DE2304753C3 - Unterpulver-Schweißverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterpulver-Schweißverfahren, bei dem während des Schweißvorgangs zusätzlich im wesentlichen metallische Zuschlagstoffe in Form von Metallsand oberhalb der Schlackeschicht — die auf das Schweißbad aufgebracht wird — an einer durch den Schweißstrom magnetisierten Schweißelektrode angelagert, mit dieser durch die Schlackeschicht hindurchgetrieben und dem Schweißbad zugeführt werden, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens welche im wesentlichen aus einer Drahtzuführeinrichtung, einem mit einem Zuführungsrohr versehenen Schlackenpulver-Vorratsbehälter und einem Zuschlagstoffe-Vorratsgefäß und einer Dosiereinrichtung für die Aufgabe der Zuschlagstoffe besteht Bei den üblichen Unterpulver-Schweißverfahren wird auf Grund starker Überhitzung der Schweißstelle ein größerer Anteil des Grundmetalls aufgeschmolzen als bei den Lichtbogen-Schweißverfahren. Das Verhältnis von abgeschmolzenem Elektrodenmetall zu aufgeschmolzenem Grundmetall liegt je nach Art des verwendeten Schweißpulvers zwischen 1 :1,8 und 1:2,1.

Der verhältnismäßig hohe Anteil des Grundmetalls in der Schweißschmelze verleiht den Unterpulver-

Schweißverfahren zwar eine hohe Sicherheit in der Verfahrensdurchführung und bedingt auch — vor allem bei extrem dicken Werkstücken — ihre Wirtschaftlichkeit Dagegen genügt die Schweißnaht jedoch nicht immer besonderen Qualitätsanforderungen, beispielsweise hinsichtlich der Kerbschlagzähigkeit

Dieser Nachteil wird in erster Linie durch das in die Schweißnaht gelangte Grundmetall verursacht welches im allgemeinen einen schlechteren Reinheitsgrad aufweist als das Elektrodenmetall. Darüber hinaus können in Folge der Überhitzung und Aufschmelzung gewisse Sondereigenschaften des Grundmetalls, beispielsweise seine Primärfeinkörnigkeit verloren gehen. Es sind bereits Verfahren bekanntgeworden, bei denen versucht wurde, die obengenannten Nachteile durch Verringerung des Grundmetall-Anteils in der Schweißschmelze zu vermeiden. Die Verringerung des Grundmetall-Anteils wird bei diesen Verfahren dadurch erreicht, daß neben der abschmelzenden Elektrode auf verschiedene Art und Weise noch ein Zusatzmetall stromlos in die Schweißschmelze eingebracht wird. Das Zusatzmetall kann beispielsweise in Form von Schweißdrähten oder profilierten Schweißstäben neben der abschmelzenden Elektrode in den Lichtbogen eingeführt werden. Bei einer anderen Art dieser sogenannten Kaltdrahtverfahren werden zusätzliche Schweißdrähte oder -stäbe in mehr oder weniger großen Stücken in die Schweißfuge eingelegt. Beim Unterpulver-Schweißen ist es außerdem bekannt, Metallteilchen als Zusatzwerkstoff zu verwenden.

so Bei der Zugabe von kurzen Drahtstücken in Schweißrichtung vor, d. h. außerhalb des Lichtbogens (vgl. H. Kihara: Welding in Japan Borders on the Practical, Ingenious. The Iron Age, (17. Dezember) 1964, S. 83—85) ergibt sich der Nachteil, daß durch das Einführen der Drahtstücke in den Lichtbogen die auf der schweißschmelze schwimmende Schlackendecke, die den Lichtbogen gegen die Atmosphäre schützt, gestört wird. Außerdem bedarf es bei diesem Verfahren einer vorbereiteten Naht, in die die Drahtstücke eingelegt werden können, damit sich ihre Lage weder durch das Aufstreuen des Schlackenpulvers noch bei einer Bewegung des Werkstückes verändert Insbesondere beim Schweißen von Rundnähten kleineren Durchmessers besteht sonst die Gefahr, daß der aufgestreute Metallsand von dem durch ein Drehwerk bewegten Werkstück vorzeitig herabrieselt Außerdem ergibt sich beim Einführen kurzer Drahtstücke in die Schweißfuge der Nachteil, daß durch die eckige Form

der Drahtstücke und die sich daraus ergebende ungleichmäßige Verteilung von Drahtstücken und Hohlräumen die Gleichmäßigkeit des Lichtbogens gestört wird. Eine gleichmäßige Zugabe des Zusatzmetalls ist infolge der schlechten Rieselfähißkeit der kantigen Drahtstücke kaum möglich.

