DE2823293C2

DE2823293C2 - Verfahren und Einrichtung zur Schweißverbindung von aus Metallblechen bestehenden Werkstücken durch Parallellichtbogenschweißen

Info

Publication number: DE2823293C2
Application number: DE2823293A
Authority: DE
Inventors: Thomas Joseph Middleburgh Heights Ohio Black; Victor Young University Heights Ohio Matthews; Robert Charles Gates Mills Ohio Shutt
Original assignee: Lincoln Electric Co
Current assignee: Lincoln Electric Co
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1978-05-27
Publication date: 1985-03-28
Also published as: CA1093159A; IT1102505B; FR2392759A1; JPS53149144A; IT7849145A0; AU517120B2; BR7803427A; NL7804591A; JPS56137872U; DK217578A; AU3647878A; SE7805112L; GB1579700A; SE441907B; FR2392759B1; DE2823293A1

Description

Die Erfindung betrifft ein VerfahniP zur Schweißverbindung der im Fugenabstand angeordneten Kanten von aus Metallblechen bestehenden Werkstücken durch Parallellichtbogenschweißen unter Verwendung einer die Schweißfuge an der Unterseite schließenden Unterlageplatte, wobei zwei sich verbrauchende, in Reihe an die Ausgänge einer Stromquelle angelegte Schweißelektroden auf gegeneinander konvergierenden Vorschublinien in Richtunmg auf die Schweißfuge vorgeschoben werden, wobei sich diese Vorschublinien in einem Punkt innerhalb der Schweißfuge schneiden und wobei eine der beiden Elektroden elektrisch mit den Werkstücken verbunden wird. Ferner ist die Erfindung ai'f eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gerichtet

Beim Lichtbogenschweißen großformatiger Stahlbleche ist es häufig unzweckmäßig oder unmöglich, die zunächst von der einen Seite verschweißten Bleche zu wenden und dann die Schweißverbindung durch Schweißen auf der anderen Seite fertigzustellen. Wenn eine hohe Qualität der Schweißverbindung im Hinblick auf ihre metallurgischen und mechanischen Eigenschaften gefordert wird, muß die Schweißnaht sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Bleche die richtige Formgebung und einen glatten, gleichmäßigen Übergang in die Blechflächen aufweisen. Im anderen Fall würden sich Spannungskonzentrationen einstellen, die zu einem frühzeitigen Bruch der Schweißverbindung führen.

Beim einseitigen Schweißen großformatiger Stahlbleche war es bisher üblich, die Bleche mit ihren parallel

verlaufenden Kanten in den gewünschten Fugenabstand zu legen und die Schweißfuge an der Unterseite mittels einer langen Unterlageplatte zu überbrücken, die im allgemeinen eine mit einem Schweißmittel gefüllte flache Nut oder Rinne aufweist, deren Breite größer ist als der Abstand der Blecbkanten. Anschließend wird die Schweißfuge mit einem körnigen Schweißmittel gefüllt, worauf eine an den elektrischen Strom gelegte Schweißelektrode in die Schweißfuge vorgeschoben wird, wodurch ein Lichtbogen zwischen den Blechkanten und dem Elektrodenende erzeugt wird. Die Lichtbogenhitze schmilzt das Schweißmittel, das Elektrodenende und die Blechkante auf, wobei das in der Schweißfuge befindliche geschmolzene Schweißmittel das Schweißbad gegenüber der äußeren Atmosphäre schützt Das in der Nut der Unterlageplatte befindliche Schweißmittel wird ebenfalls zumindest teilweise aufgeschmolzen, wobei es das Schweißbad trägt und verhindert, daß das geschmolzene Metall in Kontakt mit dem Metall der Unterlageplatte gelangt Das letztgenannte Schweißmittel bewirkt auch die Formgebung des an der Blechunterseite erhärtenden Schweißmetalls und damit die Formgebung der Schweißnaht an der Blechunterseite.

Bei dem vorgenannten Schweißverfahren besteht ein schwieriges Problem darin, daß der sich am Elektrodenende bildende Lichtbogen mitunter durch das die Nut der Unterlageplatte füllende Schweißmittel hindurchschlägt, wodurch das Metall der Unterlageplatte aufgeschmolzen wird und es zu einer Vermischung dieses Metalls mit dem abgelegten Schweißmetall kommt Die Verschmutzung des Schweißmetalls vermindert die Qualität der Schweißnaht Ein weiterer Nachteil des vorgenannten Verfahrens ist in der geringen Geschwindigkeit zu sehen, mit der sich die Schweißraupe ablegen iäßt Da Schweißnähte Längen von 15 bis 30 m oder mehr aufweisen können, liegt es auf der Hand, daß Erhöhungen de~ Schweißgeschwindigkeiten zu beträchtlichen Zeiteinsparungen führen. Es ist insbesondere der Zeitbedarf für die Herstellung der ersten Wurzellage, welche die Schweißleistung bestimmt Sobald die Wurzellage fertiggestellt ist, können die verschweißten Bleche an eine andere Stelle überführt werden, wo die verbleibende S^hweißfuge mit Hilfe anderer Schweißmethoden gefüllt wird.

