DE2936282A1

DE2936282A1 - Lichtbogenschweissverfahren

Info

Publication number: DE2936282A1
Application number: DE19792936282
Authority: DE
Inventors: Nikolaj A. Leningrad Ero&scaron;kin; Alfred V. Ivannikov; Vja&ccaron;eslav N. Matveev
Original assignee: VNI PK I T I ELEKTROSVAROCNOGO
Current assignee: VNI PK I T I ELEKTROSVAROCNOGO
Priority date: 1979-09-07
Filing date: 1979-09-07
Publication date: 1981-04-02
Also published as: FR2467043A1; GB2059319A; SE7907313L; FR2467043B1; GB2059319B; DE2936282C2; US4307281A; SE439892B

Description

Vsesojuznyj Nautschno-Issledo^awelskij proektno-konstruktorskij technologitscheskij institut Elektrosvarotschnogo oborudovanija Leningrad/UdSSR Ty _{p 72o5}9-E-61

LICHTBOGENSCHWEIß VERFAHREN ⁷· ^SeP^fc· ¹⁹⁷⁹

L/Kdg

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Lichtbogenschweißung, und zwar Lichtbogenschweißverfahren mit Hilfe abschmelzender Elektrode.

Die lurfindung kann z.B. oeirn Schweißen m L t; Pulver,

-τι i ι Schutzgasen und deren Gemischen sowie beim Schweißen ohne Aulstreuschweißpulver und Schutzgase benutzt werden.

Re: ondopF ~v.o ■ it,. , 11 lf: die ü-rfindung in Industriezweigen zu verwenden, die hohe Schweißgeschwindigkeiten erfordern, z,B, im Maschinen-, Schiff- und Kraftfahrzeugbau; ν it ..-,,·; ei ι kann die Erfindung in der Rohrproduktion verwendet werden.

.■:rie u'ivo: :-.i -hLbii-f; Bedingung zum .erhalten einer hochwerti—

einer gen Schweißverbindung besteht in guten Nahtausbildung ohne Defekte in Form von ßindefehlern (Kaltschweißsteilen), «Vulsten und Einbrandkerben.

Hei den herkömmlichen Eindrahtschweißverfahren, bei

denen die Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Elektrode de die Schweißgeschwindigkeit bedeutend (um das 2 20Ofache) überschreitet, treten die oben angegebenen Defekte bei ι chweißgeschwindierkelten über '/0 m/Std. auf. Bei solchen Ge-.cnwindigkeiten kann der Grundwerkstoff vor dem oohweiß-¹ .ii-htbogerr in eixaern uuareicheoden Gra •^;.t:r ien, wodurch liedini'un^en zur ßilduii^ von und iinbrandkerben in der naht t-ncstehen. Aubt-Tden.

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leisten diese Verfahren keine stabilen Abmessungen der Naht inbezug auf die Breite und Höhe der Schwelßnahtverotärkung. Trotzdem tritt in der modernen Produktion die Notwendigkeit auf, Schweifungen mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten als 7U m/Std. (bis 1i?0 m/Std. und höher) durchzuführen, dabei werden zur Beseitigung der oben angegebenen defekte in der Kegel fciehrdrahtschweißverf ahren verwendet,

raumnufwend ip;e

die die Benutzung von komplizierten, und im Betrieb unhandlichen Ausrüstungen erforderlich machen.

JSs ist ein Kindrahtschwelßverfahren bekannt, bei dem das Erzeugnis unter einem gewissen Neigungswinkel inbezug uuf die SchweiJirichtung so angeordnet wird, daß das flüssige Metall des Schmelzbades unter Einwirkung der Schwerkraft in Führungerichtung dee Schweißvorgangs abfließt. Die .elektrode wird dabei mit einer Kückneigung inbezug auf die Schwelßrichtung unter dem Winkel von 10-15° eingestellt. Bei einer solchen Führung des Schweiß ν or gangs ν. ird die ÜurchwärmuDij dee Crundwurkütuffs vor dem Lichtbogen verbessert, wodurch es möglich wird, eine Naht mit befriedigenden restigkeitseigenschaften bei hohen Geschwindigkeiten (bis _}UU m/Std.) zu erhalten.

