DE2640270C3 - Überkopf-Unterpulverschweißverfahren - Google Patents

Description

genügt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flux mittels eines Trichters mit in diesem angeordneter, eine Vielzahl wendeiförmiger Schaufeln 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 gedruckt 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 Wurzelspait zugeführt und pulverförmiges Flux zum Erzeugen einer oberen Schweißraupe über der Oberseite der Schweißfuge sowie in der Nähe derselben ausgebreitet wird.

6. Verfahren nach eiriirp. der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ρ rverförmigem 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 und 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 5C 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 gedruckt 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 Überkopf-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 ^fi5 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 Füllimetall in die Schweißfuge, deren Wurzelspalt breiter als der Durchmesser der Abschmelz-Schweißelektrode ist, eingeführt oder eingefüllt und die Schweißelektrode gerade geführt wird.

IZ 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 üLer 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 Stütz- 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 Überkopf-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 Schwrißlinie 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-Unterpulverschweißvei-fahren mit deri Merkmalen des Oberbegriff fes des Hauptanspruches.

Überkopfschweißungen werden gewöhnlich durch

Handschweißen, TIG-Schweißen, MIG-Schweißen und COz-Schutzgasschweißen hergestellt Diese bekannten Schweißverfahren haben jedoch Nachteile, die vor allem darin bestehen, daß die bei einem Schweißdurchgang auftretende Ablagerungsmenge klein ist, eine Anzahl von Schweißschritten erforderlich ist, eine Fehlerfreiheit nicht leicht erzielbar ist und sich für die Bedienungspersonen Umgebungsprobleme ergeben. Aus diesem Gnmde wurde das Oberkopfschweißen zum Schweißen relativ dicker Platten, wie der Außenhaut-Bodenplatten in der Schiffsindustrie, nicht für geeignet gehaltsn. Es wurde deshalb für diesen Zweck die Anwendung der Unterpulverschweißtechnik angeregt, die bei einem Durchgang eine große Schweißmetallmenge ablagert Beispielsweise ist für das Schweißen eines Rohres ein Überkopf-Unterpulverschweißverfahren unter Verwendung eines Fluxtrichters, der ein zirkulierendes Flux zur Schweißfuge sowie in die Nähe derselben führt, bekannt Eine Schweißelektrode erstreckt sich durch den Fluxtrichter, wobei 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 werden. Das geschmolzene Metall wird durch das beim Überkopf-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 Schweißung 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 verschlacktes 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 liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und praktisch verwencijares, fehlerfreies Überkopf-Uriterpulverschweißverfahren zu schaffen, das auch zum Schweißen dicker Platten wie beispielsweise der Bodenplatten von Schiffsrümpfen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird cii einem Überkopf-Unterpulverschweißverfahren der eingangs genannten Art erfindungsjemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruches gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dieses Verfanren ist leicht durchführbar und führt zu fehlerfreien Schweißungen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigen

F i g. I und 2 in schematischen Ansichten das Überkopf-Unterpulverschweißverfahren nach der vorliegenden Erfindung,

Fig.3 und 4 in schematischen Darstellungen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahr rens,

Fig.5 in einer schematischen Schnittansicht die Makrostruktur eines nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfchrens geschweißten Teils,

Fig.6 in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.7 die Ausführungsform aus Fig.6 in einer vergrößerten Darstellung,

Fig.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 Wurzelspal'. getrennten Platten 1 und 1, die ^r- -h bezüglich der Schweißfuge gegenüberliegen una düe durch ein Halteglied 11 vorübergehend festgelegt sind. Ein Zylinder 3 ist innerhalb eines unterseitigen FluxversGrgungstrichters 2 angeordnet in den anfänglich t..n 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 vor, 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 Un'erseiten der zu schweißenden Platten zwischen folgenden Grenzen gehalten wird: 2 <D1 <15. Der Zusammenhang bzw. das Verhältnis sollte in diesem Bereich gehalten werden, da der Flux außerhalb dieses Bereiches für ein Überkopf-UnterpJverschweißen (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 D/i_>\5 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 Flatten behindert wird, so daß ein Zuführen von frischem bzw. neuem Flux zu dem Scbweißbeteich unmöglich wird. Wenn andererseits Di\-<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 Dt\_ im Bereich 2<£V1_<15 gehalten werden, wobei der bevorzugte Bereich zum Erzielen besonders guter Raupen bei 4<Z?/1_< 10 liegt Wenn beispielsweisuder Durchmesser am oberen Ende des Zylinders des Schneckenfeeders 140 mm beträgt, sollte der Abstand 1_ im Bereich von i4<i/S35mm gehalten werden.

