DE2147505A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Flußmittelmenge - Google Patents

Description

der Firma The Air Preheater Company, Inc., Wellsville, N.Y. 14895 /

betreffend:

"Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Flußmittelmenge"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung zur Bestimmung der adäquaten Flußmittelmenge beim Elektroschlackenschweißvorgang. Insbesondere betrifft die Erfindung jene Form des Elektroschlackenschweißvorganges, bei welcher mehrere Metallglieder im Abstand voneinander angeordnet werden, eine sich verbrauchende Elektrode in diesen Zwischenraum eingesetzt, eine Menge des Schweißflußmittels neben dem Ende der Elektrode in den Zwischenraum eingebracht und eine Gleichstromquelle mit der Elektrode und einem der Metallglieder verbunden werden.

Bei dem genannten Schweißvorgang werden zwei oder mehr miteinander zu verschweißende Teile zunächst im Abstand voneinander angeordnet, um einen Zwischenraum zu schaffen, in den ein sich verbrauchendes rohrförmiges Führungsglied eingesetzt wird. Durch das sich verbrauchende Führungsglied wird eine Drahtelektrode hindurchgeführt und durch die Widerstandsheizung geschmolzen, welche durch den elektrischen Strom bewirkt wird, der durch die Führung und/oder die Drahtelektrode fließt. Wenn sich das geschmolzene Metall abkühlt und verfestigt, verbindet es die voneinander beabstandeten Teile.

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Das durch die geschmolzenen Elektroden gebildete Schweißmetall bildet eine Flüssigkeitsmenge zwischen den voneinander beabstandeten Teilen, die durch eine schwimmende Schicht aus geschmolzener Schlacke oder einem Flußmittel abgeschirmt werden. Das Flußmittel kann beim Schweißverfahren als eine Beschichtung auf dem Schweißdraht oder dem sich verbrauchenden Rohr oder gewünsentenfalls von einer äußeren Quelle aus oder durch eine Kombination beider Möglichkeiten hinzugegeben werden.

Nach dem Stand der Technik ist es schwierig, das rechte Maß für das Schweißflußmittel an der Schweißstelle während des Schweißvorganges zu bestimmen. Soweit die zum Schweißen erforderliche Hitze durch den elektrischen Strom erzeugt wird, der durch die Drahtelektrode zu den zu verschweißenden Teilen durch das geschmolzene Schweißmetall und die dazwischenliegende Schicht aus Schweißflußmittel oder Schlacke und damit durch einen elektrischen Widerstand fließt, hängt die richtige Temperatur zu einem großen Teil davon ab, daß die geeignete Menge an Schlacke vorhanden ist. Darüber hinaus enthält die Schlacke Elemente, welche für die Qualität der Schweißung wichtig sind. Es ist somit erforderlich, daß die Schlackenschicht an der Stelle des geschmolzenen Schweißmateriales in der richtigen Menge bereitgehalten wird, um eine Schweißung mit der erforderlichen hohen Qualität zu erzeugen.

Auf jeder Seite der Schweißverbindung werden mit Wasser gekühlte Behälter vorgesehen, um das geschmolzene Schweißmetall zu kühlen und gleichzeitig eine Form zu bilden, welche die Gestalt der Außenflächen der Schweißung bestimmt. In den Boden des Zwischenraumes wird auch ein Verschluß angeschweißt, um

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zeitweilig als Hal te vorrichtung für das flüssige Schweißmetall zu dienen. Während diese Anordnungen ein notwendiger Bestandteil für den Schweißvorgang sind, schließen sie die Beobachtungsmöglichkeit des Schweißprozesses aus und in vielen Fällen kann erst nach Abschluß des Schweißvorganges und nach der Entfernung der Kühlbehälter die Qualität einer Schweißung richtig festgestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, so daß in einfacher Weise während des Schweißvorganges die Qualität einer Schweißung überwacht werden kann, auch wenn die Schweißstelle unzugänglich oder verdeckt ist. Dies soll in Verbindung mit jeglichen bekannten Vorrichtungen für Elektroschlackenschweißverfahren möglich sein, um einen optimalen Betrag an Flußmittel an der entstehenden Schweißstelle aufrecht zu erhalten. Darüberhinaus soll ein bei dieser Überwachung erzeugtes Signal dazu verwendet werden, um, vorzugsweise automatisch, Flußmittel hinzuzufügen, so daß dieses stets auf dem jeweils geeigneten Niveau bleibt, um eine optimale Schweißung sicherzustellen«,