Jer Hauptnachteil dieses Verfahrene besteht darin, daß es für erzeugnisse unanwendbar ist, die (mit der erforderlichen Neigung^>wegen der, konstruktiven Aufbau* des ürzeugnisses, lessen Herstellungsbedingungen, _o,i_or infolge der Abmes- i ungen des Erzeugnisses nicht)angeordnet werden können, was

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das Anwendungsgebiet dee Verfahrene begrenzt. Überdies, \obwohl die Naht bei diesem Schweißverfahren befriedigende Festigkeitseigenschaften aufweist^ kommen auch in diesem Fall/Einbrandkerben, ßindefehler, Wulsten sowie unstabile Abmessungen der Naht inbezug auf die Breite und Höhe der ochweißnahtverstärkung vor.

Es ist ein ^indrahtschweißverfahren mit automatischem Vorschub der abschmelzenden Elektrode mit rundem querschnitt bekannt, bei dem die genannten Nachteile beseitigt werden (siehe I^-PS 1Ö14325). Entsprechend diesem Verfahren wird die Schweißung mittels einer Elektrode, deren Ende in das

durch-Schmelzbad eingetaucht ist, geführt, wobei eine urahtelektro-

b i :; de, ein Schweißpulver und hohe Stromstärke (1000 AOOO A)

benutzt werden. Dabei wird der Durchmesser der Drahtelektrode mit dem Schweißstrom ab gestimmtι bei einem Strom von

bis
15ΟΟ 25ΟΟ A beträgt dieser 6 - ö mm und bei Strömen über

A mindestens 7 um,

Dieses Verfahren sieht bei hohen Geschwindigkeiten dee Eindrahtschweißvorgangs (bis 300 m/Std.) das Erhalten einer Naht mit hoher Ausbildungsgüte vor.

jedoch ELn Nachteil des Verfahrens besteht durin, daß dessen

Anwendungsgebiet auf das Schweißen unter einer Schweißpulver» schicht bei sehr großen Strömen begrenzt ist. Dabei können keine Nähte mit geringen Abmessungen erhalten werden, weil der untere Grenzwert des Elektrodendurchmessers und damit die minimale Nahtbreite, die mindestens 7 mm betragen soll, begrenzt ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch die Auswahl der Beziehungen zwischen den Abmessungen der abschmelzenden Elektrode und der erforderlichen Nahtbreite, der Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Elektrode und der Schweißgeschwindigkeit sowie der Lichtbo^enlänge und den Abmessungen des Querschnitte der abschmelzende Elektrode ein Verfahren zu entwickeln, das bei hohen Geschwindigkeiten des Eindrehtsehweißvorgangs und einer hochwertigen Nahtausbildung das Erhalten von Nähten mit beliebigen, im voraus vorgegebenen Abmessungen und das Schweißen von Erzeugnissen unter einer Schweißpulverschicht, in Schutzgasen und deren Gemischen mittels Elektroden mit rundem oder nicht rundem Querschnitt sowie ohne Verwendung von Aufstreuschweißpulvern und Schutzgasen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Lichtbogenschweißverfahren mittels abschmelzender Elektrode, deren Ende in das Schmelzbad eingetaucht ist, erfindungsgemäß die maximale Größe des Elektrodenquerschnitts

an dem in das Schmelzbar einzutauchenden Ende die verdoppelte minimale Größe dieses Querschnitts nicht überschreitet, wobei diene Abmessungen mit der erforderlichen Nahtbreite durch eine Auswahl der minimalen Größe dieses Querschnitts für ein und dieselbe erforderliche Nahtbreite geringer als die Nahtbreite, aber iiicht geringer

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als die Hälfte dieser Breite ^Λ ~-- die Lichtbogen-

lange geringer als die genannte minimale Größe des

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Querschnitte eingestellt, die abschmelzende Elektrode mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Schweißgeschwindigkeit vorgeschoben, und die Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Elektrode und der Schweißyeschwindiiskeit für ein und d ' ffeelbe erforderliche Nahtbreite desto geringe^ je größer die querschnittsflache des ge-

i ε t

nannten Endes der abschmelzenden Elektrode/gewählt wird)

Die Führung des Schweißvorgänge mittels einer Elektrode, deren Ende in das Schmelzbad eingetaucht ist, gewährleistet ein erhöhte Konzentration der Einführung der Lichtbogenwärme in das Schmelzbad.

