DE2315733C3

DE2315733C3 - Verfahren und Einrichtung zur Kehlnahtschweißen

Info

Publication number: DE2315733C3
Application number: DE19732315733
Authority: DE
Inventors: Keiichi Kanagawa Ishimoto
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1973-03-27
Filing date: 1973-03-27
Publication date: 1981-06-25
Also published as: DE2315733A1; DE2315733B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schweißen senkrechter Kehlnähte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bislang werden mit Schweißautomaten senkrechte Kehlschweißungen allgemein mit Schweißrichtung nach oben und ohne Benutzung eines Schutzgases ausgeführt. Bei größeren Nahtdicken besteht dabei das Problem, daß ein umfangreicheres Schmelzbad infolge der Schwerkraft abfließt. Nur in wenigen Fällen ist bis jetzt rein theoretisch vorgeschlagen worden, senkrechte Kehlschweißungen mit Schweißautomaten von oben narJi unten und unter Verwendung von Kohlendioxid-Gas als Schutzgas auszuführen. Erfahrungen haben aber gezeigt, daß die Schenkellänge der Schweißnaht nur mehrere Millimeter beträgt. Die Festigkeit der Schweißung ist deshalb zu gering für die Anwendung auf die Schweißung dickerer Platten, etwa mit einer Stärke von 25 mm, die dann häufig einen nachteiligen Mangel an Bindung zeigen.

Zur Beseitigung dieses Problems ist vorgeschlagen worden, eine Kehlschweißung in Aufwärtsrichtung durch einen Schweißautomaten ohne Verwendung eines Schutzgases so auszuführen, daß tier Schweißbrenner in seitlicher Richtung hin- und herbewegt wird, um für eine ausreichende Menge an Schweißmetail und damit für eine entsprechende Vergrößerung der Fußlänge oder Schenkellänge der Schweißkehle zu sorgen. Dieser Vorschlag hat jedoch zu einem sehr langsamen Schweißfortschritt selbst bei geringsten Fußlängen von etwa 10 mm geführt Dieses Verfahren ist deshalb nicht zweckmäßig und eine damit hergestellte Schweißung kürzerer Fußlänge nicht verwendbar. Zu diesem Stand

κι der Technik gehört beispielsweise das aus dei DE-OS 20 63 760 bekannte, recht aufwendige Verfahren, bei welchem in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung eines pendelnd über die Schwetßfuge bewegten Elektrodenhalters dessen Bewegung, der Schweißstrom

ι =j oder die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit gesteuert wird.

Durch die DE-AS 12 08 433 war auch schon ein Verfahren zum Kehlnahtschweißen mit Lichtbogen-Schweißbrennern bekannt, die im Abstand voneinander

in mit konstanter Geschwindigkeit entlang der Stoßfuge geführt werden. Dieses bekannte Verfahren dient aber zum Schweißen horizontaler Kehlnähte, so daß die beim Schweißen senkrechter Kehlnähte auftretenden Probleme hier keine Rolle spielen.

j-, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren und eine Einrichtung zum Schweißen senkrechter Kehlnähte zu schaffen, bei welchen die vorerwähnten verschiedenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt sind, und weiche eine automatische

in Schweißung dicker senkrechter Kehlnähte ermöglichen, wobei das Ergebnis sich durch überlegene Brauchbarkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe ist durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst.

;-, Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, zwar jeweils eine Schweißlage von geringem Querschnitt, die sich an senkrechter Wand halten kann, zu legen, aber im gleichen Zuge weitere Lagen folgen zu lassen. Dadurch wird das bei größeren Schweißtiefen bisher unvermeid-

4n liehe Problem des Abfließens eine.;- größeren Schmelzbades ausgeschaltet, und es ergibt sich in einem einzigen Bewegungsgang der in aufeinander folgender Ordnung abwärts geführten Schweißbrenner insgesamt ein größerer Querschnitt der Kehlnaht.

