DE2505764A1

DE2505764A1 - Lichtbogenschweissmaschine

Info

Publication number: DE2505764A1
Application number: DE19752505764
Authority: DE
Inventors: Tokuji Maruyama; Toshihiko Watanabe
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1974-02-13
Filing date: 1975-02-12
Publication date: 1976-01-15
Also published as: SE7501555L; IT1031701B; DE2505764B2; DK51275A; US4017709A; FR2260416B1; FR2260416A1; DE2505764C3; BE825490A

Description

G 49 771 -su

Firma Kobe Steel, Ltd., 3-18_r. 1-Chome, Wakinohama-Cho, Fukiai-Ku, KOBE/Japan

Lichtbogenschweißmaschine

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenschweißmaschine, die hervorragende Schweißwirkungen besonders dann zeigt, wenn sie für das sogenannte Neigungs- oder Schrägschweißen benutzt wird, beispielsweise für das Überkopf- oder Abwärtsschweißen (overhead or down hand welding) oder für das sogenannte 'Dreiuhrschweißen¹ (three o'clock welding).

Geneigte oder schräge Fugen werden bei verschiedenen Aufbauten angebracht. Beispielsweise ist beim Schweißen von äußeren Seitenplatten eines Tankers die gesamte Schweißlänge schräger Fugen etwa gleich der gesamten Schweißlänge vertikaler Fugen. Obwohl somit das Schweißmaß für schräge Fugen bzw. Verbindungen gleich demjenigen für vertikale Fugen oder Verbindungen ist, wurde in der Schweißtechnik bisher kein Schweißverfahren entwickelt, das sich für die Herstellung bzw. Behandlung guter Schrägfugenteile eignet.

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Das Schweißen von Schrägfugen wurde bisher hauptsächlich unter Verwendung des Elektrogaslichtbogenschweißverfahrens durchgeführt. Nach diesem Verfahren ist die Nutenfläche des zu schweißenden Grundmetalls von einem Paar durch Wasser gekühlter vorderer und hinterer Verbindungsstege bzw. -streifen oder Schuhen aus Kupfer umgeben, und es wird ein Schweißdraht kontinuierlich zu einem Schmelzbad geführt, welches von oben mit einem Schutzgas beaufschlagt wird. Zwischen dem Kopfende des Drahtes und dem Schmelzbad werden Lichtbogen erzeugt, und der Draht sowie das Grundmetall werden durch die Hitze der Lichtbogen zum Durchführen der Schweißung geschmolzen. Aufgrund der Verfahrenseigenschaften dieses Schweißverfahrens beträgt der maximale Neigungswinkel 15°, und bei einem größeren Neigungswinkel kann die Schweißung nicht mehr weitgehend automatisch durchgeführt werden. Ferner ergeben sich auch bei kleineren Neigungswinkeln nachfolgend erläuterte Probleme sowie Nachteile, und es können dann nach diesem Verfahren keine Fugenteile mit guten Schweißbedingungen erhalten werden.

Geneigte oder Schrägfugen werden grob in drei Arten unterteilt. Bei einer Art befindet sich die Schweißnut selbst in einer vertikalen Ebene, während das Grundmetall gemäß Figur 1 geneigt ist. Bei einem anderen Typ befindet sich das Grundmetall selbst in einer vertikalen Ebene, und die Nut ist gemäß Figur 3 geneigt. Bei einer weiteren Art sind das Grundmetall und die Nut geneigt.

Beim Schweißen einer^ogenannten Überkopfschrägfuge gemäß Figur 1 ist die Oberfläche eines zwischen den Verbindungsstegen bzw. -schuhen Io und 11 gebildeten Schmelzbades größer bzw. breiter als die Dicke derselben Platte. Dementsprechend ist es schwierig, die Lichtbogen über die gesamte Oberfläche zu sprühen bzw. zu verteilen. Ferner ist der Einfall- oder Anstellwinkel eines Drahtes 13 gegenüber dem Schmelzbad nicht rechtwinklig, sondern zum hinteren Steg 11 gerichtet. Demzufolge wird die Wärme der Lichtbogen hauptsächlich zur Rückseite geführt, an der eine übermäßig starke Durchdringung entsteht, wodurch an der Rückseite gemäß Figur 2 Unterschnitte .14 erzeugt werden, während an der Vorderseite Überlappungen 15 gebildet oder eine unvollständige Durchdringung

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begründet werden. Im einzelnen strömen das Schmelzmetall hoher Temperatur und die Schlacke gegen die Rückseite, und zwar durch die
zur Rückseite gerichteten Lichtbögen, und es erfolgt an der Rückseite ein Auswaschen des Grundmetalls, wodurch dort eine übermässige Durchdringung entsteht, was ein anderer Grund für die Erzeugung von Unterschnitten ist. Andererseits werden das Schmelzmetall hoher Temperatur oder die geschmolzene Schlacke nicht zur Vorderseite verteilt, weshalb eine unvollständige Durchdringung oder
Überlappung entsteht. Da ferner die Schlackenmenge an der Vorderseite unzureichend ist, erfolgt manchmal eine direkte Berührung
zwischen dem Schmelzmetall und dem Kupfersteg bzw. -schuh, und
es ergibt sich an der Vorderseite eine Aufrauhung der Schweißraupenoberfläche.

