DE2722372C2

DE2722372C2 - Schweißgerät

Info

Publication number: DE2722372C2
Application number: DE2722372A
Authority: DE
Inventors: Seigo Hiramoto; Susumu Hoshinouchi; Kazumichi Machida; Masaru Amagasaki Okada; Wataru Shimada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1983-04-28
Also published as: US4162389A; JPS52140437A; JPS5913307B2; DE2722372A1

Description

2. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (11) eine nicht abschmelzende Elektrode ist

3. Schweißgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas ein Inertgas und das aktive Gas CO₂ oder O₂ ist.

25

35

40

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißgerät gemaß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das bei einer Auftragsschweißung auf einen metallischen Grundwerkstoff anwendbar ist.

Wenn beim Auftragsschweißen Lichtbogen mit nicht abschmelzenden Elektroden verwendet werden, wie beispielsweise unter Verwendung eines herkömmlichen Lichtbogens nach dem WIG-Verfahren, wird zumindest ein Einbrand von 700 bis 1000 μίτι verursacht und eine konvexe Schweißraupenform gebildet, auch wenn die Wärmebedingungen bestmöglich gesteuert werden.

F i g. 1 verdeutlicht in schematischer Ansichten ein herkömmliches Auftragsschweißverfahren und einen Querschnitt durch die damit erzielbare Schweißnaht.

Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Wolframelektrode, 2 eine Schutzdüse, 3 einen Schweißlichtbogen, 4 einen Schweißdraht, 5 einen metallischen Grundwerkstoff, 6 einen Oxidfilm auf der Oberfläche des Grundwerkstoffs 5, 7 eine Gleichstrom-Schweißstromversorgungseinrichtung mit fallender Kennlinie und gerichteter bzw. herkömmlicher Polung, 8 eine Auftragsschweißraupe, 9 eine Einbrandkerbe und 10 einen Riß.

Bei diesem herkömmlichen Auftragsschweißverfahren ist die Ausbildung der konvexen Auftragsschweißraupe 8 nachteilig. Wenn allerdings die Einbettung des Schweißmetalls durch Erhöhung des Schweißraupeneinbrandes vergrößert wird, wird die für das Auftragsmetall geforderte Eigenschaft geändert. Wenn es sich um eine Materialverbindung zur Bildung eines zwischenmetallischen oder getrennten bzw. geseigerten Verbundes handelt, sind Risse 10 die Folge. Beim Schweißen auf der Oberfläche eines Grundwerkstoffs, der einen Oxidfilm hat, wird unter gewissen Schweißbedingungen eine Einbrandkerbe 9 verursacht. Dies ist ebenfalls nachteilig. Die Form der Auftragschweißraupe kann verbessert werden, wenn ein weicher Plasmalichtbogen umgekehrter Polung verwendet wird.

Dies soll anhand Fig. 2 näher erläutert werden. In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen 11 eine was-

50

55

60

65 sergekühlte Kupferelektrode, 12 eine Plasmaduse, 13 ein Plasmagas, 14 ein Schutzgas 15 einen weichen Lichtbogen, 16 ein Flammenstrahlplasma, 17 Kathodenpunkte bzw. -spots und 18 eine Stromversorgungseinrichtung für das Schweißen, die den Strom in umgekehrter Polung an den weißen Lichtbogen 15 liefert

Auf einem Material mit kleiner Austrittsarbeit bzw. geringer Arbeitsfunktion, wie beispielsweise auf dem Oxidfilm 6 auf der Oberfläche des Grundwerkstoffs 5, bildet der Lichtbogen umgekehrter Polung Kathodenpunkte bzw. -spots und entfernt durch ein Reinigungsvorgang diese Verunreinigungen bzw. Fremdmoleküle, um die blanke Oberfläche des Grundwerkstoffs 5 freizulegen.

Im Vergleich mit dem Lichtbogen gerichteter bzw. herkömmlicher Polung hat die umgekehrte Polung allerdings die vorteilhafte Eigenschaft, für eine breitere bzw. gleichmäßigere Wärmeverteilung zu sorgen, wodurch aufgrund der Wärmequellencharakteristik die Auftragsschweißi aupe 8 mit relativ großer Bindung zum Grundwerkstoff erzeugt werden kann.

