DE2827206A1 - Verfahren und vorrichtung zum plattieren von werkstuecken - Google Patents

Description

Beschreibung
zum Patentgesuch

der Firma Combustion Engineering, Inc., Windsor, Conn. 06095/USA

betreffend:

"Verfahren und Vorrichtung zum Plattieren von Werkstücken"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4.

In der US-Anmeldung 596,878 ist eine Vorrichtung beschrieben, mit der eine zweckmäßige Verbindung zwischen benachbarten Plattierstreifen oder Schweißraupen mit Hilfe eines pulsierenden Magnetfeldes am freien Ende des Elektrodenbandes erzeugt wird. Das Magnetfeld wird von zwei magnetischen Polstücken erzeugt, die auf beiden Seiten des aufgeschweißten Streifens ein wenig zum hinteren Ende des Elektrodenbandes versetzt angeordnet sind. Als Elektromagnete werden sie derart gepulst, daß sich ein pulsierendes Magnetfeld ergibt, das dem Magnetfeld überlagert ist, das auf der Rückseite des Elektrodenbandes durch den Schweißstrom erzeugt wird. Das sich ändernde Magnetfeld verursacht eine Krafteinwirkung auf das geschmolzene Flußmittel, das den flüssigen Plattierstreifen bedeckt, so daß beide bewegt oder gerührt werden. Dieses Rühren des geschmolzenen Streifens verhindert die Bildung eines Kanals zwischen benachbarten Streifen, so daß es nicht notwendig ist, diese Kanäle manuell zu füllen.

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Ein streifenweises Plattieren wird häufig im Inneren von Gefäßen, beispielsweise einem Gefäß aus Kohlenstoffstahl vorgenommen, indem dieses mit einem rostfreien Stahl innen verkleidet wird. Hierbei wird ein Schweißkopf an einem Punkt im Inneren des Gefäßes angeordnet, das Gefäß anschließend gedreht und ein spiralförmiger Streifen im Inneren des Gefäßes durch entsprechende Axialbewegung des Kopfes aufgeschweißt. Wenn der Schweißkopf bisher nahe an einen Flansch des Gefäßes herankam, wurde der Vorgang unterbrochen und die restliche Plattierung wurde manuell ausgeführt, was jedoch sehr zeitaufwendig und teuer ist. Andererseits ist dies jedoch notwendig, da der Flansch ein Hindernis bildet, der das Plattieren bis ganz an die Kante des Flansches verhindert.

Ferner ist das Streifenplattieren bei Zylindern mit relativ kleinem Durchmesser, etwa der Innenseite von Rohrleitungen, schwierig, da der Durchmesser nicht groß genug ist, um sowohl den Schweißkopf, als auch die Spule aus Elektrodenband aufzunehmen. In solchen Fällen wird der Schweißkopf in den Zylinder eingeführt, während das Elektrodenband von einer Spule von außerhalb in die Leitung geführt wird. Hierzu muß das Elektrodenband spiralförmig geführt werden, wozu genügend Raum vorhanden sein muß, so daß hierdurch eine untere Grenze für die Größe von Zylindern gebildet wird, die innen streifenplattiert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, in Winkeln und Kanten zu plattieren, die durch Hindernisse gebildet werden.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 4 gelöst.

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An der durch ein Hindernis gebildeten Kante wirkt somit das Hindernis selbst als magnetischer PoI₇ wodurch die Notwendigkeit eines getrennten magnetischen Polstücks ausgeschaltet wird, das so angeordnet ist, daß es das Plattieren bis zu der Kante des Hindernisses verhindert.