Im Fall einer Abwärtsfuge (down hand joint) erfolgt die Schweissung in einem gegenüber der oben erwähnten überkopffuge entgegengesetzten Zustand, und es werden in ähnlicher Weise Fehler hervorgerufen. Im Fall der sogenannten 'Dreiuhr-Schrägfuge¹ ergibt sich aus demselben Grunde wie bei der Abwärtsfuge eine überschüssige
Durchdringung am oberen Grundmetall 16 mit dem Ergebnis von Unterschnitten 14, während am unteren Grundmetall 17 eine unvollständige Durchdringung oder Überlappung begründet wird. Im Fall einer aus der oben erwähnten Überkopffuge und der 'Dreiuhr'-Fuge kombinierten Fuge werden die oben genannten Ursachen zusammengefaßt,
und es ergeben sich Fehler wie in Figur 5. Im einzelnen werden im unteren Teil der Vorderseite Überlappungen 15 gebildet, während
in anderen Durchdringungsbereichen des Grundmetalls Unterschnitte 14 entstehen.

Auch wenn zur Ausschaltung der obigen Fehler die Drahtzufuhrungsposition der Seite angenähert wird, wo leicht eine unvollständige Durchdringung oder Überlappung erzeugt wird (beispielsweise an der Vorderseite im Fall einer Überkopffuge), ergeben sich ähnliche
Fehler, da die Richtung der Lichtbögen nicht verändert wird. Wenn der Draht so geführt wird, daß der Auftreffwinkel desselben rechtwinklig zum Schmelzbad verläuft, wie es durch gestrichelte Linien in Figuren 1 und 3 dargestellt ist, werden die obigen Fehler bis

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zu einem gewissen Maße vermindert, doch erfolgt in diesem Fall eine Beschränkung der anwendbaren Schweißbedingungen, und es ergeben sich ferner die nachfolgenden Probleme.

Damit vertikal zur Fläche des Schmelzbades verlaufende Lichtbogen erzeugt werden, sollte der Draht so zugeführt werden, daß er sich nicht parallel zur Schweißlinie bzw. -fuge sondern unter einem bestimmten Winkel zu dieser befindet (beispielsweise wird der Draht im Fall eines Neigungswinkels der Fuge von 45° unter einer Neigung von 45° zur Schweißfuge zugeführt). Wenn eine solche Zuführung in einer schmalen oder engen Nut erfolgt, stößt eine Elektrizitätsanlegespitze an ein Basismetall oder einen Kupfersteg bzw. -schuh an, weshalb die praktische Anwendung dieses Verfahrens schwierig ist. Da ferner das obere Grundmetall 16 geschmolzen ist und die Schmelze in das Schmelzbad fällt, wird stets eine neue Oberfläche des Grundmetalls freigelegt. Da dieser Vorgang wiederholt wird, ergibt sich eine Vergrößerung der Durchdringung im oberen Grundmetall 16. Im Gegensatz hierzu bedeckt die Schmelze des unteren Grundmetalls 17 dieses Metall, und es wird/keine neue Oberfläche des unteren Grundmetalls freigelegt. Entsprechend ergibt sich eine unvollständige Durchdringung an dieser Stelle.

Das Abwärtsstumpfschweißen wird mit verschiedenen Lichtbogenschweiß verfahr en durchgeführt, doch stimmt in vielen Fällen die Richtung der Lichtbogenerzeugung nicht mit der angestrebten Richtung überein, und es ergeben sich manchmal Fehler wie eine unvollständige Schweißdurchdringung.

Die genannten Fehler können dadurch überwunden werden, daß in unmittelbarer Nähe einer Schweißnut bzw. -fuge ein vom Grundmetall elektrisch isoliertes Elektrizitätsanlege- bzw. -zuführglied angeordnet und während der Durchführung der Schweißung mit einem elektrischen Strom versorgt wird, um die Neigung der Lichtbogenrichtung zu steuern. Da jedoch während des Stromdurchgangs durch das Elektrizitätsanlegeglied Wärme erzeugt wird, ist es erforderlich, den Querschnittsbereich dieses Gliedes zu vergrößern, wodurch jedoch die Stromdichte vermindert wird. Wenn ein aus Kupfer

