DE202017000070U1 - WIG-Schweißvorrichtung - Google Patents

Abstract

WIG-Schweißvorrichtung, die einen Schweißbrenner in Doppelelektrodenausführung umfasst, wobei die Schweißbrenner in einem festgelegten Abstand (a) parallel zueinander ausgerichtet sind, bestehend aus einer leitenden Elektrodenaufnahme (1a), einer ersten (1b) und einer zweiten Elektrode (1c), einer Zentraleinheit zur Versorgung der Schweißelektroden (1b, 1c) mit einem Schweißstrom, und einer Drahtzufuhreinrichtung (1d), wobei die erste (1b) und die zweite Elektrode (1c) als Stabelektroden ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten (1b) und der zweiten Elektrode (1c) die Außenseiten in Relation zu den Innenseiten schräg ausgebildet sind und einen festgelegten Spitzenwinkel (α) für jede einzelne Elektrode (1b, 1c) bilden.

Description

• Die Erfindung betrifft eine WIG-Schweißvorrichtung mit einem Schweißbrenner in Doppelelektrodenausführung.
• Das WIG-Schweißen ist ein Schmelzschweißverfahren, bei dem unter der Verwendung eines inerten Gases, ein Lichtbogen zwischen einer nichtabschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück brennt. Der Lichtbogen schmilzt die Werkstückkanten auf, die ineinanderfließen und ohne zusätzlichen Druck zu einer Schweißnaht erstarren. Zusätzlich kann ein Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes aufgeschmolzen werden. Der beim WIG-Schweißen eingesetzte Schweißbrenner ist entweder als Einfachelektrodenausführung, in welcher eine Elektrode verwendet wird, oder als Doppelelektrodenausführung (Tandem), in welcher zwei Elektroden verwendet werden, möglich. Beim WIG-Schweißen mit Doppelelektrodenausführung (Tandem) sind bisher Schweißverfahren offenbart, in dem ein Schweißstrom an eine Elektrode angelegt wird, bei dem die Impulse in einem festgelegten Zeitraum variieren, und ferner an die andere Elektrode ein Schweißstrom angelegt ist, bei dem die Impulse in einer zu den Variationen des Schweißstroms der ersten Elektrode entgegengesetzten Phase variieren. Auf diese Art und Weise wird durch abwechselndes Variieren des zu jeder Elektrode zugeführten Schweißstroms die elektromagnetische Anziehung zwischen den Lichtbögen, die bei jeder Elektrode erzeugt wird, abgeschwächt. Infolgedessen vergrößert sich der Bereich, in welchem die Schweißfuge aufgeschmolzen wird, und die Durchdringung der Schweißfuge kann stabilisiert werden. Auf der anderen Seite sind Verfahren in Erwägung gezogen worden, bei denen der Lichtbogendruck durch Steigern des Schweißstroms erhöht wird, um ein Verlaufen/Tropfen des Schweißgutes wie es im Fall einer Änderung der Schweißstellung, beispielsweise von abwärts nach aufwärts, auftritt, zu verhindern. Wenn sich der Lichtbogendruck an einer spezifischen Stelle im Schweißbad konzentriert, bildet sich allerdings eine lokale Vertiefung in der Oberfläche des Schweißbads. Deshalb ist es unmöglich, das oben genannte Phänomen des Tropfens wirksam zu verhindern. Um das Phänomen des Tropfens durch Steigern des Lichtbogendrucks effektiv zu verhindern, ist es somit notwendig, den Lichtbogendruck über einen größeren Bereich des Schweißbads zu verteilen.
• Die EP 15 27 840 (A1) resp. DE 60 311 994 (T2) umfasst eine WIG-Schweißvorrichtung mit einem Schweißbrenner sowie eine Zentraleinheit, wobei der Schweißbrenner ein Schweißbrenner in Doppelelektrodenausführung ist, der eine erste Schweißelektrode sowie eine zweite Schweißelektrode umfasst. Die erste Schweißelektrode und die zweite Schweißelektrode sind Plattenelektroden, die auf verschiedenen Seiten einer Isolierplatte angeordnet sind und somit mit einem festgelegten Abstand zueinander parallel liegen. Ferner sind die Außenseiten und von den Spitzen der ersten Schweißelektrode und der zweiten Schweißelektrode her in Relation zu den gegenüberliegenden Seiten (Innenseiten) schräg gestellt, wobei beide parallel zur Isolierplatte angeordnet sind und somit einen festgelegten Spitzenwinkel für jede Elektrode bilden. Dieser Spitzenwinkel hat sowohl für die erste Schweißelektrode als auch die zweite Schweißelektrode dasselbe Winkelmaß. Zum Beispiel ist ein Winkel von 60° oder darunter wünschenswert. Die Zentraleinheit besteht