DE2711037C2

DE2711037C2 - Vorrichtung zum Wellen und Vorschieben einer blanken Drahtelektrode für das Lichtbogen-Verbindungsschweißen von Metallen mit schmaler, tiefer Schweißfuge

Info

Publication number: DE2711037C2
Application number: DE2711037A
Authority: DE
Inventors: Isano Kure Asano
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1976-03-15
Filing date: 1977-03-14
Publication date: 1982-10-07
Also published as: DE2711037A1; US4188526A; US4254322A; FR2345259A1; FR2366091A1; FR2366091B1; FR2345259B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wellen und Vorschieben einer blanken Drahtelektrode für das Lichtbogen-Verbindungsschweißen von Metallen in t schmaler, tiefer Schweißfuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der US-PS 35 76 966 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, mit der eine Drahtelektrode wellenförmig verformt wird, bevor sie mittels eines Kontaktführungsrohres in die tiefe Schweißfuge hineingeschoben wird. Durch die wellenartige plastische Verformung der Drahtelektrode wird erreicht, daß auch bei Verwendung von dünnen Drahtelektroden der Lichtbogen am Elektrodenende in der Schweißfuge von einer Metallfläche zur anderen hin· und herwandert und dabei eine der Vorschubgeschwindligkeit der Drahtelektrode entsprechende Metallmenge zur Ausbildung der Schweißnaht abschmilzt. Zum wellenartigen Verformen der Drahtelektrode dient eine motorisch um eine Drehzapfen hin- und herbewegte Schwingplatte, durch deren Bewegung die Drahtelektrode mittels zweier Leerlaufrollen von einer Spule abgezogen wird. Die eigentliche plastische

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65 Verformung erfolgt auf der jeweiligen Mantelfläche eines weiteren, frei drehbar an einem stationären Halter gelagerten Rollenpaares. Zum Einschieben der Drahtelektrode in das Kontaktführungsrohr ist in erheblichem Abstand unterhalb des Biege-RoUenpaares ein motorisch angetriebenes Vorschub-Rollenpaar vorgesehen, dessen Achsen senkrecht zu den Achsen des Biege-Rollenpaares verlaufen. Durch die Verwendung jeweils gesonderter Bauteile einerseits zum Biegen und andererseits zum Vorschieben der Drahtelektrode ergibt sich eine relativ große Bauhöhe. Ferner muß die Schwingbewegung der Schwingplatte sehr genau mit der Drehbewegung der Vorschubrollen abgestimmt sein, weil bei einer zu großen Vorschubbewegung die Drahtelektrode zwischen dem Biege-Rollenpaar und dem Vorschub-Rollenpaar wieder gerade gereckt würde und bei einer zu geringen Vorschubgeschwindigkeit Schlaufen zwischen dem Biege-Rollenpaar und dem Vorschub-Rollenpaar entstehen könnten, die Anlaß zur Falten- oder Knickbildung der Drahtelektrode sind. Schließlich können in der Praxis Schwierigkeiten auftreten, die in der Zeiteinheit dem Lichtbogen zugeführte Drahtmenge unabhängig von der Schrägstellung des einzelnen Drahtabschnittes gegen den Vorschubvektor sowie ggf. bei wechselnder Wellenform konstant zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, die bei verringerter Bauhöhe eine Verformung der Drahtelektrode zu gleichmäßigen Wellen von vorgegebener Form gewährleistet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst Erfindungsgemäß kommt somit dem Rollenpaar eine Doppelfunktion zu, und zwar dient es einmal als Gegenlager für die plastische Verformung der Drahtelektroden durch die hin- und herschwingende Elektrodenzuführung sowie gleichzeitig zum direkten Vorschub der wellenförmig verformten Dri.hfelektroden in das Kontaktführungsrohr. Damit ist sichergestellt, daß weitere unerwünschte Verformungen oder auch Rückverformungen der Wellen nicht eintreten können, wobei sich gleichzeitig die angestrebte verringerte Bauhöhe der Vorrichtung ergibt. Ferner werden unerwünschte Verformungen der Drahtelektrode vor ihrem Einlauf zwischen die Biege- und V01 schubrollen ausgeschaltet. Schließlich wird auch eine bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen konstante Menge an abgeschmolzenem Elektrodenmaterial und damit eine gleichbleibend gute Schweißverbindung sichergestellt

