DE2018638A1

DE2018638A1 - Verfahren und Einrichtung zum Schweißen und Schneiden mit elektrischem Lichtbogen

Info

Publication number: DE2018638A1
Application number: DE19702018638
Authority: DE
Inventors: χ 402 Halle Schell hase Martin Dipl Ing χ 3019 Magdeburg Kraus Werner χ 402 Halle Echtermeyer Fritz
Original assignee: Zentralinstitut tür Schweißtechnik der DDR, χ 4030 Halle (Saale)
Priority date: 1969-06-23
Filing date: 1970-04-18
Publication date: 1971-01-14
Also published as: FR2052297A5

Description

Anmelder :

Zentralinstitüt für Schweißtechnik der BDE 403 Halle (Saale), Köthener Str. 33a

Verfahren und Einrichtung zum Schweißen und Schneiden mit elektrischem Lichtbogen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum vorzugsweise mechanisierten und automatisierten Schweißen und Schneiden mittels einem oder mehrerer elektrischer Lichtbogen und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es sind Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen bekannt, bei denen die abschmelzende oder nichtabschmelzende Elektrode an einem Pol und das Werkstück am anderen Pol einer zweiphasigen Stromquelle angeschlossen sind. Bei diesen Verfahren schmilzt der Lichtbogen als Wärmequelle den Grundwerkstoff und Je nach Verfahren auch den Zusatzwerkstoff auf. Als Hilfsstoffe werden Schweißpulver zur Beeinflussung der metallurgischen Reaktion sowie der Fahtformgebung benutzt. Unter diese Verfahren fallen neben dem Lichtbogen-Hand-Schweißen vor allem die Hochleistungsschweißverfahren wie WIG-, MIG-, CO₂- _t Arcatom- und UP-Schweißen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, mit zwei oder mehreren Elektroden ein Werkstück zweiseitig zu schweißen. Dabei weisen die Elektroden beiderseits des Werkstückes gleiche Polung auf, während das Werkstück den anderen Pol darstellt.

Ebenfalls vorgeschlagen wurde bereits das Schweißen mit Drehstrom, wobei zwei auf der gleichen Seite des Werkstückes angeordnete Elektroden je einen Pol darstellen und der dcitte Pol am Werkstück anliegt.

009883/1404

Bekannt ist weiterhin das thermische Trennen elektrisch leitender Werkstoffe mit einem elektrischen Lichtbogen, bei dem ebenfalls die nichtabschmelzende Elektrode und das Werkstück an je einem Pol einer zweiphasigen Stromquelle angeschlossen sind·

Der Nachteil dieser Verfahren ist, daß das Werkstück immer an einem Pol der Schweißstromquelle angeschlossen ist. Die Spannung des Scbweißstromes darf deshalb einen festgelegten Betrag, die sog. Schutzspannung, nicht überschreiten, damit Personen durch Berührung des Werkstückes nicht gefährdet werden. Bei diesen Verfahren ist daher für die Schweißstromversorgung ein großer und teurer Maschinenpark von Gleichrichtern, Umformern und Transformatoren mit unterschiedlichen Charakteristiken erforderlich. Infolge der aufwendigen Schaltung und Bauweise der Stromquellen wird die elektrische Energie nicht in optimaler Weise ausgenutzt·

Zweck der Erfindung ist es, den Einsatz von aufwendigen Stromquellen für das Lichtbogenschweißen zu vermeiden und eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rationelles und leistungsfähiges Verfahren zum Schweißen und Schneiden mit elektrischem Lichtbogen zu finden.

