DE2640270B2 - Überkopf-Unterpulverschweißverfahren - Google Patents
Überkopf-UnterpulverschweißverfahrenInfo
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/32—Accessories
- B23K9/324—Devices for supplying or evacuating a shielding or a welding powder, e.g. a magnetic powder
Description
genügt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Flux mittels eines Trichters mit in diesem angeordneter, eine Vielzahl wendeiförmiger
Schaufehl tragenden, angetriebenen Schnecke gegen die Unterseiten der zu verschweißenden Platten
gedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flux mittels Gasdruck
gegen die Unterseiten der zu verschweißenden Platten gedrückt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eisenpulver
und/oder Eisenlegierungspulver enthaltendes Flux benutzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Flux
von unten einer Überkopfschweißfuge ohne Wurzelspalt zugeführt und pulverförmiges Flux zum
Erzeugen einer oberen Schweißraupe über der Oberseite der Schweißfuge sowie in der Nähe
derselben ausgebreitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmigem Flux
ein festes Flux, das an oder nahe der Schweißfuge eine obere Schweißraupe bilden kann, überlagert
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der oberste
Teil der Schweißfuge geschweißt uisd danach Schweißraupen aus Schweißmetall gegen die Unterseite
der so hergestellten Schweißraupe durch zumindest einen weiteren Überkopf-Unterpulverschweißschritt
geschichtet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eisenpulver
und/oder Eisenlegierungspulver enthaltendes Flux zum Erzeugen einer oberen Schweißraupe benutzt
wird und dabei den Wurzelspalt der Schweißfuge so längs der durch den Schweißstrom erzeugten
magnetischen Feldlinien überbrückt, und daß Flux zum Unterpulverschweißen von der Unterseite der
zu verschweißenden Platten in der Nähe der Schweißelektrode zugeführt und gegen die Platten
gedrückt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Flux für die obere Schweißraupe den zu verschweißenden Platten von oben und vor
dem Flux für das Oberkopf-Unterpulverschweißen zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß über der Schweißfuge ein
Hinterlegungsstreifen unter einem vorbestimmten Abstand von den Platten angeordnet und der Flux
für die obere Schweißraupe in den durch den Abstand gebildeten Spalt geleitet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Fülldraht oder Füllmetall in die Schweißfuge, deren Wurzelspalt
breiter als der Durchmesser der Abschmelz-Schweißelektrode ist, eingeführt oder eingefüllt und
die Schweißelektrode gerade geführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Stütz- bzw. Halteglied, welches infolge der Schweißwärme
schmelzen kann, in der Schweißfuge oder über dem breiten Wurzelspalt derselben angeordnet und Flux
zum Erzeugen der oberen Schweißraupe über die obere Seite des Stütz- bzw. Haltegliedes oder in
sowie in die Hähe des Wurzelspaltes hinter dem StQtz- bzw. Halteglied gestreut wird,
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stumpfschweißen
von zwei Platten von oben geschweißt wird, wobei ungeschmolzene Bereiche am unteren Teil der
Schweißfuge verbleiben, und daß diese ungeschmolzenen Bereiche nachfolgend durch Oberkopf-Unterpulverschweißen
geschweißt werden.
14. Verfahren insbesondere nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die sich durch die
Schweißwärme des Schweißens von oben einstellenden Temperaturen der Unterseiten der zu verschweißenden
Platten an zwei Punkten an beiden Seiten der Schweißlinie gemessen und zum Bestimmen
der Temperaturdifferenz miteinander verglichen werden, um dementsprechend die Schweißelektrode
entlang der Schweißlinie zu bewegen.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweißelektrode rechtwinklig
zur Schweißlinie bewegt wird, indem zusammen mit ihr unter konstantem Abstand von
den Oberflächen der zu verschweißenden Platten bewegbare Detektoren einander gegenüberliegend
an beiden Seiten der Schweißlinie sowie in der Nähe derselben angeordnet werden, indem ferner ein
turbulenter Gasstrom gegen die Oberseite und/oder Unterseite der zu verschweißenden Platten getrieben
wird, dessen Drücke an beiden Seiten der Schweißlinie durch die Detektoren erfaßt und die
mit einem Komparator zum Erzielen eines Vergleichssignals verglichen werden, und indem die
Schweißelektrode derart bewegt wird, daß die erfaßte Druckdifferenz kleiner als ein vorbestimmter
Wert bleibt
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeiten
der Schweißelektrodenglieder dadurch gesteuert werden, daß man die Temperatur an
wenigstens einer willkürlichen Stelle der zu verschweißenden Platten mittels eines Temperaturfühlers
mißt, der zumindest an einem Schweißelektrodenglied angeordnet ist, welches synchron mit der
für das Schweißen von oben vorgesehenen Schweißelektrode mit vorbestimmter Geschwindigkeit entlang
der Schweißlinie bewegt werden soll, und daß die Positionen der Schweißelektrodenglieder relativ
zur für das Schweißen von oben bestimmten Elektrode entsprechend der erfaßten Temperatur
bestimmt werden.
Die Erfindung betrifft ein Überkopf-Unterpulverschweißverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes
des Hauptanspruches.
Handschweißen, TIG-Schweißen, MIG-Schweißen und
CCfe-SchutzgasschweiBen hergestellt Diese bekannten Schweißverfahren haben jedoch Nachteile, die vor
allem darin bestehen, daß die bei einem Schweißdurchgang
auftretende Ablagerungsmenge klein ist, eine s Anzahl von Schweißschritten erforderlich ist, eine
Fehlerfreiheit nicht leicht erzielbar ist und sich für die Bedienungspersonen Umgebungsprobleme ergeben.
