DE2612616C2 - Vorrichtung zum Lichtbogen-Auftragschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Lichtbogenauftragsschweißen mit einer nichtabschmelzenden, quer gegen das Werkstück gerichteten Elektrode, die an dem einen Anschluß einer regelbaren Stromquelle liegt, deren anderer Anschluß mit dem Werkstück verbunden ist, und mehreren, konzentrisch zu der nichtabschmelzenden Elektrode angeordneten abschmelzenden Elektroden, zwischen denen und der nichtabschmelzenden Elektrode eine Spannung einer anderen Stromquelle anliegt und die jeweils als in den Plasma-Lichtbogen zwischen der nichtabschmelzenden Elektrode und dem Werkstück vorschiebbarer Zusatzdraht ausgebildet sind

Reim Auftragschweißen, insbesondere beim Auftragschweißen von Metall wird das letztere häufig in Form einer abschmelzenden Drahtelektrode zugeführt. Ein bekanntes Verfahren ist das sogen. Lichtbogen-Aufsprühen, bei dem ein Lichtbogen zwischen den Spitzen zweier gegeneinandergerichteter Drahtelektroden aufrechterhalten wird, die fortlaufend gegeneinander vorgeschoben und an ihren Spitzen entsprechend abgeschmolzen werden, während das geschmolzene Metall mittels eines Gas- oder Luftstroms aus einer nahe dem Bereich des Lichtbogens angeordneten Düse nach der zu beschichtenden Oberfläche hin geblasen wird. Hierbei ist es auch bekannt, zwei Drahtelektroden unterschiedlichen Metalls oder einer unterschiedlichen Me tallegierung zu verwenden, um so eine Beschichtung zu erreichen, die aus einer Verbindung der verwendeten beiden Drahtelektroden besteht Indessen läßt sich auf diese Weise keine einwandfreie Legierung der zugeführten unterschiedlichen Metalle herbeiführen, weil die flüssigen Metalltropfen, die noch unvermischt auf die zu beschichtende, im wesentlichen feste Oberfläche geblasen werden, sich auf dieser Oberfläche ohne eire gegenseitige Vermischung ausbreiten. Die auf diese Weise

ίο erzeugte Schicht wird dementsprechend auch als »Pseudo-Legierung« bezeichnet Außerdem weist der auf diese Weise erzeugte Oberzug eine unerwünschte Porosität auf und wegen der Art der Lichtbogenerzeugung kann keine Metallverbindung aus mehr als zwei Draht elektroden gewonnen werden. Sofern dem Werkstück ein Füllstoff ohne das Auftreten einer unerwünschten Porosität zugeführt werden soll, wird auf der Oberfläche des Werkstückes eine Schweißschmelze erzeugt, die beispielsweise mittels eines zwischen dieser Oberfläche und einer Elektrode erzeugten Lichtbogens, d. h. mittels einer elektrischen Lichtbogenschweißung, aufrechterhalten wird. Eine solche Lichtbogenschweißung wird sowohl zum Auftragschweißen, d. h. zum Auftragen einer Metallschicht, als auch zum Verbinden zweier Metalltei- Ie, d. h. zum Verbindungs- oder Überlappungsschwei ßen, verwendet

Bei einem weiteren bekannten Lichtbogen-Schweißverfahren wird der Lichtbogen zwischen einer auf dem Werkstück gebildeten Schweißschmelze und einer nichtabschmelzenden Wolframelektrode erzeugt Der Füllstoff wird in Form von zwei in die Schweißschmelze vorgeschobenen Drähten zugeführt, von denen zur Steigerung der Schmelzwärme der eine an den einen Pol und der andere an den anderen Pol einer elektrischen Stromquelle angeschlossen ist (WIG-Heißdraht bzw. PLASMA-Heißdraht). Hierbei wird für die beiden Drahtelektroden jedoch stets das gleiche Material verwendet und der Schmelzvorgant ist so, daß in der Schweißschmelze keine vollständige Vermischung des

AO Materials der beiden Drähte erreicht wird.

