DE2626826A1

DE2626826A1 - Vorrichtung zum schweissplattieren

Info

Publication number: DE2626826A1
Application number: DE19762626826
Authority: DE
Inventors: Clarence Winfred Overby
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1975-07-17
Filing date: 1976-06-15
Publication date: 1977-01-20
Also published as: BE844096A; DE2626826B2; NL163734C; NL163734B; AT367334B; JPS5211144A; JPS5620954B2; CA1054684A; SE7607637L; US4005306A; ATA518376A; NL7607925A; FR2317996B1; SE435247B; ZA764208B; BR7604637A; DE2626826C3; FR2317996A1; CH619387A5; IT1065009B

Description

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der Firma Combustion Engineering, Inc., Windsor, Conn. o6o95/USA

betreffend:

"Vorrichtung zum Schweißplattieren"

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißiplattieren eines Werkstücks mit einem verbrauchbaren Elektrodenband, Mitteln zum relativen Bewegen von Werkstück und Elektrodenband zueinander und Mitteln zum Erzeugen eines verdeckten Lichtbogens zwischen Werkstück und Elektrodenband mit einer Zuführeinrichtung für Schweißpulver in den Lichtbogenbereich auf das aufgebrachte Plattxerungsmaterial.

Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise dazu verwendet, die Innenfläche eines zylindrischen Gefäßes mit einer korrosionsfesten Legierung, etwa rostfreiem Stahl, zu plattieren, Dies kann derart ausgeführt werden, daß der Schweißkopf benachbart einem Ende des zu plattierenden Gefäßes angeordnet und das Gefäß dann gleichzeitig rotiert und linear vorbewegt wird, so daß die resultierende Schweißraupe spiralförmig ist, wobei sich benachbarte Schweißraupen überlappen, so daß sie eine im wesentlichen gleichmäßig dicke Beschichtung auf der Innenfläche des Gefäßes bilden.

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ORIGINAL INSPECTED

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Zahlreichen Problemen wurde bei der Entwicklung einer Technik begegnet, die das Aufbringen einer Plattierungsschicht mit hoher Qualität unter Verwendung eines Elektrodenbandes als Plattierungsmaterialquelle zu ermöglichen. Unter dem Begriff Band wird hierbei irgendeine Quelle aus Schweißmaterial verstanden, bei der die Bandbreite wesentlich größer als die Dicke des Bandes ist. Unter den zahlreichen zu lösenden Problemen existiert auch dasjenige, daß man versucht, eine vernünftige Platti&erungsgeschwindigkeit zu erzielen. Dies wird vor allen Dingen durch die Ausbildung eines Mantels aus geschmolzenen Schweißpulverteilchen im Bezug auf die Relativbewegung zwischen Werkstück und Elektrodenband vor dem Elektrodenband beeinträchtigt, der die Zufuhr von Schweißpulver in den Lichtbogenbereich blockieren kann. Dies führt nicht nur dazu, daß der PlattierungsVorgang häufig unterbrochen werden muß, um manuell die zusammengebackenen, geschmolzenen Schweißpulverteilchen zu entfernen, sondern durch das Blockieren der Schweißpulverzufuhr im Lichtbogenbereich besteht ferner die Gefahr, daß dieser aus dem Schweißpulver herausschlägt und Fehler in dem aufgebrachten Plattierungsmaterial erzeugt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein kontinuierliches Schweißplattieren mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, ohne daß die Zufuhr von Schweißpulver im Lichtbogenbereich zum Erzeugen eines verdeckten Lichtbogens behindert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Schlackenbrecher benachbart dem Lichtbogen im Bezug auf die Relativbewegung vor dem Elektrodenband angeordnet ist.

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Hierdurch wird erreicht, daß der Mantel aus aneinandergelagerten, geschmolzenen Schwexßpulverteilchen zerbrochen und dadurch die freie Zufuhr des Schweißpulvers in den Lichtbogenbereich gewährleistet wird. Ein Unterbrechen des Schweißplattierens zum Entfernen des Mantels ist daher nicht mehr nötig und das Schweißplattieren kann mit großer Geschwindigkeit durchgeführt werden.

