DE2544539B1

DE2544539B1 - Verfahren zum schliessen eines stichloches beim plasmastichlochschweissen

Info

Publication number: DE2544539B1
Application number: DE19752544539
Authority: DE
Inventors: Helmut Dralle; Egon Dipl-Ing Fehse; Friedrich Ing Lehmler
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Oxytechnik Gesellschaft fur Systemtechnik Mbh 62
Priority date: 1975-10-04
Filing date: 1975-10-04
Publication date: 1977-01-20
Also published as: FR2326266B1; DE2544539C2; GB1550142A; FR2326266A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schließen eines Stichloches beim Plasmastichlochschweißen, bei dem die Schweißwerte von Schweißstrom- und Plasmaschweißgasmenge reduziert werden.

Mit diesem Oberbegriff wird auf einen Stand der Technik beim Plasmastichlochschweißen, auch »keyholing-Verfahren« genannt, Bezug genommen, wie er beispielsweise aus der DT-OS 22 54 155 bekanntgeworden ist. Bei dem bekannten Stand der Technik soll ein Schließen des Stichloches dadurch erreicht werden, daß zuerst die Schweißgasmenge auf einen Minimalwert gedrosselt wird und erst danach eine Reduzierung des Schweißstromes erfolgt. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß mit diesem Verfahren keine porenfreie Schweißnahtbereiche erzielbar sind. Insbesondere beim Anschweißen eines Flansches an das Ende eines Rohres, wobei beide Teile aus R-St 37, R-St 35 hergestellt sind, konnte auch mit dem nach der DT-OS bekannten Verfahren keine sich überlappende Nahtbereiche erzielt werden, die porenfrei waren. Die Porenfreiheit ist jedoch im Hinblick auf den Einsatz von geschweißten Rohrleitungsteilen in Chemieanlagen unbedingt erforderlich.

Da diese Forderung bisher nicht erfüllt werden konnte, werden deshalb die Flansch-Rohr-Verbindungen mit anderen, in bezug auf die Schweißgeschwindigkeit langsameren Schweißverfahren hergestellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obengenannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem das Stichloch beim Plasmastichlcchschweißen porenfrei geschlossen werden kann.

Die Erfindung besteht darin, daß die Reduzierung der Strom- und Schweißgasmenge gleichzeitig beginnt, daß weiterhin die Gasmenge innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde auf eine zur störungsfreien Aufrechterhaltung des Plasmabogens ausreichende Minimalmenge herabgesetzt wird und daß ferner der Schweißstrom auf einen von Werkstoffart und -dicke abhängigen Wert verringert wird.

Dabei wird gemäß der Erfindung unter einer störungsfreien Aufrechterhaltung des Plasmabogens

ίο verstanden, daß der Plasmabogen nach der Reduzierung der Gasmenge noch stabil brennt. Durch die Gasmengenreduzierung, welche unmittelbar mit dem Absenken des Schweißstromes durch nahe der Plasmabogenaustrittsöffnung am Brenner angeordnete Ventile erfolgt, wird die dem Werkstück zugeführte Energie wesentlich reduziert, wodurch ein einwandfreies Schließen der Schweißöse erreicht wird. Dabei ist die Herabsetzung des Schweißstromes, insbesondere die Abfallzeit, in welcher der Schweißstrom von dem hohen auf den niedrigen Wert verringert wird, im wesentlichen von Werkstoffart und Werkstoffdicke abhängig. In jedem Fall muß die Abfallzeit so groß gewählt werden, daß das Material zum Schließen des Stichloches optimal und porenfrei zusammenfließen kann. Diese Abfallzeit ist einfach empirisch ermittelbar.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch die Kombination der obengenannten Merkmale ein porenfreies Schließen der Schweißöse erreichbar ist, und zwar auch bei der eingangs genannten Rohr-Flansch-Verbindung aus R-St 37, R-St 35. Somit wird es durch die Erfindung vorteilhaft möglich, insbesondere bei dieser Schweißaufgabe das leistungsstarke Plasmastichlochschweißen anstelle des bisherigen WIG-Schweißverfahrens einzusetzen.

Besonders günstige Werte in bezug auf die Porenfreiheit werden dann erzielt, wenn die Gasmengenherabsetzung innerhalb von 0,01 bis 0,3 Sekunden vorgenommen wird.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es veranschaulicht

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 ein Diagramm.