Da das Elektrodenband vorzugsweise in einem Winkel zur Ebene des Elektrodenbandes zugeführt wird, kann man nicht nur im Bereich von höheren Hindernissen plattieren, sondern es wird auch der Raum, der durch die Spirale eingenommen wird, die erforderlich ist, um die Ebene des Elektrodenbandes aus der Ebene der Spule in die Ebene des Schweißkopfes zu drehen, reduziert, wodurch die untere Grenze für die Größe von zylinderförmigen Werkstücken verringert wird, die streifenplattiert werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Stirnansicht einer bekannten Streifenplattiervorrichtung nach der US-Anmeldung 596.878,

Fig. 2 zeigt eine bekannte Vorrichtung zum Streifenplattieren eines engen Zylinders,

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 zeigt die Verwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Plattieren eines engen Zylinders,

Fig. 5 zeigt eine Art der Montierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

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Gemäß Fig. 1 umfaßt die bekannte Vorrichtung ein Gehäuse 46, das Mittel zum Zuführen eines Elektrodenbandes 14 zu einem Werkstück 10 aufweist. Ein Schweißstrom wird durch das Elektrodenband 14 zu dem Werkstück 10 geführt und bewirkt, daß das Band auf dem Werkstück 10 aufgeschweißt wird. Elektromagnete 24 und 26 werden durch Signale gepulst, mit denen die Spulen 30 bzw. gespeist werden, und ein flüssiges Flußmittel, das in Fig. 1 nicht dargestellt ist, wird durch das magnetische Feld bewegt, wodurch das darunter befindliche aufgebrachte flüssige Metall bewegt wird. Die Plattiervorrichtung und das Werkstück 10 werden relativ zueinander bewegt, so daß das Metall in einem Streifen senkrecht zur Ebene von Fig. 1 aufgebracht wird.

So kann Fig. 1 eine Ebene durch die Achse eines Zylinders sein, wobei der Zylinder ein zu plattierendes Gefäß ist. Die Plattiervorrichtung wird dann stationär gehalten oder langsam längs der Achse des Zylinders bewegt, während der Zylinder rotiert wird, wobei ein spiralförmiger Plattierstreifen auf dem Inneren des Gefäßes aufgebracht wird. Bei derartigen Gefäßen sind jedoch häufig Flansche 20 vorhanden, die ein vollständiges Plattieren des Inneren des Gefäßes verhindern, da der Flansch den Vorschub des Elektromagneten 24, der Spule 30 und eines Teils des Gehäuses 46 verhindert, wodurch das Plattieren in der durch den Flansch 20 gebildeten Ecke nicht vorgenommen werden kann. Hierbei ist es üblich, das Plattieren manuell unter Verwendung einer Stabelektrode zu vervollständigen. Die Schweißzeit für eine solche Maßnahme ist jedoch dreißigmal größer als die Schweißzeit für einen vergleichbaren Bereich unter Verwendung der automatisch arbeitenden Plattiervorrichtung. Dementsprechend ist es wichtig, eine Methode zu finden, um das Streifenplattieren bis zu Hindernissen/ wie sie der Flansch 20 darstellt, erstrecken zu können.