In der Vergangenheit sind verschiedene Methoden angewendet worden, um großformatige Stahlbleche nur von ihrer einen Seite her i:\ verschweißen. Hierbei werden Einfach- oder Mehrfachelektroden beim Unterpulverschweißen mit genuteten Unterlageplatten aus Kupfer eingesetzt, welche in einer unterhalb der Schweißfuge liegenden Nut ein Schweißmittel aufnehmen. Anstelle der Kupferunterlageplatten werden auch keramische Unterlagebänder, Schweißmittel-Unterlagebänder u. dgl. unter der Schweißfuge angeordnet. Aus der US-PS 32 93 400 ist es z. B. bekannt, eine genutete Unterlageplatte in Kombination mit einer kalten Elektrode zu verwenden, welche in die Nut der Unterlageplatte in Kontakt mit deren Boden eingeführt wird, wobei zugleich eine an den Strom angeschlossene weitere Schweißelektrode von oben in die Schweißfuge eingeführt wird. Die Schmelzwärme des Kaltdrahtes nimmt die Wärme auf und begünstigt die Kühlung des Schweißmittels innerhalb der Nut in Nähe der Nutoberfläche. wodurch in der L'.iterlageplatte eine erhärtete Schweißmittelschicht gebildet werden soll, welche als Sperrschicht zwischen der Unterlageplatte und dem Lichtbogen wirkt und de.iji'emäß ein Aufschmelzen der Unterlageplatte und eine Verunreinigung des Schweißbades durch das Metall der Unterlageplatte verhindert Dieses Verfahren hat sich allerdings bis heute nicht in die Praxis einführen können.

Die Zweidrahtschweißung mit dem Ziel der Erhöhung der Abschmelzleistung ist seit langem in verschiedenen Ausführungen bekannt wie sich z. B. der DDR-Zeitschrift »ZIS-Mitteilungen«, Jahrgang 73, Heft 5, des Zentralinstituts für Schweißtechnik der DDR, Halle

ίο (Saale), Seiten 563—567 entnehmen läßt Bei dem hier beschriebenen Parallellichtbogenschweißen wird das Werkstück im Gegensatz zu dem bekannten Reihenlichtbogenschweißen in den Stromkreis einbezogen, so daß eine Spannung nicht nur zwischen den beiden Elektroden, sondern auch zwischen dem Werkstück und der entgegengesetzt gepolten Elektrode vorhanden ist Dabei brennt ein Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden und zwischen Elektrode und Werkstück.
Aus der AT-PS 1 30 174 ist ein Verfc&ren zum Gleichstrom-Kohlelichtbogenschweißen mit Füllmaterial bekannt, bei dem die Kohleelektrode an dem einen Pol und das Werkstück sowie ein das Füllmaterial liefernder Elektrodendraht an dem anderen Pol der Gleichstromquelle ar.geschlossen sind, so daß der Lichtbogen sowohl zwischen Werkstück und Kohleelektrode als auch zwischen Elektrodendraht und Kohleelektrode brennt

Ferner ist es aus der Zeitschrift »Welding Journal«, 1951, Seiten 103—110 bekannt, das Untei-pulverschweißen mit elektrisch in Reihe geschalteten Mehrfachelektroden durchzuführen, wobei für den Fall, daß mit verminderter Eindringtiefe gearbeitet werden soll, der Schweißstrom auf ein für die Spannungsstabilität noch ausreichendes Minimum herabgesetzt wird. Außerdem soll mit vergleichsweise niedriger Schweißspannung gearbeitet werden, um die Eindringtiefe zu vermindern.

Aus der BE-PS 849 125 ist schließlich ein Verfahren zur Ablage einer Metallschweiße auf einer Metallplatte oder einem sonstigen Werkstück bekannt, bei dem zwei sich verbrauchende, in Reihe an die Ausgänge einer Stromquelle angelegte Schweißelektroden auf gegeneinander konvergierenden Vorschublinien in Richtung auf die Metallplatte vorgeschoben werden, wobei sich diese Vorschublinien in einem Punkt schneiden, der geringfügig oberhalb der Oberfläche der Metallplatte liegt Bei diesem Verfahren wird eine der beiden elektrisch in Reihe geschalteten Elektroden über einen veränderlich einstellbaren Widerstand mit dem Werkstück elektrisch verbunden, so daß sich der Strom zwischen den Elektroden teilt and ein Teilstrom über das Werkstück und den Widerstand fließt. Infolgedessen stellt sich zwischen der einen Elektrode und dem abgelegten Schwermetall ein Hauptlichtbogen ein, während zwischen den beiden Elektroden ein Nebenlichtbogen vor-

' handen ist. Dies führt dazu, daß das Werkstück oberflächlich aufgeschmolzen wird.

Den vorbekannten Verfahren, soweit sie zur Schweißverbindung von Metallblechen u.dgl. dienen, haften verschiedene Schwierigkeiten und Nachteile an. Beispielsweise müssen für die Füllung der Unteflägeplatte und der Schweißfuge zwischen den Metallblechen unterschiedliche Schweißmittel verwendet werden. Um einen Durchschlag des Lichtbogens zu der Unterlageplatte hin zu vermeiden, muß der Schweißstrom und/oder die Schweißspannung begrenzt werden, was zu einer Verminderung der je Zeiteinheit aufgeschmolzenen Mctallmenge und demgemäß der linearen Schweißgeschwindigkeit führt. Selbst wenn es gelingt, die vorgenannten Schwierigkeiten zu beheben, so war

5 6

vielfach die entstehende Wurzelnaht häufig ungleichmä- gleichmäßiger, glatter Übergang der Schweißnaht an

Big und von nicht annehmbarer Qualität. der Unterseite der zu verschweißenden Bleche erreicht Ausgehend von dem Zweidraht-Schweißverfahren wird, zugleich aber die Gefahr einer Verunreinigung des

der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Auf- Schweißmetalls durch das Metall der Unterlageplatte

gäbe zugrunde, dieses Verfahren so auszugestalten, daß s vermieden wird.

bei den anzustrebenden hohen Schweißleistungen und Es empfiehlt sich, in geringem Abstand hinter der in

bei Erzielung einer einwandfreien Schweißverbindung vorgenannter Weise hergestellten Wurzelnaht eine wei-

ein Aufschmelzen der die Schweißfuge an der Untersei- tere Schweißnaht in herkömmlicher Weise aufzubrin-

te schließenden Unterlageplatte und die sich hieraus gen, um die üblicherweise höckerartig ausgeformte

ergebenden nachteiligen Auswirkungen auf die Qualität io Wurzelnaht auszuformen und zu glätten. Die zweite

der Schweißverbindung zuverlässig vermieden werden. Schweißlage wird zweckmäßig auf die von den beiden

