DE2713064B2 - Verfahren zum Gleichstrom-Lichtbogenschweißen von Rohr-Längsnähten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Gleichstrom-Lichtbogenschweißen von Rohr-Innenlängsnähten mit abschmelzender Elektrode am Pluspol (Anode). Durch diese Verbesserung wird eine saubere und solide Schweißnaht ohne Schweißfehler erzielt.

Beim Längsnahtschweißen von Stahlrohren wird auf die in F i g. 1 schematisch dargestellte Weise im Normalfall eine Innenschweißniaschine verwendet, die mit einem Elektrodenhalter 1 am freien Ende eines Auslegers 2 versehen ist, dessen Länge zumindest derjenigen des zu schweißenden Rohlings entspricht. Das Ende des Auslegers 2 ist dabei an einem Schlitten oder Wagen 4 befestigt, und der Ausleger 2 wird im voraus in den Rohrrohling 3 eingeführt. Zum Längsnahtschweißen des Rohlings 3 von seiner Innenseite her längs der Fuge mittels einer durch den Elektrodenhalter 1 zugeführten abschmelzenden Elektrode 5 wird der Ausleger 2 mittels des Wagens 4 zusammen mit einem Schweißkabel 9 zur Zufuhr von Schweißstrom zur Schweißelektrode 5 auf die in F i g. 1 durch den Pfeil angedeutete Weise im Sinne einer Herausziehbewegung aus dem Rohling 3, d. h. in Schweißrichtung, bewegt. In Fig. 1 ist eine Innenschweißmaschine mit einem vorlaufenden und einem nachlaufenden Elektrodenhalter 1 und zwei Schweißelektroden 5 dargestellt. Die Schweißmaschine kann jedoch auch nur einen einzigen Elektrodenhalter mit einer Schweißelektrode oder aber mehr als zwei Elektrodenhalter mit einer entsprechenden Zahl von Schweißelektroden aufweisen.

Wenn beim geschilderten, bisher üblichen Schweißen eines Rohrrohlings ein in der vergrößerten schematischen Teilansicht von F j g. 2 gezeigtes Schweißverfahren angewandt wird, bei dem elektrischer Gleichstrom als Schweißstrom und eine abschmelzende Schweißelektrode als Anode verwendet wird, wird der Schweißlichtbogen 6 der Schweißelektrode 5 auf die in F i g. 2 durch den Pfeil anggedeutete Weise entgegengesetzt zur Schweißrichtung abgelenkt, wobei er eine solche Form annimmt, als würde er in das geschmolzene Metall 7 hineingezogen werden. In dieser Form wird der an der Spitze der Elektrode 5 gebildete Plasmastrahl ebenfalls zum geschmolzenen Metall 7 hin abgelenkt, so daß er auf dieses als dynamischer Druck einwirku

Hierdurch wird die Schmelze 7 entgegengesetzt zu > Schweißrichtung zurückgedrückt. Infolgedessen bleibt der Bereich unter der Schweißelektrode 5 unaufgeschmolzen, so daß Schweißfehler, z. B. in Form einer Unterhöhlung des Schweißwulsts eines welligen Schweißwulsts und eines mangelhaften Einbrandes,

i'i auftreten. Außerdem führt das häufige Auftreten von Blasen und Spritzern zu einem beeinträchtigten Aussehen des Schweißwulsts. Wenn der Schweißlichtbogen 6 auf die geschilderte Weise abgelenkt wird, schmilzt zudem die Schweißelektrode 5 nur von einer

ι ·> Seite her ab, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist.

Unter diesen Bedingungen kann die Übertragung der Schmelztröpfchen von der Schweißelektrode 5 nicht als vorteilhafte Sprühübertragung bezeichnet werder., vielmehr erfolgt sie in einer ungünstigen Mischform von

-'» Kugelübertragung und Kurzschlußübertragung. Infolgedessen werden mit einem knackenden Kurzschlußgeräusch grobe Schweißguttropfen verspritzt und auf der Schweißwulst- und Werkstückoberfläche abgelagert, was zu einem beeinträchtigten Aussehen führt. Noch

·"> '· ungünstiger ist dabei, daß diese Spritzer sich auch an der Öffnung in der Spitze der nicht dargestellten Schutzgasdüse am Elektrodenhalter absetzen, wodurch die Schutzgasabschirmung gestört und ein Luftzutritt ermöglicht wird. Unter diesen Bedingungen kann sich

<" die Durchführung der Schweißarbeit als praktisch unmöglich erweisen.