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bestehendes Elektrizitätsanlegeglied über eine lange Zeit und bei Zufuhr eines großen elektrischen Stroms benutzt wird _r ist eine drastische Vergrößerung des Querschnitts des Elektrizitätsanlegegliedes erforderlich. Wenn der Querschnitt zu groß ist oder eine Vielzahl von Elektrizitätsanlegegliedern benutzt wird, ist es unmöglich, diese der Position der Lichtbogenerzeugung anzunähern, weshalb eine wirksame Steuerung der Neigung der Lichtbogenrichtung unmöglich ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die bei den herkömmlichen Techniken auftretenden Fehler und Nachteile auszuschalten. Es wurden verschiedene Untersuchungsarbeiten durchgeführt, um eine Lichtbogenschweißmaschine zu schaffen, mit der die Neigung der Lichtbogenrichtung wirksam gesteuert werden kann. Mit der neuen Lichtbogenschweißmaschine sollen Schweißbereiche geschaffen werden können, die frei von Schweißfehlern wie Unterschnitten und Überlappungen sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine erfindungsgemäße Lichtbogenschweißmaschine aus durch einen bei fortschreitendem Schweißen mitverschiebenden Verbindungssteg bzw. -streifen, wobei an diesem an einem nicht zu einer Nut weisenden Teil ein Elektrizitätsanlege- bzw. -zuführglied elektrisch isoliert angeordnet ist und wobei auf das Elektrizitätsanlegeglied, während es mit Wasser gekühlt wird, ein elektrischer Strom aufgebracht wird, um hierdurch die Lichtbogenrichtung zu steuern. +) sich

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß der Schweißstrom durch das Elektrizitätsanlegeglied geleitet wird. Ferner ist es bevorzugt, daß das Elektrizitätsanlegeglied so angeordnet ist,daß seine relative Lage zum Lichtbogen und/oder seine Richtung zur Lichtbogenrichtung eingestellt werden kann.

Eine weitere Ausfuhrungsform ist dergestalt, daß ein Erfassungsglied bzw. Fühler vorgesehen ist, um jeweils die Temperatur des Kühlwassers für den vorderen Steg und des Kühlwassers für den rückwärtigen Steg zu erfassen, und wobei die relative Lage des

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Elektrizitätsanlegegliedes zum Lichtbogen und/oder die Richtung des Elektrizitätsanlegegliedes zur Lichtbogenrichtung in Abhängigkeit von den vom Erfassungsglied bzw. Fühler erfaßten Werten
eingestellt werden können. Auch ist es möglich, daß ein Erfassungsglied bzw. Fühler zum Erfassen des Neigungswinkels der
Schweißlinie bzw. -fuge vorgesehen ist und daß die relative Lage des Elektrizitätsanlegegliedes zum Lichtbogen und/oder die Richtung des Elektrizitätsanlegegliedes zur Lichtbogenrichtung in Abhängigkeit von den vom Erfassungsglied bzw. Fühler erfaßten Werten eingestellt werden können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Verbindungssteg bzw. -streifen bzw. Schuh an einem nicht zur Schweißnut weisenden Teil eine Aussparung zum Aufnehmen des Elektrizitätsanlegegliedes aufweist. Ferner ist es bevorzugt, daß auf dem Elektrizitätsanlegeglied an der nicht zum Verbindungssteg bzw.
-streifen weisenden Seite ein magnetischer Körper befestigt ist. Und schließlich ist es möglich, daß auf dem Elektrizitätsanlegeglied an der nicht zum Verbindungssteg bzw. Schuh weisenden Seite ein konkav geformter magnetischer Körper befestigt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - das herkömmliche Schweißverfahren zum Schweißen einer Überkopffuge, die aus der parallel zum Grundmetall verlaufenden Richtung betrachtet wird,

Figur 2 - einen Schnitt längs der Linie II-II aus Figur 1,

Figur 3 - das·herkömmliche Schweißverfahren zum Schweißen einer sogenannten 'Dreiuhr'-Fuge, die aus der vertikal zum
Grundmetall verlaufenden Richtung betrachtet wird,

Figur 4 - einen Schnitt längs der Linie IV-IV aus Figur 3,

Figur 5 - einen Schnitt zur Darstellung des herkömmlichen

Schweißverfahrens zum Schweißen einer zusammengesetzten oder Mischfuge,

Figur 6 - eine Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Schweißmaschine,

Figur 7 - im Schnitt die Lagerelation zwischen dem Elektrizitäts-

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anlegeglied, dem Verbindungssteg bzw. -streifen oder Schuh und dem Grundmetall der erfindungsgemäßen Schweißmaschine,

Figur 8 - eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißmaschine,

Figur 9 - ein Diagramm zur Darstellung des Mechanismus zum Einstellen der Position des Elektrxzitätsanlegegliedes in der erfindungsgemäßen Schweißmaschine,

Figur Io - ein Erfassungs- oder Fühlerglied zum Erfassen des Neigungswinkels der Schweißlinie oder -fuge in der erfindungsgemäßen Schweißmaschine,

Figur 11 - ein Beispiel eines in der erfindungsgemäßen Schweißmaschine angeordneten magnetischen Körpers,

Figur 12 - ein anderes Beispiel eines in der erfindungsgemäßen Schweißmaschine angeordneten magnetischen Körpers und