aus einem Zwischenfrequenz-Impulsgenerator, einen Frequenz-einstellungsabschnitt, einen Phasenunterschiedseinstellungs-abschnitt, einen Einstellungsabschnitt für eine erste variable Amplitude, einen Einstellungsabschnitt für eine zweite variable Amplitude, einen Niederfrequenz-Impulsgenerator, eine Additionseinrichtung, eine erste Schweißstromversorgung, eine zweite Schweißstromversorgung sowie eine Drahtzufuhrvorrichtung. Die so vielfältige Bauteile umfassende Zentraleinheit ist für die Zuführung von einzelnen Schweißströmen zu der ersten Schweißelektrode und zur zweiten Schweißelektrode des Schweißbrenners zuständig. In der nachstehenden Beschreibung wird ein der ersten Schweißelektrode zugeführter Schweißstrom als ein erster Schweißstrom bezeichnet, und ein der zweiten Schweißelektrode zugeführter Schweißstrom wird als ein zweiter Schweißstrom bezeichnet. Die JP-A-2000/079477 (ist noch nicht veröffentlicht) offenbart ein Schweißverfahren, wobei ein Schweißbrenner in Doppelelektrodenausführung eingesetzt wird. In diesem Verfahren wird ein Schweißstrom an eine Elektrode angelegt, bei dem die Impulse in einem festgelegten Zeitraum variieren, und ferner wird an die andere Elektrode ein Schweißstrom angelegt, bei dem die Impulse in einer zu den Variationen des Schweißstroms der ersten Elektrode entgegengesetzten Phase variieren. Auf diese Art und Weise wird durch abwechselndes Variieren des zu jeder Elektrode zugeführten Schweißstroms die elektromagnetische Anziehung zwischen den Lichtbögen, die bei jeder Elektrode erzeugt wird, abgeschwächt, und die Konzentration des Lichtbogens von jeder Elektrode in der Schweißfuge wird abgeschwächt. Infolgedessen vergrößert sich der Bereich, in welchem die Schweißfuge geschmolzen wird, und die Durchdringung der Schweißfuge kann stabilisiert werden. Im Magazin für Schweißtechnik Nr. 19 – September 2007 wird das Hochleistungsschweißen mit TimeTwin Digital (www.fronius.com) beschrieben. Im Gegensatz zum herkömmlichen MIG-/MAG-Schweißen, verfügt der TIME-Prozess über ein längeres freies Drahtende am Schweißbrenner, sprich ein größeres Stick-Out, sowie eine höhere Drahtgeschwindigkeit und modifizierte Schutzgase. Hochleistungs-Schweißverfahren verfügen per Definition über einen oder mehrere Massivdrähte mit 1,0 mm oder 1,2 mm Durchmesser, bei einer Drahtgeschwindigkeit von mehr als 15 m/min. Prozesse mit größerem Drahtdurchmesser oder Fülldrähte zählen ebenfalls zu den Hochleistungs-Schweißverfahren, wenn die Abschmelzleistung mehr als 8 kg/h beträgt. Das TIME-Hochleistungsverfahren ist sowohl manuell, mechanisiert, als auch automatisiert realisierbar. Für eine erfolgreiche Anwendung zählt eine leistungsfähige Stromquellen-Technologie ebenso, wie Elektroden mit guten Fördereigenschaften und auf den Einzelfall abgestimmte Schutzgase. Die leistungsfähigste TIME-Variante verfügt über zwei Drähte, die gleichzeitig in einem gemeinsamen Schmelzbad abschmelzen. Bei diesem so genannten TimeTwin-Verfahren sind die Kontaktrohre des speziellen Schweißbrenners voneinander isoliert, wodurch der Werkstofftransfer für jede Drahtelektrode selektiv geregelt stattfindet. Es ergibt sich die zwei- bis dreifachen Schweißgeschwindigkeit gegenüber dem MIG-/MAG-Schweißen, bei größtmöglicher Qualität und kaum vorhandenen Schweißspritzern. Als Schutzgas dienen Inertgase mit Aktivgas-Anteil. Üblicherweise handelt es sich dabei um ein Gasgemisch mit einem Hauptanteil von Argon, sowie Beimischungen von Helium, Kohlendioxid und Sauerstoff. Testergebnisse zeigten, das für viele Anwendungen der Entfall eines Bestandteils optimale Ergebnisse liefert. Hauptbestandteil bleibt jedoch stets Argon. In vielen Fällen leistet Helium einen wesentlichen Beitrag zur Beschleunigung der Schweißgeschwindigkeit. Ursache dafür ist einerseits der sehr heiße TIME-Lichtbogen, andererseits die hohe Wärmeleitfähigkeit von Helium, die auch zur optimalen Flankenanbindung der Schweißnaht beiträgt. Die optimalen Anteile von Kohlendioxid und Sauerstoff sind ebenfalls von der Anwendung abhängig. Besonderheit beim TimeTwin-Schweißprozess ist das getrennte Schweißpotential, mit jeweils einer eigenen Stromquelle für jeden der beiden Schweißdrähte. Eine Synchronisationseinheit an den Stromquellen stimmt den Werkstoffübergang an den Schweißdrähten zeitgleich ab. Sowohl Drahtbewegung, als auch Schweißstrom-Verlauf, erfolgen für jeden Lichtbogen individuell.
