DE2161220B2 - Verfahren zum doppelseitigen verdeckten Lichtbogenschweißen - Google Patents

Description

besitzt und der zweite Strom/;, eine Stromstärke besitzt, die ¹Ai bis Vs der Stromstärke des Stromes I₁ beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, aaß der Vorlaufelektrode (L) Wechselstrom zugeführt wird und daß sich die Elektrodenanordnung mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 90 cm/min längs der S hweißfuge bewegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufelektrode (L) Gleichstrom zugeführt wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenspannung V₁ an der Vorlaufelektrode (L)

[(/,/40) + 15] V bis [(/,/40) + 25] V

beträgt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum doppelseitigen verdeckten Lichtbogenschweißen von Stumpfstoßverbindungen an Stahlblechen mit Stoßfugen von rechtwinkliger Querschnittsfläche, bei welchem eine aus einer Vorlaufelektrode und einer dieser in der Bewegungsi ichtung nachgeordneten Nachlaufelektrode bestenende Tandcm-Schweißelektrodenanordnung relativ zu den Stahlblechen bewegt wird.

Ein derartiges Schweißverfahren ist bereits aus der deutschen Patentschrift 906 840 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren zum elektrischen Schweißen eines Werkstückes mittels Mehrphasen-Wechselstrom wird mit Hilfe von stromregulierenden Reaktanzen oder Drosselspulen, die in den Sekundärabgangsleitungen der Schweißtransformatoren angeordnet sind, eine unsymmetrische Phasenverteilung zwischen den Schweißströmen herbeigeführt, welche in entsprechender Zuordnung den beiden Elektroden und dem Werkstück zugeführt werden, um die Nachlaufelektrode in Richtung des Schweißschrittes mit überwiegender Vorlaufkomponente, bezogen auf die Schweißrichiung, in Vibrationen zu versetzen. Dabei wird bei diesem bekannten Verfahren davon Gebrauch gemacht, daß die den Elektroden zugeführten phasenverschobenen Wechselströme eine Schwächung bzw. Verstärkung des zwischen den Elektroden herrschenden magnetischen Feldes hervorrufen, je nachdem, ob innerhalb von Wechselstromperioden in den benachbarten Elektroden ein gleichgerici teter bzw. einander entgegengesetzter Stromverlauf

ίο herrscht. In beiden Fällen verschieben sich die entsprechenden Lichtbogenentladungen jeweils in Richtung des schwächeren magnetischen Feldes, wodurch es durch entsprechende Einstellung der Phasenverschiebung zwischen den Schweißströinen möglich ist, die Lichtbogenentladungen derart zu regulieren, daß sie sich überwiegend gegenseitig anziehen oder abstoßen oder daß dieselben von gleicher Größe sind. Die Stromstärken der in der vorlaufenden Elektrode, der nachfolgenden Elektrode und in dem Werkstück auftretenden Ströme verhalten sich bei diesem bekannten Verfahren in der vorstehend genannten Reihenfolge gewöhnlich wie 1:1,10 :1,20. Das bekannte Verfahren gestattet das Erreichen von beachtlichen Schweißgeschwindigkeiten, die bei doppelt geschweißten Stumpfstoßverbindungen zwischen 44 und 215 cm/min liegen.

Dieses bekannte Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als eine recht komplizierte elektrische Einrichtung erforderlich ist, um den Phasenverschiebuugswinkel zwischen den Strömen der vorlaufenden und der nachfolgenden Schweißelektrode einzustellen. Ferner können mit Hilfe des bekannten Schweißverfahrens lediglich Bleche mit Stärken bis zu 12 mm mit senkrecht zur Blechstirnfläche verlaufenden Kanten der Schweißfuge verschweißt werden, während für größere Blechstärken an Stelle dieses vorteilhaften I-Stoßes eine Bearbeitung der Kanten in der Weise erforderlich ist, daß die Schweißung einer V- oder X-Naht erfolgen kann. Bekanntlich erfordern jedoch V- bzw. X-Stöße zu ihrer Vorbereitung einen größeren Aufwand an Zeit als I-Stöße, die sich durch einfaches Brennschneiden im Paket und ohne besondere Kantengenauigkeitsanforderungen herstellen lassen. Außerdem erfordern V- bzw. X-Nähte mehr Schweißmaterial als I-Nähte, so daß das Schweißen von I-Nähten insgesamt bedeutend wirtschaftlicher ist als das Niederbringen von V- und/oder X-Schweißungen.