[m Grundwerkstoffs wird allerdings wegen der großen Wärmemenge und der großen Blaskraft des Flammenstrahlplasmas 16 des Lichtbogens 15 weiterhin ein relativ großer Einbrand verursacht. Für die Erzeugung von breiten Schweißraupen bietet die Verwendung eines Lichtbogens umgekehrter Polung dennoch Vorteile, da die Aufschmelzung des Grundwerkstoffs über einen breiteren Bereich erfolgt

Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, die sich zur Herstellung breiterer Schweißraupen eignet, ist in der US-PS 38 19 901 gezeigt Diese Schweißvorrichtung bildet den Ausgangspunkt der Erfindung. Weil zur Herstellung derart breiter Schweißraupen die Schweißelektrode oszillieren muß, weisen die mit diesem bekannten Schweißgerät erzeugbaren Schweißraupen oft eine gewellte Oberfläche auf, die für viele Einsatzfälle unerwünscht ist und eine mechanische Nachbearbeitung erforderlich macht.

Eine derartige Welligkeit der Oberfläche könnte verhindert werden, wenn der Lichtbogen mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz transversal schwingt. In einem Lichtbogen umgekehrter Polung ist aber die Verteilung der oben angesprochenen Kathodenpunkte gerade bei hohen Schwingungsfrequenzen nicht stetig, so daß der Lichtbogen in diesem Fall leicht instabil wird. Durch diese Instabilität des Lichtbogens, die zur Erzeugung einer glatten Schweißraupenoberfläche in Kauf genommen werden muß, sind die aufgetragenen Schweißraupen damit aber entweder schlecht mit dem Grundwerkstoff verbunden, oder der Grundwerkstoff weist aufgrund der zu hohen Energiedichte im Lichtbogen eine brüchige Schicht mit zerstörtem Rostschutz auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schweißgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß die breite Auftragsschweißraupe trotz niedrigem bzw. kleinem Einbrand eine starke Bindung zum Grundwerkstoff aufweist und gleichzeitig glatt ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst.

Durch die Regelung der Zumischrate des aktiven Gases in Abhängigkeit von der Schwingungsfrequenz der Wärmequelle, wird der Lichtbogen auch bei höchsten Schwingungsfrequenzen, durch die man wie oben aufgezeigt eine glatte Schweißraupe erhält, in jeder Phase

stabilisiert Dadurch wird in Verbindung mit der entsprechend dem Lichtbogenstrom geregelten Zufuhrgeschwindigkeit des Schweißdrahtes ein konstanter Einorand und gleichzeitig eine glatte Oberfläche der Schweißraupe erzielt. Erst die Konstanz des Einbrandes ermöglicht es, einen Kompromiß zwischen ausreichendem Einbrand und Beeinflussung von Eigenschaften des Grundwerkstoffs einzugehen, so daß dai erfindungsgemäße Schweißgerät eine Schweißraupe schafft, die bei starker Bindung zum Grundwerkstoff dessen Eigenschaften dennoch nicht zerstört

Aus der DE-OS 16 90 606 und aus der DE-OS 16 90 596 ist es bekannt, den Lichtbogenstrom und die Drahtvorschubgeschwindigkeit einander zuzuordnen. Allerdings ist in dieser Druckschrift über eine quantitative Beziehung nichts ausgesagt und die darin beschriebenen Schweißgeräte, die im übrigen mit einem Lichtbogen herkömmlicher Polung arbeiten, weisen keine in Querrichtung zur herzustellenden Schweißraupe oszillierende Elektrode auf, so daß die Herstellung breiterer Schweißraupen mit diesen bekannten Geräten nicht möglich ist

Aus der DE-OS 23 34 470 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung einer Lichtbogen-Auftragsschweißung bekannt, bei der zusätzlich ein zweiter Lichtbogen, der zwischen dem Zusatzdraht und der nicht abschmelzenden Elektrode brennt, vorgesehen ist. Mit diesem zweiten Lichtbogen soll die Auftragsmenge unabhängig von der Eindringtiefe variiert werden. Zwar ist in dieser Druckschrift die Lehre gegeben, die Stromquellen mit einer geeigneten Charakteristik zu steuern. Konkret ist jedoch nur die Lehre gegeben, daß die den Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Grundwerkstoff erzeugende Stromquelle eine fallende Spannungs-/Strom-Charakteristik aufweisen soll. Eine Zuordnung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit des Zusatzdrahtes und dem Lichtbogenstrom ist nicht angedeutet.