Ausgehend von dem Elektroschweißverfahren der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Wechselspannungsvoltmeter mit der Elektrode und einem der voneinander beabstandeten Metallglieder verbunden wird und die Wechselspannung anzeigt, die durch den Durchgang des Gleichstromes durch das zwischen der Elektrode und den Metallgliedern liegende Flußmittel erzeugt wird.

Zur Regulierung des Flußmittelgehaltes beim Elektroschlackensch weißvorgang kann erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen werden, daß der Schweißstelle zusätzliches Flußmittel zugesetzt

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wird, wenn der Wechselstrom einen vorbestimmten Wert übersteigt. Dies erfolgt vorzugsweise, wenn das Voltmeter für Wechselspannung einen Effektivwert von mehr als 0,8 V anzeigt.

Durch die Erfindung wird somit ein Flußtiefenanzeiger geschaffen, der eine Fernanzeige der Qualität der Schweißung während des Schweiß vor gang es gestattet. Diese Anordnung ------erlaubt, die Schweißung auch bei unzugänglichen oder in bezug auf die Sicht verdeckten Schweißstellen zu überwachen, was bisher nicht möglich war. Während ein erfahrener Schweißer manchmal eine zugängliche Schweißstelle betrachten und seine Maßnahmen variieren kann, um eine bessere Schweißung zu erreichen, gibt die Vorrichtung nach der Erfindung mittels einer elektrischen Abfühleinrichtung kontinuierlich eine Anzeige des Zustandes der Schweißstelle, so daß schnell korrigierende Maßnahmen ergriffen werden können. Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Die metallischen Elemente 10 und 12 sollen miteinander stumpf verschweißt werden. Sie sind entsprechend in einem geeigneten Abstand voneinander angeordnet und festgeklemmt oder durch einen oder mehrere vorübergehend vorgesehene Haltestangen 14- verbunden, welche an diese Elemente angesehweißt sind. An jeder Seite des zu verschweißenden Raumes befindet sich ein hohler Kupfer-Schutzbehälter 16 mit Zugängen 17, durch welche kaltes Wasser gemäß den herkömmlichen Schweißverfahren hindurchgeführt wird, um ein unerwünschtes Einschmelzen des Schutzbehälters in die Schweißstelle zu verhindern. Ein Bügel oder eine Haltevorrichtung 20 tragen

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ein Schweißrohr 22 und eine Torratsrolle 24, auf welcher der. Schweißdraht aufgewickelt ist. Der Bügel ist vorübergehend durch eine Schweißnaht 28 mit der Oberfläche des Elementes 10 oder 12 verbunden, während mit dem Boden der Elemente und 12 vorübergehend eine Platte 23 verbunden ist, um das geschmolzene Schweißmaterial in dem Zwischenraum zwischen den Elementen zu enthalten.

Eines oder mehrere sich verbrauchende, rohrförmige Pührungsglieder 22 aus Schweißmaterial geeigneter Zusammensetzung sind in dem Träger 20 oberhalb des zu verschweißenden Zwischenraumes angeordnet, so daß sie sich nach unten erstrecken, und zwar im Abstand zu dem Boden des Zwischenraumes zwischen den Elementen 10 und 12. Eine sich verbrauchende Drahtelektrode 26 hat ebenfalls eine vorbestimmte Zusammensetzung und wird durch das Innere des|sich verbrauchenden Pührungsgliedes 22 von der Vorratsrolle 24 an die gewünschte Schweißstelle geführt. Die Führungsglieder 22 können stationär angeordnet sein oder über dem zu verschweißenden Zwischenraum hin- und herschwingen, um eine gleichförmige Wärmeverteilung im Schweißmaterial gemäß den herkömmlichen Schweißverfahren zu erzeugen. Der Schweißstrom wird von einer herkömmlichen Leistungsquelle 32 durch Kabel 34 zu dem Bügel 20 geführt, der die sich verbrauchenden Führungsglieder 22 hält. Ein Erdungskabel 36 ist mit einer der Platten 10 verbunden, wodurch ein Schweißkreis gebildet wird, wenn der elektrische Strom hindurchfließt. Die Drahtelektrode 26 wird durch die sich verbrauchende Elektrode von der Drahtrolle 24 aus mit derjenigen Geschwindigkeit eingeführt, mit welcher die sich verbrauchende Elektrode benutzt wird· Eine geeignete Isolierung 25 verhindert einen Kurzschluß durch Überbrückung