• Um qualitativ hochwertige Verbindungen zu erzeugen müssen enge Parametergrenzen bezüglich der Streckenenergie eingehalten werden. Bei zu geringen Streckenenergien kann es dabei zu ungenügenden Durchschweißungen, bei zu großen Streckenergien zu Einbrandkerben und/oder einem Wurzeldurchfall kommen. Eine Hauptursache für diese Art der Fehler ist der Zusammenhang zwischen Schweißstrom und Lichtbogendruck beim WIG-Schweißen. Um die Wirksamkeit der Schweißarbeit zu steigern, ist es folglich wünschenswert, den Schweißstrom erhöhen zu können, ohne den Lichtbogendruck zu steigern. Untersuchungen zeigen, dass eine deutliche Reduzierung des Lichtbogendruckes (ca. 80%) bei gleicher Stromstärke durch den Einsatz von Tandem-WIG-Brennern möglich ist.
• Dies führt neben den benannten verfahrenstechnischen Vorteilen jedoch auf Grund der doppelten Anlagentechnik sowie zusätzlicher Aufwände für die Synchronisierung zu erheblichen ökonomischen Nachteilen.
• Aufgabe der Erfindung ist eine WIG-Schweißvorrichtung zu schaffen, bei denen eine Verteilung des Lichtbogendrucks über einen größeren Bereich des Schweißbades, eine Erhöhen des Schweißstroms und der Streckenenergie ohne Zunahme des Lichtbogendruck, eine Verbesserung der Wurzelerfassung und Verringern des Nahtvolumens, eine Verbesserung der Schweißqualität, eine Steigerung der Effizienz der Schweißarbeit und eine Beeinflussung der Schmelzbaddynamik über die verbesserte Wirkfläche des Lichtbogens auf der Schmelzbadoberfläche erreicht und die Nachteile aus dem Stand der Technik beseitigt werden.
• Die Erfindung wird durch eine WIG-Schweißvorrichtung gelöst, bei der der Schweißbrenner in Doppelelektrodenausführung ausgebildet ist und wobei die Schweißbrenner in einem festgelegten Abstand parallel zueinander ausgerichtet sind. Die WIG-Schweißvorrichtung besteht aus einer leitenden Elektrodenaufnahme (1a), einer ersten (1b) und einer zweiten Elektrode (1c), einer nicht dargestellten Zentraleinheit zur Versorgung der Schweißelektroden (1b, 1c) mit einem Schweißstrom, und einer optionalen Drahtzufuhreinrichtung (1d). Neben der mechanischen Zuführung eines Schweißdrahtes über die optionale Drahtzufuhreinrichtung (1d) kann ein Schweißdraht auch manuell dem Prozess zugeführt werde. Die erste (1b) und die zweite Elektrode (1c) sind als Stabelektroden ausgebildet, wobei bei der ersten (1b) und der zweiten Elektrode (1c) die Außenseiten in Relation zu den Innenseiten schräg ausgebildet sind und einen festgelegten Spitzenwinkel für jede einzelne Elektrode (1b, 1c) bilden. Die erste (1b) und die zweite Schweißelektrode (1c) sind in Bewegungsrichtung des Schweißbrenners hintereinander angeordnet oder in Bewegungsrichtung des Schweißbrenners nebeneinander (quer) angeordnet. Die Drahtzufuhreinrichtung ist als eine, einen Schweißdraht aus einer Bewegungsrichtung des Schweißbrenners oder aus einer entgegengesetzten Richtung der Bewegungsrichtung des Schweißbrenners freigebende Drahtzufuhreinrichtung ausgebildet. Die Zentraleinheit ist als eine, einen gemeinsame Schweißstrom für die beiden Schweißelektroden (1b, 1c) bereitstellende Zentraleinheit ausgebildet ist, wobei der Schweißstrom als ein Wechselstrom, ein Wechselstrom mit variabler Amplitude und variabler Balance, ein Gleichstrom, oder ein Gleichstrom mit sich abwechselnd wiederholenden hohen und niedrigen Strompegeln ausgeführt. Die erste (1b) und die zweite Schweißelektrode (1c) werden durch einen gemeinsamen Schweißstrom gespeist. Der Schweißdraht wird aus einer Bewegungsrichtung des Schweißbrenners in Doppelelektrodenausführung oder aus einer entgegengesetzten Richtung der Bewegungsrichtung des Schweißbrenners in Doppelelektrodenausführung (1) zugeführt. Die Erfindung soll nun anhand eines Beispiels näher erläutert werden, wobei die 1 eine schematische Skizze der WIG-Schweißvorrichtung und die 2 eine Skizze zur Anordnung der Doppelbrennerausführung darstellen und wobei
• Bezugszeichenliste

