DE2628959C3 - Düsenanordnung für Elektro-Schlacke-Schweißmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Dusenanordnungen für Eiektra-Schlacke-Schweißmaschinen (im folgenden kurz als ES-Schweißmaschinen bezeichnet) gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Mit dem zunehmenden Einsatz großer Maschinen und Apparate wie Dampfkessel, schwerer mechanischer Pressen und Walzwerke werden in neuerer Zeit Bauteile großer Abmessungen zur Herstellung derartiger Maschinen benötigt

Bekanntlich läßt sich das ES-Schweißverfahren zur Herstellung von großen Bauteilen mit Dicken bis hinauf zu 150 bis 300 mm einsetzen, wobei zwei Platten nach dem ES-Schweißverfahren miteinander verbunden werden; dies ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 48-47467 (Anmeldungsnummer 46-83591) beschrieben. Bei diesem früheren Verfahren werden mehrere Schmelzdüsenplatten vertikal innerhalb eines Nahtspalts angeordnet, der von den Flächen der zu verschweißenden Platten gebildet wird. Diese Düsenplatten werden jedoch mit dem fortschreitenden Schweißvorgang abgeschmolzen (verzehrt), und es ist erforderlich, mehrere lange Düsenplatten beim Schweißen innerhalb des Nahtspalts aufzuhängen.

Ein weiteres Verfahren, wie es gewöhnlich zum Schweißen von Platten verwendet wird, bildet das ES-Schweißverfahren mit nicht abschmelzenden Düsen, bei dem eine oder mehrere Düsen in den von den Flächen der zu verschweißenden Platten gebildeten Nahtspalt von einer Seite her eingeführt und durch die Düsen hindurch Drähte kontinuierlich und entsprechend dem fortschreitenden Schweißprozeß dem

•Ό Nahtspalt zugeführt werden. Die Düsen bewegen sich dabei innerhalb des Nahtspalts nach oben und führen gleichzeitig längs der Schweißnaht eine oszillierende Bewegung aus. Ein Beispiel für dieses frühere Verfahren ist in einem Buch von Paton »Elektro-Schlackeschwei-

■f> Bung« beschrieben. Bei der herkömmlichen ES-Schweißmaschine sind jedoch die einzelnen Düsen voneinander getrennt und unabhängig an der Schweißmaschine angebracht. Die Steifigkeit der Düse hängt dabei von der aus der Schweißmaschine heraus in den Nahtspalt hineinragenden Länge des Düsenrohrs ab. Wird nun die herkömmliche Düse zur Verwendung beim Schweißen großer Platten mit stärkerer Dicke verlängert, so nimmt die Steifigkeit der Düse ab, und infolge eines Durchhängens oder Wackeins der Düsenanordnung können Kurzschlüsse zwischen der Düse und den zu verschweißenden Platten auftreten.

Auch aus der DE-AS 11 65 786 und aus »Welding Journal«, Februar 1960, Seite 112 ist eine derartige Elektro-Schlacke-Schweißmaschine bekannt, bei der

•Ό mehrere Düseneinrichtungen der Düsenanordnung an den dem Schweißbad abgesandten Enden starr miteinander verbunden sind. Da die Düseneinrichtungen, die beispielsweise in Form von Rohren vorliegen, über ihre gesamte Länge hinweg nicht gehaltert werden und nicht miteinander in mechanischer Verbindung stehen, ist die Anordnung insbesondere bei Verwendung langer Düseneinrichtungen mechanisch instabil, die Düseneinrichtungen können sich leicht verbiegen oder wackeln,

so daß eine sichere Lagefestlegung der Düseneinrichtungen nicht möglich ist und zwischen den Düsen und den zu verschweißenden Platten leicht Kurzschlüsse auftreten können, wenn die Düseneinrichtungen bzw. -rohre wackeln und sich auf Grumi der geringen mechanischen Festigkeit in ihrer Lage verändern. Inbesondere bei Schweißen relativ großer, dicker Platten müssen die Düsen relativ lang sein, so daß gerade in diesem Falle die genannten Nachteile der bekannten Düsenanordnungen stark ins Gewicht fallen.

