DE2414213C3 - Verfahren zum Lichtbogenschweißen senkrechter Nähte mit pendelnder Elektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für das Senkrecht-Aufwärtsschweißen mit pendelnder Elektrode sind verschiedene Bewegungsmuster entwickelt worden. Nach dem in Fig. la veranschaulichten Verfahren umfaßt der Bewegungsablauf des Schweißbrenners eine einfache Reziprokbewegung. Mit diesem Verfahren sind verschiedene Nachteile verbunden. Wenn beim Vertikalschweißen eine Fuge durch Eintrag einer großen. Menge von Schweißmetall geschweißt werden soll, ergibt sich etwa 20 mm vom Anfangspunkt entfernt eine konkave Schweißraupe. Wird ein Stumpfstoß mit großem Spalt senkrecht-aufwärts geschweißt, so brennt der Lichtbogen häufig durch, so daß es schwierig ist, eine einseitige Schweißung zu erzeugen. Außerdem kaon die Verwendung eines Schweißstromes geringer Stärke zur Bildung einer konkaven — statt der gewünschten flachen — Raupe führen. Das gilt besonders dann, wenn hochdehnbare Stähle geschweißt werden, die hinsichtlich der Wärmeaufnahme Beschränkungen unterworfen sind. Wird überkopf mit Argon als Schutzgas und mit niedrigem Schweißstrom geschweißt, so ergibt sich leicht eine konkave Raupe. Dieses Verfahren eignet sich deshalb nicht immer für die Verwendung in der Praxis.

Fig. Ib veranschaulicht ein Bewegungsmuster, bei dem der Schweißbrenner sich im wesentlichen auf dreieckförmiger Bahn bewegt Die Anwendung dieses Verfahrens führt zu einer übermäßigen Wärmeeingabe in die Oberfläche der Schweißnaht. Die nachteilige Folge ist, daß bei einem Schweißen, bei dem eine große Menge Schweißmetall unter Verwendung von CO2 als Schutzgas in verschiedenen Schweißstellungen aufgetragen wird, das geschmolzene Metall durchhängt und Säcke bildet Wird dieses Verfahren zum einseitigen Schweißen eines vertikalen Stoßes mit geringer Spaltweite benützt, so ist es schwierig, eine durchgeschweißte Naht zu bilden, da die Wärmeaufnahme des Stoßes innerhalb des Spaltes klein ist.

Mit diesen bekannten Verfahren des Hin- und Herbewegens des Schweißbrenners kann deshalb keine gute Durchschweißung erzielt werden, unabhängig von der Art des als Schutzgas verwendeten Gases und der angewandten Schweißstromstärke. Weiter ist es nicht möglich, eine Schweißraupe flacher Oberfläche ohne Durchhängen von geschmolzenem Material zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gute Durchschweißung in einem weiten Bereich von Schweißströmen unabhängig von der Art des Schutzgases und die Bildung einer Schweißraupe mit flacher Oberfläche ohne Durchhängen von geschmolzenem Material zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Eine Abwandlung ist im Anspruch 2 angegeben.

Durch die erfindungsgemäßen Verfahren wird bewirkt, daß in der ersten Halbperiode (mit der größeren Pfeilhöhe) für ausreichenden Einbrand gesorgt und in der zweiten Halbperiode die Fuge aufgefüllt wird. Es wird also in der ersten Halbperiode für eine ausreichende Schmelztiefe gesorgt, in der zweiten Halbperiode die Form der Schweißraupe gesteuert. In einem weiten Scbweißstrombereich und unabhängig von der Art des verwendeten Schutzgases wird so eine Schweißung guter Qualität mit flacher Oberfläche der Schweißraupe in stabiler Weise erzeugt, ohne daß ein Durchhängen des geschmolzenen Materials eintreten könnte.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeigen

F i g. la und Ib Bewegungsabläufe des Schweißbrenners bei bekannten Verfahren,

Fig.2 Bewegungsabläufe des Schweißbrenners bei einem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig.3 eine entsprechende Darstellung für ein abgewandeltes erfindungsgemäßes Verfahren,

Fig.4a eine Draufsicht auf eine Schweißbrenner-Tragplatte,

Fig.4b und 4c grafische Darstellungen der Zeitabhängigkeit der Schwingungsamplituden der Schweißbrenner-Tragplatte,

F i g. 5a eine perspektivische Ansicht des allgemeinen Aufbaus einer Pendelvorrichtung,

Fig.5b einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 5a,

Fig.6 auseinandergezogen und perspektivisch eine Darstellung der Vorrichtung zur Änderung der Auslegerlänge, und

Fi g. 7 eine perspektivische Ansicht des allgemeinen Aufbaus einer Vorrichtung zum Durchführen von Schweißungen bei vertikalen Schweißnähten.

