DE2936282C2

DE2936282C2 - Lichtbogenschweißverfahren

Info

Publication number: DE2936282C2
Application number: DE2936282A
Authority: DE
Inventors: Nikolaj A. Leningrad Ero&scaron;kin; Alfred V. Ivannikov; Vja&ccaron;eslav N. Matveev
Original assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ PROEKTNO-KONSTRUKTORSKIJ I TECHNOLOGICESKIJ INSTITUT ELEKTROSVAROCNOGO OBORUDOVANIJA LENINGRAD SU
Current assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ PROEKTNO-KONSTRUKTORSKIJ I TECHNOLOGICESKIJ INSTITUT ELEKTROSVAROCNOGO OBORUDOVANIJA LENINGRAD SU
Priority date: 1979-09-07
Filing date: 1979-09-07
Publication date: 1984-12-06
Also published as: SE439892B; US4307281A; GB2059319B; FR2467043A1; FR2467043B1; GB2059319A; SE7907313L; DE2936282A1

Description

— die maximale Querschnittsabmessung der Elektrode an ihrem sich unterhalb des Schweißbadspiegels befindlichen Ende so gewählt, daß diese die doppelte minimale Querschnittsabmessung nicht überschreitet,

— es werden diese Abmessungen in Abhängigkeit von der erforderlichen Nahtbreite so gewählt, daß die minimale Querschnittsabmessung geringer als die Nahtbreite, aber nicht geringer als die Hälfte der Nahtbreite ist,

— die Lichtbogenlänge wird geringer als die minimale Querschnittsabmessung eingestellt und

— die Elektrode wird mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Schweißgeschwindigkeit vorgeschoben, wobei das Verhältnis zwischen der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode und der Schweißgeschwindigkeit umso geringer ist, je größer die Querschnittsfläche des Endes der Elektrode gewählt ist.

2. Lichtbogenschweißverfahren mittels abschmelzender Elektrode, deren Ende sich unterhalb des Schweißbadspiegels erstreckt, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:
bei Verwendung einer Elektrode mit kreisförmigem Querschnitt wird

— deren Durchmesser so gewählt, daß er geringer ist als die Nahtbreite, aber nicht geringer als die Hälfte der Nahtbreite,

— die Lichtbogenlänge wird geringer als die Querschnittsabmessung eingestellt und

— die Elektrode wird mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Schweißgeschwindigkeit vorgeschoben, wobei das Verhältnis' zwischen der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode und der Schweißgeschwindigkeit umso geringer ist, je größer die Querschnittsfläche des Endes der Elektrode gewählt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtbogenschweißverfahren mittels abschmelzender Elektrode, deren Ende sich unterhalb des Schweißbadspiegels erstreckt.

Lichtbogenschweißverfahren mittels abschmelzender Elektrode, deren Ende sich unterhalb des Schweißbadspiegels erstreckt, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 14 325 bekannt sind, ermöglichen bei Verwendung von Drahtelektroden von mindestens 7 mm und eines Schweißpulvers bei hohen Stromstärken von 1000 bis A, hohe Schweißgeschwindigkeiten (bis 300 m/ Std.) zu erzielen, während dies bei den üblichen Eindrahtschweißverfahren, bei denen die Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Elektrode die Schweißgeschwindigkeit um das 2 bis 200fache überschreitet, nicht möglich ist, da dort bei Schweißgeschwindigkeiten über 70m/Std. wegen nicht ausreichender Durchwärmung des Grundwerkstoffes Bindefehler und Einbrandkerben in der Naht entstehen.