Die Druckschriften zeigen weiter, daß man bei den herkömmlichen Anordnungen immer darauf bedacht war, die Düsenrohre nur an dem dem Schweißbad abgewandten Ende starr miteinander zu verbinden und den vorderen, d.h. dem Schweißbad zugewandten is Bereich der Düsenrohre lagemäßig veränderbar oder einstellbar zu gestalten, weil die vorderen Bereiche der Düsenrohre sich auf Grund der Wärmeentwicklung verformen, so daß die Lage bzw. Richtung der Düse wieder auf die Schweißnaht bzw. chs Schweißbad -20 eingestellt werden muß. Dies führte jedoch zu einer mechanisch relativ labilen Anordnung, die darüberhinaus auch relativ aufwendig war, da beispielsweise Einstell- und Verstelleinrichtungen vorgesehen werden mußten, wie dies beispielsweise aus B. E. Paton z^r> »Elektro-Schlackeschweißung«, Bild 57a ersichtlich ist. Mit diesen bekannten Anordnungen ist es nicht möglich, die einander widersprechenden Forderungen einer möglichst steifen und mechanischen starren Düsenanordnung einerseits und einer Absorption der auf Grund -w der Wärmeentwicklung auftretenden Düsenverformung zu befriedigen.

Ausgehend von diesen bekannten Düsenanordnungen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Düsenanordnung für Elektro-Schlacke- " Schweißmaschinen zu schaffen, bei denen einerseits eine höhere mechanische Steifigkeit und bessere Lagefestlegung insbesondere bei relativ langen Düsenröhren zum Schweißen von starken Platten und andererseits eine auf Grund der Wärmeausdehnung auftretende Verformung der einzelnen, dem Schweißbad zugewandten Düsenspitzen möglich ist, so daß eine einfachere und robustere Düsenanordnung und eine höhere Schweißgenauigkeit erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Auf Grund der Tatsache, daß die Düseneinrichtungen bzw. Rohre über ihre gesamte Länge hinweg starr miteinander verbunden sind, lassen sich auch sehr lange so Düsenrohre bzw. Düseneinrichtungen, beispielsweise zum Schweißen dicker Platten verwenden, ohne daß diese in ihrer Lage labil sind, schwanken können und dadurch Kurzschlüsse entstehen. Darüberhinaus ist durch das Merkmal, an dem dem Schweißbad zugewandten Ende der Anordnung zwischen den Düseneinrichtungen Ausnehmungen vorzusehen, eine auf Grund der Wärmeausdehnung auftretende Verformung der Düse möglich. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich also zwei widersprechende t>o Forderungen, nämlich ein~ ^Kihe Steifigkeit der Düsen und eine Verformungsinoglichkeit der Düsenspitze erfüllen. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache, relativ wartungsfreie und robuste Düsenanordnung, mit der Schweißarbeiten auch an dicken Platten mit hoher b¹» Genauigkeit durchgeführt werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

in Die erfindungsgemaßen Düseneinrichtungen sind also starr miteinander zu einer einen einheitlichen Block bildenden Düsenanordnung verbunden, so daß sich mehrere Drähte kontinuierlich in den von den Flächen von Platten stärkerer Dicke gebildeten Nahtspalt zuführen lassen. Dabei können mehrere gebogene Düsenrohre zu einer fächerförmigen Düsenanordnung miteinander verbunden sein. Erfindungsgemäß lassen sich Platten bis zu einer Dicke von 600 mm verschweißen.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer ES-Schweißmaschine mit einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung;

F i g. 2 eine Schnittdarstellung der Düsenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 3 eine Schnittdarstellung der Düsenanordnung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.4 eine teilweise gebrochene, perspektivische Darstellung der erfindungsgemaßen Düsenanordnung;

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht einer mit isolierenden Abstandselementen versehenen erfindungsgemäßen Düsenanordnung; und

Fig.6 bis 8 verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemaßen isolierenden Abstanselemente in vergrößerter Darstellung.

In Fig. 1 is* ein Ausführungsbeispiel einer Elektro-Schlacke-Schweißmaschine (ES-Schweißmaschine) gezeigt, die mit einer einen einheitlichen Block bildenden erfindungsgemaßen Düsenanordnung ausgerüstet ist.

Dabei sind zwei zusammenzuschweißende Platten 1 und 2 einander zugewandt in einem gewissen Abstand, d. h. dem Nahtspalt, voneinander angeordnet wobei die Platte 2 teilweise abgebrochen ist, um die erfindungsgemäße Düsenanordnung 10 zu zeigen. Die Düsenanordnung 10 bildet eine fächerförmige Düsenplatte 11 mit mehreren durchgehenden Bohrungen, durch die mehrere Schweißdrähte 12 verlaufen. Die Schweißdrähte 12 treten an den oberen öffnungen der Bohrungen in die Düsenplatte 11 ein und an den unteren öffnungen dieser Bohrungen aus. Die Düsenanordnung 10 ist in dem Nahtspalt zwischen den Platten 1 und 2 von deren einer Seite her derart eingeführt, daß sich eine Seite der Düsenplatte 11 horizontal in den Nahtspalt und eine weitere Seite der Düsenplatte 11 außerhalb des Nahtspalts befindet.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der mit der erfindungsgemaßen Düsenanordnung 10 ausgerüsteten ES-Schweißmaschine anhand von Fig. 1 erläutert werden.