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, vorlaufenden Elektroden eingebrachte noch heiße daß die genannte Elektrode über eine Leitung mit im Schweiß- bzw. Wurzelnaht aufgebracht. Falls erforderwesentlichen Null-Impedanz mit den Metallplatten ver- lieh, kann der verbleibende Raum der Schweißfuge an· bunden wird und daß die Schweißelektroden gemein- is schließend durch jede geeignete Mehrfachschweißtechsam hintereinander parallel zu der Schweißfuge in nik mit Schweißmetall aufgefüllt werden.
Schweißrichtung bewegt werden, wobei der Schnitt- Weitere im Hinblick auf die gestellte Aufgabe zweckpütiki infer Vüfichüuiinien mindestens 3,17 jnin ober- mäßige Vcrfahrcnsmsßr.shnien sind in den Ansprüchen halb der Unterseite der Metallbleche liegt. 2,3,6 und 7 angegeben.

Es hat sich gezeigt, daß sich mit dieser Verfahrenswei- 20 Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verse bei hohen Schweißleistungen eine einwandfreie fahrens verwendete Einrichtung ergibt sich aus den AnSchweißverbindung der Metallbleche bei gleichmäßi- Sprüchen 8 bis 12. Sie wird nachfolgend im Zusammengem Obergang der Schweißnaht in die Unterseiten der hang mit dem in der Zeichnung dargestellten bevorzug-Metallbleche erreichen läßt, ohne daß die bisher beste- ten Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnenden Probleme bezüglich der Verunreinigung des 2s nung zeigt

Schweißmetalls durch den Werkstoff der Unterlageplat- Fig. 1 eine Lichtbogen-Schweißeinrichtung im

te bestehen. Dabei werden insbesondere die unteren Schnitt Lurch die zwischen den zu verschweißenden

Eckbereiche zwischen den Stirnkanten und den Unter- Metallblechen gebildete Schweißfuge bei in Arbeitspo- Seiten der Metallbleche einwandfrei aufgeschmolzen, sition befindlicher Unterlageplatte, wobei die Schweiß-

was im Hinblick auf den anzustrebenden gleichmäßigen 30 köpfe lediglich scheeiatisch dargestellt sind;

Übergang der Schweißnaht in die Unterseiten der Me- F i g. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1.

tallbleche bedeutsam ist Mit dem erfindungsgemäßen In der Zeichnung sind mit W das zu schweißende

Verfahren gelingt es, in diesen kritischer Eckbereichen Werkstück, mit B eine unterhalb des Werkstücks befind-

zwischen den Unterseiten und den Stirnkanten der BIe- liehe Unterlageplatte und mit C D und £drei Schweiß-

ehe günstige Schweißverhältnisse zu schaffen und damit 35 köpfe bezeichnet, die sämtlich so angeordnet sind, daß

eine einwandfreie Schweißverbindung zu erzielen. Da- sie sich im SchweiSbetrieb hintereinander von rechts

durch, daß die eine der beiden Elektroden über eine im nach links (Fi g. 1) bewegen und dabei das Schweißme-

wesentlichen Null-lmpedenz mit den Metallblechen tall in eine Schweißfuge C ablegen. Die Schweißköpfe C

verbunden ist, befindet sich diese Elektrode mit den und D werden von einer gemeinsamen Stromquelle H

Metallblechen praktisch auf demselben elektrischen Po- 40 gespeist, während der Schweißkopf E an einer Strom-

tential. Es hat sich gezeigt, daß sich mit dieser Maßnah- quelle /anliegt.

me eine Aufteilung des Schweißstromes im Verhältnis Das Werkstück W besteht aus zwei Metallblechen 10 von etwa 60:40 ergibt, wobei etwa 60% des Schweiß- und 11. deren im Abstand angeordnete parallele Blechstromes über die genannte Elektrode und etwa 40% des kanten 13 und 14 die Schweißfuge C bilden. Die zu Schweißstromes über die Metallbleche und deren elek- 45 verschweißenden Blechkanten 13 und 14 können untertrische Anschlußleitung fließen. Diese Schweißstrom- schiedlich geformt sein; im allgemeinen ist es bei der verteilung in Verbindung mit der genannten Lage des Herstellung einer Stumpfnahtschweißung üblich, die Schnittpunktes der Vorschublinien der Schweißelektro- Blechkanten unter Bildung eines V-Stoßes abzuschräden führt zu den vorstehend erwähnten günstigen gen, derart, daß sie nach oben divergieren und unter Schweißergebnissen. Das erfindungsgemäße Verfahren so einen Fugenwinkel a zueinander geneigt sind. Bei dem verwendet zugleich die hohen Abschmelzleistungen ei- bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Fugennes Reihenlichtbogens, wodurch sich große lineare winkel a zumindest angenähert 45°,obwohl auch ande-Schweißgeschwindigkeiten erzielen lassen, in Verbin- re Fugenwinkel vorgesehen werden können. Beispielsdung mit einem Lichtbogen-Stabilisierungseffekt, der weise lassen sich im wesentlichen gleiche Ergebnisse bei dadurch zustande kommt, daß auch zu den zu ver- 55 Fugenwinkeln von 40 bis 60° erreichen. Wie in der schweißenden Kanten der Metallische hin ein Lichtbo- Schweißtechnik bekannt, können die unteren Teile der gen aufrechterhalten wird. Der sich zwischen den Kanten 13 und 14 auch mit in die Schweißfuge vorsprin-Schweißelektroden einstellende Hauptlichtbogen genden Flächen versehen sein. Die unteren Ecken der brennt in genau eingestelltem Abstand oberhalb der Kanten 13 und 14 sind in einem Abstand b zueinander Unterseite der Metallbleche und zwischen deren Kan- μ angeordnet, der im allgemeinen zwischen 3,1 mm und ten, während der Nebenlichtbogen zwischen den Blech- 63 mm liegt.