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Aufgrund der Zweckmäßigkeit und der Geschwindigkeit der automatisch arbeitenden Plattiervorrichtung ist es wünschenswert, ihre Verwendbarkeit auch auf andere Bereiche zu erstrecken. Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines engen Zylinders, der umfänglich unter Verwendung einer Streifenplattiervorrichtung plattiert wird. Aufgrund seiner Größe ist es nicht möglich, die gesamte Vorrichtung einschließlich der Bandelektrodenspule 42 und den zugeordneten in der Zeichnung nicht dargestellten Teilen, wie einen Bandzuführmotor und ein Untersetzungsgetriebe in das Innere des Werkstücks 34, einen Zylinder, der im Schnitt durch seine Achse dargestellt ist, einzuführen. Nur der Schweißkopf 36 wird im Innern des Werkstücks 34 angeordnet, wobei seine Lage durch einen Arm 40 kontrolliert wird, der mit anderen nicht dargestellten Po- ' sitioniereinrxchtungen verbunden ist. Um das Elektrodenband 38 von der Spule 42 zu dem Schweißkopf 36 zu führen, ist es notwendig, daß die Ebene des Elektrodenbandes 38 aus derjenigen, in der es sich befindet, wenn es die Spule 42 verläßt, in diejenige gedreht wird, die es am Schweißkopf 36 annimmt. Diese Drehung führt zu einer Spirale im Innern des Zylinders 34. Die Kombination der Größe des Schweißkopfes mit dem Raum, der für die Spirale des Elektrodenbandes 38 erforderlich ist, setzt die untere Grenze für den Durchmesser des Zylinders, der auf diese Weise plattiert werden kann. Der Raum, der für die Spirale erforderlich ist, hängt natürlich von der Breite des Elektrodenbandes ab, je schmaler das Elektrodenband ist, desto kleiner ist der Raum, der für die Spirale erforderlich ist. Auf der anderen Seite ist ein breites Elektrodenband wünschenswert, da dann das Plattieren mit größerer Geschwindigkeit vorgenommen werden kann. Wenn dementsprechend der zu plattierende Zylinder einen relativ geringen Durchmesser hat, ist es entweder notwendig, mit einem sehr schmalen Streifen zu plattieren, oder eine Stabelektrode hierzu zu verwenden.

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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, mit der ein Werkstück 64 plattiert werden kann, das ein Hindernis, etwa einen Flansch 44, aufweist, der normalerweise das Plattieren in den durch das Werkstück 64 und seinen Flansch 44 gebildeten Winkel verhindert. Die Zuführeinrichtung 54 für das Elektrodenband, die ähnlich zu der Einrichtung 46 von Fig. 1 ausgebildet ist, führt das Elektrodenband 56 zum Werkstück. Wie in der US-Anmeldung 596.878 beschrieben ist, wird durch die Vorrichtung ein Flußmittel 58 in dem Schweißbereich aufgebracht, das zu geschmolzenem Flußmittel 60 wird und die Schmelze 62 aus Metall schützt. Ein Elektromagnet 68 mit einer Spule 70 ist ähnlich wie die Elektromagnete 24 und 26 und die Spulen 30 und 32 von Fig. 1 vorgesehen. Die Schmelze 62 wird benachbart eines vorher aufgebrachten Plattierungsstreifens 66 gebildet, wobei ein relativ weicher Verbund zwischen den Streifen 62 und 66 durch ein pulsierendes Magnetfeld geschaffen wird.

Im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß Fig. 2 ist der Elektrodenstreifen 56 zum Hindernis 44 in einem Winkel in der Ebene des Elektrodenstreifens 56 geneigt angeordnet. Dies ermöglicht es, die Vorrichtung bis in den Winkel zu führen, jedoch ist die Neigung alleine nicht ausreichend, um in der Nähe der Schmelze ein magnetisches Polstück vorzusehen, während ein magnetischer Pol ein Erfordernis bei dem Verfahren der US-Anmeldung 596.878 ist. Erfindungsgemäß werden Mittel 52 zum übertragen eines magnetischen Flusses in das Hindernis 44 vorgesehen, das normalerweise ferromagnetisch ist. Es wurde gefunden, daß die übertragung des Flusses in das Hindernis in dem dargestellten Bereich dazu führt, daß das Hindernis 44 zu einem komplementären Pol zu dem Polstück 68 wird. Der auf diese Weise gebildete Pol befindet sich auf der Seite des Elektrodenbandes 56, die dem magnetischen Polstück 68 gegenüberliegt.