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Von besonderer Bedeutung ist die Anordnung des Kontaktführungsrohres unmittelbar nach dem Biege- und Vorschub-Rollenpaar, weil dadurch die problemlose Einführung einer Drahtelektrode sichergestellt ist, deren Wellenamplitude durch elastisch-plastische Verformung größer als der größte Durchmesser des freien Rohrquerschnittes ist. Eine derartige Verformung führt zu einem gewissen Aufspreizen des aus der unteren Mündung des Kontaktführungsrohres austretenden Elektrodenendes bis über den Außenumfang des Führungsrohres hinaus, was einen gleichmäßigen Verlauf des Lichtbogens über die gesamte Schweißspaltbreite hinweg gewährleistet. Das Vorsehen eines gebogenen Führungsrohres ermöglicht die gleichmäßige Zuführung der Drahtelektrode bis unmittelbar zwischen das Rollenpaar, ohne daß der Draht dabei bis über seine Elastizitätsgrenze verformt

Im folgenden werden Ausführungs'oeispiele dar Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Well- und Vorschubvorrichtung für eine Drahtelektrode in schematischer, perspektivischer Darstellung;

Fig.2A einen Längsschnitt des Kontaktführungsrohrs in der Schweißfuge zusammen mit dem Well- und Vorschubrollenpuar;

F i g. 2B einen Querschnitt ß-ßnach F i g. 2A;

Fig.3A bis 3C schematisch den möglichen Verlauf von Schweißbahnen bei Verwendung einer wellenförmigen Drahtelektrode;

Fig.4 eine andere Ausführung der Well- und Vorschubvorrichtung in schematischer perspektivischer Darstellung;

F i g. 5 einen Längsschnitt des Kontaktführungsrohres in der Schweißfuge zusammen mit dem Well- und Vorschub-Rollenpaar;

Fig.6 eine andere Ausführung der Well- und Vorschubvorrichtung in schematischer perspektivischer Darstellung;

Fig.7 eine vergrößerte Seitenansicht der Elektrodenzuführung.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 umfaßt eine Drahtelektrode 1, Richtrollen 2, ein Abziehrollenpaar 3, ein Zufuhrrohr 4, ein gebogenes Führungs- oder Leitrohr 5 für die Drahtelektrode I, eine Schwingplatte 6, einen Schwingmotor 7, einen Vorschubmotor 8, ein Vcrschubrollenpaar 9 und ein Kontaktführungsrohr 10. Die Drahtelektrode 1 wird durch die Richtrollen 2 geradegerichtet und von dem Abziehrollenpaar 3 in das Leitrohr 5 geschoben. Dieses verläuft am Außenrand der Schwingplatte 6 bis zum Eintritt zwischen das Vorschubrollenpaar 9, welches die Drahtelektrode 1 durch das Kontaktführungsrohr 10 und dessen Düsenöffnung in die Schweißfuge vorschiebt Der Vorschubmotor 8 treibt das Vorschubrollenpaar 9 und der Motor 7 versetzt die Schwingplatte 6 in Schwingbewegung. Wenn die Scnwingplatte 6 gemäß F i g. 2 rechtwinklig zur Zeichenebene um ihr eines Ende schwingt, wird die Drahtelektrode 1 durch Zusammenwirken des abwärts gerichteten Vorschubes der unmittelbar vor bzw. oberhalb des Kontaktführungsrohres 10 angeordneten VorschubroJlen 9 mit der Schwingbewegung der Schwingplatte 6 plastisch zu Wellen verformt.

F i g. 2 zeigt das Führungs- oder Leitrohr 5 in seinen beiden Endstellungen sowie ein Mundstück iOb am unteren Ende des Kontaktführungsrohres 10a in einer tiefen Schweißfuge zwischen zwei zu verschweißenden Metallstücken U und 11', die durch eine Unterlegplatte 12 abgeschlossen ist. Wie aus F i g. 2B ersichtlich, sind im Kontaktführungsrohr 10 eine Führungsbohrung 16 von länglichem Querschnitt für die wellenförmig verformte Drahtelektrode, ein Schutzgaskanal 17 für z. B. Argon und Kühlwasserkanäle 18 ausgebildet.