Durch die US-PS 28 10 063 ist ein Verfallen und eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei dem während des Schweißvorgangs zusätzlich magnetisierbare Zuschlagstoffe in zerkleinerter Form oberhalb der Schlackeschicht konzentrisch um eine durch den Schweißstrom magnetisierte Schweißelektrode angelagert, mit dieser durch die Schlackeschicht hindurch getrieben und dem Schweißbad zugeführt werden. Durch die magnetische Zuführung von im wesentlichen metallischen Zuschlagstoffen in zerkleinerter Form wird der Anteil an aufgeschmolzenem Grundmaterial in der Schweißschmelze bereits günstig beeinflußt Bei dem bekannten Verfahren werden aber noch 2,1... 3,8 kg Schweißdraht gebraucht, um ein Kilogramm ZusatzwerHtoff zu erschmelzen.

Eine andere, aus der US-PS 32 60 834 bekannte Vorrichtung weist je einen Vorratsbehälter für das Schlackenpulver und für die Zuschlagstoffe auf, wobei für die Zuschlagstoffe eine unter der Austrittsöffnung des Zuschlagstoffe-Behälters befindliche Dosierwalze und ein darunter befindliches, mit einem Trichter versehenes Zuführungsrohr vorgesehen ist, während für das Schlackenpulver ein mit einem trichterförmigen Einlauf versehenes, konzentrisch um das erste angeordnetes zweites Zuführungsrohr vorgesehen ist Die Drahtelektrode dieser Vorrichtung ist drehbar um die Zuführungsrohre angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Unterpulver-Schweißverfahren zu entwickeln, bei dem J5 das Verhältnis

Schweißdraht
Zusat/werksloff

■to

gegenüber dem bekannten Verfahren noch weiter gesenkt wird, um eine höhere Wirtschaftlichkeit durch die Verwendung billiger metallischer Zusatzstoffe zu erreichen. Das Verfahren soll außerdem so beschaffen sein, daß die Zuschlagstoffe ohne Störung des Lichtbogens in diesen eingebracht werden. Gleichzeitig liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, mittels welcher das Verfahren in einfacher Webe durchgeführt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zuschlagstoffe lediglich auf die — in Schweißrichtung gesehen — Vorderseite der Schweißelektrode aufgegeben werden.

Durch die zwischen den kernigen oder in Pulverform vorliegenden Zuschlagstoffen und der Schweißeleictrode vorhandenen magnetischen Anziehungskräfte werden die Zuschlagstoffe durch die aufgestreute Schlakkenpulver-Abdeckung hindurchgezogen und beinahe vollständig dem Lichtbogen zugeführt. Dadurch daß die Zusatzstoffe lediglich auf die Vorderseite der Schweißelektrode aufgegeben werden, Vr.nn ein wesentlich höherer Anteil an Zuschlagsto>,en einwandfrei aufgeschmolzen werden. Die Ursache für die größere Aufschmelzleistung ist wohl darin zu sehen, daß die Zuschlagstoffe unmittelbar durch den Lichtbogen hindurchtreten müssen und dabei für einen längeren Zeitraum der hohen Temperatur des Lichtbogens ausgesetzt sind.

Es hat sich gezeigt, daß bei dsm Verfahren nach der Erfindung erheblich größere Mengen an Zuschlagstoffen im Verhältnis zur Schweißdraht-Menge aufgeschmolzen werden können als bei den bisher bekannten Verfahren. Bei einer Unterpulver-Schweißung mit 900 A Schweißstrom und 45 V Schweißspannung gelang es beispielsweise nach dem bekannten Verfahren mit in die Naht eingestreuten Zuschlagstoffen, 13 kg/h an Schweißdraht und 9 kg/h an Zuschlagstoffen einwandfrei aufzuschmelzen. Bei gleichen Strom- und Spannungswerten konnten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit an den Schweißdraht gestreuten Zuschlagstoffen 13 kg/h an Schweißdraht und 18 kg/h an Zuschlagstoffen einwandfrei verarbeitet werden.