Aas der deutschen Patentschrift 1013 810 ist ferner ein Verfahren zur selbsttätigen Schweißung mit Mehrfach-Lichtbögen bekannt, bei welchem die Vorschubgeschwindigkeit der ein gemeinsames Schmelzbad bildenden Elektroden in einem konstanten Verhältnis gehalten werden, wobei diese Vor-Schubgeschwindigkeiten selbsttätig gemeinsam entsprechend den Schwankungen der Spannung und/oder der Stromstärke des Bügens einer einzigen Steuerelektrode oder einer in Parallelschaltung gespeisten Elektrodengruppe geregelt werden. Werden bei diesem bekannten Verfahren Speiseströme für die Elektroden mit Stromstärken von mehr als 1000 A verwendet, so werden der vorderen Elektrode niedrigere Stromstärken und Spannungen als der rückwärtigen Elektrode zugeführt.

Dieses bekannte Verfahren ist insofern nachteilig, als Nachlaufelektrodenströme, die größer sind als die Vorlaufelektrodenströme, zu einer ungünstigen Schweißüberhöhung und damit zu einer nachteiligen

Vergrößerung des Berührungswinkels zwischen der gekrümmten Oberfläche der Schweißraupe und der Eibene der zu schweißenden Bische führen, was in ier nachfolgenden Beschreibung der Erfindung noch ausführlich erörtert wird.

Der Erfindung iiegt somit die Aufgabe zugrunde, sin Verfahren der eingangs angegebenen Cfattung zu schäften, welches auf wirtschaftlich vorteilhafte und technisch einfache Weise das Verschweißen auch von Blechen mit mehr als 12 mm Stärke bei ausgezeichneten Eigenschaften der Schweißnaht mit Hilfe von I-Nähten gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während der Bewegung der Tandemanordnung mit einer Relativgeschwindigkeit in dem bekannten Bereich von 50 bis 120 cm/min den Blechen mit einer Stärke größer als 12 mm ein erster elektrischer Strom I₁ durch die Vorlaufeiektrode und ein zweiter elektrischer Strom/., durch die Nachlaufelektrode zugeführt wird, wobei der erste Shorn/, eine Stromstärke zwischen 1000 und 2J00 A bei einer Lichtbogenspannung an der Vorlaufeiektrode

von [(/,/40) + 15] bis [/,/4O) 4- 35] V

besitzt und der zweite Strom /., eine Stromstärke besitzt, die '/4 bis ⁴/s der Stromstärke des Stromes Z₁ beträgt.

Der Erfindung liegt der Leitgedanke zugrunde, daß sich die Nachteile bekannter Schweißverfahren der in Rede stehenden Gattung vermeiden und die Ausbildung der mittels einer Tandem-Elektrodenanordnung zu erzeugenden Schwfißraupenform steuern läßt, wenn Stromstärke, Spannung und BewegimgsgeschwindigkHt der Vorlaufeiektrode in zweckmäßiger Weise aufeinander abgestimmt werden. Dabei beruht die Erfindung auf der synergistischen Wirkung von drei entscheidenden und sich ergänzenden Faktoren, nämlich des Vorhandenseins eines geeigneten Stroms an der Vorlaufeiektrode bei recht hoher Lichtbogenspannung, eines zweckmäßig zum Strom der Vorlaufeiektrode in Verhältnis gesetzten Stroms hü der Nachlaufelektrode und dem Einhalten einer verhältnismäßig hohen Schweißgeschwindigkeit.

Der mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielbare technische Fortschritt liegt insbesondere darin, daß mit seiner Hilfe das Schweißen auch dicker Bleche von 12 bis 30 mm Stärke mit Hilfe der wirtschaftlich vorteilhaften I-Naht gestattet wird und es keiner komplizierten elektrischen Einrichtungen zur Einwirkun£ auf die Phasenverschiebungswinkel zwischen den jeweiligen Elektrodenströmen bedarf. Ferner gestattet das Verfahren nach der Erfindung die gezielte Ausbildung vorteilhafter Anlage- bzw. Berührungswinkel und eine Steigerung der Qualität der niedergebrachten Schweißung, die mit den bekannten Verfahren nicht erzielbar ist.