Infolge der vorstehend angegebenen Beziehungen zwischen den Abmessungen des Elektrodenquerschnitte und der Nahtbreite, zwischen der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode und der Schweißgeschwindigkeit sowie zwischen der Lichtbogenlänge und den i^uerschniitsabmessungen der abschmelzenden Elektrode schmilzt das in das Schmelzbad eingetauchte Ende der abschmelzenden Elektrode mit einer in die Richtung der Schweiß· Vorgangsführung weisenden Abschrägung ab, wodurch eine ausreichende Vorwärmung des Grundwerkstoffs vor dem Schmelzbad sogar bei hohen Schweißgeschwindigkeiten gewährleistet wird.

Außerdem wird bei der genannten Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode und der Schweißgeschwindigkeit die Störung des flüssigen Schmelzbades durch den Schweißlichtbogen gemäßigt.

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"ζ⁶ "

Die Gewährleistung einer erhöhten Konzentration der Einführung von Lichtbogenwärme in das Schmelzbad, die Vorwärmung des Grundwerkstoffs vor dem Schmelzbad, die geringe Störung des flüssigen Schmelzbades durch den Schweißlichtbogen - alles das gestattet bei den hohen Geschwindigkeiten

"γ/, i den.

des fiindrahtschweißvorgangs eine gut ausgebildete Naht zu

Da die minimale Größe des querschnitts der Elektrode _an ihrem ins Schmelzbad einzutauchenden Endes mindestens die Hälfte der erforderlichen Nahtbreite betragen soll,

kann man immer eine Elektrode mit einer solchen minimalen Größe auswählen und damit eine Naht mit im voraus vorgegebenen Abmessungen erhalten·

Aus dem oben Dargelegten ist ersichtlich, daß die Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens von der Schutzart der auszubildenden Schweißnaht und der (.Querschnitt sf or m der Elektrode nicht abhängen, und deshalb ist das vorliegende Verfahren sowohl für das Schweißen unter Pulver, in Schutzgasen und deren Gemischen mittels Elektroden mit rundem und nicht rundem querschnitt alο auch zur Schweißung ohne Verwendung von Aufstreuschweißpulvern und Schutzgasen geeignet.

Im folgenden wird die Erfindung durch ausführliche Beschreibung vor. Ausführungsbeispiele näher erläutert·

Gemäß der Erfindung wird in Abhängigkeit von der erforderlichen Nahtbreite die minimale Größe des «yuerschnitta der Elektrode an deren ine Schmelzbad einzutauchenden

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Endes geringer als die erforderliche Nahtbreite, aber nicht geringer als die Hälfte dieser Breite gewählt. Dabei soll die maximale Größe dieses Querschnitts dessen verdoppelte minimale Größe nicht überschreiten·

Dem Fachmann i:;L einleuchtend . daß bei Ver-

ei πργ
wendung Elektrode mit rundem (querschnitt die minimale Größe des genannten Elektrodenquerschnitts der maximalen bleich ist und den Durchmesser dieser Elektrode darstellt· In diesem Fall wählt man also den Durchmesser der abschmelzenden Elektrode geringer als die Nahtbreite, aber nicht geringer als die Hälfte dieser Breite. Die minimale Größe ist bei Verwendung von Elektrode mit rechteckigem querschnitt die Größe der kleineren Seite und die maximale Größe ist die Größe der Diagonale des Rechtecks.

Es ist einleuchtend, daß eine Elektrode

mit rundem Querschnitt meistens vorzuziehen ist,/aber\in

*z.7 es eine
einigen Fällen/ ist zweckmäßig, Elektrode mit rechteckigen Querschnitt zu verwenden, weil mittels einer Elektrode mit rechteckigem Querschnitt, dessen Fläche der Fläche der runden Elektrode gleich ist, Nähte in einem weiten - Großenbereich geschweißt werden können.

Es durfte auch einleuchtend nein, daß anstelle von Elektroden mit rundem oder rechteckigem Querschnitt

nötigenfalls Elektroden mit ende—

eines ren Querschnittsformen, zum Beispiel in Form Rings, eines

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Vielecks mit gleichen Ecken u.a. verwendet werden können.

_Zur Erleichterung der Überlegungen wurde diese im folgenden

für eine Elektrode mit rundem Querschnitt durchgeführt.

