DE2948333A1 - Verfahren beim mehrraupenverschweissen von zwei werkstuecken und vorrichtung zur ausuebung des verfahrens - Google Patents

Description

"Fall 49V

RURMETSTKR & WAIN A/S, ΗΛ9 Kopenhagen K, Dänemark

Verfahren beim Mehrraupenverschweissen von zwei Werkstücken und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens

Die Frfindung betrifft ein Verfahren beim Kehrraupenverschweissen von zwei Werkstücken, die dazu gebracht werden, um eine gemeinsame Fittellinie zu rotieren, während ein Halter für einen Schweissdraht periodisch hin- und hergeschwenkt wird zwischen der einen und der anderen Seite der von sich gegenüberliegenden Stirnflächen zweier Werkstücke abgegrenzten Fuge.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt geworden zum Zusammenschweissen von Werkstücken, z.P. für einen Turbinenrotor, wobei die Frei te der Schweissfuge voraussetzt, dass die Fuge durch zwei nebeneinander verlaufende Schweissraupen ausgefüllt wird. Durch das periodische Schwenken des Halters mit dem Schweissdraht wird die Fugenbreite mit sich überlappenden Schweissraupen ausgefüllt, die abwechselnd auf der rechten und auf der linken Seite in der Fuge gelegt werden. Nach dem bekannten Verfahren wird der Halter mit dem Schweissdraht um eine Achse hin- und hergeschwenkt, die ausserhalb des grössten Durchmessers der Schweissung liegt.

Tm Gegensatz dazu ist das erfindungsgerrässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Halter mit dem Schweissdraht um eine Achse geschwenkt wird, deren Abstand von der Hittellinie zu Berinn des Schweissvorgangs kleiner ist als der grösste Kaditis der beiden Stirnflächen der Werkstücke.

Durch die Anwendung dieses Verfahrens wird erreicht, dass sich be"> einer gegebenen Freite der Schwei ssfuge die V/i nkelbewegung des Halters und damit des Schweissdrahtes zwischen seinen beiden Endlagen auf der linken

03: J27/0622

bzw. auf der rechten Seite in der Fuge zwischen den beiden Werkstücken auf Grund des kürzeren Abstandes von der Schwenkachse zur Schweissstelle wesentlich vergrössern lässt. In der Praxis hat sich erwiesen, dass sich dadurch infolge der grösseren Neigung des Schweissdrahtes in bezug auf die Stirnfläche des jeweiligen Werkstückes eine Verbesserung der Güte der Schweissung ergi bt.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausühxmg des Verfahrens mit Unterstützungen für die beiden Werkstücke, Mitteln zum Drehen der Werkstücke um eine gemeinsame Mittellinie und einem um eine querverlaufende Achse schwenkbaren Halter für einen mechanisch vorgeschobenen Schweissdraht. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von der Schwenkachse des Halters zur Schweissstelle kleiner ist als die Tiefe der herzustellenden Schweissnaht.

Wenn der !!alter zusammen mit dem Schweissdraht geradlinig in die Schweissfuge hineingeführt ist, lässt sich die maximale Winkelauslenkung des Halters dann erzielen, wenn dessen Schwenkachse zu Beginn des Schweissvorpangs in etwa in der Fitte der Schweissfugentiefe liegt, da der Halter dann gleichzeitig unter und über der Schwenkachse gegen die eine bzw. die andere Stirnfläche der leiden Werkstücke stösst. Es ist einleuchtend, dass ein derartiges Anstossen normalerweise vermieden werden muss, insbesondere wenn der Halter auf seiner Oberfläche spannungsführend ist.

Fine noch prrossere Wjnkelauslenkung lässt sich bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreichen, dass der Halter die Form eines IVinkels mit einem ersten Schenkel, der sich von der Schwenkachse in etwa radial in Richtung Mittellinie erstreckt, und einem in Richtung der Schwenkachse nach aussen verlaufenden zweiten Schenkel hat, der an seinem äusseren Ende

030027/0622

2943333

an einem Lagerzapfen für den Halter befestigt ist, und dass die Mitte] für den Vorschub des Schweissdrahtes ausserhalb des Halters, bevorzugterweise in einem festen Abstand von der Schwenkachse, angeordnet sind.