.γ, Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine wirtschaftliche, maschinelle Schweißung senkrechter Kehlnähte mit einer einfach aufgebauten Einrichtung ohne komplizierte Bewegungssteuerungen.

Weitere Vorzüge und Einzelheiten der Erfindung

Vi ergeben sich aus üen Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen die Erfindung ausführlich erläutert und dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Einrichtung zur

■-,·-, Ausführung der Erfindung,

Fig.2 eine Draufsicht auf den Schweißkopf der in F i g. 1 dargestellten Schweißvorrichtung,

Fig.3 eine schaubildliche Ansicht eines Paares zweier zusammenzuschweißender Grundplatten und

ho F i g. 4 eine Draufsicht auf die Schweißung.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung, siehe Fig. I, weist einen beweglichen Wägen 1 auf, der fnil einem Paar drehbarer, stützender Räder la und \b versehen ist, mit denen der Wagen auf einem Paar entsprechen-

ι,-, der, nicht dargestellter Schienen rollen kann.

Auf dem Wagen I i:,t das untere Ende eines Hydraulikzylinders 2 fest angeordnet. Der in dem Hydraulikzylinder gleitende Dnickkolben 2<i ist nur mit

einem kleinen Teil seines oberen Endes zu sehen. Am äußersten Ende des Hydraulikdruckkolbens 2a ist fest ein waagerechter Tisch 3 angeordnet, der hydraulisch mit einer vorbestimmten konstanten Geschwindigkeit abwärts bewegt werden kann. Hierzu wird die Ausflußgeschwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit aus der unteren Zylinderkammer des Zylinders 2 mit Hülfe eines Ventils eingestellt. Die Zylinderkammer und das Ventil sind als an sich bekannt hier nicht nicht näher dargestellt.

Ein zweiter oder oberer Wagen 4 ist auf dem Tisch 3 axial gleitfähig angeordnet Auf dem Wagen 4 sind zwei Vorrichtungen 5 und 6 vorgesehen, welche die waagerechte Lage einstellen.

Die Einrichtung weist drei Brenner 7,8 und 9 auf. Der erste Brenner 7 ist auf der ersten Einstellvorrichtung 5 und die beiden übrigen Brenner 8 und 9 sind auf der zweiten Einstellvorrichtung 6 angeordnet. Dadurch können die drei Brenner gesondert parallel zur Bewegungsrichtung des oberen Wagens 4 verschoben werden.

Die drei Brenner 7, 8 und 9 sind, von der Seite gesehen, im wesentlichen parallel zueinander und mit einem bestimmten gegenseitigen, vorher festgelegten senkrechten Abstand angeordnet Ihre freien Enden sind etwas nach oben gerichtet, siehe F i g. 1.

In der Draufsicht, F i g. 2, sind die Brenner 7, 8 und 9 so angeordnet, daß mit Bezug auf den untersten Brenner 7 die Enden des mittleren und des obersten Brenner« 8 bzw. 9 seitlich nach gegenüberliegenden Seiten versetzt angeordnet sind.

Von jedem der Schweißbrenner 7—9 wird jeweils eine Drahtelektrode 10 den Schweißstellen fortlaufend zugeführt

Ein rahmenartiger Träger 11 ist am vorderen Ende des oberen Hilfswagens 4 fest angeordnet oder einteilig mit diesem ausgebildet An dem Träger 11 sind ein Paar Führungsglieder 12 befestigt, auf denen ein Paar Gleitstangen 13 senkrecht verschieblich angeordnet sind. In Fi g. 1 ist der Einfachheit halber nur die eine Hälfte der Anordnung dargestellt In der praktischen Ausführungsform sind die Teile auf beiden Seiten der Brennergruppe angeordnet

Die Gleitstangen 13 sind zur Bewegung von unten nach oben dadurch vorgespannt, daß hier im einzelnen nicht dargestellte entsprechende Federn angeordnet sind. Jede dieser Gleitstangen hält an ihrem oberen Ende eine Führungsrolle 14, die mit waagerecht liegender Rollenachse drehbar an der Schieberstangc sitzt Die Führungsrollen 14 sind so angeordnet, daß sie mit ihrem Umfang dir Grundplatten IS bzw. 16 berühren können, wie noch erläutert wird. Wie F i g. 2 zeigt, ist jede Führungsrolle 14 in einem Winkel von etwa 45° gegenüber dem unleren Brenner 7 verschwenkt, so daß die beiden Rollen nach außen auseinanderlaufentfausgerichtetsind.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Einrichtung erläutert.

