DE2051101C3 - Abschmelzende, dem Werkstück aufliegende Mantel-Elektrode zum Lichtbogenschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine abschmelzende Mantel-Elektrode zum Lichtbogenschweißen von Metallen mit auf den Werkstücken aufliegender Elektrode, die mit einer den Kerndraht umgebenden Rußmittelschicht versehen ist, welche eine Abflachung oder Einkerbung längs ihrer Mantelfläche aufweist und die es ermöglicht den Lichtbogen auf den Schweißstoß zu lenken.

Die Erfindung geht davon aus, daß es bekannt ist eine abschmelzende Mantel-Elektrode zum Lichtbogenschweißen von Metallen zu verwenden, wobei diese Elektrode auf den Werkstücken aufliegt und mit einer den Kerndraht umgebenden Flußmittelschicht versehen ist, welche eine Abflachung oder Einkerbung längs ihrer Mantelflache aufweist. Mit dieser Formgebung der Elektrode soll vermieden werden, daß bei Verwendung dicker Elektroden Schlacke in die Schweißnaht gelangt (OE-PS I 64 588),

Daneben ist eine andere abschmelzende Mantel-Elektrode bekanntgeworden, deren flußmiuelschicht ebenfalls mit einer Abflachung längs ihrer Mantelfläche versehen ist. Um mit dieser Anordnung eine möglichst homogene und glatte Schweißnaht zu erzielen, soll nach dieser Vorveröffentlichung die Umhüllung des Kerndrahtes aus mehreren verschiedenen Flußmittelschichten aufgebaut werden, die eine unterschiedliche Abbrenngeschwindigkeit aufweisen, so daß der Lichtbogen in Richtung auf die Naht gelenkt wird (US-PS 19 53942),

Eine besondere Formgebung von Kern und «lantel ist auch durch eine Elektrode bekanntgeworden, die zum Verschweißen von Auskehlungen und Ecken aneinanderstoßender metallischer Gehäusewände bestimmt ist und verhindern soll, daß sich das abschmelzende Metall ungleichmäßig beiderseits der Stoßkanten verteilt Zu diesem Zweck erhält diese Elektrode eine für ihr

is Anlegen an den Innenwänden von Gehäusen u.dgl. angepaßte, beispielsweise halbrunde oder dreieckige Querschnittsform und als Abschirmung zur Ausrichtung des Lichtbogens einen auf die der Verbindungsstelle abgewandte, nicht beschichtete Seite der Elektrode aufgebrachten Streifen aus organischem Material wie beispielsweise eine Abdeckung aus Tuch (US-PS 21 48 182).

Schließlich ist auch noch eine zum Lichtbogenschweißen bestimmte Elektrode bekanntgeworden, die zur Ausrichtung des Lichtbogens auf ihrer den Schweißmetallkern umgebenden Schicht aus elektrischem Isoliermaterial mit einem "Werkstoff bedeckt ist der bei Stromdurchfluß durch den Kern magnetisiert wird, wobei mit Hilfe einer darin vorgesehenen Ausnehmung die Magnetflußdichte um den Kern herum gesteuert werden kann (US-PS 35 15 846).

Aufgabe der Erfindung ist es, mit verhältnismäßig einfachen Mitteln die Ausrichtung und die Konzentration des Lichtbogens auf den Schweißstoß zu verbessern und damit den Einbrand zu vertiefen und dns Verspritzen von Schweißgut zu vermindern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Kerndraht gelöst der an seiner im wesentlichen kreiszylindrischen Mantelfläche mit drier Abflachung

*) oder Einkerbung versehen ist

Mit dieser Formgebung von Kerndraht und Rußmittelschicht wird die Bündelung des Lichtbogens wesentlich verbessert womit eine größere Eindringtiefe des Lichtbogens erreicht die Qualität der Schweißnaht erhöht und die Spritzgefahr vermindert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Flußmittelschicht zur Bildung der Abflachung und/oder Einkerbung und/oder zur Freilegung des Kerndrahtes teilweise abgetragen, wobei diese Abtragung Vorzugs weise in Längsrichtung und entsprechend der Nahtform und dem Winkel zwischen den Werkstücken vorgenommen werden soll.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Verhältnis aus der Differenz zwischen der kürzesten Entfernung vom Mittelpunkt des Kerndrahtes zu dessen Umfang und der kürzesten Entfernung vom Mittelpunkt des Kerndrahtes zur Abflachung zur ersten Entfernung nicht größer als I ist. Weiter ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß ein Teil der Flußmittelschicht in Längsrichtung gleichmäßig oder ungleichmäßig zur Freilegung eines Teiles des Kerndraht«« abgetragen ist und daß eine Siromzufüh· rungsplatte an den freigelegten Teil des Kerndrahtes vorgesehen ist.

es Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Flußmittelschicht 20-60 Gew.-% Kaliumcarbonat, 13—30 Gew.-% Magnesium-Karbonat oder höchstens 4ÖGew.-% eines magnetischen Oxid-Pulvers oder

Magnet-Metallpulvers oder deren Gemisch enthält.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung, Hierbei zeigt

Fig,la—In Querschnitte durch verschiedene AusfOhrungsformen der Auftrags-Lichtbogenschweiß-Elektrode gemäß der Erfindung, wobei ein Teil des Flußmittels in Längsrichtung abgetragen ist,

F i g. 2 einen Schnitt durch mittels der Schweißelektrode gemäß Fig, tf miteinander zu verschweißende Teile,

F i g. 3a einen Schnitt durch eine mit einer gebräuchlichen Elektrode erzeugte Schweißnaht,

F i g. 3b einen Schnitt durch die gemäß F i g. 2 in der V-förmigen Rinne erzeugte Schweißnaht,

F i g. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Auftrags-Lichtbogenschweiß-Elektrode nach der Erfindung,

Fig.5a—5d erläuternde Darstellungen der Anordnung der Schweißelektrode nach F i g. 4 gegenüber den zu verschweißenden Teilen,

F i g. 6a + 6b erläuternde Ansichten der Anordnung weiterer Schweißelektroden gegenüber den zu verschweißenden Teilen,

Fig.7a einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Schweißelektrode, bei der ein Teil des Flußmittels entfernt und so der Kerndraht teilweise freigelegt ist,

Fi g. 7b einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Auftrags-Schweißelektrode, bei welcher ein Ende einer eingelassenen Stromzuführungsplatte freiliegt, während deren anderes Ende mit dem Kerndraht verbunden ist,

Fig.8a einen Querschnitt durch eine rechteckige Auftrags-Schweißelektrode nach der Erfindung,

F i g. 8b einen Querschnitt durch mittels der Elektrode nach F i g. 8a zu verschweißende Teile,

F i g. 8c einen Schnitt durch eine dreieckige Auftrags-Schweißelekuode,

Fig.8d eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Eindringens der Schweißelektrode der Fig. 8c

F i g. 9a einen Schnitt durch eine Auftrags-Schweißelektrode, bei welcher als Flußmittel ein pulvriger, hochschmelzender Werkstoff verwendet wird,

Fig.9b eine Ansicht des bei Verwendung der Elektrode nach F i g. 9a erzeugten Lichtbogens,

Fig. 10a— 10c Längsschnitte durch verschiedene Ausführungsformen von Verbindungen zwischen Auf- so trags-Lichtbogenschweißelektroden.

Bei den tu den Fig. la—Ie dargestellten Auftrags-Lichtbogenschweißelektroden 4 bezeichnet 1 einen Kerndraht aus weichem Stahl, Spezialstahl oder Nicht-Eisenmetall, welcher einen unterschiedlichen Querschnitt, beispielsweise kreisförmigen, eingekerbten oder halbkreisförmigen mit Abflachung, aufweist. Der Kerndraht 1 ist mit einem Flußmittel 2 umgeben, von dem ein Teil in Längsrichtung zur Bildung einer Abflachung 3 in einem solchen Ausmaß abgenommen ist, daß der Kerndraht 1 noch nicht freiliegt,

Bei den Auftrags-Lichtbogenschweiöelektroden ge* maß Fig. tf—In ist ein Teil des Flußmittels in Längsrichtung entfernt, so daß eine gekrümmte Fläche 5 oder eine Einkerbung 6 entsteht. 6^r>