Die Steigerung der möglichen Zugabe an Zuschlagstoffen ist dadurch zu erklären, daß diese in sehr günstiger Weise von oben her vor den Lichtbogen gelangen und dessen Wärmewirkung sehr intensiv ausgesetzt sind. Der hohe Anteil an Zuschlagstoffen, beispielsweise in Form von Metallsand, beeinflußt den Einbrand im Grundmetall und die Überhitzung des Schweißgutes in einer für die mechanischen Eigenschaften des Schweißgutes günstigen Weise.

Beim Auftragsschweißen werden zweckmäßigerweise mehrere nebeneinanderliegende Schweißelektroden gleichzeitig dem Schweißband zugeführt.

Durch die Verwendung mehrerer nebeneinanderliegender Schweißdrähte — beispielsweise im Abstand von 25 mm — läßt sich eine Vervielfachung der Abschmelzleistung und eine beliebige Verbreiterung der Schweißlagen erreichen.

In Ausgestaltung des Verfahrens können auf die aus dem Schweißbad gebildete Schweißlage eine oder mehrere weitere Schweißlagen aufgebracht werden.

Versuchsweise wurden zwei Schweißlagen nebeneinander angeordnet, wobei eine Nahtbreite von 35 mm und eine Nahtdicke von 6 mm bei 700 A Schweißstrom erreicht wurde. Eine derartige Nahtgeometrie mit verhältnismäßig breiten aber dünnen Schweißlagen bringt den Vorteil mit sich, daß jeweils die zuletzt geschweißte Lage die darunterliegende Schweißlage vollständig auf die Umwandlungstemperatur durchwärmt, so daß diese Schweißlage umgewandelt wird und sich nach dem Erkalten eine bessere Feinkörnigkeit und damit gegenüber dem ursprünglichen Schweißzustand verbesserte mechanische Eigenschaften einstellen.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens können den magnetischen Zuschlagstoffen vor dem Aufbringen auf die Schweißelektrode nichtmetallische Zuschlagstoffe oder auch unmagnetische Nichtmetall-Zusätze in zerkleinerter Form beigegeben werden.

Die Menge der nichtmetallischen Zuschlagstoffe oder der unmagnetischen Nichtmetall-Zusätze muß dabei so gewählt werden, daß ein ausreichendes magnetisches Festhalten der Pulvermischung am Schweißdraht gewährleistet ist.

Für die Dosierung der Zuschlagstoffe ist zweckmäßigerweise eine Walze mit Dosierbohrungen vorgesehen, die unterhalb der Austrittsöffnung eines Vorratsgefäßes und oberhalb eines mit einem Zugaberohr verbundenen Trichters angeordnet ist, wobei die untere Öffnung des Zugaberohres der Vorderseite der Draht-Elektrode gegenüberliegt

Die Walze ist vorteilhaft mit dem Zuführungsantrieb der Draht-Elektrode gekoppelt.

Die Zugabemenge an Zuschlagstoffen pro Zeiteinheit kann in einfacher Weise dadurch verändert werden, daß das Übersetzungsverhältnis vom Zuführungsantrieb zur

Walze verändert wird.

In Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist die Draht-Elektrode in einem oberhalb des Schweißbades befindlichen Schlacke-Trichter angeordnet, in welchen das Zuführungsrohr einmündet.

Die Draht-Elektrode weist vorzugsweise einen Durchmesser zwischen etwa 4 und 6 mm auf.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert.

In den F i g. 1 und 2 ist dabei die Seitenansicht bzw. die Stirnansicht eines feststehenden Schweißgerätes dargestellt, mit dessen Hilfe eine Auftragsschweißung ausgeführt wird.

Auf das sich im Uhrzeigersinn drehende Werkstück 1, eine Walze, wird nach dem Unterpulver-Schweißverfahren mit Hilfe der im Schweißbad 2 abschmelzenden Draht-Elektrode 3 und des auf deren Vorderseite aufgegebenen Metallsandes 4 die Schweißlage 5 aufgebracht. Der Metallsand 4 wird über eine Walze 6, auf deren Umfang Dosierbohrungen 6' angeordnet sind, einem Vorratsgefäß 7 mit einer den Dosierbohrungen angepaßten Austrittsöffnung T entnommen.

