-
Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen in mehreren Schweiß-
-
gängen Die Erfindung bezieht sich auf Lichtbogenschweißen und insbesondere
auf ein Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Grobblech in mehreren Schweißgängen
mit abschmelzender Elektrode und mit schmaler Schweißnahtfuge, bei welchem die ursprüngliche
Einspannlänge der abschmelzenden Elektrode größer als die Tiefe der Schweißnahtfuge
festgelegt wird, während die Stromzuführung, durch die die abschmelzende Elektrode
hindurchgeführt wird, über der Schweißverbindung angeordnet wird.
-
Die Erfindung läßt sich bei der Herstellung von Schweißkonstruktionen
aus Grobblech und Nichteisenmetallen einsetzen.
-
Eines der wichtigen Probleme, die bei der Herstellung von Schweißkonstruktionen
aus Grobblech und Nichteisenmetallen auftreten, ist die Verminderung der Schweißnahtquerschnitte
und somit die Verringerung der Menge des während der Schweißfugenvorbereitung zu
entfernenden Metalls und des in die Schweißfuge einzubringenden Schweißgutes.
-
Es ist ein Verfahren zum Schweißen von Grobblech mit einer V-förmigen
Nahtfuge bekannt.
-
Bei diesem Verfahren werden die Kanten von Platten oder Blechstreifen
beispielsweise auf spanabhebenden Werkzeugmaschinen über die ganze Dicke in einem
Winkel K bis 300C zur Senkrechten auf der Plattenoberfläche bearbeitet. Die beiden
so vorbereiteten Platten werden dann auf einem Sonderbett oder einem Gestell im
Stoß zusammengefügt, wobei ihre Fugenkanten so aneinander liegen, daß sie eine V-förmige
Nahtfuge bilden, deren Gesamtwinkel £+ K$~4 ist. Der auf solche Weise gebildeten
Nahtfuge wird eine Elektrode zugeführt, wobei als Elektrode zum Beispiel ein abschmelzender
Metalldraht dient.
-
Die Spannung wird den zu schweißenden Platten durch das Gestell und
der abschmelzenden Elektrode durch die Stromzuführung, durch welche die Elektrode
hindurchgeht, von einer Schweißstromquelle zugeführt. Der Schweißbogen wird gezündet,
während die Elektrode die zu schweißenden Platten berührt. Der Schweißvorgang wird
durchgeführt, indem die Elektrode entlang der auf die oben beschriebene Weise gebildeten
Nahtfuge geführt wird; die zu schweissenden Kanten der Platten werden niedergeschmolzen
und eine 4 bis 5 mm hohe Lage wird aufgeschweißt.
-
Bei großen Plattendicken wird in mehreren Schweißgängen gearbeitet,
wobei die Nahtfuge über die ganze Plattendicke in mehreren Einzellagen gefüllt wird.
Nach jedem Schweißgang wird der Schweißvorgang unterbrochen und die Stromzuführung
in eine Höhe angehoben, die der der Schweißgutlage gleich ist, um den Abstand zwischen
dem Elektrodenende, wo der Lichtbogen brennt, und der Stelle der Stromzuführung
zur Elektrode, dieser Abstand wird als Einspannlänge der Elektrode bezeichnet, für
die jeweilige Lage beim Aufbringen nachfolgender Lagen konstant zu halten.
-
Das bekannte Verfahren ist zur Ausführung der Schweißoperationen geeignet.
Mit der Dickenerhöhung des zu schweißenden Werkstoffs aber nimmt der Nahtquerschnitt
stark zu.
-
Tatsächlich ergibt es sich, daß die Menge des während der Schweißnahtvorbereitung
zu entfernenden Metalls und des in die Nahtfuge einzubringenden Schweißgutes Q proportional
dem Quadrat der Dicke 8 des zu schweißenden Werkstoffs ist, weil diese Menge durch
die Beziehung Q = g 2 tg Z bestimmt wird, worin g als Werkstoffdicke zur zweitenPotenz
erhoben wird.
