DE2253862C3 - Verfahren zum Lichtbogen-Auftragschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Lichtbogen-Auftragschweißen mit nichtabschmelzender Elektrode im Schutzgasstrom und mit auf dem Werkstück liegendem kleinstückigen Zusatzmetall.

Die beispielsweise zum Herstellen von Gummi- oder Kunststoffartikeln verwendeten Preß- und Spritzgießformen und auch andere Formwerkzeuge aus Stahllegierungen oder anderen schweißbaren Metallen unterliegen in ihrer Ausführung hohen Genauigkeitsanforderungen, wobei die Einhaltung der engen Bearbeitungstoleranzen außerdem noch durch die Härte und Zähigkeit der Formwerkstoffe, in der Regel hochlegierte Werkzeugstähle, erschwert wird. Andererseits sind sie im Gebrauch leicht der Gefahr von Beschädigungen, beispielsweise durch Einpressen winziger Fremdkörper in die feinst bearbeiteten empfindlichen Dichtflächen aufeinanderliegender Formteile, durch Ausweiten der Angußbohrungen oder andere, auf unsachgemäße Behandlung oder unzulässige mechanische Beanspruchung zurückgehende Ursachen, ausgesetzt. Da jede Beschädigung des Formwerkzeuges sich auf die Beschaffenheit der damit hergestellten Formartikel auswirkt, können schon anscheinend nur geringfügige, ohne optische Hilfsmittel kaum erkennbare Oberflächenfehler die Unbrauchbarkeit einer Form begründen. Der Kostenaufwand für die Ersatzbeschaffung fällt besonders hoch aus, wenn es sich um mehrteilige Formen oder um Formen mit einer Vielzahl von einheitlich bearbeiteten Einsätzen handelt; denn es müssen in diesem Falle neben dem beschädigten Formteil auch alle anderen zugehörigen Teile aus dem Betrieb gezogen werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, die Ausbesserung beschädigter Formteile und in gewissem Umfang auch nachträgliche Änderungen an den formgebenden Innenflächen oder in den Angußbohrungen zu ermöglichen und damit die sonst entstehende Notwendigkeit zu Neuanfertigungen zu vermeiden.

ίο Das Auftragschweißen mit einer nichtabschmelzenden Elektrode ist an sich bekannt. So wird z. B. zum Ausbessern von Hartmetall-Schneidwerkzeugen nach einem bekannten Vorschlag (US-Patentschrift 17 84 015) das Zusatzmetall in Pulver- oder Körnerform kontinuierlich auf dem der Elektrode mit einer selbsttätig gesteuerten Vorschubbewegung zugeführten Werkstück aufgeschichtet, während es nach einem anderen bekannten Vorschlag (US-Patentschrift 4 05 345) als fortlaufender Spänestrom oder auch zusammenhängend als Draht oder Band unmittelbar im Schmelzbereich der Elektrode aufgebracht wird. In allen Fällen handelt es sich um das flächige oder linienhafte Auftragen verhältnismäßig großer Materialmengen, wofür überdies auch noch ein automatisch ablaufendes Arbeitsverfahren angestrebt wird, um ausgebildete Fachkräfte einzusparen und das Ergebnis von der Geschicklichkeit der Ausführung unabhängig zu machen. Demgegenüber liegt der Ursprung der Erfindung in einem Spezialgebiet des Formenbaues, das in seiner Ausführung auf ein den Maßstäben der Feinmechanik vergleichbares Präzisionsarbeiten hinausläuft und dazu den Einsatz besonders geeigneter, gutgeschulter Fachkräfte voraussetzt.

Nach der Erfindung ist für Verfahren der eingangs genannten Gattung vorgesehen, daß eine einzelne, zumindest annähernd kugelförmige Perle aus einem dem Werkstück gleichartigen Werkstoff hergestellt und auf die Schweißstelle aufgelegt, die Schweißelektrode über die Perle in zentrischer Ausrichtung zu dieser in Schweißstellung gebracht und darauf der Lichtbogen gezündet und der Schweißstrom bis zum Verlaufen der Perle eingeschaltet wird. Die Perle kann dabei mittels eines Klemmbleches od. dgl. gehalten und zunächst durch einen kurzzeitigen Schweißstromstoß fixiert und erst anschließend nach Entfernen des Klemmbleches durch erneutes Einschalten des Schweißstromes zum Verlaufen gebracht werden. Da die benötigten Perlen infolge ihrer geringen Abmessungen — es kommen Kugeldurchmesser in der Größenordnung von etwa 0,5