Durch die Auswahl des Durchmessers der abschmelzenden Elektrode, der der erforderlichen Nahtbreite nahe^^ommti bekommt man Nähte mit gleichmäßigem Übergang infolge der geringeren Menge des aufgetragenen Elektrodenschweißgute (entsprechend dem Gesetz I RTj^darin sind» I Schweißstromj

B elektrischer Widerstand des freien Elektrodenendee;

T Zeit des Stromdurchflusses durch das freie Elektrodenende ) ·

Es ist zweckmäßigf solche Elektrodendurchmeaeer bei der Erzeugung von Nähten zu verwenden, die vorzugsweise durch den abgeechmolzenen Grundwerkstoff ausgebildet werden.

hin Durchmesser der abschmelzenden Elektrode, der der

dieser Hälfte der erforderlichen Nahtbreite nahekommt oder gleich ist, wird zweckmäßig zum Erhalten von Nähten verwendet, die vorzugsweise durch das abgeschmolzene Sciiweißgut der Elektrode ausgebildet werden.

Der ausgewählte Durchmesser der Elektrode bestimmt die Schweißstromgröße und entsprechend die erforderliche Einbrandtiefe des Grundwerkstoffs, dabei soll die Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Elektrode obligatorisch geringer als die erforderliche Schweißgeschwindigkeit sein, und sie wird so eingestellt, daß der Schweißvorgang mit einer Elektrode,

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deren Ende in das Schmelzbad eingetaucht ist, geführt wird _wobei'die Lange des Lichtbogens unbedingt geringer als der Durchmesser der abschmelzenden Elektrode ist.

Bei der Einstellung der Lichtbogenspannung ist es

dem Fachmann bekannt, daß der Wert der Lichtbogen-

dureh 'lie
spannung außer oben angegebenen Parameter auch durch , die Werkstoffe der Elektrode, den Grundwerkstoff, die Art des den Lichtbogen umgebenden Mediums, die Art und die Polarität bestimmt wird, wobei die Reihenfolge der Auswahl dieser Parameter (Reihenfolge der Vorgänge bei der Durchführung des Verfahrene) nach dem Ermessen des Fachmanns festgelegt

werden kann.

sich auf die

Die unten folgenden Beispiele beziehen Verwendung von Gleichstrom mit umgekehrter Polung.

Beispiel 1.

Es soll eine T-Verbindung unter einer SchwelßpulverschÜtt geschweißt werden.

Grundwerkstoff - Kohlenstoffstahl Elektrodenwerkstoff - niedriggekohlter Stahl Erforderliche Nahtbreite (Nahthypotenuse) - 4 mm Erforderliche Schweißgeschwindigkeit - 175 m/Std. Da bei einer T-Verbindung die Naht hauptsachlich durch den abgeschmolzenen Elektrodenwerkstoff ausgebildet wird, sei ein Durchmesser der Elektrode gleich der Hälfte der erforderlichen Nahtbreite - 2 mm - gewählt.

Der gewählte Elektrodendurchmesser bestimmt den Schweiß-

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strömt 450 L.

Dabei beträgt die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 160 m/Std.

Lichtbogenspannung - 23 V.

AIn Ergebnis wird eine Naht mit gleichmäßiger Breite von 4 mm ohne Einbrandkerben und Wulste erhalten.

Beispiel 2.

Es soll eine Stoßverbindung mit einer Stärke von 7 mm ohne Kantenabschrägung in Kohlendioxyd (COp) geschweißt werden.

Grundwerkstoff - niedriglegierter Stahl Elektrodenwerkstoff - silizium-manganlegierter Stahl Erforderliche Nahtbreite - 8 mm Erforderliche Schweißgeschwindigkeit - 1öO m/Std.

In diesem Fall *ird die Naht durch die Abschmelzung etwa gleicher Anteile des Grund- und Elektrodenwerkotoffs ausgebildet, deshalb wird ein Durchmesser der abschmelzenden Elektrode gleich 0,75 der Nahtbreite, d.h. von 6 mm, gewählt.

Der gewählte Elektrodendurchmesser bestimmt den Schweißstrom: 1000 A

Dabei beträgt die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 82 m/Std.

Lichtbogenspannung - 24 V

Als Ergebnis wird eine Naht mit gleichmäßiger Breite und Höhe ohne Einbrandkerben mit folgenden Abmessungen erhalten!

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Breite - 8 mm

Höhe der Nahtverstärkung - 2,5 Einbrandtiefe - 3i5 nun Beispiel 3.

Ks soll eine Stoßverbindung mit einer Stärke von 16 mm ohne Kantenabschrägung unter einer Schweißpulverschicht geschweißt werden.

