 9 der Fig. 3 erläutert wurde. Wie oben in Zusammenhang mit Fig. 3 ausfahrlich
beschrieben wurde, Kann die wärmeleitende Platte 9 in derselben Richtung und mit
derselben Geschwindigkeit wie die Elektrode 2 während des Schweißvorgangs verschoben
werden.
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Bei der-Anordnung der Fig. 4 und 5 wird das Flußmittel durch die Wärme
des geschmolzenen Metalls geschmolzen und bildet Schlacke.
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Je größer daher der Einbrand in das ,ierkstuck ist, desto größer ist
auch die Menge der erzeugten Schlacke, so daß die Schlacke einen groljen Bereich
aufweist, der die Schiene 5 berührt. Da nun der Anteil der Schlacke an einer Stelle
gerade unterhalb und in der Ilähe-des Lichtbogens 4 größer ist als an den anderen,
vom Bereich der höchsten Temperatur entfernten Stellen, nimmt die Temperatur der
Schlacke nach' außen hin ab. Weim daher die Temperatur und die Temperaturverteilung
der Wärme, die von der Scnlakke auf die Schiene übertragen wird, von den Temperaturfühlern
6 gemessen werden, kann das Fließen nach Ausmaß und Bereich und der Zustand des
geschmolzenen Metalls festgestellt werden. wenn nun die gemessenen inerte der oben
genannten FaKtoren des geschmolzenen Metalls von den vorbestimmten Werten abgeleitet
werden, können die Schweiibedingungen von Hand oder automatisch eingestellt werden,
bis aie vorbestimmten erte .wieder erreicht werden, wodurch ein gleichmäßiger und
richtiger Linbrand und ein zufriedenstellendes Anssehen der rückwärtigen Schweißraupe
Jederzeit über die gesamte Länge der Schweißnaht erzielt wird.
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Es wurden Versuche mit~Lichtbogenschweissungen mit getauchtem Lichtbogen
entsprechend dem erfindungsgemäßenVerfahren zu Verfahren mit
der
Einrichtung nach den Fig. 4 und 5 durchgeführt, deren Ergebnisse Jetzt erläutert
werden sollen. Bei jedem Versuch wurden als Werkstücke Stahlplatten mit einer Dicke
von 16 mm benutzt, die mit ihren Kanten gegeneinander gelegt wurden, wobei zwischen
den schräg abgeschnittenen Kanten eine Rinne mit einem Winkel von 900 gebildet wurde,
wie es in Fig. 9 zu erkennen ist. Unterhalb der Werkstücke war verschiebbar eine
Schiene mit einer Breite von 50 mm, einer Länge von 200 mm (gemessen in Längsrichtung
der Schweißnaht) und einer Dicke von 20 mm angeordnet. Die Schiene war mit einer
in Längserstrecung der Schiene verlaufenden Ausnehmung versehen und wies Öffnungen
an den einander gegenüberliegenden Enden auf. Die Ausnehmung besaß eine Tiefe von
2 mm und eine Breite von 20 mm. Die Ausnehmung war mit einem Flußmittel gefüllt,
das aus folgenden Gewichtsteilen bestand: 54,52% SiO2, 0,30% MnO, 1,03% FeO, 3,18%
Al2O3, 31,82% CaO 9,24% MgO, 0,40% Na2O, 0,24% K20 0,01% P, 0,942» 8, 0,?,% F und
0,20% TiO2, einschließlich Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße entsprechend
einer Siebweite größer als 0,8 mm. An der Unterseite der Schiene waren drei Thermoelemente
6a, 6b und 6c befestigt, und zwar an der Stelle A gerade unterhalb der Elektrode
sowie an den Stellen B und C, die Je 15 mm von der Stelle A im Abstand nach beiden
Seiten liegen. Mit diesen Thermoelementen wurden die Temperaturen an den drei Stellen
A, B und C gemessen. Die verwendete Elektrode war eine Dralltelektrod'e mit einem
Durchmesser von 4,8 rn. Die Schweißspannung betrug bei allen Vergucllen 30 V, während
der Schweißstrom bei einem Versuch 450 i, beim nächsten 6>0 A unu beim letzten
600 A betrug. Bei allen Versuchen wurde eine Schweißgeschwindigkeit von 40 cm/min
in der gleichen Richtung eingehalten.