so bis 1 mm in Betracht — einer mechanischen Bearbeitung schwer zugänglich sind, empfiehlt es sich, sie in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung durch Schmelzen spangebend gewonnener Werkstoffteilchen im Lichtbogen herzustellen. Die Werkstoffteilchen können zu diesem Zweck in eine mulden- oder kalottenförmige Vertiefung in einer Unterlageplatte aus einem andersartigen metallischen Werkstoff eingelegt und dem Lichtbogen der in Schweißstellung darüber gebrachten Schweißelektrode ausgesetzt werden. Für die Einhaltung hoher Arbeitsgenauigkeit und die

Ausschaltung schädlicher Oxidationserseheinungen hat

sich die Verwendung von Wolfram-Elektroden mit Schutzgas'AusströmdUsen als vorteilhaft erwiesen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es erstmalig, einwandfreie Auftragschweißungen an Formen, Gesenken und ähnlichen Formwerkzeugen durchzuführen und die Wiederverwendbarkeit beschädigter Teile im vollen Umfang zu sichern wie auch in

bestimmten Grenzen Änderungen in der Profilierung der Formhohlräume oder in der Bemessung oder Lage der Angußbohrungen durchzufahren. Der sonst stets vorherrschende Zwang zum Neuanfertigen vollständiger Ersatzformen entfällt. Die Erfindung ermöglicht daher nicht nur beträchtliche Kosteneinsparungen, denen gegenüber die mit dem Nacharbeiten verbundenen Aufwendungen kaum ins Gewicht fallen, sondern sie gestattet darüber hinaus auch eine wesentlich schnellere Wiederaufnahme der Produktion, weil die gebrauchsfertige Ausbesserung der Formen in ungleich kürzerer Zeit als eine Neuanfertigung durchzuführen ist

Diese günstigen Ergebnisse waren nicht ohne weiteres vorauszusehen. Wenn auch die Ausbesserung schadhafter Maschinenteile durch Auftragschweißen seit langem zum Stand der Technik gehört, so konnten die bekannten Schweißverfahren zum Lösen der vorliegenden Aufgabe doch nicht herangezogen werden, weils sie erfahrungsgemäß Einbrandkerben, Ausbrennungen und andere unerwünschte Oberflächenveränderungen im Bereich der Schweißstelle mit sich bringen. Einen wichtigen Verfahrensschritt bildet daher die Herstellung der als Zusatzwerkstoff benötigten Perlen, wobei wiederum deren möglichst gleichmäßiger, der Kugelform weitgehend angenäherter Gestalt große Bedeutung zukommt. Die abgerundeten Konturen der Perlen mit zentrisch unter der Schweißelektrode sich dieser annähernder höchster Erhebung gewährleisten einen stetigen Übergang des Schweißstromes mit gleichmäßig in allen Bereichen einsetzendem Schmelzfluß ohne schädliche Überschläge auf benachbarte Oberflächenbereiche. Die Konzentrierung der gesamten elektrischen Energie auf den vergleichsweise kleinflächigen Querschnitt der Perle führt zu einem außerordentlich schnellen Aufschmelzen und Verlaufen innerhalb der Schadensstelle, wobei Steuerungsmöglichkeiten durch die Wahl der Stromstärke und der Einschaltdauer gegeben sind. Die Zeitdauer des eigentlichen Sch weiß Vorganges ist außerordentlich kurz, so daß unerwünschte Erwärmungen der Formteile vermieden oder in niedrigen Grenzen gehalten werden können. Dieser Umstand schafft besonders günstige Voraussetzungen für die Bearbeitung der meistens im Vakuum oder in Stickstoffatmosphäre gehärteten und daher oberflächlich nitrierten Formeinsätze. Eine Hochfrequenzüberlagerung des Scriweißstromes ist vorteilhaft, um vor dem Zünden des Lichtbogens die genaue zentrische Ausrichtung der Elektrode in bezug auf die Perle nachprüfen zu können.

