DE2608107C3

DE2608107C3 - Verfahren und Einrichtung zum maschinellen Lichtbogenschweißen waagerechter Kehlnähte

Info

Publication number: DE2608107C3
Application number: DE19762608107
Authority: DE
Inventors: Masaaki Ashiya Kawai
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1982-02-11
Also published as: DE2608107A1; DE2608107B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Lichtbogenschweißen einer Kehlnaht mittels zweier abschmelzender Draht-Elektroden, die gemeinsam mit gleichförmiger Geschwindigkeit entlang der Kehlnaht geführt werden.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit dem Problem der Vermeidung von Fehlstellen und Blasen, die oft erzeugt werden, wenn Stahlplatten im T-Stoß verschweißt werden, die beispielsweise mit Rostschutzfarbe beschichtet sind.

Im Schiffbau und im Brückenbau werden zahlreiche Schweißnähte durch Kehlschweißung hergestellt, so daß ein automatisches Kehlschweißverfahren den Wirkungsgrad des Gesamtschweißvorgangs wesentlich verbessern würde. Das elektrische Schweißen unter Schutzgas, das Unterpulverschweißen und andere Schweißverfahren können automatisch durchgeführt werden. Werden jedoch Stahlplatten durch Kehlschweißung miteinander verbunden, die z. B. mit Rostschutzfarbe beschichtet sind, so verursacht das durch den Zerfall der Beschichtung erzeugte Gas Fehlstellen und Blasen in den Platten, so daß Nachbesserungsarbeiter, erforderlich werden, die den Wirkungsgrad der Gesamtarbeit verringern.

Bei horizontalem Kehlschweißen wird der erzeugte Lichtbogen üblicherweise nicht zur Deckung mit der Schnittlinie zwischen der horizontalen und der vertikalen Stahlplatte gebracht, sondern er wird auf die Oberfläche der horizontalen Platte gerichtet. Entsprechendes ist für den Stand der Technik in F i g. 1 dargestellt, wobei eine vertikal angeordnete Stahlplatte 1 senkrecht auf einer horizontalen Stahlplatte 2 steht und das Kehlschweißen mit einem Brenner 3 durchgeführt wird, der einen Schweißdraht oder eine Schweißelektrode 4 führt Die Mitte des erzeugten Lichtbogens weicht normalerweise von der Schnittlinie der beiden Stahlolatten um einen Betrag χ von ca. 2 mm gegenüber der vertikalen Stahlplatte 1 ab. Der Grund dafür ist, daß bei Ausrichtung des Lichtbogens auf die Schnittlinie in der vertikalen Stahlplatte 1 eine Unterhöhlung 5 durch die Schweißrampe 6 auftritt, wie sie in F i g. 2 dargestellt

to ist

Es hat sich ferner gezeigt, daß die vorstehend genannte Abweichung der Lichtbogenmitte um den Betrag χ in gleicher Weise einen Zerfall eines Rostschutzbelages auf der horizontalen Stahlplatte an dem Stoß zwischen vertikaler und horizontaler Platte zur Folge hat, wodurch das freigesetzte Gas innerhalb des Schweißbades festgehalten wird und dadurch seinerseits Fehlstellen und Blasen erzeugen kann.

Ein Verfahren eingangs genannter Art ist z. B. aus der US-PS 36 34 650 bekannt Bei diesem Verfahren werden zwei Schweißdrähte hintereinander entlang der Kehle geführt, wobei die vorlaufende Elektrode einen geringeren Schweißstrom führt Dies soll eine Verbrennung von Farbschichten und anderen unerwünschten Ablagerungen vor dem eigentlichen Schweißvorgang mit der nachlaufenden Elektrode ermöglichen. Dadurch werden aber die beschriebenen Fehlstellen und Blasen nicht vermieden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und ein Schweißverfahren anzugeben, das störstellen- und blasenfrei arbeitet.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Elektroden parallel und — in der Querschnittsebene der Kehifuge — symmetrisch zur Halbierenden des Kehlwinkels der Kehlfuge angeordnet, periodisch im Wechsel in ihrer Längsrichtung vorgeschoben und nur jeweils während ihres Vorschubs gezündet werden, wobei die Vorschublänge der oberen, ersten Elektrode bei jedem Vorschub höchstens so groß ist, wie diejenige der zweiten Elektrode und/oder der Durchmesser der ersten Elektrode höchstens so groß ist wie derjenige der zweiten Elektrode.