Figur 13 - eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Bei der Lichtbogenschweißmaschine nach der vorliegenden Erfindung wird die dem sogenannten Linkshandgesetz von Fleming entsprechende Kraft durch Leiten eines elektrischen Stroms in das Elektrizitätsanlege- bzw. -zuführglied auf den Lichtbogen aufgebracht, der durch Ausnutzen seiner charakteristischen Eigenschaft geneigt ist, daß er sich zu dem Bereich oder Punkt ausrichtet, wo die Dichte der magnetischen Kraftlinien klein ist. Dementsprechend kann das Elektrizxtätsanlegeglied an der Vorderseite oder der Rückseite des Grundmetalls angeordnet sein. Ferner ist es zulässig, Elektrizitätsanlegeglieder an beiden Vorder- und Rückseiten des Grundmetalls anzubringen. Auch kann das Elektrizxtätsanlegeglied so angeordnet sein, daß es beide Seiten der Schweißfuge am Zentrum derselben an einer Seitenfläche des Grundmetalls überbrückt oder daß es zu dem Bereich abweicht, wo leicht eine unvollständige oder eine übermäßige Durchdringung begründet wird. Wenn, das Elektrizxtätsanlegeglied in einem Zustand weitgehend rechtwinklig zur Schweißfuge angeordnet wird, kann der Lichtbogen in einer Richtung geneigt werden, die rechtwinklig zu der Neigungsrichtung des Bogens verläuft, welche erzielt wird, wenn das Elektrizxtätsanlegeglied parallel zur Schweißfuge verläuft.

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Der Schweißstrom kann gleichzeitig als elektrischer Strom benutzt werden, der in das Elektrizitatsanlegeglied geleitet wird. Alternativ kann diesem ein unabhängiger und vom Schweißstrom getrennter elektrischer Strom zugeführt werden. Wie es dem Fachmann geläufig ist, kann der dem Elektrizitatsanlegeglied zuzuleitende elektrische Strom entweder ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom sein.

Wenn im Fall des AbwärtsSchweißens dieses entsprechend dem Versenkbogenschweißverfahren oder dem MIG-Schweißverfahren durchgeführt wird und der dem Elektrizitatsanlegeglied zuzuführende elektrische Strom verändert wird, ist ein Pendeln des Lichtbogens möglich.

Nachfolgend werden Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen detailliert erläutert.

Figur 6 zeigt im ganzen eine erfindungsgemäße automatische Lichtbogenschweißmaschine zum Schweißen von überkopfverbindungen. Diese Schweißmaschine 31 enthält einen an der Vorderseite der Schweißh nut befestigten Schweißschleppwagen 32, einen Schleppwagenaufzug 34 zum Anheben und Absenken des Schleppwagens 32 über eine Kette 33 und eine über ein Kabel 27 geerdete Schweißstromquelle 26.

Im Schweißschleppwagen bzw. -fahrgestell 32 sind eine Elektrizitätsanlegedüse 19, eine Schweißdrahtrolle 36, ein Zuführungsmotor 18 zum Zuführen eines Schweißdrahts 13 und Streifen bzw. Stege sowie 11 angeordnet, die während eines VerSchiebens an der Vorder- und Rückseite des Bogens ansteigen können. Auf den Streifen oder Stegen, und zwar an nicht zu der Schweißnut weisenden Teilen,sind Elektrizitätsanlegeglieder 2oa und 2ob unter elektrischer Isolation von den Streifen angeordnet. Dieser Schweißschleppwagen 32 kann sich auf der Seitenfläche des zu schweißenden Grundmetalls anheben und absenken, und zwar mittels einer Vielzahl von Magnetrollen 39.

Das rückwärtige Elektrizitatsanlegeglied 2ob ist am Schweißwagen

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32 über eine Verbindungsstange 37 festgelegt/ und beide Elektrizitätsanlegeglieder 2oa und 2ob werden auf dem Schweißwagen 32 und der Verbindungsstange 37 entsprechend über Verbundstücke 38a und 38b gehalten. In der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform ist das Elektrizitätsanlegeglied 2oa mit der Schweißstromquelle 26 und der Elektrizitätsanlegedüse 19 verbunden. Natürlich kann das Elektrizitätsanlegeglied mit einer unabhängigen elektrischen Quelle verbunden sein, die sich von der Schweißstromquelle unterscheidet. Die Verbundstücke 38 bestehen aus einem Isolationsmaterial, und es ist bevorzugt, daß ihre Positionen vertikal in bezug auf den Schweißwagen eingestellt werden können, daß sie frei gedreht werden können und daß ihre Abstände von den Streifen oder Stegen unabhängig gesteuert werden können.