Die Erfindung ist anhand der schematischen Darstellung der wesentlichen Verfahrensschritte in der Zeichnung erläutert. Es bedeutet

Fig. 1 die Teilschnittdarstellung einer beispielsweisen Anordnung für die Herstellung einer Perle im Vorbereitungszustand; F i g. 2 die Anordnung gemäß F i g. 1 im Endzustand;

Fig.3 eine vorbereitete Schweißstelle an einem Formeinsatz in Querschnittdarstellung nach der Linie lII + IIIinFig.4;

Fig.4 die Draufsicht auf die Schweißstelle gemäß Fig. 3inTe'ilansicht;

F i g. 5 eine an einem anderen Formeinsatz durchgeführte Auftragschweißung in Querschnittdarstellung nach der Linie V + V in F i g. 6 und

Fig.6 die Draufsicht auf ein Teilstück des Formeinsatzes gemäß F i g. 5.

Das erfindungsgemälV Verfahren geht in den gezeichneten Situationsbildern von der Verwendung eines Schutzgas-Handschweißbrenners 7 mit Wolfram-Elektrode 8 aus. Der Brenner 7 kann mit hochfrequenzüberlagertam, negativ gepoltem Gleichstrom betrieben werden. Die eigentliche Schweißelektrode 8 besteht aus einem kegelig angeschliffenen Wolframdraht von etwa 1 bis 2 mm Durchmesser, der von einer Ringdüse für das über nicht gezeichnete Schläuche dem Brenner zugeführte, in Richtung der Pfeile »A« ausströmende und einen Schutzgasmantel um die Elektrode und die Schweißstelle bildende Argongas eingefaßt ist Die elektrische Leistung kann in üblichen Grenzen den vorkommenden Bedarfsfällen angepaßt werden. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung hat sich eine Stromstärke in der Größenordnung von 10 A als zweckmäßig erwiesen.

Für die Herstellung der Perlen wird der Brenner 7 über eine mulden- oder kalottenartige Versteifung 10 in einer auf dem nicht gezeichneten üblichen Schweißtisch aufliegenden Kupferplatte 9 in Schweißstellung gebracht und "m die Vertiefung 10 ein Bruchstück 11 des Zusatzwerkstoffes eingelegt Das Buichstück 11 kann auf beliebige Weise, beispielsweise durch Abtrennen von einem dünnen Draht durch Zerspanen eines größeren Werkstückes od. dgl. gewonnen werden Nach Zünden des Lichtbogens wird es in der neutralen Argon-Aimosphäre unter der Wärmewirkung des durchfließenden Schweißstromes schmelzen und zu einer etwa kugelförmigen Perle 1 la (F i g. 2) zusammenfließen. Die damit erzielte Glättung und Vergleichmäßigung der ursprünglich unregelmäßigen, zerklüfteten Außenkonturen bildet eine wichtige Voraussetzung für die Durchführung der nachfolgenden Auftragschweißung.

Dem Verfahrensablauf ist gemäß der Darstellung 3 und 4 die Ausbesserung einer Fehlstelle in der Stirnfläche 12a eines zylindrischen Formeinsatzes 12 zugrunde gelegt. Der Einsatz 12 weist an einer Stirnfläche einen als ringförmige Eindrehung eingebrachten Hohlraum 13 auf, um beispielsweise zum Herstellen von Gummidichtringen oder ähnlichen Artikeln aus elastomeren Werkstoffen zu dienen. Eine Vielzahl solcher Einsätze kann in einer einzigen rahmenähnlichen Formplatte zusammengefaßt und gemeinsam an ihrer im Gebrauch der Form eine Dichtfläche bildenden Stirnfläche l?a mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden. Hinsichtlich der Beschaffenheit, der Gestaltung und des Aufbaues der Formen oder auch der Lage der Schweißstellen ist die Erfindung aber an keine bestimmten Voraussetzungen gebunden.

Auf die angenommene Schadensstelle in der Stirnfläche 12a des Formeinsatzes wird die in den voraufgegangenen Verfahrensschritten gewonnene Perle 11a aufgelegt und gegebenenfalls durch ein passend geformtes Klemmblech 14 gehalten. In dem gezeichneten Aus^ührungsbeispiel ist das aus Kupfer hergestellte Klemmblech 14 mit einem Keilschlitz 14a versehen, so daß die seitlich eingefaßte Perle 11a in ihrem mittleren Bereich dem Lichtbogen ungehindert ausgesetzt werden kann. Der an nicht gezeichneten Gelenkhebeln oder einem in zwei Ebenen verschiebbaren Support geführte Brenner 7 wird in die Schweißstellung über die Pe₁-Ie Ua in genauer zentrischer Ausrichtung zu dieser gebracht. Durch einen kurzzeitigen Impuls wird die Perle Ha zunächst auf der Stirnfläche 12a fixiert, um das Klemmblech 14 für die Durchführung des eigentlichen Schweißvorganges entfernen zu können. Erst danach wird der Lichtbogen nochmals gezündet. Der Schweiß-