Die erwähnte Ablenkung des Schweißlichtbogens in einer Richtung entgegengesetzt zur Schweißrichtung sowie die davon herrührenden Schweißfehler treten

^r> allerdings nicht nur beim bisher üblichen Schutzgas-Lichtbogenschweißen, sondern auch beim Lichtbogenschweißen unter Pulver und mit Gleichstrom als Schweißstrom auf. In beiden Fällen hat es sich als schwierig erwiesen, eine saubere, einwandfreie

4» Schweißnaht ohne Schweißfehler zu erz'elen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten Verfahrens für das von der Rohrinnenseite her längs einer Fuge erfolgende Längsnahtschweißen an einem Stahlrohrrohling nach dem Schutzgaslichtbo-

⁴^ genschweißverfahren mit elektrischem Gleichstrom und mit einer abschmelzenden Elektrode als Anode, womit eine einwandfreie Schweißnaht herstellbar sein soll.

In diesem Zusammenhang bezweckt die Erfindung die Verhinderung eines magnetischen Wegblasens oder

^r>l> Ablenkens des Schweißlichtbogens in einer Richtung entgegengesetzt zur Schweißrichtung. Weiterhin sieht die Erfindung das Ablenken des Schweißlichtbogens in der Schweißrichtung vor.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schweißstrom der Elektrode in Schweißrichtung zugeführt wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung eines bisher angewandten Verfahrens für das vom Rohrinneren her längs einer Fuge erfolgende Längsnahtschweißen bei einem Rohrrohling sowie einer

ί>5 Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

F i g. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, schematische Teilansicht zur Darstellung eines Schweißvorgangs beim bisher angewandten Schul/gas-

lichtbogenschweißen mit elektrischem Gleichstrom md einer abschmelzbaren Elektrode als Anode,

Fig. 3 eine schematische Teilschnittansicht zur Veranschaulichung eines Schweißvorgangs beim von innen her längs einer Fuge erfolgenden Längsnahtschweißen an einem Rohrrohling nach dem bisher üblichen Schutzgaslichtbogenschwei.ßen,

Fig.4A und 4B Vektordiagramme zur Darstellung der Beziehung zwischen der Richtung des durch einen Schweißlichtbogen fließenden elektrischen Strom¹: der Magnetisinrungsrichtung an der Fuge des Rohlings für geschweißtes Stahlrohr und der Richtung der beim erwähnten, bisher angewandten SchweiDverfahren auf den Schweißlichtbogen einwirkenden Kraft,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.6 eine Fig.5 ähnelnde Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels, und

F i g. 7 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, schematische Teilansicht zur Veranschau.ichung eines Schweißvorgangs beim erfindungsgemäOen Verfahren.

Es wurden ausgedehnte Untersuchungen mit dem Ziel der Klärung der grundsätzlichen Ursachen für unregelmäßige Schweißwülste und andere Schweißfehler, wie Unterhöhlungen des Schweißwulsts, Welligkeit im Schweißwulst, mangelnde Verschmelzung des Grundmetalls und Spritzerbildung, angestellt, wie sie beim eingangs umrissenen, bisher angi wandten Schweißverfahren zu beobachten sind. Aufgrund dieser Untersuchungen hat es sich gezeigt, daß diese Mangel der Ablenkung eines Plasmastrahls in Richtung auf das geschmolzene Metall der Aus- oder Ablenkung .des Schweißlichtbogens zuzuschreiben sind, und daß die Ablenkung des Schweißlichtbogens durch Magnetkraftlinien hervorgerufen wird, die durch den zum Schweißen benutzten, durch ein in den Rohrrohling eingeführtes Schweißkabel fließenden elektrischen Gleichstrom erzeugt werden.

Bei dem erläuterten, bisher angewandten Verfahren fließt auf die in der Teilschnittdarstellung von Fig. 3 veranschaulichte Weise ein über ein Schweißkabel 9 in den Rohling 3 eingeführter Gleichstrom entgegengesetzt zur Schweißrichtung. Infolgedessen werden durch den Gleichstrom, von der rechten Seite von F i g. 3 her gesehen, im Uhrzeigersinn verlaufende magnetische Kraftlinien 10 erzeugt, so daß sich um das Schweißkabel 9 herum ein starkes magnetisches Feld ausbildet. Hierdurch wird der Rohrrohling 3 durch das Magnetfeld in derselben, in; Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung wie derjenigen des magnetischen Kraftfelds 10 stark magnetisiert, wobei an der Fuge des Rohlings 3 ein starker magnetischer Streufluß entsteht und in der Fuge ein starkes Magnetfeld hervorgerufen wird. Beim Verschweißen einer Fuge, in welcher ein derartiges starkes Magnetfeld herrscht, wird der SchwHßlichtbogen einer abschmelzenden Elektrode 5, der einen Strom geladener Teilchen darstellt, durch dieses starke Magnetfeld an der Fuge abgelenkt. Diese Erscheinung wird als magnetisches Blasen des Lichtbogens bezeichnet.