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Es wird angenommen, daß die geeignete Positionierung des Pols folgendermaßen bewirkt wird: Der magnetische Fluß wird in das Hindernis 44 übertragen, da der Luftspalt zwischen dem Teil 52 und dem ferromagnetischen Hindernis 44 im Verhältnis zu demjenigen zwischen dem Teil 52 und dem Polstück 68 klein ist. (Alle Teile des Kopfes 54, abgesehen von den Polstücken 52 und 68, bestehen aus nichtmagnetischem Material.) Es scheint daher, daß die Linien des magnetischen Flusses um die Flußmittelschicht 60 herum durch den Kohlenstoffstahl im Flansch 44 und im Werkstück 64 verkürzt sind. Jedoch bewirkt die Schweißhitze, daß das Flußmittel schmilzt, während ein Flußmittel verwendet wird, das eine relativ hohe magnetische Permeabilität im geschmolzenen Zustand aufweist. Weiterhin erhöht die Hitze des SchweißVorganges die Tempaatur des Werkstücks im Bereich der Schweißung auf eine Temperatur, die hoch genug ist, so daß das Werkstück nicht mehr ferromagnetisch ist; daher wird die Permeabilität des Werkstücks verringert und die Permeabilität des Flußmittels derart vergrößert, daß der Weg des größten Teils des magnetischen Flusses vom Teil 52 durch den Flansch 44 zu dem geschmolzenen Flußmittel 60 un.d von diesem zu dem Polstück 68 verläuft. Das pulsierende magnetische Feld, das durch Spulen 50 und 70 hervorgerufen wird, besitzt eine Komponente quer zur Oberfläche des geschmolzenen Flußmittels 60 und die Änderung des magnetischen Flusses bewegt das Flußmittel 60, das seinerseits das flüssige Metall 62 rührt, wodurch ein zufriedenstellender übergang zwischen benachbarten Plattierstreifen erzeugt wird. Die Anordnung des Polstücks 68 ist wichtig, da es wünschenswert ist, daß eine beträchtliche transversale Komponente des Magnetfeldes in den Übergangsbereichen existiert und daß das Polstück 68 nicht zu nahe in Niedertemperaturbereiche mit hoher Permeabilität des Werkstücks 64 gebracht wird. Daher ist eine vorherige Einstellung der Lage des Polstücks 68 zweckmäßig, um die Ausbildung der Verbindungsbereiche zu optimieren.

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Die genannte Anordnung des Elektrodenbandes gemäß der Erfindung kann ferner vorteilhaft zum Plattieren von Zylindern mit kleinen Durchmessern verwendet werden. Wie im Zusammenhang mit Fig. 2 erwähnt wurde, stellt der Raum, der für die Spirale des Elektrodenbandes notwendig ist, eine untere Grenze für die Größe eines mit einer Plattiervorrichtung plattierbaren Zylinders dar. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, reduziert die Neigung des Elektrodenbandes den Radius, der für die Spirale erforderlich ist, wodurch die Grenze bezüglich des Zylinderdurchmessers verringert wird. Fig. 4 zeigt einen Schweißkopf 76, der ähnlich zu dem Schweißkopf 54 von Fig. 3 ausgebildet und innerhalb eines zu plattierenden Zylinders 72 angeordnet ist. Ein Polstück 78, das ähnlich dem Polstück 68 von Fig. 3 ist, wird verwendet, während ein Ansatz 74 am Teil 75 (entsprechend dem Teil 52 von Fig. 3) für Fälle angebracht ist, in denen kein Winkel als Polstück verwendet wird. Ein Arm 82 entspricht dem Arm 40 von Fig. 2, während die Spule 84 der Spule 42 entspricht. Wie sich aus Fig. 4 ergibt, wird für das Drehen des Elektrodenbandes bei geneigter Elektrode wenig Raum notwendig. Eine 15"-Neigung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt, jedoch können auch andere Neigungen verwendet werden, und bei zunehmend engen Zylindern kann mit zunehmender Neigung plattiert werden. Dementsprechend ist es erfindungsgemäß zusätzlich zum Plattieren von Winkeln und Ecken mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, Zylinder zu plattieren, die einen kleineren Durchmesser als die kleinsten aufweisen-, die mit den bekannten Vorrichtungen plattiert werden konnten.

