DE1953892A1

DE1953892A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE1953892A1
Application number: DE19691953892
Authority: DE
Inventors: Verhagen Johannes Gerardus; Willems Gerardus Antoniu Maria; Tichelaar Gerrit Willem
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1968-11-16
Filing date: 1969-10-25
Publication date: 1970-06-18
Also published as: JPS4841823B1; FR2023485A1; US3612817A; NL6816388A; BE741746A

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweissen¹

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren

und eine Vorrichtung zum senkrechten elektrischen Lichtbogenschweissen, bei dem in einen Schutzgasatmosphäre ein in den Raum zwischen Werkstücken eingeführter Elektrodendraht, dessen Ende in einer waagerechten Ebene bewegt wird, durch einen Lichtbogen zum Schmelzen gebracht wird, wobei ein seitliches Abfliessen noch nicht erstarrten Metalls aus diesem Raum durch meistens aus Kupfer bestehende Hilfsstücke, die dem Schmelzbad folgen, verhindert wird.

Dieses aus "Welding and Metal Fabrication" 26 (1958), S. 289 bekannte Schweissverfahren, das als "Verschalungsschwelssen in einem Schutzgas" bezeichnet werden kann, kann zum Vollschweissen in einem Arbeitsgang von Nähten verschiedener Form, insbesondere I- und V-Nähten, angewandt werden.

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Beim Durchführen dieses Verfahrens wird der

Elektrodendraht über ein als Stromzuführung: dienendes Kontaktglied, das sich teilweise zwischen den Werkstücken in einem geringen Abstand oberhalb des Schmelzbades befindet, zugeführt. Es tritt dann eine störende Erhitzung des Kontaktgliedes und eine Verschmutzung durch Spritzen auf. Ausserdem ist man in der Wahl des Abstandes zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen und insbesondere in der Wahl des Zugangsspaltes zwischen diesen Teilen beschränkt. Untersuchungen, die zu der Erfindung geführt haben, haben ergeben, dass diese Nachteile stark verringert werden können, wenn das stromführende Kontaktglied beim Schweissen ausserhalb des Raumes gehalten wird, der von den miteinander zu verbindenden Teilen und den Hilfsstücken begrenzt wird, und wenn der Elektronendraht seitlich durch einen Spalt zwischen diesen Teilen in gekrümmten Zustand zugeführt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum senkrechten Schweissen, bei dem in einer Schutzgasatmosphäre ein in den Raum zwischen den Werkstücken eingeführter Elektrodendraht, dessen Ende in einer waagerechten Ebene bewegt wird, durch einen Lichtbogen zum Schmelzen gebracht wird, wobei ein seitliches Abfliessen noch nicht erstarrten Metalls aus diesem Raum durch Hilfsstücke verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodendraht über ein als Stromzufuhr dienendes Kontaktglied, das sich ausserhalb des erwähnten Raumes befindet, mit einer derartiger Krümmung zugeführt wird, dass das abschmelzende Ende des Drahtes über den gesamten Querschnitt

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dieses Raumes nahezu senkrecht auf das Schmelzbad gerichtet werden kann.

Dabei kann manchmal die Krümmung benutzt werden, die der Draht nach Abwicklung von einer Haspel aufweist. Die bei automatischen Schweissverfahren üblichen Massnahmen zum Strecken des zugeführten Elektrodendrahtes sollen dann naturgemäss unterlassen werden.

Im allgemeinen muss der Draht jedoch zusätzlich gekrümmt werden, damit der Draht durch den Zugangsspalt zu dem Raum, in dem die Schweissverbindung hergestellt wird, ausser Berührung mit dem auf dieser Seite befindlichen Verschalungshilfsstück bis auf geringe Entfernung von diesem Hilfsstück nahezu senkrecht auf das Schmelzbad gerichtet werden kann, ohne dass die aus dem Kontaktglied hervorragende Länge des Drahtes derart gross gewählt werden muss, dass die Führung des Drahtes über dem Schmelzbad und die Ei^hitzung des freien Drahtendes durch Stromdurchgang Schwierigkeiten herbeiführen. Zu diesem Zweck muss z.B. beim Schweissen einer I-Naht zwischen Platten der Krümmungsradius mindestens gleich der Dicke der Platten und in praktischen Fällen, wie beim Schweissen von Plattenmaterial mit einer Dicke von 10 - 30 mm gleich höchstens 150 mm gewählt werden.