Bei der innerhalb des Verfahrens nach der Erfindung zu verwendenden Tandemelektrodenanordnung ist es wichtig, daß der Vorlaufeiektrode ein hoher Strom bei verhältnismäßig hoher Spannung zugeführt wird, während der Nachlaufelektrode ein solcher Strom zugeführt wird, der gewährleistet, daß die Oberseite einer jeden Schweißüberhöhung abgeflacht wird. Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung kann durch Zuführen eines verhältnismäßig hohen elektrischen Stromes über die Vorlaufeiektrode an die rechtwinklige Schweißfuge eine tiefe Fugenfülerzielt werden. Dabei liegt an der Vorlaufeiektrode eine verhältnismäßig hohe Lichtbogenspannung an, da dadurch eine breite Schweißnaht ohne Gefahr einer Rißbildung erzielbar ist. Mittels der überraschend hohen Lichtbogenspannung an der Vor-

S laufelektrode wird bei dem Verfahren nach der Erfindung eine Verbreiterung der Schweißnaht erzielt, wobei zugleich die Schweißgeschwindigkeit erhöht werder. kann. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die von den Elektroden je Längeneinheit der rechtwink- !igen Stoßverbindungsnaht abgeschmolzene Menge an Schweißmittel so genau zu wählen, daß Schweißüberhöhungen von annehmbarem Ausmaß, beispielsweise mit einer Höhe von 3 bis 4 mm entstehen.
Die Nachlaufelektrode hat beim erfindungsgemäßen Schweißverfahren die Aufgabe, dem mittels der Vorlaufeiektrode geschmolzenen Metall so viel Wärme zuzuführen, daß die Abkühlung des geschmolzenen Metalls verlangsamt und dadurch gleichmäßig ausgebildete Schweißraupen erzielt werden. Weiterhin

ao soll die Nachlaufelektrode de.; Berührungswinkel λ zwischen der Oberfläche der miteinander zu verschweißenden Bleche und der gekrümmten Oberfläche der Schweißraupen verkleinern.

Die Stromstärke des die Vorlaufeiektrode der Tandemelektrodenanordnung durchfließenden Stromes /, ist erfindungsgemäß auf den Bereich zwischen IOüO und 2000 A begrenzt, da beim doppelseitigen Schweißen von rechtwinkligen Stoßfugen an Stahlblechen mit einer Stärke größer als 12 mm ein Vor-

3c laufelektrodenstrom von weniger als 1000 A keine ausreichend tiefe Fugenfüllung bewirken kann, während andererseits ein 2000 A übersteigender Vorlaufelektrodenstrom /j einen so hohen Lichtbogendruck erzeugen würde, daß durch Verspritzen des abgeschmolzenen Schweißmittels die Schweißraupenqualität herabgesetzt wird.

Von überaus wichtiger Bedeutung ist beim erfindungsgemäßen Verfahren die Bemessung der Lichtbogenspannung an der Vorlaufeiektrode der Tandemanordnung. Während die Lichtbogenspannung der Vorlaufeiektrode in herkömmlichen Anordnungen zum verdeckten Lichtbogenschweißen lediglich 30 bis 40 V beträgt,, werden nach der Erfindung bei der Vorlaufeiektrode Lichtbogenspannungen

von [(/,/40) + 15] bis [(//40) + 35] V

verwendet. Bei einer Lichtbogenspannung an der Vorlaufeiektrode von weniger als

[(/,/40) + 15] V

ergibt sich eine zu schmale Schweißraupe bei zu starker Schv. eißüberhöhung von beispielsweise mehr als 4 mm. Wie von der Anmelderin festgestellt, sind jedoch Schweißraupen mit einer Überhöhung von 4 mm unzweckmäßig, wobei zudem derartig stark überhöhte Schweißraupen leicht zur Bildung von Unterschnitten bzw. Kerben führen. Andererseits tritt bei einer Lichtbogenspannung von mehr als

[(/,/40) + 35] V

an der Vorlaufeiektrode schnell eine Abflachung der Fugenfüllung dn, so daß die beim Verschweißen dicker Stahlbleche erforderliche Einbringtiefe der Schweiße nicht erreicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung zusammen mit graphisch dargestellten Versuchsergebnissen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Schaltplan einer Schweißanordnung demelektrodenanordnung durch das Flußmittel hin-

zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, durchbewegt, beispielsweise in Richtung des in die

F i g. 2 ein Diagramm über die Abhängigkeit von Zeichnung eingezeichneten Richtungspfeils. Durch

Fugenfüllungstiefe und Lichtbogenspannung der Vor- Zuführen geeigneter Schweißströme durch die Tan-

laufelektrode bei dem Verfahren nach der Erfindung, 5 demelektrodenanordnung wird entlang der I-Fuge

F i g. 3 A und 3 B schematisch dargestellte Schnitte der beiden Bleche 1 bzw. 1' ein Schweißwulst 2 er-

durch Schweißraupen zur Erläuterung der wesent- zeugt,

liehen Merkmale der Erfindung, Das Ergebnis dieses Arbeitsschrittes ist in F i g. 2