Vorzugsweise weist der Schlackenbrecher eine Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten parallelen Platten benachbart dem unteren Ende des Elektrodenbandes in einer Richtung senkrecht zur Bandoberfläche auf. Hierbei können die Platten als Winkel ausgebildet sein, wobei ein Schenkel im wesentlichen parallel zum Elektrodenband und der andere Schenkel in Vorwärtsrichtung senkrecht zum Elektrodenband verläuft, während die Außenkante der Platten gegen den Lichtbogen gerichtet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbexspiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte fragmentarische,

perspektivische Ansicht einer Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Plattierungsvorrichtung, wobei vordere und hintere Schweißpulverzuführungen und ein Schlackenbrecher zum Zwecke der Übersichtlichkeit weggelassen und einige der hierbei verwendeten Zubehöreinrichtungen schematisch dargestellt sind,

Fig. 2 und 3 sind vereinfachte Ansichten der Plattiervorrichtung, die die relative Anordnung der Polstücke der Elektromagnete in bezug auf ein verbrauchbares Elektrodenband benachbart einer

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Schweißraupe und das Bad aus geschmolzenem Metall bzw. Schweißpulver zeigen, wobei Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung von der Hinterseite des Elektrodenbandes und Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung darstellt,

Fig. 4 zeigt grafisch eine bevorzugte Spannungsform sum Anlegen an die Spulen der Elektromagnete, ebenso wie die daraus resultierende Stromwellenform,

Fig. 5a zeigt das Plattierergebnis beim Aufbringen einer Schweißraupe überlappend mit einer benachbarten Schweißraupe unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Betreiben der Eelektromagnete,

Fig. 5b zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 5a unter Betreiben der Elektromagnete,

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht der Plattiervorrichtung mit der Anordnung von vorderen und hinteren Schüttrinnen für Schweißpulver in bezug auf das Elektrodenband, die Werkstückoberfläche, das aufgebrachte Plattierungsmaterial, sowie des S chweißpulvers,

Fig. 7 zeigt eine Ansicht der Vorderseite der Vorrichtung mit der relativen Anordnung der vorderen S chüttrinne,

Fig. 8 zeigt ähnlich wie Fig. 7 eine Ansicht von der Hinterseite der Vorrichtung mit der relativen Position der hinteren Schüttrinne,

Fig. 9a und 9b zeigen schematisch die Bedingungen, die benachbart dem Lichtbogen am unteren Ende des Elektrodenbandes existieren, nachdem die Vorrichtung eine längere Zeit kontinuierlich betrieben worden ist, wobei Fig, 9a die Bedingungen ohne einen Schlackenbrecher und

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Fig. 9b diese mit einem Schlackenbrecher, der in einer geeigneten Position angeordnet ist, darstellt, und

Fig. 10 zeigt eine Ansicht des Schlackenbrechers von der Vorderseite des Elektrodenbandes.

In den Fig. 1 bis 3, in denen Einzelheiten der erfindungsgemäßen Bandplattiervorrichtung dargestellt sind, sind die hinteren und vorderen Schmelzflußführungen nicht dargestellt, um die Position der Elektromagneten relativ zum Werkstück und zum Elektrodenband besser veranschaulichen zu können. Ein zu plattierendes Werkstück 10, das die Innenwand eines zylindrischen Druckgefäßes aus ferritischem Stahl sein kann, ist durch nicht dargestellte Mittel zum Verschieben oder Rotieren in Richtung des Pfeils 12 beweglich, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist. Ein Band 14, beispielsweise aus einer korrosionsbeständxgen Legierung, wie rostfreier Stahl vom Typ 308, ist als Plattiermaterial vorgesehen und durch geeignete (nicht, dargestellte) Mittel oberhalb des Werkstücks 10 montiert« Das Band 14 kann kontinuierlich abwärts auf das Werkstück 10 zu durch ein Paar von Zuführrollen 16 belegt werden. Das Band 14 ist mit dem positiven Pol eines Schweißgleichrichters ΐε verbunden, dessen negativer Pol mit dem Werkstück 10 verbunden ist, Z-um Zweck der Beschreibung der Anordnung der Elektromagneten und anderer Teile der Vorrichtung wird die Seite des Elektrodenbandes 14, das in die Bewegungsrichtung des Werkstücks 10, angezeigt durch den Pfeil 12, zeigt, im folgenden als Rückseite des Bandes bezeichnet. Entsprechend wird die andere Seite des Bandes als Vorderseite bezeichnet, Ein Paar von Elektromagneten 20_f 22 sind hinter der Hinterseite des Elektrodenbandes 14 und benachbart den gegenüberliegenden Seitenkanten des Bandes angeordnet _e so daß die Polflächen der Elektromagneten 20, 22 sich unmittelbar benachbart von dem Bereich befinden, in aera gegoliiaolsariss Ms-äall ■ und gs schmolz en s 3 Flußmittel, herrührend von. clss SclLwaiBv^rrrang, ist, wie nachfolgend im einzelnen bsschris^Q?* 7?ird_; Jaäar Φβί:

