DE2334470A1

DE2334470A1 - Verfahren und vorrichtung zum lichtbogenschweissen und/oder auftragschweissen

Info

Publication number: DE2334470A1
Application number: DE19732334470
Authority: DE
Inventors: Rolf Goeran Baeckstroem; Berndt Olov Ljungkvist; Erik Algot Smaars
Original assignee: AGA AB
Current assignee: ESAB GOETEBORG SE AB
Priority date: 1973-07-06
Filing date: 1973-07-06
Publication date: 1975-01-23
Also published as: DE2334470C3; DE2334470B2

Description

PATENTANWALT IMPL-ING. H. STÄOHSCHÄNK

8000 MÖNCHEN 60 · MUSÄUSSTRASSE 5 · TELEFON (0811) 881608

6.7.1973-SLa(4) 19O-1O85P

AGA Aktiebolag_,_Lidingö_£Schweden2

Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen und/oder Auftragschweißen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen und/oder Auftragschweißen mittels einer nicht abschmelzenden Elektrode, insbesondere als Teil eines Plasmabrenners, bei dem ein Füllmittel in Form eines Zusatzdrahtes durch ein Fördermittel fortlaufend in den zwischen der Elektrode und dem Werkstück erzeugten Plasma-Lichtbogen eingeführt wird.

Sowohl bei den bekannten Schweißverfahren zum Verbinden zweier Metalle als auch bei den bekannten Auftragschweißverfahren, bei denen ein Füllmaterial zugeführt wird, ist die Eindringtiefe und der Grad der Verflüssigung der vom Metall des Werkstückes gebildeten Schweißschmelze von großer Bedeutung. Außerdem bestimmt die unter gleichbleibenden Verhältnissen in der Schweißschmelze noch erzielbare maximale Auftragungsmenge die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Bei den bisher bekannten Schweißverfahren sind die Möglichkeiten einer Steuerung der Eindringtiefe und der Verflüssigung der Schweißschmelze durch das Werkstückmaterial sehr begrenzt. Außerdem ist die Schweißgeschwindigkeit dadurch begrenzt, daß in der Schweißschmelze Unregelmäßigkeiten entstehen, wenn die

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Stärke des Schweißstromes einen bestimmten kritischen Wert übersteigt. Diese Unregelmäßigkeiten können auf den durch den Lichtbogen erzeugten Plasmastrahl, auf durch den Schweißstrom in der Schweißschmelze erzeugte hydromagnetische Kräfte und/oder auf eine übermäßige Geschwindigkeit der durch den Plasma-Lichtbogen in die Schweißschmelze übertragenen Tropfen des Füllmaterials zurückzuführen sein.

Bei dem eingangs genannten bekannten Verfahren ist auch schon vorgeschlagen worden, zwischen der eine Elektrode bildenden Spitze des abzuschmelzenden Zusatzdrahtes und dem Werkstück einen zweiten Lichtbogen zu erzeugen. Dabei blieben aber weiterhin Schwierigkeiten vorgenannter Unregelmäßigkeiten in der Schweißschmelze bestehen und es ließen sich auch die Eindringtiefe und der Grad der Verflüssigung der Schweißschmelze nur umständlich steuern. Infolgedessen hat dieses Verfahren in der Praxis keine nennenswerte Bedeutung erlangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Eindringtiefe und den Grad der Verflüssigung der Schweißschmelze durch das Metall des zu behandelnden Werkstückes einerseits und die Auftragungsmenge des vom Zusatzdraht abgeschmolzenen Füllmaterials anderseits jeweils unabhängig voneinander steuern zu können. Dabei ist außerdem angestrebt, bei noch stabil bleibenden Verhältnissen in der Schweißschmelze und im Lichtbogen eine größere Intensität der Auftragung von Füllmaterial erreichen zu können, als dies bei den bisher bekannten Lichtbogen-Schweißverfahren möglich ist.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück einerseits und dem Zusatzdraht anderseits gleichzeitig je ein Lichtbogen erzeugt wird, und daß die Stromstärke des zum Werkstück führenden Lichtbogens und damit die Schweißtiefe im Werkstück durch eine erste Stromquelle und die Stromstärke des

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dem Zusatzdraht zugeführten und diesen durchfließenden Stromes und damit die Intensität der Auftragschweißung durch eine zweite Stromquelle gesteuert werden.

Bei diesem Verfahren werden die beiden, im Bereich zwischen der nicht abschmelzbaren Elektrode und der durch den Zusatzdraht gebildeten abschmelzbaren Elektrode und die an der nicht abschmelzbaren Elektrode befindlichen Wurzeln der Lichtbogen durchmischt. Die Stromstärke des ersten Lichtbogens kann von einer ersten Stromquelle, vorzugsweise mit einer fallenden Volt-Ampere-Kurve, her gesteuert werden, die zwischen der nicht abschmelzbaren Elektrode und dem Werkstück vorgesehen ist, wodurch die Stromzufuhr zum Werkstück und damit die Eindringtiefe der Schweißschmelze in das Material des Werkstückes gesteuert werden kann. Die Stromstärke des zweiten Bogens kann durch eine an die nicht abschmelzbare Elektrode und an die durch den abschmelzbaren Zusatzdraht gebildete Elektrode angeschlossene Stromquelle und durch die Vorschubgeschwindigkeit des Zusatzdrahtes gesteuert werden, wodurch mit der Steuerung der Stromzufuhr zum Zusatzdraht die Intensität der Auftragschweißung gesteuert wird. Auf diese Weise können die Intensität der Auftragschweißung und die Stromzufuhr zum Werkstück unabhängig voneinander gesteuert werden.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Stromquelle zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück und je eine weitere Stromquelle zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und jedem Zusatzdraht vorgesehen ist oder mehrere Zusatzdrähte in Parallelschaltung an eine gemeinsame Stromquelle angeschlossen sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