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Von den Schweissungen wurden Proben entnommen, um die Ergebnisse feststellen
zu können, die unten angegeben sind.
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Probe Nr. 1 Schweißstrom 450 A Temp. der Schiene 3000 C an der Stelle
A 550° C an der Stelle B 550° C an der Stelle C Zustand der rückwärtigen Schweißraupe
ungenügender Einbrand Probe Nr. 2 Schweißstrom 600 A Temp. der Schiene 1270° C an
der Stelle A 700° C an der Stelle B 700° C an der Stelle C Zustand der rückwärtigen
Schweißraupe genügender Einbrand, Raupenhöhe 2 mm Probe Nr. 3 Schweißstrom 800 A
Temp. der Schiene 12000 C an der Stelle A 800° C an der Stelle B 800° C an der Stelle
C Zustand der rüc£w'ärtigen Schweißraupe genügender Einbrand, Raupenhöhe 2 mm Raupenbreite
6 mm.
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Aus dem Obenstehenden geht hervor, daß mit einem Schweißstrom im Bereich
von 600 bis 800 A die Temperaturen der Schiene an der Stelle A 1200° bis 1270° C
und an den Stellen B und C nur 700° bis 8000 C betragen, und daß die Schweißergebnisse
zufriedenstellend sind. Mit einem Schweißstrom von 450 A sind die Temperaturen der
Schiene an den Stellen A, B und C sämtlich gering und der Sinbrand ist nur ungenügend.
weiterhin war mit Schweißströmen über 800 A der Einbrand übermäßig groß und die
Breite der rückwärtigen Schweißraupe war unerwünscht groß.
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Die oben erläuterten Ausführungsformen betrafen Fälle, bei denen das
Ausmaß des Einbrands, die Bedingungen in den Werkstücken und die des an der Unterseite
der lWlSerkstücke fließenden geschmolzenen Metalls durch Messen der Temperatur und
der Temperaturverteilung in der Schiene bestimmt werden, die in Berührung mit der
Unterseite der Qierkstücke gehalten wird. Die vorliegende Erfindung ist auch dann
anwendbar, wenn ein halbleitendes Füllmaterial zwischen Unterseite der 'vmerkstücKe
und Oberseite der Schiene gelegt ist, wobei das Ausmaß des zinbrands und der Zustand
der Werkstücke dadurch bestimmt werden, dalv die Änderung des elektischen .iiaerstands
im Füllmaterial bei Änderung der Temperatur des Füllmaterials mit fortschreitendem
Schweißvorgang gemessen wird. binde solche Äusführungsform ist in den Fig. 6 und
7 dargestellt.
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ach den Fig. 6 und 7 ist eine verschiebbare Schiene 5, die durch eine
Kupferplatte dargestellt ist, mit einen -Närmewiderstand bildenden elektrisch isolierenden
Schichten 11 an einander gegenüberliegenden Längskanten auf einer Seite oder auf
der Oberseite und mit einer in Längsrichtuiig verlaufenden Ausnehmung 5c versehen.
Die
Schiene ist unter den Werkstücken 5 angeordnet, wobei die an den Längskanten vorgesehenen
Isolierschichten an der Unterseite der Werkstücke anliegen. Die Ausnehmung 5c ist
mit einem Füllmaterial 10 gefüllt, das die Unterraupe des geschmolzenen Metalls
einstellt und die Schmelzbedingungen des Metalls feststellt. Das Füllmaterial 10
ist vorzugsweise ein halbleitendes Material, welches bei niedrigen Temperaturen
elektrisch isoliert und bei hohen Temperaturen elektrisch leitend ist.' Das Füllmaterial
ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß es beim absinken der Temperatur vom hohen
auf den niedrigen Wert wieder elektrisch isoliert. Vorzugsweise werden als Füllmaterialien
Flußmittel für Lichtbogenschweissungen mit. verdecktem Lichtbogen, Glas, Glasbänder
und Glasfasern verwendet. Die Flußmittel können bei ihrer Verwendung als Füllmaterial
unter Druck geformtes~ Granulat seine Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich
zur Versorgung für die Schweilseinrichtung 1 noch eine Leistungsquelle 12 für die
SiIeß-oder Fülleinrichtung vorgesehen, deren einer Anschluß eleKtrisch mit den werkstücken
3 verbunden ist, während der andere elektrisch über ein Amperemeter 13 und eine
Meßeinrichtung 15, die einen widerstand 14 aufweist, mit der Schiene 5 verbunden
ist, wodurch eine Änderung des Niderstandes des Füllmaterials 10 und des durch das
Füllmaterial fliessenden Stromes durch die Meßeinrichtung 15 festgestellt werden
können.