Zwar ist aus der DE-AS 12 15 278 ein Verfahren zum Schweißen mit abschmelzender Elektrode in einem Lichtbogen umgekehrter Polarität unter Schutzgas bekannt, bei dem die Kennlinie der Zufuhrgeschwindigkeit des Schweißzusatzwerkstoffs in Abhängigkeit vom Lichtbogenstrom einen in etwa exponentiellen Verlauf hat. Abgesehen davon, daß diese Regelung nicht zur Lösung der dem Anmeldungsgegenstand zugrundeliegenden Aufgabe dient, sondern den Zweck hat, die Elektrode in dauernder Kurzschlußberührung mit der Schweißstelle zu halten, ist dieser Druckschrift keinerlei Hinweis zur Regelung der Zumischrate des aktiven Gases zu entnehmen.

Aus der US-PS 28 47 555 schließlich ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens bekannt, bei dem ein drahtförmiger Schweißzusatzwerkstoff kontinuierlich in einem Lichtbogen umgekehrter Polarität, der zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und dem Grundwerkstoff brennt, unter Schutzgas nachgeführt wird. In dieser Druckschrift sind allerdings ebenfalls keine Hinweise enthalten, wie die eingangs beschriebenen Nachteile hinsichtlich der Stabilität des Lichtbogens bei der Ausbildung einer breiten Schweißraupe gelöst werden sollen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 3 ein Kennlinien-Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Schweißgerätes;

F i g. 4 und 5 jeweils Prinzipskizzen von Ausführungsformen des Schweißgerätes;

F i g. 6 ein Kennlinien-Diagramm 7ur Erläuterung des Schweißgerätes;

Fig.7 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform des Schweißgerätes; zur Darstellung der Arbeitsweise bei der Erzeugung breiterer Schweißraupen, F i g. 8 ein Kennlinien-Diagramm, zur Darstellung der Temperaturverteilung im Bereich des Grundwertstoffs, die mit der Vorrichtung gemäß F i g. 7 erzielbar ist,

Fig.9 eine Großaufnahme eines Schnitts durch die ίο Schweißraupe, wie sie durch Schweißen mit dem Schweißgerät herstellbar ist und erzeugt wurde,

F i g. 10,11 und 12 jeweils Prinzipskizzen zur Darstellung anderer Anwendungsbereiche für das neue Schweißgerät und

Fig. 13 ein Diagramm, in dem Ergebnisse eines Ermüdungsversuches dargestellt sind.

Das in F i g. 3 dargestellte Diagramm zeigt, daß die Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahtes gesteuert werden soll, um beim Auftragsschweißen von Stelliten (Hartmetallen) auf eine weiche Stahlplatte unter Verwendung eines weichen Plasmalichtbogens umgekehrter Polung einen geringen Einbrand zu erhalten, der beachtlich kleiner als derjenige herkömmlicher Schweißgeräte ist

In F i g. 3 legen die Kurvenlinien 19 bis 21 die Bedingungen zur Steuerung des Auftragschweißvorgangs fest

Im Bereich J zwischen den Kurvenlinien 19 und 20 sind die optimalen Bedingungen zur Erzielung der Auftragsschweißraupe 8 mit beachtenswert geringem Einbrand gegeben.

Vom Bereich b zwischen den Kurvenlinien 20 und 21 wird der Zustand beschrieben, bei dem die Wärmemenge des Lichtbogens gegenüber der Schweißdrahtmenge unzureichend ist, so daß die Auftragsschweißung zu einer geringeren Bindung führt.

Im Bereich c oberhalb der Kurvenlinie 21 links liegt der Zustand vor, bei dem ein Schmelzen des Schweißdrahtes nicht mehr möglich ist.

Im Bereich c/unterhalb der Kurvenlinie 19 rechts liegt der Zustand vor, bei dem der Grundwerkstoff 5 sichtbar geschmolzen ist und eine Auftragsschweißraupe 8 bildet, die den gleichen Einbrand wie eine herkömmliche Schweißraupe aufweist.

Es steht fest, daß der weiche Plasmalichtbogen umgekehrter Polung in der Mitte des weichen Lichtbogens 15 eine große Wärmemenge abgibt und eine große Blaskraft des Flammenstrahlplasmas 16 entwickelt, wodurch hauptsächlich zu dem Einbrand im Grundwerkstoff 5 so beigetragen wird.