Schließlich ist aus der DE-OS 23 34 470 eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt bei der durch Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit der Zusatzdrähte und durch die Steuerung der Stromzufuhr zu den Zusatzdrähten die Abschmelzleistung unabhängig vom Strom des Plasmabogens steuerbar ist Auf diese Weise können die Abschmelzleistung und die Aufschmelzung des Werkstückes in weiten Grenzen unabhängig voneinander gesteuert werden. Auch hier bestehen jedoch

so die Zusatzdrähte alle aus ein und demselben Material und das Problem der Erzielung einer einwandfreien Legierung von zugeführten unterschiedlichen Metallen wird weder angesprochen noch gelöst Aus der DE-PS 8 67 118 ist ein Auftragsschweißver fahren bekannt, bei dem eine das Füllmaterial liefernde kalte Elektrode, die aus zwei miteinander verbundenen Stäben aus unterschiedlichem Material besteht im Lichtbogen einer nichtabschmelzenden Elektrode abgeschmolzen wird. Das Mischungsverhältnis der aufzutra- genden Metallegierung wird hier durch den Aufbau der abzuschmelzenden Elektrode festgelegt und dieses bekannte Verfahren ist überhaupt nur dann anwendbar, wenn die Komponenten der abschmelzenden Elektroden in etwa die gleiche Schmelztemperatur und Schmelzgeschwindigkeit besitzen. Eine differenzierte Einstellbarkeit des Mischungsverhältnisses der aufzutragenden Metallegierung ist nicht gegeben. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu-

gründe, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die eine Auftragsschweißung mit einstellbarem Mischungsverhältnis der aufzutragenden Metallegierung erlaubt

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wenigstens eine der abschmelzenden Elektroden aus einem von den übrigen abschmelzenden Elektroden unterschiedlichen Metall oder einer unterschiedlichen Metallegierung besteht, daß die abschmelzenden Elektroden mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in den Plasma-Lichtbogen vorschiebbar sind, und daß an wenigstens einer der abschmelzenden Elektroden eine Spannung anliegt, die von der an den übrigen abschmelzenden Elektroden anliegenden Spannung abweicht

Dadurch, daß die abschmelzenden Elektroden aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, lassen sich die Komponenten der Legierung festlegen. Durch die unterschiedliche Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Elektroden ist das Mengenverhältnis der Legierungsbestandteiie auf einen gewünschten Wert bringbar, während dadurch, daß die abschmelzenden Elektroden an unterschiedlichen Spannungen gegenüber der das Bezugspotential führenden, nichtabschmelzenden Elektrode liegen, die Schmelztemperatur für die unterschiedlichen Elektrodenmaterialien auf den jeweils optimalen Wert einstellbar ist

Zwar ist es aus der DE-OS 22 58 295 bekannt, in dem zwischen einer ersten, abschmelzenden, aus einer ersten Metallegierung bestehenden Elektrode und dem Werkstück brennenden Lichtbogen eine zweite, »kalte«, aus einer zweiten Metallegierung bestehende Elektrode mit abzuschmelzen, um eine aus verschiedenen Komponenten bestehende Auftragsschicht zu erzielen. Ein Hinweis zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgäbe wird jedoch auch hier nicht gegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 und 3 niedergelegt

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

F i g. 1 eine Schemadarstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Auftragschweißen, und

F i g. 2 in gleicher Darstellung eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Auftragschweißen.

Bei der dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden, in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung zum Auftragschweißen ist oberhalb eines Werkstückes 1 ein Plasmabrenner 3 mit einer nichtabschmelzenden Elektrode 2 aus Wolfram angeordnet Zwischen der Elektrode 2 und dem Werkstück 1 brennt ein Lichtbogen 4 in einem durch den Plasmabrenner 3 in üblicher, nicht besonders dargestellter Weise zugeführten Gas oder Gasgemisch.

Von in bezug auf den Plasmabrenner 3 gegenüberliegenden Drahtrollen 5 und 6 wird jeweils ein Draht 7 bzw. 8 unterschiedlichen Metalls oder unterschiedlicher Metallegierungen mittels jeweils einer Fördervorrichtung 10 bzw. 9 fortlaufend in den Lichtbogen 4 vorgeschoben, der von einer einerseits an die Elektrode 2 und andererseits an das Werkstück 1 angeschlossenen &o Stromquelle 11 her erzeugt wird. Eine zweite Stromquelle 12 ist einerseits ebenfalls an die Elektrode 2 und andererseits jeweils über einen Gleitkontakt 13 bzw. 14 an die Drähte 7 und 8 angeschlossen, wobei der Stromkreis von den beiden Drähten 7 und 8 zur Elektrode 2 und nach der Stromquelle 12 zurück über den Lichtbogen 4 geschlossen ist