Durch ein Verfahren nach der Erfindung wird eine verbesserte Schweißzone erzeugt bei der Unterschneidungen und Blasen in einer horizontalen Kehlnaht vollständig vermieden werden. Die Erfindung besieht ferner in einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die wesentlichen Vorteile und weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines horizontalen Kehlschweißverfahrens bekannter Art,

Fig.2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des in F i g. 1 gezeigten Verfahrens mit einem Schweißbett und einer Unterhöhlung, wie sie bereits beschrieben wurde,

F i g. 3 eine schematische Seitenansicht einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 4 eine vergrößerte Darstellung der in F i g. 3 gezeigten Schweißzone und

F i g. 5 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Schweißdrahtrolle gemäß dem Schnitt V-V aus Fig.3 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine Einrichtung nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Fig.3 bis 5 beschrieben; die F i g. 1 und 2 zeigen die bisher bekannte und vorstehend beschriebene Technik.

Schweißelektroden in Form von Drähten 7 und 8 werden von Vorratsrollen 9 abgewickelt, deren Achsen parallel zueinander angeordnet sind, so daß die abgespulten Drähte 7 und 8 entsprechend parallel ausgerichtet sind. Die Drähte werden zu der Schweißzone der Stahlplatten 1 und 2 über einen Stromversorgungsanschluß 10 geschoben; eine Drahtvorschubrolle 12, die durch einen Motor 11 angetrieben wird, ist zwischen dem Anschluß 10 und den Vorratsrollen 9, die den Draht abwickeln, angeordnet. Die äußere Umfangsfläche der Drahtführungsrolle 12 ist in Kontakt mit der glatten Fläche einer Andruckrolle 13 angeordnet, wie es in F i g. 5 dargestellt ist.

Die parallel geführten Schweißdrähte 7 und 8, die zueinander einen Abstand von weniger als 2 mir. haben, sind so angeordnet, daß die in Fig.4 gestrichelte Mittellinie zwischen ihnen durch die Schnittlinie zwischen der vertikalen Stahlplatte 1 und der horizontalen Stahlplatte 2 geht, wobei das Ende der Schweißdüse 10 von dieser Schnittlinie einen Abstand von ca. 15 bis 25 mm hat (F i g. 4)

Eine Antriebseinrichtung 20 dient zur Bewegung der Schweißdüse 10 parallel zu und längs der Schnittlinie zwischen der vertikalen Stahlplatte 1 und der horizontalen Stahlplatte 2. Eine derartige Vorrichtung ist so aufgebaut, daß die Schweißdüse 10 mit konstanter Geschwindigkeit längs der Schnittlinie bewegt wird.

Die Andruckrolle 13 ist um ihre Achse frei drehbar gelagert und wird lediglich durch die Drehung der Drahtvorschubrolle 12 mitgedreht

ί Parallele Nuten 15 und 16 sind am Außenumfang der Drahtvorschubrolle 12 vorgesehen; diese wird normalerweise mit 30 bis 80 U/Minute gedreht Jede der beiden parallel zueinander angeordneten Nuten hat einen schmaleren Führungsteil 17, dessen Querschnitt

in etwa gleich dem Durchmesser des Schweißdrahtes ist, und einen breiteren Führungsteil 18, wie es in F i g. 5 dargestellt ist Die schmalen bzw. breiten Teile der Nut 15 sind gegenüber den breiten bzw. schmalen Teilen der Nut 16 angeordnet, so daß insgesamt eine abwechselnde Anordnung vorgesehen ist Für jede Nut 15 und 16 ist mindestens ein schmaler Teil 17 und ein breiter Teil 18 vorgesehen, deren Mittellinien zusammenfallen und die ineinander übergehen; es können jedoch auch mehr als ein schmaler bzw. breiter Teil für jede der beiden Nuten 15 und 16 vorgesehen sein.