F i g. 4 ein Diagramm über die Abhängigkeit von dargestellt, aus welcher deutlich zu entnehmen ist,

Schweißwulsthöhe und Vorlaufelektrodenspannung, io daß bei ansteigender Lichtbogenspannung an der

F i g. 5 ein Diagramm über die Abhängigkeit von Vorlaufelektrode die Dnrchschweißung allmählich Berührungswinkel χ zwischen Schweißwillst und abnimmt und daß bei Ansteigen der Lichtbogenspan-Schweißgut-Stahlblech und dem Verhältnis zwischen nung an der Vorlaufelektrode über den Wert von einem Vorlaufelektrodenstrom /, und einem Nach- g _/4q-> ₊ ^5 V
laufelektrodenstrom /., und 15 '

F i g. 6 eine Schnittansicht eines Abschnittes der hinaus — in dieser Formel bedeutet I₁ die in A aus-

mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestell- gedrückte Stromstärke des Vorlaufelektrodcnstromes

ten Schweißverbindung zwischen zwei Stahlblechen. — die Füllungstiefe schnell abnimmt, während für

Bei Versuchen zur Ermittlung des in einem ver- die Lichtbogenspannung der Vorlaufelektrode ein deckten Lichtbogen-Schweißverfahren bestehenden ao leichter Anstieg verzeichnet ist. Solange die Licht-Abhängigkeitsverhältnisses zwischen der Fugenfül- bogenspannung an der Vorlaufelektrode höher ist als lungstiefe bzw. Durchschweißung und der Licht- ein bestimmter Mindestwert und den vorgenannten bogenspannung an einer Vorlaufelektrode wurde eine Wert von

Tandemelektrodenanordnung verwendet, welche eine </j /^ ₊ 351 y

Vorlauf- und eine Nachlaufelektrode aufwies. Für 25 *

den Versuch galten folgende Bedingungen: nicht übersteigt, sind die in Abhängigkeit von den

Schwankungen der Lichtbogenspannung an der Vor-

Nachlaufelektroden-Strom /, ... 600 A laufelektrode auftretenden Veränderungen in der

Lichtbogenspannung V₂ an der Füllungstiefe praktisch vernachlässigbar klein. Die

Nachlaufelektrode 45 V ₃₀ Lichtbogenspannung V₁ an der Vorlaufelektrode

Schweißgeschwindigkeit 70 cm/min _wi_rd vorzugsweise im Bereich

Vorlaufelektroden-Strom I. 1000 bzw. 1500 A

Schweißverfahren doppelseitiges ver- zwischen [(Z₁MO) + 15] und [(/,/40) + 25] V

decktes Licht- gewählt.

bogenschweißen _3S Gleichartige Versuche wurden bei verschiedenen

mit I-Fuge Schweißgeschwindigkeiten, das ist die Geschwindigkeit, mit welcher die Tandemelektrodenanordnung

Eine für die Versuche verwendete elektrische entlang der herzustellenden Schweißnaht bewegt

Schaltungsanordnung ist in F i g. 1 dargestellt. Zwei wird, durchgeführt. Bei einer Schweißgeschwindigkeit

Schweißtransformatoren 7"R₁ und TR₂ sind jeweils 40 von weniger als 50 cm/min wächst die Schweißwulst-

mit ihrer Primärwicklung je an eine Stromquelle mit breite nicht im richtigen Verhältnis mit der schnell

der Spannung F₀ angeschlossen, während die Sekun- stärker werdenden Schweißüberhöhung. Es ereibt

därwicklung des Schweißtransformators TR₁ über einen sich daraus, daß die Überhöhung an sich zu stark

Gleichrichter mit einer Vorlaufelektrode L verbunden wird, beispielsweise über 4 mm hinausgeht. Eine

ist. so daß an dieser eine Lichtbogenspannung V₁ 45 Schweißgeschwindigkeit über 120 cm/min ist zu

anliegt. Die Erfindung schreibt nicht unbedingt die schnell, ergibt unsaubere Schweißwülste und führt

Verwendung eines derartigen Gleichrichters vor, so beispielsweise zu Unterschnitten bzw. Keinen. Daher

daß eine Wechselstromquelle unmittelbar an eine ist bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum

Schweißvorlaufelektrode angeschlossen sein kann. doppelseitigen verdeckten Lichtbogen-Stumpfschwei-

Die Sekundärwicklung des anderen Schweißtransfor- 50 ßen die Schweißgeschwindigkeit im Bereich zwischen

mators TR, ist mit der Nachlaufelektrode T verbun- 50 und 120 cm/min zu wählen, voirzugsweise zwi-

den, an welcher damit eine Lichtbogenspannung V.₂ sehen 50 und 90 cm/min.