Mit den Maßnahmen gemäß Patentanspruch 1 ist es allerdings möglich, die Auftragsschweißraupe 8 mit sehr geringem Einbrand auszubilden; dies geschieht durch Steuerung der Zuführgeschwindigkeit des Schmelzdrahtes 4 in Abhängigkeit von der Wärme des Flammenstrahlplasmas 16 die dem Schweißlichtbogenstrom entspricht, wobei die Wärme zum Schmelzen des Schweißdrahtes 4 dem Flammenstrahlplasma 16 entnommen wird.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform des Schweißgerätes, die dementsprechend arbeitet.

In Fig.4 bezeichnet das Bezugszeichen 22 den Schweißbrenner zur Erzeugung eines weichen Plasmalichtbogens umgekehrter Polung, 23 eine Vorrichtung zur Zuführung des Schweißdrahtes 4,24 eine Steuereinheit bzw. eine Regeleinrichtung für den einfachen Betrieb des Schweißgerätes, wobei die Regeleinrichtung einen variablen Widerstand aufweist, mit dem die Zu-

fahrgeschwindigkeit des Schweißdrahtes 4 und der Schweißlichtbogenstrom in dem zweckmäßigen Bereich a gemäß F i g. 3 steuerbar ist.

An Hand F i g. 5 wird die Auswirkung auf die Auftragsschweißung erläutert, wenn die oben angesprochene Regeleinrichtung 24 Verwendung findet.

Der Schweißdraht 4 reicht in das Flammenstrahlplasma 16 hinein und nimmt wirksam Wärme aus dem Plasma auf, so daß er schmilzt und herunterfällt bzw. tropft; er wird schnell auf der durch die Säuberung freigelegten blanken Metalloberfläche verteilt. Die Wärme wird an den Grundwerkstoff weitergegeben und bildet die Auftragsschweißraupe 8 mit einheitlichem und sehr niedrigem Einbrand bzw. kleiner Einbrandtiefe.

Die nachfolgende Tabelle zeigt bestimmte Beispiele der Zuführgeschwindigkeitssteuerung des Schweißdrahtes bei dem oben beschriebenen Schweißgerät, wobei als Grundwerkstoff ein Weichstahl SS 41 und als Schweißdraht ein Draht aus rostfreiem Stahl SUS 304 mit einem Durchmesser von 1,0 mm Verwendung fanden.

Tabelle

Lichtbogenstrom	Schweißdrahtzuführ-
	geschwindigkeit
[A]	[m/min.]
50	0,5 bis 1,5
100	1,0 bis 2,5
200	1,5 bis 3,0
300	2,0 bis 4,5
400	2,5 bis 6,0

Man erkennt deutlich den Zusammenhang, daß die Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts exponentiell mit dem Lichtbogenstrom geregelt wird.

Um zur Lösung der oben angegebenen Aufgabe eine Auftragsschweißraupe 8 erzeugen zu können, die einen sehr niedrigen Schmelzfluß bzw. flüssigen Zufluß und gleichzeitig eine starke Bindung aufweist, um eine breite und glatte Schweißraupe zu bilden, wird eine transversal schwingende Wärmequelle verwendet. Um aber auch bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten des Lichtbogens diesen stabilisieren zu können, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, eine kleine Menge aktives Gas wie beispielsweise CO2 oder O2 in Argongas als Schutzgas einzumischen.

Die Einmischung des aktiven Gases kann jedoch eine bruchartige Zerstörung des Schweißstückes und die Zerstörung der Antikorrosion bzw. des Rostschutzes bestimmter Materialien des Grundwerkstoffs verursachen. Folglich ist es notwendig, die Menge an aktivem Gas klein zu halten.

Zur Erzielung der glatten Auftragsschweißraupe 8 ist es notwendig, die Schwingungsgeschwindigkeit des Lichtbogens in Abhängigkeit von der Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit zu vergrößern. Die Menge des aktiven Gases sollte dabei in Abhängigkeit von der Vergrößerung der Schwingungsgeschwindigkeit erhöht werden.