Fig. la zeigt die Bewegungsbahn eines Schweißbrenners bei einer einfachen Reziprokbewegung Fig. Ib eine dreieckförmige Bewegungsbahn. Diese bekannten Bewegungsbahnen wurden oben bereits erläutert

Fig.2 zeigt nun die Bewegungsbahn des Schweiß brenners bei einer Hin- und Herbewegung gemäß derr erfindungsgemäßen Verfahren, das als Kreiszweieek Bewegungsverfahren bezeichnet werden kann. Hierbe ist die Amplitude der Hin- und Herbewegung de; Schweißbrenners in Querrichtung mit W bezeichnet eine Pfeilhöhe der einen parabelförmigen Kurve dei Bewegungsbahn mit Hi und eine Pfeilhöhe der anderer parabelförmigen Kurve der Bewegungsbahn mit H2 Versuche haben bestätigt, daß bei einem Verhältnis H zu H2 im Bereich zwischen 1 :0,2 und 1 :0,8 zufrieden stellende Ergebnisse hinsichtlich des Erhalts einer guter Schweißnaht erzielt werden. Die erzielten Ergebniss« sind unabhängig von der Schweißstellung und der Ar des als Schutzgas verwendeten Gases, soweit di< angewandte Schweißstromstärke in einem geeignete! Bereich liegt.

Fig.3 zeigt eine gegenüber der Bewegungsbahi nach F i g. 1 abgewandelte Bewegungsbahn, wobei hie die beiden Kurven nicht mehr der gleichen Amplitudi

,^geordnet sind Die parabelförmigen Kurven haben vielmehr hier unterschiedliche Amplituden. Letztlich ist aber auch bei einer Bewegungsbahn nach F i g. 3 das gleiche Konzept zu verwirklichen. Nach den allgemeinen Erkenntnissen des Maschinenbaus ist jedoch der Zweieck-Verlauf der Bewegungsbahn nach Fig.2 gegenüber der Abwandlung nach F i g. 3 zu bevorzugen. Es soll nun eine Beschreibung an Hand einiger Beispiele erfolgen.

Tabelle 1

Versuchsergebnisse mit einseitigem (^-Lichtbogenschweißen eines senkrechten Stumpfstoßes

Form der Raupenoberfläche

Stegabstand 0-2 mm 4—8 mm

iO—14mm

Hi: Hi
Hi:H2

:0bis 1 :0,2

1 :0,2 bis 1 :0,8
1 :O,8bis 1 :1

Durchhang an der

a = sehr gut, b = gut,

Tendenz zi,r Bildung
einer konkaven Raupe b

keine Durch-

schweißung

schlecht.

keine Durchschweißung

a
a

Durchbrennen

Aus den in der Tabelle gezeigten Versuchsergebnissen ist ersichtlich, daß beim Bilden einer Schweißraupe von guter Form sowohl an ihrer Oberfläche als auch an ihrer Rückseite gute Ergebnisse erzielt werden können, indem die eine Hälfte der Arbeitsperiode für ausreichende Schmelztiefe, die andere Hälfte für die gewünschte Form der Nahtoberfläche sorgt.

Es sei jedoch erwähnt, daß zum zufriedenstellenden Bilden einer Durchdringungsnaht durch Verwendung des Zweieck-Bewegungsverfahrens der Wert von H2 geringfügig relativ zu dem von Hi erniedrigt werden muß, sofern der S'.egabstand groß ist.