-
Es ist ferner ein Verfahren zum Schweißen von Grobblech mit einer
X-förmigen Nahtfuge bekannt.
-
Bei diesem Verfahren werden die zu schweißenden Plattenkanten von
jeder Seite über die halbe Dicke in einem Winkel CC bis 300 zur Senkrechten auf
der Plattenoberfläche bearbeitet. Zwei so vorbereitete Platten werden dann auf einem
Sonderbett oder einem Gestell im Stoß zusammengefügt, wobei ihre Fugenkanten so
aneinander liegen, daß sie eine X-förmige Schweißnahtfuge bilden, deren Gesamtwinkel
von jeder Seite a+CC~ZaLbeträgt. Es wird von jeder Seite nacheinander geschweißt.
Das Schweißen jeder Seite ähnelt vollständig dem oben beschriebenen Schweißen in
die V-förmige Schweißnahtfuge. Die Menge des während der Schweißnahtvorbereitung
zu entfernenden Metalls und des in die Nahtfuge einzubringenden Schweißgutes ist
in diesem Falle um das zweifache kleiner als bei der V-förmigen Schweißnahtfuge.
Dieses Verfahren kann jedoch nur dann angewendet werden, wenn die beiden Seiten
des zu schweißenden Werkstückes zugänglich sind.
-
Es ist auch ein Verfahren zum Schweißen von Grobblech mit V-förmiger
Schweißnahtfuge bei einem Winkel CC zwischen 10 und 150 bekannt.
-
Bei diesem Verfahren werden die zu schweißenden Plattenkanten über
die ganze Dicke in einem Winkel M bis 150 zur Senkrechten auf der Plattenoberfläche
bearbeitet, wobei die Wurzel gewöhnlich eine Abrundung von etwa 5 mm Halbmesser
aufweist. Zwei so vorbereitete
Platten werden dann auf einem Sonderbett
oder einem Gestell im Stoß zusammengefügt, wobei ihre Fugenkanten so aneinander
liegen, daß sie eine V-förmige Schweißnahtfuge bilden, deren Gesamtwinkel Xt¢s2
bis 300 beträgt, wobei die Wurzel einen Halbmesser von 5 mm hat. Das Schweißen mit
dieser Nahtfuge ähnelt dem oben beschriebenen Schweißvorgang mit V-förmiger Nahtfuge
vollständig.
-
Die Menge des während der Schweißkantenvorbereitung zu entfernenden
Metalls und des in die Nahtfuge einzubringenden Schweißgutes ist hier kleiner als
im Falle der V- und X-förmigen Schweißnahtfugen. Aber wegen einer komplizierten
Fugenform ist hier der Prozeß der Schweißkantenvorbereitung komplizierter und das
Auffüllen der Schweißnahtfuge beim Schweißen bereitet Schwierigkeiten, weil die
Schweißnahtfuge beim Schweißen für die Elektrode schwer zugänglich ist.
-
Es ist weiter ein Verfahren zum Schweißen mit sogenannter schmalen
Schweißnahtfuge bei einem Winkel OC = 0 bekannt.
-
Bei diesem Verfahren werden die zu schweißenden Plattenkanten über
die ganze Dicke in einem Winkel von 900 zur Plattenoberfläche bearbeitet. Zwei so
vorbereitete Platten werden dann auf einem Sonderbett oder einem Gestell im Stoß
zusammengefügt, wobei ihre Fugenkanten mit einem Luftspalt b zueinander liegen,
dessen Größe von der Dicke der zu schweißenden Platten abhängt.
-
Bei 100 mm Plattendicke ist dieser Luftspalt beispielsweise 13 mm
groß. Das Schweißen dieser Nahtfuge ähnelt in diesem Fall dem oben beschriebenen
Schweißvorgang mit V-förmiger Nahtvorbereitung vollständig.
