-
Verfahren zum Lichtbogenschweißen
-
und Zuschlagstoff zum Durchführen des Verfahrens Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Lichtbogenschweissen, bei dem sowohl massiver Elektrodenwerkstoff
als auch zerkleinerte Zuschlagstoffe verwendet werden. Unter Zuschlagstoffensind
im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sowohl Schweißzusatzwerkstoffe als auch Schweißhilfsstoffe
im Sinne von DIN 8571 (3/66) zu verstehen.
-
Zur Steigerung der Abschmelzleistung werden als Zuschlagstoffe vorzugsweise
metallische Werkstoffe verwendet, während zur Erreichung bestimmter metallurgischer
und technologischer Gütewerte der Schweißnaht vorzugsweise nicht metallische Werkstoffe
verwendet werden.
-
Aus der DE-OS 19 19 534 ist ein Verfahren zum maschinellen Unterpulver-Auftragschweißen
bekannt, bei dem die Zuschlagstoffe in Form eines pulverförmigen Gemisches, bestehend
aus Eisenpulver und Begierungsmetallen, durch ein Anstreurohr vor der Schweißstelle
aufgestreut werden Der Nachteil dieses Verfahrens ergibt sich in erster Linie aus
seiner begrenzten Anwendbarkeit: die pulverförmigen Zuschlagstoffe können im wesentlichen
nur auf waagerechte, geschlossene Flächen aufgestreut werden. Bei einer durch zwei
Werkstückteile gebildeten offenen Nahtfuge kann das Pulver dagegen durchrieseln.
-
Bei der aus der DE-OS 19 19 534 bekannten Vorrichtung ist das Anstreurohr
eng mit dem Schweißkopf verbunden.
-
Durch diese Anordnung können Beeinflussungen durch die Magnetfelder
des Schweißstroms auftreten und zu Stokkungen oder Fehlpositionierungen magnetisierbarer
Zuschlagstoffe führen. Beim Schweißen insbesondere in tiefen Fugen, die beim Verbindungsschweißen
dicker Werkstücke anfallen, können diese Magnetfelder ein Anhaften der magnetisierten
Zuschlagstoffe an den Nahtflanken oberhalb des Lichtbogens bewirken, wodurch ein
wesentlicher Teil des Zuschlagstoffs nicht aufgeschmolzen wird. Darüber hinaus besteht
die Gefahr, daß die meist scharfkantigen Körner des metallischen Zuschlagstoffs
einen hohen Verschleiß der Dosiereinrichtung verursachen und so zu einem vorzeitigen
Ausfall der gesamten Schweißvorrichtung führen.
-
Aus der DE-OS 23 04 753 ist ein anderes Verfahren für das Unterpulverschweißen
bekannt, bei dem der zerkleinerte metallische Zuschlagstoff während des Schweißvorgangs
oberhalb des Schlackenpulvers, das auf das Schweißbad aufgebracht wird, auf die
Vorderseite der durch den Schweißstrom magnetisierten Drahtelektrode aufgegeben
und mit dieser durch das Schlackenpulver hindurchgetrieben und dem Schweißbad zugeführt
wird.
-
Bei diesem Verfahren ergibt sich zwar für Auftragsschweissungen auf
- auf den engeren Bereich der Schweißzone bezogen - mindestens annähernd ebenen
Flächen eine relativ gute Zuführung der Zuschlagstoffe in den Lichtbogen. Soll aber
für eine Verbindungsschweißung eine Naht in der Wurzel einer tiefen V-förmigen Fuge
geschweißt werden, so
besteht die Gefahr, daß Teile des Zuschlagstoffs
infolge magnetischer Felder schon oberhalb des Lichtbogens auf die Flanken der Fuge
gelangen und dort ungeschmolzen verbleiben. Außerdem ist dieses Verfahren im wesentlichen
auf magnetisierbare Zuschlagstoffe beschränkt, wobei sich noch zusätzlich Schwierigkeiten
beim Zünden und Löschen des Lichtbogens ergeben, weil sich das zum Transport des
Zuschlagstoffs notwendige Magnetfelrst mit dem Fließen des Schweißstroms aufbaut.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs
genannten Art derart zu verbessern, daß zerkleinerte Zuschlagstoffe beliebiger Zusammensetzung
unter Vermeidung der genannten Nachteile in exakter Dosierung auch an nicht geraden
und nicht ebenen Nahtverläufen sicher positioniert und unmittelbar vom Lichtbogen
erfaßt werden können.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zuschlagstoffe
an der zu schweißenden Stelle in einer dünnwandigen und leicht abschmelz- bzw. abbrennbaren
Umhüllung deponiert werden. Im Falle einer offenen V-förmigen Nahtfuge wird der
mit der Umhüllung versehene Zuschlagstoff - im folgenden auch kurz "Schweißschlauch"
genannt -einfach in die Fuge eingelegt. Auf Trommeln aufgespulte endlose Schweißschläuche
können dem Lichtbogen - analog dem Verschweißen von Kaltdraht - auch mittels einer
Transporteinrichtung zugeführt werden.