Ein Nachteil des bekannten Lichtbogenschweiß Verfahrens mittels abschmelzender Elektrode, deren Ende sich unterhalb des Schweißbadspiegels erstreckt, besteht jedoch darin, daß das Anwendungsgebiet auf das Schweißen unter einer Schweißpulverschicht bei sehr hohen Strömen begrenzt ist. Dabei können keine Schweißnähte mit geringen Abmessungen erhalte« werden, weil der untere Grenzwert des Elektrodendurchmessers und damit die minimale Nahtbreite auf mindestens 7 mm begrenzt ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Auswahl der Parameter bezüglich den Abmessungen der Elektrode und der erforderlichen Nahtbreite, der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode und der Schweißgeschwindigkeit sowie der Lichtbogenlänge und den Querschnittsabmessungen der Elektrode ein Lichtbogenschweißverfahren anzugeben, das bei hohen Schweißgeschwindigkeiten mit hochwertiger Schweißnahtausbildung das Erhalten von Nähten mit beliebigen, im voraus vorgegebenen Abmessungen und das Schweißen nicht nur unter einer Schweißpulverschicht, sondern auch in Schutzgasen und deren Gemischen mittels Elektroden mit nicht kreisförmigem oder kreisförmigem Querschnitt sowie ohne Verwendung von Auf-Streuschweißpulvern und Schutzgasen ermöglicht.

Dies wird bei einem Lichtbogenschweißverfahren der eingangs erwähnten Gattung erfindungsgemäß erreicht durch die Kombination der folgenden Merkmale:
bei Verwendung einer Elektrode mit nicht kreisförmigern Querschnitt wird

— die maximale Querschnittsabmessung der Elektrode an ihrem sich unterhalb des Schweißbadspiegels befindliche Ende so gewählt, daß diese die doppelte minimale Querschnittsabmessung nicht überschreitet;

— es werden diese Abmessungen in Abhängigkeit von der erforderlichen Nahtbreite so gewählt, daß die minimale Querschnittsabmessung geringer als die Nahtbreite, aber nicht geringer als die Hälfte der Nahtbreite ist;

— die Elektrode wird mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Schweißgeschwindigkeit vorgeschoben, wobei das Verhältnis zwischen der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode und der Schweißgeschwindigkeit umso geringer ist, je größer die die Querschnittsfläche des Endes der Elektrode gewählt ist,

bzw. bei Verwendung einer Elektrode mit kreisförmigem Durchschnitt wird

— die Elektrode wird mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Schweißgeschwindigkeit vorgeschoben, wobei das Verhältnis zwischen der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode und der Schweißge-

schwindigkeit umso geringer ist, je größer die Querschnittsfläche des Endes der Elektrode gewählt ist

Infolge dieser Wahl der Parameter in Abhängigkeit von den Abmessungen des Elektrodenquerschnitts und der Nahtbreite, der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode und der Schweißgeschwindigkeit sowie der Lichtbogenlänge und den Querschnittsabmessungen der Elektrode schmilzt das sich unterhalb des Schweißbadspiegels erstreckende Ende der Elektrode, mit dem eine erhöhte Konzentration der Einführung der Lichtbogenwärme in das Schmelzbad erreicht wird, mit einer in die Richtung der Schweißnahtführung weisenden Abschrägung ab, wodurch eine ausreichende Vorwärmung des Grundwerkstoffes vor dem Schmelzbad sogar bei hohen Schweißgeschwindigkeiten gewährleistet wird. Außerdem wird bei Einhaltung der Bedingungen für die Wahl der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode im Verhältnis zur Schweißgeschwindigkeit eine Störung des flüssigen Schmelzbades durch den Schweißlichtbogen weitgehend herabgemindert

Die Gewährleistung einer erhöhten Konzentration der Einführung von Lichtbogenwärme in das Schweißbad, die Vorwärmung des Grundwerkstoffes vor dem Schweißbad, die geringe Störung des flüssigen Schweißbades durch den Schweißlichtbogen — dies gestattet es, bei hohen Geschwindigkeiten des Eindrahtschweißvorganges eine gut ausgebildete Naht zu erzielen.