Wie die Fig.2 und 3b erkennen lassen, wird die Schweißelektrode nach l'^:.g. If entlang der SchweiBlinie derart aufgelegt, daß die gekrümmte Fläche 5 der Heftschweißlinie 8 zwischen den Grundmaterialien 7 und 7i gegenüberliegt. Bei dieser Anordnung ruht die Schweißelektrode sicher auf der Heftscbweißnabt 8, wodurch stabile Schweißbedingungen aufrecht erhalten werden. Diese führt gleichzeitig zu einer Verbesserung der Bündelung des Lichtbogens zum Schweißkern (d. h, es wird der Divergenzwinkel des Lichtbogens in allen Richtungen klein), wodurch das Eindringen des abgelagerten Metalls beachtlich verbessert wird Wie Versuche ergeben haben, wird dieser Effekt umso größer, je kleiner der Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche ist und je näher die gekrümmte Oberfläche sich am Kerndraht befindet, d. h. je kleiner die Lichtbogen-Spannweite ist Für den Fall der Verwendung von Schweißelektroden mit Einkerbungen gilt: Je näher der Grund der Einkerbung zum Kerndraht kommt, umso größer ist der erreichbare Effekt. Die beste Eindringwirkung läßt sich erzielen mit einer Kerbenbreiie von 4 mm für Kerndrähte von 6 mm Durchmesser und mit einer Kerbe von 6 mm Breite für Kerntirfihte von 8 mm Durchmesser.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig.4 und 5a—5d weist die Schweißelektrode 4 einen Kerndraht 1 aus weichem Stahl, Spezialstahl oder Nicht-Eiseniv.etall mit etwa kreisförmigem Querschnitt, dessen Umfang zur Bildung einer Abflachung Ii teilweise abgeschnitten ist und eine Flußmittelschicht 2 auf, welche den Kerndraht 1 umgibt In Fig.4 bezeichnet ο den Mittelpunkt des vom Kerndraht 1 gebildeten Kreises, r die kürzeste Entfernung zwischen dem Mittelpunkt ο und dem Umfang des Kerndrahtes und s die kürzeste Entfernung zwischen dem Mittelpunkt ο und der Abflachung li. Die Maße werden so gewählt daß das Verhältnis der Differenz Δ H zwischen r und s zu r, d. h. ΔΗ/γ, den Wert 1 nicht überschreitet Eine unterseitige Basis-Metallplatte ist mit 7 und eine flanschartige Seitenplatte mit 7| bezeichnet 10 deutet den Fuß an.

Wie in F i g. 5a—5d gezeigt ist wird die Schweißelektrode 4 entlang der Schweißlinie abgelegt Der Lichtbogen wird in Richtung auf den Fuß 10 innerhalb eine-: engen durch die Pfeile A angedeuteten Winkelbereiches abgelenkt wodurch die Grundmaterialien 7 und 7| innerhalb des begrenzten Bereichs um dsn Fuß 10 verschweißt werden. Infolgedessen wird das Eindringen des abgelagerten Metalls in die Schweißstelle verbessert Darüber hinaus läßt sich die Schweißung mit einer niedrigeren Spannung als bei Verwendung bisher gebräuchlicher Schweißelektroden durchführen, so daß flache und schön aussehende Schweißraupen entstehen. Infolge der niedrigen Bogenspannung wird der Lichtbogen kurz, was gewährleistet daß die Differenz in der Schenkellänge unterhalb 2 mm bleibt und zwar sogar für Fußspalte zwischen der unteren und der seitlichen Metallplatte 7 bzw. 7| von mehr als 3 mm.

Die Auftrags-Schsveißelektroden 4 gemäß Fig.6a und 6b weisen einen Kerndraht 1 aus weichem Stahl, Spezialstahl oder Nicht-Eisenmetall auf, welcher im Querschnitt kreisförmig ist oder eine Einkerbung trägt Diesen Kerndraht ί umgibt ein Flußmittel 2, von dem ein Teil in Längsrichtung entsprechend dem Winkel zwischen den Metallflächen 7 und 7| zur Bildung von Abflachungen 3i soweit abgetragen fet, daß der Kerndraht noch nicht freiliegt. Die Wurzel der Schweißnaht ist mit 10 bezeichnet Verwendung und Wirkung dieser Schweißelektroden ist im wesentlichen die gleiche, wie bei den Ausführungsformen gemäß F ig. Sa-Sd.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.7a ist der

Kerndraht 1 mit einem Flußmittel 2 aus der Gruppe llmenit, Eisenpulver-Eisenoxyd, Kalk-Titan und PIuD' mittel mit geringem Wässerstoffgehalt bedeckt. Die Oberseite des Flußmittels 2 ist in Längsrichtung entfernt. Bei Verwendung dieser Schweißelektrode in einer nachstehend beschriebenen Vorrichtung zur kontinuierlichen Auftragssehweißung wird eine vertikal bewegliehe Stromzufuhrungsstange an dem flachen feil &tt Schweißelektrode angelegt F ig. 7b zeigt eine Schweißelektrode, welche einen Kerndraht (. eine Flußmittelschicht 2 und eine Stromzuführungsplatte 12 aufweist, die in der Flußmittelschicht 2 derart eingebettet ist, daß sie bis zu einer Einkerbung 11 im Kerndraht 1 reicht.