-
Bei diesem Schweißverfahren ist die Menge des während der Kantenvorbereitung
zu entfernenden Metalls und des in die Nahtfuge einzubringenden Schweißgutes am
kleinsten gegenüber den oben betrachteten Verfahren zum Schweißen mit der V-, X-
und U-förmiger
Nahtfuge; die Menge nimmt mit erhöhter Dicke des
zu schweißenden Werkstoffs nicht so stark zu, weil sie durch die Beziehung Q = 8.
# bestimmt wird, worin 9 als Metalldicke in der ersten Potenz und nicht in der zweiten
Potenz wie in den drei oben betrachteten Fällen in die Formel eingeht; b als Luftspaltbreite
ist eine konstante Größe und ändert sich mit der Dickenerhöhung nur in geringem
Maße.
-
Nachteilig wirkt sich beim letztgenannten Verfahren die Tatsache aus,
daß es besonders kompliziert hinsichtlich der Ausführung ist, weil die Lagen hier
im Unterschied zu den oben betrachteten Verfahren in einem Raum geformt werden,
welcher durch drei Oberflächen begrenzt ist, wobei jede Nahtlage beim Arbeiten in
mehreren Schweißgängen über allen diesen Oberflächen gebunden werden soll.
-
Gegenüber den oben betrachteten Verfahren werden dadurch höhere Anforderungen
an die Genauigkeit der Wiedergabe von Schweißvariablen Schweißstromwert, Lichtbogenspannung,
Schweißgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit des Elektrodendrahtes gestellt.
Es ist außerdem notwendig, die Einspannlänge des Elektrodendrahtes genauer als bei
den oben beschriebenen Verfahren zum Schweißen mit V-, X- und U-förmiger Schweißnahtfuge,
wo die Einzellagen unbehindert geformt werden, konstant zu halten.
-
Die Schweißspannung U1 ist nämlich die Summe von zwei Bestandteilen,
und zwar Spannungsabfall UE in der Einspannlänge der Elektrode in dem zwischen der
Stromzuführung und dem Lichtbogen liegenden Elektrodenteil und Spannungsabfall im
Lichtbogen UL, d.h. U1 = UE + UL hängt von der Einspannlänge der Elektrode ab; deshalb
soll die Einspannlänge der Elektrode konstant gehalten werden, damit U bei U1 =
const erhalten bleibt.
-
L Das genannte Verfahren weist ebenfalls den Nachteil auf, daß das
Heben der Stromzuführung nach jedem Schweißgang zu unproduktiven
Zeitverlusten
führt und daß das Schweißgerät mit einem Mechanismus für vertikale Bewegung ausgestattet
werden muß, was es kompliziert macht, insbesondere dann, wenn die Notwendigkeit
entsteht, diesen Prozeß zu automatisieren.
-
Zweck der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen
von Grobblech in mehreren Schweißgängen mit abschmelzender Elektrode und mit schmaler
Nahtfuge zu entwickeln, welches die Durchführung eines hochproduktiven Prozesses
ermöglicht, bei welchem die Höhenstellung der Stromzuführung beim Übergang von der
einen Lage zu der anderen während des Auffüllen der Mehrlagennaht nicht korrigiert
werden soll.
-
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schweißen bei einer mit jedem Schweißgang
kleiner werdenden Einspannlänge der abschmelzenden Elektrode und der unveränderlichen
Höhenstellung der Stromzuführung durchgeführt wird, wobei mit der Verminderung der
Einspannlänge der abschmelzenden Elektrode die der Stromzuführung zugeführte Spannung,
die Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Elektrode und die Schweißgeschwindigkeit
herabgesetzt werden.
-
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, den Schweißvorgang und
die dabei verwendeten Schweißgeräte zu vereinfachen, weil der Schweißvorgang nur
nach elektrischen Parametern, die mittels unkomplizierter elektronischer Systeme
leicht zu kontrollieren und automatisieren sind, geregelt und eingestellt wird und
weil die Notwendigkeit, den Schweißvorgang je nach der Einspannlänge der Elektrode
zu regeln, ausgeschlossen wird, zumal
die Kontrolle und automatische
Konstanthaltung der Einspannlänge der Elektrode während des Schweißvorgangs in mehreren
Schweißgängen verhältnismäßig schwierig ist.