In F i g. 1 ist mit 10 eine an sich bekannte Einrichtung zum Anschweißen eines Flansches 11 an ein Rohr 12 bezeichnet. Die Einrichtung 10 enthält u. a. eine Spann- und Dreheinrichtung 13 für Flansch 11 und Rohr 12, einen Plasmaschweißbrenner 14 mit zugeordneter Abtaststeuerung 15 sowie eine Plasmaschweißstromquelle 16. Der Aufbau der Einrichtung 10 sowie der genannten Bauteile 11 bis 15 ist an sich bekannt, so daß hierauf nicht näher eingegangen wird.

Am Plasmabrenner 14 ist an dessen Leitungsanschluß 17 eine sich aufzweigende Plasmaschweißgasleitung 18 angeschlossen, die mit einer der Stromquelle zugeordneten Gasversorgung 16' in Verbindung steht. Die anderen Verbindungsleitungen zwischen der Einrichtung 10 und der Stromquelle 16, wie Stromzuführung, Kühlmittelzu- und -ablauf, Plasmaschutzgaszuführung, Maschinensteuerungsleitungen etc. wurden aus Obersichtsgründen nicht dargestellt.

Die Plasmaschweißgasleitung 18 weist einen ersten Leitungszweig 19 mit einem ersten Ventil 20 mit dazugehörigem Druckm'nderer 21 zur Einstellung der Plasmagasmenge beim Schweißen auf.
Ferner ist ein zweiter Leitungszweig 22 vorgesehen,

in dem ein zweites Ventil 23 mit dazugehörigem Druckminderer 254 zur Einstellung der herabgesetzten Gasmenge angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das erste Ventil 20 in unmittelbarer Nähe des Leitungsanschlusses 17 an den Brenner 14 angeschlossen.

Dadurch wird ein Gasnachströmen nach Absperrung des Ventils 20 zuverlässig vermieden. Wie die Praxis gezeigt hat, ist diese Ventilanordnung unmittelbar hinter dem Brenner für die Porenfreiheit des Schweißnahtendes von wesentlicher Bedeutung. Bei einem Anschluß des Ventils 20 in einer gewissen Entfernung vom Brenner 14, wie es beispielsweise dann der Fall ist, wenn das Ventil innerhalb der Stromquelle 16 vorgesehen ist, ergibt sich trotz plötzlicher Absperrung des Ventils 20 ein poriges Schweißende, da das in der dann vorgesehenen Verbindungsleitung zwischen Ventil 20 und Anschluß 17 befindliche Plasmarestgas noch zum Brenner strömt und das erstarrende Schweißbad nachteilig beeinflußt.

Das erfindungsgemäße Verfahren, welches in Verbindung mit der oben beschriebenen Einrichtung besonders vorteilhaft beim Plasmastichlochschweißen von Flansch-Rohr-Verbindungen (Nennweiten 40 bis 400, Werkstoff ST 35, ST 37) einsetzbar ist, wird anhand des Diagramms gemäß F i g. 2 näher beschrieben.

In dem Diagramm ist der Verlauf der Plasmagasmenge mit 25, der Verlauf des Schweißstromes mit 26 und die Drehbewegungsdauer von Flansch und Rohr mit 27 bezeichnet.

Zu Beginn der Plasmastichlochschweißung wird das Ventil 23 geöffnet (Gasmenge G 2), der auch während des Schweißens immer brennende Plasmahilfslichtbogen gezündet und der Brenner 14 gegen das zu verschweißende Rohr 12 gefahren.

In der Nähe der Düse 28 des Brenners 14 ist eine zur Abtaststeuerung 15 gehörende Abtastrolle 29 vorgesehen, die einen immer gleichmäßigen Abstand vom Brenner 14 zum Rohr 12 einstellt. Die Andrückung der Rolle 29 erfolgt vorzugsweise über eine pneumatische Federung 30. Durch den immer gleichbleibenden Brennerabstand lassen sich Nahtoberseite und Nahtunterseite gleichmäßig gestalten.

Nach Anstellung des Brenners 14 erfolgt automatisch durch eine programmierte Schaltung zur Zeit Tl die Zündung des Plasmahauptlichtbogens bei gleichzeitiger Öffnung des Gasventils 20 für das Plasmaschweißgas. Als Plasmaschweißgas wird Reinargon verwendet, während das ebenfalls zugeschaltete Schutzgas aus Argon, Helium oder dergleichen bestehen kann.