Die Führungsbohrung 16 von länglichem Querschnitt verläuft gewöhnlich rechtwinklig mit ihrer längeren Querschnitts-Achse zu den gegenüberliegenden Flächen der Metallstücke 11, 11'. Die Drahtelektrode 1 wird vom Vorschubrollenpaar 9 wellenförmig plastisch verformt und durch die Führungsbohrung 16 bis zur Schweißunterlage 12 vorgeschoben. Das aus dem Mundstück 10b austretende freie Ende der Drahtelektrode bewegt sich aufgrund der Drahtelastizität und der durch das Vorschubrollenpaar 9 erteilten plastischen Verformung über die gesamte Schweißfugenbreite. Die Wellenamplitude des Drahtendes längs der Siehweißfugenbreite hängt vom Auslenkwinkel der Schwingplatte 6 und von der Länge des aus dem Mundstück 10t vorstehenden Drahtendes ab. Dadurch ergibt sich eine ausreichende Einbrandtiefe einer Schweißung an einer durch die Schweißunterlage 12 und einem der Metallstücke 11, U' gebildeten Ecke. Mit dem Fortgang des Schweißens ergibt sich eine automatische Hin- und Herbewegung des am Elektrodenende erzeugten

ίο Lichtbogens zwischen den gegenüberliegenden Metallstücken 11,11'.

F i g. 3A zeigt eine Lichtbogenbahn 13 bei Verwendung einer Führungsbohrung 16 mit länglichem Querschnitt rechtwinklig zu Flächen der Metallstücke 11, 11' entsprechend Fig.2. Der Pfeil gibt die Schweißrichtung an. Eine Lichtbogenbahn 14 gemäß Fig.3B entsteht dagegen, wenn die Mittellinie des länglichen Querschnitts der Fühnmgsbohrung 16 gegenüber den angrenzenden Wänden der Metallstücke 11, ll' schräg verläuft, wobei diese Lichtbogenbahn in Bezug auf die Schweißrichtung unsymmetrisch ist Auch in diesem Fall wird eine stabile Lichtbo^enbahn und eine hohe Festigkeit der Schweißverbindung erzielt. Eine rechtwinklige Lichtbogenbahn 15 nach Fig.3C entsteht, wenn die Mittellinie der im Querschnitt länglicher¹ Düsenbohrung 16 rechtwinklig zu den Wänden der Metallstücke 11,11' verläuft, wie dies auch in Fig.3A der Fall ist, gleichzeitg jedoch der Schwingmotor 7 intermittierend angehalten wird.

Dadurch kann die Verweilzeit des Lichtbogens an den Wänden der Metallstücke 11,11' verlängert werden, so daß eine ausreichende Einbrandtiefe der Schweißung in den Ecken gewährleistet ist Die Vorgehensweisen nach den F i g. 3B und 3C können auch kombiniert angewandt werden. Die Einstellung der Verweilzeit des Lichtbogens wird durch die Einstellung des Schwingmotors 7 geändert

Im folgenden werden einige Werte für das Schweißen in schmaler, tiefer Schweißfuge angegeben:

Dicke der Metallstücke: 150 mm
Länge der Schweißfuge: 1000 mm
Breite der Schweißfuge: 10 mm
Verlauf des Lichtbogens: gemäß F' g. 3A
Wellenamplitude: ca. 7 mm
Schutzgas: Mischgas aus Ar und CO2
Gasdurchsatz: Ar 40 l/min, CO₂10 l/min
Schweißgeschwindigkeit: 300 mm/min.

Mit den vorstehend genannten Schweißbedingungen wird eine Schweißnaht erhalten, die der Güteklasse 1 der Japanischen Industrienorm (Japanese Industrial Standard) entspricht.

Wie erläutert, wird eine Drahtelektrode unmittelbar vor ihrem Einführen in das Kontaktführungsrohr plastisch zu Wellen verformt und anschließend unter Beibehaltung der Wellenform durch die Düsenöffnung mit länglichem Querschnitt vorgeschoben, so daß ihr Ende in der Scbweißfuge hin- und hergeht und der Lichtbogen automatisch zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Metallstücke hin- und herwandert. Dadurch ist selbst bei zunehmender Dicke der Metallstücke ein gleichmäßiger Schweißvcrschub möglich und die Pendelrichtung des Lichtbogens kann

^fi5 konstant gehalten werden. Außerdem kann die Pendelrichtung des Lichtbogens für einen bestimmten Zweck geändert werden, so daß ein vollständiger Einbrand der Schweißnaht an den Wänden der Schweißfuge möglich

iM und das Schweißen in jeder gewünschten Lage erfolgen kann.