Wie bereits erwähnt, wird auf die Schiebestangen :I3 elastisch von unten mittels Federn eingewirkt, um sie in ihrer Lage zu erhöhen, und es wird jetzt angenommen, daß die aus Druckkolben und Zylinder bestehende Hydraulikeinheit 2 in ihrer am weitesten eingezogenen Stellung ist,siehe Fig. I.

Ferner ist unter diesen Bedingungen die Schweißvorrichtung eng benachbart zu den Grundplatten 15, 116 angeordnet, und der Brenner 7 ist auf die Kretizungs- oder Stoßlinie der zwe^: Grundplatten gerichtet, wo/u der obere Wagen 4 in entsprechender Weise vorbewegt wird.

Nachdem die Führungsrollen 14 mit den Grundplatten in Berührung gelangt sind, wird der obere Wagen 4

ί angehalten. Sodann wird der Druckkolben 2a aus dem Zylinder 2 hydraulisch herausgedrückt Durch diesen Vorgang laufen die Führungsrollen 14 auf den entsprechenden Platten 15, 16 nach oben, bis sie in Berührung mit einer oberen Stahlplatte 18 gelangen.

κι Dadurch hört natürlich die unter elastischer Vorspannung stehende Aufwärtsbewegung der Schieberstangen 13 auf bzw. werden diese gegenüber dem Druckkolben nach unten gedrückt Wenn die Schieberstangen eine gewisse vorbestimmte Höhe einnehmen, hört die

ι", Aufwärtsbewegung des hydraulischen Druckkolbens 2a auf.

Gleichzeitig wird der Brenner 7 vorbewegt und die zugehörige Drahtelektrode 10 ans dem Brenner herausgeschoben, wodurch der Schweißvorgang unter

in der schützenden Wirkung von Kohlendioxyd-Gas beginnt Die Art der Zuführung des CfVSchutzgases an die Schweißstelle und die Mittel dazu sind an sich bekannt und deshalb in der Zeichnung nicht mit dargestellt

r> Gleichzeitig wird der Druckkolben 2a hydraulisch dazu gebracht mit einer vorbestimmten konstanten Geschwindigkeit seine Höhe gegenüber dem Zylinder 2 zu verringern.

Auf diese Weise wird ein Schweißvorgang derart

»ι ausgeführt, daß die Fuß- oder Schenkellängen der Kehlschweißung einander gleich sind, wie bei 19 dargestellt ist, wobei diese Schweißung auf und entlang der Stoßlinie 17 angeordnet ist, die von und zwischen den Platten 15, 16 gebildet wird. Dieser Schweißvor-

j-, gang wird demnach automatisch mit Fortschritt in Abwärtsrichtung vom oberen Ende nach unten über die Stoßlinie 17 ausgeführt

Bei der fortschreitenden Abwärtsbewegung des Brenners 7 wird nach einer Strecke, weiche dem

Α« Abstand zwischen den Brennern 7 und 8 entspricht, ein nicht dargestellter Grenzschalter geschlossen. Dadurch" wird der zweite, in mittlerer Höhe befindliche Brenner 8 veranlaßt, seinen Schweißvorgang zu beginnen und sich mit abwärts zu bewegen, so daß eine neue Schweißrau-

4i pe 20 auf der Schweißraupe 19 bzw. zwischen dieser und der Grundplatte 15 gebildet wird.