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-.6 der Schweißstelle am unteren Ende des Führungsrohres 22.

Gewöhnlich wird ein Schweißflußmittel 44 in einet durch theoretische Erfordernisse und praktische Erfahrung bestimmten Menge auf der Oberfläche der sich verbrauchenden Führungsrohre 22 aufgebracht-, so daß sich das Flußmittel genau an der gerade entstehenden Schweißstelle befindet.

Die zum Schweißen erforderliche Hitze wird beim Durchgang des Stromes durch das geschmolzene Metall und das Flußmittel erzeugt. Dabei wird das geschmolzene Metall des Schweißdrahtes 26 des sich verbrauchenden Rohres 22 und des anliegenden Abschnittes jeder Platte 10 und 12 geschmolzen, und während zusätzliches Schweißmaterial in die Schmelze übergeht, verfestigt sich das andere Material am Boden der Verbindungsstelle durch die Wasserkühlung in dem Behälter 16, um eine Schweißverbindung-zwischen den Platten 10 und 12 auszubilden. Zusätzliche Schlacke wird gebildet, wenn das Führungsrohr 22 schmilzt und das darauf befindliche Flußmittel freigesetzt wird. Die Schlacke kann auch in loser Form hinzugegeben werden, indem sie von einer äußeren Quelle manuell in das Rohr 22 geschüttet wird« Indessen gibt es bei den herkömmlichen Schweißverfahren keinen Weg, um den genauen Punkt zu bestimmen, bei dem zusätzliches Flußmittel zum Schweißvorgang hinzugegeben werden soll oder um den erforderlichen Betrag an Flußmittel zu bestimmen, so daß eine optimale Schweißung erzeugt wird. Entsprechend den herkömmlichen Schweißverfahren wird Gleichstrom von einer äußeren Quelle 32 verwendet, um die Hitze beim Schweißvorgang zu erzeugen. Um das Verfahren einzuleiten, wird zwischen dem Ende der Elektrode 22 und der · daneben befindlichen Fläche der Platten 10 und 12 ein Licht-

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bogen erzeugt, um genügend Hitze zu erzeugen, so daß der anliegende Schweißdraht 26, das Eohr 22 und das darauf befindliche Flußmittel 44 in den geschmolzenen Zustand übergehen. Sobald die Elektrode in die Metallschmelze und das Flußmittel eintaucht, wird der Bogen ausgelöscht, so daß die Wärme lediglich durch den Widerstand des geschmolzenen Metalles und das Flußmittel gegenüber dem hindurchfließenden Strom erzeugt wird. Während der Schweißvorgang durch den hindurchfließenden Gleichstrom bewirkt wird, beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß gleichzeitig ein schwacher Wechselstrom an der Schweißstelle erzeugt wird, der sich im umgekehrten Verhältnis zu dem Betrag des geschmolzenen Flußmittels oder der Schlacke verändert. Daher bedeutet eine Zunahme in der Wechselspannung einen Mangel an Schweißflußmittel an der Schweißstelleo

Zwischen dem sich verbrauchenden Führungsrohr 22 und dem Element 12 ist durch einen Kondensator 54 ein Wechselspannungsvoltmeter 52 angeschlossen, so daß das WechselSpannungssignal von der Schweiß-Gleichspannung getrennt und die tatsächlich erzeugte Wechselspannung angezeigt wird.