Der Teil des Halters, der über der Schwenkachse liegt, führt dann nur eine kleine Seitwärtsbewegung aus, die von der Preite des zweiten Halterschenkels in der Ebene der Fuge abhängt , und die Schwenkachse kann deshalb so tief in die Fuge hineinverlegt werden, wie es aus rein schweisstechnisehen Gründen angebracht ist. Die Ausführungsform eignet sich deshalb zum Verschweissen von Werkstücken mit relativ tiefen Schweissfugen und ausserdem von Werk stücken, die in der unmittelbaren üähe der Fuge wegragende Teile mit wesentlich grö'sserer Ausladung als der Radius der Stirnflächen aufweisen, die die Fuge abgrenzen. Dies gilt z.B. beim Aufbau von Kurbelwellen durch Zusammenschweissen von Hauptlagerzapfen bzw. Kurbelzapfen, gegebenenfalls dicht an einem Kurbelarm, und beim Anschweissen eines Flansches mit grossem Durchmesser an ein Wellenende.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die rein schematische Zeichnung näher erklärt. Es zeigt

Fi g. 1 zwei Kurbelkröpfungen, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren zusammengeschweisst sind, Fig. 2 einen Axialschnitt durch zwei andere Werkstücke, die ebenfalls nach dem erfindungsgemässen Verfahren zusammengeschwei sst werden können und die in einer rein schematisch veranschaulichten erfindungsgemässen Vorrichtung eingespannt wiedergegeben sind, Fig. 3 in grösserem Massstab einen Schnitt entlang der Linie I1I-11I in Fig. 2, in dem Teile der Vorrichtung weggelassen sind,

Fig. U in noch grösserem Massstab einen Ausschnitt, der die Schweissstelle in Fig. 3 wiedergibt, und Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. /+.

03:027/0622

29Λ8333

In Fig. 1 sind zwei Kurbelkröpfungen 1 mit Hauptlagerzapf en 2, Kurbelzapfen 3 und Kurbelarmen 4 dargestellt. Die beiden Kröpfungen sind durch eine Schweissnaht 5 in der Mitte der Länge des ihnen gemeinsamen Hauptlagerzapfens 2 zusamitengeschweisst. Vor Ausführung der Schweissung können die beiden Werkstücke vorläufig zusammengefügt und zentriert worden sein mit Hilfe eines nicht eingezeichneten Ringes, der durch Heftschweissen in der zentralen Bohrung durch den Zapfen befestigt ist und der gegebenenfalls nach beendetem Schweissvorgang wieder entfernt wird. Während des Schweissens rotieren die beiden Kröpfungen 1 um die gemeinsame Mittellinie der Zapfen 2, und das Schweissen kann mit Hilfe einer Apparatur erfolgen, die im Prinzip der nachstehend beschriebenen und in den Fig. 2-5 dargestellten entspricht.

Fig. 2 zeigt einen Flansch 6, der mit einer Wel}e 7 verbunden werden soll durch I'ehrraupenscbweissen in der relativ schmalen und tiefen Fuge £ zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen ? und 10 der beiden Werkstücke. Vor dem Schweissen sind die Werkstücke mit Hilfe eines kurzen Zapfens 11 zentriert worden, der in Verlängerung der Welle 7 sitzt und dessen Oberfläche die Sohle der Fuge # bildet. Der Zapfen 11 kann mit dem Flansch 6 in dessen zentraler Bohrung 12 durch Heftschweissen verbunden sein.

Der Flansch 6 ist in ein Packenfutter 13 eingespannt, das an einer Hauptspindel in einem Spindelstock 36 befestigt ist und durch einen nicht eingezeichneten Antriebsmechanismus angetrieben wird, der bevorzugterweise ein stufenlos variables Getriebe umfasst und in den Spindelstock eingebaut ist. Das vom Flansch 6 abgekehrte Ende der Welle 7 ist mit Hilfe eines Reitstockes 37 unterstützt, und, falls erforderlich, kann die Welle an einer oder mehreren nicht eingezeichneten Stellen zwischen ihren Enden noch zusätzlich unterstützt sein.

03C027/0622

Air hinteren Ende der Hauptspindel ist eine aus dem Spindelstock herausragende Steuerwelle 3Ö befestigt, an der ein Betätigungselement für einen nicht näher gezeigten Mechanismus 39 montiert ist, der zu der im folgenden beschriebenen Steuerung des Schweissvorgangs dient. Das äussere Ende der Welle 3? ist durch ein an der Rückseite des Spindelstocks befestigtes Gehäuse 40 hindurchgeführt, welches Kontakte für die Zuleitung von Schweissstrom durch die Welle enthält.

Die zur Ausführung des Schweissvorgangs dienenden Teile der Vorrichtung sind an einem Gestell 41 montiert, das im Hinblick auf die Einstellung der Schweissstellung in Richtung der gemeinsamen Mittellinie und Rotationsachse 14 der beiden V/erkstücke 6 und 7 parallel mit der Mittellinie verschieblich ist auf einem Fundament 42, welches fest verbunden ist mit einem Grundrahmen 43, der den Spindelstock 36 und den in Richtung der Mittellinie 14 verschieblichen Reitstock 37 trägt.