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Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners in einer schematisch gehaltenen Schnittdarstellung;

Fig. 2 eine gleiche Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Plasmabrenners.

Der in Fig. 1 dargestellte, dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Plasmabrenner 1 weist eine nicht abschmelzende Elektrode 2 und Gaskanäle 3 und 4 auf und ist oberhalb eines in nachstehend noch beschriebener Weise zu behandelnden Werkstückes 14 angeordnet.

Zwischen der Elektrode 2 und dem Werkstück 14 ist ein Lichtbogen 15 erzeugt, der gewünschtenfalls durch eine im Brenner angeordnete Düse eingeschnürt sein kann. Zwischen dem Plasmabrenner 1 und dem Werkstück 14 kann ein Zusatzdraht 5 in den Plasma-Lichtbogen 15 vorgeschoben werden. Der Draht wird von einem Paar Förderwalzen 7 her in üblicher Weise durch eine elektrische Kontaktdüse 6 vorgeschoben und an seinem in den Plasma-Lichtbogen 15 hineinragenden vorderen Ende fortlaufend abgeschmolzen, wobei die abschmelzenden Metalltropfen durch den Plasma-Lichtbogen 15 und/oder durch ihr Eigengewicht in die auf dem Werkstück 14 gebildete Schweißschmelze gelangen.

Um die Eindringtiefe der Anschmelzung des Werkstückes 14 und die Intensität der Abschmelzung des Zusatzdrahtes 5 steuern zu können, werden Stromquellen mit geeigneten Charakteristiken verwendet. Zwischen der Elektrode 2 und dem Werkstück 14 ist eine mit diesen Teilen verbundene Stromquelle 13 angeordnet, die entweder eine fallende Volt-Ampere-Charakteristik aufweist oder in ihrer Stromstärke steuerbar ist. Eine zweite Stromquelle ist einerseits an die Elektrode 2 und anderseits an die Kontaktdüse 6 angeschlossen.

Zur Steigerung der Intensität einer Auftragschweißung können in den Plasma-Lichtbogen 15 hinein auch zwei oder mehr Zusatz-

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drähte zugleich abgeschmolzen werden. In Fig. 1 ist die zusätzliche Zuführung eines zweiten Zusatzdrahtes 8 in den Plasma-Lichtbogen 15 gestrichelt angedeutet. Der durch ein Paar Förderwalzen 10 vorgeschobene Zusatzdraht 8 durchsetzt eine elektrische Kontaktdüse 9, die an die Stromquelle 11 parallel zur Kontaktdüse 6 angeschlossen ist.

Von der Stromquelle 13 her kann der dem Werkstück 14 zugeführte Strom und damit die Eindringtiefe der Schweißschmelze in das Material des Werkstückes gesteuert werden. Durch die Stromquelle 11 und die Vorschubgeschwindigkeit des Zusatzdrahtes kann die Schichtstärke der Auftragschweißung unabhängig von der Stromzufuhr zum Werkstück 14 gesteuert werden.

Durch die Anordnung von zwei oder mehr stromführenden Zusatzdrähten in gleichmäßiger Verteilung um den Plasma-Lichtbogen herum und durch eine gleichartige Zuführung dieser Zusatzdrähte ist es außerdem möglich, selbst bei sehr hohen Lichtbogen-Strömen magnetische Lichtbogen-Blaswirkungen zu vermeiden. Solche Blaswirkungen können auftreten, wenn lediglich ein Zusatzdraht verwendet wird oder mehrere Zusatzdrähte dem Lichtbogen in unsymmetrischer Verteilung zugeführt werden.

Die Abschmelzgeschwindigkeit des Zusatzdrahtes kann auch dadurch noch gesteigert werden, daß der zwischen dem Plasma-Lichtbogen und der Kontaktdüse befindliche Teil des Zusatzdrahtes durch Widerstandsheizung stärker erhitzt wird. Ein Beispiel für eine solche stärkere Aufheizung des Zusatzdrahtes 5 ist in der ein zweites Ausführungsbeispiel des Plasmabrenners veranschaulichenden Fig. 2 dargestellt. Durch Vergrößern des einstellbaren Abstandes 16 zwischen dem Lichtbogen 15 und der Kontaktdüse 6 kann die Aufheizung des Zusatzdrahtes durch Widerstandsheizung noch vor dessen Eindringen in den Lichtbogen 15 vergrößert werden. Außerdem kann jedem Zusatzdraht zwischen der Kontaktdüse 6 und