Aus diesem Grunde wurde das Überkopfschweißen zum Schweißen relativ dicker Platten, wie der Außenhaut-Bodenplatten
in der !Schiffsindustrie, nicht für geeignet gehalten. Es wurde deshalb für diesen Zweck die
Anwendung der Unterpulverschweißtechnik angeregt, die bei einem Durchgang eine große Schweißmetallmenge
ablagert Beispielsweise ist für das Schweißen is eines Rohres ein Oberkopf-Unterpulverschweißverfahren
unter Verwendung eines Pluxtrichters, der ein zirkulierendes Flux zur Schweißfuge sowie in die Nähe
derselben führt, bekannt Eine Schweißelektrode erstreckt sich durch den Fluxtrichter, wob™ von der
Unterseite des Rohres ohne Anwendung eines Hinterlegungsstreifens geschweißt wird. Zuerst wird die
Innenseite der Schweißnaht geschweißt und das Rohr dann um 180° gedreht um von der Oberseite von oben
geschweißt zu werdea Das geschmolzene Metall wird durch das beim Oberkopf-Unterpulverschweißen geschweißte
Metall am Abtropfen gehindert, selbst wenn kein Hinterlegungsstreifen an der Innenwand des
Rohres benutzt wird. Die Qualität der durch das Überkopf-Unterpulverschweißen gebildeten Schwei-Bung
hängt von der Zusammensetzung und Korngröße des verwendeten Fluxes und der Art des Zuführens des
Fluxes in die Schweißfuge und in die Nähe derselben ab. Um Flux in geeigneter Weise von unten in die
Schweißfuge und in die Nähe derselben zu führen, ist es erforderlich, es mit geeignetem Druck in die Nähe des
Lichtbogens zu drücken und bei fortschreitendem Schweißen frisches Flux zuzuführen sowie verbrauchtes
und verschlacktem Flux zu entfernen. Dabei sollte in gleichförmigen Zyklen zugeführt und entfernt werden.
Wegen der verschiedenen und oben beispielhaft genannten Probleme ist das Überkopf-Unterpulverschweißen
bisher nicht zum Stumpfschweißen dicker Platten angwendet worden.
Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und praktisch verwendbares, fehlerfreies
Überkopf-Unterpulverschweißverfahren zu schaffen, das auch zum Schweißen dicker Platten wie beispielsweise
der Bodenplatten von Schiffsrümpfen geeignet ist
Diese Aufgabe wird bei einem Überkopf-Unterpul- so verschweißverfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruches gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dieses Verfahren ist leicht durchführbar und führt
zu fehlerfreien Schweißungen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen
F i g. 1 und 2 in schematischen Ansichten das Überkopf-Unterpulverschweißverfahren nach der vor- «>
liegenden Erfindung,
Fig.3 und 4 in schematischen Darstellungen
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig.5 in einer schematischen Schnittansicht die Makrostruktur eines nach einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens geschweißten Teils,
weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig.7 die Ausführungsform aus Fig.6 in einer
vergrößerten Darstellung,
F i g. 8, 9, 10, 12(a) sowie 12(b), 13 und 14 a) bis 14(c)
Ansichten zum Aufzeigen weiterer Ausführungsformen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 15(a) bis 15(c) Ansichten zum Aufzeigen eines Beispiels für einen bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren benutzten Nachfolger- bzw. Nachlaufmechanismus und
Fig. 16(a) und 16(b) schematische Ansichten zum
Aufzeigen eines Geschwindigkeitssteuerungsmechanismus für ein bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
benutztes Laufglied.
F i g. 1 zeigt ein zu schweißendes Teil sowie die Umgebung desselben und einen Schneckenfeeder zum
Zuführen eines Fluxes zum Schweißen von voneinander durch eine Schweißfuge mit einem Wurzelspalt
getrennten Platten 1 und 1, die sich bezüglich der Schweißfuge gegenüberliegen und die durch ein
Halteglied 11 vorübergehend festgelegt sind. Ein Zylinder 3 ist innerhalb eines unterseitigen Fluxversorgungstrichters
2 angeordnet in den anfänglich ein für die Unterseite bestimmter Flux 4 eingeführt wird. Das
obere Ende des Zylinders 3 hat einen Durchmesser D und von den Unterseiten der Platten 1 und 1 einen
Abstand 1. Der Zylinder 3 hat einen Schaft 7, der von einem über eine Riemenscheibe 8 gespannten Riemen
12 gedreht wird, und eine Vielzahl von an dem Schaft 7 befestigten spiralförmigen Flügeln bzw. Schaufeln bzw.
Rippen 9. Oberseitiger Flux 10 wird über die Schweißfuge gestreut. Ein Schweißdraht 6 wird durch
den Schaft 7 und über einen Schweißbrenner 5 zur Schweißfuge geführt. Es wird dann ein Überkopf-Unterpulver-Schweißvorgang
mit einer derartigen Position des Schneckenfeeders durchgeführt, daß das Verhältnis
zwischen dem Durchmesser D am obersten Ende des Zylinders 3 des Schneckenfeeders und dem Abstand 1
vom obersten Ende des Zylinders 3 bis zu den Unterseiten der zu schweißenden Platten zwischen
folgenden Grenzen gehalten wird: 2 <D^<15. Der
Zusammenhang bzw. das Verhältnis sollte in diesem Bereich gehalten werden, da der Flux außerhalb dieses
Bereiches für ein Überkopf-Unterpulverschweißen (unter Flux) nicht in passender Weise zugeführt werden
kann und von dem zu schweißenden Teil entfernt wird, was zum Ausbilden einer ungleichförmigen Raupe oder
sogar zu einem Heraustropfen des geschmolzenen Metalls führt Wenn Dl\>
15 ist, wird der unterseitige Flux nicht in geeigneter Weise von dem Zylinder des
Schneckenfeeders abgelassen bzw. abgegeben, da das Abführen durch die Unterseiten der zu schweißenden
Platten behindert wird, so daß ein Zuführen von frischem bzw. neuem Flux zu dem Schweißbereich
unmöglich wird. Wenn andererseits DIV<2 ist, wird trotz einer Verbesserung der Zirkulation des Fluxes der
Druck des unterseitigen Fluxes nicht auf einem konstanten Pegel gehalten, und es wird schwierig, das
geschmolzene Metall durch den unterseitigen Flux zu halten bzw. zu stützen. Aus den obenerwähnten
Gründen sollte der Wert D/i im Bereich 2<DH<15
gehalten werden, wobei der bevorzugte Bereich zum Erzielen besonders guter Raupen bei 4<D/l_<10 liegt
Wenn beispielsweise der Durchmesser am oberen Ende des Zylinders des Schneckenfeeders 140 mm beträgt,
sollte der Abstand 1_ im Bereich von 14<^<35mm
gehalten werden.