Grundwerkstoff - niedriglegierter Stahl Elektrodenwerkstoff - niedriggekohlter Stahl Erforderliche Nahtbreite - 16 mm Erforderliche Schweißgeschwindigkeit - 220 m/Std.

Es wird ein Durchmesser der Elektrode von 0,75 Nahtbreite, d.h. gleich 12 mm, gewählt.

Der gewählte Elektrodendurchmesser bestimmt den Schwelßstromi 3500 A

Dabei beträgt die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 90 m/Std.

Lichtbogenapannung - 25 V·

Als Ergebnis wird eine Naht mit gleichmäßiger Breite und Höhe ohne Einbrandkerben mit folgenden Abmessungen erhalten»

Breite - 16 mm

Höhe der Nahtverstärkung - 3,5 mm Einbrandtiefe - 6,5 mm Beispiel 4.

CjB soll eine Stoßverbindung mit einer Stärke von 12 mm ohne Kantenabschrägung in Kohlendioxyd (COo) geschweißt werden.

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Grundwerkstoff - niedriglegierter Stahl Elektrodenwerkstoff - siliciummanganlegierter Stahl

Erforderliche Nahtbreite - 10 nun

Erforderliche Schweißgeschwindigkeit - 1öO m/Std.

Ea wird ein Durchmesser der Elektrode von 0,9 Nahtbreite, d.h. von 9mm, gewählt.

Der gewählte Elektrodendurchmesser bestimmt den Schwdißstromi 25OO A

Dabei beträgt die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 70 m/Std.

Lichtbogenspannung - 23 V.

Als Krgeonis wird eine Naht mit gleichmäßiger Breite und Höhe ohne Einbrandkerben mit folgenden Abmessungen erhalten:

Breite - 10 mm

Höhe der Nahtverstärkung - 3»5 buo Einbrandtiefe - 6,5 mm.

Aus den oben angeführten Beispielen ist also ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, bei hohen Geschwindigkeiten des Eindrahtechweißvorgangs und einer hochwertigen Nahtausbildung Nähte mit beliebigen, im voraus vorgegebenen Abmessungen zu erhalten. Dabei hängen die Vorteile des Verfahrens!von der Schutzart des zu schmelzenden Metalle

Das Verfahren ist in einem beliebigen Schweißstrombereich und einem weiten Bereich der Schweißgeschwindigkeiten, einschließlich die üblichen Schweißgeschwindigkeiten (unterhalb 70 m/Std.) anwendbar. Im Falle der Anwendung des Ver-

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fahrens mit Geschwindigkeiten unterhalb 70 m/Std. ist die Güte der Nahtauebildung- wie einleuchtend "

nicht schlechter ale bei der Verwendung des Verfahrens mit hohen Geschwindigkeiten.

Es ist verständlich, daß die oben beschriebenen konkreten Ausführungsvarianten der Erfindung die vorliegende Erfindung nicht begrenzen und daß verschiedene Abänderungen und kodifikationen derselben in den Grenzen des nachfolgenden Patentanspruchs möglich sind.

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Claims

P 72 Ο59-Ε-61 7. Sept. 1979 L/Kdg

Patentanspruch

/j \ Lichtbogenschweißverfahren mittels abschmelzender Elektrode , deren Ende ins Schmelzbad eingetaucht ist, gekennzeich net d urch die Kombination der folgenden Merkmale:

die maximale Querschnitts-größe der Elektrode an ihrem ins Schmelzbad einzutauchenden Ende wird so gewählt, daß diese die verdoppelte minimale Größe dieses Querschnitts nicht überschreitet, ·

es werden diese Abmessungen mit der erforderlichen Nahtbreite durch Auswahl der minimalen Größe dieses Querschnitts für ein und dieselbe erforderliche Nahtbreite geringer aln die Nahtbreite, aber nicht geringer als die ilrilfte dieser Breite, in Übereinstimmung gebracht,

lic Lichtbogenlänge wird geringer als die genannte minimale Jröße des Querschnitts eingestellt und

die abschmelzende Elektrode wird mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Dchwei ipeschwindigkeit vorgeschoben, wobei die Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Elektrode und der Schweißgeschwindigkeit für ein und dieselbe erforderliche Nahtbreite umso geringer ist, je größer die Querschnittsfläche des Endes der abschmelzenden Elektrode gewählt wird.

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