Erfindungsgemäß wird zwischen zwei oder mehreren, vorzugsweise paarweise angeordneten nichtabschmelzenden oder abschmelzenden Elektroden ein Lichtbogen mit Gleich- oder Wechselspannung beliebiger Höhe gezündet und ein durch diesen Lichtbogen hindurchgeführtes Werkstück aufgeschmolzen, wobei je nach den gewählten Schweißparametern das Werkstück verbunden oder thermisch getrennt wird. Das Werkstück wird entweder zwischen den feststehenden Elektroden hindurchbewegt, oder die Elektroden werden am feststehenden Werkstück entlanggeführt» Das Werkstückpotential ist dabei gleich dem Erdpotential, wodurch besonders bei höherer Schweißspannung die Sicherheit der bedienenden Personen gewährleistet ist.

009883/U04

■ - 3 -

Beim thermischen Trennen sind die Elektroden paarweise beiderseits des Werkstückes angeordnet, wobei jeder Lichtbogen ein Stichloch aufschmilzt. Die Parameter für das Lichtbogenschneiden sind so bemessen, daß der flüssige Werkstoff aus dem Schmelzbad abfließt.

Für das Verbindungsschweißen werden die Parameter so gewählt, daß sich das Stichloch hinter dem sich bewegenden Lichtbogen wieder schließt bzw· die Hilfe einer zugeführten abschmelzenden Elektrode geschlossen wird· Dabei bilden sich zwischen jeder Elektrode und dem Werkstück stabile Teillichtbögen aus.

Das Verbindungsschweißen wird auch mit paarweise auf der gleichen Seite des Werkstückes hintereinander oder nebeneinander angeordneten Elektroden durchgeführt· In diesem Falle tritt jedoch eine starke Blaswirkung an den Teillichtbögen auf, die aber durch Neigung der Elektroden teilweise ausgeglichen werden kann. Bei hintereinander angeordneten Elektroden erfolgt die Zündung der ersten Elektrode zunächst mit Hilfe des Erdpotentials bis die nachfolgende Elektrode den zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen zweiten Teillichtbogen zündet.

Schweißbad und Nahtumgebung können mit Hilfe an sich bekannter Schutzgase, Schweißpulver, Schweißpasten und Schweißgase geschützt und beeinflußt werden· Dabei können auf jeder Seite des Werkstückes verschiedene Schweißmittel zur Anwendung kommen, was besondere für das Verschweißen von plattierten Blechen und von anderen aus verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzten Werkstücken von Vorteil ist.

Zur Durellführung dee Verfahrene dient eine Einrichtung, bestehend aus einer Vorrichtung zum Fuhren der Elektroden bzw· des Werkstückes und aus einem Gerät zur Bereitstellung des Schweißströmeβ. Die zur Vorrichtung gehörenden nichtabschmelzenden'oder abschmelzenden Elektroden können

009883/1404

aus verschiedenartigem Werkstoff bestehen und in Form und Abmessungen verschieden sein· Von den paarweise zusammengehörigen Elektroden ist jeweils eine mit einem der Pole einer zweiphasigen Gleich- und Wechselspannungsquelle verbunden.

Für das Schweißen und Schneiden mit feststehendem Werkstück sind die Elektroden vorzugsweise auf einer mechanisierten oder automatisierten Vorschubeinheit angeordnet, während das Werkstück mittels einer geeigneten Anlage oder Spannvorrichtung in der erforderlichen Lage fixiert wird· Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, daß die Elektroden fest angeordnet sind und das Werkstück mittels einer mechanisierten oder automatisierten Vorschubeinheit bewegt wird· In beiden Fällen sind die Elektroden entweder beiderseits des Werkstückes oder auf der gleichen Seite des Werkstückes paarweise angeordnet, wobei zum Ausgleich einer evtl. Blaswirkung zusätzlich eine schwenkbare Anordnung der Elektroden vorgesehen werden kann·

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine herkömmliche Stromquelle nicht erforderlich· Die erfindungsgemäße Stromquelle besteht aus einer an sich bekannten halbgesteuerten Drehstrombrückenschaltung als Gleichstromquelle und umschaltbar dazu aus einer Direktanzapfung vom Netz als Wechselstromquelle· Sie weist keinen Transformator auf« Dem Umschalter für Wechselstrom- und Gleichstromschweißung ist erfindungsgemäß eine Eisendrossel mit verstellbarem Eisenkern nachgeschaltet, die zusätzlich mit Anzapfungen versehen sein kenn, und für Wechselstrom und Gleichstrom in gleicher Welse wirksam ist.