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Elektromagneten 20, 22 weist einen Eisenkern 24 bzw. 26 auf, der sich senkrecht abwärts erstreckt und dann in einem 90°-Bogen abgebogen ist, so daß die gegenübergestellten Polflächen einander in einer Stellung gerade oberhalb der Werkstückoberfläche einander zugekehrt sind.

Das Anordnen der Pole der Elektromagnete ist im einzelnen in den Fig. 2 und 3 für eine Ausfuhrungsform der Erfindung gezeigt, bei der ein etwa 10 cm breites Elektrodenband 14 verwendet wird und das sich ergebende aufgebrachte Plattierungsmaterial 28 eine Dicke von etwa o,5 cm besitzt. In diesen Figuren ist der magnetische Pol 20, der über einer benachbarten Schweißraupe 28 angeordnet ist, ein Nordpol, wobei das untere Ende hiervon etwa 1,9 cm von der Oberfläche des Werkstücks 10 und die Polfläche etwa 1,9 cm von der Kante des Elektrodenbandes entfernt angeordnet ist. Der Südpol 22 ist etwa 1,9 cm von der Kante des Elektrodenbandes angeordnet, während seine Eöhe über dem Wrkstück etwas geringer, und zwar 1,6 cm_? ist_c Der geringe Unterschied in der Hone der Polfläche dient dazu? geringe Unregelmäßigkeiten des r.'.agnetischen Feldes aufgrund der etwas verschiedenen Bedingungen auszugleichen,, die an der Seite des Bandes existieren, die in der vorherigen Schweißraupe zn verankern ist. Jeder der Eisenkerne 24,, 26 der Elektromagneten ist mit einer Spule 3O₇ 32 mit einer geeigneten Anzahl von Wicklungen versehen, durch die der MaagnetisierungsstroTs schließt, der aus einer Gleichstromquelle stammte Die Wicklungen sind in entgegengesetzten Richtungen auf den Eisenkern 24, 26 angebracht, so daß der Fluß des magnetisierenden Stroms durch die Wicklungen dm gewünschten Pole mit entgegengesetzter Polarität erzeugt» Hierbei wird es bevorzugt, die Spulen a~ eine Spannung in Form einer pulsierenden Rechteskwelle, wie allgemein in Fig« 4 gezeigt, zu legen«, Wie ebenfalls aus Fig. t ersichtlich ist? steigt der bei einer derartigen Spannungswellenform resultierende Strom bis zn einem MasiMs.lwerfc und sinkt iiscir. auf eisen I£iRiFialweirü sk - g©x" "for^ugsvjeiss cferiscffiigig c-r3:Tsr als a^ll la-ij. worauf sr csirriS'ci anzusteigen beginnt.» Di® "ortexlhaffcigl^sit eines dsrsrtiojsrL restEltiereaäea psialiä

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Gemäß den Fig. 6, 7 und 8 sit die Vorrichtung mit vorderen und hinteren Schüttrinnen 34 bzw. 36 zum Zuführen eines körnigen Schweißpulvers zu dem Bereich des Lichtbogens 38 versehen. Die Anordnung dieser Schüttrinnen, insbesondere der hinteren Schüttrinne 36 ist äußerst kritisch, um eine Schweißraupe der gewünschten hohen Qualität zu erhalten. Die Parameter und andere Paktoren, die zur Bestimmung der genauen Anordnung der Schüttrinnen eingehen, werden nachfolgend näher beschrieben.