In den Fig. 8a und 8b ist eine rechteckige Auftrags-Schweißelektrode dargestellt, die verwendet wird, wenn eine große Raupenbreite bei VielschichtschweiUungen erforderlich ist. Diese SchweiUelektrode 4 weist einen rechteckigen Kerndraht 1 aus weichem Stahl, SpezialStahl oder Nicht-Eisenmetall sowie eine Flußmittelschicht 2 auf, die den Kerndraht 1 unter Bildung eines rechteckigen Querschnittes der fertigen Elektrode abdeckt.

Die Bezugszeichen 7 und 71 kennzeichnen Metallplatten, das Bezugszeichen 8 eine Schweißzone, welche durch Vielschichtschweißung erzeugt ist.

Die Verwendung und Wirkung dieser Schweißelektrode wird nachstehend erläutert.

Wenn mit dieser auf der durch Vielschichtschweißung erzeugten Schweißzone 8 ruhenden Elektrode eine Schweißung durchgeführt wird, erstreckt sich der Kerndraht I über den gesamten Bereich der Schweißzone, weshalb der Lichtbogen diesen gesamten Bereich etwa gleichmäßig überdeckt und so die Entstehung glatter Raupen gewährleistet. Da die Elektrode auf der Schweißzone aufruht, ist auch ihre Stabilität hoch. Die Schnittfläche des Kerndrahtes kann klein gemacht werden. Dies ermöglicht es, eine Schweißung mit hoher Schlagfestigkeit zu erzeugen. Darüber hinaus ist es möglich, breite Raupen, die mit üblichen, runden

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Die Fig.8c und 8d zeigt eine dreieckige Auftrags-Schweißelektrode und eine mit dieser erzeugte Schweißzone. Diese Schweißelektrode ist zur Verwendung beim Stoßschweißen oder zur Herstellung der ersten Schicht mit einem Winkel der Kehle unter 80° beim Kehlschweißt-n bestimmt.

Während man bisher für einen Kehlwinkel von mehr als 80° eine einwandfreie Eindringung erhielt, ergab sich unterhalb der Kontaktfläche der ersten Schicht für Winkel kleiner als 80° ein Spalt, weshalb die Eindringung unbefriedigend war. Nach der Erfindung hat der Kerndraht 1 dreieckige Form und es ist die Rußmittelschicht 2 an der den zu verschweißenden Metallplatten abgekehrten Seitenkante decker als an den den Platten anliegenden Kanten. Die Bündelung des Lichtbogens wird dadurch verbessert, daß das Rußmittel in den Abschnitten, weiche mit dem Fuß bzw. der Wurzel in Berührung kommen, ausgehöhlt wird. Die Eindringung wird so vollkommen, da der den Lichtbogen erzeugende Punkt sich der Wurzel nähen und der Lichtbogen auf die Wurzel innerhalb eines sehr schmalen Winkels ausgerichtet ist

In Fi g. 9a Ist eine flache Längsnut l_t am Kerndraht 1 vorgesehen, die mit Flußmittel 2 aus einem Pulver eines hodischmelzenden Werkstoffes bedeckt isL Die so hergestellte Schweißelektrode wird auf Metallunterlagen 7 zum Zwecke des Lichtbogenschweißens aufgelegt In diesem Fall wird der Lichtbogen ausreichend gebündelt, wie aus F i g, 9b ersichtlich. Es ist klar, daß die Bündelung im Vergleich zu der bei Üblichen Schweiß-

ίο elektroden erreichbaren Bündelung beachtlich verbessert wird.