Die Dosierbohrungen entleeren sich in einem Trichter 8, an weichen ein Zugaberohr 9 angeschlossen ist Die untere öffnung 9' dieses Zugaberohres liegt der Vorderseite der Draht-Elektrode 3 oberhalb der das Schweißbad 2 und den vorderen Bereich der Schweißlage 5 abdeckenden Schlackeschicht 10 gegenüber.

Das Schlackenpulver 10' wird über ein Zuführungsrohr 11 einem Schlackenpulver-Vorratsbehälter 12 entnommen und einem Trichter 13 zugeführt, dessen Wandung die Draht-Elektrode 3 umschließt.

Die Draht-Elektrode wird mittels zweier Antriebsrollen 14 von einer Vorratstrommel 15 abgezogen und durch eine Kupferdüse 16, welche gleichzeitig der Zuführung des Schweißstromes dient, auf das Werkstück 1 zubewegt. Die Lage der Kupferdüse ist zweckmäßigerweise in lotrechter Richtung verstellbar. Die Bewegung der Antriebsrollen 14 wird über eine mit diesen mitbewegte Stufenscheibe 14' mittels eines Antriebsriemens 17 auf eine mit de^r Walze 6 verbundene Stufenscheibe 18 übertragen.

Die Teile 6, 7, 8, 9, 12, 14 und 16 sind an einem Stützrahmen 19 befestigt, welcher seinerseits auf einem ortsfesten Träger 20 angeordnet ist Die Vorratstrommel 15 ist über Stützen 21 ebenfalls am Träger 20 befestigt

Der in Folge magnetischer Kräfte an der Dreht-Elektrode 3 haftende Metallsand 4 wird mit dieser praktisch verlustlos durch die das Schweißbad 2 und die Auftrag-Schweißschicht 5 abdeckende Schicht 10 hindurchgezogen und im Schweißbad 2 in den Schweißnahtwerkstoff einlegiert.

Hierzu 2 Blatt Zcichnunccn

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Unterpulver-Schweißverfahren, bei dem während des Schweißvorgangs zusätzlich im wesentlichen metallische Zuschlagstoffe in Form von Metallsand oberhalb der Schlackeschicht — die auf das Schweißbad aufgebracht wird — an einer durch den Schweißstrom magnetisierten Schweißelektrode angelagert, mit dieser durch die Schlackeschicht hindurchgetrieben und dem Schweißbad zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschlagstoffe lediglich auf die — in Schweißnchtung gesehen — Vorderseite der Schweißelektrode aufgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftragschweißen mehrere nebeneinanderliegende Schweißelektroden gleichzeitig dem Schweißbad zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die aus dem Schweißbad gebildete Schweißlage eine oder mehrere weitere Schweißlagen aufgebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den magnetischen Zuschlagstoffen vor dem Aufbringen auf die Schweißelektrode nichtmetallische Zuschlagstoffe oder auch unmagnetische Nichtmetall-Zusätze in zerkleinerter Form aufgegeben werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, welche im wesentlichen aus einer Draht-Zuführeinrichtung, einem mit einem Zuführungsrohr versehenen Schlackenpulver-Vorratsbehälter und einem Zuschlagstoffe-Vorratsgefäß und einer Dosiereinrichtung für die Aufgabe der Zuschlagstoffe besteht, wobei für die Dosierung der Zuschlagstoffe eine Walze mit Dosierboh.-ungen vorgesehen ist, die unterhalb der Austrittsöffnung des Zuschlagstoffe-Vorratsgefäßes und oberha'b eines mit einem Zugaberohr verbundenen Trichters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die untere öffnung (9') des Zugaberohres (9) der Vorderseite der Draht-Elektrode (3) gegenüberliegt.

6. Vorrichtung nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Dosierbohrungen (6') versehene Walze (6) in an sich bekannter Weise mit den Antriebsrollen (14) des Zuführungsantriebes der Draht-Elektrode (3) gekoppelt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Draht-Elektrode (3) in einem oberhalb des Schweißbades (2) befindlichen Trichter (13) angeordnet ist, in welchen das vom Schlackenpulver-Vorratsbehälter (12) kommende Zuführungsrohr (11) einmündet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Draht-Elektrode (3) einen Durchmesser zwischen etwa 4 und 6 mm aufweist.