Durch viele Versuche wurde herausgefunden, daß bei einer Erhöhung der Menge an aktivem Gas in Abhängigkeit von der Vergrößerung der Schwingungsgeschwindigkeit die Menge an aktivem Gas pro Längeneinheit des Schweißdrahtes nicht wesentlich höher wird, wodurch die vorbeschriebene Störung bzw. der vorbeschriebene Nachteil vermieden werden kann.

Zur Erläuterung dieses Zusammenhangs ist in F i g. 6 ein Diagramm gezeigt, in dem die Kurvenlinien 25 und 26 die Bedingungen zur Steuerung des Auftragsschweißvorgangs festlegen.

Innerhalb des Bereichs zwischen den Kurvenlinien 25 und 26 kann der beständige bzw. stabile weiche Lichtbogen 15 aufrechterhalten und ein brauchbares Auftragsschweißergebnis erhalten werden.

Im Bereich b unterhalb der Kurvenlinie 25 rechts ist die Menge an CO₂-GaS im Schutzgas für die Menge an Auftragsschweißmetall zu groß, wodurch eine brüchige Schicht des geschweißten Teils und eine Struktur mit zerstörtem Rostschutz gebildet werden.

Im Bereich c oberhalb der Kurvenlinie 26 links kann der weiche Lichtbogen 15 nicht mehr stabil gehalten werden.

Entsprechend diesen Versuchen wird eine Lichtbogenschwingbewegung mit hoher Geschwindigkeit und großer Breite vorgesehen, wobei die Menge an CO₂-Gas im Schutzgas geeignet so gesteuert wird, daß die Auflage der geschweißten Raupe 8 eine sehr glatte und breite Oberfläche erhält.

F i g. 7 zeigt schematisch eine Arbeitsweise im oben dargelegten Sinne, wobei die zu erzeugende Schweißraupe senkrecht auf der Zeichenebene steht. Das Schutzgas 27 weist einen Hauptanteil an inertem Gas, wie beispielsweise Ar oder He auf, der mit einem aktiven Gas, wie beispielsweise CO2 oder O2 in einer zur Stabilisierung des Lichtbogens erforderlichen minimalen Menge vermischt ist.

In der folgenden Tabelle ist ein Beispiel der Steuerung von im Schutzgas enthaltenen CO₂-GaS in Abhängigkeit von der Anzahl der Lichtbogenschwingungen gezeigt.

Tabelle

Zahl der	CO₂GaS
Schwingungen/	[Liter/min.]
[min-¹]	0,05 bis 0,15
50	0,10 bis 0,25
100	0,15 bis 0,35
150	0,20 bis 0,50
200	0,25 bis 0,70
250	0,30 bis 1,00
300

Als Grundwerkstoff wurde Weichstahl SS 41 und als Schweißmetall rostfreier Stahl SUS 304 verwendet. Die Schwingungsbreite betrug 30 mm, und als Schutzgas wurde Ar (15 Liter/min) verwendet, das mit konstanter Rate von (-) zugeführt und mit CO₂ vermischt wurde.

Wie erläutert, können die Aufheiz- bzw. Aufschmelzbedingungen auch bei großer Breite durch eine große Schwingungsgeschwindigkeit des Lichtbogens optimal gehalten werden, um die erwünschte glatte und breite Auftragsschweißraupe 8 zu erzeugen. Man erkennt aus der vorstehenden Tabelle, daß die Rate des beigemischten aktiven Gases (CO₂) geeigneterweise mit in etwa exponentiell Regelkennlinie in Abhängigkeit von der Schwingungsfrequenz des Lichtbogens gesteuert werden soll.
Mit dem vorstehend beschriebenen Schweißgerät, bei dem die Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahtes in Abhängigkeit vom Lichtbogenstrom gezielt steuerbar ist, die Elektrode Schwingungen ausführt und das aktive Gas im Schutzgas mit einer von der Schwingungsge-

schwindigkeit definiert abhängenden Rate enthalten ist, kann die Auftragsschweißraupe 8, die einen sehr niedrigen Einbrand eine glatte und breite Oberfläche und eine starke Bindung zum Grundwerkstoff aufweist, beständig bzw. stetig erhalten werden.

In dem in F i g. 8 gezeigten Diagramm sind Temperaturverläufe einander gegenübergestellt, die sich im Grundwerkstoff 5 einstellen wenn mit herkömmlichen Schweißgeräten und mit dem vorstehend beschriebenen Schweißgerät gearbeitet wird.