Verschiedene Ausführungsformen für eine Verbindung von Auftrags-Lichtbogenschweißelektroden nach der Erfindung sind in den Fig. IOa bis IOe gezeigt. In den Fig. IOa bis IOc ist am Kerndraht I ein Vorsprung 29 vorhanden. Dieser Vorsprung 29 greift in eine entsprechende Ausnehmung 30 am einen Ende einer anderen Schweißelektrode 4 zur Bildung einer Verbindung ein. Auf diese Weise kann eine sehr lange Schweißelektrode gebildet werden. Wenn eine Vielzahl von Schweißelektroden entsprechend Fig. IOb und 10c miteinander verbunden werden, können Schweißungen von Ecken leicht durchgeführt werden. In Fig. 1Od haben die beiden miteinander zu verbindenden Elektroden eine Ausnehmung 30' an den entgegengesetzten Enden des Kerndrahtes, in welche ein Teil 29' aus etwa dem gleiüien Werkstoff wie der Kerndraht eingesetzt ist. Die beiden Schweißelektroden sind durch diese Verbindung gut zusammengehalten. Eine Verbindung 30" gemäß Fig. 10s weist ein Rohr 31 auf, dessen Innendurchmesser etwa dem Außendurchmesser des Kerndrahtes 1 gleich ist Das Rohr 31 ist mit einer Flußmittelschicht 2 bis zu einer solchen Dicke umgeben, daß sein Außendurchmesser dem der Schweißelektrode 4 entspricht. Die Verbindung 30" wird auf die Enden der Schweißelektroden, von denen das Rußmittel entfernt ist. aufgesetzt.

Mit der vorstehend beschriebenen Ausbildung einer Mantel-Elektrode werden ausgezeichnete Arbeitsergebnisse erzielt, wie die Meßergebnisse von Vergleichs-

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einerseits und erfindungsgemäß ausgebildeten Elektroden andererseits erbracht haben. Dabei wurden auch mehrere, hochschmelzende Werkstoffe in unterschiedlieher Höhe enthaltende Rußmittel getestet, woraus sich ergeben hat, daß besonders gute Arbeitsergebnisse mit einer Flußmittelschicht erzielt werden, die aus 20-60 Gew.-% Kalzium-Karbonat, 13—30Gew.-% Magnesium-Karbonat oder höchstens 40 Gew.-% eines magnetischen Oxid-Pulvers oder Magnet-Metallpuivers oder deren Gemisch enthält. Es hat sich herausgestellt, daß ein größerer Anteil eines Werkstoffes mit hohem Schmelzpunkt nicht verwendet werden sollte.

Ferner hat sich aus den durchgeführten Versuchen ergeben, daß die SchweiBelektroden vorzugsweise so angeordnet werden sollten, daß sich die Einkerbung des Kerndrahtes auf der den Grundmetallen gegenüberliegenden Seite befindet, so daß das Rußmittel auf der Seite der Metalle früher schmilzt als das auf der anderen Seite, da letzteres dicker ist als das erstere. Dadurch wird die Bündlung des Lichtbogens in Zusammenwirkung mit der Verzögerung des Schmelzern infolge der Einwirkung des einen hohen Schmelzpunkt aufweisenden Materials verbessert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Abschmelzende Mantel-Elektrode zum Lichtbogenschweißen von Metallen mit auf den Werkstücken aufliegender Elektrode, die mit einer den Kerndraht umgebenden Flußmittelschicht versehen ist, welche eine Abflachung oder Einkerbung längs ihrer Mantelfläche aufweist, gekennzeichnet durch einen Kerndraht (1), der an seiner im wesentlichen kreiszylindrischen Mantelfläche mit einer Abflachung oder Einkerbung (li) versehen ist

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußmittelschicht (2) zur Bildung der Abflachung und/oder Einkerbung (3, 5, 6) und/oder zur Freilegung des Kerndrahtes (1) teilweise abgetragen ist

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußmittelschicht (2) und/oder der Kerndraht (1) entsprechend der Nahtform und dem Winkel zwischen den Werkstücken in Längsrichtung abgetragen isL

4. Elektrode nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis AHIr aus der Differenz AH (=r—s) zwischen der kürzesten Entfernung (r) vom Mittelpunkt (o) des Kerndrahtes zu dessen Umfang und der kürzesten Entfernung (s)vom Mittelpunkt des Kerndrahtes zur Abflachung (Ij) zur ersteren Entfernung nicht größer als 1 ist

5. Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Rußmittelschicht (2) in Längsrichtung gleichmäßig oder ungleichmäßig zur Freilegung eines Teils des Kerndrahtes (1) abgetragen ist und daß eine Stromzuführungsplatte (12) an dem freigelegten Teil des Kerndrahtes vorgesehen ist

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Rußmittelschicht (2) 20-60 Gew.-% Kalzium-Karbonat 13—30Gew.-% Magnesium-Karbonat oder höchstens 40 Gew.-% eines magnetischen Oxid-Pulvers oder Magnet-Metallpulvers oder deren Gemisch enthält.