Wie am besten aus den Fig. 6 und 10 ersichtlich ist, ist eine Schlackenbrecheranordnung 40 unterhalb der vorderen Schüttrinne 34 angeordnet. Der Schlackenbrecher besitzt eine Reihe von mit Abstand zueinander angeordneten parallelen Platten 42, die senkrecht zum Elektrodenband getragen sind und sich wenigstens über die Breite des Bandes erstrecken. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform sind diese Platten winkelförmig ausgebildet und in geeigneter Weise, etwa durch Schweißen, mit einer Trägerklammer 44 verbunden, die seinerseits mit einem Gehäuse 46 verbunden ist. Die Außenkante der Winkelplatten ist etwa o,95 cm sowohl von der Werkstückoberfläche als auch von der Vorderseite des Elektrodenbandes 14 entfernt angeordnet. Die Vorteile der Schlackenbrecher anordnung werden ebenfalls nachfolgend im Zusammenhang mit dem PlattierVorgang beschrieben.

Im Betrieb wird eine Gleichspannung'zwischen dem Werkstück 10 und dem Band 14 durch den Schweißglexchrichter 18 angelegt, wodurch ein Lichtbogen 38 zwischen diesen beiden Teilen erzeugt wird. Der Lichtbogen bewirkt, daß die Unterkante des Bandes 14 schmilzt und das geschmolzene Material in einem allgemein linearen Plattierungsbereich auf dem Werkstück auf der Hinterseite des Elektrodenbandes aufgebracht wird, um die Schweißraupe 28 auf dem Werkstück zu bilden. Das aufgebrachte Schweißmaterial bildet ein Schmelzbad 48 aus Schweißmaterial im Bereich unmittelbar hinter der Hinterseite des Elektrodenbandes. Das geschmolzene

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Metallbad ist von einer Schicht aus geschmolzener Schlacke (geschmolzenem Schweißpulver) 50 bedeckt, die ihrerseits aus einer Schicht 52 aus mngeschmolzenem Schweißpulver bedeckt ist. Die geschmolzene Schlacke bildet natürlich nach der Verfestigung eine feste Schlackenschicht 54 auf der aufgebrachten Schweißraupe in einigem Abstand von der Hinterseite des Elektrodenbandes. In Fig. 6 sind die Verhältnisse der verschiedenen Bereiche für eine besondere Anwendung dargestellt, wobei ein 10 cm (4 inch) breites und 0,06 cm dickes Band verwendet wird, um eine etwa o,5 cm dicke Schweißraupe auf der Werkstückoberfläche aufzubringen. Das Bad 48 aus geschmolzenem Metall erstreckt sich dabei geringfügig auch zur Vorderseite des Elektrodenbandes 14 und auf der Rückseite des Bandes bis zu einer Entfernung von etwa 1,9 cm bis zum Punkt 56, wo die Verfestigung einzutreten beginnt und die Grenzlinie 58 zwischen geschmolzenem und festem Metall sich aufwärts erstreckt und in einem Punkt 60 etwa 6,35 cm hinter der Hinterseite des Elektrodenstreifens 14 endet. Das Bad 50 aus geschmolzener Schlacke, das sich oberhalb des Metallbades befindtet, erstreckt sich entsprechend geringfügig auch auf der Vorderseite des Elektrodenbandes und ferner auf der Rückseite hiervon, wo es sich zu verfestigen beginnt und eine Schicht aus fester Schlacke 54 bildet, während der übergang zur festen Schlacke bei dem Punkt 60 im wesentlichen abgeschlossen ist, an dem auch das geschmolzene Metallbad sich vollständig verfestigt hat. Wie sich aus der Zeichnung in einer etwas übertriebenen Form ergibt, ist die Dicke der verfestigten Schweißraupe 28 zusammen mit der festen Schlacke 54 etwas größer als die Dicke der gleichen Bestandteile im geschmolzenen Zustand aufgrund ihrer Ausdehnung während der Verfestigung. Während des Schweißplattierens wird das Elektrodenband 14 kontinuierlich abwärts zum Werskstück 10 durch die Zuführrollen 16 gefördert, um eine kontinuierliche Quelle an Plattiermaterial zu erzeugen.