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Bei dieser Ausführungsform ist, wenn der Einbrand nur ungenügend ist
und nicht die Unterseite der Werkstücke 3 erreicht, die auf das Füllmaterial 10
übertragene .färmemenge nur gering, sö daß auch der Bereich von geschmolzener Schlacke,
aie die Oberseite der Schiene 5 berührt, nur sehr klein i-t oder sich überhauptwkeine
Schlacke bildet. Daher wird eine leitende Verbindung zwischen den wrerkstücken 3
und der Schiene 5 mit einer kleinen Berührungsfläche hergestellt oder es kann, da
die Werkstücke
und die Schiene voneinander durch das nicht geschmolzene
Füllmaterial isoliert sind, nur ein sehr geringer Strom von der Leistungsquelle
12 durch die Werkstücke 3 zur, Schiene 5 fliessen, oder aber es fließt überhaupt
kein Strom zur Schiene. Nenn jedoch der Einbrand in die Werkstücke so gron ist,
daß die Unterseite der Werkstücke erreicht wird, wird das Füllmaterial geschmelzen
oder wegen der vom geschmolzenen Metall, das bis zur Unterseite der Scliweißzone
vorgedrungen ist, erzeugten hohen Temperatur aufgeheizt, so daß die Unterseite der
Schweißzone der Werkstücke und die benachbarte Seite der Schiene miteinander in
Berührung kommen und Strom von der Leistungsquelle 12 durch die Werkstücke 3 und
die geschmolzene Schlacke oder das Füllmaterial, das hohe Temperatur aufweist, zur
Schiene 5 fliessen kann. In rdiesem Fall ist die Temperatur der Teile der geschmolzenen
Schlacke gerade unterhalb und in der IL'ähe des Lichtbogens 4 höher als die der
übrigen Schlackenteile, die weiter vom Bogen entfernt sind. Wenn die oben genannten
Füllmaterialien auf höhere Temperaturen aufgeheizt werden, steigt die LeitfähigKeit
mit zunehmender Temperatur. Wenn beispielsweise ein Flußmittel für Lichtbogenschweißung
mit getauchtem Lichtbogen als Füllmaterial verwendet wird, fällt der elektrische
iderstand, wenn das Material auf über 12000 C erhitzt wird, scharf ab. Bei der Verwendung
von Glas, Glasband oder Glasfaser als Füllmaterial fällt der elektrische widerstand
scharf ab, wenn das Material auf über mehrere Hundert' Grad aufgeheizt wird. Da
der Strom, der von der Leistungsquelle 12 durch die Werkstücke 3 zur Schiene 5 fließt,
durch den Bereich fließt, in dem der geringste elektrische Niderstand vorliegt,
d.h. gerade unterhalb des Bogens 4, kann die Temperatur der geschmolzenen Schlacke
oder des erhöhte Temperatur aufweisenden Füllmaterials und/oder die Berührungsfläche
der geschmolzenen Schlacke mit den Vierkstücken oder der Schiene 5 dadurch festgestellt
werden, daß der Strom mittels des Amperemeters
13 gemessen wird.
Wie oben in Verbindung mit der Ausführ-ungsform nach den Fig. 4 und 5 erwähnt1 ist
das vordere Ende der verschiebbaren Schiene 5 mit einer schräg angeordneten Bohrung
5' versehen, die mit der Längsausnehmung 5c in Verbindung steht.