Der gewünschte Wert der Plasmaschweißgasmenge (G 1), welcher durch die Einstellung der beiden Druckminderer 21 und 24 bedingt ist, wird nach ca. 2 — 3 Sekunden (Zeit T3) erreicht, während der Schweißstrom in Bruchteilen einer Sekunde (0,3 —0,5 see) zur Zeit T2 den eingestellten Wert S1 erreicht hat.

Während der sogenannten Einbrennzeit (Zeit von Tl bis Γ4) bleibt das Rohr und der Flansch so lange stehen, bis das Stichloch durchgestochen ist. Die Einbrennzeit

ίο ist einstellbar und muß den verschiedenen Werkstückdicken angepaßt werden. Nach Ablauf der Einbrennzeit (Zeit TA) wird die Drehbewegung von Rohr und Flansch eingeleitet, der eigentliche Schweißvorgang beginnt, das Stichloch wandert um den Umfang des Stumpfstoßes zwischen Rohr und Flansch, das Schweißgut fließt um den Lichtbogen herum und bildet dabei die Schweißraupe.

Der Schweißvorgang dauert bis zur Zeit Γ5 (Rohr-Flansch-Drehung etwa 365°) an, die eingestellten Werte für den Schweißstrom S1 und Plasmagasmenge G1 bleiben während des Schweißvorgangs konstant.

Nach 365° vom Umfang des Rohres setzt der erfindungsgemäße Vorgang der Stichlochschließung ein, wobei zur Zeit Γ5 gleichzeitig die Schweißstrom- und die Plasmaschweißgasmenge (Si bzw. Gl) reduziert werden. Die Reduzierung der Gasmenge G1 erfolgt dabei durch Absperren des Ventils 20 abrupt in Bruchteilen (0,01 bis 0,3 see) einer Sekunde, so daß zur Zeit Γ6 die Gasmenge G1 auf eine zur Aufrechterhaltung des Plasmabogens ausreichende Menge G 2 herabgesetzt ist.

Gleichzeitig beginnt zur Zeit Γ6 die Stromherabsetzung sowie eine Verlangsamung der Drehbewegung der Rohr-Flansch-Verbindung.

Die Werte für die Absenkung des Schweißstromes und die Verlangsamung der Drehbewegung sind vom Werkstoff und von der Werkstoffdicke abhängig und sind je nach Schweißaufgabe an der Schweißmaschine einstellbar. Während der gesamten Dauer der Schweißung wird bevorzugt die Oberseite (Schutzgas aus Brenner) und die Unterseite des Schweißbades durch eine geeignete Vorrichtung mit einem Schutzgas, vorzugsweise Reinargon, abgebraust. Mit Abschaltung des Schweißstromes und der Drehbewegung ist die Schweißung beendet und der Brenner fährt bei brennendem Hilfslichtbogen (Gasmenge G 2 ist noch eingeschaltet) in die Ausgangsstellung zurück. Nach Neuzuführung eines Rohres und eines Flansches kann ein neuer Schweißvorgang beginnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schließen eines Stichloches beim Plasmastichlochschweißen, bei dem die Werte von Schweißstrom- und Plasmaschweißgasmenge reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung der Strom- und Gasmenge gleichzeitig beginnt, daß weiterhin die Gasmenge innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde auf eine zur störungsfreien Aufrechterhaltung des Plasmabogens ausreichende Minimalmenge herabgesetzt wird und daß ferner der Schweißstrom auf einen von Werkstoffart und -dicke abhängigen Wert verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmengenherabsetzung innerhalb von 0,01 bis 0,3 Sekunden vorgenommen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Plasmabrenner, an dessen Leitungsanschluß eine sich aufzweigende Plasmagasleitung angeschlossen ist, in deren ersten Leitungszweig ein erstes Ventil mit dazugehörigem Druckminderer zur Einstellung der Plasmagasmenge beim Schweißen und in deren zweiten Leitungszweig ein zweites Ventil mit dazugehörigem Druckminderer zur Einstellung der herabgesetzten Gasmenge vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (20) in unmittelbarer Nähe des Leitungsanschlusses (17) an den Brenner (14) angeschlossen ist.