In Figur 6 ist eine Vorrichtung zum Zuführen von Kühlwasser zu den Elektrizitätsanlegegliedern 2o dargestellt. Wenn ein Material mit einem großen Neigungswinkel geschweißt wird, ist es notwendig, den Lichtbogen ausreichend weit abzulenken. Zum wirksamen Ablenken des Lichtbogens ist es notwendig, das Elektrizitätsanlegeglied so weit wie möglich dem Lichtbogen anzunähern, einen großen elektrischen Strom aufzubringen und die Anzahl der angeordneten Elektrizitätsanlegeglieder zu vergrößern. In diesem Fall ist jedes Elektrizitätsanlegeglied 2o elektrisch von dem anderen Elektrizitätsanlegeglied und den Streifen Io mittels eines Isolationsmaterials 23 isoliert, und der Zentralteil eines jeden Elektrizitätsanlegegliedes 2o ist von einem Kühlwasserkanal 22 durchsetzt. Wenn diesem Kanal Kühlwasser zugeleitet wird, ist es möglich, einen grossen elektrischen Strom durch das Elektrizitätsanlegeglied zu leiten, ohne den Querschnitt desselben zu vergrößern, so daß das Elektrizitätsanlegeglied dem Lichtbogen stark angenähert werden kann.

Im Fall eines Überkopfschweißens von 3o in bezug auf die Vertikale sollte der gesamte durch ein oder mehrere Elektrizitätsanlegeglieder zu leitende elektrische Strom zumindest I5oo A betragen. Wenn eine ausreichende Neigung der Lichtbogenrichtung durch Verwenden von drei Elektrizitätsanlegegliedern ohne Kühlwasserdurch-

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fluß durchgeführt wird, ist es notwendig, jedem der Elektrizitäts anlegeglieder einen elektrischen Strom von zumindest 5oo A zuzuführen. Deshalb sollte der Querschnittsbereich eines jeden Elektrizitätsanlegegliedes vergrößert werden. Bei zu kleinem Querschnitt kann das Elektrizitätsanlegeglied nicht während einer langen Zeit benutzt werden, und außerdem wird das Isolationsmaterial zum elektrischen Isolieren stark abgebaut, wodurch die Dauerhaftigkeit der Maschine als Ganzes herabgesetzt wird. Da es ferner nicht möglich ist, das Elektrizitätsanlegeglied dem Lichtbogen anzunähern, wenn der Querschnitt zu groß ist, wird die Ablenkwirkung des Lichtbogens entsprechend vermindert. Sofern eine ausreichende Ablenkwirkung des Lichtbogens erzielt werden soll, muß ein wesentlich größerer elektrischer Strom aufgebracht werden, was jedoch vom wirtschaftlichen Standpunkt her nicht bevorzugt ist. Zusätzlich nehmen in einem solchen Fall das Gewicht und der Raum des Elektrizitätsanlegegliedes unvermeidbar zu, und seine Handhabung wird kompliziert. Im Extremfall kann ein solches Elektrizitätsanlegeglied praktisch nicht benutzt werden, da kein ausreichender Raum hierfür zur Verfügung steht. Wenn das Elektrizitätsanlegeglied andererseits mit Wasser gekühlt wird, läßt sich sein Volumen oder seine Größe reduzieren, und es ist möglich, den Bogenerzeugungspunkt derart weit anzunähern, daß eine ausreichende Neigung der Lichtbogenrichtung leicht erreicht werden kann. Wenn ein elektrischer Gesamtstrom von I5oo A wie im oben erwähnten Fall der Elektrizitätsanlegeglieder vom Typ ohne Wasserkühlung erforderlich ist und wenn drei Elektrizitätsanlegeglieder mit Wasserkühlung angewendet werden, kann der Querschnittsbereich eines jeden Elektrizitätsanlegegliedes, durch das ein elektrischer Strom von 5oo A geleitet wird, wesentlich kleiner als der Querschnittsbereich eines Elektrizitätsanlegegliedes ohne Wasserkühlung gemacht werden. Beispielsweise kann selbst bei einem Neigungswinkel der Schweißfuge von 45° eine ausreichende Neigung der Lichtbogenrichtung erhalten werden. Wenn der Neigungswinkel der Schweißfuge 3o° beträgt, ist eine ausreichende Neigung der Lichtbogenrichtung erzielbar, indem ein elektrischer Gesamtstrom von 9oo A verwendet und damit durch jedes der drei Elektrizitätsanlegeglieder ein elektrischer Strom von 3oo A geleitet werden. In diesem Fall kann

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die Querschnittsfläche des Elektrizitätsanlegegliedes 1/4 bis l/lo derjenigen Querschnittsfläche ausmachen, die für ein Elektrizitäts anlegeglied vom Typ ohne Wasserkühlung erforderlich ist. Darüberhinaus hat sich bestätigt, daß andere beim Verwenden von Elektrizitätsanlegegliedern ohne Wasserkühlung beobachtete Fehler durch
Benutzen von Elektrizitätsanlegegliedern mit Wasserkühlung ausgeschaltet werden können.