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Das Füllmaterial 10 wird der Ausnehmung 5c durch diese Bohrung 5'.
von einer geeigneten, nicht dargestellten Vorratsquelle bei fortschreitendem Schweißvorgang
kontinuierlich durch mechanische Mittel oder ein Trägergas zugeführt, so daß stets
an einer Stelle von der vorschreitenden Schweißzone eine gewisse Menge des Füllmaterials
vorrätig ist.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 kann die, Meßeinrichtung
5 mit kusgangsklemmen versehen sein, die mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung
verbunden sein können, welche automatisch åie Schweißbedingungen und dergleichen
einstellen kann, so daß bei einem Schweißvorgang die Steuereinrichtung durch Signale
von der I«;eiseinrichtung derart betätigt werden kann, daß sie die Schweißbedingungen
automatisch einstellt.
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weiterhin kann die Ausführungsform der Fig. 6 derart abgewandelt werden,
daß eine leitende Schiene fest mit den Werkstücken verbunden wird, wobei die Lange
der Schiene im wesentlichen der Länge der herzustellenden Schweißnaht entspricht.
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Die Anwendung des von einer Seite erfolgenden Lichtbogenschweißverfahrens
gemäß der Erfindung ist in keiner Weise auf das erläuterte Schweissen mit Richtung
nach unten begrenzt, sondern kann ebenfalls auch bei horizontalem Schweissen und
nach oben verlaufenden Schweissungen ant;ewendet werden. weiterhin läßt sich das
Verfahren
auch bei Lichtbogenschweißverfahren mit sich nicht verbrauchender Elektrode, bei
Verfahren mit abschmelzender Elektrode, bei Handschweissungen und bei automatischen
Schweissungen anwenden.
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Fig. 8 zeigt graphisch die Beziehung zwischen dem durch die geschmolzene
Schlacke fliessenden Strom und der Breite der geschmolzenen Schlacke. Diese Beziehung
oder Abhängigkeit wird durch eine Kurve a dargestellt, bei der der Bereich der geschmolzenen
Schlacke, der die Unterseite der Werkstücke 3 una die Oberseite der Schiene 5 berührt,
durch die entsprechende Breite der Schlacke W ausgedrücKt ist. Dieser ert ist auf
der Abszisse aufgetragen, während der Strom in mA, der vom Amperemeter 13 gemessen
wird, auf der Ordinate aufgetraren ist. Aus der Kurve a geht hervor, daiJ bei einer
Vergrößerung der Breite 41 der Schlakke oder bei einer Vergrößerung des Bereichs
geschmolzerler Schlacke, der die Werkstücke und die Schiene berührt, der Strom entsprechend
ansteigt, und daX, je größer die Berührungsfläche der Schlacke ist, die Schlackenmenge
vergrößert wird, und da eine größere Schlakenmenge an der Unterseite der Werkstücke
entlangfließt.
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Das bedeutet, daß ein tiefer Einbrand in die Werkstücke erhalten wird.
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Die Kurve a in big. 8 stellt demnach die Beziehung zwischen der Menge
der geschmolzenen Schlacke, die an der Unterseite der Werkstücke entlangfließt,
oder zwischen der Tiefe des Einbrands in die werkstücke und dem gemessenen Strom
dar, so dann, wenn die Schweißbedingungen oder die Lage und die Richtung der Elektrode
derart eingestellt werden, d&13 die Ablesung am Amperemeter 13 jederzeit den
vorbestimmten, gewünschten inerten entspricht, ein
gewünschter
gleichmäßiger Einbrand und eine richtige rückwärtige Schweißraupe über die gesamte
Länge der Schweißnaht erhalten werden. Versuche haben gezeigt, daS im wesentlichen
die gleiche Kurve a auch mit anderen halbleitenden Füllmaterialien erhalten wird,
die bei hohen Temperaturen leitend werden, beispielsweise mit Glaspulver, Glasfaser
oder dergleichen. Dementsprechend sind auch die Ergebnisse, die sich mit solchen
bei hohen Temperaturen leitend werdenden Laterialien erzielen lassen, dieselben
wie bei Verwendung von Flußmittel.