anliegt. Beide Schweißtransformatoren TR₁ bzw. TR., Es wurde festgestellt, daß die Ausbildung des sind mit je einem beweglichen Kern MC ausgerüstet, Schweißwulstes im wesentlichen durch die Betriebsweicher zum Verändern der Streureaktanz des Trans- 55 bedingungen der Vorlaufelektrode L bestimmt wird, formators mittels einer (nicht gezeigten) geeigneten Mit Bezug auf F i g. 3 A ergibt sich, daß beim VerEinrichtung, beispielsweise in Richtung der in der schweißen von zwei Blechen 1 bzw. 1' mit einer Zeichnung angegebenen Richtungspfeile, betätigbar Dicke D in einem doppelseitigen Schweißverfahren ist. Eine Veränderung der Streureaktanz hat eine ent- nach der Erfindung die Eindringtiefe D₁ des Schweißsprechende Veränderung des durch die Elektrode L 60 wulstes 2 vorzugsweise wenigstens D/2 betragen oder T fließenden Schweißstromes zur Folge. sollte. Es ist bekannt, daß mit größer werdendem

Entsprechend F i g. 1 sind zwei Stahlbleche 1 Schweißstrom an der Vorlaufelektrode L die Einbzw. 1' durch unmittelbares Aneinanderlegen der dringtiefe D₁ an sich ebenfalls größer wird. Wie aus rechtwinkligen Kanten der sich berührenden Bleche Fig.3A hervorgeht, bewirkt jedoch schon die Ermittels einer Stoßfuge miteinander in Eingriff. Nach 6g höhung des Schweißstromes eine zu geringe Breite dem Auftragen eines geeigneten Flußmittels F auf die des Schweißwulstes 2 bei übermäßig großer Höhe H₁ I-Fuge wird eine aus einer Vorlaufelektrode L und der Schweißüberhöhung. Wie im vorstehenden bereits einer Nachlaufelektrode Γ zusammengesetzte Tan- erläutert, ist sowohl eine zu geringe Breite des

Schweißwulstes 2 als auch eine zu starke Schweißüberhöhung nicht zweckmäßig.

Es wurde festgestellt, daß cie Breite des Schweißwulstes 2, wie in F i g. 3 A bzw 3 B dargestellt, durch Vergrößern des Abstandes zwischen den Kanten der zu verschweißenden Bleche 1 bzw. Γ und der Vorlaufelektrode L vergrößert werden kann, da durch Verändern des Abstandes beispielsweise von G₁ in F i g. 3 A auf G₂ in F i g. 3 B das von der Elektrode abschmelzende Metall über einen breiteren Bereich verteilt werden kann. Um auch bei vergrößertem bicKtiouenausianü einen einwandfreien Fluß des geschmolzenen Metalls zu gewährleisten, muß die Lichtbogenspannung der Vorlaufelektrode L erhöht werden. Tatsächlich muß bei vergrößertem Abstand zum Aufrechterhalten eines gegebenen Stromes durch die Vorlaufelektrode L an dieser eine höhere Lichtbogenspannung herrschen als bei kleinerem Elektrodenabstand.

Es wurde außerdem festgestellt, daß durch Vergrößern des Abstandes zwischen der Schweißfuge und der Vorlaufelektrode L die Dicke der Überhöhung verringert werden kann, beispielsweise von H₁ in Fig. 3A auf H₂ in Fig. 3B. Diese Verringerung der Schweißüberhöhurig ergibt sich als natürliche Folge der vorbeschriebenen Verbreiterung des .Schweißwulstes 2.

In Fig. 4 ist die Dicke der Schweißüberhöhung in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung dargestellt. Mit zunehmendem Abstand zwischen Schweißfuge und Elektrode wächst auch die Lichtbogenspannung, vorausgesetzt, daß der der Elektrode zugeführte Strom und die Schweißgeschwindigkeit konstant gehalten werden. Demzufolge nimmt die Dicke der Überhöhung mit größer werdender Lichtbogenspannung ab.

Durch zweckmäßige Kombination der Lichtbogenspannung an der Vorlaufelektrode mit der Schweißgeschwindigkeit der Tandemelektrodenanordnung und des Nachlaufelektrodenstromes kann die der Erfindung zugrunde liegende synergistische Wirkung in zweckentsprechenderWeise erzielt werden.