Die Düsenplatte 11, durch die mehrere Drähte 12 dem Schlacken-Schmelzbad 3 in dem Nahtspalt zugeführt werden, ist starr an einer Stütze 32 befestigt. Über ein Kabel 40 wird der Düsenplatte 11 Strom zugeführt, der durch die Schweißdrähte 12, das Schlacke-Schmelzbad 3 und das Schweißbad 4 in die Platten 1 und 2 fließt. Die Schweißdrähte 12, die durch die Joule'sche Wärme des Stroms schmelzen, werden durch einen (nicht gezeigten) Draht-Zuführmechanismus entsprechend dem fortschreitenden Abschmelzen der Schweißdrähte 12 kontinuierlich zugeführt.

Die Schweißdrähte 12 sind jeweils in Kopfstücken 33 gebündelt, die an einer weiteren Stütze 34 montiert sind. An beiden Seiten der Platten 1 und 2 sind innen wassergekühlte Kupferschuhe 41 und 42 montiert, die

verhindern, daß das Schlacke-Schmelzbad 3 aus dem Nahtspalt herausfließt. Die Stützen 32 und 34 sind stehend auf einem Ausleger 35 montiert, der mittels eines Manipulators 36 horizontal hin- und herbewegbar ist, so daß sich die Düsenanordnung 10 horizontal längs des Nahtspalts bewegt Eine an dem Ausleger 35 angebrachte Zahnstange 37 greift in einen (nicht gezeigten) Horizontal-Bewegungsmechanismus in dem Manipulator 36 ein. Der Manipulator 36 weist ferner einen (nicht gezeigten) Vertikal-Bewegungsmechanismus auf, der in eine an einem stehenden Träger 39 angebrachte Zahnstange 38 eingreift und eine vertikale Verschiebung der Düsenanordnung 10 gestattet, so daß zwischen der Unterseite der Düsenplatte 11 und der Oberfläche des Schlacke-Schmelzbades 3 kontinuierlich ein konstanter Abstand gehalten wird. Die Kupferschuhe 41 und 42 sind mit dem Manipulator 36 verbunden, so daß sie sich entsprechend der Höhe der Düsenanordnung 10 vertikal verschieben.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für die Düsenanordnung 10 nach Fig. 1 veranschaulicht. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Düsenanordnung aus mehreren gebogenen Rohren 111, durch die die Schweißdrähte verlaufen, sowie mehreren streifenförmigen Platten 112. Die Rohre 111 und Platten 112 sind abwechselnd und parallel zueinander in einer Ebene verbunden, indem beispielsweise die Rohre und Platten zu der fächerförmigen Düsenanordnung nach Fig. 1 miteinander verschweißt sind.

In dem in F i g. 3 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel weist die Düsenanordnung zwei fächerförmige Platten 113 und 114 auf. Die Innenflächen der beiden Platten sind mit Nuten versehen, die miteinander durchgehende Bohrungen 115 bilden, wenn die Platten aufeinandergelegt und beispielsweise verschweißt, verschraubt oder durch sonstige Befestigungsmittel miteinander verbunden werden.

Gemäß Fig.4 ist die Düsenanordnung 116 an ihrem unteren Abschnitt mit Nuten 50 versehen, so daß an diesem unteren Abschnitt keine Deformationen infolge von Wärmeausdehnung der Düsenanordnung 116 auftreten können. Die Nuten 50 nehmen die Wärmeausdehnung der Düsenanordnung 116 auf und verhindern, daß sich diese verbiegt

Die Düsen 50 können auch langer sein, oder es können auch mehr Nuten 50 vorgesehen sein, solange infolge der dadurch bedingten verminderten Steifigkeit kein Durchhängen oder Wackeln der Düsenanordnung 116 auftritt.

Gemäß F i g. 5 sind isolierende Abstandselemente 120 auf beiden Flächen der DUsenplatte 117 vorgesehen, um Kurzschlüsse in dem Nahtspalt zwischen der Düsenplatte 117 und den Oberflächen der zu verschweißenden Platten zu vermeiden. Die Abstandselemente 120 bestehen aus elektrisch isolierendem Material hoher Wärmefestigkeit und Steifigkeit, beispielsweise aus Asbest. Die Anzahl der Abstandselemente 120 und ihre Höhe lassen sich derart bestimmen, daß die Düsenplatte 117, selbst wenn sie in dem Nahtspalt schwingt, die Oberflächen der zu verschweißenden Platten nicht berührt.