Die Dicke des Schweissdrahtes muss der Breite des verfügbaren Zugangsspaltes zwischen den miteinander zu verbindenden Werkstücken angepasst werden. Die Drahtdicke muss im allgemeinen mindestens 3 nun kleiner als die Breite des Spaltes sein. Ein Draht mit einer Dicke unterhalb 1-g- mm ist wegen des zu hohen elektrischen Widerstandes bei den zu verwendenden

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BAD 0&?

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grossen Stromstärken nicht geeignet.

Die Bogenlänge muss mindestens derart gross

gewählt werden, dass die Ränder der Werkstücke an der Stelle der Verschalungshilfsstücke in genügendem Masse schmelzen können und Kurzschluss des Bogens möglichst vermieden wird.

Ein Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung im Vergleich zu den bekannten Verfahren besteht darin, dass das Kontaktglied nicht oder nahezu nicht durch die Strahlung des Schweissbogens erhitzt und durch Spritzen kaum verschmutzt wird und dass sogar bei engen Zugangsspalten von 6-10 mm Schweissverbindungen hoher Güte hergestellt werden können. Ausserdem wird infolge der grossen hervorragenden Länge des Elektrodendrahtes aus dem Kontaktglied und des sich daraus ergebenden elektrischen Widerstandes dieses Drahtes durch Stromdurchgang eine Vorerhitzung des Drahtendes erzielt, die, wie aus der französischen Patentschrift 920.6o4 an sich bekannt ist, einen höheren Wirkungsgrad des Schweissvorgangs, ein schnelleres Abschmelzen von Schweissmetall und eine Verkleinerung der durch Wärme beeinflussten Zone in den Werkstücken bewirkt. Die Verkleinerung dieser Zone ist insbesondere bei schmalen Schweissnähten beträchtlich infolge der dann auftretenden grossen Geschwindigkeit, mit der der Spiegel des geschmolzenen Metalls ansteigt.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung, die sich besonders zum Durchführen des obenbeschriebenen Verfahrens eignet.

Diese Vorrichtung enthält, wie üblich, ein

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Kontaktglied zum Zuführen des Elektrodendrahtes, eine Zuführleitung für Schutzgas und Hilfsstücke, die das Abfliessen noch nicht erstarrten Metalls verhindern und ferner Mittel, mit deren Hilfe eine in ihrer Richtung und Geschwindigkeit regelbare Bewegung der erwähnten Teile in bezug auf die Werkstücke erhalten werden kann. Die "Vorrichtung nach der Erfindung unterscheidet sich dadurch von den bekannten Vorrichtungen, dass Mittel zum Erzielen einer Drahtkrümmung, wie Biegerollen oder stillstehende Druckglieder, vorgesehen sind. Es ist vorteilhaft, wenn diese Mittel derart ausgebildet werden, dass die Drahtkrümmung geregelt werden kann. ·

Auch kann die Drahtkrümmung einfach mit Hilfe

eines gekrümmten rohrförmigen Kontaktgliedes erhalten werden. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass Verfahren zum automatischen elektrischen Lichtbogenschweissen, bei denen das Kontaktglied für den Elektrodendraht ausserhalb der Schweissnut liegt, an sich längst bekannt sind ("Schweissen und Schneiden" 8 (1957) 2 S. 50 und folgende). Kürzlich wurde in "Welding Journal" 48 von 1967, 11, S. 905, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum waagerechten Schweissen in einer schützenden Gasatmosphäre von schmalen I-Nähten beschrieben, bei dem das Kontaktglied gleichfalls ausserhalb des Schweisspaltes gehalten und eine grosse hervorragende Länge des Elektrodendrahtes angewandt wird.