Die Beziehung zwischen der Richtung des durch einen Schweißlichtbogen fließenden elektrischen Stroms, der Magnetisierungsrichtung an der Fuge eines Rohrrohlings und der Richtung der an der Fuge auf den .Schweißlichtbogen einwirkenden Kraft ist in den Vektordiagrammen gemäß den F i g. 4A und 4B veranschaulicht. In diesen Figuren sind mit A die Richtung des elektrischen Stromflusses im Schweiß

lichtbogen 6 durch die Schweißelektrode, mit B die Magnetisierungsrichtung an der Fuge des Rohlings 3. mit C die Schweißrichtung und mit Fdie Richtung der auf den Schweißlichtbogen 6 einwirkenden Kraft bezeichnet. Gemäß Fig.4A und 4B entspricht die Richtung F der auf den Schweißlichtbogen 6 einwirkenden Kraft der Richtung des durch das Schweißkabel 9 fließenden, zum Schweißen benutzten Gleichstroms (vgl. Fig.3), und diese Richtung liegt entgegengesetzt zur Schweißrichtung C Wie in Verbindung mit F i g. 2 beschrieben, wird der Schweißlichtbogen 6 infolgedessen entgegengesetzt zur Schweißrichtung C abgelenkt, wodurch die vorher geschilderten Schweißfehler entstehen.

Die auf der Grundlage der genannten Untersuchungen entwickelte Erfindung ermöglicht die Verhinderung des magnetischen Blasens des Schweißlichtbogens in die der Schweißrichtung entgegengesetzte Richtung, so daß eine saubere und fehlerfreie Schweißnaht erhalten wird.

Wie in der schematischen Darstellung von F i g. 5 gezeigt, wird ein Rohling 3 von der Innenseite her einer Längsnahtschweißung längs einer Fuge in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung unterworfen. Zu diesem Zweck wird eine abschmelzende Elektrode, die durch einen Elektrodenhalter 1 zugeführt wird, benutzt, wobei ein Ausleger 2, dessen Länge zumindest gleich derjenigen des Rohrrohlings 3 ist und der an seinem gehalterten Ende ar einem Wagen oder Schlitten 4 befestigt ist und an seinem freien Ende den Elektrodenhalter 1 trägt, zusammen mit einem Schweißkabel 9 zur Zufuhr des elektrischen Gleichstroms für das Schweißen mit Hilfe des Wagens 4 in den Rohrrohling 3 eingeführt wird. Gemäß Fig. 6 kann wahlweise der Ausleger 2 in voraus mittels des Wagens 4 in den Rohling 3 eingeführt werden, während das Schweißkabel 9 von der anderen Seite her in den F<ohling 3 eingeführt wird. Hierauf wird der Rohrrohling 3 in der durch den Pfeil P angedeuteten Richtung mittels der Schweißelektrode 5 längs der Fuge geschweißt, während der Ausleger 2 durch den Wagen 4 aus dem Rohling 3 herausgezogen wird. In den F i g. 5 und 6 sind eine Stromquelle 1' mit Polen ( + , —) sowie die Hinleitung 9 und eine Rückleitung 9' für den Schweißstrom gezeigt.

Bei diesem Verfahren gemäß der Erfindung ist die Fließrichtung des Schweißstroms durch das in den Rohrrohling eingeführte Schweißkabel stets identisch mit der Schweißrichtung. Hierdurch wird das Risiko für ein magnetisches Ablenken des Schweißlichtbogens entgegengesetzt zur Schweißrichtung völlig ausgeschaltet, so daß die dadurch bedingten unregelmäßigen Schweißwülste und Schweißfehler vermieden werden.

Bei den erwähnten Verfahren gemäß der Erfindung wird der Schweißlichtbogen magnetisch in Schweißrichtung abgelenkt. Dies hat jedoch im Gegensatz zur magnetischen Ablenkung entgegengesetzt zur Schweißrichtung keinen ungünstigen Einfluß auf die Ausbildung der Schweißwülste, vielmehr werden hierdurch zufriedenstellende und vorteilhafte Ergebnisse erzielt. Wie speziell in F i g. 7 dargestellt ist, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der Schweißlichtbogen 6 an der Schweißelektrode 5 vor dem Schweißwulst her, also in Schweißrichtung abgelenkt, so daß der an der Spitze der Elektrode 5 entstehende Plasmastrahl ebenfalls in Schweißrichtung abgelenkt wird. Hierdurch wird eine giir.stige Vorwärmwirkung an dem zu schweißenden Teil erzielt. Da zudem die hinter der Schweißelektrode gebildete Schweißschmelze 7 durch den Plasmastrahl nicht gestört wird, können gleichmäßige Schweißvor-

gängc durchgeführt werden, so daß auch die Schweißgeschwindigkcil erhöht werden kann.