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dem Förderwalzenpaar 7 noch eine zweite, von ihm durchsetzte Kontaktdüse 6a zugeordnet sein, die von der Kontaktdüse 6 einen gewünschtenfalls ebenfalls einstellbaren Abstand 17 aufweist. Dabei sind beide Kontaktdüsen 6 und 6a an eine zusätzliche Gleich- oder Wechselstromquelle 11a angeschlossen, womit von dieser Stromquelle her der zwischen den beiden Kontaktdüsen 6 und 6a befindliche Teil des Zusatzdrahtes 5 aufgeheizt werden kann. Wenn jedem Zusatzdraht zwei Kontaktdüsen 6 und 6a zugeordnet sind, kann die Stromquelle 11 auch zugleich an beide Kontaktdüsen angeschlossen werden.

Bei den beschriebenen Plasmabrennern kann somit die.Stromzufuhr zum Werkstück und damit die Eindringtiefe der Schweißschmelze in das Material des Werkstückes einerseits und die Stromzufuhr zum Zusatzdraht und damit die Intensität der Abschmelzung des Zusatzdrahtes anderseits unabhängig voneinander gesteuert werden. Überdies ist es ermöglicht, eine sehr intensive Auftragschweißung mit verhältnismäßig niedrigen Stromstärken und einer niedrigen Stromdichte in der Schmelzschweiße zu erzielen. Trotzdem kann dem Werkstück genügend Wärme zugeführt werden, um eine schmelle Durchführung des Schweißvorganges und/oder der Auftragschweißung zu ermöglichen.

Im Falle der Anwendung mehrerer, einem Plasma-Lichtbogen zugeführter Zusatzdrähte könnte jedem Zusatzdraht auch eine gesonderte Stromquelle zugeordnet sein. Diese Stromquellen könnten dann entweder gemeinsam oder auch unabhängig voneinander gesteuert werden. Die nicht abschmelzende Elektrode 2 könnte auch unabhängig von einem Plasmabrenner sein. Außerdem könnten auch zwei oder mehr Stromquellen der Schwexßvorrxchtung zu einer einzigen Stromquelle kombiniert sein.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

iK/Verfahren zum Lichtbogenschweißen und/oder Auftragschweißen mittels einer nicht abschmelzenden Elektrode, insbesondere als Teil eines Plasmabrenners, bei dem ein Füllmittel in Form eines Zusatzdrahtes durch ein Fördermittel fortlaufend in den zwischen der Elektrode und dem Werkstück erzeugten Plasma-Lichtbogen eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode (2) und dem Werkstück (14) einerseits und dem Zusatzdraht (5) anderseits gleichzeitig je ein Lichtbogen erzeugt wird, und daß die Stromstärke des zum Werkstück (14) führenden Lichtbogens und damit die Schweißtiefe im Werkstück (14) durch eine erste Stromquelle (13) und die Stromstärke des dem Zusatzdraht (5) zugeführten und diesen durchfließenden Stromes und damit die Intensität der Auftragschweißung durch eine zweite Stromquelle (11) gesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um die Achse des zum Werkstück (14) führenden Plasma-Lichtbogens herum in symmetrischer Verteilung mehrere Zusatzdrähte (5 und 8) zugeführt und in den Plasma-Lichtbogen (15) hinein abgeschmolzen werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zusatzdrähte (5 und 8) an eine gemeinsame Stromquelle (11) angeschlossen sind.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zusatzdraht (5 bzw. 8) der Strom in einer für sich steuerbaren Stärke von einer gesonderten Stromquelle her zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schmelzen des Zusatzdrahtes (5) bzw.

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der Zusatzdrähte (5 und 8) außer der Hitze des Lichtbogens (15) noch eine Widerstandserhitzung benutzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandserhitzung eines Zusatzdrahtes (5) durch Änderung des Abstandes (16) zwischen dem Plasma-Lichtbogen (15) und der zugeordneten Kontaktdüse (6 oder 6a) gesteuert wird, die an die Stromquelle (11) angeschlossen ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzdraht (5) zwischen zwei von ihm durchsetzten und in einem gegenseitigen Abstand (17) angeordneten Kontaktdüsen (6 und 6a) zusätzlich widerstandserhitzt wird, und daß der Zusatzdraht (5) zwischen den beiden, an eine Stromquelle (lla) angeschlossenen Kontaktdüsen (6 und 6a) von Qleich- oder Wechselstrom durchströmt wird, wobei die Heizleistung durch Steuerung der Stromstärke der Stromquelle (lla) und/oder des Abstandes (17) zwischen den beiden Kontaktdüsen (6 und 6a) gesteuert wird; Fig. 2.
8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle (13) zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode (2) und dem Werkstück (14·) und je eine weitere Stromquelle (11) zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode (2) und jedem Zusatzdraht (5 bzw. 8) vorgesehen ist oder mehrere Zusatzdrähte (5 und 8) in Parallelschaltung an eine gemeinsame Stromquelle (11) angeschlossen sind.

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