DE2013560C3 - Verfahren zum Lichtbogenschweißen waagerechter Kehlnähte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogen-Schmelzschweißen waagerechter Kehlnähte an Stahlteilen mit je einer vorlaufenden und nachlaufenden Abschmelzelektrode, die unterschiedliche Ströme führen. Das Verfahren wird hauptsächlich beim Verbinden des Gurtbleches mit dem senkrecht auf ihm stehenden Stegblech eines T-Profilträgers angewendet.

Beim herkömmlichen Waagerecht-Kehlnahtschweißen nach automatischen Verfahren, wie Tauchiichtbogenschweißen, Kohlendioxid-Lichtbogenschweißen und offenem Lichtbogenschweißen, kommt es häufig vor, daß Schweißfehler, wie Lunker oder Blasen, in der Schweißnaht auftreten, wenn die zu verschweißenden Platten mit Überzügen aus Substanzen versehen sind, die in der Schweißnaht Gasblasen oder Poren bilden. Die zu verschweißenden Platten können beispielsweise mit einer Waschgrundierung, einer zinkreichen oder auch zinkfreien Epoxygrundierung und zusätzlich noch mit einem Lack überzogen sein. Die im Überzug bzw. Lack enthaltenen organischen Stoffe werden verbrannt und in Gase umgewandelt, die durch den Schweiß-Lichtbogen im Schweißmaterial eingeschlossen werden, so daß sie die genannten Fehler hervorrufen.

Es ist zwar möglich, mit außerordentlich geringer Geschwindigkeit so zu schweißen, daß durch Verbrennung oder Zersetzung der genannten Stoffe gebildetes Gas aus dem verschweißten Metall entweichen kann, da die Verfestigung des Schweißmetalls äußerst langsam vor sich geht. Schweißverfahren, die ein außergewöhnlich langsames Aufbringen des Schweißmetalls erfordern, besitzen jedoch den sehr schwerwiegenden Nachteil außerordentlich hoher Kosten und niedrigen Ausstoßes in Verbindung mit Schwierigkeiten beim Schweißen von kurzen Schweißnähten.

Aufgabe der Erfindung ist mithin die Schaffung eines Schweißverfahrens, das die schnelle Aufbringung von Kehlschweißnähten an den Schnittpunkten von senkrecht zueinander stehenden Platten in der Weise ermöglicht, daß Schweißfeb'er, wie Blasen und Lunker, völlig ausgeschaltet v/erden, selbst wenn die zu schweißenden Platten Überzüge aar vorher genannten Art besitzen,

Die Eifindiing besteht darin, daß bei einem Schweißvcrfabren der eingangs bezeichneten Gattung die vorlaufende Elektrode einen etwa halb so großen Schweißstrom führt wie die nachlaufende Elektrode,

Der die vorlaufende Elektrode speisende Schweißstrom dient primär zum Wegbrennen der auf den Stahlplatten befindlichen Farbe bzw, des Lackes, während der etwa doppelt so große, an die nachlaufende Elektrode angelegte Schweißstrom die Schweißnaht erneut an- bzw, aufschmilzt, wobei die in der anfänglichen Schweißnaht zurückgebliebenen organischen Stoffe weiter verbrannt oder aufgelöst oder verdampft werden und ohne weiteres aus dem Schweißmetall entweichen können. Auf diese Weise wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Entstehung von Blasen, Lunkern und anderen Fehlern in der Schweißnaht verhindert.

Eine zweckmäßige Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß als zu schweißende Platten eine Grundplatte und eine senkrecht dazu stehende Versteifungsplatte verwendet werden, welche mit eine.· Kante mit der Grundplatte in Berührung steht und mit dieser eine die Schweißnaht aufnehmende Schnittstelle bildet, und daß die vorlaufende Elektrode unter einem Winkel von 50 bis 60° und die nachlaufende Elektrode unter einem Winkel von 45 bis 50° zur Grundplatte gehalten wird.

Im folgenden ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zum Ziehen einer Kehlschweißnaht an der Schnittstelle zwischen zwei senkrecht zueinander stehenden Platten,

Fig. 2a eim,- schematische Darstellung der ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine Kehlschweißnaht mittels einer vorlaufenden Elektrode gezogen wird, und

Fig. 2b eine Fig. 2a ähnelnde Darstellung des letzten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine nachlaufende Elektrode die endgültige Schweißnaht aufbringt.

Bei den herkömmlichen Schweißverfahren unter Verwendung einer einzelnen Elektrode ist es schwierig, die Bildung von Blasen oder Lunkern zu vermeiden, da die richtigen Schweißbedingungen nicht ohne weiteres auswählbar sind. Außerdem ist es nicht wirtschaftlich, vor dem Elektrodenschweißen die Schweißstelle mittels einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme abzubrennen.

Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Verfahren handelt es sich um das derzeit am weitesten verbreitete. F i g. 1 zeigt schematisch eine vorlaufende Elektrode 3 und eine nachlaufende Elektrode 4, die in einem vorgegebenen Abstand hintereinander angeordnet sind, so daß die zuerst arbeitende Elektrode 3 während des Schweißvorganges zuerst eine anfängliche Schweißnaht ausbildet, während dann durch die nachlaufende Elektrode 4 die endgültige Schweißnaht gezogen wird. Selbstverständlich ist es möglich, die V ah\r%nVitcrfVt\tioi(\ttnn oti^li or* Aar at*Aa**&*\ CntinWf »wiiiuutntiviirrviMuiig uuvu uu \*\*t w»*»jw***»i vwJii»*-*" stelle zu ziehen, um zwischen den beiden Platten 1

und 2 einen T-Stoß herzustellen, Die vorlaufende Eiu-ktrodc 3 ist normalerweise unier einem Winke! von 45 bis 60° gegenüber der Grundplatte 1 angeordnet. Herkömmlicherweisc ist der an die vorlaufende Elektrode 3 angelegte Schweißstrom größer als der an die nachlaufende Elektrode 4 angelegte Schweißstrom, so daß die vorlaufende Elektrode 3 die Platte sowie den Schweißstab bzw.-draht schmilzt und einen in F i g. 1 angedeuteten Schweißwulst 5 bildet. Der an die vorlaufende Elektrode 3 angelegte Schsveißstrom zersetzt den auf den Stahlplatte)! 1 und 2 befindlichen Farbüberzug oder ähnlichen Überzug und verbrennt diesen während der Ausbildung des Schweißwulstes 5. Die nachlaufende Elektrode 4 ist normalerweise unter einem Winkel von 45 bis 50° gegenüber der Grundplatte 1 angeordnet, und der ihr zugeführte Schweißstrom beträgt bei üblichen Schweißverfahren etwa 80%> des an die vorlaufende Elektrode 3 angelegten Stromes. Infolgedessen erzeugt die nachlaufende Elektrode 4 einen in F i g. 1 schematisch angedeuteten Schweißwulst 6.

Bei diesem Schweißverfahren ist der an die vorlaufende Elektrode 3 eingelegte Schweißstrom jedoch bestimmungsgemäß ausschließlich für das Zusammenschweißen der Platten bemessen, so daß die auf den Platten befindlichen Überzüge nicht vollständig weggebrannt werden. Der an die nachlaufende Elektrode 4 angelegte geringere Schweißstrom bewirkt lediglich die Fertigstellung der Schweißung, so daß bei diesem herkömmlichen Verfahren häufig Schweißfehler, wie Blasen oder Lunker, auftreten. Es ist zwar bekannt, diese Mangel dadurch auszuschalten, daß die Überzüge vorher entfernt werden — beispielsweise durch mechanische Mittel, wie Schleif- oder Drahtbürstenscheiben. Diese Abtragungsverfahren erfordern jedoch einen großen Arbeitsaufwand, so daß die Fertigungskosten in unerwünschtem Maße erhöht werden. Es ist auch bereits versucht worden, einen Überzug in Form eines sehr dünnen Films vorzusehen, jedoch kompliziert diese Maßnahme das Verfahren in ungünstiger Weise und beeinträchtigt die Rostbeständigkeit des Metalls.

Aus den das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulichenden F i g. 2 a und 2 b ist ersichtlich, daß eine aus Stahl cd. dgl. bestehende Grundplatte 11 an ihrer Oberseite mit der Unterkante einer ebenfalls aus Stahl od. dgl. bestehenden Versteifungsplatte 12 in Berührung steht, die senkrecht zur Platte 11 angeordnet ist. Gemäß den F i g. 2 a und 2 b findet die Ablagerung der Kehlschweißnähte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an der rechten Seite der Platte 12 statt, doch wird der gleiche Arbeitsgang auch an der linken Seite durchgeführt, um /mischen den beiden Platten einen T-Stoß zu bilden. Gemäß Fig. 2a ist die vorlaufende Elektrode 13 unter einem Winkel von 50 bis 60° /ur Grundplatte 11 angeordnet. An die Elektrode 13 wird Schweißstrom angelegt, so daß eine Schweißwulst 14 ausgebildet wird. Fig. 2a zeigt schematisch die Stellen bzw. Bereiche 15-1, 15-2 und 15-3 an den Platten 11 und 12, an denen durch die vorlaufende Elektrode 13 Lack und andere unerwünschte Überzüge weggebrannt werden.

Gemäß F i g. 2b ist din nachlaufende Elektrode 16 unter einem Winkel von 45 bis 50° zur Grundplatte 11 angeordnet. An die nachlaufende Elektrode 16 wird ein Schweißstrom angelegt, άετ wesentlich größer ist als derjenige, der an die vorlaufende Elektrode angelegt wird, so daß infolgedessen ein Schweißwulst 17 gebildet werden kann, der den anfänglichen Schweißwulst 14 vollständig umschließt, Mit anderen Worten: Es reicht die Größe des ctwd doppelt so hohen, an die nachlaufende Elektrode 16 angelegten Schweißstrcmes aus, den anfänglichen Schweißwulst 14 zum Schmelzen zu bringen und somit auf höchst zuverlässige Weise alle eingeschlossenen gasförmigen Produkte u, dgl. freizusetzen,

Zum besseren Verständnis ist die Erfindung im folgenden in einem Versuch beschrieben, der die obenerwähnten Merkmale der Erfindung veranschaulicht.