kanten und der von dem vollen Schweißstrom durch- Auch die Unterlageplatte B kann von unterschiedliflossenen Schweißelektrode aufrechterhalten wird. Ins- eher Form und Beschaffenheit sein. Im allgemeinen begesamt lassen sich mit dem erfindungsgernäßen Verfah- steht säe aus einer flachen Kupferplatte, die mit ihrer ren Schweißverbindungen nur von der einen Seite der bs Oberseite 15 gegen die Unterseite der Bleche 10 und 11 Metallbleche her in einfacher, gut zu beherrschender gelegt wird, so daß sie die Schweißfuge G an der Unter-Verfahrensweise mit hoher Schweißnahtqualität und sehe überbrückt An der Oberseite ist zweckmäßig eine hoher Schweißgeschwindigkeit herstellen, wobei ein rechteckige Nut oder Rinne 16 ausgeformt, deren Breite

größer ist als die Breite der Schweißfuge C an ihrer Unterseite. Die Tiefe der Rinne 16 wird in herkömmlicher Weise bemessen; sie liegt im allgemeinen etwa bei 2,4 mm. Bevor die Unterlagcplattc B in ihre Lage unter die Bleche 10 und 11 gebracht wird, wird die Rinne 16 mit einem pulvrigen Schweißmittel 17 gefüllt.

Die U/itirlageplatte B kann aus jedem hierfür bekannten Werkstoff und/oder von jeder herkömmlichen Ausbildung sein. Sie kann z. B. aus einer massiven Kupferplatte, einer hohlen Kupferschiene für zirkulierendes Kühlwasser, aus Keramikmatcrial, Graphit oder ähnlichem Werkstoff bestehen. Die einzige Aufgabe der Unterlageplatte besteht durin, das Schweißmittel 17 in seiner Position unterhalb der Schweißfuge C zu halten, so daß beim Schweißvorgang ein Teil des Schweißmittels aufgeschmolzen wird und das schmelzflUssigc Metall des Schweißbades trägt und von der Unterlagepiaue B fernhält. Das aufgeschmolzene Schweißmittel der Unterlageplatte B dient zugleich zur Ausformung der Unterseite der Schweißnaht beim Erstarren des Schweißmetalls. Da das Schweißmittel durch den Kontakt mit dem schmelzflüssigen Schwcißmetall schmilzt, ergibt sich e^;ne gleichmäßige, glatte, hellglänzende Schweißraupe, die ohne Kerben, Einschnitte u.dgl. glatt und stetig in die unteren Flächen der Bleche 10 und 11 übergeht.

Der Schweißkopf C ist im wesentlichen von herkömmlicher Ausbildung; er weist einen Motor 19 auf, der ein Paar Vorschubrollen 20 antreibt, welche eine SchweiUelektrode 21 von einer Trommel 22 abziehen und an einer elektrischen Kontaktvorrichtung 23 in die Schweißfuge G führen. Beim Verlassen der Kontaktvorrichtung 23 bewegt sich die Elektrode 21 auf einer gerade verlaufenden Vorschublinie 24, welche durch die Mittelebene der Schweißfuge G hindurchgeht. Die Vorschublinie 24 ist unter einem Winkel c gegenüber der Vertikalen bzw. der lotrecht auf den Blechflächen stehenden Linie geneigt Vorzugsweise ist der Winkel cein positiver Winkel, was bedeutet, daß er sich gegenüber der lotrechten Bezugslinie in Schweißrichtung öffnet.

Der Schweißkopf D besteht in gleicher Weise aus einem Motor 29, welcher ein Vorschubrollenpaar 30 antreibt, das eine Elektrode 31 von einer Elektrodentrommel 32 abzieht und an einer elektrischen Kontaktvorrichtung 33 vorbei in die Schweißfuge G transportiert. Die Vorschublinie der Elektrode 31 beim Austritt aus der Kontaktvorrichtung ist mit 34 bezeichnet; sie erstreckt sich durch die Mittelebene der Schweißfuge G und schneidet die Vorschublinie 24 der Elektrode 21 in dem Punkt X. Die Vorschublinie 34 ist unter einem Win- so kel e gegenüber der Lotrechten geneigt. Die beiden Vorschublinien 24 und 34 schließen somit einen Winkel / ein.

Die beiden Schweißköpfe Cund Dkönnen im wesentlichen von herkömmlicher Ausbildung sein. Die Kontaktvorrichtungen 23 und 33 bestehen hierbei jeweils aus einem an eine Stromquelle anlegbaren Kupferrohr, durch dessen Rohrkanal die betreffende Elektrode 21, 31 gerade hindurchgeht. Die unteren Enden 25 und 35 der Kupferrohre befinden sich in dem Abstand g bzw. h von dem Schnittpunkt X. Diese Abstände können als Elektrodenüberstand bezeichnet werden.