F i g. 2 zeigt ein Beispiel einer zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzten Fluxzuführungsvorrichtung.
Gemäß der Darstellung ist in einem Versorgungstrichter 2 ein Zylinder 3 angeordnet, in dem
sich eine Schweißdüse bzw. ein Schweißbrenner 5 befindet Ein Ende einer Fluxtransportleitung 15 ist mit
dem unteren Abschnitt des Zylinders 3 verbunden, um einen Mischstrom aus einem Flux für das Unterpulverschweißen
und einem Gas zum Transportieren des Fluxes durch Druckbeeinflussung zuzuführen. Das
andere Ende der Leitung 15 ist mit einem Fluxspeichertank 14 verbunden, der mit einem Kanal 13 zum
Zuführen des unter Druck stehenden Fluxtransportgases versehen ist Ein Schweißdraht 6 wird von einem
Drahtfeeder 16 durch einen Schweißbrenner 5 in die Nähe der Unterseiten der zu verschweißenden Platten 1
geführt, d. h. in die Nähe des Schweißbereiches. In der
Nähe der Schweißfuge bzw. -linie 20 kann ein Hinterlegungsstreifen 17 über den Rückseiten oder
oberseitigen Oberflächen der Platten 1 angeordnet werden. Ein Schweißfugennachfolger 18 ermöglicht es,
daß der Schweißdraht 6 der Schweißlinie bzw. -fuge 20 folgt Es kann eine das obere Ende des Zylinders 3
umgebende Gasentlüftungswandung 19 vorgesehen sein, um zu verhindern, daß der gegen das zu
schweißende Teil gedrückte Flux 4 zerstreut wird.
Fig. 3 zeigt ein Verfahren, bei dem ein pulverisierter
oberseitiger Flux 10 benutzt wird, der eine obere Schweißraupe bilden kann. Demgegenüber zeigt F i g. 4
ein Verfahren unter Verwendung eines festen Fluxes (der als ein Hinterlegungsstreifen wirkt), welcher die
obere Schweißraupe bilden kann. Gemäß den Fig.3
und 4 enthält ein Trichter 2 einen Zylinder 3 und einen unterseitigen pulverförmigen Flux 4, der im Bereich der
SchweiBfuge und in der Nähe derselben gegen die zu verschweißenden Platten nach oben gestoßen wird. Ein
Schweißdraht 6 wird durch einen am Zentrum des Zylinders 3 gestützten Schweißbrenner 5 zugeführt um
zwischen den Platten 1 und dem Draht 6 einen Lichtbogen für ein Überkopf-Unterpulverschweißen zu
erzeugen und hierdurch eine rückseitige Schweißraupe an den oberseitigen Oberflächen der Platten 1 zu bilden.
F i g. 5 zeigt im Schnitt einen geschweißten Abschnitt der durch Schweißen der Platten entsprechend einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt wurde. Eine obere Schweißraupe 21 wird dadurch
gebildet daß zuerst der oberste Teil der umgekehrt Y-förmigen Schweißfuge in einem Überkopf-Unterpulverschweißschritt
geschweißt wird. Danach werden die Schweißraupen 22 und 23 unter der Schweißraupe 21 in
weiteren Überkopf-Unterpulverschweißschritten angebracht um den Schweißvorgang zu beenden und eine
Dreischichtenschweißung zu erzielen.