Bei der Ausführung nach Fig.4 und 5 wird ein Rohrabschnitt 41 von einem Antriebsmotor 42 über ein Schneckenrad 43 und eine Welle 44 pendelnd hin- und herbewegt. Ein Vorschubmotor 45 treibt eine Vorschubrolle 46 an, die mit einer Gegenrolle 47 zusammenwirkt und die wellenförmig verformte Urahtelektrode 1 in das Kontaktführungsrohr 48 zwischen den Metallstücken 49 einschiebt. Der Rohrabschnitt 41 führt eine Schwingbewegung in einem in F i g. 5 dargestellten Winkelbereich in einer Ebene aus. Das Schneckenrad 43 und die Welle 44 bewegen den Rohrabschnitt 41 entsprechend dem zyklischen Vorwärts- und Rückwärtslauf des Antriebsmotors 42 und verformen die Drahtelektrode 1 auf den sektorförmigen Mantelflächen der beiden Rollen 46, 47 zu Wellen. Zwischen der Vorschubrolle 46 und der Gegenrolle 47 wird die wellenförmig verformte DrshtcEcktrcdc 2 in dss dem Rc!!sn^rt22r 46 47 unmittelbar nachgeordnete Kontaktführungsrohr eingeschoben, aus dem sie unter Beibehaltung ihrer Elastizität in die Schweißfuge hineinbewegt wird. Das freie Ende der Drahtelektrode nimmt entsprechend ihrer Elastizität ihre ursprüngliche weitere Form wieder an. Die im Kontaktführungsrohr 48 ausgebildete Düsenöffnung hat einen länglichen Querschnitt.

Bei der Ausführung nach F i g. 6 und 7 wird die Drahteleklrode 61 von einer — nicht dargestellten — Vorratsrolle durch ein Zuführrohr 62 der Well- und Vorschubvorrichtung zugeführt. Zusätzlich können Abziehrollen vorgesehen sein, um die Drahtelektrode gleichmäßig abzuwickeln. Die Drahtelektrode 61 gelangt in ein gebogenes Führungsrohr 69, das an der Außenseite einer Schwingplatte 68 angeordnet ist Die Schwingplatte 68 ist auf einer Welle 67 eines Rahmens 66 befestigt. Das Einlaufende des Führungsrohrs 69 ist am Rahmen 66 drehbar gehaltert und sein Mittelabschnitt ist auf einer Verlängerungslinie der Welle 67 angeordnet. Das Führungsrohr 69 ist gleichmäßig gebogen, so daß die Drahtelektrode gleichmäßig geführt aus dem Austrittsende 70 austritt. Die Schwingplatte 68 schwingt mit vorgegebener Geschwindigkeit um einen bestimmten Winkel um die Achse 67 und wird von einer Pleuelstange 72 angetrieben, die mit einem Motor 71 mit Wechselgetrie- *5 be verbunden ist. Die Schwingachse der Schwingplatte 68 liegt in der Ebene der beiden Achsen von zwei Vorschubrollen 74,76. Die Welle der einen Vorschubrolle 74 ist mit einem Motor 75 mit Drehzahl-Wechselgetriebe verbunden.

Die Drahteleki.ode wird wellenförmig mit einer vorgegebenen Steigung geformt, weiche vom Schwingwinkel und der Schwinggeschwindigkeit des Führungsrohrs 69 sowie von der Drehzahl der Vorschubrollen 74 abhängt. Die wellenförmige Drahtelektrodß wird durch ein Kontaktführungsrohr 77 vorgeschoben und berührt dabei die Rohrinnenwand zur Zufuhr des Schweißstromes, wodurch ein gleichmäßiger Lichtbogen in der Schweißfuge gebildet und Schweißraupen erzeugt werden.

