DE2325059A1

DE2325059A1 - Verfahren und vorrichtung zum lichtbogenschweissen, insbesondere unterpulverschweissen

Info

Publication number: DE2325059A1
Application number: DE19732325059
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Dilthey; Heinrich Dipl Ing Haala; Wilhelm Dr Ing Mantel; Marjan Dipl Ing Mursic
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1973-05-17
Publication date: 1974-12-05
Also published as: IT1013164B; FR2229494B3; JPS5016639A; FR2229494A1

Description

MESSER GRIESHEIM GMBiI MG

Kennwort: UP-

Erfinder: Dilthey,
Mantel»

«Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen, insbesondere Unterpulverschweißen"

Die Erfindung betrifft ein verfahren zum Lichtbogenschweißen, insbesondere Unterpulverschweißen .- nachfolgend als UP-Schweissen bezeichnet - mit einem oder mehreren schweiiilichtbögen, wobei die schwei.ülichtbögen entlang einem vorgegebenen weg in Schweißrichtung bewegt werden.

Zweck der Erfindung ist es₉ inabesondere beim UP-Schweißen höhe Schweißgeschwindigkeiten und tiefe Einbrände zu erzielen, um so beim Nahtschweißen in Lage und Gegenlage eine steigerung der Arbeitsleistung zu erreichen.

Bekanntlich werden heute Leistungssteigerungen, im vergleich zum normalen Eindraht-UP-Sehweiüen dadurch erzielt, daß anstelle eines Arbeitsschweißlichtbogens zwei oder mehrere Lichtbögen nebeneinander oder in Tanderaanordnung₈ d.h. einer hinter dens anderen herlaufend_s gleichzeitig in der gleichen Nahtfuge angesetzt werden, cao laßt gewöhnlich eine steigerung der schweißgeschwindigkeit bis zur dreifachen Höhe wie das Einürahtschweißen zu, um gleiche Querschnitte durchzuschwei#öenj, müssen dabei aber die schweißstrorastärken erhöht werden» poch wächst bei Erhöhung der Stromstärke bei dieser Lichtbogenanordnung die Einbrahdtiefe nicht in der gleichen weise wie die Drahtnieder-Bchmelzleistung ο Letztere ist immer proportional der Stromstärke des Lichtbogens, Beim Einbrand ist die Proportionalität zur Stromstärke nur für den in Schweißrichtung

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voranlaufenden ersten Lichtbogen gegeben* der des nachfolgenden zweiten Lichtbogens ist bereits stark gedämpft, im aligemeinen nur noch 13 >; beim dritten verringert der vom ersten und «weiten Lichtbogen herrührende untergrund die Reichweite schon so stark, dau seine Einbrandwirkung im äußeren Nahtbild nur noch in der Breite aber nicht in der Tiefe zu bemerken ist. Die Folge ist, daß mit Erhöhung der Anzahl der hintereinander herlaufenden Lichtbögen und die Erhöhung der GesamtStromstärke dieser Anordnung wohl die schweiugeschwindigkeit steigern läßt, daß aber mit der Stroaerhöhung der infoige der Geschwindigkeitssteigerung eintretende Einbrandverlust immer weniger ausgeglichen wird» Daraus ergibt sich auflachst die Notwendigkeit noch höherer schweif ströme, was schließlich die. abschmelzende Brahttaenge so weit steigert, daß unzulässige Nahtüberhöhungen entstehen. ' ■ . '

gibt deshalb für das UP-Mehrdraht-iand einschweißen in bezug auf Schweißgeschwindigkeit für jede Wgnddieke eine Höchstgrenze, wenn, wie das oft der pull ist,' die maximale Nahtüberhöhung vorgeschrieben ist.

Bisher versucht man diese Grenze u.a. mit Hilfe besonderer Schweißpulver, besonderer schaltanordnungen mit spezieller Drahtanstellung sowie bestimmten Elektrodenabstanden zu er weitern. Durch diese den Schweißvorgang verkomplizierenden Maßnahmen können jedoch nur kleine Verbesserungen erreicht werden»- so öiegt beispielsweise bisher eine Grenze der Schweißleistung bei der Schlitzrohrfertigung bei 16 mm Wanddicke bei einer SchweiJJgeschwindigkeit von etwa 160 cm/min. Der Gesamtotrora beträgt dabei etwa 2700 A.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verfahren zu schaffen, durch welches mit einfachen Maßnahmen eine Erhöhung der schweißgeschwindigkeiteri bei gleichzeitiger

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.Erreichung eines genügend tiefen Einbrandes erreichbar ist. Die Erfindung besteht darin, daß in schweißrichtung gesehen von den Schweißlichtbögen mindestens eine, in einem Abstand vor den Schweißlichtbügen angeordnete Energiequelle entlang dem vorgegebenen Y/eg bewegt wird, mit deren Energie eine engbegrenzte zonu des zu schweißenden Bereiches vorgewärmt wirdv ·