Fig.2 zeigt ein Beispiel einer zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzten Fluxzuführungsvorrichtung. Gemäß der Darstellung ist in einem Versorgungstrichter 2 ein 2'ylinder3 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 Mischstfom aus einem Flux für das Unterpulverschweißen und einem Gas zum Transportieren des Fiuxes durch Druckbeeinflussung zuzuführen. Das andere Ende der Leitung Ui 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 Schweißfugen nachfolger 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.

F i g. 3 zeigt ein Verfahren, bei dem ein pulverisierter oberseitiger Flux 10 benutzt wird, der eme 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 F i g. 3 und 4 enthält ein Trichter 2 einen Zylinder 3 und einen unterseitigen pulverförmigen Flux 4, der im Bereich der Schweißfuge 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 Oberkopf-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-Unterpuiverschweißschritt geschweißt wird. Danach werden die Schweißraupen 22 und 23 unter der Schweißraupe 21 in weiteren Oberkopf-Unterpulverschweißschritten angebracht, um den Schweißvorgang zu beenden und eine Dreischichtenschweißung zu erzielen.

Fi.g. 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 eine oberseitige Fluxzuführungsdüse. Gemäß den F i g. 6 und 7 haben die zu verschweißenden Platten 1 und 1 Wurzeloberflächen, die durch einen Wurzeispalt 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 lätft Auf diesem sind ein Drahtfeeder 16 zum Zuführen eines Schweißdrahtes 6 von einer Drahtrolle 24 über eine Drahtzuführupgsdüse 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 oberseitigem Flux durch eine Mischstrom-Förderleitung 26 zu der Sprühdüse für den oberseitigen Flux, um diesen über die Oberfläche der Schweißfuge zu streuen bzw. zu sprühen. Es wird nunmehr das Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der obener wähnten Vorrichtung beschrieben. Nachdem feststeht, daß eine ausreichende Menge des unterseitigen Fluxes 4, der durch die entsprechende Zuführungsvorrichtung nach oben gestoßen wurde, zu d<:r Schweißfuge 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 diese- Flux 10 durch die Wirkung eines vom Schweißstrom erzeugten Magnetfeldes in der Nähe des Lichtbogens gehalten, ohne durch den Spalt der Sciiweißfuge 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 Piauen 1 führt Die Höhe und die Breite des oberseitigen Fluxes können leicht durch Einstellen 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, w enn die Breite der öffnung der Zuführungsdüse 27 großer als 2 mm ist Unter Berücksichtigung der Dicke der Platte sowie des Zwischenraums beträgt ein ausreichender Wurzelspalt

♦5 der Schweißfuge 4 im 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.