Aufgabe der Nachlaufelektrode ist es, das mittels der Vorlaufelektrode abgeschmolzene Metall erneut zu erhitzen und somit seine Abkühlung zu verlangsamen. Bei zweckmäßiger Wahl des die Nachlaufelektrode durchfließenden Stromes können daher gleichmäßige Schweißwülste ausgebildet und gleichzeitig ein einwandfreier Anlage- bzw. Berührungi.-winkel α erzielt werden, unter welchem, wie in F i g. 6 gezeigt, der zwischen der gekrümmten Oberfläche des Schweißwulstes 2 und der Ebene des Bleches 1 an der Basis des Schweißwulstes 2 eingeschlossene Flächenwinkel zu verstehen ist. Genauer ausgedrückt, der Berührungswinkel α wird bestimmt und eingeschlossen von der Planarfläche des Bleches 1 und einer an der Schnittlinie der Schweißwulstoberfläche mit der Blechoberfläche an die Oberfläche dc^ Schweißwulstes angelegten Tangentialebene und schließt den oberen Bereich der Schweißwulst 2 ein. Ein kleiner Berührungswinkel λ verringert die Gefahr der Unterschnittbildung und verbessert die Qualität der Schweißwulst 2.

Es wurde festgestellt, daß ein sehr kleiner Berührungswinkel ,i erzielt werden kann, wenn der die Nachlaufelektrode durchfließende Strom /., mit ein Viertel bis vier Fünftel des VorlaufelektroderK Stroms I₁ gewählt wird, also /₂ = ¹U bis ⁴Zs /,.

Die Nachlaufelektrodenspannung V, wird beispielsweise durch Versuche, bei welchen die übrigen Bedingungen hinsichtlich Vorlaufelektrodenspannung V₁, Vorlaufelek'-.odenstrom I₁ und Nachlaufelektrodenstrom I₂ erfüllt sein müssen, und in der Weise bestimmt, daß eine zufriedenstellende Schweißraupenform erzielt wird.

Zur Bestimmung der Abhängigkeit zwischen dem Berührungswinkel <* und dem verhältnis /.,//, wurden eine Reihe von Versuchen durchgeführt, deren Ergebnisse im Diagramm der F i g. 5 dargestellt sind. Darin sind an der mit kreisförmigen Markierungen (O) gekennzeichneten Kurve die Ergebnisse aufgetragen, welche mit einem Vorlaufelektrock-iistrom ,₅ Z₁ = 1200 A, einer Lichtbogenspannung an der Vorlaufelektrode V₁ — 55 V und einer Schweißgeschwindigkeit S = 70 cm/min erzielt wurden, während an der mit (X) gekennzeichneten Kurve abgelesen werden kann, welche Ergebnisse sich bei einem Vorlaui_ao elektrodenstrom I₁ — KK)OA, einer Lichtbogenspannung an der Vorlaufelektrode V_x = 65 V und einer Schweißgeschwindigkeit 5' = 50 cm/min ergaben.

Aus dem Diagramm der F i g. 5 kann entnommen werden, daß der Berührungswinkel \ sehr klein ist, a₅ wenn das Verhältnis /.,//, im Bereich zwischen V₄ und ¹Z₅ liegt, während bei einer Veränderung des Verhältnisses /.,//, nach oben oder nach unten aus dem genannten Bereich V₄ bis ⁴/₅ heraus der Berührungswinkel a größer wird. Genauer ausgedrückt, ist der Nachlaufelektrodenstrom I₂ kleiner als ein Viertel des Vorlaufelektrodenstroms /,, so ist die durch dta Nachlaufelektrodenstrom /., bewirkte Wiedererhitzung unzureichend, so daß die mit einem derart niedrigen I₂ erzielten Schweißwülste den Schweißen ähnlich werden, die mit nur einer Elektrode, d. h. allein mit der Voriaufelektrode, erzielbar sind. Ein solcher, verhältnismäßig niedriger Nachlajfelektrodenstrom /., führt daher zu einer unregelmäßigen Ausbildung der Schweißraupe und zu einem großen Berührungswinkel λ, wodurch sich eine erhöhte Gelahr der Unterschnittbildung ergibt. Wird andererseits der Nachlaufelektrodenstrom L₁ größer als ⁴/₅ /, gewählt, so wird die Wärmezufuhr übermäßig groß, ohne daß gleichzeitig auch die Schweißwulstbreite wächst, so daß die auf eine Längeneinheit des Schweißwulstes abgeschmolzene Menge Metall zuviel wird. Es ergibt sich eine Verdickung der Schweißü^erhö'ring und damit ein großer Berührungswinkel <x. Em ausgezeichnetes Aussehen und eine gleichmäßigere Form des Schweißwulstes ist insbesondere dann erzielbar, wenn der Nachlaufelektrodenstrom /, zwei Fünftel bis drei Fünftel des Vorlaufelektrodenstromes /. ausmacht.