Versuch

a) Schweißdraht: nachlauf ender
Draht 4,8 mm

Durchmesser,

b) Schweißbedingungen der
nachlaufenden Elektiode; Schweißstrom

520A₁
ao 34 bis 35 V,

c) Stahlplatte: Zinkfarbe,

Überzugsdicke
20 bis 25 μηι,

d) Aufbringungs-

geschwindigkeit: 60 cm/min.

*° Anmerkung:

D — instabiler Lichtbogen.

O = keine Fehler beim Schweißen.

X = Fehler beim Schweißen.

Wie aus dem Versuch hervorgeht, wurde der an die vorlaufende Elektrode angelegte Schweißstrom stufenweise um die in der Tabelle angegebenen Beträge geändert, während der an die nachlaufende Elektrode angelegte Schweißstrom konstant auf 520 A gehalten wurde. Wenn die vorlaufende Elektrode mit einem Schweißstrom von 200 A beschickt wurde, trat unabhängig vom Durchmesser des Schweißdrahtes ein instabiler Lichtbogen auf. Bei Anlegung eines Schweißstromes von 250 A an die vorlaufende Elektrode wurden bessere Ergebnisse mit einem Schweißstab bzw. -draht kleineren Durchmessers erzielt. Wenn der an die vorlaufende Elektrode angelegte Schweißstrom jedoch einen Wert von 300 A besaß, wurden unabhängig vom Schweißdraht-Durchmesser optimale Schweißergebnisse erzielt. Wenn dann der an die vorlaufende Elektrode angelegte Schweißstrom erhöht wurde, so daß er sich dem Schweißstrom der nachlaufenden Elektrode annäherte und diesen sogar überstieg, traten an den Schweißstellen in zunehmendem Maße Blasen bzw. Lunker auf. Wie die Tabelle im einzelnen zeigt, konnten optimale Schweißergebnisse somit nui dann erzielt werden, wenn der Schweißstrom der vorlaufenden Elek-

Schweißstrom der	Drahtdurchmesser	2,4 mm	3,2 mm
vorlaufenden		DD	DD
Elektrode	2,0 mm	OO	DD
200A	DD	OO	OO
250A	OO	XX	OO
300A	OO	XX	XX
350A	XX	XX	XX
400A	XX	XX	XX
45OA	XX	XX	XX
500A	XX
600A	XX

trode erheblich unter demjenigen der nachlaufenden Elektrode lag, nämlich etwa die Hälfte des Schweißstromes der nachlaufenden Elektrode betrug.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist mithin ersichtlich, daß bei dem in F i g. 2 veranschaulichten erfindungsgemäßen Verfahren die Ausbildung der anfänglichen Schweißnaht mittels der vorlaufenden Elektrode 13 (Fig.2a) dem Einfluß der beschichteten bzw. überzogenen Bereiche 15-1, 15-2, 15-3 unterworfen ist, wobei tatsächlich Blasen bzw. Lunker auftreten. Infolge des an die nachlaufende Elektrode

angelegten wesentlich größeren Stromes, der etwa das Doppelte des Stromes der vorlaufenden Elektrode beträgt, wird die gesamte anfängliche Schweißnaht geschmolzen, so daß '.ie zu einem einheitlichen Teil der endgültigen Schweißnaht wird, während gleichzeitig infolge des Schmelzcns der gesamten Schweißnaht mittels der nachlaufenden Elektrode alle gasförmigen Produkte beseitigt bzw. entfernt werden, so daß die Entstehung von Blasen oder Lunkern in der endgültigen Schweißnaht vollständig ausgeschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Lichtbogen-Scbmclzschweißen waagerechter KelilniilHc an Stahlteilcn mit je einer vorlaufenden und nachlaufenden Abschmelzelektrode, die unterschiedliche Ströme führen, dadurch gekennzeichnet, el a 13 die vorlaufende Elektrode (13) einen etwa halb so großen Schweißstrom führt wie die nachlau- »o fende Elektrode (16),

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zu schweißende Platten eine Grundplatte (11) und eine senkrecht dazu stehende Versteifungsplatte (12) verwendet werden, welche mit einer Kante mit der Grundplatte (11) in Berührung steht und mit dieser eine die Schweißnaht aufnehmende Schnittstelle bildet, und daß die vorlaufende Elektrode (13) unter einem Winkel von 50 bis 60° und die nachlau- z° fende Elektrode (16) unter einem Winkel von 45 bis 50° zur Grundplatte (11) gehalten wird.