Nachdem der Brenner 8 um eine Strecke abwärts bewegt worden ist, die wiederum gleich dem Abstand zwischen den Brennern 8 und 9 ist, wird der letzte oder

vi oberste Brenner 9 nach Schließung eines weiteren, nicht dargestellten Mikroschalters veranlaßt, sich vorzubewegen und eine Schw-iißung zu beginnen, wodurch eine neue Schweißraupe 21 gebildet wird, die in Kontakt ms«, den Schweißungen 19 und 20 und der Grundplatte 16 ist.

>-> Die trenner 8 und 9 führen ihre Schweißung aus, nachdem die Grundplatten 15, 16 bereits durch den vorhergehenden Schweißvorgang mittels des ersten bzw. zweiten Brenners 7 bzw. 8 erwärmt worden sind. Auf diese Weise können die Schweißraupen 20,21 sich

mi richtig mit dem Gnindplattenmaierial verbinden und die sonst möglichen Bindefehler werden vermieden.

Wenn der Dfückkölben la eine Läge erreicht, die in der Nähe seiner untersten llubgrenze lieg: und der Brenner 7 aus dem Kontakt mit der Stoßlinie 17

ii zurückgezogen wird, wird automatisch der Schweißvorgang für diesen Breiner beendet. Danach beenden der zweite und der dritte Brenner 8 bzw. 9 entsprechend ihre Schweißung. Diese Beendigung der Schweißvor-

gänge wird durch Schließung nicht dargestellter Gren/schalter in an sich bekannter Weise eingeleitet.

Die gesamte Fußlänge der vereinigten Schweißung wird durch die Kombination der Schweißraupen 19 und 20 bzw. 19 und 21 gebildet. Die Fußlänge kann 5 bis 15 mm betragen. Durch Erhöhung der Anzahl der Schweißbrenner kann die Fußlange noch erhöht werden.

Das Arbeiten mit Schutzgas ist nicht auf die Verwendung von Kohlendioxyd beschränkt. Es kann auch mit Argon angereichertes Gas verwendet werden.

Die aus Druckkolben und Zylinder bestehende Einheit kann so gebaut sein, daß sich eine größere Schweißlänge ergibt, z. B. mit einer Anordnung teleskopartiger Hydraulikeinheiten, die zwei oder mehrere Stufen aufweisen.

Nachfolgend werden mehrere Tabellen wiedergegeben, aus denen weitere Einzelheiten der Erfindung /u entnehmen sind.

Libelle I

Dillen der Ausrüstung liir automatische senkrechte K chKchw οϊΙΚιπμ

I'iilirposchwindigkcil der Vorrichtung

I lubgesclnvindigkeil Sen kj! osch windigkeil

Schweilllinien-Niichiührverfiihren

(irnlie des SchweiU-hrenncr-Be reiches

Miiv SchweiHlänge

5 m/min. 2-stufige

(ieschwindigkeils-

einstellung

2.5 m/min

IO 50 cm/min und

2.5 m/min

Elektromotorisches

Niichfiihrsystem

2?<r

1.4 m

Ahsliind /wischen den
Brennern

SchweiHslrotmiuelle

Schweißbrenner
Hydraulik vorrichtung
HuI'

40 mm

.Uieriile je 3(KlA
(ileichstrom mil
konsliinler l'otenlialcharaklerislik

l.uükühlung mil Gehläse
/ylinder-llubkraH 25(1 kg

15(H) mm (2
/vliiuler

Aufgrund der Ausrüstung nach Tabelle I ergeben sich die folgenden Vorteile:

1) Die Schweißgeschwindigkeit beträgt mehr als das

Dujipciic ciiicf ii'üi'ici'ci'i uuiuuiiiiimiiiiSCnOi'i

Schweißvorrichlung mit COySchutzgas.

2) Die vorbereitenden Arbeitsgänge, wie die Verschiebung oder die Weiterbcwegiing der Schweiß· vorrichtung, sind automatisiert und vereinfacht.

3) Es ist nur die Einstellung der Schweißbedingungen erforderlich; die anderen Vorgänge sind alle automatisch.