Es versteht sich, daß während des Schweißbetriebes die Elektrodenenden geringfügig von dem Punkt λ'fortbrennen, so daß der wirkliche Elektrodenüberstand geringfügig kleiner sein kann als die Abstände g und h. Wie in der US-PS 27 21 249 beschrieben ist, läßt sich die Elektroden-Abschmelzleistung bei einem vorhandenen Lichtbogenstrom dadurch erhöhen, daß der Elektrodenüberstand erhöht wird. Durch Justierung des Elektrodenüberstandes g und h ist somit eine Einstellung der Elektroden-Abschmelzleistung möglich, vorausgesetzt, daß eine entsprechende Justierung der Zufuhrungsgeschwindigkeiten der Elektroden erfolgt. Vorzugsweise haben die beiden Elektroden 21 und 31 denselben Elektrodenüberstand g bzw. h. Von Bedeutung ist, daß die Kontaktvorrichtung 23 und 33 der beiden Elektroden durch eine Halterung, die hier aus einem starren Isolierstück 36 besteht, in ihrer genauen vorgegebenen Winkellage sowie in genauem Abstund zueinander gehalten werden, da diese Lageeinstellung während des gesamten Schweißbetriebes konstant bleibt. Für die Halterung und Verbindung der beiden Kontaktvorrichtungen können auch andere Vorrichtungen verwendet werden. Auch lassen sich die beiden Kontaktvorrichtungen 23 und 33 so miteinander verbinden oder an einer gemeinsamen Halterung anbringen, daß eine gewisse Justierung der Kontaktvorrichtungen möglich ist. Während des Schweißbetriebes läuft der Schweißkopf C dem Schweißkopf D voraus.

Die Schweißstromquelle H weist ein Paar Ausgangsklemmen 50 und 51 auf, wobei die Ausgangsklemme 50 über einen Hochstromleiter 52 mit der Kontaktvorrichtung 23 verbunden ist, während die Ausgangsklemme 51 über einen Hochstromleiter 53 an die Kontaktvorrichtung 33 angeschlossen ist. Die Stromquelle H kann eine Gleichstrom- oder eine Wechselstromquelle sein; bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise eine Wechselstromquelle verwendet.

Die Motoren 19 und 29 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel geschaltet, so daß sie im wesentlichen mit derselben Geschwindigkeit laufen, wobei die Motorgeschwindigkeit proportional zu der Licnibogenspäfinüiig veränderlich ist Die beiden Elektroden 21 und 31 werden mit im wesentlichen derselben Vorschubgeschwindigkeit vorgeschoben, wobei sich die Vorschubgeschwindigkeit mit steigender Lichtbogenspannung erhöht, so daß bei konstanter Lichtbogenspannung eine konstante Lichtbogenlänge erzielt wird. Die Antriebsgeschwindigkeit der beiden Motoren 19 und 29 kann, falls erwünscht, unabhängig einstellbar sein.

Die beiden Motoren 19 und 29 werden über Leitungen 28 und 38 von einer gemeinsamen Regelvorrichtung 55 mit Strom versorgt. Die Regelvorrichtung 55 ist ihrerseits an die Ausgänge der Stromquelle H über Leitungen 56 und 57 angeschlossen. Die Schweißköpfe C und O sind gegeneinander elektrisch isoliert, so daß an den Elektroden 21 und 31 stets eine Spannungsdifferenz anliegt, die gleich der Lichtbogenspannung ist Die Elektroden 21 und 31 liefern demgemäß in Reihe mit den Ausgängen 50 und 51 der Stromquelle H, so daß sich zwischen den Elektroden ein Lichtbogen einstellt, der die beiden Elektroden beim Vorschub in die Schweißfuge G kontinuierlich abschmiizt, wobei das abschmelzende Metall in die Schweißfuge G und auf das Schweißmittel 17 abgelegt wird.

Zur Stabilisierung des Lichtbogens in der Schweißfuge G wird die eine der beiden Elektroden 21 und 31 elektrisch so angeordnet, daß sie sich im wesentlichen auf demselben elektrischen Potential befindet, wie das Werkstück W. Dies wird dadurch erreicht, daß das Werkstück W durch einen starken Drahtleiter mit der einen der beiden Kontaktvorrichtungen 23,33 oder mit dem entsprechenden Ausgang !50,51, der Stromquelle H verbunden wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbei-

9 10

spiel ist der Ausgang 51 der Stromquelle H über eine Schnittpunkt X mindestens 3,17 mm oberhalb der Un-

Hochstromzuführung 60 mit im wesentlichen NuIl-Im- terscite der Metallbleche 10 und 11 befindet Bei der

pedanz mit dem Werkstück W elektrisch verbunden. nachfolgend näher erläuterten bevorzugten Wahl der

Die Stromzuführung 60 ist an einen Anschlußpunkt 61 Winkelwerte für die Winkel c, e und /ist bei dem erfin-

einer Platte 62 angeschlossen, die im allgemeinen durch s dungsgemäßen Verfahren außerdem der Lichtbogen

Heftschweißung mit den Enden der Bleche 10 und 11 zwischen den Elektroden 21 und 31 im wesentlichen

verbunden wird, bevor bei großformatigen Blechen der horizontal eingestellt.

Schweißvorgang Deginnt. Das Maß d beträgt, wie erwähnt, stets mindestens Die Hochstromzuführungen 53 und 60 weisen vor- 3,17 mm, vorzugsweise 635 mm. Es ist im allgemeinen

zugsweise dieselbe Lange und auch dieselbe Draht- io kleiner als 11,1 mm.