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Während des Plattierens fließt ein Strom durch die Spulen 30, 32 der Polstücke 20, 22 der Elektromagnete. Die angelegte Spannung besitzt dabei vorzugsweise eine Rechteckwellenfom, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, jedoch lassen sich auch andere pulsierende Spannungen etwa in Sägezahnform mit befriedigenden Ergebnissen verwenden. Die Position der Magnetpolflächen in bezug auf das Elektrodenband und das aufgebrachte Material ist entsprechend den obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den Fig. 1, 2 und 3 und entsprechend der Umrißform 62 von Fig. 6. Ein Teil der Magnetfeldlinien, die von dem Nordpol 20 zum Südpol 22 verlaufen, erstrecken sich abwärts in den Bereich der geschmolzenen Schlacke 50 des geschmolzenen Plattiermaterials 48 und des Grundmetalls 10. Diese Feldlinien erzeugen eine Kraft in der geschmolzenen Schlacke 50 und in dem geschmolzenen Plattiermaterial 48, die eine Bewegung in diesem Bereich erzeugt. Diese Bewegung besteht aus einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung, deren Frequenz abhängig von der Pulsierfrequenz der Spannung an den Elektromagneten ist. Eine geeignete Frequenz besteht aus etwa zwei Zyklen pro Sekunde. Die genaue Frequenz, bei der optimale Resultate für eine bstimmte Anwendung ersielt werden, wird am besten durch Experimente bestimmt. Hier sei ausgeführt, daß der primäre Effekt der magnetischen Feldlinien im Bereich des geschmolzenen Metallbades 48, das manchmal auch als Schweißkraterbereich angesprochen wird, eine Einwirkung auf die Schicht aus geschmolzenem Schweißpulver 50 besteht, das magnetische Eigenschaften besitzt, wenn es sich im geschmolzenen Zustand befindet. Geeignete Schweißpulver dieses Typs sind kommerziell erhältlich und werden daher nicht im einzelnen aufgeführt. Dementsprechend ist es primär die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des geschmolzenen Schweißpulvers 50 auf das geschmolzene Metall 48, die ihrerseits eine Bewegung der Oberfläche des geschmolzenen Metallbades 48 bewirkt. Die vorteilhaften Wirkungen der in dieser Position hinter der Hinterseite des Elektrodenbandes 14 angeordneten Elektromagnete ergibt sich am besten aus den Fig. 5a und

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5b, wobei Fig. 5 das Ergebnis zeigt, wenn eine Schweißraupe überlappend mit einer benachbarten Schweißraupe mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Inbetriebnahme der Elektromagnete 20, 22 aufgebracht wird. Fig. 5b zeigt das Ergebnis des gleichen Vorgangs unter Inbetriebnahme der Elektromagnete. Gemäß Fig. 5a wurde die erste Schweißraupe 64 auf das Werkstück 10 aufgebracht, wonach das Elektrodenband in Form eines 10 cm breiten Streifens zum Aufbringen einer zweiten überlappenden Schweißraupe 66 derart angeordnet wurde, daß die entsprechende Bandkante die Kante der ersten Schweißraupe 64 um etwa o,6 cm überlappte. Die zweite Schweißraupe 66, die ohne Verwendung der Elektromagnete aufgebracht wurde, ist nicht breiter als 10 cm, wobei der Verbindungsbereich zwischen den beiden benachbarten Schweißraupen 64, 66 einen langgestreckten Krater 68 aufweist, der sich über die gesamte Länge des Verbindungsbereichs erstreckt. Von diesem Krater wird angenommen, daß er durch eine Ausdehnung des Schweißbogens von der Kante des Bandes erzeugt wird, wenn dieser das Elektrodenband im Verbindungsbereich abschmilzt. Dieser Krater entsteht ohne Rücksicht auf die Größe der Überlappung des Slektrodenbandes 14 mit der ersten Schweißraupe 64. um daher eine einheitlich^ dicke Plattierung auf dem Werkstück von Fig. 5a zu erhalten, wäre es notwendig, zurückzugehen und eine Verstärkungsschweißraupe in dem langgestreckten Krater 68 anzubringen«

