DE2452153C3

DE2452153C3 - Einrichtung zum Unterpulver-VerbindungsschweiBen

Info

Publication number: DE2452153C3
Application number: DE19742452153
Authority: DE
Inventors: Marjan Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Mursic
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1974-11-02
Filing date: 1974-11-02
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DE2452153A1; DE2452153B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Unterpulver-Verbindungsschweißen von Werkstücken mit mehreren hintereinander angeordneten kontinuierlich vorgeschobenen und unter Bildung von Lichtbogen, vorzugsweise in einem gemeinsamen Schweißbad abschmelzenden Elektroden, mit einem Antrieb zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück und den Elektroden in Schweißrichtung und mit Schaltgliedern, die das Werkstück und die Elektroden an getrennte Phasen einer Mehrphasen-Wechselstromquelle anschließen.

Es sind beispielsweise aus »Linde-Berichte aus Technik und Wissenschaft«, 10/1960, Seite J8 Tandemschweißvorrichtungen bekannt, bei denen zwei Schweißelektroden über zwei in Scottschaltung liegende Transformatoren gespeist werden. Mit derartigen Vorrichtungen werden Schweißungen mit wesentlich verringerter Einbrandkerbenbildung erhalten.

Zur Erzielung höherer Schweißgeschwindigkeiten sind aus der DE-AS 16 I i 466, dem US-Patent 24 )6 187 sowie der DE-OS 22 44 982 Dreidraht-Schweißeinrichtuiigen bekannt, bei denen drei abschmelzende Elektroden durch ausgewählte und miteinander in bestimmten Beziehungen stehende Stromquellen versorgt werden. Hierbei wird auf unterschiedliche Arten in bezug auf die Stromqiiellenart und deren Beziehung untereinander erreicht, daß sich die lichtbogen miteinander nicht oder nur in günstigem Sinne beeinflussen, um höhere SchweilSgeschwindigkeiten zu ermöglichen, als sie mit den iaiKlemschweißvorrichtiingen erz.ielbar siiui.

Die l'r.ixis hat jedoch gezeigt, ilali auch mit Dreidraht-Sch weiß vor richtungen die SchweißgeschwiiKÜgkeit nicht beliebig gesteigert werden kann, sondern daß u. a. abhängig von Materialart, Werkstückdicke, Schweißelektrodendurchmeiser, Schweißpulver nur bestimmte Schweißhöchstgeschwindigkeiten erreichbarsind.

So ist man heute bei der Fertigung von Großrohren, wo das Mehrelektroden-Schweißen besonders vorteilhaft einsetzbar ist, in der Lage, mit geeigneten Anlagen und auf den Rohrwerkstoff abgestimmten Draht-Pulver-Kombinationen Rohre mit Wanddicken von 8; 15; 17, 5; 20 bzw. 25 mm in der angegebenen Reihenfolge mit Geschwindigkeiten von 2,0; 1,6; 1,5; bzw. 1,2 m/min bei guten mechanisch-technologischen Eigenschaften der Schweißnähte herzustellen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der insbesondere beim Schweißen von Großrohren fehlerfreie Nähte mit optimaler innerer und äußerer Form und ausreichenden mechanischen Eigenschaften bei höheren Leistungswerten erreichbar sind.

Die Erfindung besteht darin, daß vier Elektroden vorgesehen sind, von denen in Schweißrichtung gesehen die erste und zweite bzw. die dritte und vierte jeweils an eine Sekundärwicklung von zwei in Scottschaltung liegenden Transformatorenpaaren angeschlossen sind, und daß die Anfänge der ersten und vierten Sekundärwicklung an die erste bzw. vierte Elektrode und die Enden der zweiten und dritten Sekundärwicklung an die zweite bzw. dritte Elektrode während die anderen Anfänge bzw. Enden der jeweiligen Sekundärwicklung an das Werkstück angeschlossen sind.

Die Schweißeinrichtung nach der Erfindung erlaubt wesentlich höhere .Schweißgeschwindigkeiten, bei den obengeannten Wanddicken und bei einem absolut ruhigen Schweißvorgang. Dies ist insbesondere bei einer tiefen Sch weißfuge (ca. 16 mm) günstig.

Unter einem ruhigen Schweißvorgang wird eine Schweißung verstanden, bei der nahezu keine Veränderungen der stabilen l.ichtbogenverhältnisse auftreten und bei der ferner keine elektrisch leitenden Brücken zwischen 'Jen einzelnen Elektroden durch aufbäumende Schlacke entstehen.

Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß der Einbrand der Schweißnaht verbessert (tiefer) ist. Die Naht weist etwa eine Halbkreisform und keinen pilzförmigen Querschnitt auf.

Ferner wird es mit der erfindungsgcinaßen Einrichtung vorteilhaft möglich größere Wanddicken (bis 40 mm) in einer Lage zu schweißen, wobei Sthweißgeschwindigkeiten erreichbar sind, die etwa bei 1,5 m/min liegen. Diese Wanddicken sind mit den bisherigen Mehrdrahtanlagen in einer Lage bei diesen Geschwindigkeiten nicht schweißbar. Wird die Schweißeinrichtung gemäß der Erfindung zum Mehrlagenschweißen eingesetzt, so sind bei vorgegebenem Schweißnahtquerschnitt gegenüber dem Stand der Technik weniger Schweißlagen erforderlich und/oder höhere Geschwindigkeiten erreichbar.