bzw. Leiterstarke auf. Es hat sich gezeigt, daß sich in Die Abstände </,# und/oder Λ lassen sich durch Heben diesem Fall der Strom in der Elektrode 21 teilt, wobei oder Senken des einen Schweißkopfes oder beider etwa V3 des Stromes unmittelbar die Elektrode 31 und Schweißköpfe unter Annäherung oder Entfernung deretwa V₃ des Stromes das Werkstück ^durchfließen, selben oder aber durch Veränderung des Winkels /■einUntersuchungen haben ergeben, daß ohne die vorge- 15 stellen. Bei dem vorgenannten Abstandsmaß d von minnannte elektrische Verbindung mit im wesentlichen destens 3,17 mm können die Winkel c,e und /Ober ver-Null-Impedanz zwischen Werkstück W und dem einen hältnismäßig weite Bereiche variieren. Eine Begrenzung Ausgang der Stromquelle H bzw. Her Elektrode 31 der der Winkelmaße cund e ist dadurch gegeben.daß bei zu Lichtbogen zwischen den Reihenelektroden 21 und 31 starker Erhöhung dieser Winkelwerte gegenüber der die Tendenz hat zu wandern und nach unten aus der 20 Lotrechten in der einen oder anderen Richtung die Kon-Schweißfuge G herauszutreten. Die vorgenannte elek- taktvorrichtung 23 und 33 in Berührung mit den Kanten trische Verbindung bewirkt unmittelbar eine Stabilisie· 13 und 14 gelangen können.

rung des Lichtbogens, so daß dieser im Bodenbereich Der dritte Schweißkopf E kann ebenfalls von unterder Schweißfuge G verbleibt mit dem Ergebnis, daß schiedlicher Ausbildung sein: vorzugsweise ist er enteine rasche Ablagerung des Metalls in der Schweißfuge 25 sprechend dem Schweißkopf C oder D ausgebildet Er bei Ausbildung einer glatten, gleichmäßigen Schweiß- weist ebenfalls einen Motor 39 auf, der ein Vorschubrolnaht erfolgt Ein Durchtritt des Lichtbogens auf die Bo- lenpaar 40 antreibt, welches eine Elektrode 41 von einer denfläche der Rille der Unterlageplatte tritt nicht ein. Elektrodentrommel 42 abzieht und durch eine Kontakt-Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung bildet vorrichtung 43, die zweckmäßig aus einem Kupferrohr sich ein Hauptlichtbogen zwischen den Enden der bei- 30 besteht auf einer Vorschublinie 44 vorschiebt die sich den Elektroden 21 und 31, die auf den sich schneidenden durch die Mittelebene der Schweißfuge G erstreckt und Vorschublinien 24 und 34 in die Schweißfuge eingeführt sich im Abstand j von dem Punkt Λ" befindet. Das untere werden, wobei die Vorschublinien 24 und 34 Vorzugs- Ende 46 der Kontaktvorrichtung 43 Hegt im Abstand k weise einen spitzen Winkel einschließen. Da die wirkli- von der Unterseite der Bleche, wobei der Abstand k chen Lichtbogenenden der Elektroden geringfügig im 33 wesentlich größer ist als die Maße g und h. Der Abstand voneinander angeordnet sind, sich also im Ab- Schweißkopf Eunterscheidet sich von den Schweißköpstand oberhalb des Schnittpunktes X befinden, stellt sich fen C und D lediglich dadurch, daß an seiner Kontaktein im wesentlichen horizontaler Lichtbogen zwischen vorrichtung 43 eine nach unten ragende Führung 47 aus den Elektrodenenden ein. Isoliermaterial gelagert ist die einen mit dem Durch-Da der Neben-Lichtbogenstrom im Vergleich zu an- 40 gang der Kontaktvorrichtung 43 fluchtenden Durchderen Schweißprozessen verhältnismäßig klein ist und gang 48 aufweist welcher das untere Ende der Elektrodas Lichtbogenende der am Strom anliegenden Elektro- de 41 unmittelbar vor den Eintritt in den Schweißspalt de 21 stets im Abstand von der Bodenfläche der Rille 16 G führt. Der Zweck dieser Führung liegt darin, daß der Unterlageplatte B gehalten wird, bildet sich zwi- erhitzte Ende der Elektrode an einer Bewegung relativ sehen der vorlaufenden Elektrode 21 und den Seitenflä- 45 zu der Mittelebene des Schwcißspaltes G zu hindern,
chen der Schweißfuge G ein Nebenlichtbogen aus. Die Sämtliche drei Schweißköpfe C, D und Esind an einer Tendenz dieses Nebenlichtbogens, durch das geschmol- (nicht dargestellten) Vorrichtung herkömmlicher Art zene Schweißmittel 17 bis auf die Metallfläche der Un- gelagert so daß sie gemeinsam in F i g. 1 von rechts terlp.geplatte B durchzutreten, wird unterdrückt, wäh- nach links in Hintereinanderanordnung in Längsrichrend gleichzeitig aufgrund des Reihenlichtbogens eine so tung der Schweißfuge G bewegt werden können und große lineare Schweißgeschwindigkeit möglich ist Das dabei die Schweißlagen, wie beschrieben, in die Lichtbogenende der Elektrode 21 befindet sich nämlich Schweißfuge G absetzen.

in geringerem Abstand von den Blechkanten 13 und 14 Die Stromquelle /dient zur Versorgung des Schweißais von der Bodenfläche der Rille 16. kopfes E Ihre Ausgangsklemme 70 ist über einen Hoch· Von Bedeutung ist die Lage des Punktes X, der sich 55 stromleiter 71 mit der Kontaktvorrichtung 43 verbunstets in der Mittelebene zwischen den Blechkanten 13 den, während ihre Ausgangsklemme 72 über einen Lei- und 14 und in geeignetem Abstand oberhalb der Unter- ter 74 bei 73 an die Platte 62 angeschlossen ist. Die seite der Bleche 10 und 11 befindet. Der Lichtbogen und Stromquelle /entspricht im wesentlichen der Stromseine Eindringtiefe können sehr genau kontrolliert wer- quelle H. Der Motor 39 wird über eine Regelvorrichden, derart, daß der Hauptlichtbogen zwischen den En- ω tung 75, mit der er über eine Leitung 76 verbunden ist den der beiden Elektroden 21 und 31 vorhanden ist und mit Strom versorgt Die Regelvorrichtung 75 entspricht das Metall dieser Elektroden in das von dem Neben- in ihrer Arbeitsweise der Regelvorrichtung 55.
lichtbogen gebildete Schweißbad tropft Der Schweißkopf C weist außerdem einen (nicht dar-Der Abstand d des Schnittpunktes X von der Unter- gestellten) Schweißmitteltrichter und eine Schweißmitseite der Metallbleche muß unter Berücksichtigung der es teldüse 77 auf, die in der Mittelebene der Schweißfuge Durchmesser der Elektroden 21 und 31 so eingestellt G im Abstand vor dem Punkt X angeordnet ist, so daß werden, daß die unteren Elektrodenenden in der ein pulvriges Schweißmittel vor den Elektroden 21 und Schweißfuge G liegen, andererseits sich aber der 31 in die Schweißfuge G eingebracht wird.