Fig.6 zeigt ein abgewandeltes Beispiel einer
Überkopf-Unterpulver-Schweißvorrichtung, die für eine Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
bestimmt ist und einen oberseitigen Fluxfeeder hat F i g. 7 zeigt in vergrößerter Darstellung die Form der
Schweißfuge und ei:.^ oberseitige Fluxzuführungsdüse. Gemäß den F i g. 6 und 7 haben die zu verschweißenden
Platten 1 und 1 Wurzeloberflächen, die durch einen Wurzelspalt bzw. eine Wurzelfuge getrennt sind und
zeitweilig durch ein Halteglied 11 festgelegt werden. Parallel zu der Schweißfuge sind unterhalb der Platten 1
Schienen 29 verlegt, längs derer ein Schweißwagen 30 läuft. Auf diesem sind ein Drahtfeeder 16 zum Zuführen
eines Schweißdrahtes 6 von einer Drahtrolle 24 über eine Drahtzuführungsdüse 5 zum Schweißbereich, ein
die Drahtführungsdüse 5 umgebender Fluxversorgungszylinder 3, ein den letzteren umgebender Trichter 2 und
ferner ein Sprüh- bzw. Streuglied zum Ausbreiten eines oberseitigen Fluxes 10 über die Oberflächen der zu
schweißenden Platten angebracht Die Sprühvorrichtung dient zum Mischen eines durch eine Gaszuführungsleitung
28 zugeführten Gases mit dem oberseitigen Flux in einem hierfür bestimmten Zuführungstank
25 und zum Leiten des gemischten Stroms aus Gas und
ίο oberseitigem Flux durch eine Mischstrom-Förderleitung
26 zu der Sprühdüse für den oberseitigen Flux, um diesen über die Oberfläche der SchweiBfuge zu streuen
bzw. zu sprühen. Es wird nunmehr das Verfahren der
vorliegenden Erfindung unter Verwendung der obenerwähnten Vorrichtung beschrieben. Nachdem feststeht,
daß eine ausreichende Menge des unterseitigen Fluxes 4, der durch die entsprechende Zuführungsvorrichtung
nach oben gestoßen wurde, zu der SchweiBfuge und deren Umgebung geleitet ist wird die Zuführung des
oberseitigen Fluxes eingeleitet Dann wird zwischen dem Draht 6 und den zu schweißenden Platten 1 ein
Lichtbogen erzeugt Da der oberseitige Flux IO Eisenpulver oder Eisenlegierungspulver enthält wird
dieser Flux 10 durch die Wirkung eines vom SchweiBstrom erzeugten Magnetfeldes in der Nähe des
Lichtbogens gehalten, ohne durch den Spalt der Schweißfuge nach unten zu fallen. Deshalb wird ein
gleichförmiges bzw. konstantes Ausbreiten des oberseitigen Fluxes sichergestellt was zum Ausbilden einer
guten oberen Schweißraupe an den oberseitigen Oberflächen der zu schweißenden Platten 1 führt Die
Höhe und die Breite des oberseitigen Fluxes können leicht durch Einistellen des Abstandes der für den oberen
Flux dienenden Zuführungsdüse 27 von den zu schweißenden Platten 1 geändert werden. Wenn die
Düse auf einem geeigneten Niveau angeordnet ist kann der obere Flux 10 benutzt werden, und es besteht keine
Notwendigkeit für eine Bearbeitung desselben nach dem Beenden des Schweißvorgangs. Es wurde festgestellt
daß ein stabiles Ausstreuen des oberen Fluxes durchgeführt werden kann, wenn die Breite der öffnung
der Zuführungsdüse 27 größer als 2 mm ist Unter Berücksichtigung der Dicke der Platte sowie des
Zwischenraums beträgt ein ausreichender Wurzelspalt der Schweißfuge 4 mm. Es kann derselbe Flux als ober-
und unterseitiger Flux benutzt werden, und es läßt sich eine exzentrische Rolle an der Zuführungsdüse 27 in der
Nähe ihres vorderen Endes anbringen, um die Düse 27 aufwärts und abwärts zu bewegen.
Die F i g. 8 und 9 beinhalten ein anderes abgewandeltes Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. F i g. 8
ist eine Querschnittsansicht des geschweißten Teils, während F i g. 9 einen Aufriß zeigt Die zu schweißenden
Platten 1 sind durch ein Halteglied 11 festgelegt und die Platten 1 sind durch eine SchweiBfuge mit einem
Wurzelspalt voneinander getrennt Ein unterseitiger Flux 4 wird vom dem Fluxversorgungstrichter 2 in die
Schweißfuge und in deren Nähe gestoßen bzw. gepreßt, während der oberseitige Flux 10 durch eine oberseitige
Fluxversorgungs- bzw. -förderleitung 26 zu der Position Ober der Schweißfuge geleitet wird, um über der
Schweißfuge ausgebreitet und in den Spalt eingefüllt zu werden, der zwischen den zu schweißenden Platten 1
und einem von einem Stützglied 32 gehaltener verschiebbaren Hinterlegungsstreifen 31 gebildet wird
Die Versorgungs- bzw. Förderleitung 26 für den
oberseitigen Flux und das Stützglied 32 erstrecken sich durch den Wunielspalt der Schweißfuge. Der obere Flux
wird vor der Schweißposition ausgebreitet, die sich in
der Richtung des in F i g. 9 dargestellten Pfeils bewegt. Wenn der obere Flux IO Eisenpulver oder Eisenlegierungspulver
enthält, wird er an einem Fallen durch den Spalt gehindert, und zwar durch die Wirkung der
magnetischen Kraft, die zwischen einem durch die Schweißdüse bzw. den Schweißbrenner S geführten
Draht 6 und den zu schweißenden Platten 1 erzeugt wird.
Die Fig. 10 und U zeigen ein anderes modifiziertes Beispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 10 beinhaltet
eine Querschnittsansicht der an die Schweißfuge angrenzenden zu schweißenden Platten, während
F i g. 11 eine Seitenansicht der benutzten Vorrichtung
zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Die Platten 1 werden vorübergehend durch ein
Halteglied 11 festgelegt Ein unterer Flux 4 wird durch
einen Schneckenfeeder Sin die Schweißfuge und deren Umgebung gestoßen bzw. gedrückt oder hochgetrieben.
Wenn die Platten 1 dick sind, wird ein oberer Flux IO abwärts oder seitwärts in die Schweißfuge eingefüllt
Der untere Flux 4 zirkuliert durch einen Versorgungstrichter 2 und einen mit spiraligen Schaufeln bzw.