Die Abstandselemente 120 werden folgendermaßen an der Düsenplatte 117 montiert.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 ist das Abstandselement 121, das aus einer Asbestplatte besteht, sattelförmig gestaltet und in einen V-förmigen Durchbruch 131 in der Düsenplatte 117 eingebaut. Das Abstandselement 121 ist in den Durchbruch 131 eingesetzt und wird reibschlüssig darin gehalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.7 ist das Abstandselement 122 H-förmig gestaltet und in einen T-förmigen Durchbruch 132 der Düsenplatte 117 eingesetzt.

Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 ist das Abstandselement 123 ringförmig gestaltet und in einen W-förmigen Durchbruch 133 der Düsenplatte 117 eingebaut.

Erfindungsgemäß wird eine Düsenanordnung höherer Steifigkeit erzielt, so daß sich große Bauteile mit stärkeren Dicken bis hinauf zu 800 mm unter Verwendung einer ES-Schweißmaschine mit weit herausragender Düsenanordnung zusammenschweißen lassen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ergibt die Düsenanordnung höherer Steifigkeit eine vereinfachte ES-Schweißmaschine zum Zusammenschweißen großer Bauteile.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß Schweißfehler, die auf einem Durchhängen oder Wackeln der Düsenanordnung und Kurzschlüssen zwischen der Düsenanordnung und den zu verschweißenden Platten beruhen, vermieden werden, so daß sich der ES-Schweißvorgang genau ausführen läßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Düsenanordnung für Elektro-Schlacke-Schweißmaschinen mit mehreren Düseneinrichtungen, die jeweils sowohl als Elektrode als auch als Träger für jeweils einen Schweißdraht dienen, durch die die Schweißdrähte jeweils kontinuierlich einem zwischen den Flächen der zu verschweißenden Bauteile gebildeten Nahtspalt von dessen einer Seite her zugeführt werden, die in dem Nahtspalt entsprechend dem fortschreitenden Schweißvorgang kontinuierlich bewegbar sind, und die an ihren dem Schweißbad abgewandten Ende starr miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinrichtungen (111; 115) über die gesamte Länge hinweg starr miteinander verbunden und zwischen den sterr miteinander verbundenen Düseneinrichtüngen (111; 1?.5) an dem dem Schweißbad (4) zugewandten Ende Ausdehnungen absorbierende Ausnehmungen (50) vorgesehen sind.

Z Düsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düseneinrichtung ein gebogenes Rohr (111) umfaßt, durch das der Schweißdraht dem Nahtspalt von dessen einer Seite her zugeführt wird, und daß die gebogenen Rohre (111) parallel zueinander in einer Ebene zu einer fächerförmigen Düsenanordnung miteinander verbunden sind.

3. Düsenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogenen Rohre (111) durch Verbindungseinrichtungen (112) zu einer fächerförmigen Düsenanordnung miteinander verbunden sind.

4. Düsenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungseinrichtung eine streifenförmige Platte (112) umfaßt, die jeweils zwei gebogene Rohre (111) miteinander verbindet und längs dieser verläuft.

5. Düsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei übereinander angeordnete fächerförmige Platten (113,114) umfaßt, die an ihren einander zugewandten Flächen mit Nuten versehen sind, die zwischen den Platten (113, 114) mehrere gebogene Bohrungen (115) bilden.

6. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rohren (111) bzw. Bohrungen (115) Einrichtungen (50) vorgesehen sind, die Ausdehnungen absorbieren.

7. Düsenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungen absorbierenden Einrichtungen aus Nuten (50) bestehen, die längs den Rohren (111) bzw. Bohrungen (115) verlaufen.

8. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ihren beiden Seiten eine Isoliereinrichtung (120) aufweist, die Kurzschlüsse zwischen der Düsenanordnung und den miteinander zu verschweißenden Bauteilen im Nahtspalt verhindert.

9. Düsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliereinrichtung mehrere auf beiden Seiten der Düsenanordnung angeordnete Abstandselemente (121; 122; 123) aus Isoliermaterial umfaßt.

10. Düsenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abstandselement (121; 122; 123) aus einem in einen Durchbruch (131; 132; 133) in der Düsenordnung eingesetzten und nach beiden Seiten der Düsenanordnung herausragenden Körper besteht