Die Elektroden 21 und 31 können aus massiven Elektr )den oder aus Kernelektroden bestehen. Bei Verwendung massiver Elektroden sollte mit einem pulvrigen Schweißmittel gearbeitet werden. Beim Einsatz von Kernelektroden kann gegebenenfalls von der Einführung eines Schweißmittels über die Düse 77 in die Schweißfuge abgesehen werden.

Die Schweißelektrode 41 des nachlaufenden Schweißkopfes E kann ebenfalls aus einer massiven Elektrode oder einer Kernelektrode bestehen. Die Elcktrode 41 kann auch durch ein Elektrodenpaar ersetzt werden, dessen Einzelelektroden in herkömmlicher Weise entweder Untereinander oder nebeneinander in Zwillingsbogenanordnung mit oder ohne Elektrodcnvorstand vorgesehen werden können.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Inneren des Schweißspaltes ein Zustand geschaffen, bei welchem ein erheblich verminderter, nach unten gerichteter Lichtbogenr'ruck vorliegt, so daß der Lichtbogen keine Neigung hat, nach unten aus dem Schweißspalt herauszutreten und in das System der Unterlageplatte B einzudringen. Der begrenzte Stromfluß zwischen der vorlaufenden Elektrode 21 und dem Werkstück W verleiht dem Lichtbogen einen gerade ausreichenden Richtungsverlauf, so daß die entstehende Wurzellage eine äußerst gleichmäßige Beschaffenheit hat.

Die im Hinblick auf die Wiederholbarkeit günstigste Methode zur Einrichtung des Verfahrens besteht darin, zunächst die Regelvorrichtungen auf eine gegebene Lichtbogenspannung und eine Schweißdraht-Vorschubgeschwindigkeit einzustellen und dann die Vorschubgeschwindigkeit proportional der Spannung zu variieren, bis eine im wesentlichen konstante Lichtbogenspannung (d. h. eine konstante Lichtbogenlänge) vorliegt.

Der Elektrodenüberstand g und h läßt sich ebenfalls ohne nachteilige Beeinflussung der Formgebung der Schweißraupe über einen wetten Bereich verändern. Ein Elektrodenvorstand von 50,8 mm erlaubt eine gute Kontrolle der Position der Elektrodenspitze innerhalb der Schweißfuge C bei ausreichendem Abstand des unteren Endes der Elektrodendüse von der Oberseite des Werkstückes.

Der den Elektroden 21,31 und 41 von den Stromquellen H und / zugeführte Wechselstrom ist vorzugsweise in Phase.

Die Geschwindigkeit der drei Schweißköpfc C D und E in Schweißrichtung läßt sich in derselben Weise wie beim Unterpulver-Lichtbogenschweißen einstellen. Die Parameter für diese Einstellung sind das für die Auffüllung der Schweißfuge erforderliche Metallvolumen und die Schweißnahtabmessung.

Unter den nachfolgend angegeben Arbeitsbedingungen der Schweißköpfe C und D läßt sich eine gleichförmige, glatte, gut geformte Wurzelnaht hoher Qualität bei Blechen von 9,5 mm Stärke und darüber erreichen. Bei an sich guter Formgebung der Wurzelnaht kann die Oberfläche der Naht die Neigung haben, sich eiwas stärker zu runden als an sich erwünscht Mit Hilfe des nachfolgenden Lichtbogens des Schweißkopfes E kann die Oberfläche der insgesamt entstehenden Schweißnaht in der erwünschten Weise geformt werden. Die aus dem Einzeldraht mit großem Elektrodenvorstand bestehende Elektrode des Schweißkopfes E ist anderen Schweißelektrodenanordnungen, insbesondere solchen mit einem Einzeldraht und herkömmlichem Elektrodenvorstand, einem Zwillingslichtbogen oder einem Tandemlichtbogen vorzuziehen.

Für Bleche von 9,5 mm und 12,7 mm Dicke ermöglicht die vorstehend beschriebene Einrichtung mit den Reihenlichlbögen der Schweißköpfe C und D und dem nachlaufenden Schweißkopf E die Fertigstellung der Schweißverbindung in einem Arbeitsgang. Bei Blechen von 19 mm und mehr wird dagegen der Schweißspalt mit dieser Einrichtung nur teilweise gefüllt. In diesem Fall sind im allgemeinen nachfolgend noch weitere Schweißlagen aufzubringen, um die Schweißverbindung fertigzustellen. Dies läßt sich mit Hilfe bekannter Methoden bewerkstelligen.

Normale Temperaturschwankungen der Kupfer-Unterlageplatte B beeinträchtigen nicht die Form und Qualität der unten liegenden Schweißnaht, wie dies bei anderen Schweißsystemen zum einseitigen Schweißen von Blechen der Fall ist.