-
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 die
Ausgangsstellung der Stromzuführung zur Elektrode und die der Fugenkanten beim Schweißen
der ersten, unteren Lage, Fig. 2 dieselbe Stellung der Stromzuführung zur Elektrode
und zu den Schweißstückkanten in einem Zeitpunkt, in welchem die halbe Nahtfuge
aufgefüllt ist, und Fig. 3 dieselbe Stellung der Stromzuführung zu den Schweißstückkanten
während der Ausführung des letzten, oberen Schweißgangs.
-
Das Verfahren zum Lichtbogenschweißen in mehreren Schweißgängen besteht
darin, daß die zu schweißenden Kanten der Platten 1 gemäß Fig. 1 über die ganze
Dicke in einem Winkel von 900 zur Oberfläche der Platte 1 bearbeitet werden. Zwei
so vorbereitete Platten 1 werden dann auf einem Sonderbett oder einem Gestell im
Stoß zusammengefügt, wobei ihre Fugenkanten mit einem bekannten Luftspalt b zueinander
liegen, dessen Größe von der Dicke der zu schweißenden Platten 1 abhängt. Bei 100
mm Dicke der Platten 1 ist dieser Luftspalt z.B. 13 mm groß. Um die erste Lage bequem
einbringen und den Bogen zünden zu können, wird z.
-
B. eine Unterlage 2 benutzt, die aus Stahl oder Kupfer besteht und
gekühlt wird. Über den zu schweißenden Platten 1 ist eine Stromzuführung 3 angebracht,
durch welche eine abschmelzende Elektrode 4 hindurchgeführt wird. In die auf die
beschriebene
Weise geformte Schweißnahtfuge wird die abschmelzende
Elektrode 4 eingeführt, wobei als solche beispielsweise ein abschmelzender Metalldraht
dient; die ursprüngliche Einspannlänge 11 der Elektrode wird zumindest um 10 mm
größer als die Tiefe der schmalen Nahtfuge festgelegt. Das Schweißen erfolgt unter
Schutzgasatmosphäre.
-
Von einer in der Zeichnung nicht gezeigten Schweißstromquelle wird
eine Spannung an die zu schweißenden Platten 1 über das Gestell und an die abschmelzende
Elektrode 4 über die Stromzuführung 3, durch die die Elektrode 4 hindurchgeführt
wird, angelegt. Der Schweißbogen wird dadurch gezündet, daß die abschmelzende Elektrode
4 die Unterlage 2 berührt. Der Schweißvorgang wird durchgeführt, indem die abschmelzende
Elektrode 4 entlang der Nahtfuge bewegt wird. Die zu schweißenden Kanten der Platten
1 werden niedergeschmolzen und eine etwa 4 bis 5 mm hohe Füllage wird aufgeschweißt.
-
Bei großen Plattendicken wird in mehreren Schweißgängen geschweißt,
wobei die Nahtfuge über die ganze Dicke der Platten 1 in mehreren Lagen aufgefüllt
wird.
-
Der Schweißvorgang in mehreren Schweißgängen in die schmale Nahtfuge
nach dem beschriebenen Verfahren wird kontinuierlich durchgeführt, bis der ganze
Fugenquerschnitt aufgefüllt wird.
-
Falls eine Naht von geschlossenem Profil, beispielsweise eine Rundnaht,
ausgeführt wird, so wird dabei ununterbrochen in einer Richtung geschweißt. Ist
die Naht von nicht geschlossenem Profil, zum Beispiel geradlinig, so wird die Schweißrichtung
nach jedem Schweißgang umgekehrt, ohne daß der Schweißvorgang unterbrochen wird.