Im erfindungsgemäßen Schweißverfahren könner als elektrische Stromquelle für die Vorlauf- bzw Nachlaufelektrode eine Wechselstromquelle, ein«

Gleichstromquelle mit positiver oder negativer PoIa rität oder miteinander kombinierte Wechsel- um Gleichstromquellen vorgesehen sein.

So Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, dal

beim Verschweißen zweier metallischer Bleche ar beiden Seiten und bei Verwendung einer rechtwink ligen Sc.nveißfuge für beide Blechseiten eine be stimmte .Schweißgeschwindigkeit benuai werder kann. Beim herkömmlichen verdeckten Lichtbogen

schweißen müssen zum Beschweißen voneinander°ab gewandter Blechseiten zwei verschiedene Schweiß geschwindigkeiten benutzt werden, wobei für das Be

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stimmen des Verhältnisses zwischen den für entgegengesetzte Blechseiten anzuwendenden Schwe'ßgcschwindipketlen beträchtliche Erfahrung und Geschick erforderlich sind. Durch Entbehrlichmachen darin spezialisierter Arbeitskräfte liefert die Erfindung einen großen Beitrag zur Technik des verdeckten Lichtbogenschweißens.

Das erfindungsgemäße Schweißverfahren wird an Hand der folgenden Ausfülirungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Zwei Stahlbleche mit einer Zugfestigkeit von 50 kp/mm-' und der in Tabelle 1 gegebenen chemischen Zusammensetzung, welche der japanischen Industrienorm JlSG 3106 entspricht, sowie mit einer Dicke von 18 mm wurden mittels einer rechtwinkligen Stoßfuge unmittelbar aneinander, d. h. mit einem Abstand von 0 mm voneinander, angeordnet und durch verdecktes Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer Drahtelektrode von 4,8 mm Durchmesser und niedrigem Mangangehalt mit einem Flußmittel-Zusatz, welcher hauptsächlich aus Oxiden des Aluniiniums, Magnesiums und Siliciums sowie Kalkstein bestand, miteinander verschweißt. Die elektrische Energiezufuhr erfolgte bei der Vorlaufelektrode mittels einer Gleichstromquelle negativer Polarilät. bei der Nachlaufelektrode mittels einer Wechselstromquelle (vgl. Fig. 1).

Tabelle 1	Anteil in °/o ....	Kohlenstoff	Silicium	Mangan	Phosphor	Schwefel	Eisen
	0,18	0.39	1,45	0,020	0,023	Rest

Sowohl die erste als auch die zweite Seite der Schlagfestigkeit des Schweißmetalls bei Prüfung mit

Stahlbleche wurde unter denselben Schweißbedingun- as dem Charpyschen Pendelhammer E₀ = 6,2 kpin. In

gen bearbeitet, nämlich: einem Druckbiegeversuch wurde festgestellt, daß die

Vorlaufelektrodenspannung 50 V Schweißnaht eine hohe Duktilität aufwies und auch

Vorlaufelektrodenstrom .. 1250 A ^be' ^einer °^urcll^bie8^u"|..^von, ¹⁸° ^{Grad frei von R:!V}

Nachlaufelektrodenspannung 45 V ^blldunS ^{und anderen Man}g^eln war.

Nachlaufelektrodenstrom 500 A

Abstand der beiden Elektroden von- Beispiel 2

einander 30 mm

Schweißgeschwindigkeit 100 cm/min -,.-,„, ,, ,-,.., . ·.·

^{B 6} Zwei Fluß- bzw. Schmiedeeisenbleche mit der in

Es wurde eine zufriedenstellende Füllungstiefe 35 Tabelle 2 gegebenen chemischen Zusammensetzung, erreicht, bei einer Schweißwulst von 20 bis 23 mm welche der japanischen Indusiiienorm JIS G 3101 Breite und 2,8 bfc 3,0 mm Höhe. Der Bcrührungs- entspricht, wurden mittels einer rechtwinkligen winkel α der Schweißüberhöhung betrug 49 bis Schweißfuge im Abstand von 0 bis 3 mm voneinan-51 Grad, ein in hohem Maße zufriedenstellender der angeordnet und durch verdecktes Lichtbogen-Wert. Eine Prüfung der Schweißnaht mittels Rönt- 40 schweißen unter Verwendung einer Drahtelektrode genstrahlen ergab das Fehlen jeglicher Mängel, die von niedrigem Mangangehalt mit einer Flußmittel-Naht besaß ausreichende Füllungsiiefe und war frei umhüllung in ähnlicher Zusammensetzung wie im von Schweißrissen, Schlackeneinschlüssen und Lun- Beispiel 1, jedoch mit höherem Siliciumanteil, mitkerstellen. einander verschweißt. Der Durchmesser der Vorlauf-