Ein zusätzlicher Vorteil des Zweieck-Bewegungsverfahrens ist es, daß die erforderliche Zeit, um die Oberflächenform der Schweißraupe in den stationären Zustand zu bringen, beginnend vom Punkt des Beginns des Schweißens, kürzer ist, wenn das Verhältnis Hi zu H2 zwischen 1 :0,2 und 1 :0,8 liegt, als wenn es zwischen 1 :0,8 und 1 :1 liegt. Aus diesem Grund erbringt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß Auslauf-Streifen von verminderter Länge verwendet werden können.

Tabelle 2 zeigt Versuchsergebnisse beim Überkopfschweißen eines Stumpfstoßes. Hierbei wurde als Schutzgas eine Mischung von 80% Argon und 20% CO2 verwendet und der Schweißstrom lag zwischen 120 und 140 A. Die Tabelle zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Hi zu H2 einerseits und die Form der Schweißraupen an ihrer Oberfläche und ihrer Rückseite andererseits.

Tabelle 2

Versuchsergebnisse beim Überkopfschweißen eines Stumpfstoßes

Form der Schweißnaht an ihrer Oberfläche

Form der Schweißnaht an ihrer Rückseite
Stegabstand 0—2 mm Siegabstand 2—4 mm

Hi : H2 - 1 :0 bis 1 :0,2

Hi : Hz= 1 :0,2bis 1 :0,8
Hi:H2- 1 : 0,8 bis 1 :1

Tendenz zum Raupen-Durchhang

konkave Raupe

b
χ

a = sehr gut, b = gut, χ = schlecht.

Aus den Versuchsergebnissen nach Tabelle 2 ist ersichtlich, daß eine der Eigenschaften des Zweieck-Bewegungsverfahrens, nämlich daß das Verhältnis Hi zu H2 zwischen 1 :0,2 und 1 :0,8 liegt, die Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse bei der Bildung der Schweißnaht von guter Form sowohl an ihrer Oberfläche als auch an ihrer Rückseite erbringt.

Wird das Bewegungsverfahren gemäß F i g. l(a) beim Lichtbogenschweißen in einer nahezu vollständig aus Argon bestehenden Atmosphäre angewandt, so tendiert die Schweißraupe zu einer konkaven Form, da kein Wärmeeintritt zur Oberfläche der Raupe erfolgt und da ein Atmosphärengas im wesentlichen wirksam ist, um das Auftreten eines Durchhangs der Raupe zu verhindern.

Die vorgebrachten Versuchsergebnisse zeigen außerdem die folgenden Tatsachen. Das Verfahren der Hin- und Herbewegung gemäß Fig. l(a), dessen Bewegungsverlauf ein Verhältnis H\ : Hi zwischen 1 :0,8 und 1 :1 zeigt, erbringt keine zufriedenstellenden Ergebnisse beim Herstellen einer einseitigen Schweißnaht be gioßem Steg-Abstand, und zwar wegen übermäßigei Wärmeaufnahme an der Wurzel und unzureichende! Wärmeaufnahme an der Oberfläche der Schweißnahl Hieraus ergibt sich die Tendenz zur Bildung eine konkaven Raupe, wenn das Schweißen in eine Argonatmosphäre durchgeführt wird.

Das Verfahren nach Fig. l(b), das ein Verhältni Wi : Ηϊ zwischen 1 :0 und 1 :0,2 aufweist, erbringt kein zufriedenstellenden Ergebnisse bei der Herstellun einer einseitigen Schweißnaht, wenn der Steg-Abstan klein ist, da an der Oberfläche der Naht eine übermäßig

Wärmeaufnahme und an der Wurzel eine unzureichende Wärmeaufnahme bestehen. Das geschmolzene Metall an der Oberfläche der Naht oder Raupe tendiert also zum Durchhängen und zur Sackbildung, wenn das Schweißen in einer CO2-Atmosphäre durchgeführt wird.

Im Gegensatz zu diesen Verfahren nach den Fig. l(a) und l(b) erlaubt das erfindungsgemäße Zweieck-Verfahren, bei dem das Verhältnis H\ : Hi zwischen 1 :0,2 und 1 :0,8 liegt, die Schweißung einer Fuge unter Verwendung eines Schweißstroms, der in einem weiten Bereich wählbar ist, und ergibt eine Naht mit einer guten Form sowohl an ihrer Oberfläche als auch an ihrer Rückseite.