Gemäß Fig. 5 ist eine Spule 86 aus Elektrodenband auf einem Spulenarm 88 angeordnet, der fest mit einer Welle 90 verbunden ist. Die Welle 90 ist in einer Hülse 91 drehbar, die mit einem Arm 92 zum Positionieren verbunden ist, und ferner ist die Welle 90 fest mit einer Platte 94 verbunden. Eine Führung 96, die dazu dient, das Elektrodenband 87 in den Schweißkopf 98 zu führen, ist auf der Platte 94 ebenso wie ein Arm 100 zum Halten des Schweißkopfes 98 befestigt.

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——. Q —

ΑΛ

Zum Plattieren von großen Zylindern, etwa von Druckgefäßen, wird der Arm 92 durch geeignete Positioniermittel in das Innere des Druckgefäßes bewegt. Ein genügender Raum existiert in großen Druckgefäßen, um die Spule 86 uid den Rest der Vorrichtung aufzunehmen. Wenn ein Winkel plattiert werden soll, wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird die Vorrichtung wie dargestellt angeordnet, und der Winkel in der vorstehenden Weise plattiert. Wenn die Vorrichtung aus dem Winkel herausgezogen wird, wird der Ansatz 74 von Fig. 4 hinzugefügt, während die allgemeine Anordnung der Vorrichtung entsprechend derjenigen von Fig. 5 bleibt, mit der Ausnahme, daß das vertikale Teil nicht als Polstück verwendet wird. Wenn das Plattieren in einem Winkel vorgenommen werden soll, der entgegengesetzt gerichtet ist, wird die Welle 90 gedreht, wodurch der Spulenarm 88 und die Platte 94 um die Achse der Welle gedreht werden, wobei die Spule und der Schweißkopf entsprechend angehoben werden. Auf diese Weise brauchen die Mittel, die zum Positionieren des Arms 92 dienen, zum Plattieren eines gegenüberliegenden Winkels nicht neu orientiert zu werden.

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Claims (7)

Pat en tansprüche

1) j Verfahren zum Plattieren von Werkstücken mit verdecktem ^—1^

Lichtbogen, wobei das Werkstück relativ zu einem Elektrodenband bewegt und ein Lichtbogen zwischen dem Ende des Elektrodenbandes benachbart dem Werkstück und der Werkstückoberfläche zum Schmelzen des Elektrodenbandes und Plattieren der Werkstückoberfläche erzeugt und das geschmolzene Metall mit einem Flußmittel abgedeckt sowie ein magnetisches Feld im Bereich des flüssigen Materials erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines Hindernisses dieses als zweiter magnetischer Pol verwendet wird, indem der magnetische Fluß über das Hindernis geführt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußmittel mit relativ hoher Permeabilität im geschmolzenen Zustand verwendet wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenstreifen in der Ebene hiervon von dem Hindernis weg geneigt gehalten wird.

4) Vorrichtung zum Plattieren von Werkstücken mit verdecktem Lichtbogen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem an einer Stromquelle anschließbaren Elektrodenband, einer Einrichtung zum Bedsken des flüssigen Metalls und eines Teils der gebildeten Schweißraupe mit einem Flußmittel, einer Einrichtung zum Bewegen der Vorrichtung relativ zum Werkstück und zwei magnetischen Polen, benachbart den gegen-

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ORIGINAL INSPECTED

überliegenden Kanten des Elektrodenbandes zum Erzeugen eines magnetischen Feldes im Bereich des geschmolzenen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die bewirken, daß der magnetische Fluß bei Vorhandensein eines Hindernisses (44) durch dieses verläuft.

5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der magnetischen Pole (52, 75) mit einem Ansatz (74) versehbar ist.

6) Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenband (86) zusammen mit den magnetischen Polen um eine Achse senkrecht zu einem Positionierarm (92) der Vorrichtung drehbar ist.

7) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Halten des Elektrodenbandes (56, 84) schräg zur Oberfläche des Werkstücks (64, 72) vorgesehen sind.

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