strom bleibt nur so lange eingeschaltet, bis die Perle in ausreichendem Maße über die Schadensstelle verlaufen ist, um dann sofort unterbrochen zu werden. Je nach der Beschaffenheit und der flächigen oder räumlichen Ausdehnung der Schweißstelle kommen Einschaltzeiten von nur wenigen Sekunden Dauer bis zu Bruchteilen einer Sekunde in Betracht.

In F i g. 5 und 6 ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens anhand eines ebenfalls im wesentlichen zylindrischen Formeinsatzes 15 dargestellt. In diesem Falle handelt es sich um eine Sprit/gießform zum Herstellen von Gummidichtringen, wobei flüssige Kautschukmischung durch einen Angußkanal 17 in den Hohlraum 16 des an seiner Stirnfläche 15;) abgedeckten Einsatzes unter hohem Druck eingespritzt wird. Der Querschnitt des Angußkanals 17 ist so bemessen, daß er einerseits zwar die erforderliche Durchflußlcistiing gestattet, andererseits aber mit dem Ausnehmen der Formlinge aus dem Hohlraum 16 ohne weiteres Zutun zum Abreißen des angeformten Angußverteilers führt. Aus der Forderung, jede störende Gratbildung- am Außenumfang der Dichtringe zu vermeiden, ergab sich die Notwendigkeit, die Mündung des Angußkanals 17 in das Innere des Ringquerschnittes zu verlegen. Die gezeichnete Angußgestaltung trägt zwar diesen Umständen Rechnung; sie bietet aber außerordentliche fertigungstechnische Schwierigkeiten, weil sie die Einarbeitung und Feinstbearbeitung des ringförmigen Hohlraumes 16 durch Drehen verbietet und praktisch nur durch das weitaus weniger genaue Kopierfräsen verwirklicht werden

to kann.

Die Erfindung ermöglicht demgegenüber die Herstellung des Hohlraumes mit zunächst ungestörtem Außenringmantel mit freier Wahl des Bearbeitungsverfahrens und dementsprechend unter Einhaltung der geforderten Toleranzen. Erst nach Abschluß der Endbearbeitung wird unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Perle Zusatzwerkstoff in den Hohlraum 16 in Verlängerung des Angußkanals 17 in Form eines wulstartigen Ansatzes 18 eingeschweißt und anschließend mit der Stirnfläche 15a plangeschliffen und mit einem durchgehenden Einschnitt versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Lichtbogen-Auftragschweißen mit nichtabschmelzender Elektrode im Schutzgasstrom und mit auf dem Werkstück liegendem kleinstockigen Zusatzmetall, dadurchgekennzeichnet, daß eine einzelne, zumindest annähernd kugelförmige Perle (Ua) aus einem dem Werkstück gleichartigen Werkstoff hergestellt und auf die Schweißstelle aufgelegt, die Schweißelektrode (8) über die Perle in zentrischer Ausrichtung zu dieser in Schweißstellung gebracht und darauf der Lichtbogen gezündet und der Schweißstrom bis zum Verlaufen der Perle eingeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels eines Klemmbleches (14) gehaltene Perle (lla^zunächst durch einen kurzzeitigen Schweißstromstoß fixiert und anschließend nach Entfernen des Klemmbleches durch erneutes Einschaltes des .Schweißstromes zum Verlaufen gebracht wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Perle [Ua) durch Schmelzen eines spangebend gewonnenen Werkstoffteilchens (11) im Lichtbogen hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstoffterfchen (Ii) in eine mulden- oder kartenförmige Vertiefung (10) in einer Unterlageplatte (9) aus einem andersartigen metallischen Werkstoff eingelegt und dem Lichtbogen der in Schweißstellung darüber gebrachten Schweißelektrode (8) ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach den Afuprüchen I bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Wolfram-Elektrode (8) mit Schutzgas-/* isströmdüsen.