Wenn in dem obigen Fall Elektrizitätsanlegeglieder verwendet werden, durch die jeweils ein Strom von 1 A fließen kann, sind 75o
Elektrizitätsanlegeglieder erforderlich. Obwohl das Gewicht eines Elektrizitätsanlegegliedes reduziert werden kann, ist für eine
solch große Anzahl derartiger Glieder ein großer Raum erforderlich. In einem solchen Fall kann keine zufriedenstellende Wirkung durch Elektrizitätsanlegeglieder ohne Wasserkühlung erreicht werden, und die Maschine ist als ganzes nicht für praktische Zwecke
geeignet. Wenn ferner die elektrische Schweißstromquelle auch als elektrische Quelle für die Elektrizitätsanlegeglieder benutzt
wird und ein großer elektrischer Strom von 6oo A oder mehr zum
Aufrechterhalten einer großen Schweißwirksamkeit zur Anwendung
kommt, sind Elektrizitätsanlegeglieder vom wassergekühlten Typ unentbehrlich. Im Hinblick auf die Anlagekosten, den Verbrauch an
elektrischer Leistung und dergleichen ist das Schweißverfahren,
bei dem die Schweißstromquelle als elektrische Quelle zum Aufbringen eines elektrischen Stroms für die Elektrizitätsanlegeglieder
benutzt wird, bevorzugt gegenüber dem Schweißverfahren, bei dem
eine unabhängige und von der Schweißstromquelle separate elektrische Quelle für die Elektrizitätsanlegeglieder vorgesehen ist.

Einige Verbindungen bzw. zu schweißende Fugen, beispielsweise gekrümmte Fugen von äußeren Seitenplatten von Schiffen, haben einen nicht konstanten und sich ändernden Neigungswinkel. Im Fall einer derartig gekrümmten Fuge mit einem Neigungswinkel, der sich kontinuierlich von 45° (überkopf) bis ο (vertikal) gemäß Figur 8 ändert, sollte die Position des Elektrizitätsanlegegliedes relativ
zur Lichtbogenposition geändert werden. Im einzelnen werden die
Befestigungsposition und/oder der Befestigungswinkel des Elektri-

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zitätsanlegegliedes geändert, um hierdurch die auf den Lichtbogen ausgeübte Kraft des durch das Elektrizitätsanlegeglied geführten elektrischen Stroms und/oder die Richtung dieser Kraft mit dem Ergebnis zu ändern, daß die Neigungsintensität des Lichtbogens und/ oder die Richtung der Lichtbogenneigung gesteuert werden können, und zwar trotz der Änderung in den Schweißbedingungen infolge der Änderung des Neigungswinkels der Fuge. Die Temperatur des Kühlwassers wird an der Kühlwasserablaßseite der vorderseitigen und rückseitigen Kupferstreifen bzw. -stege Io und 11 mittels Temperaturerfassungsgliedern 24a und 24b gemäß Figur 8 gemessen, und die Position der Elektrxzitatsanlegeglxeder 2o wird verändert, so daß die Differenz zwischen den erfaßten Temperaturen oder das Verhältnis derselben konstant gehalten wird. Dadurch werden die Intensität der Ablenkung des Lichtbogens gesteuert und die Schweißdurchdringung konstant gehalten. Die Durchdringung befaßt sich mit der Wärmezufuhr zu beiden vorderen und rückwärtigen Streifen bzw. Stegen, und im allgemeinen führt eine große Wärmezufuhr zu einer größeren Durchdringung. Es ist manchmal bevorzugt, daß die Wärmezufuhr zum einen der vorderen und rückwärtigen Streifen größer als zum anderen ist. In einem solchen Fall werden gute Resultate erzielt, wenn die Position des Elektrizitatsanlegegliedes 2o so eingestellt wird, daß die Differenz oder das Verhältnis zwischen den Wärmezufuhrgrößen zu beiden Streifen bzw. Stegen konstant ist.

Die Wärmezufuhr Q ergibt sich wie folgt:

Q₁ (Vorderseite) = I₁ (T₁ - T_Ql) cal/Sekunde Q₂ (Rückseite) = I₂ (T₂ - T_q2) cal/Sekunde

wobei Q₁ und Q₂ für die Wärmezufuhr zu den vorderen und rückwärtigen Streifen bzw. Stegen oder Schuhen stehen, wobei I₁ und I₂ (cm /Sekunde) die Mengen des zu den vorderen und rückwärtigen Streifen geführten Kühlwassers darstellen und wobei T sowie T₂ (⁰C) die Temperaturen des von den vorderen und rückwärtigen Streifen abgelassenen Kühlwassers sind, während T_Ql und T_q2 die Temperaturen des zu den vorderen und rückwärtigen Streifen geleiteten Kühlwassers bedeuten.