Durch die den scnweißlichtbögen vorauslaufende Energie- - quelle wird vorteilhaft eine Erhöhung der schweiögeschwindigkeit sowie eine vergrößerung des Einbrandes erreicht. Ein tieferer iJinbrand wird durch die Erfindung ohne zusätzliche Erhöhung der Absehmelzleistung möglich. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, daß die einer engbegroiiz ten zone des zu schweißenden Bereiches (zone liegt vorzugsweise genau im Bereich, der nahtniitteji zugeführte V/ärmeenergie in die Tiefe des Werkstückes geführt wird und nicht nur eine Erwärmung der oberfläche im Bereich der uahtränder bewirkt. Durch die Energiequelle wird erfindungsgemäß der zu verschweißende Bereich bevorzugt auf eine hohe Temperatur (beispielsweise etwa 1000⁰C) bevorzugt bis über die Schmelztemperatur des

Bevorzugt wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß als Werk-Energiequelle einplasmabreiiner Verwendet wird« Es ergeben erhitzt sich dabei folgende vorteilet Die Anordnung ist sicher gegen äußere störungen und für den Dauerbetrieb geeignet. Der plasmabrennerabstand von der Werkstückoberfläche kann relativ groß gewählt und die Lichtbogen- und Plasmaenergie auf eine sehr begrenzte Fläche konzentriert werden. Es würde dadurch ferner möglich, bei hohen Schweißgeschwindigkeiten (1, u/min) nicht nur die Schweißfüge anzuwärmen, sondern in einer schmalen spur aufzuschmelzen, von dieser schmalen schmelzspur wird die nachfolgende uP-Lichtbogenentladung nicht gestreut, sondern vorteilhaft gesammelt, also konzentriert. Beide Effekte, das Vorschnelzen und die Konzentration der Entladungsflache des ex'sten UP-1/ichtbogens, der die Haupteinbrennarbeit leistet, erhöhten die Gesamteinbrandtiefe in merklicher Weise. ·

* wobei die Zonenbreite schmaler als die zu _ '4 _ schweißende Naht ist.

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Ζ·Β· wurde am Querschliff durch eine Naht, die mit einer fpandemdreidrahtanlago ohnediu erf indungsgemäise vorwär-

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Unter

Zuhilfenahme eines vorausiaufenden plaemalichtbogens mit 450 A Stromstärke die der Tandemanordnung in öicherein Abstand von der puiveraufschüttung vbrangeschickt wurde, konnte diese Einbrandtiefe auf Io mm erhöht werden. Dabei wurde gleichzeitig eine steigerung der Schweißteschv/indigkeit erreicht, die um 25 yi höher.liegt als die Geschwindigkeit, welche ohne die erfindungsgeraäße Vorwärmung mit Dreidrahtanlagen erreichbar ist.

in vorteilhafter Weiterbildung wird hierzu erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Abstand des Plasmabrenners von den Schweißlichtbögen etwa $q mm bis 200 mm, Vorzugs-• weise 100 mm beträt. Bevorzugt wird der plasmabrenner mit einer Stromstärke zwischen 70 A und 8oo A, betrieben.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird die Erhöhung des Einbrandes durcli die vorwärmung der schweißspur mit einem verlaufenden Lichtbogen mit nichtabschmelzender Elektrode (einem V/IG-Lichtbogen) erreicht. '

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäüen Verfahrens zum UP-Schweißen ist dadurch gekennzeichnet, daß in sehv/eißrichtung gesehen, vor dem UP-Schweißkopf ein Plasmabrenner angeordnet ist. Hierzu wird in vorteilhafter YZeiterbildun^ vorgeschlagen, daß UP—Sehweißkppf

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und plasmabrenner in einer verfahrbaren Baueinheit befestigt sind und weiterhin, daß der Abstand zwischen dem uP-Schweiß.-kopf und dem plasmabrenner einstellbar ist« Dadurch wird eine besondere einfache und zweckmäßige- Ausbildung der Vorrichtung erreicht.

im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; -.-"-.-

In der zeichnung ist eine unterpulverschweiße-inrichtung schematisch mit Io bezeichnet. Die Schweißlichtbögen 11 sind sswischen einem kontinuierlich zugeführten Zusatzdraht 12 und dem .Werkstück 13 unter einer pulverschicht aufrechterhalten. Die zur Lichtbogenaufrechterhaltung erforderliche Energie wird dem werkstück 13 über den stroinanschiuß 14 und deia Zusatzdraht über den stroainanschluß 15, wobei beide Anschlüsse 14 und 15 mit einer Stromquelle Io verbunden sind, zugeführt.