Die fortlaufend in den Lichtbogen 4 vorgeschobenen

Drähte 7 und 8 schmelzen im Lichtbogen entsprechend fortlaufend, wobei die darin entstehenden kleinen Metalltröpfchen in die vom Lichtbogen 4 erzeugte Schweißschmelze herabfallen und sich dabei mit der letzteren innig zu einem Schmelzbad 15 vermischen, welches damit zu einer Legierung aus den Bestandteilen aller in den Lichtbogen 4 zugeführten Drähte wird. Dabei ergibt sich auf dem Werkstück 1 bei dessen entsprechender fortlaufender Relativbewegung gegenüber dem Plasmabrenner 3 ein Schweißauftrag 16 dieser Legierung.

Zur Einstellung des Mischungsverhältnisses der aufzutragenden Metallegienmg werden die beiden Drähte, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, dem Lichtbogen 4 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zugeführt Damit der langsamer zugeführte Draht 7 im Lichtbogen 4 nicht zu schnell schmilzt, ist in der von der Stromquelle 12 zum Gleitkontakt 13 führenden Zuleitung ein einstellbarer Widerstand 18 angeordnet, mit dessen Hilfe an den Draht 7 eine- »on der Spannung am Draht abweichende Spannung angelegt und somit die Schmelztemperatur des Drahtes 7 jeweils in der gewünschten Weise eingestellt werden kann.

Das in F i g. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß der gegenüber dem Draht 8 ebenfalls mit unterschiedlicher Geschwindigkeit vorschiebbare Draht 7 von einer von der Stromquelle 12 unterschiedlichen eigenen Stromquelle 17 her aufgeheizt wird. Infolgedessen kann die Eingangsspannung der beiden Drähte 7 und 8 von den Stromquellen 12 und 17 her unabhängig voneinander eingestellt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden dem Lichtbogen 4 jeweils zwei Drähte zugeführt Bei den beschriebenen Vorrichtungen ist es jedoch auch möglich, dem Lichtbogen 4 drei oder mehr Drähte zuzuführen, die alle aus einem unterschiedlichen Metall oder einer unterschiedlichen Melallegierung bestehen können. Dabei können auch die Vorschubgeschwindigkeiten der einzelnen Drähte jeweils unterschiedlich gewählt werden.

Man kann auch mehr als eine Stromquelle verwenden und an jede Stromquelle zwei oder mehr Drähte anschließen. Dabei kann die Eingangsspannung jedes Drahtes in der bereits beschriebenen Weise mittels einstellbarer Widerstände eingestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Lichtbogen-Auftragsschweißen mit einer nichtabschmelzenden, quer gegen das Werkstück gerichteten Elektrode, die an dem einen Anschluß einer regelbaren Stromquelle liegt, deren anderer Anschluß mit dem Werkstück verbunden ist, und mehreren konzentrisch zu der nichtabschmelzenden Elektrode angeordneten abschmelzenden Elektroden, zwischen denen und der nichtabschmelzenden Elektrode eine Spannung einer anderen Stromquelle anliegt und die jeweils als in den Plasma-Lichtbogen zwischen der nichtabschmelzenden Elektrode und dem Werkstück vorschiebbarer Zusatzdraht ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der abschmelzenden Elektroden (7, 8) aus einem von den übrigen abschmelzenden Elektroden unterschiedlichen Metall oder*?äer unterschiedlichen Metallegierung besteht, daß die abschmelzenden Elektroden (7,8) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in den Plasma-Lichtbogen (4) vorschiebbar sind, und daß an wenigstens einer der abschmelzenden Elektroden (7) eine Spannung anliegt, die von der an den übrigen abschmelzenden Elektroden fliegenden Spannung abweicht

2. Vorrichtung nach Anspruch ί, dadurch gekennzeichnet, daß die abschmelzende Elektrode (7), die an der abweichenden Spannung liegt, über einen Widerstand (11») mit der anderen Stromquelle (12) verbunden ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abschmelzet ie Elektrode (7), die an der abweichenden Spannung liegt, über eine weitere Stromquelle (17) mit der nichtabschmelzenden Elektrode (2) verbunden ist (F i g. 2\