In Fig. 5b ist das Elektrodenband 14 wiederum vor dem Abschmelzen einer Überlappung von etwa o,6 cm bezüglich des Randes der ersten Schweißnaht 64 angeordnet. Wie weiter oben beschrieben, besitzt der Lichtbogen die Tendenz, sich über die Kante des Bandes hinaus zu erstrecken und einen Krater 68 im Randbereich der ersten Schweißraupe 64 zu erzeugen. Wenn jedoch die Elektromagnet© in Betrieb sind, wird die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des flüssigen Schweißpulvers und die daraus resultierende Bewegung

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des flüssigen Metallbades, das eine Menge des flüssigen Metalls in den durch den Lichtbogen gebildeten Krater fließt und diesen Bereich mit Schweißmaterial 70 wieder auffüllt. Die Gesamtbreite der resultierenden Schweißraupe bei diesem Beispiel ist etwa 11,1 cm mit einer gleichen Breite von etwa ο,5 cm, die sich über den Rand des Elektrodenbandes 14 an beiden Seiten hiervon hinaus erstreckt. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist im Verbindungsbereich zwischen zwei benachbarten Schweißraupen eine Überlappung 72 vorhanden, die sogar geringfügig dicker als die nominale Dicke der Plattierschicht im mittleren Bereich der Schweißraupe sein kann. Eine derartige Verstärkung der Überlappung im Verbindungsbereich kann durch Änderung der Anordnung und/oder der Stärke der Elektromagnete gesteuert werden. Zusätzlich zu der Ausschaltung der Kraterbildung an der Schweißraupenüberlappung ergibt die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Oberflächenmaterials in dem geschmolzenen Metallbad eine sehr gleichmäßige hohe Qualität der Schweißraupenoberfläche.

Ein weiterer Vorteil, der mit der Verwendung der Elektromagnete verbunden ist, besteht in dem Wegfall von ungewünschten Effekten aufgrund des umlaufenden Magnetfeldes a um das Elektrodenband, das durch den Schweißstrom induziert wird, der durch das Elektrodenband zu dem Werkstück fließt. Die Anwesenheit dieses umlaufenden Magnetfeldes wurde bereits in der US-PS 3 584 181 beschrieben. In Fig. 3 ist dieses Magnetfeld mit der Bezugsziffer 74 bezeichnet, wobei die Feldlinien im Uhrzeigersinn um das Elektrodenband 14 verlaufen. Entsprechend der Wahl der Nord- und Südpole der Elektromagneten 20 und 22, wie sie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt sind, führt zu magnetischen Feldlinien, die von den Polen ausgehen und vom Nordpol zum Südpol in einer Richtung entgegengesetzt zu den Feldlinien des umlaufenden Magnetfeldes verlaufen, die auf der Hinterseite des Elektrodenbandes vorhanden sind, wodurch ungewünschte Effekte aufgrund dieses Magnetfeldes im Bereich des

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flüssigen Metalls ausgeschaltet werden, um die ganzen Vorteile des Magnetfeldes, da-s durch die Elektromagneten erzeugt wird, ausnutzen zu können, wird bevorzugt, daß alle hauptsächlichen Bauteile des Schweißkopfes im Bereich des Magnetfeldes aus einem nicht-magnetischen Material bestehen.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 das Zuführen des körnigen Schweißpulvers in den Abschmelzbereich des Elektrodenbandes und den Bereich des flüssigen Metalls beschrieben. Die Anordnung der vorderen Schüttrinne 34 ist nicht kritisch. Der Zweck dieser Schüttrinne besteht darin, die Zuöfuhr einer genügenden Menge von Schweißpulver zur Vorderseite des Bandes 14 zu ermöglichen, um ein komplettes Untertauchen des Lichtbogens 38 zu jeder Zeit zu ermöglichen. In der in den Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsform besitzt die Schüttrinne eine schnauzenartige öffnung 78 einer Länge von etwa 7,6 cm und einer Breite von etwa o,8 cm. Diese öffnung ist etwa 3,8 cm von der Oberfläche des Werkstücks 10 und etwa 3,2 cm vom Elektrodenband 14 entfernt angeordnet und tritt aus einer Frontplatte 74 aus, die um einen Winkel b von etwa 45° orientiert ist, um den Materialfluß, der hieraus austritt, gegen den Lichtbogen 38 zu richten.

