DE2334470B2

DE2334470B2 - Vorrichtung zum Lichtbogen-Auftragsschweißen mit zwei Elektroden

Info

Publication number: DE2334470B2
Application number: DE19732334470
Authority: DE
Inventors: Rolf Goeran Sigtuna Baeckstroem; Berndt Olov Taeby Ljungkvist; Erik Algot Taeby Smaars
Original assignee: AGA AB
Current assignee: ESAB GOETEBORG SE AB
Priority date: 1973-07-06
Filing date: 1973-07-06
Publication date: 1980-04-24
Also published as: DE2334470C3; DE2334470A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer ersten, quer gegen das V'erkstück gerichteten Elektrode, deren an eine regelbare erste Stromquelle angeschlossener Stromkreis über einen Lichtbogen zum Werkstück geschlossen ist, und mit ei-ier zweiten, das Auftragmittel liefernden abschmelzenden Elektrode, deren an eine zweite Stromquelle angeschlossener Stromkreis durch einen Lichtbogen zur ersten Elektrode geschlossen ist.

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 Werkstücks 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 Schweißvorrichtungen 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 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 zweiten Lichtbogen in die Schweißschmelze übertragenen Tropfen des Füllmaterials zurückzuführen sein. Bei einer durch die DE-PS 9 65 732 bekannten Scliweißvorrichtung, bei der neben einem ersten Lichtbogen zum Werkstück bildenden Piasinastrahl /wischen einem die /weile Elckimdc bildenden Zusat/draht und dem Werkstück ein /.weiter Lichtbogen er/i'ugt wird, ist die Vorschubgeschwindigkeit des Zusatzdrahtes geringer als dessen Abschmelzgeschwindigkeit gehalten und die Lichtbögen wechseln in einem schnellen Wechsel zwischen den beiden Elektroden ab. Dabei verbleiben aber ebenfalls die vorgenannten Unregelmäßigkeiten in der Schweißschmelze und es läßt sich auch die Eindringtiefe und der Grad der Verflüssigung der Schweißschmelze nur umständlich steuern.

Eine andere bekannte, in der AT-⁰S 184 032

to offenbarte Lichtbogen-Schweißvorrichtung mit zwei in getrennten Stromkreisen liegenden Elektroden, von der bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen ist, kann zwar auch zum Auftragschweißen verwendet werden, ist aber in erster Linie zum Verbindungsschweißen

is vorgesehen. Bei ihr ist geneigt zur Hauptelektrode, die quer gegen das Werkstück gerichtet ist und als schwer schmelzbare Wolfram-Kohle-Kupfer-Elektrode ausgebildet sein kann, eine zum Schütze der Schmelze beispielsweise mit einer schlackenbildenden Umhüllung versehene Nebenelektrode vorgesehen, von der ein zweiter Lichtbogen über eine gekrümmte freie Wegtirecke zürn Ausgangspunkt des Hauptiichtbogens führt. Wenn die beiden Stromkreise auch für sich einstellbar sind, so fehlt es doch an einer geeigneten Möglichkeit, die Eindringtiefe der Schweißschmelze einerseits und die Abschmelzleistung anderseits unabhängig voneinander in weiten Grenzen ändern zu können, wie e-» bei dem hier betroffenen Auftragschweißen wünschenswert ist. Überdies erlauben die mehr oder weniger leicht abschmelzenden Elektroden kein kontinuierliches Schweißen und die Schlacke muß wieder entfernt werden.

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 andererseits jeweils unabhängig voneinander Su steuern zu können, daß es beispielsweise auch möglich ist, bei noch stabil bleibenden ^verhäi₁ni-sen in der Schweißschmelze und im Lichtbogen eine größere Intensität der Auftragung von Füllmaterial zu erreichen, als dies bei den bisher bekannten Lichtbogen-Schweißverfahren möglich ist.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Stromquelle bei einer Ausbildung der Vorrichtung als Plasmabrenner mit einer nichtabschmelzenden ersten Elektrode durch eine fallende Volt-Ampere-Kurve steuerbar ist und die als Zusalzdraht ausgebildete zweite Elektrode mit einer von der Stromstärke des ersten Stromkreises unabhängigen Vorschubgeschwindigkeit in den Plasmabogen vorschiebbar ist.

Durch eine solche Ausbildung der Schwcißvorrichtung ergibt sich nicht nur die Möglichkeit einer kontinuierlichen Auftragschwcißung, sondern durch den unmittelbar in den Plasmabogen der Hauptelektrode hineinragenden Zusatzdraht der abschmelzbaren Elektrode werden die Wurzeln beider Lichtbögen wirksam miteinander durchmischt. Außerdem kann die Stromstärke des Lichtbogens zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und der durch den absehrnel/.bareii Zusat/draht gebildeten Elektrode durch die Vorschubgeschwindigkeit des /usatzdrahtes gesteuert werden,

h^r> wodurch mit der Steuerung der .Stromzufuhr zum Ziisatzdrahl die Absehmcl/.lcistung unabhängig vom Strom des Plasmabogcns gesteuert wird. Auf diese Weise können die Abschmelzlcistung und die Auf

Schmelzung des Werkstückes in weiten Grenzen unabhängig voneinander gesteuert werden.