-
Es ist bekannt, eine umhüllte Stabelektrode in eine Nahtfuge einzulegen.
Die Umhüllung einer solchen Stabelektrode stellt eine elektrische Isolierung dar,
die es ermöglicht, den mit einer Stromquelle verbundenen Elektrodenkern elektrisch
zu zünden. Durch die Wärmeeinwirkung des Lichtbogens neigt die Elektrode jedoch
zum Verbiegen, weshalb man sie durch eine der Naht angepaßte Schiene abdecken muß
(sogenanntes Unterschienenschweißen). Eine solche Stabelektrode ist als nichtstromführender
Zuschlagstoff nicht geeignet, weil sie nur unter Verwendung einer festen Schiene
verarbeitet werden könnte und die Schiene das Erschmelzen des unter ihr liegenden
Zuschlagstoffs durch eine von außen- herangeführte Elektrode ausschließt.
-
Das Gewichtsverhältnis von aufgeschmolzenem zerkleinertem Zuschlagstoff
zu abgeschmolzenem Elektrodenwerkstoff kann zwischen den im Anspruch 2 definierten
Werten variieren. Dieses Verhältnis kann - bei gleicher Elektrode - dadurch verändert
werden, daß ein Schweißschlauch mit einem anderen Längengewicht (g/m) verwendet
wird.
-
Zur Einhaltung des richtigen Längengewichtes kann in einfacher Weise
der Querschnitt der Umhüllung des Schweißschlauches ausgenutzt werden.
-
Durch die Umhüllung kann der Zuschlagstoff auch auf schräg angeordneten,
nicht waagerechten Nähten deponiert werden. Insbesondere an V-förmigen Nahtfugen
ergibt sich eine gute Haftung durch die Klemmwirkung der schrägen Nahtflanken. Durch
die flexible Ausbildung der Umhüllung nach Anspruch 3 sind auch nicht gerade, also
z.B. abgeknickte oder gerundete Schweißnähte sicher mit pulverför-
migem
Zuschlagstoff zu beschicken. Durch den konstanten Querschnitt der Umhüllung läßt
sich das Gewichtsverhältnis von aufgeschmolzenem zerkleinertem Zuschlagstoff zu
abgeschmolzenem Elektrodenwerkstoff verhältnismäßig exakt einhalten.
-
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Zuschlagstoff erst frei,
wenn die Umhüllung des Schweißschlauchs durch die Wirkung des Lichtbogens abschmilzt
bzw. abbrennt. Dadurch wird der Zuschlagstoff - im Gegensatz zu den bekannten, aufstreuenden
Verfahren - mit Sicherheit unmittelbar im Lichtbogenbexeich freigegeben, ohne daß
eine unerwünschte Beeinträchtigung des Lichtbogens auftritt.
-
Gegenüber dem bekannten Aufstreuen von pulverförmigen Zuschlagstoffen
erlaubt die Umhüllung der Zuschlagstoffe nach der Erfindung durch die hohe Packungsdichte
eine konzentrierte Zugabe der Zuschlagstoffe im Bereich des Lichtbogenzentrums.
Dadurch läßt sich insbesondere beim Verbindungsschweißen das hohe Gewichtsverhältnis
des im Anspruch 2 genannten Bereichs erreichen. Außerdem ist es durch die Umhüllung
der Zuschlagstoffe möglich, Verbindungsnähte mit V-förmiger Nahtfuge, die in ihrem
Grund einen Luftspalt aufweisen, zu schweißen, wobei ein Durchrieseln der Zuschlagstoffe
nicht auftritt.
-
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
-
Es zeigen:
Fig. 1 eine Nahtfuge mit einem darin befindlichen
Schweißschlauch und eine Schutzgasschweißvorrichtung im Längsschnitt Fig. 2 dieselbe
Schweißstelle im Querschnitt Fig. 3 eine Verbindungsschweißung mit einer Unterpulver-Schweißvorrichtung
im Längs schnitt Fig. 4 die Schweißstelle nach Fig. 3 im Querschnitt.
-
Bei beiden Ausführungsbeispielen werden zwei Werkstückteile, die eine
V-förmige Nahtfuge bilden zusammengeschweißt (sogenanntes Verbindungsschweißen).
-
Beim ersten Ausführungsbeispiel wird das Verfahren anhand des Metall-Schutzgasschweißens
(MSG) beschrieben, also einem Schutzgasschweißverfahren mit abschmelzender Elektrode.
Die beiden Werkstückteile 1a, 1b weisen vor dem Schweißen je eine schräge Flanke
2a bzw. 2b auf. Beide Flanken bilden eine offene V-förmige Nahtfuge 3, die an ihrem
Grund einen Spalt 4 aufweist. Vor dem Schweißen wird ein Schweißschlauch 5 in die
Nahtfuge 3 eingelegt.