Da die minimale Größe des Querschnitts der Elektrode, deren Ende sich unterhalb des Schweißbadspiegels erstreckt, 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 Querschnittsform der Elektrode nicht abhängen, und deshalb ist das vorliegende Verfahren sowohl für das Schweißen unter Pulver, in Schutzgasen und deren Gemischen mittels Elektroden mit nicht kreisförmigem oder kreisförmigem Querschnitt als auch zur Schweißung ohne Verwendung von Aufstreuschweißpulvern und Schutzgasen geeignet.

Im folgenden wird die Erfindung durch ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gemäß der Erfindung wird in Abhängigkeit von der erforderlichen Nahtbreite die minimale Querschnittsabmessung der Elektrode, deren Ende sich unterhalb des Schweißbadspiegels erstreckt, kleiner als die erforderliche Nahtbreite, aber nicht kleiner als die Hälfte dieser Breite gewählt. Dabei soll die maximale Querschnittsabmessung die verdoppelte minimale Querschnittsabmessung nicht überschreiten.

Dem Fachmann ist einleuchtend, daß bei Verwendung einer Elektrode mit kre^;sförmigem Querschnitt die minimale Querschnittsabmessung der maximalen gleich ist und dem Durchmesser dieser Elektrode entspricht. In diesem Fall wählt man also den Durchmesser der abschmelzenden Elektrode kleiner als die Nahtbreite, aber nicht kleiner als die Hälfte dieser Breite. Die minimale Querschnittsabmessung entspricht bei Verwendung von Elektroden mit rechteckigem Querschnitt der Länge der kleineren Seite und die maximale Querschnittsabmessung der Länge der Diagonalen des Rechtecks, was durch den Durchmesser des einbeschriebenen und umschreibenden Kreises veranschaulicht wird

Es ist einleuchtend, daß eine Elektrode mit kreisförmigem Querschnitt meistens vorzuziehen ist ώ einigen Fällen ist es aber zweckmäßig, eine Elektrode mit rechteckigem Querschnitt zu verwenden, weil mittels einer Elektrode mit rechteckigem Querschnitt dessen Fläche der Fläche der Elektrode mit kreisförmigem Querschnitt gleich ist Nähte in einem breiteren Größenbereich geschweißt werden.

ίο Es dürfte wohl auch einleuchtend sein, daß anstelle von Elektroden mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt nötigenfalls Elektroden mit anderen Querschnittsformen, zum Beispiel in Form eines Rings, eines Vielecks mit gleichen Ecken u.a. verwendet werden können.

Zur Erleichterung der Überlegungen wurden diese im folgenden für eine Elektrode mit kreisförmigem Querschnitt durchgeführt

Durch die Auswahl des Durchmessers der Elektrode, der der erforderlichen Nahtbreite nahekommt bekommt man Nähte mit gleichmäßigem Übergang infolge der geringeren Menge des aufgetragenen Elektrodenschweißgutes (entsprechend dem Gesetz PRT; darin sind:

/ Schweißstrom

R elektrischer Widerstand des freien Elektrodenendes

T Zeit des Stromdurchflusses durch das freie Elektrodenende).

Es ist zweckmäßig, solche Elektrodendurchmesser bei der Erzeugung von Nähten zu verwenden, die vorzugsweise durch den abgeschmolzenen Grundwerkstoff ausgebildet werden.

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

Der ausgewählte Durchmesser der Elektrode bestimmt die Schweißstromgröße und entsprechend die erforderliche Einbrandtiefe des Grundwerkstoffes, dabei soll die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode stets geringer als die erforderliche Schweißgeschwindigkeit sein, und diese wird so eingestellt, daß der Schweißvorgang mit einer Elektrode, deren Ende sich unterhalb des Schweißbadspiegels erstreckt, geführt wird, wobei die Lichtbogenlänge stets kleiner als der Durchmesser der Elektrode gehalten wird.

Bei der Einstellung der Lichtbogenspannung ist es dem Fachmann bekannt, daß der Wert der Lichtbogenspannung außer durch die 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 Verfahrens) entsprechend dem Ermessen des Fachmanns festgelegt werden kann.