Wenn mit den Kühlwasser-Strömungseinstellgliedern 25a und 25b,

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die an den vorderen und rückwärtigen Streifen bzw. Stegen angebracht sind, die Beziehung 1 = I₂ eingestellt wird und wenn das Kühlwasser von demselben Einlaß zu beiden vorderen und rückwärtigen Stegen gelangt, ergibt sich die folgende Gleichung unter Berücksichtigung der Tatsache, daß T , gleich T ~ ist:

Q₁ - Q₂ = 1 (T₁ - T₂)

Bei einer Annahme eines konstanten Wertes von 1 ergibt sich die Beziehung (Q- - Q₂) ^ (T₁ - T₂). Dementsprechend kann die Differenz der Temperaturen T₁ und T₂ als Differenz der Wärmezufuhrgrössen Q₁ und Q₂ betrachtet werden. Ferner kann im Fall des Wärmezufuhrverhältnisses wegen der Beziehung Q₁ZQ₂ = ^Ti/^T2 dieses Verhältnis nur durch Messung der Temperaturen Τ_χ und T₂ bestimmt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Schweißmaschine wird gemäß der obigen Erläuterung die Position des Elektrizitätsanlegegliedes so eingestellt, daß die Differenz oder das Verhältnis zwischen den Temperaturen des von den vorderen und rückwärtigen Stegen abgelassenen Kühlwassers konstant gehalten wird. Ein Beispiel eines Mechanismus zur Durchführung dieses Merkmals ist in Figur 9 dargestellt. Die Temperaturen des von den vorderen und rückwärtigen Stegen abgelassenen Kühlwassers werden von Thermoparen oder -elementen 41 und 42 erfaßt, die in den Wasserablaßleitungen der vorderen und rückwärtigen Stege angeordnet sind. Die Temperaturen werden in Abhängigkeit von Signalen der Thermoelemente mittels Potentiometern 43 und 44 eingestellt. Ein in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Werten zu betätigendes Anzeigeglied 45 ist stromabwärts angeordnet, und ein Signal vom Anzeigeglied 45 wird durch einen Verstärker 46 verstärkt, wobei ein Motor in Abhängigkeit von dem verstärkten Signal angetrieben wird, um das Elektrizitätsanlegeglied über ein Zahnstangenritzel 48 zu bewegen. Naturlieh kann die beschriebene Einstellung der Position des Elektrizitätsanlegegliedes auch einfacher durch Verwendung eines Quecksilberthermometers und durch Verschieben des Elektrizitätsanlegegliedes in Abhängigkeit von den abgelesenen Werten erreicht werden.

Figur Io stellt einen Mechanismus zum Einstellen der Position des

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Elektrizitätsanlegegliedes in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel der Schweißfuge dar. Eine Zahnstange 48r ist in einer an dem Wagenrahmen befestigten Führung 52 verschiebbar angebracht, und ein Elektrizitätsanlegeglied 2o ist an der Zahnstange befestigt. Ein die Zahnstange 48r antreibendes Ritzel 48p ist einstückig mit einem Hebel 5o ausgebildet, und die Drehwelle des Ritzels 48p ist mit einem sich von der Führung 52 erstreckenden Arm 63 verbunden/ so daß das mit dem Hebel und einer Winkelanzeigenadel 49 ausgebildete Ritzel unabhängig um die Drehwelle gedreht werden kann. Die Winkelanzeigenadel 49 dreht sich in Abhängigkeit mit dem Neigungswinkel, der sich mit der Verschiebung des sich beim Fortschreiten der Schweißung bewegenden Wagens ändert. Die Nadel zeigt den Neigungswinkel auf einer Winkelskala 51 an. Die Winkelanzeigenadel 49 wird so gedreht, daß das Kopfende der Nadel 49 in Richtung der Schwerkraft (Abwärtsrichtung) zeigt. Der Hebel 5o am Ritzel 48p wird in Übereinstimmung mit dem durch die Winkelanzeigenadel 49 angezeigten Winkel gebracht, und zwar durch Betätigen des Hebels 5o. Durch den erwähnten Mechanismus kann das Elektrizitätsanlegeglied leicht auf eine optimale Position bei dem Neigungswinkel eingestellt werden. Die obigen mechanischen Funktionen können auch durch Einführen eines geeigneten Servomechanismus automatisiert werden.

In den vorstehenden Ausführungsformen wurde das Überkopfschweißen erläutert, doch es ist dem Fachmann geläufig, daß in diesen Ausführungsformen auch sogenannte 'Dreiuhrfugen¹ (three o'clock joints) in ähnlicher Weise geschweißt werden können (Figur 3). Im Fall des sogenannten Dreiuhrschweißens ist es erforderlich, den Lichtbogen gegen das Grundmetall 17 zu neigen, und dieses wird leicht durch ein derartiges Festlegen des Elektrizitätsanlegegliedes erreicht, daß der Winkel zur Schweißfuge 9o beträgt, obgleich das Elektrizitätsanlegeglied drehbar angeordnet ist.