-
Die genannte Verfahrensweise schließt die Möglichkeit nicht aus, das
Schweißen mit Unterbrechungen nach der Ausführung beliebiger
Lagenzahl
durchzuführen, wenn das beschriebene Verfahren zum kontinuierlichen Füllen der Nahtfuge
aus irgendwelchen Gründen, beispielsweise aus technologischen Gründen, unerwünscht
oder unmöglich ist. Auch im letztgenannten Falle ist eine Neueinstellung des Schweißgeräts
nach der Einspannlänge der Elektrode nicht erforderlich.
-
In dem Maße, wie die spaltförmige Nahtfuge in Lagen gefüllt wird und
die Einspannlänge (12, 13) der abschmelzenden Elektrode 4 gemäß Fig. 2 und 3 somit
spontan vermindert wird, hält man die Lichtbogenspannung konstant auf Kosten der
Herabsetzung der zur Stromzuführung 3 zugeführten Spannung nach jedem Schweißgang
oder nach zwei bis sechs Schweißgängen je nach der erforderlichen Genauigkeit der
Betriebsführung beim Schweißen.
-
Die Notwendigkeit, die genannte Bedingung einzuhalten, ergibt sich
aus folgender Tatsache. Die Schweißspannung U1 ist die Summe von zwei Bestandteilen,
und zwar Spannungsabfall UE in der Einspannlänge der abschmelzenden Elektrode 4
und Spannungsabfall im Lichtbogen UL, d.h. U1 = UE + UL.
-
Beim Schweißen mit gleichbleibender Einspannlänge ist U1 konstant.
-
Beim Schweißen nach dem beschriebenen Verfahren nimmt die Einspannlänge
der abschmelzenden Elektrode 4 nach jedem Schweißgang ab, was bei U1 = const zur
spontanten Erhöhung des Bestandteils UL führt. Die Erhöhung der Bögen spannung UL
vergrößert die Bogenlänge. Diese Tatsache verändert die Lagenform, ruft einen übermäßigen
Einbrand an Seitenflanken der spaltförmigen Nahtfuge der Platten 1 hervor und führt
zu Ausschuß. Im Falle der Verminderung von UE kann UL nur dann konstant gehalten
werden, wenn die gesamte Schweißspannung herabgesetzt wird.
-
Diese Herabsetzung der Spannung wird ohne Unterbrechung des
Schweißvorgangs
vorgenommen.
-
Genauso verfährt man auch mit der Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden
Elektrode 4 - man vermindert sie - weil der Erwärmungsgrad der abschmelzenden Elektrode
4 durch Joulesche Wärme verkleinert wird, während die Einspannlänge der abschmelzenden
Elektrode 4 mit der Erhöhung der Lagenzahl abnimmt, was bei Schweißstrom I1 = const
zur Verringerung der Schmelzgeschwindigkeit führt. Die Verminderung der Vorschubgeschwindigkeit
der abschmelzenden Elektrode 4 erfolgt ohne Unterbrechung des Schweißvorgangs.
-
Im folgenden sind einige Beispiele zum Schweißen aufgeführt.
-
Beispiel 1 Schweißen mit schmaler Schweißnahtfuge von Platten 1 aus
50 mm dickem Blech. Als abschmelzende Elektrode 4 dient ein Stahldraht von 3 mm
Durchmesser, als Gas ein Ar-C02-Gemisch in einem Verhältnis von 1:1.
-
Die ursprüngliche Einspannlänge l1 der Elektrode 4 beträgt 70 mm.
-
Aus den Bedingungen des stabilen Brennens des Lichtbogens und der
Nahtformung in der schmalen Nahtfuge beträgt der schweiß strom I1 550 bis 600 A,
die Schweißspannung U1 38 bis 40 V, die Vorschubgeschwindigkeit Vv der Elektrode
4 300 bis 360 m/h, die Schweißgeschwindigkeit V1 35 bis 45 m/h, die Anzahl der Schweißgänge
10 bis 12. Der Verbrauch des Gasgemisches liegt zwischen 1200 und 1400 l/h. Anfänglich
beträgt die Spannung U1 40 V. Nach dem vierten Schweißgang wird die Spannung U1
auf 39 V und nach dem achten Schweißgang auf 38 V vermindert.