so 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 Schweißfuge mit einem Wurzeispalt voneinander getrennt Ein unterseitiger Flux 4 wird von 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 über 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 gehaltenen verschiebbarer. Hinteriegungsstreäfen 31 gebildet wird. Die Versorgungs- bzw. Förderleitung 26 für den oberseitigen Flux und das Stützglied 32 erstrecken sich durch den Wurzeispalt 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 10 Eisenpulver oder Eisenlegiefungspulver 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 5 geführten Draiit 6 und den zu schweißenden Platten 1 er7eugt wird.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ein anderes modifiziertes Beispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 10 beinhaltet eine Querschnittsansicht der an die Schweißfuge angrenzenden zu schweißenden Platten, während Fig. 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 5 in die Schweißfuge und deren Umgebung gestoüen bzw. gedrückt oder hochgetrieben. Wenn die Platten 1 dick sind, wird ein oberer Flux IO abwärts ider 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 von 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 5 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 Schweißfugenspalt erfassender Mechanismus 39 angebracht, der auch eine Schweißfugennachfolgervorrichtung bedient, wodurch die Breite der Schweißfuge erfaßt und zum Fülldrahtzuführungsmotor zurückgeführt wird, um die Zufuhrgeschwindigkeit 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 Oberkopf-Lichtbogenschweißverfahren nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Stützgliedes. Bei der Ausführungsform aus Fig. 12(a) wird ein durch den Lichtbogen schmelzbarer Glasstreifen 40 an der Schweißfuge als ein Stützglied angebracht, während bei der Ausführungsform 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 Überkopf-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 Schweißfugenspalte!; 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 Eisenpulvers 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 yon 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 Ausführungsform 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 Schweißvorrichtungbeschrieben. 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 Ausführungsform 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.

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 Nähe 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 erfindungsgemäßen 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 zum Einstellen der Position des Überkopf-Unterpulverschweißdrahts bezeichnen. Zunächst wird ein Schweißen vnn nhpn in pinpr sr>!ch?n Wpjjp Hnrrhnpfiihrt, Haß 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. Fig. 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 Temperaumverteilung ist in bezug auf die Schweißlinie im wesentlichen symmetrisch. Mit dem nachfolgenden Überkopf-Unterpulverschweißdraht kombinierte Temperaturdetektoren S] und Sj befinden sich an den Positionen, die rechtwinklig zur Schweißlinie passende Abstände haben (Fig. 14(c), beispielsweise 15 mm. Die Temperaturdetektoren erzeugen Ausgangssignale £Ί und E₂, die gemäß Fig. 14(a) zum Umsetzer 48 geleitet werden, um die Differenz E₀ = Ei-E₂ zwischen den Signalen Ei und E₂ zu bilden. Die Position des Überkopf-Unterpulverschweißdrahts 6 kann in einer Richtung rechtwinklig zur Schweißlinie durch Drehen des Antriebsmotors 49 in einer positiven oder entgegengesetzten Richtung eingestellt werden, was davon abhängt, ob die Differenz Eq positiv oder negativ ist.

Die F i g. 15(a) bis 15(c) sind schematische Darstellungen einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 15(a) zeigt eine Nachfolger- bzw. Nachlaufvorrichtung 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 Wurzelspalt 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 50 hat ein Grundglied 51 mit an seinen Seiten befindlichen Rollen 52 und mit einem in seinem zentralen Bereich angeordneten Durchgangsloch 53, in das 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 angebrachter 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 feilgelegt, auf dem ein Paar von Rollen 59 und ein Panr von Detektoren 60 angebracht sind. Die Enden der durch das Stütz- bzw. Haltegestell 58 nach 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 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 Ohprflärhen r)pr vu sohwpißpnHpn Plattpn Ims 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 I-förmigen 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 ,veiter 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. erfaßter Drucks an den atmosphärischen Druck, wenn der Detektor in Richtung zu der Position unterhalb der Schweißfuge 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 Wurzeispalt 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, wr'nn 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 S2' ·«> bezeichnen Druckerfassungsmittel 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 P2 werden zu Druckdifferenzverstärkern A_mt und A_m7 geleitet Die verstärkten Druckdifferenzen P_x' und Ρ-ϊ gelangen zu einem Komparator R. Wenn das Ergebnis des Vergleiches P₁' = Pi beträgt oder die Differenz so 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 Si'-Seite die gegenüber dem atmospärischen Druck gemessene Druckdifferenz /Y> P₂' ist, befindet sich der Detektor 60 an der Sj'-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 ib'-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 P₅.

Die Fig. 16(a) und 16(b) zeigen in scheniafischer Weise eine Schweißgeschwindigkeitsstfiuerungsmethode, 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 grmessen, 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

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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 Fig. 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 konsfc-nten 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 Überkopf-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.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

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 ]_ von der Unterseite der zu verschweißenden Platten der Formel 2<ö<15