Durch die Seite 69 des Handbuches des Schutzgas Schweißens, 1969, Teil I, ist es zwar bereits bekannt, beim WIG-Schweißen (Wolfram-Inert-Gas-Schweißen) Stromquellen mit fallenden Strom-Spannungskennlinien zu verwenden; indessen fehlt jeder Hinweis auf eine Ausbildung der zum Plasmaschweißen dienenden Stromquellen.

Gemäß emer Ausgestaltung der Erfindung sind an die zweite Stromquelle mehrere abschmelzende Elektroden in konzentrischer Anordnung zur nichtabschmelzenden Elektrode angeschlossen, wodurch selbst bei sehr hohen Strömen magnetische Blaswirkungen vermieden werden.

In der Zeichnung, die eine Vorrichtung zum Auftragschweißen mit einem Plasmabrenner in einer schematisch gehaltenen Schnittdarstellung zeigt, ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.

Die dargestellte Vorrichtung zum Auftragschweißen weist einen Plasmabrenner 1, eine nicht abschmelzende Elektrode 2 und Gas'kanäie 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 Plasmabogen 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 Plasminogen 15 vorgeschoben werden. Dei Draht wird von einem Paar Förderwalzen 7 her in üblicher Weise durch oine elektrische Kontaktdüse 6 vorgeschoben und an seinem in den Plasmabogen 15 hineinragenden vorderen Ende fortlaufend abgeschmolzen, wobei die abschmelzenden Metalltropfcn durch den Plasmabogen 15 und/oder durch ihr Eigengewicht in die auf dem Werkstück 14 gebildete Schweißschmelze gelangen.

Um die Eindringtiefe der Ansehmel/.ung cies 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 eine fallende Volt-Ampere-Charakteristik aufweist. Eine zweite Stromquelle 11 ist einerseits an die Elektrode 2 und anderseits an die Kontaktdüse 6 angeschlossen.

Zur Steigerung dei Intensität einer Auftragsi-hweißung können in den Plasmabogen 15 hinein auch /uei oder mehr Zusatzdrähie zugleich abgeschmolzen werden. In F i g. 1 ist die zusätzliche Zuführung eines zweiten Zusatzdrahtes 8 in den Plasmabogen 15 gestrichelt angedeutet. Der durch ein Paar Förüerwa!· zen 10 vorgeschobene Zusaudraht 8 durchsetzt eine elektrische Kontaktdüse 9, die an die Stromquelle 11

ίο parallel zur Kontaktdüse 6 angeschlossen ist.

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

Durch die Anordnung von zwei oder mehr stromfün· renden Zusatzdrähten in gleichmäßiger Verteilung um

den Pljsmabogen bzw. Lichtbogen herum und durch eine gleichartige Zuführung die:.-,· Zusatzdrähte ist es außerdem möglich, selbst bei seh. hohen Strömen magnetische Blaswirkungen zu vermeiden. Solche Blaswirkungen können auftreten, wenn lediglich ein Zusatzdraht verwendet wird oder mehrere Zusatzdrähte 'em Lichtbogen in unsymmetrischer Verteilung zugeführt werden.

Bei dem beschriebenen Plasmabrenner 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 bit es ermöglicht, eine sehr intensive Auftragschweißung mit verhältnismäßig niedrigen Stromstärken und einer niedrigen Stromdichte in der Schweißschmelze zu erzielen. Troizdem kann dem Werkstück genügend Wärme zugeführt werden, um eine schnelle Durchführung des .Schweißvorganges zu ermöglichen.

Im Falle der Anwendung mehrerer, einem Plasmajzw. Lichtbogen zugeführter Zusatzdrähte könnte jedem Zusatzdraht auch eint· gesonderte Stromquelle zugeordnet sein. Diese Stromquellen könnten dann entweder gemeinsam oder auch unabhängig voneinander gesteuert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer ersten, quer gegen das Werkstück gerichteten Elektrode, deren an eine regelbare erste Stromquelle angeschlossener Stromkreis über einen Lichtbogen zum Werkstück geschlossen ist, und mit einer zweiten, das Auftragmittel liefernden abschmelzenden Elektrode, deren an eine zweite Stromquelle angeschlossener Stromkreis durch einen Lichtbogen zur ersten Elektrode geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stromquelle (13) bei einer Ausbildung der Vorrichtung als Plasmabrenner mit einer nichtabschmelzenden ersten Elektrode (2) durch eine fallende Volt-Ampere-Kurve steuerbar ist und die als Zusatzdraht (5) ausgebildete zweite Elektrode mit einer von der Stromstärke des ersten Stromkreises unabhängigen Vorschubgeschwindigkeit in den Plasmabogen vorschiebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die zweite Stromquelle (11) mehrere abschmelzende Elektroden (5, 8) in konzentrischer Anordnung zur nichtabschmelzenden Elektrode (2) angeschlossen sind.