Bei diesem bekannten Verfahren hat eine Krümmung des Elektrodendrahtes keine günstige Wirkung} sogar wird eine gegebenenfalls auftretende natürliche Krümmung durch eine Streck-

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bearbeitung korrigiert, damit eine richtige Orientierung des Drahtes in bezug auf das Schmelzbad erleichtert wird.

Nach der Erfindung ist hingegen die Krümmung des Drahtes von wesentlicher Bedeutung, um beim senkrechten Verschalungsschweissen eine richtige etwa senkrechte Lage des Drahtes in bezug auf das Schemlzbad zu erzielen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Figuren 1 und 2 der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines

Schwelssapparates. Dabei bezeichnet 1 einen Schweissdraht, der von der Haspel 2 mit Hilfe der Rollen 3 über ein rohrförmiges Kontaktglied h zugeführt wird. In diesem Kontaktglied ist eine Vorrichtung 5 angeordnet, in der dem Schweissdraht 1 mit Hilfe einiger (in der Zeichnung nicht dargestellter) Biegerollen eine gewünschte Krümmung erteilt werden kann.

Ferner zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch die

Schweissnaht zwischen den Werkstücken, während Fig. 2 noch eine Draufsicht auf einen Teil der Anordnung zeigt.

Die unterschiedlichen Teile sind in den beiden Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Mit 6 und 7 sind zwei durch eine senkrechte

I-Naht miteinander zu verbindende plattenförmige Werkstücke bezeichnet. Der Spalt zwischen den Platten 6 und 7 ist von dem stillstehenden Kupf»rrerschalungsstreifen 8 und dem bewegbaren gleichfalls aus Kupfer bestehenden Verschalungsblock 9 verschlossen. Die Verschalung ist auch in Fig. 1 in Ansicht dargestellt.

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Der Block 9 ist mit einer Gaszuführleitung 10

zur Erzielung einer schützenden Gasatmosphäre in dem Schweissspalt versehen. Ferner ist dieser Block mit einer Höhlung für Wasserkühlung und Zu- und Abfuhrrohren 11 und 12 für Kühlwasser versehen.

Durch das Vorhandensein der Verschalungsteile

8 und 9 wird verhindert, dass geschmolzenes Metall des Schmelzbades 13 oberhalb der Schweissnaht 14 abfliesst.

Schliesslich sind (in der Zeichnung nicht dargestellte) Mittel vorgesehen, mit deren Hilfe bei ansteigendem Spiegel des Schmelzbades sowohl die Zufuhreinrichtung für den Elektrodendraht wie auch der Verschalungsblock 9 nach oben bewegt werden können.

In der nachstehenden Tabelle I sind Beispiele

des erfindungsgemässen Schweissvorgangs angegeben. Der Vollständigkeit halber sei dabei nicht erwähnt, dass das Schutzgas mit einer Geschwindigkeit von 20 l/min in den Schweissspalt eingeführt wurde.

In der Tabelle sind die verwendeten Elektrodendrähte als die Arten a und b angedeutet.

Draht a ist ein massiver Stahldraht, der 1,8 % Mangan, 0,8$ Silicium und 0,1$ Kohlenstoff enthält.

Draht b ist ein Elektrodendraht, der aus einem Mantel aus einem auf bekannte Weise zu einem Rohr gefalteten Stahlband mit einem Calciumcarbonat und Calciumfluorid enthaltenden Kern besteht, wobei die Zusammensetzung des Drahtes folgende ist;

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2,5$ CaCO , 1$ CaF₂, 1,8$ Mn, 0,8$ Si, 0,1 C, Rest Eisen.

In der letzten Spalte der Tabelle ist noch

für verschiedene Beispiele die Geschwindigkeit (in cm/min) erwähnt, mit den'der Pegel des Schmelzbades ansteigt.