Da:-. t:rfindungsgemäßc Verfahren gestattet demnach, wie auch die vorstehende Beschreibung und die baulichen Einzelheiten erkennen lassen, eine vollständige Automation der Schweißarbo:ten.

Nachstehend werden in der Tabelle Il Angaben über Schweißmaterial und Schweißbedingungen gegeben, die sich auf senkrechtabwärts gerichtetes Schweißen mit kurzen Schweißlichtbögen beziehen. Der Abstand der Schweißbrenner von einander beträgt 4 cm. Der vorausgehende Schweißbrenner ist auf die Mitte und die beiden anderen sind seitwärts gerichtet, so daß drei Schweißraupen in nur einem Vorgang hergestellt werden können.

Libelle Il

NchweiLibedingungen beim senkrechten automatischen KehlschweiUen

I uW.ini!

/.ilil der I .igen	Slriini	Spannung	C ieschw intliukcit	Duhlüherstiiml	Scluil/g.is-
					slroni
	(Al	(Vl	(cm/minl	(mm)	C!' I/mm
1	140	20	32	12-15	20
I	!60	23	30	12-15	20
1	180	23	27	12-15	20
I	160	23	33	12-15	20
2	160	23	33	12-15	20
3	160	23		12-15	20
1	180	22	25-30	12-15	20
2	150	22	25-30	12-15	20
3	150	22	25-30	12-15	20

Zulässiger Abstand zwischen den Grundplatten 0-4 mm Bereich der Fußlänge 4-11 mm
Bereich der Schweißlänge 100-1400 mm

7 8

Tabelle III

HriiLhlfstigkcitspriilung einer yuerstoLWerbinilung mit iiiitoniiitischer senkrechter Kehlsehweißung l'l.illciulickc I iilllänge /ugkrull

(nun ι

/iigkrnlt	/ iiglc^t	ig- Anmerkungen	Berechnung der Zugfestigkeit	(S)
	keil		^{S ()}·⁷ *«/'■/.
(Ni	(N/nun	Ί	.S: M.i\im:ilbelastung
2Od(IOO	557	I\l· mittlere f'ußlänge von 8	Kehllüllungen an
1'X)(KMI 262 000	527 512	beiden HmIeη in mm
267(H)O	522	/.: miltlere Lunge
		4 (m m)
		Zeichnungen


	Hierzu 1 Blatt

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum maschinellen Schutzgas-Lichtbogenschweißen senkrechter Kehlnähte mit abschmelzender Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß drei Schweißbrenner (7, 8, 9) in gleichen Abständen hintereinander mit gleichbleibender Geschwindigkeit abwärts geführt werden, wobei der erste Brenner (7) in der Winkelhalbierenden auf den Kehlscheitel (17), die beiden anderen Brenner (8, 9) auf je eine Kehlflanke (15, 16) gerichtet sind.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schweißbrenner (7, 8, 9) mit einstellbaren Halterungen (4, 5, 6) auf einem Träger (3) angeordnet sind, der durch einen Stellmotor (2, 2a) mit konstanter Geschwindigkeit bewegbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,^^ß der Stellmotor aus einem Hydraulikzy-Hnder(2) und einem Druckkolben(2ajbesteht

4. Einrichtung nach Anspruch 2—3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein am äußeren Ende des Druckkolbens {2a) befestigter Tisch (3) ist, auf dem die Schweißbrenner (7, 8, 9) rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Druckkolbens verfahrbar sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen für die Schweißbrenner (7,8,9) aus einem auf dem Tisch (3) verfahrbaren Wagen (4) und Einstellvorrichtungen (5,6) bestehen.

6. Einrichtung nach Anspruch 2—5, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander im gleichen Abstand angeordneten Schwei .-brenner (7,8,9) von in Führungen (12) verschiebliehen Gieitstäben (13) flankiert sind, die an ihrem oberen Ende Führungsrollen (14) tragen und durch Federmittel in Richtung von dem Tisch (3) fort vorgespannt sind.