Flügeln versehenen Zylinder 3. Am Zentrum des Zylinders 3 befindet sich ein Schweißbrenner bzw. eine
Schweißdüse 5, durch den bzw. die ein Schweißdraht 6 geführt wird. In Schweißrichtung vorn liegend bedindet
sich eine andere Düse 34 zum Zuführen eines Fülldrahtes 33, der void einer Drahtrolle 36 mittels eines
Zuführungsmotors durch die Düse 34 zugeführt wird Der Schweißdraht 6 wird von einer Drahtrolle 24
mittels eines Drahtfeeders 16 durch die Schweißdüse bzw. den Schweißbrenner 5 zugeführt Der mit den
spiraligen Flügeln bzw. Schaufeln versehene Zylinder 3 des Schneckenfeeders S wird zum Hochtreiben des
unterseitigen Fluxes 4 von einem Motor 37 über einen Riemen 12 gedreht, der über eine Riemenscheibe 8 und
eine weitere sowie an der Ausgangswelle des Motors 37 angebrachte Riemenscheibe 38 gespannt ist An der
vorderen Position der Fülldraht-Zuführungsdüse 34 ist ein den Schweißfugempalt erfassender Mechanismus 39
angebracht der auch eine Schweißfugennachfolgervorrichtung bedient, wodurch die Breite der Schweißfuge
erfaßt und zum FülldrahtzufUhrungsmotor zurückgeführt wird, um die Zuführgeschwindigkeit des Fülldrahtes
einzustellen sowie hierdurch das Ausbilden der oberen Schweißraupe zu vergleichförmigen und um ein
Durchschieben bzw. -stoßen des Schweißdrahtes 6 zu verhindern. Dieses Durchstoßen kann leichter vermieden
werden, wenn eine flexible streifenförmige Elektrode benutzt wird, die sich leicht in der Schweißrichtung
biegen kann, da sich eine solche flexible Elektrode beim Auftreffen gegen den Fülldraht 33 biegt
Die Fig. 12(a) und 12(b) zeigen ein einseitiges Überkopf-Lichtbogenschweißverfahren nach der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung eines Stützgliedes. Bei der Ausfühmngsform aus Fig. 12(a) wird ein
durch den Lichtbogen schmelzbarer Glasstreifen 40 an der Schweißfuge als eiin Stützglied angebracht, während
bei der Ausfühmngsform aus Fig. 12(b) eine dünne Stahlplatte 40' als ein Stützglied benutzt wird, auf dem
Schichten aus Eisenpulver 10' und Fluxpulver 10 oder eine einzige Schicht aus einem Eisenpulver enthaltenden
Flux 10 einleitend ausgebreitet werden. Wenn mit dem oben beschriebenen Aufbau ein einseitiger
Oberkopf-Lichtbogenschweißvorgang durchgeführt wird, wird das Eisenpulver 10' oder die dünne
Stahlplatte 40' dem Lichtbogen ausgesetzt, um geschmolzen zu werden. Ein Durchstoßen des Elektrodendrahts
6 kann vorteilhaft vermieden werden. Beim Schweißen langer Platten ist die Breite des Schweißfugenspaltes
nicht konstant, sondern veränderlich, so daß bei einem Schweißvorgang mit konstanten Schweißbedingungen
die gebildete obere Schweißraupe ungleichförmig wird. Eine gleichförmige obere Schweißraupe
kann durch Einstellen der Menge des über der Schweißfuge ausgestreuten bzw. ausgebreiteten Eisenpulvers
erreicht werden. Im einzelnen wird die Menge des Eisenputvers an den Positionen breiter Fugenspalte
vergrößert, da an solchen Positionen die oberen Schweißraupen leicht gebildet werden, während die
Eisenpulvermengen an Positionen schmaler Fugenspalte vermindert werden, da hier die oberen Schweißraupen
schwer erzeugbar sind. Durch das erwähnte Einstellen der Eisenpulvermengen kann eine gleichförmige
obere Schweißraupe ausgebildet werden, wenn sich die Breite des Schweißfugenspaltes ändert. Die
Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Überkopf-Unterpulverschweißverfahren,
bei dem ein unterer Flux von der Unterseite des zu schweißenden Teils durch Verwenden eines Versorgungstrichters für den unteren
Flux nach oben gestoßen bzw. hochgetrieben wird.
F i g. 13 zeigt in einer Seitenansicht eine Vorrichtung
zum Durchführen einer weiteren Ausfühmngsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß der Darstellung
ist eine für ein oberseitiges Schweißen dienende Vorrichtung über den zu schweißenden Platten 1
angeordnet, während sich eine Überkopf-Unterpulver-Schweißvorrichtung
unter den Platten 1 befindet Zunächst wird die über den Platten 1 angeordnete Schweißvorrichtung beschrieben. Auf den Platten 1 sind
Schienen 41 ausgelegt, auf denen sich ein beweglicher Schweißwagen 42 befindet Ein um eine Drahtrolle 43
gewickelter Draht 44 wird mittels einer Drahtzuführungsvorrichtung 45 durch einen Schweißbrenner 46
zugeführt Ein oberseitiger Flux IO wurde einleitend über der Schweißfuge ausgebreitet Die Überkopf-Unterpulver-Schweißvorrichtung
ist dieselbe wie diejenige aus Fig. 11 mit Ausnahme der Fülldraht-Zuführungseinrichtung.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Ausfühmngsform der Erfindung wird zunächst ein
oberseitiges Schweißen in einer solchen Weise durchgeführt, daß ein ungeschmolzener Teil am unteren
Abschnitt der Schweißfuge zwischen den Platten 1 verbleibt, der dann von der Unterseite der Platten 1 so
lange wie diese noch heiß sind, sukzessive durch ein Überkopf-Unterpulverschweißen geschweißt wird.