-
Dieser Schweißschlauch enthält pulverförmige Zuschlagstoffe 6, die
von einer flexiblen Umhüllung 7 aus Glasfasergewebe eingeschlossen sind. Je nach
Art einer Schweissung kann es auch von Vorteil sein, die Umhüllung als Metallgewebe
oder auch als Folienschlauch herzustellen.
-
Der Schweißschlauch 5 weist einen runden Querschnitt auf und kann
in definierten Längen von z.B. 700 mm hintereinander - ggf. auch nebeneinander -
gelegt werden. Er kann
auch als endloser Schlauch von abgewickelt
werden. In einzelnen Fällen - insbesondere zur Verlegung in V-förmige Nahtfugen
- kann es vorteilhaft sein, einen Schweißschlauch mit einem nichtrunden, also z.B.
-
drei- oder viereckigen Querschnitt zu verwenden.
-
über der Schweißstelle befindet sich die Schweißvorrichtung 8, durch
die eine Drahtelektrode 9 geführt wird.
-
Die Drahtelektrode 9 wird mit Hilfe eines Paares von Vorschubwalzen
10 von einer Trommel 11 abgewickelt. Die Schweißvorrichtung weist eine Führungseinrichtung
12 auf, die z.B. als Kupferdüse ausgebildet sein kann und die zur Verbindung des
einen Pols der Stromguelle 13 mit der Drahtelektrode 9 dient. Der andere Pol der
Stromquelle 13 ist mit mindestens einem der Werkstücke 1a bzw. 1b verbunden.
-
Die Schweißvorrichtung 8 weist außerdem noch einen Anschluß 14 zur
Einspeisung eines Schutzgases auf. Der Weg des Schutzgases ist durch die Pfeile
15, 16 und 16' angedeutet.
-
Nach dem Zünden des Lichtbogens 17 wird die Schweißvorrichtung in
Richtung des Pfeils 18 bewegt. Alternativ können die Werkstücke 1a, 1b in Richtung
des Pfeiles 19 bewegt werden. Der Lichtbogen 17 schmilzt zunächst die Umhüllung
7 des Schweißschlauches 5 auf, so daß der Schweißzusatzwerkstoff 6 vom Lichtbogen
17 erfaßt und zusammen mit der Drahtelektrode 9 und einem Teil des Grundwerkstoffs
der Werkstückteile 1a, 1b aufgeschmolzen wird. Das flüssige Schmelzbad ist in der
Zeichnung mit 20 und die erstarrte Schweißnaht mit 21 bezeichnet.
-
Vorteilhafterweise enthält die Umhüllung 7 des Schweißschlauches 5
lichtbogenstabilisierende und/oder schlackebildende Zuschlagstoffe.
-
In den Fig. 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahren
zum Schweißen einer Verbindungsnaht mit Hilfe des Unterpulverschweißens (UP) dargestellt.
Die Schweißvorrichtung 22 weist im wesentlichen ein Paar von Vorschubwalzen 10',
eine Kupferdüse 23, einen Vorratsbehälter 24 und einen Trichter 25 für das Schlackenpulver
26-auf. Die Vorschubwalzen 10' ziehen die Drahtelektrode 9' von einer Trommel 11'
ab und drücken sie durch die Kupferdüse 23 und den am unteren Ende der Kupferdüse
befindlichen Trichter 25. Sowohl die Kupferdüse 23 als auch mindestens eines der
Werkstückteile 1a, 1b ist mit je einem Pol einer Stromquelle 13' verbunden.
-
Durch Berührungskontakt wird der Strom von der Kupferdüse 23 auf die
Drahtelektrode 9' übertragen. Der Abschmelzvorgang der Drahtelektrode 9' sowie des
Schweißschlauchs 5 ist im Prinzip der gleiche wie im vorgenannten Ausführungsbeispiel,
jedoch mit dem Unterschied, daß die Abschirmung der Schmelzzone gegenüber der sauerstoffhaltigen
Atmosphäre nicht durch Schutzgas sondern durch ein Schlackenpulver 26 bewirkt wird.
-
In einem Anwendungsfall wurde das Verfahren nach dem zweiten Ausführungsbeispiel
unter Verwendung einer Drahtelektrode mit 5 mm ~ durchgeführt. Als Zuschlagstoff
wurde ein Eisen-Mangan-Pulver mit einem Mangan-Massengehalt von 1,5 e verwendet,
wobei insgesamt 30 kg/h an Drahtelektrode und Zuschlagstoff zu gleichen Teilen -
also mit einem Zusatzverhältnis von 1 - aufgeschmolzen wurden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die beiden Ausführungsbeispiele
beschränkt, es kann vielmehr auch u.a. mit dem Wolfram-Schutzgasschweißen (WSG)
und dem.
-
Plasmaschweißen (WP) durchgeführt werden. Durch die Verwendung des
Schweißschlauchs kann in jedem Fall auf eine Dosiervorrichtung an der Schweißvorrichtung
verzichtet werden und der Schweißvorgang so störfreier gestaltet werden.
-
Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher
Weise zum Auftragsschweißen.