Die Anordnung der hinteren Schüttrinne ist außerordentlich wichtig zum Steuern der Schweißpulverlast im Bereich des flüssigen Metallbades auf der Hinterseite des Elektrodenbandes 14. Die hintere Schüttrinne 36 besitzt eine schnauzenartige Einrichtung mit einer langgestreckten rechteckigen Öffnung 80 von etwa o,8 cm Breite und 10 cm Länge. Dieser düsenartige Austritt ist an dem Schweißkopfgehäuse 46 mittels geeigneter Klammern 82 befestigt, so daß der Abgabewinkel dieses Austritts in einem Winkel a zwischen der horizontalen und der unteren Kante der rechteckigen Austrittsöffnung in Abmessungen angeordnet ist, wie sie durch die Buchstaben ζ

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und y in Fig. 6 definiert sind. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, steigt die Höhe des Schweißpulvers, das durch die hintere Schüttrinne 36 abgegeben wird, von einer ersten Tiefe χ unmittelbar hinter dem Elektrodenband 14 im wesentlichen linear zu einer zweiten Tiefe y an der Unterkante der Schüttrinne 36. Dieser Anstieg in der Schweißpulvertiefe findet auf einer Länge ζ gemessen von dem Elektrodenband 14 bis zur Unterkante der Schüttrinne 36 statt. Der Abstand ζ ist derart gewählt, daß der größere Teil des flüssigen Metallbades 48 sich in dem Bereich zwischen dem Elektrodenband und dem Punkt befindet, bis zu dem sich der Abstand ζ erstreckt. In dem dargestellten Beispiel, in dem ein 10 cm breites Band verwendet wird, befindet sich der Punkt 60, an dem das flüssige Schmelzbad endet, etwa 6,35 cm von dem Elektrodenstreifen 14 entfernt, wobei der Abstand ζ etwa 3,5 cm von der Rückseite des Bandes ist. Der Winkel a, unter dem die hintere Schüttrinne in bezug auf die Horizontale angeordnet ist, beträgt in der dargestellten Ausführungsform etwa 43 . Dieser Winkel kann ebenso wie die Abmessung w, die die Breite der Schüttrinnenöffnung darstellt, und die Abmessungen x, y und ζ bei verschiedenen Anwendungszwecken beispielsweise unterschiedlichen Bandbreiten, anderen Plattierungsdicken, anderen Schweißpulverdichten usw. variieren. Der wichtige Punkt ist hierbei die sehr viel verbesserte Gleichmäßigkeit der Schweißraupendichte, die als Ergebnis der geringeren Schweißpulverlast im Bereich geschmolzenen Materials benachbart dem Elektrodenband und der mit der Abnahme der Dicke des geschmolzenen Metalls ansteigenden Schweißpulverlast ergibt.

Zusätzlich zur wachsenden Stärke des Schweißpulvers über dem Bereich des geschmolzenen Plattiermetalls ist - wie aus Fig. 8 ersichtlich - die hintere Schüttrinne 36 derart gestaltet, daß die Austrittsöffnung 80 an der einer vorher aufgebrachten Schweißraupe benachbarten Seite etwas höher. Eine derartige Anordnung liefert eine Schweißpulverlast im Bereich

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benachbart dem Schweißraupenverbindungsbereich, die optimale Resultate liefert. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Abstand 82 etwa 3,28 cm und der Abstand 84 auf der anderen Seite der hinteren Schüttrinne etwa 2,86 cm.