so Nach dem obigen Verfahren können Schweißraupen gebildet werden, die extrem eng aneinander anliegen
und die ein gutes Aussehen haben, da die Unterseiten der zu schweißenden Platten durch den vorhergehenden
oberseitigen Schweißvorgang erhitzt sind und kontinuierlich ein Flux in die Nahe des Elektrodendrahtes
geführt wird, um das Bilden der Schweißraupen zu erleichtern. Wenn ein oberseitiges Schweißen und ein
Überkopf-Unterpulverschweißen in der in Fig. 13
durch einen Pfeil angegebenen Richtung durchgeführt werden, ist der Abstand / zwischen der oberseitigen
Schweißelektrode und der Überkopf-Unterpulver-Schweißelektrode ein wichtiger Faktor. Der bevorzugte
Abstand / ist kleiner als 500 mm. Wenn der Abstand / diesen Wert übersteigt, kann keine Vergrößerung
bezüglich der Schweißgeschwindigkeit erwartet werden, da der Vorerhitzungseffekt aufgrund des vorhergehenden
oberseitigen Schweißvorgangs unzureichend ist, was zu einem Einbrandmangel durch den Überkopf-Un-
terpulver-Schweißvorgang führt Wenn andererseits das Überkopfschweißen vor dem oberseitigen Schweißen
erfolgt, sollte die Schweißgeschwindigkeit vermindert werden, da die zu schweißenden Platten nicht
vorerhitzt sind, was somit ebenfalls zu einer Senkung der Leistungsfähigkeit führt
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemä-IQen
Verfahrens ist schematisch in den Fig. 14(a) bis 14(c) dargestellt Fig. 14(a) zeigt das Prinzip des
Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung, wobei die !Hinweiszahl 1 eine der zu schweißenden Platten, die
!Hinweiszahl 44 einen Schweißdraht für ein Schweißen von oben, die Hinweiszahl 6 einen Überkopf-Unterpulverschweißdraht,
die Hinweiszahl 47 einen Temperaturdetektor bzw. -wächter, die Hinweiszahl 48 einen
Umsetzer und die Hinweiszahl 49 einen Antriebsmotor raum Einstellen der Position des Überkopf-Unterpulverschweißdrahts
bezeichnen. Zunächst wird ein Schweißen von oben in einer solchen Weise durchgeführt, daß
ein ungeschmolzener Bereich an den Rückseiten, d. h. den Unterseiten, der zu schweißenden Platten 1
verbleibt, wobei der oberseitige Schweißdraht 44 der
Schweißfuge durch eine geeignete Maßnahme folgen kann. F i g. 14(b) zeigt die Meßergebnisse bezüglich
einer Erfassung der Temperaturverteilung in einer zur Schweißfuge rechtwinkligen Richtung und an einer
gegenüber dem Punkt der Lichtbogenausbildung nach hinten verlagerten Position. In Fig. 14(b) geben die
Ordinate die Temperatur und die Abszisse den Abstand von der Schweißfuge bzw. -linie wieder. Die Temperaturverteilung
ist in bezug auf die Schweißlinie im wesentlichen symmetrisch. Mit dem nachfolgenden
Oberkopf-Unterpulverschweißdraht kombinierte Temperaturdetektoren Si und & befinden sich an den
Positionen, die rechtwinklig zur Schweißlinie passende Abstände haben (Fig. 14(c), beispielsweise 15 mm. Die
Temperaturdetektoren erzeugen Ausgangssignale E\ und E2, die gemäß F i g. 14(a) zum Umsetzer 48 geleitet
vrerden, um die Differenz E0=Ei-E2 zwischen den
Signalen E1 und E2 zu bilden. Die Position des
Überkopf-Unterpulverschweißdrahts 6 kann in einer Füchtung rechtwinklig zur Schweißlinie durch Drehen
des Antriebsmotors 49 in einer positiven oder entgegengesetzten Richtung eingestellt werden, was
davon abhängt, ob die Differenz Eo positiv oder negativ
iüt
Die F i g. 15(a) bis 15(c) sind schematische Darstellungen
einer anderen Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 15(a) zeigt eine Nachfolger- bzw.
Machlaufvorrichtung zum Aufsprühen bzw. Verfolgen der Schweißlinie. Gemäß der Darstellung sind die zu
schweißenden Platten 1 und 1 eng aneinanderstoßend angeordnet, und es ergibt sich zwischen den Platten eine
Schweißfuge mit einem weitgehend verschwindenden Vlfurzelspalt Jedoch wird ein leichter bzw. schmaler
Spalt unvermeidbar auch bei dem obigen Stumpfschweißen an der Schweißlinie gebildet Ein sich über die
Schweißlinie bzw. -fuge erstreckender Schweißwagen SI) hat ein Grundglied 51 mit an seinen Seiten
befindlichen Rollen 52 und mit einem in seinem zentralen Bereich angeordneten Durchgangsloch 53, in
«Ins eine Hülse 54 lose eingesetzt ist Die Hülse 54 ist an ihrem unteren Ende mit einem Flansch 55 versehen und
wird durch eine Druckfeder 56 ständig nach oben vorgespannt. Ein am zentralen Teil der Hülse 34
Hingebrachter Flansch 57 kommt in Anschlageingriff mit dem Grundglied 51, so daß die Hülse 54 daran gehindert
wird, sich über das erforderliche Niveau nach oben zu
bewegen. Am oberen Ende der Hülse ist ein Stütz- bzw. Haltegestell 58 festgelegt, auf dem ein Paar von Rollen
59 und ein Paar von Detektoren 60 angebracht sind. Die Enden der durch das Stütz- bzw. Haltegestell 58 nach
5 oben gedrückten Detektoren 60 haben somit durch die Wirkung der Rollen 59 einen konstanten Abstand von
den Platten 1. Jeder Detektor 60 ist mit einer Gasversorgungsleitung 61 und einer Übertragungsleitung
62 für den erfaßten Druck verbunden, und das
to zugeführte Gas wird unter Bildung eines Wirbelstroms gegen die Oberflächen der Platten 1 und 1 ausgestoßen.