Die Linien 32 bis 34 zeigen die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Grundwerkstoffs 5 für den Fall einer Auftragsschweißung, bei der Schweißdraht durch unterschiedliche Lichtbögen mit nicht abschmelzenden Elektroden erwärmt wird.

In F i g. 8 gibt die Linie 32 den Temperaturverlauf für den Fall eines WIG-Lichtbogens, die Linie 33 den Temperaturverlauf für den Fall eines herkömmlichen Lichtbogens umgekehrter Polung, und Linie 34 den Temperaturverlauf für den Fall des oben erläuterten weichen Plasmalichtbogens umgekehrter Polung wieder; das Bezugszeichen 35 bezeichnet das Zentrum der Wärmequellen, 36 den Schmelzpunkt des Grundwerkstoffs 5 und 37 ein Säuberungsgebiet durch Ausbildung der Kathodenpunkte 17.

Aus F i g. 8 ist klar ersichtlich, daß bei dem herkömmlichen Auftragsschweißverfahren die Oberflächentemperatur des Grundwerkstoffs genau unterhalb des Lichtbogens beachtlich größer is als die Schmelzpunkttemperatur, wodurch das Auftreten des Einbrands hervorgerufen wird.

Demgegenüber ist bei dem vorstehend beschriebenen Schweißverfahren unter Verwendung des oben beschriebenen Schweißgerätes die Wärmeverteilung über einen breiteren Cereich vergleichmäßigt und die Oberflächentemperatur des Grundwerkstoffs 5 so gesteuert, daß durch direkte Erwärmung durch den weichen Lichtbogen 15 und das Flammenstrahlplasma 16 gerade ein Schmelzen oder An- oder halbes Schmelzen in dem breiten Gebiet erfolgt. Bei kontinuierlicher Zufuhr des geschmolzenen Schweißdrahtes 4 auf die Oberfläche wird der geschmolzene Schweißdraht mit großer Geschwindigkeit in dem gesäuberten Gebiet verteilt und die Wärme des Schweißdrahtes wird auf den Grundwerkstoff 5 übertragen, wodurch der geschmolzene Schweißdraht zu der glatten Auftragsschweißform mit ganz geringem Einbrand erstarrt

F i g. 9 zeigt eine Großaufnahme des Querschnitts der Schweißraupe, wie sie bei einer Stellit-Auftragsschweißung auf einen Weichstahl erzielt wurde.

Die Tiefe des Einbrandes ist so gesteuert, daß sie bei 50 bis 150 μπι liegt, wobei eine glatte Auftragsschweißung mit starker Bindung zum Grundwerkstoff erhalten wurde.

In den F i g. 10 bis 13 ist eine Lösungsmöglichkeit zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit eines geschweißten Eckteils einer Schweißverbindung gezeigt

Es ist bekannt, daß die Ermüdungsfestigkeit der Schweißverbindung gewöhnlich erheblich kleiner als die des glatten Grundwerkstoffs ist

Dieses Phänomen ist auf die durch die Verstärkung hervorgerufene Spannungsanhäufung und auf die Einbrandkerbe im Bereich der Schweißverbindung zurückzuführen.

Fig. 10 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Schnitt der Schweißverbindung, wobei das Bezugszeichen 38 ein Schweißmetall und 39 einen Grundwerkstoff bezeichnet der eine Kehlnaht-Schweißverbindung aufweist.

Es ist bekannt, daß — abhängend von der Spitzigkeit der Einbrandkerbe und des Schweißwurzelwinkels φ (Flankenwinkel φ) — die Spannungsanhäufung bzw. -konzentration größer und die Dauerfestigkeit kleiner wird.

Mit Handschweißverfahren oder mit halbautomatischen Schweißverfahren mit Kohlenstoffdioxid unter Verwendung eines Schweißdrahtes war es schwierig, die Ausbildung der Einbrandkerbe an der Schweißwurzel zu verhindern.

In F i g. 11 ist schematisch eine Schweißwurzel einer derartigen Verbindung gezeigt, die durch Auftragen einer Kupferlegierung ohne Schmelzen des Grundwerkstoffs mit einem Plasma-Schweißverfahren unter Verwendung eines weichen Lichtbogens umgekehrter Polung ausgebildet wurde; dabei wurde für den Schweißdraht 4 beispielsweise die Kupferlegierung, ein Metall verwendet, dessen Elastizitätsmodul kleiner als der des Grundwerkstoffs 39 und des geschweißten Metalls 38 war.