Die Schweißnaht wurde sodann einer Anzahl Prü- 45 elektrode betrug 6,4 mm, der der Nachlaufelektrode

fungen unterzogen und zeigte ausgezeichnete mecha- 4,8 mm. Die elektrische Energiezufuhr erfolgte bei

nische Eigenschaften: Zugfestigkeit 55 kp/mm² und beiden Elektroden mittels einer Wechselstromquelle.

Tabelle

	Kohlenstoff	Silicium	Mangan.	Phosphor	Schwefel	Eisen
Anteil in0/«	0,19	Spuren	0,94	0,008	0,0032	Rest

Die erste und zweite Seite der Stahlbleche wurden unter den folgenden Schweißbedingungen bearbeitet:

Erste Seite (Rückseite)

Vorlaufelektrodenspannung 65 V

Vorlaufelektrodenstrom 1600 A

Nachlaufelektrodenspannung 50 V

Nachlaufelektrodenstrom 600 A

Abstand der beiden Elektroden voneinander 60 mm

Schweißgeschwindigkeit 60 cm/min

Zweite Seite (Vorderseite)

Vorlaufelektrodenspannung 67 V

60 Vorlaufelektrodenstrom 1700 A

Nachlaufelektrodenspannung 50 V

Nachlaufelektrodenstrom 600 A

Abstand der beiden Elektroden voneinander 60 mm

65 Schweißgeschwindigkeit 60 cm/rnii

Es wurden zniriedenstellende Schweißwülste ei zielt, mit einer Schweißerhöhung von 35 bis 37 mi

Breite and einer Höhe von 3.4 bis 3,7 mm. Der Berührungswinkel χ der Schweißüberhthung betrug 48 bis 53'Grad, ein in hohem Maße zufriedenstellender Wert.

Die Füllungstiefe betrug 16 mm von beiden Seiten aus, wobei am inneren Ende der von den beiden entgegengesetzten Seiten ausgehenden Füllungen eine Überlappung von etwa 4 mm bestand.

Die Schweißnaht wurde sodann einer Anzahl Prüfungen unterzogen und zeigte ausgezeichnete mechanische Eigenschaften: Zugfestigkeit 48 kp/rnnV- und Schlagfestigkeit des Schweißmetalls bei Prüfung mit dem Charpyschen Pendelhammer in der Umgebung

der Oberfläche des Nahtkopfes E₀=8,6kpm, irr Mittelbereich E_n = 9,2 kpm. In cintm Druckbiegeversuch wurde festgestellt, daß die Schweißnaht eine hohe Duktilita't aufwies um¹ auch bei Durchbiegung frei von Rißbildung und anderen Mängeln war. Eine Prüfung der Schweißnaht mittels Röntgenstrahier ergab das Fehlen jeglicher Mangel; die Naht besafj ausreichende Füllungstiefe und war frei von Schweißrissen, Schlackeneinschlüssen und Lunkerstellen,
ίο Die Erfindung schafft also ein Schweißverfahren mittels dessen auch an verhältnismäßig dicken Stahlblechen einwandfreie Schweißverbindungen hergestellt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum doppelseitigen verdeckten Lichtbogenschweißen von Stumpfstoßverbindungen an Stahlblechen mit Stoßfugen von rechtwinkliger Querschnittsflächt, bei welchem eine aus einer Vorlaufelektrode und einer dieser in der Bewegungsrichtung nachgeordneten Nachlaufelektrode bestehende Tandem-Schweißelektrodenanordnung relativ zu den Stahlblechen bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bewegung der Tandemanordnung (L, T) mit einer Relativgeschwindigkeit in dem bekannten Bereich von 50 bis 120 cm/min den Blechen (1,1') mit einer Stärke größer als 12 mm ein erster elektrischer Strom Z₁ durch die Vorlaufelektrode (L) und ein zweiter elektrischer Strom I₂ durch die Nachlaufelektrode (T) zugeführt wird, wobei der erste Strom Z₁ eine Stromstärke zwischen 1000 und 2000 A bei einer Lichtbogenspannung an der Vorlaufelektrode

von [(/,/40) + 15] bis [(/,/40) + 35] V