Im folgenden werden einige für das erfindungsgemäße Verfahren typische Schweißbedingungen angegeben:

Blechdicke (mm)	9,5 bis 12,7 mm
Werkstoff:	Stahl
Abmessungen oder Winkel:
a (Fugenwinkel)	45°
b (Fugenbreite)	6,25 mm
c (Winkellage des Schweiß
kopfes C)	+ 32°
d (Höhe des Schnittpunktes X)	635 mm
c (Winkellage des Schweiß
kopfes D)	+ 5°
f (Winkel zwischen den
Schweißköpfen Cund D)	27°
g (Elektrodenüberstand am
Schweißkopf C)	50,8 mm
h (Elektrodenüberstand am
Schweißkopf D)	50,8 mm
j (Abstand der Schweiß
köpfe D und E)	127 mm
k (Elektrodenüberstand am
Schweißkopf E)	127 mm
Stegbreite	0
Schweißgeschwindigkeit (m/s)	8,4xlO-³bis
	10,6 10-3

20

25

30

35

40 Bei den vorgenannten Parametern beträgt die Elektroden-Vorschubgeschwindigkeit an allen drei Schweißköpfen 19 χ 10 -³ m/s, während sich die Lichtbogenspannung an den Schweißköpfen C und D auf 32 bis 34 V, am Schweißkopf E auf etwa 32 V beläuft. Dabei beträgt der Strom an den Schweißköpfen C und D so 700 A, am nachlaufenden Schweißkopf E 600 A. Für alle drei Schweißköpfe werden in diesem Fall massive Elektroden 21,31,41 von 4,76 mm Durchmesser verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Schweißverbindung der im Fugenabstand angeordneten Kanten von aus Metallblechen bestehenden Werkstucken durch Parallellichtbogenschweißen unter Verwendung einer die Schweißfuge an der Unterseite schließenden Unterlageplatte, wobei zwei sich verbrauchende, in Reihe an die Ausgänge einer Stromquelle angelegte Schweißelektroden auf gegeneinander konvergierenden Vorschublinien in Richtung auf die Schweißfuge vorgeschoben werden, wobei sich diese Vorschublinien in einem Punkt innerhalb der Schweißfuge schneiden und wobei eine der beiden Elektroden elektrisch mit den Werkstücken verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Elektrode (31) über eine Leitung mit im wesentlichen Null-iijpedanz mit den Metallplatten (10, 11) verbunden -sri.-d, and daS die Schweißelektroden (21, 31) gemeinsam hintereinander parallel zu der Schweißfuge in Schweißrichtung bewegt werden, wobei der Schnittpunkt (X) ihrer Vorscliiublinien (24, 34) mindestens 3,17 mm oberhalb der Unterseite der Metallbleche (10,11) liegt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorlaufende Elektrode (21) unter einem Winkel (c) von etwa 32° geneigt wird und die nachlaufende Elektrode (31) mit den Werkstücken (10,11) elekf^:soh verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachlaufende, mit den Werkstücken (10, 11) elektrisch verbundene Elektrode (31) unter einem Winkel (c) von etwa 5° zum Werkstück geneigt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einer im Abstand von dem Schnittpunkt (X) der Elektroden-Vorschublinien (24, 34) der beiden Elektroden (21, 31) liegenden Stelle eine zweite Schweißlage in die Schweißfuge (GJ eingebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schweißlage auf die von den beiden vorlaufenden Elektroden (21,31) eingebrachte noch heiße Schweißnaht aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt (X) der Elektroden-Vorschublinien (24,34) so eingestellt wird, daß er sich in einem Abstand von höchstens 11,1 mm oberhalb der Unterseite der Werkstücke so (10,11) befindet

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißfuge zumindest teilweise mit einem pulvrigen Schweißmittel gefüllt wird. ss

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, mit einer die horizontal verlaufende Schweißfuge an der Unterseite verschließenden Unterlageplatte, mit zwei Schweißköpfen, die in Tandemanordnung gleichzeitig in Längsrichtung der Schweißfuge beweglich gelagert sind und jeweils eine Elektrodenvorschubvorrichtung und eine elektrische Kontaktvorrichtung aufweisen, die in Serie jeweils über eine elektrische Leitung an die verschiedenen Anschlüsse «s einer elektrischen Schweißstromquelle angeschlossen sind, wobei die eine Elektrode mit den Werkstükken elektrisch verbunden ist, wobei die Schweißköpfe so zueinander fixiert sind, daß die Vorschublinien sich in der Schweißfuge in einem Punkt schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt (X) der Vorschublinien (24,34) im Abstand von mindestens 3,17 mm oberhalb der Werkstück-Unterseite liegt, und daß die eine Kontaktvorrichtung (33) der in Schweißrichtung hintereinander angeordneten Schweißelektroden (21, 31) über eine elektrische Verbindungsleitung (60) mit im wesentlichen Null-Impedanz mit den Werkstücken (10,11) verbunden ist

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorlaufende Elektrode (21) dem Schnittpunkt (X) vorgesetzt und unter einem Winkel (c) von 32° zur Vertikalen geneigt ist

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die nachlaufende Elektrode (31) dem Schnittpunkt (X) vorgesetzt und unter einem Winkel (e) von etwa 5° zur Vertikalen geneigt ist

IL Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

10, dadurch gekennzeichnet daß die elektrische Verbindungsleitung (60) der Werkstücke (10,11) unmittelbar an die Kontaktvorrichtung (40) oder an deren elektrischen Anschluß (SI) der Schweißstromquelle (WJ angeschlossen ist

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den beiden Schweißköpfen (Q D) ein dritter Schweißkopf (E) mit einer Vorschubvorrichtung (40) vorgesehen ist, die eine aufbrauchbare Elektrode (41) zwischen den Plattenkanten (13, 14) in die Schweißfuge (G) einführt, wobei Mittel zur Fixierung der Vorschubrichtung dieser dritten Elektrode (41) vorgesehen sind.