Die Vorteil· der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß eine herkömmliche Stromquelle nicht mehr erforderlich ist, sondern ohne Transformator direkt vom Netz geschweißt ' werden kann. Das Verfahren kann in verschiedenen Variationen sowohl zum beidseitigen Schweißen und Schneiden von Werkstücken, als auch zum einseitigen Schweißen genutzt werden·

009883/U04

Eine Polung des Werkstückes entfällt, da der Schweißstrom von einer Elektrode Über das Werkstück zur zweiten Elektrode fließt. Bei niedriger Schweißspannung ist deshalb eine Erdung des Werkstückes nicht erforderlich*

Bei sich gegenüberliegenden Elektroden bildet sich ia Werkstück ein nahezu homogenes ßtromlinienfeId aus, wodurch die Blaswirkung an den Elektroden vernachlässigbar klein wird· Das garantiert besonders beim Lichtbogenschneiden saubere Schnittkanten·

Bas Verfahren ist zum Schweißen und Schneiden beliebiger λ Materialdicken geeignet. Besonders wirtschaftlich ist es bei größeren Blechdicken, weil das Schmelzbad gegenüber anderen Verfahren zu» Schweißen dicker Bleche eine geringe Ausdehnung hat. Daait verbessern sich Gefüge und Festigkeitswerte der Schweißverbindung erbeblieh*

Durch eine Steuerung und Eegelung der Spannung der beiden Teillichtbögen können die Einbrandverhältnisse beeinflußt werden* Bei einigen Positionen, vorzugsweise bein Senkrechtschweißen, kann eine Badsicherung auch bei großes Schmelzbad entfallen, da durch die Kraftwirkung der Lichtbogen der resultierend« Brack auf das Schmelzbad gleich Null ist· Weiterhin kann bei diesem Verfahren die Polaritat der Elektroden in Abhängigkeit von der Position der ™ Schweißnaht und der Stellung und Anordnung der Elektroden zur Steuerung und Beeinflussung von Strombelastbarkeit, Tropfenübergang und Einbrand optimal genutzt werden* Durch die Anwendung verschiedener Schutzgase, Schweißpulver usw. auf verschiedenen Seiten des Werkstückes sind auch plattierte Werkstücke oder Werkstücke mit andersartigen Werkstoffkombinationen ohne Schwierigkeiten schweißbar* Bei doppelseitiger Anordnung der Elektroden braucht das Werkstück zum beidseitigen Schweißen nicht gewendet zu werden* Die dazu erforderlichen Hilfeζeiten entfallen* Hit Hilfe j der Eisendrossel im Schweißstromkreis kann bei Wechsel- ^: strombetrieb eine Einstellung der Kennlinie zur Stabilisierung der Lichtbögen vorgenommen werden.

009883/U04

Bel Gleichstrombetrieb gestattet die Eisendrossel die Wahl optimaler dynamischer Bedingungen für das Schweißen und Schneiden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· Die zugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit einer Anordnung zur Versorgung mit Gleich*- oder Wechselstrom aus einem Drehstromnetz.