Der Einfachheit halber wurde in der zeichnung nur ein zusatzdraht 12 dargestellte Bei iflehrdrahtänlagen sind mehrere Zuaatsädrähte in-_s hinter- und/oder nebeneinander angeordnet. - . - "". ".-■■"

Erfindungsgemäß ist - in Schweißrichtung-17 gesehen - vor dem scaweißlichtbogen 11 und ein^_B in einem Abstand 18 .vor dem Sßbweißlichtbogexi 11 angeordnete -Energiequelle 19, beim Ausführungsbeispiel ein plasmabrenner vorgesehen. Dieser plasmabrenner 19 wird entlang einem vorgegebenen weg 20 (Sciiweiöfugenmitte) bewegt,, wobei der plasma!ichtbogen 21 eine engbegrenzte zone 22 des zu schweißenden Bereiches 22 vorwärmt und gegebenenfalls anschmilzt.. Der plasmabrenner ist in an sich bekannter weise aufgebaut und mit einer oche-Diatisch dargestellten stromquelle 23 verbunden» - Bevorzugt

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sind der UP-5chweißkopf Io und der Plasmabrenner 19 mechanisch miteinander verbunden und bilden eine verfahrbare Baueinheit► Dabei ist der plasmabrenner 19 entlang der Führung 24 verschiebbar, bo daß der Abstand 18 einstellbar ist. Durch die Erfindung wird eine Leistungssteigerung erreicht. .

Gleichzeitig eichert der plasmaiichtbogen, der infolge der ihm durch die piasmabündelung verliehenen steifigkeit auch bei -hohen Geschwindigkeiten wenig jjeigung zum plattern hat, das schweiiäergebniij des ihm folgenden UP-Lichtbogens. Das wichtigste Kriterium der Erfindung ist die engbegrenzte Anschmelz- bzw. Erhitzungszone in Nahtinitte. obwohl sich zu ihrer Erzeugung der plasraalichtbogen am besten eignet, und der plasmabogen vielleicht auch am einfachsten und wirtschaftlichsten arbeitet, kann man die engbegrenzte verschmelzung auch auf andere.Art hervorbringen. Eine solche ist die AbSchmelzung mit Elektronenstrahl oder mit Laserstrahl, außerdem bei Schiitzrohren die induktive Anwärntung mit hochfrequenten wechselstrom. · Darüber hinaus ist es ferner vorteilhaft möglich, mehrere Energiequellen zur vorwärmung einzusetzen.

Weiterhin läßt sich die Erfindung nicht aliein bei der Tandem-Mehrdraht-, sondern auch bei der Zwei- bzw. Ein-Draht-UP-Schweißung für dae schnell schweißen sowie bei anderen Lichtbogenüchweißverfahren (z.B· MIG₅ MAG) vorteilhaft anwenden.

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Claims

Ansprüche

Verfahren sum Lichtbogenschweißen^ insbesondere Unterpulverschweißenj mit einem oder mehreren Schweißlichtbögen, wobei die Schweißlichtbögen entlang einem vorgegebenen weg in schweißrichtung bewegt werden_s dadurch gekennzeichnet, daß in Schweißrichtung (1?) gesehen vor den Schweißlichtbögen mindestens eine in einem Abstand (IB) vor den Schweißlichtbögen (11) angeordnete Energiequelle (19) entlang dem vorgegebenen"Weg (2o) bewegt wird« mit deren Energie eine engbegrenzte Zone (22) des zu schweißenden Bereiches (22«) vorgewärmt wird. ."-'-.-.".

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiequelle (19) ein plasmabrenner verwendet wird.

3. verfahren-nach äen. Ansprüchen"! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (10) des Plasmabrenners (19) von den■ schweißliehtbögen (Ii) etwa 3ο mm bis 300 ωώ,'vorzugsweise 1@0 m beträgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der -Plasmabrenner (19) mit einer Stromstärke zwischen 70 A und 8qq A betrieben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiequelle (11). ein v/IG-Brenner verwendet wird.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterpulverschweißanlage eine Eindraht- bzw. Mehrdraht-, vorzugsv/eise eine Tandem-Mehrdrahtßchweiäanla^e verwendet wird..

7» vorrichtung zur Durchführung des verfahrene nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Unterpulverschwciseen, dadurch gekennzeichnet, daß in sch*einrichtung (17) gesehen, vor dem uP-Schweißkopi" (lo) ein plas- «abrenner angeordnet ist.

8* vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß UP-Schwei&kopf (lo) und plasmabrenner (19) in . einer verfahrbaren Baueinheit befestigt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (16) zwischen dem UP~Schweißkopf ' (lO) und dem plasmabrenner (19) einstellbar ist.

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