Das Ende des Elektrodendrahtes wurde beim

Schweissen, wie üblich, über dem Schmelzbad hin und herbewegt.

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Tabelle I

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XT Λ	Plattonmaterial	Güte	Naht	Form	Breite	Elektrodendralit	Art	Durch	hervor	Krüm	Gas	StrOm-	Strom	Elek- Γ* *^? ^v #■! ^\ t^l	Steig-	to	14
JNO ·	Dicke				in mm			messer ό.λ mm	ragende Länge	mungs radius		s x> ar Jtce	span	OrOuBu	Eje scxiw in"	18
	in mm	St 37	I		a			in mm		in Amp.	nung in V	pola- rität	digkeit in cm/min.	7
		St 37	I	8	b	2,5	75	120	CO					13
1	26	St 37	I	6	b	2,0	30	80	*⁰⁰I*	400	-38	—		*⁹ ~t*
2	12	St 37	I	6	a	2,0	60	100	CO*	280	30	_		6 to
3	26	St 37	I	6	a	2,5	60	100	CO?	280	30	—		5 <*
4	26	St 37	I	8,5	b	2,5	60	100	CO^	400	36		16	9 O^
5	26	St 37	I	6	b	2,0	60	100	^C02	400	36		11,5	12 °°
6	26	st 37	I	6	b	2,0	60	100	^C02	390	34	—	18	η CD
7	26	St 37	I	7	b	2,0	60	100	co?	450	36	—	19	6 ^
8	26	St 41	I	7	b	2,4	70	120	co;	4oo	36	+	14	10
9	26	St 37	I	7	b	2,2	65	100	co;	350	30	+	9	9
10	26	st 37	V5°	9	b	2,2	65	100	co*	340	30	+	9	3
11	26	St 37	V5°	5bis8	b	1,8	60	100	co?	330	28	—
12	26	St 37	I	5bis8	b	1,8	60	100	co?	200	30	—
13	26	St 37	I	7,5	a	1,8	50	80	^C02	340	33
14	26	St 52	I	13	b	2,5	60	100	CO?	360	32	-
15	26	St 41	I	7	b	1,8	50	80	^C02	4oo	36	-
16	19	St 37	I	7	b	1,8	50	80	co\|	280	30	-
17	26	St 37	I	10	a	2,2	50	80	A ²	280	30	-
18	26	st 37	I	10	a	2,0	50	8O	A	350	27	+
19	26	St 37	I	10	a	2,0	50	80	A	220	22	+
20	26	St 37	Yk5°	10	a	2,0	50	80	A	320	26	+
21	26	St 37	I	6bis24	b	2,0	50	80	CO	400	30	+
22	26	St 37	I	10	b	2,2	50	80		46o	37	+
23	26	St 37	I	10	b	2,2	50	80	A	24o	24	+
24	26	St 37	I	10	b	2,2	50	80	He	4oo	36	+
25	26	10	2,2	50	80	He	4oo	35	+
26	26		220	22	+

/) 80A+15C0 +5 0,

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Die erzielten Söhweissergebnisse waren vorzüglich. Die Schweissverbindungen hatten ein sauberes Aussehen. Auch der. Einbrand war genügend, so dass ein vollständiges Anfliessen des Schweissmetalls bis an die Ränder der verschweissten Platten erhalten wurde.

Um einen weiteren Eindruck der Schweissergebnisse zu geben, ist in der nachstehenden Tabelle II für die Beispiele 10, 16 und 17 die Kerbschlagzähigkeit in der Schweissverbindung bei verschiedenen Temperaturen an Hand mehrerer Messungen angegeben.

In Tabelle III sind schliesslich noch Messergebnisse der Kerbschlagzähigkeit in dem Plattenmaterial in verschiedenen Abständen von der Schmelzlinie bei der Schweissverbindung nach Beispiel 10 angeführt. Daraus geht hervor, dass die durch Wärme beeinflusste Zone in den verschweissten Platten klein ist.