Die Figuren 11 und 12 sind Schnittansichten zur Darstellung der Schweißzone beim Verwenden eines Magnetkörpers. Eine magnetische Substanz, beispielsweise eine Weichstahl- oder Siliziumstahlplatte, hat eine spezifische Permeabilität, die 5oo bis looo mal so

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groß wie diejenige einer unmagnetischen Substanz wie Luft und Kupfer ist. Wenn ein magnetischer Körper 61 an der nicht zum Steg weisenden Seite auf dem Elektrizitätsanlegeglied 2o angeordnet wird, werden die Flußdichte am Lichtbogen verstärkt und die Ablenkung des Lichtbogens in ähnlicher Weise vergrößert, so daß die Magnetkraftlinie 62 wirkungsvoll zum Lichtbogen gerichtet wird. Wenn demnach der magnetische Körper 61 in der oben erwähnten Weise angeordnet wird, kann eine größere Ablenkung des Lichtbogens mit einem kleineren elektrischen Strom als in dem Fall erhalten werden, wo kein magnetischer bzw. magnetisierbarer Körper verwendet wird. Bei dieser Ausfuhrungsform ergibt sich somit ein wirtschaftlicher Vorteil. Da ferner die Querschnittsfläche des Elektrizitätsanlegegliedes vermindert werden kann, kann der Raum für das Elektrizitätsanlegeglied kleiner ausgebildet und die Handhabung erleichtert werden. Wenn ferner eine konkave oder U-förmige Aussparung am Außenumfang des magnetischen Körpers gemäß Figur 12 ausgebildet wird, werden die im Zusammenhang mit Figur 11 erwähnten Vorteile noch vergrößert. Im einzelnen wird die Dichte der von einem Ende des magnetischen Körpers 61 ausgehenden Magnetkraftlinien 62 am Bogen erhöht, und die Richtung oder die Verlauf sposition der Magnetkraftlinien kann durch die Form des magnetischen Körpers geeignet gesteuert werden.

Wie aus Figur 13 zu ersehen ist, kann ein Steg oder Streifen Io an einem nicht zur Schweißnut zeigenden Teil eine Aussparung 71 zum Aufnehmen eines Elektrizitätsanlegegliedes 23 aufweisen. Selbstverständlich kann auch eine Vielzahl von Elektrizitätsanlegegliedern benutzt werden.

Gemäß den obigen Ausführungen kann bei der erfindungsgemäßen Schweißmaschine die Neigungsrichtung des Lichtbogens wirksam gesteuert werden, und es können daher in stabiler Weise Schweißdurchdringungen erzielt werden, die frei von Fehlern wie Unterschnitten und Überlappungen sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Lichtbogenschweißmaschine, gekennzeichnet durch einen bei fortschreitendem Schweißen mitverschiebenden Verbindungssteg bzw. -streifen (lo, 12), wobei an diesem an einem nicht zu einer Nut weisenden Teil ein Elektrizitätsanlege- bzw. -zuführglied (2o, 2oa, 2ob) elektrisch isoliert angeordnet ist und wobei auf das Elektrizitätsanlegeglied, während es mit Wasser gekühlt wird, ein elektrischer Strom aufgebracht wird, um hierdurch die Lichtbogenrichtung zu steuern. ⁺) sich

2. Lichtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom durch das Elektrizitätsanlegeglied (2o, 2oa, 2ob) geleitet wird.

3. Lichtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrizitätsanlegeglied (2o, 2oa, 2ob) so angeordnet ist, daß seine relative Lage zum Lichtbogen und/oder seine Richtung zur Lichtbogenrichtung eingestellt werden kann.

4. Lichtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erfassungsglied bzw. Fühler (24a, 24b) vorgesehen ist, um jeweils die Temperatur des Kühlwassers für den vorderen Steg (lo) und des Kühlwassers für den rückwärtigen Steg (11) zu erfassen, und wobei die relative Lage des Elektrizitatsanlegegliedes (2o, 2oa, 2ob) zum Lichtbogen und/oder die Richtung des Elektrizitatsanlegegliedes zur Lichtbogenrichtung in Abhängigkeit von den vom Erfassungsglied bzw. Fühler erfaßten Werten eingestellt werden können.

5. Lichtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erfassungsglied bzw. Fühler (49) zum Erfassen des Neigungswinkels der Schweißlinie bzw. -fuge vorgesehen ist und daß die relative Lage des Elektrizitatsanlegegliedes (2o, 2oa, 2ob) zum Lichtbogen und/oder die Richtung des Elektrizitatsanlegegliedes zur Lichtbogenrichtung in Abhängigkeit von den vom Erfassungsglied bzw. Fühler erfaßten Werten eingestellt werden können. - 17 -

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6. Lxchtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungssteg bzw. -streifen bzw. Schuh (lo,ll) an einem nicht zur Schweißnut weisenden Teil eine Aussparung (71) zum Aufnehmen des Elektrxzitatsanlegegliedes (2o) aufweist.

7. Lxchtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Elektrizitätsanlegeglied (2o) an der nicht zum Verbindungssteg bzw. -streifen (lo) weisenden Seite ein magnetischer Körper (61) befestigt ist.

8. Lxchtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Elektrizitätsanlegeglied (2o) an der nicht zum Verbindungssteg bzw. Schuh (lo) weisenden Seite ein konkav geformter magnetischer Körper (61) befestigt ist. .

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