Es ist allgemein bekannt, daß die Dauer- bzw. Ermüdungsfestigkeit verbessert wird, wenn der Teil, in dem die Spannungshäufung auftritt, mit einem Material mit niedrigem Elastizitätsmodul bedeckt oder beschichtet wird.

Bei dem in F i g. 11 gezeigten Lösungsvorschlag wird die Zuführgeschwindigkeit des Schweißmetalls in Anlehnung an die vorstehenden Ausführungen so gesteuert und die große Schwingungsgeschwindigkeit so eingestellt bzw. ausgerichtet, daß eine glatte Auftragsschweißung mit geringem Einbrand erhalten wird, so daß die Spannungsanhäufung am Schweißfuß bzw. an der Schweißwurzel reduziert wird.

Bei dem in F i g. 12 gezeigten Beispiel wird das Metall des Grundwerkstoffs 39 für den Schweißdraht 4 verwendet und die Auftragsschweißung erfolgt unter Be- *■ dingungen, die in dem Bereich für das Schmelzen des Grundwerkstoffs gemäß Fig.3 gegeben sind, so daß dadurch beispielsweise die fehlerhafte Einbrandkerbe 9 wieder geschmolzen und eine glatte Schweißwurzel gebildet wird.

Die Kontur der Schweißwurzel wird daher sehr glatt und die Einbrandkerbe 9 wird in diesem Fall nicht ausgebildet, selbst dann nicht, wenn eine starke Oxid- oder Zunderschicht auf der Oberfläche des Grundwerkstoffs vorliegt

Es wurde ein Ermüdungsversuch durchgeführt, dessen Ergebnisse in Fig. 13 zu sehen sind. In dieser Figur bezeichnet A die Ermüdungs- oder Biegefestigkeitsgrenze einer kreuzförmig geschweißten Verbindung eines hochfesten Stahls mit ca. 800 N/mm² Zugfestigkeit, B bezeichnet die Biegefestigkeitsgrenze einer geschweißten Verbindung, bei der die Eck- oder Kehlnahi mit einem 500 N/mm²-Stahlschweißnaht unter Anwendung der oben beschriebenen Schweißvorrichtung hergestellt wurde, C bezeichnet die Biegefestigkeitsgrenze einer geschweißten Verbindung, die durch Schweißen der Schweißwurzel mit der Kupferlegierung in der glatten Form hergestellt wurde.

Ein Vergleich der Dauer-Festigkeiten bei 10⁶ Lastwechseln zeigt, daß durch Anwendung des oben beschriebenen Schweißverfahrens eine etwa 2,5 χ größere Dauer-Biegefestigkeit erzielt werden kann.

Die Anwendung des herkömmlichen WIG-Schweißverfahrens zur Bearbeitung von Ecken bzw. Kehlungen ist vorgeschlagen worden. Bei Anwendung des WIG- _ Schweißverfahrens bei einem mit einer Oxidhaut verse-

henen Grundwerkstoff kann aber wieder die feine Einbrandkerbe entstehen. Darüber hinaus ist die Streuung der Biegefestigkeitswerte relativ groß, was durch den Bereich D in F i g. 13 zum Ausdruck gebracht wird, die Zuverlässigkeit einer derartigen Schweißverbindung ist demnach klein.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

10 Patentansprüche:

1. Schweißgerät zum Schweißen eines Grundwerkstoffes, bei dem eine Zufuhreinrichtung einen Schweißzusatzwerkstoff in einen weichen Plasmalichtbogen umgekehrter Polung zuführt, der zwischen einer Schwingungen ausführenden Elektrode und dem Grundwerkstoff ausgebildet ist, und bei dem einem Schutzgas ein aktives Gas beigemischt ist. dadurch gekennzeichnet, daß als Schweißzusatzwerkstoff ein Schweißdraht (4) vorgesehen ist, dessen Zufuhrgeschwindigkeit durch eine Regeleinrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Lichtbogenstrom mit etwa exponentieller Regelkennlinie regelbar ist, und daß die Rate des aktiven Gases in Abhängigkeit von der Schwingungsfrequenz mit etwa exponentieller Regeikennlinie regelbar ist.