Die Breite des schmalen Nutteils 17 in jeder Nut 15 und 16 ist durch den Durchmesser der Schweißdrähte 7 und 8 bestimmt, die zu führen sind; ferner ist die Länge eines jeden Nutteils 17 durch die jeweilige Führungszeit bestimmt, die für die Schweißdrähte 7 und 8 vorgegeben ist. Die Schweißdrähte 7 und 8 werden über ihre Länge entsprechend der Länge des jeweiligen schmalen Nutteils 17 durch die Reibungskraft transportiert, die zwischen dem schmalen Nutteil 17 und der Andruckrol-Ie 13 erzeugt wird. Sie werden in dem breiten Nutteil 18 jedoch nicht transportiert, da hier keine Reibungskraft erzeugt wird.

Der positive Anschluß eines Gleichstromversorgungsgerätes 19 ist mit der Schweißdüse 10 verbunden,

υ der negative Anschluß ist mit der horizontalen Stahlplatte 2 verbunden, wie dies üblich ist.

Wie bereits ausgeführt, wird das Schweißverfahren nach der Erfindung mit der beschriebenen Einrichtung abwechselnd durchgeführt, indem ein Lichtbogen an

■40 dem einen Schweißdraht während seines Transports gezündet wird, um ihn in üblicher Weise im Lichtbogen schmelzen zu lassen, während der Lichtbogen an dem anderen Schweißdraht dabei gelöscht und der Transport stillgesetzt ist.

Das Verfahren, welches mit dieser Einrichtung durchgeführt wird, wird im folgenden anhand der F i g. 4 beschrieben:

Wie aus Fig.4 hervorgeht, werden zwei Sch'veißdrähte 7 und 8 abwechselnd von der Schweißdüse 10 zur

jo Schnittlinie zwischen der vertikalen Stahlplatte 1 und der horizontalen Stahlplatte 2 geführt. Dies ist nicht ein einfaches abwechselndes Führen zweier Schweißdrähte, sondern es ist auch eine weitere Verbesserung der Schweißdrahtführung vorgesehen.

Gemäß der Erfindung haben die Schweißdrähte für die vertikale und die horizontale Stahlplatte unterschiedlichen Durchmesser, so daß die mit ihnen geführten Schweißströme unterschiedlich sind, und/ oder sie werden unter verschiedenen Zeitintervallen

bo transportiert. In diesem Fall hat der Schweißdraht für die vertikale Stahlplatte einen kleineren Durchmesser (deshalb ist der schmalere Nutteil entsprechend schmaler), um den Schweißstrom zu verringern, und/oder die Transportzeit für den Schweißdraht der

!5 vertikalen Stahlplatte ist kürzer bemessen, d. h. der schmale Nutteil hat eine geringere Länge, wodurch ein sehr gut ausgebildetes Schweißbad erzielt wird. Im folgenden ist ein Vergleich zwischen dem

vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung und dem Stand der Technik angegeben:

Die in der folgenden Tabelle 1 genannten 12 mm dicken Stahlplatten waren mit einer 20 μιη dicken

Tabelle

Haflgrundschicht versehen und wurden in T-Anordnung gemäß F ig.3 und 4 zusammengesetzt und dem Schweißverfahren unterzogen.