Zwischen zwei nichtabschmelzenden Elektroden 1j2 und eines Werkstück 3 brennt Je ein Teillichtbogen 4, wo« bei sich im Werkstück 3, das zwischen den Elektroden 1j2 hindurchbewegt wird, ein Schmelzbad $ auebildet· Dabei ist dae Werkstück 3Jmit dem Erdpotential 6 leitend verbunden. Die elektroden 1j 2 sind über die Anschlußpole 7; 8 alt einer Anordnung zur Stromversorgung verbunden. Die Anordnung 'besteht aus einer h&lbgesteuerten Drehetrombrückenaehaltung al» Gleichstromquelle mit den Dioden 9t 10} 11 und den Thyristoren 12j 13ι 1*» di· über einen Dreiph&ßenechalter 15 mit den Drehetromphasen 16$ 17; 18 verbunden sind· Zum Wechaeletromechweißen wird über den Umschalter 19 eine direkte Verbindung zwischen den Anschloßpolen 7; 8 und den Drehßtromphasen 16; 18 hergestellt. Zwischen dem Umschalter 19 und dem Anschlußpol 8 ist weiterhin eine Drossel 20 mit verstellbarem Eisenkern angeordnet.

ORDINA INSPECTED 009883/1404

Claims

Patentansprüche :

Verfahren zum Schweißen und Schneiden mit elektrischem Lichtbogen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei oder mehreren, vorzugsweise paarweise angeordneten Elektroden (1; 2) mittels einer besonderen Stromquelle ein oder mehrere Lichtbögen (4) gezündet werden, wonach die zu verschweißenden oder zu schneidenden Werkstücke (3) aus gleichem oder verschiedenartigem Werkstoff zwischen den Elektroden hindurchbewegt, oder die Elektroden (1; 2) beidseitig oder auf einer Seite des Werkstückes (3) ent· lang der Schweißnaht geführt werden·
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung und Aufrechterhaltung der Lichtbögen (4) mit steuerbarem oder nichtsteüerbarem Gleichstrom beliebiger Polarität und Spannung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung und Aufrechterhaltung der Lichtbögen (4) mit steuerbarem oder nichtsteuerbarem Wechselstrom beliebiger Spannung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch T bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung und Aufrechterhaltung mehrerer Lichtbogen (4) mit Gleichstrom und Wechselstrom beliebiger Spannung ▼on gleichen und/oder verschiedenen Stromquellen aus erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitstellung des Sehweißetromes direkt aus dem Metz ohne Transformatoren erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5t dadurch gekennzeichnet, daß bei höheren Lichtbogenspannungen die Werkstücke (3) mit dem Brdpotential (6) leitend verbunden sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Schweißbad und Nahtumgebung durch an sich bekannte Schutigase,Schweißpulver, Schweißpasten und Schweißgase geschützt und beeinflußt werfen.

009883/1404
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere nichtabschmelzende oder abschmelzende Elektroden (1; 2) aus gleichem oder verschiedenartigem Werkstoff und mit gleichen oder unterschiedlichen Abmessungen, die mit einer zweiphasigen Gleichoder Wechselstromquelle leitend verbunden sind, vorzugsweise paarweise in bestimmtem Winkel zum Werkstück (3) auf einer vorzugsweise mechanisierten oder automatisierten Vorschubeinheit angeordnet sind und eine Auflage bzw· Spannvorrichtung, welche die zweckmäßige Lage der zu schweißenden oder zu schneidenden Werkstücke (3) gewährleistet, vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1; 2) fest angeordnet sind und das Werkstück (3) oder die Werkstücke auf einer vorzugsweise mechanisch oder automatisch bewegten Vorschubeinheit befestigbar sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1; 2) beidseitig des Werkstückes (3) einander gegenüberliegend oder zueinander versetzt in einem gleichen oder unterschiedlichen Winkel zum Werkstück (3) angeordnet sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 8 und 91 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1; 2) auf einer gleichen Seite des Werkstückes (3) in einem gleichen oder unterschiedlichen Winkel zum Werkstück (3) angeordnet sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 8 bis 11, bestehend aus einer halbgesteuerten Drehstrombrückenschaltung als Gleichstromquelle und einer Direktanzapfung vom Netz als Wechselstromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß in Keihe mit den Elektroden (1; 2) eine Drossel (20) mit Anzapfungen mit/oder verstellbarem Eisenkern sowohl für Wechselstrom als auch für Gleichstrom angeordnet ist.

009883/1404