Es wurde experimentell beobachtet, daß sich eine befriedigende Flußtiefe an der Schweißstelle bei einer Wechselspannung von 0,5 - 0,8 V ergibt, während ein plötzlicher Anstieg der Wechselspannung über diesen Bereich anzeigt, daß an der Schweißstelle ein Mangel an Flußmittel herrscht. Bei einer derartigen Anzeige ist es für eine Bedienungsperson einfach, manuell einen Betrag an Flußmittel hinzuzugeben, welcher die Wechselspannung auf ihren vorbestimmten annehmbaren Rahmen zurückführt und damit eine befriedigende Schweißung ergibt. Während das Voltmeter

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ein visuelles Signal ergibt, können in die Anordnung eine Einrichtung zur Abgabe eines hörbaren Signales oder eine nicht dargestellte Einrichtung zur automatischen Abgabe von Flußmittel einbegriffen v/erden, um die geeignete Flußmittelmenge an der Schweißstelle aufrecht zu erhalten«,

Während die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, sind Abweichungen möglich, ohne den Schutzumfang zu verlassen.

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Claims (3)

2U7505 case 46/72 4 Düsseldorf, den 19.7*1971 PATENTANSPRÜCHE

1.) Verfahren zur Bestimmung der adäquaten Flußmittelmenge beim Elektroschlackenschweißvorgang, bei welchem mehrere Metallglieder im Abstand voneinander angeordnet werden, eine sich verbrauchende Elektrode in diesen Zwischenraum eingesetzt, eine Menge des Schweißflußmittels neben dem Ende der Elektrode in den Zwischenraum eingebracht und eine Gleichstromquelle mit der Elektrode und einem der Metallglieder verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselspannungsvoltmeter (52) mit der Elektrode (22) und einem (12) der voneinander beabstandeten Metallglieder verbunden wird und die Wechselspannung anzeigt, welche Spannung durch den Durchgang des Gleichstromes durch das zwischen der Elektrode und den Metallgliedern (10,12) liegende Flußmittel (44) erzeugt wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1 zur Regelung des Flußmittelgehaltes beim Elektroschlackenschweißvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstelle zusätzliches Flußmittel zugesetzt wird, wenn der Wechselstrom einen vorbestimmten Wert übersteigt.

3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Flußmittel zugesetzt wird, wenn das Voltmeter für die Wechselspannung einen Effektivwert von mehr als 0,8 V anzeigt.

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ΛΟ

4ο) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Schweißung mehrerer voneinander beabstandeter Teile, mit einer rohrförmigen, sich verbrauchenden Elektrode, die sich zwischen den zu verschweißenden Teilen erstreckt, einem Schweißdrahtvorrat, einer Einrichtung zur Zufuhr des Schweißdrahtes durch die sich verbrauchende Elektrode, einer mit der Elektrode und den beabstandeten Teilen verbundenen Gleichstromquelle und einer Einrichtung zur Zufuhr eines Sehweißflußmittels zwischen den beabstandeten Teilen zu dem Schweißpunkt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Elektrode (22J und den miteinander zu verschweißenden Teilen (10,12) ein Wechselspannungs-Meßgerät (52) für die beim Schweißvorgang aufgrund des Flußmittels (44) an der Schweißstelle verursachte Wechselspannung angeschlossen ist.

5o) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3 zur Schweißung mehrerer voneinander m beabstandeter Teile mit einem Führungsrohr aus Schweißmaterial, welches sich in den Zwischenraum erstreckt, einer Drahtelektroden-Einrichtung, welche die Drahtelektrode durch das Führungsrohr in den Zwischenraum zwischen den Teilen führt und einer mit der Drahtelektrode und einem der Teile verbundenen Gleichstromquelle, gekennzeichnet durch ein Wechselspannungsmeßgerät (52), eine dieses mit der Drahtelektrode (26) und einem der Teile (12) verbindende Einrichtung (54) zur Anzeige der an der Schweißstelle erzeugten Wechselspannung und eine Einrichtung zur Zufuhr des Flußmittels (44) zur Schweiß-

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stelle in. dem Zwischenraum zwischen den voneinander beabstandeten Teilen (10,12), wenn die Wechselspannung einen vorbestimmten Wert übersteigt.

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