Chemische Zusammensetzung der Stahlplatten (Gew.-%)

Si

Mn

0,15

0,02

0,47

0,021 0,020

Zum Schweißen wurde ein Verfahren mit verdecktem 15 zung der Schweißzusatzstoffe ist in Tabelle 2 und Lichtbogen und ein Verfahren mit Kohlendioxid- Tabelle 3 angegeben. Schutzgas angewendet; die chemische Zusammenset-Tabelle 2

Chemische Zusammensetzung der Schweißdrähte (Gew.-%)

Si

Mn

CO₂-Schutzgasschweißung

Verdeckte Lichtbogenschweißung 0,08 0,73 1,42 0,17
0,12 0,01 1,43

Tabelle

Chemische Zusammensetzung des Flußmittels für die verdeckte Lichtbogenschweißung (Gew.-%)

SiO,

CaO MgO CaF₂ MnO Al₂Oi TiO₁

40

20

Die Strömungsgeschwindigkeit für das Kohlendioxid als Schutzgas betrug 25 l/min.

Sieben Arten von Transportrollen (Außendurchmesser 32 mm) wurden gemäß Tabelle 4 bereitgestellt. In a > Tabelle 4 ist unter A eine Rolle gemäß bisheriger Technik angegeben, die übrigen Rollen gelten für eine Einrichtung nach der Erfindung.

Tabelle Drahtführungsrollen

Nutzahl

Schweißdrahtdurchmesser (mm)

für horizontale	für vertikale
Platte	Platte
1,6	—
1,6	1,6
1,6	1,6
1,6	1,6
1,6	K2
1,6	U
1,6	1,2

Schweißdraht-Fuhrungsverhältnis

für horizontale für vertikale Platte Platte

Die Drehgeschwindigkeit der Drahtführungsrollen betrug 50 U/min.

Tabelle 5 zeigt die Schweißbedingungen und die Ergebnisse für ein horizontales Kehlschweißen mit den vorstehend genannten Proben.

Tabelle 5

Schweißbedingungen und Ergebnisse

Nr.	Schweißver	Rolle	Drahtdurchmesser (mn) Führungszeitverhültnis	4)	für hori	für verti	für hori	für verti	Schweißstrom	(Amp)**)	Erfindung
	fahren*)	(Tab.	zontale	kale	zontale	kale
			Platte	Platte	Platte	Platte	für hori	für verti	Erfindung
			1,6	_	1	O	zontale	kale
			1,6	-	1	O	Platte	Platte
1	UP	A	1,6	1,6	1	1	300	_
2	CO₂	A	1,6	1,6	2	1	300	-
3	CO₂	B	1,6	1,6	3	1	300	300
4	CO₂	C	1,6	1,2	1	i	300	300
5	CO₂	D	1,6	1,2	2	1	300	300
6	CO₂	E	1,6	1,2	3	1	300	170
7	CO₂	F	1,6	1,2	2	1	300	170
8	CO₂	G	1,6	1,2	3	1	300	170
9	UP	F					300	170
10	UP	G	Störstellen		Blasen		300	170
Ergebnisse			ja		ja
Schweißnaht			ja		ja		Bemerkungen
normal			nein		nein		Stand der Technik
normal			nein		nein
Unterhöhlung		nein		nein
normal		nein		nein		Verfahren nach
gut		nein		nein
normal		nein		wenig		Verfahren nach
gut		nein		nein
gut		nein		nein
gut
gut

*) CO₂: Kohlendioxid-Schutzgasschweißung,

UP: verdeckte Lichtbogenschweißung (Unter Pulver).

*) Lichtbogenspannung: 30 V für 300 A, 26 V Tür 170A.
Schweißgeschwindigkeit.· 70 cm/min.