Die mit der Erfindung erzielbaren überraschenden Schweißergebnisse werden u. a. darauf zurückgeführt, daß durch die crFindungsgemüße Schaltung der Sekundärwicklungen in bezug .uif die Elektroden und das Werkstück eine wesentlich höhere Ausnutzung der /!!geführten elektrischen Energie erreicht wird. Messiingen haben ergeben, daß der Massestrom klein ist und etwa in der Größe des niedrigsten den einzelnen Elektroden /iigeführten Schweiltslmines liegt. Bei diesem Massestrom werden die besten Schweiliergci)

nisse erzielt, auch in bezug auf die mechanischen Gütewerte der Schweißnaht Ferner wird durch die Erfindung eine den Schweißvorgang stö-ende Beeinflussung von benachbarten Lichtbogen weitgehendst vermieden. Eine Erklärung wird darin gesehen, daß infolge der Phasenlage der einzelnem Schweißströme gewährleistet ist, daß bei einem Nulldurchgang des Schweißstromes an einer Elektrode gleichzeitig die benachbarte Elektroden) den maximalen Stromwert aufweisen.

Ferner wird durch die Erfindung eine günstige Belastung der Mehrphasen- vorzugsweise Dreiphasen-Wechselstromquelle sowie infolge der vier Elektroden eine höhere Belastbarkeit des Schweißpulvers erreicht

Im nachfolgenden wird die Erfindung an (land der Figuren sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale näher erläutert Es veranschaulicht

F i g. i eine Schaltungsanordnung der Einrichtung gemäß der Erfindung.

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in F i g. 1.

In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Einrichtung zum Unterpulver-Verbindungsschweißen mit 10 und das zu verschweißende Werkstück mit 11 bezeichnet

Die Einrichtung 10 weist vier abschmelzende Elektroden 12,1J, 14 und 15 auf, die in Schweißrichtung 16 hintereinander angeordnet sind und unter Bildung von Lichtbogen unter einer Pulverschicht 17 in einem gemeinsamen Schweißbad 18 abgeschmolzen werden. Durch Erstarrung des Schweißbades 18 bildet sich eine Schweißraupe 19 aus, wie sie in der Querschnittsskizze gemäß F i g. 2 veranschaulicht ist Die abschmelzenden Elektroden 12 bis 15 werden von Drahtspulen 20,21,22, 23 abgezogen und durch Kontaktstücke 24, 25, 26, 27 geführt. Die Kontaktstücke 24 bis 27 dienen zur Schweißstromübertragung auf die Elektroden. Dabei sind die stromführenden Feile der Einrichtung 10 durch nicht dargestellte Abdeckungen usw. gegen Berührung gesichert

Gemäß der Erfindung ist in Schweißrichtung gesehen die erste und zweite bzw. dritte und vierte Elektrode (12, 11 bzw. 14,15) jeweils an eine Sekundärwicklung 28 bis 31 von zwei in Scottschaltung liegenden Transformatorpaaren 52a, Hb bzw. 57a, 37 b angeschlossen.

Die der ersten Elektrode 12 zugeordnete Sekundärwicklung 28 ist dabei mit dem Wicklungsanfang 28a mit dem Kontaktstück 24, also der Elektrode 12 und mit dem Wicklungseide 28b mit dem Werkstück 11, also der Masse verbunden. In gleicher Weise ist auch die vierte Elektrode 15 mit der Sekundärwicklung 51 über den Anfang 31a und das Werkstück über das Wicklungsende Hb angeschlossen.

Die zweite und dritte Elektrode 14 und 15 sind so gestaltet daß die Enden 29a, 30a der Sekundärwicklun- ~> gen 29, JO mit den Kontaktstücken 25, 26 und die Sekundärwicklungsanfänge 29b, 30b mit dem Werkstück 11 in Verbindung stehen.

Durch diese Anordnung wird vorteilhaft erreicht daß die Phasenverschiebung der Ströme, bezogen auf alle

ι» vier Elektroden, im Uhrzeigersinn verläuft wobei die Phasenverschiebung zwischen zwei benachbarten Elektroden jeweils 90° beträgt

Die oben beschriebene Einrichtung ist besonders vorteilhaft zum Längs- oder Spiralnahtschweißen von

ι > Rohren aus üblichen normalgeglühten bzw. thermomechanisch behandelten Blechen und Bändern geeignet bei denen wegen der in Frage kommenden Wanddicken (10 bis 40 mm) die Schweißung in Lage und Gegenlage nach dem Unter- Pulver- Verfahren (s.a. US-PS

.'ti 25 11 976) ausgeführt wird. Üblicherweise werden dabei beim Längsnahtschweißen zunächst die angeschrägten Kanten eines Schlitzrohres von außen nach dem M IG/MAG Verfahren durchgehend geheftet. Danach wird nach dem U P-Verfahren jeweils in einer Lage die

_> 5 Innenfuge und anschließend die Außenfuge geschweißt

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wurden Schweißungen an Werkstücken mit unterschiedlichen Wandstärken durchgeführt wobei in allen Fällen eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit um ca. 20% der

!» bisher mit Dreidrahtanlagen erreichbaren Werte bei gleichzeitiger Verbesserung der .Schweißnahtqualität erzielt wurde.