Nachstehend ist die Erfindung in einem Beispiel erläutert:

Beispiel

Bei dem von der Innenseite her längs einer Fuge erfolgenden Längsnahtschweißen dreier Rohrrohlinge mit einer Wanddicke von 25,4 mm, einem Außenduichmesser von 122 cm und einer Länge von 12 m nach dem üblichen Schutzgaslichtbogenschweißverfahren unter Verwendung eines elektrischen Gleichstroms als Schweißstrom und einer abschmelzenden Elektrode als Anode wurde das anhand von Fig. 5 beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung auf einen ersten Rohling angewandt. Hierbei wurde der Rohling 3 von der Innenseite her mittels einer Schweißelektrode 5 längs einer Fuge geschweißt, wozu mittels eines Wagens 4 in den Rohling 3 ein Ausleger 2 eingeführt wurde, der an seinem freien Ende mit einem Elektrodenhalter 1, durch den die Schweißelektrode zugeführt oder vorgeschoben wird, mit Schweißkabel 9 versehen war.

Das abgewandelte, anhand von Fig. 6 beschriebene Verfahren wurde bei einem zweiten Rohrrohling durchgeführt, wozu ein entsprechender Ausleger 2 mit Elektrodenhalter 1 zur Zufuhr einer Schweißelektrode 5 am freien Ende im voraus in den Rohrrohling 3 eingeführt wurde, während ein Schweißkabel 9 an der vom Wagen 4 abgewandten Seite in den Rohling 3 eingeführt wurde. Sodann wurde der Rohling 3 längs der Fuge auf die beschriebene Weise geschweißt, während der Ausleger 2 mitteis ui_.> Wagens 4 aus dem Rohling 3 herausgezogen wurde.

Zu Vergleichszwecken wurde das bisher übliche.

außerhalb des Erfindungsrahmens liegende Verfahren gemäß F i g. 1 bei einem dritten Rohrrohling durchgeführt. Hierbei wurde ein Ausleger 2, der am freien Ende mit einem Elektrodenhalter 1 zur Zufuhr oder zum Vorschub einer Schweißelektrode 5 versehen war, zusammen mit einem Schweißkabel 9 im voraus in den Rohrrohling 3 eingeführt, worauf unter Rückziehbewegung des Auslegers 2 zusammen mit dem Schweißkabel 9 aus dem Rohling 3 mit Hilfe des Wagens 4 eine Innenlängsnahtschweißung längs der Fuge mit der Elektrode 5 durchgeführt wurde.

Bei der nach dem bisher angewandten Schweißverfahren hergestellten Schweißnaht waren nicht nur starke Sprii/erbildung unter Beeinträchtigung des Aussehens, sondern auch andere Schweißfehler, wie Unter höhlung des Schweißwulstes. Welligkeit des Schweißwulsts und mangelnde Verschmelzung des Grundnietalls zu beobachten. Auf diese Weise konnte also eine einwandfreie Schweißnaht nicht erzielt werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren hergestellten Schweißnähte besaßen dagegen ein ausgezeichnetes Aussehen, wobei im .Schweißwulst keinerlei Schweißfehler zu beobachten waren.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich nur auf den Fall, in welchem der Rohrrohling stillsteht und lediglich der mit dem Elektrodenhalter versehene Ausleger bewegt wird. Das für die Erfindung wesentliche Erforde-nis besteht jedoch darin, daß der Schweißstrom in Schweißrichtung fließt. Die Erfindung schließt also auch den Fall ein. daß sich der Rohrrohling bewegt, während der den Elektrodenhalter tragende Ausleger stillsteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum mechanisierten Gleichstrom-Lichtbogenschweißen von Rohr-Innenlängsnähten mit abschmelzender Elektrode am Pluspol (Anode), daduich gekennzeichnet, daß der Schweißstrom über das Schweißkabel (9) der Elektrode (5, 5) in Schweißrichtung (Pfeil P) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausleger (2) zusammen mit dem Schweißkabel in Schweißrichtung in den Rohrrohling hineingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Ausleger (2) vom einen Ende des Rohrrohlings (3) her in diesen eingeführt wird, daß das Schweißkabel (9) vom anderen Ende des Rohrrohlings (3) her in diesen eingeführt wird und daß das Schweißen in der Weise durchgeführt wird, daß der Ausleger (2) relativ zum Rohrrohiing (3) in Schweißrichtung (Pfeil P) aus diesem herausgezogen wird.