Die Achse des Rohrs 62 verläuft koaxial zur Welle 67 der Schwingplatte 68 und parallel zu den Achsen der Vorschubrollen 74, 76. Dies ist insofern wichtig, weil dadurch die durch die Vorschubrollen 74, 76 gezogene Drahtelektrode genau in einer gemeinsamen Ebene wellenförmig verformt wird, ihre Wellenform beibehält und gleichmäßig in die öffnung des Führungsrohrs eingeführt werden kann. Der Vorschub der Drahtelektrode parallel zu den Rollenachsen ermöglicht eine besonders geringe Bauhöhe der Vorrichtung. Ferner ksfüi rnit dieser Vorrichten⁰ vcrtlke! ^eschw^ify werden. Bevorzugt liegt die Achse des Rohrs 62 in der Ebene des Rollenpaares 74, 76 und verläuft parallel zu den Rollenachsen.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 bzw. 7 ändert das gewölbte Rohr 69,89 die Richtung der Schweißelektrode, die durch das Zuführrohr 62 bzw. 82 parallel zur Schweißfuge horizontal zugeführt wird, um einen Winkei von 90° und ermöglicht einen Abwärtsvorschub der Dr '.htelektrode rechtwinklig zu den Achsen der beiden Vorschubrollen 74,76. Eine übermäßige Biegung des Rohres 69, 89 bewirkt eine Änderung der Wellenform der Schweißelektrode, wodurch deren gleichmäßige Vorschubbewegung behindert würde. Die Krümmung des Zuführrohrs 69, 39 muß daher gleichmäßig sein und darf keine Verformung der Drahtelektrode über deren Elastizitätsgrenze hinaus bewirken. Die Schweißelektrode tritt somit geradlinig aus der Mündung 70 bzw. 90 des Führungsrohrs 69 bzw. 89 heraus und wird danach durch die Bewegung der Schwingplatte 68 bzw. 88 durch das Vorschubrollenpaar 74,76 wellenförmig plastisch verformt.

Durch das gleichmäßig gekrümmte Rohr 69, 89 erfolgt ein gleichmäßiger Vorschub der Schweißelektrode und es ergibt sich gleichzeitig eine geringe Bauhöhe mit der Möglichkeit der Durchführung der Schweißarbeiten in verschiedenen Lagen und der Bildung von jeweils zweckmäßigen Wellenformen der Drahtelektrode.

Mit der beschriebenen Vorrichtung gemäß der Erfindung kann besonders zweckmäßig nach dem MIG-Schweißverfahren, nach dem Impulsstrom-Schweißverfahren sowie auch nach anderen Scinveißverfahren gearbeitet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Wellen und Vorschieben einer blanken Drahtelektrode für das Lichtbogen-Verbindungsschweißen von Metalien mit schmaler, tiefer Schweißfuge, mit Rollen, über die die Drahtelektrode mit bleibender Verformung hin- und hergebogen bzw. durch die die Drahtelektrode in ein Kontaktführungsrohr eingeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe Rollenpaar (9; 46, 47; 74, 76) sowohl als Biegewiderlager wie als Vorschubantrieb dient

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rollenpaar (9; 46, 47; 74, 76) unmittelbar vor der Einlaufmündung des Kontakt- is führungsrohres (10; 48; 77) angeordnet ist, und daß der Innendurchmesser des Kontaktführungsrohres (10; 48; 77) kleiner als die Wellenamplitude der plastisch verformten Drahtelektrode (1) ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine unmittelbar oberhalb des Rollenpaars (9; 46, 47; 74, 76) angeordnete Drahtführung (5, 6; 41-46; 66-69) die Drahtelektrode (1) ohne plastische Verformung bis an das Rollenpaar (9) herangeführt und zur Erzielung der wellenförmigen Biegungen der Drahtelektrode um eine parallel zu den Längsachsen des Rollenpaars verlaufende Schwingachse (44,46; 61) schwingt

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Drahtführung ein mitschwingen- des,gleichmäßig gebogenes Führungsrohr (5;69;89) für die Drahtelektrode (1) aufveist dessen mit einem Zuführrohr (4; 62; 82) fluchtendes Einlaufende auf die Schwingachse (61) zentrrrt ist und dessen Mündung (70; 90) etwa senkrecht zur Ebene der beiden Längsachsen des Rollenpaars (9; 74, 76) verläuft

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem länglichen freien Querschnitt des Kontaktführungsrohres, dadurch gekennzeichnet, daß die längere Querschnitts-Achse der Führungsbohrung (16) schräg zur Schweißrichtup.3 verläuft.