-
Nach jedem Schweißgang wird die Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden
Elektrode 4 so herabgesetzt, daß der Strom in dem durch die Schweißparameter gegebenen
Bereich liegt.
-
Untersuchungen von Makroschliffen der erhaltenen Schweißverbindungen
ergaben eine gute Nahtformung und -güte ohne Risse, Poren und Schlackeneinschlüsse.
-
Beispiel 2 Schweißen mit schmaler Nahtfuge von Platten 1 aus 100 mm
dikkem Blech. Als abschmelzende Elektrode 4 dient ein Stahldraht von 4 mm Durchmesser,
als Schutzgas ein Ar-C02-Gemisch in einem Verhältnis von 1:1.
-
Die ursprüngliche Einspannlänge der Elektrode 4 beträgt 130 mm.
-
Aus den Bedingungen des stabilen Brennens des Lichtbogens und der
Nahtformung in der schmalen Nahtfuge beträgt der Schweißstrom I1 650 A, die Schweißspannung
U1 35 bis 38 V, die Vorschubgeschwindigkeit Vv der Elektrode 4 100 bis 120 m/h,
die Schweißgeschwindigkeit V1 30 bis 35 m/h, die Anzahl der Schweißgänge 20 bis
23. Der Verbrauch des Gasgemisches macht 1400 bis 1800 l/h aus, die Spannung U1
liegt anfänglich bei 38 V. Nach der Ausführung des sechsten Schweißgangs wird die
Schweißspannung U1 auf 37 V, des zwölften Schweißgangs auf 36 V und des achtzehnten
Schweißgangs auf 35 V vermindert. Nach jedem Schweißgang wird die Vorschubgeschwindigkeit
der abschmelzenden Elektrode 4 so herabgesetzt, daß der Schweißstromwert in dem
durch die Schweißparameter gegebenen Bereich liegt. Dementsprechend wird die Schweißgeschwindigkeit
verringert.
-
Untersuchungen von Makroschliffen der erhaltenen Schweißverbindungen
ergaben eine gute Nahtformung und -güte ohne Risse, Poren und Schlackeneinschlüsse.
-
Beispiel 3 Schweißen mit schmaler Nahtfuge von Platten 1 aus 30 mm
dickem
Blech. Als abschmelzende Elektrode 4 dient ein Stahldraht
von 2 mm Durchmesser, als Schutzgas ein Ar-C02-Gemisch mit einem Verhältnis von
1:1.
-
Die ursprüngliche Einspannlänge 11 der abschmelzenden Elektrode 4
beträgt 40 mm.
-
Aus den Bedingungen des stabilen Brennens des Lichtbogens und der
Nahtformung in der schmalen Nahtfuge ergibt sich der Schweißstrom I1 von 360 bis
380 A, die Schweißspannung U1 30 bis 27 V, die Vorschubgeschwindigkeit Vv der abschmelzenden
Elektrode 4 360 bis 450 m/h, die Schweißgeschwindigkeit V1 30 bis 40 m/h, die Anzahl
der Schweißgänge 10 bis 11. Der Verbrauch des Schutzgasgemisches macht 900 bis 1200
l/h aus. Die Spannung U1 liegt anfänglich bei 30 V. Nach der Ausführung des vierten
Schweißgangs wird die Schweißspannung U1 auf 28 V, nach dem achten Schweißgang auf
27 V vermindert. Nach jedem Schweißgang wird die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode
4 so herabgesetzt, daß der Schweißstromwert in dem durch die Schweißparameter gegebenen
Bereich liegt. Dementsprechend wird die Schweißgeschwindigkeit vermindert.
-
Untersuchungen von Makroschliffen der erhaltenen Schweißverbindungen
ergaben eine gute Nahtformung und -güte ohne Risse, Poren und Schlackeneinschlüsse.
-
Leerseite