Fig. 9a zeigt den Zustand, der im Bereich des Lichtbogens beim Betrieb der Vorrichtung bei kontinuierlicher, über einen längeren Zeitraum andauernden Benutzung existiert. Hierbei wird eine Schlackenformation 86 aus geschmolzenen Schweißpulverteilchen von einer Dicke von etwa 0,08 bis o,16 cm in Form eines Mantels an der Vorderseite des Lichtbogens bzw. des Elektrodenbandes gebildet. Dieser Mantel kann sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Elektrondenbandes 14 erstrecken und die Schweißpulverzuführung in den Bereich des Lichtbogens 38 an dessen Vorderseite blockieren sowie ein Herausschlagen des Lichtbogens aus der Schicht aus Schweißpulver ergeben, wodurch die Vorrichtung beschädigt werden kann. Fig. 9b zeigt den gleichen Bereich der Vorrichtung unter entsprechenden Betriebsbedingungen, wobei die Schlackenbrechereinrichtung 40 vorgesehen ist. Hierbei ergibt sich, daß der Schlackenbrecher dazu dient, die Bildung eines Mantels 86 gemäß Fig. 9a zu verhindern, indem die Anhäufung auf einen schmalen Bereich 88 begrenzt wird. Durch die Anordnung des Schlackenbrechers können die geschmolzenen Schweißpulverteilchen, die aus dem Bereich nahe dem unteren Ende des Elektrodenbandes stammen, kein Hindernis oder keinen blockierenden Mantel bilden, so daß das Schweißpulver frei in den Brereich an der Vorderseite des Elektrodenbandes 14 fließen kann, während der Lichtbogen 38 in dem körnigen Schweißpulver untergetaucht bleibt. Auf diese Weise kann das Schweißplattieren des Grundmaterials kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit vorgenommen werden, ohne daß die Notwendigkeit besteht, den Vorgang zu unterbrechen, um manuell agglomerierte, geschmolzene Schweißpulverteilchen von der Vorderseite des Elektrodenbandes zu entfernen.

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Praktisches Beispiel.

Eine einschichtige Schweißplattierung wurde auf einen Zylinder aus Stahl als Grundmaterial entsprechend der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Handelektrode aus rostfreiem Stahl vom Typ 308 mit einer Breite von 10 cm und einer Dicke von 0,08 cm aufgebracht. Das Werkstück wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 25,4 cm/Minute vorgeschoben, während ein Strom von 2200 A bei einer Gleichspannung von 27 V verwendet wurde, wobei der Abbrand des Elektrodenbandes etwa 183 cm/Minute betrug. Die aufgebrachte Schweißraupe hatte eine Breite von 11,1 cm und eine Dicke von o,48 cm.

An die Spulen der Elektromagneten wurde eine pulsierende Rechteck-Gleichspannung von 16 V mit zwei Rechteck-Impulsen pro Sekunde angelegt, wobei sich ein Höchstwert für den magnetisierenden Strom von 8 A ergab.

(Patentansprüche)

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Claims

Patentansprüche

1) J Vorrichtung zum Schweißplattieren eines Werkstücks mit em verbrauchbaren Elektrodenband, Mitteln zum relativen

Bewegen von Werkstück und Elektrodenband zueinander und Mitteln zum Erzeugen eines verdeckten Lichtbogens zwischen Werkstück und Elektrodenband mit einer Zuführeinrichtung für Schweißpulver in den Lichtbogenbereich auf das aufgebrachte Plattierungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlackenbrecher (40) benachbart dem Lichtbogen (38) in bezug auf die Relativbewegung vor dem Elektrodenband (14) angeordnet ist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenbrecher (40) eine Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten parallelen Platten (42) benachbart dem unteren Ende des Elektrodenbandes (14) in einer Richtung senkrecht zur Bandoberfläche aufweist.

3) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (42) als Winkel ausgebildet sind, wobei ein Schenkel im wesentlichen parallel zum Elektrodenband (14) und der andere Schenkel in Vorwärtsrichtung senkrecht zum Elektrodenband (14) verläuft, während die Außenkante der Platten (42) gegen den Lichtbogen (38) gerichtet ist.

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