Die nun folgenden Beispiele beziehen sich auf die Verwendung von Gleichstrom mit umgekehrter Polung.

B e i s ρ i e I 1

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

Grundwerkstoff: Kohlenstoffstahl Elektrodenwerkstoff: niedriggekohlter Stahl Erforderliche Nahtbreite (Nahthypotenuse): 4 mm Erforderliche Schweißgeschwindigkeit: 175 m/Std.

Da bei einer T-Verbindung die Naht hauptsächlich durch den abgeschmolzenen Elektrodenwerkstoff ausgebildet wird, sei ein Durchmesser der Elektrode gleich der Hälfte der erforderlichen Nahtbreite (=2 min) gewählt

Der gewählte Elektrodendurchmesser bestimmt den Schweißstrom: 450 A.

Dabei beträgt die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 160 m/Std.
Lichtbogenspannung: 23 V.

Als 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 Kohlendioxid (CO₂) geschweißt werden.

Grundwerkstoff: niedriglegierter Stahl Elektrodenwerkstoff: silicium-manganlegierter Stahl

Erforderliche Nahtbreite: 8 mm Erforderliche Schweißgeschwindigkeit: 180 m/Std.

in diesem Fall wird die Naht durch die Abschm.elzung etwa gleicher Anteile des Grund- und Elektrodenwerkstoffs ausgebildet, deshalb wird ein Durchmesser der abschmelzenden Elektrode gleich 0,75 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:
Breite: 8 mm

Höhe der Nahtverstärkung: 24 mm Einbrandtiefe: 3,5 mm

Beispiel 3

Breite: 16 mm

Höhe der Nahtverstärkung: 3,5 mm

Einbrandtiefe: 8,5 mm.

Beispiel 4

Es soll eine Stoßverbindung mit einer Stärke von 12 mm ohne Kantenabschrägung in Kohlendioxid (CO₂) geschweißt werden.

Grundwerkstoff: niedriglegierter Stahl

Elektrodenwerkstoff: silizium-manganlegierter Stahl

Erforderliche Nahtbreite: 10 mm

Erforderliche Schweißgeschwindigkeit: 180 m/Std.

Es wird ein Durchmesser der Elektrode von 0,9 Nahtbreite, d. h. von 9 mm, gewählt
Der gewählte Elektrodendurchmesser bestimmt den Schweißstrom:2500 A.

Dabei beträgt die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 70 m/Std.
Lichtbogenspannung: 23 V.
Als Ergebnis wird eine Naht mit gleichmäßiger Breite und Höhe ohne Einbrandkerben mit folgenden Abmessungen erhalten:
Breite: 10 mm

Höhe der Nahtverstärkung: 3,5 mm
Einbrandtiefe: 6,5 mm.

Aus den oben angeführten Beispielen ist also ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren es gestattet, bei hohen Geschwindigkeiten des Eindrahtschweißvorgangs und einer hochwertigen Nahtausbildung Nähte mit beliebigen, im voraus vorgegebenen Abmessungen zu erhalten. Dabei hängen die Vorteile des Verfahrens nicht von der Schutzart des zu schmelzenden Metalls ab. 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 Verfahrens mit Geschwindigkeiten unterhalb 70 m/Std. ist die Güte der Nahtausbildung — wie sinleuchtend — nicht schlechter als bei der Verwendung des Verfahrens mit hohen Geschwindigkeiten.

Es soll eine Stoßverbindung mit einer Stärke von so 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 Schweißstrom: 3500 A.

Dabei beträgt die Vorschubgeschwindigkeit der l-.lektrode 90 m/Std.

Lichtbogenspannung: 25 V.

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

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtbogenschweißverfahren mittels abschmelzender Elektrode, deren Ende sich unterhalb des Schweißbadspiegels erstreckt, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

bei Verwendung einer Elektrode mit nicht kreisförmigem Querschnitt wird