Der zentrale Bereich eines jeden Wirbelstroms bildet ein Auge bzw. Loch ähnlich wie dasjenige eines Taifuns,
und der Druck am zentralen Bereich ist kleiner als der atmosphärische Druck. Der Druck am zentralen Bereich
des Wirbelstroms verändert sich in Abhängigkeit von der Menge und dem Druck des ausgestoßenen Gases
sowie dem Abstand zwischen der Ausstoßmündung und den Oberflächen der zu schweißenden Platten. Es ist
bevorzugt, das Gas unter geeignet ausgewählten Optimalbedingungen auszustoßen. Die Detektoren 60
und 60 sind gemäß Fig. 15(a) in bezug auf die Schweißlinie an gegenüberliegenden Positionen angeordnet
Die Detektoren sollten einen bestimmten Abstand voneinander haben, da ein beträchtlicher
Fehler in der Druckmessung begründet wird, wenn diese Detektoren so nahe bzw. eng angeordnet werden, daß
die einzeln gebildeten rechtsseitigen und linksseitigen Wirbelströme sich gegenseitig beeinflussen. Jedoch
erfolgt eine Verminderung in der Genauigkeit der Nachlaufbewegung, wenn die Detektoren zu weit von
der Schweißfuge entfernt sind. Es ist deshalb erwünscht, diese Detektoren an in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung
versetzten Positionen anzuordnen, um den Abstand zwischen den Detektoren zu vergrößern und
die Detektoren gleichzeitig näher an die Schweißfuge heranzuführen. Hierdurch wird der gegenseitige Einfluß
zwischen den Detektoren so klein wie möglich gehalten. Bei der Vorrichtung aus F i g. 15(a) werden die Rollen 59
zum Trennen bzw. Abhalten der Detektoren 60 von den Platten 1 und 1 benutzt Die Detektoren 60 können
jedoch auch direkt an dem Grundglied 51 angebracht sein, und der Abstand zwischen ihnen sowie den Platten
1 kann alternativ durch die Rollen 52 aufrechterhalten werden. Durch die Wirkung der von den Detektoren
ausgestoßenen Wirbelströme werden auch Wirbelströme an der Oberfläche der zu schweißenden Platten
gebildet Wenn die Schweißvorrichtung von der Schweißlinie in einem solchen Ausmaß abweicht, daß
einer der Detektoren 60 sich allmählich der Schweißlinie nähert und schließlich in eine Position unterhalb
derselben kommt, wird der Zustand des von dem näheren Detektor ausgestoßenen Wirbelstroms durch
den Einfluß der atmosphärischen Luft oder das Austreten des Wirbelstroms durch den schmalen Spalt
gestört, der unvermeidbar zwischen den anstoßenden Oberflächen gebildet wird, obwohl diese so erscheinen,
als ob sie gemäß Fig. 15(a) einen engen gegenseitigen Anlagekontakt haben. Der Druck am zentralen Bereich
des Wirbelstroms ist hierbei dem atmosphärischen Druck angenähert Fig. 15(b) ist eine graphische
Darstellung der obigen Erscheinung. In Fig. 15(b) sind Veränderungen der Druckdifferenzen vom atmosphärischen
Druck dargestellt, die auftreten, wenn einer der Detektoren 60 von links nach rechts oder von rechts
nach links über die Schweißlinien bewegt wird, die von einer Iförmigen Schweißfuge mit entsprechenden
Wurzelabständen bzw. -spalten von 0,1 mm, 0,5 mm und
2 mm gebildet werden. Die von dem mittigen Punkt der Abszisse nach unten geführte Linie entspricht dem
Zentrum der Schweißlinie bzw. -fuge. Die in der Figur weiter von der zentralen Linie abliegenden Punkte
entsprechen von der Schweißlinie bzw. -fuge weiter abliegenden Positionen des Detektors. Wie es aus der
graphischen Darstellung klar ersichtlich ist, erfolgt eine Annäherung des gemessenen bzw. erfaßten Drucks an
den atmosphärischen Druck, wenn der Detektor in Richtung zu der Position unterhalb der Schweißfuge ι ο
bzw. -linie bewegt wird. Der erfaßte Druck nimmt ab,
wenn der Detektor von der Schweißlinie wegbewegt wird, und es ergibt sich ein stabiler Zustand, wenn der
Detektor einen Abstand von 4 bis 5 mm von der Schweißlinie hat Die Druckvariationskurven sind
symmetrisch zur zentralen Linie. Anhand der Figur wurde festgestellt, daß eine zufriedenstellende Genauigkeit
bezüglich der Nachlaufbewegung der Schweißvorrichtung nicht erzielbar ist, bis die Detektoren von der
Schweißlinie einen Abstand von mehr als etwa 3 mm haben, da die erfaßten Drücke schwanken, wenn die
Detektoren um weniger als etwa 3 mm von der Schweißlinie entfernt sind, und zwar auch bei einer
I-förmigen Schweißfuge, die praktisch keinen Wurzelspalt hat und wobei die Stirnflächen der zu verschwelßenden
Platten stumpf aneinanderstoßen. Obwohl die Weite des Schwankungsbereichs des erfaßten Drucks
unter Einbeziehung einer von der Schweißlinie entfernteren Position verbreitert und gleichzeitig der Grad der
Druckschwankung größer werden, wenn der Wurzelabstand größer wird, kann eine sehr genaue Nachlaufbewegung
der Schweißvorrichtung auch bei großem Wurzelabstand bzw. -spalt bewirkt werden, so lange die
Detektoren einen Abstand von der Schweißlinie von 4 bis 5 mm haben, da der erfaßte Druck gemäß der
graphischen Darstellung bei einer solchen Position einen stabilen Zustand einnimmt
Fig. 15(c) ist ein Blockdiagramm eines Systems zum
Verarbeiten des erfaßten Drucks, der in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Die Symbole S\' und Sj'
bezeichnen Druckerfassungsmitte! in den Detektoren 60 zum Erfassen der Drücke der zentralen Bereiche des
Wirbelstroms eines an beiden Seiten der Schweißlinie ausgestoßenen Gases. Die durch Subtrahieren der
gemessenen Drücke von dem atmosphärischen Druck erzielten Druckdifferenzen P\ und Pi werden zu
Druckdifferenzverstärkern Am\ und A„a geleitet. Die
verstärkten Druckdifferenzen P\ und P2' gelangen zu
einem Komparator R. Wenn das Ergebnis des Vergleiches fi' = iY beträgt oder die Differenz
zwischen diesen Werten kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, befinden sich die Detektoren 60 und 60 an
Positionen, die von der Schweißlinie etwa den gleichen Abstand haben, und es ergibt sich eine präzise, der
Schweißlinie bzw. -fuge folgende Schweißung. Wenn an der S\ '-Seite die gegenüber dem atmospärischen Druck
gemessene Druckdifferenz P\'>Pi' ist, befindet sich der Detektor 60 an der SV-Seite näher an der Schweißlinie.