Die Kerbschlagzähigkeit ist nach Charpy an Versuchsstäben von 10 χ 10 χ 55 nun mit einer V-Kerbe mit einer Tiefe von 2 mm gemessen. Der Winkel der V-Kerbe war k5 und

der Krümmungsradius betrug 0,25 mm. Die Werte sind in kg/cm angegeben.

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Tabelle II

	Kerbschlagzähigkeit der Schwelssverbindung	in Kfim/cm	Beispiel Nr.17
		Beispiel Nr.16
Temperatur	Beispiel· Nr. 10	2,9
-4o°c		3,9
		5,9	5,1
		6,1	7,7
-20°C	7,7	5,1
	5,5	6,7	11,7
	9,0	6,7
O⁰C	12,5	7,2
	1^,5	8,0	1^,5
	16,0	10,0	15,2
₊20°C		10, 1	19,^
		11,2
		12,7
+90°C		13,9

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Tabelle III

	Kerbschlagfähigjceit :	in Kg/cm	im Plattenmaterial	3 mm	5	mm	10 mm
	gemessen	in verschiedenen Abständen von der	15,9		17,5	10,6
		Schmelzlinie	15,6		12,0	8,7
Temp. Abstand	1 mm		16,0		13,7	11,5
-20°C	5,2		18,2		17,2	16, 1
	13,2		17,6		16, 1	16,5
	4,6		16,2		16,9	16,1
0°C	16,9
	4,4
	15,4
2 mm
15,7
10, 1
13,4
16,2
17,6
17,7

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Claims

1. J Verfahren zum senkrechten Schweissen, bei dem

xneiner Schutzgasatmosphäre ein in den Raum zwischen Werkstücken eingeführter Elektrodendraht, dessen Ende in einer waagerechten Ebene bewegt wird, durch einen Lichtbogen zum Schmelzen gebracht wird, wobei ein seitliches Abfliessen noch nicht erstarrten Metalls aus diesem Raum durch Hilfsstücke verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodendraht über ein als Stromzufuhr dienendes Kontaktglied, das sich ausserhalb des erwähnten Raumes befindet, mit einer derartigen Krümmung zugeführt wird, dass das abschmelzende Ende des Drahtes über den gesamten Querschnitt dieses Raumes nahezu senkrecht auf das Schmelzbad gerichtet werden kann.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Elektrodendraht einen Krümmungsradius von höchstens 15 cm aufweist.

3. Verfahren nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der beim Schweissen verwendete Draht eine Dicke aufweist, die mindestens 3 mm geringer als die Breite des Zugangsspaltes zwischen den miteinander zu verbindenden Werkstücken ist.

h. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekenn

zeichnet, dass beim Schweissen ein Draht verwendet wird, der eine Dicke über λ\ mm hat.

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis h_%

dadurch gekennzeichnet, dass Werkstücke verschwelest werden, die derart angeordnet sind, dass der Zugangsspalt zu dem Raum zwischen den Werkstücken ein© Breite von;6 - 10 mm hat.

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6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach

den Ansprüchen 1 bis 5» die ein Kontaktglied zum Zuführen des Elektrodendrahtes, eine Zufuhrleitung für Schutzgas und Hilfsstücke enthält, die das Abfliessen noch nicht erstarrten Metalls verhindern, während ferner Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe eine in ihrer Richtung und Geschwindigkeit regelbare Bewegung der erwähnten Teile in bezug auf die Werkstücke erhalten werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erzielung einer Drahtlcrümmung vorhanden sind. 7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der Drahtkrümmung Biegerollen angewandt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn

zeichnet, dass zur Erzielung der Drahtkrümmung ein gekrümmtes rohrförmiges Kontaktglied angewandt wird.

9» Durch ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5

und/oder mit Hilfe der Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8 verschweisste Werkstücke.

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.>* · ORIGINAL INSPECTEO