Zur leichteren Erkennbarkeit der Bedeutung und Erzielbarkeit der Bewegungsabläufe nach der obigen Beschreibung sollen im folgenden die vorrichtungsmäßigen Maßnahmen ergänzend erläutert werden.

Fig.4(a) zeigt eine Schweißbrenner-Tragplatte 1. Am vorderen Ende der Tragplatte 1 ist eine Schweißbrennerbefestigung 2 vorgesehen. Für eine zyklische Hin- und Herbewegung ist die Tragplatte 1 durch Gleitstangen 3 und 4 geführt. Auf diese Weise beschreibt die Schweißbrennerbefestigung 2 eine Pendelbahn, wie sie beispielsweise in F i g. 2 gezeigt ist.

Die Tragplatte 1 ist auf die in der Figur gezeigte Weise mit einem Kreisloch 3a und einem Langloch 4a versehen. Die Tragplatte 1 ist über das Kreisloch 3a mit der Gleitstange 3 verbunden. Das Langloch 4a wird von der Gleitstange 4 durchsetzt. Die Gleitstange 3 bewegt sich in Richtung des Pfeils A von F i g. 4(a) hin und her. Die Periode dieser Bewegung wird, wie in Fig.4(b) gezeigt, durch 2« wiedergegeben. Die Gleitstange 4 bewegt sich ihrerseits in Richtung des Pfeiles B von F i g. 4(a) senkrecht zur Richtung des Pfeiles A hin und her. Auch die Periode dieser Bewegung ist, wie in F i g. 4(c) gezeigt, durch 2« gegeben. Die Bewegungen der Gleitstangen 3 und 4 werden über das Kreisloch 3a bzw. das Langloch 4a auf die Tragplatte 1 übertragen. Auf diese Weise werden die Bewegungen von F i g. 4(b) und 4(c) in der Tragplatte 1 kombiniert. Die Schweißbrennerbefestigung 2 wird so längs der ansteigenden Kurvenbahn geführt, wie sie beispielsweise in Fig.2 gezeigt ist Das Verhältnis zwischen den kombinierten Hin- und Herbewegungen der Pendelbewegung der Schweißbrennerbefestigung 2 wird aus einem Vergleich von F i g. 4{a) mit F i g. 2 verständlich werden.

Als nächstes soll ein Mechanismus erläutert werden, der die aufeinander senkrecht stehenden Hin- und HCTbewegmgenJgemäß^äerf'Fj g. 4Qj) und 4(c) ermög-

FTgt"3(a)"zeigt „einen als Antriebsquelle dienenden Motor 5-, dessenTJrehrnoment auf Zahnräder 6,7 und 8 übel5naifee1n wirq.Mif dem ZahnradT/ist-eine^WeHeJ), mit

hrungsroilen 12 getragen, die

vorgesehen, die senkrecht zur durch den Pfeil B (Fig. 5a) angegebenen Bewegungsrichtung verläuft und in der der Wellenzapfen 14 geführt ist. Eine Drehung der Welle 10 hat demnach eine Hin- und Herbewegung des Gleitblocks 11 und hiermit der Gleitstange 4 in einem zyklischen Bewegungsablauf zur Folge, wie er in Fi g. 4(c) gezeigt ist.

Andererseits ist mit der Gleitstange 3 ein Gleitblock 15 einstückig, der von Führungsrollen 16 getragen wird.

ίο Auch diese Führungsrollen 16 sind frei drehbar am Pendelgehäuse 29 gehaltert. Auf diese Weise wird der Gleitblock 15 durch den Umlauf der Welle 9 um ihre Achse hin- und herbewegt. Abweichend vom Aufbau der Kurbel 13 ist jedoch hier eine Kurbel 17 mit der Welle 9 einstückig, wobei die Kurbel 17 in einen Mechanismus 18 eingreift, der dazu dient, zyklisch die Auslegerlänge der Kurbel 17 zu verändern.

Fig.6 zeigt den Mechanismus 18 zur Veränderung der Auslegerlänge der Kurbel 17 im einzelnen.