Die Schweißnähte sind poren- und kerbenfrei und weisen darüber hinaus eine Form auf, bei der die

υ Schmelzlinie — s. Bezugszeichen J4 in Fi g. 2 — keinen Knick enthält, wie dies bei einem pil/förmigen Nahtquerschnitt der Fall ist. Dieser Knick wird durch die Möglichkeit der Spannungsvariation am vorletzten, dem dritten Schweißkopf 14 vermieden. Die erreichte

in Schweißnahtform ist im Hinblick auf höhere Zähigkeitswerte der Naht besonders vorteilhaft

Die Kerbenfreiheit wird insbesondere durch die Ablenkung des vierten Lichtbogens in SchweiUrichtung erreicht Ein Umschlagen des Lichtbogens entgegen der Schweißrichtung konnte theoretisch und auch praktisch während einer Schweißung nicht festgestellt werden.

Im einzelnen wurde mit folgenden Parametern geschweißt:

Werkstückdicke (mm) Werkstückmaterial Naht-Vorbereitung

Durchmesser der Elektroden (mm) Elektrode 12 Elektrode H Elektrode 14 Elektrode I?

Freies Drahtende 55 der Elektroden 12 bis I > (mm)

Anstellwinkel der Elektroden Elektrode 12 - Winkel $6 Elektrode I i - Winkel 57 Elektrode I» - Winkel 58 Elektrode Π - Winkel W

17,5

X 60

Doppel-Y Naht

4 \ ^ i

K)-JO

K)'
)'
V

i >'

25,4

Abstände 40—42 zwischen den Elektroden	12-18	1100/34-36	1200/34-36
spitzen (mm)		900/34—36	1000/34-36
Elektrodenmaterial		700/34—36	800/34-36
Schweißpulver		600/30-32	600/30-32
Schweißstrom/Schweißspannung (A/V)		700
Elektrode 12		1,8	1,25
Elektrode 13	niedrig legierte, molybdänhaltige Drähte	21/20	24,5/23
Elektrode 14	13 ay 587 nach DlN 8557
Elektrode 15		14/15,5	21,5/22
Massestrom (A)	1000/34-36	3,2/3	3,5/3
Schweißgeschwindigkeit m/min	800/34-36
Schweißnahtbreite — Innennaht/ Außennaht	600/34-36
(mm)	500/30-32
Einbrand — Innennaht/Außennaht (mm)
Nahtüberhöhung — Innennaht/Außennaht	2
(mm)	19/2tl)

10/10,5
3,8/3

Die Erfindung ist bevorzugt beim Schweißen von Rohren anwendbar. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, die vorgeschlagene Einrichtung zum Zusammenschweißen von Schiffspaneelen zu verwenden, wobei die Paneele zum Zweiseitenschweißen gewendet oder wie in der DE-PS 16 65 459 vorgeschla-

gen, zum Teil in Überkopfposition zusammengeschweißt werden. Dabei ist es im Hinblick auf die Wärmeeinflußzone von Vorteil, wenn der Abstand zwischen der zweiten und dritten Elektrode größer als 18 mm gewählt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zum Unterpulver-Verbindungsschweißen von Werkstücken mit mehreren hintereinander angeordneten kontinuierlich vorgeschobenen und unter Bildung von Lichtbögen vorzugsweise in einem gemeinsamen Schweißbad abschmelzenden Elektroden, mit einem Antrieb zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück und den Elektroden in Schweißrichtung und mit Schaltgliedern, die das Werkstück und die Elektroden an getrennte Phasen einer Mehrphasen- Wechselstxomquelle anschließen, dadurch gekennzeichnet, daß vier Elektroden (12,13,14,15) vorgesehen sind, von denen in Schweißrichtung (16) gesenen die errie und zweite bzw. die dritte und vierte (12, 13 bzw. 14,15) jeweils an eine Sekundärwicklung (28,29 bzw. 30, 31) von zwei in Scottschaltung liegenden Transformatorenpaaren (32a, 32b bzw. 33a, 33b) angeschlossen sind, und daß die Anfänge (28a, 31a) der ersten und vierten Sekundärwicklung (28,31) an die erste bzw. vierte Elektrode (12,14) und die Enden (296,30/),)der zweiten und dritten Sekundärwicklung (29, 30) an die zweite bzw. dritte Elektrode (13, 14) während die anderen Anfänge (29a. 3OaJ bzw. Enden (286,3IZ?;der jeweiligen Sekundärwicklung (28— Jl) an das Werkstück (If) angeschlossen sind.