Das Signal wird dann zu einem Konverter bzw. Umsetzer C geleitet, der das Drucksignal in ein
elektrisches Signal umsetzt Dieses veranlaßt den Motor M zu einer Rotation in derjenigen Richtung, bei der der
Detektor 60 an der SV-Seite sich von der Schweißlinie weg bewegt Es ist festzustellen, daß die Positionen der
Schweißbrenner gleichzeitig durch Einstellen der Positionen der Detektoren 60 mit eingestellt werden
können, da sie mit den Detektoren 60 für eine zusammenhängende Bewegung kombiniert sind. Das
Symbol A bezeichnet eine Gasversorgungsquelle zum Zuführen eines Gases zu den Detektoren 60 und den
Druckdifferenzverstärkern bei einem Versorgungsdruck Ps.
Die Fig. 16(a) und 16(b) zeigen in schemaüseher
Weise eine Schweißgeschwindigkeitssteuerungsmethode, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendet
werden kann. Fig. 16(a) zeigt in Draufsicht die Schweißlinie und die Temperaturmeßpunkte. Die
Temperaturen an den durch schwarze Punkte in der Figur dargestellten Positionen werden durch Anbringen
von Thermoelementen an den Rückseiten oder unterseitigen Oberflächen der zu schweißenden Platten
gemessen, um die Temperaturverteilung in den Platten herauszufinden. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse
der Temperaturmessungen wurde festgestellt, daß die Temperaturen der Platten von einer um eine bestimmte
Distanz hinter dem Lichtbogenpunkt liegenden Position abrupt ansteigen, um den maximalen Temperaturwert
zu erreichen und dann rückwärtig abzufallen. Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die
vorhergehenden und nachfolgenden Schweißdrähte unter Ausnutzung des obenerwähnten charkteristischen
Temperaturgradienten an der Schweißlinie synchron zueinander vorbewegt werden. Gemäß F i g. 16(b) sind
zwei Temperaturdetektoren 47 zwischen dem vorhergehenden Schweißdraht 44 für das oberseitige Schweißen
und dem nachfolgenden Überkopf-Unterpulverschweißdraht 6 und in dem Bereich angeordnet, in dem
die Temperatur der Platten abrupt ansteigt. Einer der Temperaturdetektoren befindet sich an der Position
x< L, wobei χ der Abstand zwischen dem Lichtbogenpunkt
des vorhergehenden Schweißdrahtes sowie dem Temperaturdetektor und L der Abstand zwischen dem
Lichtbogenpunkt des vorhergehenden Schweißdrahtes sowie dem Punkt ist, an dem die Temperatur der
Unterseite der zu schweißenden Platte den höchsten Wert erreicht Der andere Temperaturdetektor befindet
sich an der Position x>L Durch Vergleichen der Temperaturdifferenz zwischen den von zwei Temperaturdetektoren
erfaßten Werten kann der Abstand zwischen den vorhergehenden und nachfolgenden Schweißdrähten auf einen im wesentlichen konstanten
Wert eingestellt werden, wobei die während des vorhergehenden Schweißvorgangs erzeugte Schweißwärme
für den nachfolgenden Schweißvorgang ausgenutzt wird, um eine Schweißung mit einem tiefen
Einbrand zu bilden. Wenn unter Anwendung des obenerwähnten Verfahrens ein beidseitiger Schweißvorgang
durchgeführt wird, kann die während des vorhergehenden Schweißschrittes erzeugte Schweißwärme
zum Steuern der Vorwärtsbewegungen beider Drähte ausgenutzt werden, und zwar nur durch Messen
der Temperaturverteilung, ohne daß irgendeine besondere Signalerzeugungsquelle erforderlich ist, um die
Schweißdrähte synchron zu bewegen. Der Abstand zwischen der vorhergehenden Schweißelektrode für das
Schweißen von oben und der nachfolgenden Übe r kopf-Unterpulverschweißelektrode,
die der erstgenannten Elektrode synchron folgt, kann sogar während des
Schweißvorgangs korrigiert werden. Ferner muß nicht notwendigerweise ein Spalt gebildet werden, so daß die
Querschnittsfläche der Schweißfuge zur Verbesserung der Wirksamkeit des Verfahrens reduziert werden kann.
Wie es bereits detailliert beschrieben worden ist, beinhaltet die vorliegende Erfindung ein höchst
wirksames und praktisch verwendbares Überkopf-Unterpulverschweißverfahren.
Claims (1)
1. Überkopf-Unterpulverschweißverfahren, bei dem gleichzeitig ein Flux aus einem Fluxversorgungszylinder
und eine Schweißelektrode von der Unterseite der Schweißfuge zugeführt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D der öffnung am
oberen Ende des Fluxversorgungszylinders und dessen Abstand 1 von der Unterseite der zu
verschweißenden Platten der Formel 2
10
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