Zahnräder 21 und 22 weisen ein Verhältnis ihrer Zähnezahl von 1 :2 auf. Die Zahnräder 21 und 22 sind frei drehbar in einem Getriebekasten 20 angeordnet. Einstückig mit dem Zahnrad 21 ist ein Wellenzapfen 19 vorgesehen, dessen Endabschnitt die Form eines rechtwinkligen Prismas hat. Auf dem Zahnrad 22 ist ein zylindrischer Getriebestift 23 exzentrisch bezüglich der Achse des Zahnrads 22, aber einstückig mit diesem Zahnrad, angebracht. Die Kurbel 17 weist ein Langloch 23a auf, in das der Getriebestift 23 eingreift. Der

Getriebekasten 20 und Bauteile 24 zur Formung einer

Schwalbenschwanznut (vgl. die Querschnittsform der

Kurbel 17) werden zusammengebaut und stellen eine

Gleitführung für die Kurbel 17 dar.

Wird die Welle 9 festgehalten und der Wellenzapfen

19 zweimal um seine Achse gedreht, so erfolgt auf Grund der exzentrischen Lage des Getriebestiftes 23 eine Hin- und Herbewegung des Getriebekastens 20 längs der Kurbel 17. Der Wellenzapfen 19 in Form eines rechtwinkligen Prismas greift in eine Nut 19a (verglei-

ehe Fig.5a) des Gleitblocks 15 ein, die in diesem senkrecht zur durch den Pfeil A angegebenen Bewegungsrichtung ausgebildet ist.

Läuft die Welle 9 um, so kommt es, da der Wellenzapfen 19 längs der Nut 19a ohne Veränderung

der Lage seiner Seitenflächen gleitet, am Boden des Getriebekastens 20 zu einer Drehung des Wellenzapfens 19 relativ zum Getriebekasten Die Drehung des We|lenzapfens 19 relativ zum Getriebekasten 20 zwingt dem Getriebekasten 20 eine Hin- und Herbewegung auf

der Kurbel 17 aupso daß der Abstand zwischen der Welle θ und dem Wellenzapfen ».synchron mit der Drenung"der Kurbel' 17 'verändert 'wird. Hat der

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mus 18 synchron mit der Drehung der Welle 9 sichergestellt. Benützt man diese Drehung als Antriebsquelle, so wird die Auslegerlänge der Kurbel 17 zyklisch und synchron mit der Drehung der Kurbel 17 verändert.

Durch Anwendung einer solchen Vorrichtung kann also leicht ein Bewegungsverlauf sichergestellt werden, wie er in F i g. 2 gezeigt ist.

Fig.7 zeigt die gesamte Vorrichtung, wie sie beispielsweise für die Ausbildung einer vertikalen Schweißnaht ausgebildet ist. Am zu schweißenden Werkstück 25 ist mit Hilfe eines Magneten 26 eine

Schiene 27 befestigt. Die Schiene 27 trägt einen Schlitten 28, der als Vortrieb mit einem Ritzel in eine auf der Schiene 27 gehalterte Zahnstange eingreift. Einstückig mit dem Schlitten 28 ist das Pendelgehäuse 29 mit der oben erläuterten Vorrichtung zum Erzeugen der Pendelbewegung. Ein Schweißbrenner 31 ist an der Schweißbrenner-Tragplatte 1 des Pendelgehäuses 29 befestigt. Der Schweißbrenner 31 führt auf Grund der oben erläuterten Konstruktion die in F i g. 2 angedeutete Pendelbewegung aus.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

; Patentansprüche:

1. Verfahren zum maschinellen Lichtbogenschweißen senkrechter Kehlnähte und Stumpfnähte mit V-Fuge von unten nach oben mit einer quer zur Nahtachse auf unterschiedlichen Bahnen beim Hin- und Hergang pendelnden abschmelzenden Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode beim Hin- und Hergang dem Fugenumriß angepaßte, etwa parabelförmige Kurven (I, H) gleicher Amplitude (W) beschreibt, deren Pfeilhöhen (Hi, H2) sich wie 1 :0,2 bis 1 :0,8 verhalten (Fig. 2).

2. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parabelförmigen Kurven unterschiedliche Amplituden (Wi, W2) haben(Fig.3).