Wie aus Tabelle 5 hervorgeht, werden Störstellen auf der Oberfläche der Schweißnähte bei den bisher bekannten Verfahren beobachtet Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist andererseits festzustellen, daß keine Störstellen auf der Schweißnaht vorhanden sind; es werden nur einige kleinere Blasen erzeugt

Das Verfahren nach der Erfindung kann ferner in einer Vorstufe vor einem Verfahren nach dem Stand der Technik durchgeführt werden, um dieselben Ergebnisse zu erzielen, und es kann nicht nur für Stahlplatten, sondern auch für andere Werkstücke in gleicher Weise eingesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum maschinellen Lichtbogenschweißen einer Kehlnaht mittels zweier abschmelzender > Draht-Elektroden, die gemeinsam mit gleichförmiger Geschwindigkeit entlang der Kehlnaht geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden parallel und — in der Querschnittsebene der Kehlfuge — symmetrisch zur Halbierenden des Kehlwinkels der Kehlfuge angeoi dnet, periodisch im Wechsel in ihrer Längsrichtung vorgeschoben und nur jeweils während ihres Vorschubs gezündet werden, wobei die Vcrschublänge der oberen ersten Elektrode (7) bei jedem Vorschub höchstens so groß ist, wie diejenige der zweiten Elektrode (8) und/oder der Durchmesser der ersten Elektrode nöchstens so groß ist wie derjenige der zweiten Elektrode.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Vorschublänge der ersten Elektrode (7) zu derjenigen der zweiten Elektrode (8) im Bereich von 1:4 bis 1:1 liegt

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (12) zur r> Führung der Schweißelektroden (7, 8) eine mit konstanter Geschwindigkeit drehbare Führungsrolle (12) umfaßt, die zwei parallel zueinander verlaufende Umfangsnuten (15, 16) zur Aufnahme der Schweißelektroden (7, 8) aufweist und einer j< > Andruckrolle (13) in Berührung gegenübersteht, daß jede Umfangsnut (15, 16) einen schmaleren Nutteil (17) und einen breiteren Nutteil (18) aufweist, wobei der schmale Nutteil (17) einer jeden Umfangsnut (15,

16) einen dem Durchmesser der jeweiligen Elektrode (7, 8) angepaßten Querschnitt hat und zur Führung der jeweiligen Elektrode (7, 8) zur Schweißdrüse (10) bei Kontaktgabe mit der Andruckrolle (13) dient, daß der breitere Nutteil (18) einer jeden Umfangsnut (15, 16) einen gegenüber dem Durchmesser der jeweiligen Elektrode (7, 8) größeren Querschnitt aufweist und zur Führungsunterbrechung der jeweiligen Elektrode (7, 8) bei Kontaktgabe des entsprechenden Teils der Führungsrolle (12) mit der Andruckrolle (13) dient, daß die schmalen und breiten Nutteile (17,18) der beiden Umfangsnuten (15, 16) so zueinander angeordnet sind, daß bei Kontaktgabe einer Umfangsnut (z. B.

15) für die obere Elektrode (7) am schmalen Nutteil (17) mit der Andruckrolle (13) die Umfangsnut (16) für die untere Elektrode (8) mit ihrem breiteren Nutteil (18) mit der Andruckrolle (13) in Kontakt steht bzw. daß bei Kontaktgabe der einen Umfangsnut (z. B. 15) am breiten Nutteil (18) mit der Andruckrolle (13) die andere Umfangsnut (16) mit ihrem schmalen Nutteil (17) Kontakt mi> der Andruckrolle (13) hat, und daß das Verhältnis der Länge des schmalen Nutteils (17) zur Länge des breiten Nutteils (18) der jeweiligen Umfangsnut (15,

16) für die obere Elektrode (7) im Bereich von 1 :1 bis 1 :4 liegt, so daß die Elektroden (7, S) abwechselnd zur vertikalen Stahlplatte (1) und zur horizontalen Stahlplatte (2) mit einem Verhältnis 1 : 1 bis 1 :4 geführt werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers der oberen Elektrode (7) zu demjenigen der unteren Elektrode (8) im Bereich von 1 :1 bis 3 :4 liegt.