1a

die Elektrodenaufnahme

1b

die erste Schweißelektrode

1c

die zweite Schweißelektrode

1d

die Drahtzufuhreinrichtung

α

der Winkel zwischen der ersten und zweiten Schweißelektrode

a

Abstand zwischen den Schweißelektroden (1b, 1c)

• bedeuten.
• Die Schweißelektroden (1b, 1c) sind als Stabelektroden in Doppelelektrodenausführung ausgebildet und sind in der Elektrodenaufnahme (1a) angeordnet. Über eine Drahtzufuhreinrichtung (1d) wird ein Schweißdraht zugeführt, wobei die Schweißelektroden (1b, 1c) in einem festgelegten Abstand parallel zueinander ausgerichtet und die Außenseiten der Schweißelektroden (1b, 1c) in Relation zu den Innenseiten schräg ausgebildet sind und einen festgelegten Spitzenwinkel (α) für jede einzelne Elektrode (1b, 1c) bilden. Die Drahtzufuhreinrichtung (1d) kann dabei als eine, einen Schweißdraht aus einer Bewegungsrichtung des Schweißbrenners oder aus einer entgegengesetzten Richtung der Bewegungsrichtung des Schweißbrenners freigebende Drahtzufuhreinrichtung ausgebildet sein. Der Schweißdraht wird aus einer Bewegungsrichtung des Schweißbrenners in Doppelelektrodenausführung oder aus einer entgegengesetzten Richtung Bewegungsrichtung des Schweißbrenners in Doppelelektrodenausführung zugeführt. Eine nicht weiter erläuterte Zentraleinheit versorgt die Schweißelektroden (1b, 1c) mit einem Schweißstrom, wobei beide Schweißelektroden (1b, 1c) aus der gleichen Stromversorgungquelle versorgt werden und der Schweißstrom als ein Wechselstrom, ein Wechselstrom mit variabler Amplitude und variabler Balance, ein Gleichstrom, oder ein Gleichstrom mit sich abwechselnd wiederholenden hohen und niedrigen Strompegeln ausgeführt sein kann.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 1527840 A1 [0003]
• DE 60311994 T2 [0003]
• JP 2000/079477 A [0003]

Claims (4)

1. WIG-Schweißvorrichtung, die einen Schweißbrenner in Doppelelektrodenausführung umfasst, wobei die Schweißbrenner in einem festgelegten Abstand (a) parallel zueinander ausgerichtet sind, bestehend aus einer leitenden Elektrodenaufnahme (1a), einer ersten (1b) und einer zweiten Elektrode (1c), einer Zentraleinheit zur Versorgung der Schweißelektroden (1b, 1c) mit einem Schweißstrom, und einer Drahtzufuhreinrichtung (1d), wobei die erste (1b) und die zweite Elektrode (1c) als Stabelektroden ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten (1b) und der zweiten Elektrode (1c) die Außenseiten in Relation zu den Innenseiten schräg ausgebildet sind und einen festgelegten Spitzenwinkel (α) für jede einzelne Elektrode (1b, 1c) bilden.
2. WIG-Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (1b) und die zweite Schweißelektrode (1c) in Bewegungsrichtung des Schweißbrenners hintereinander angeordnet oder in Bewegungsrichtung des Schweißbrenners nebeneinander (quer) angeordnet sind.
3. WIG-Schweißvorrichtung nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzufuhreinrichtung als eine, einen Schweißdraht aus einer Bewegungsrichtung des Schweißbrenners oder aus einer entgegengesetzten Richtung der Bewegungsrichtung des Schweißbrenners freigebende Drahtzufuhreinrichtung (1d) ausgebildet ist.
4. WIG-Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit als eine, einen gemeinsame Schweißstrom für die beiden Schweißelektroden (1b, 1c) bereitstellende Zentraleinheit ausgebildet ist, wobei der Schweißstrom als ein Wechselstrom, ein Wechselstrom mit variabler Amplitude und variabler Balance, ein Gleichstrom, oder ein Gleichstrom mit sich abwechselnd wiederholenden hohen und niedrigen Strompegeln ausgeführt ist

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