Ein Wagen 15 kann ausserhalb der rotierenden V.'erkstücke in quer zur Mittellinie 14 verlaufender Richtung auf dem Gestell 41 hin- und herfahren, und dieser Wagen trägt eine Führung l6 für einen in lotrechter Richtung auf- und abverschieblichen Schlitten 17. Der Schlitten 17 trägt an seinem unteren Ende ein Lager 18 für einen Halter 35, der mit Hilfe eines nicht näher wiedergegebenen Mechanismus in bezug auf das Lager IF eine begrenzte Schwenkbewegung um eine waagerechte Achse 20 ausführen kann.

Der Halter 3^ ist mit einem Schenkel 19 ausgebildet, der sich vom Lager 1Ö aus in Richtung der Schwenkachse 20 in die Schweissfuge Ö hineinerstreckt, und wenigstens der vordere Teil des Schenkels 19, der sich ?,u Regi nn des Schweissvorgangs, welcher in den Fig. 3-5 veranschaulicht ist, ganz im Inneren der Fuge befindet, hat derartige Querschnittsabmessungen, dass er, wie in Fig. 5

03 0 027/0622

gezeigt, zwischen den beiden Endlagen I und II hin- und hergeschwenkt werden kann, ohne dabei gegen die beiden Stirnflächen 9 und 10 zu stossen. Das vordere Ende des Schenkels 1° setzt sich in einer in etwa radial in Richtun ς Tritte 1 linie 1/j. verlaufenden, feststehenden Packe 21 fort, die in Zusammenarbeit mit einer beweglichen und federbelasteten Packe 22 einen Schweissdraht 23 einklemmen kann, der von einer auf dem Schlitten 17 angebrachten Vorratsrolle 2U abgezogen und mit Hilfe eines geeigneten Vorschubmechanismus 25 vorgeschoben wird. Zwischen dem Vorschubmechanismus und den Racken 21, 22 ist der Schweissdraht durch ein Rohr 26 hindurchgeführt, welches an seinem oberen Ende fest mit dem Vorschubmechanismus verbunden und an seinem unteren Ende mit Spielraum in eine Bohrung in der feststehenden Backe 21 hineingeführt ist, so dass es die erwähnte Schwenkung der Backe um die Achse 20 nicht behindert.

Unter den Schenkel 19 des Halters 3 5 ist ein Rohr 2 7 für die Zuleitung von Schwei sspulver so mit dem Lager Iß gelenkig verbunden, dass es um eine mit der Kittellinie IU parallele Achse schwenkbar ist, und das Schweisspulver wird aus einem an Schlitten 17 befestigten Fehälter 2$ durch einen Trichter 2° in das Innere des Rohres 27 geleitet, wo es mit Hilfe einer Schnecke 30, die von einem Fotor 31 am hinteren Ende des Rohres 27 angetrieben wird, nach vorn zur Schweissstelle gefördert wird. Durch die V.'ahl eines geeigneten Schwei sspulvers lässt sich, wie auf de'i Gebiet der Unterpulver-Schweisstechnik wohlbekannt ist, erreichen, dass sich die gebildete Schlacke selbst löst und während der Rotation der Werkstücke aus der Schweissfuge herausfällt. Wird an Stelle von Schweisspulver ein Schutzgas benutzt, kann das Gas durch ein ähnliches Rohr zugeleitet werden, das dann keine Förderschnecke enthält.

03 0 027/0622

2943333

Am vorderen Ende des Rohres 27 ist ein Fühler 32 angebracht, der unter dem Einfluss einer am hinteren Ende des Rohres 27 wirksamen Feder 33 vor beginn des Schweissvorgangs in Anlage gegen die Oberfläche des Zapfens 11 und danach gegen die Oberfläche der sukzessiv anwachsenden Schv/ei ssnaht gehalten wird. Das hintere Ende des Rohres 27 betätigt einen Schalter 3h, der die Aufwärtsbewegung des Schlittens 17 im Gleichtakt mit dem Fortschreiten des Schweissvorgangs steuert.

Die vorher erwähnte, periodische Schwenkung des Halters 35 mit den Backen 21 und 22 zwischen den beiden Endlagen I und II kann von dem bereits erwähnten, nicht näher gezeigten Mechanismus 39 gesteuert werden, der von der mit den beiden Werkstücken 6 und 7 synchron rotie- renden Welle 3^ aktiviert wird. Die Schwenkbewegung v/ird beispielsweise so gesteuert, dass der Halter 35 für die Dauer einer vollen Umdrehung der rotierenden Werkstücke in seiner einen Endlage festgehalten v/ird, so dass in der einen Sohlenecke der Fuge £ eine 3^0° lange Schwei ssnaht gelegt v/ird. Danach wird der Halter in seine andere Endlage hinübergeschwenkt, und zwar bevorzugterweise mit konstanter oder annähernd konstanter Winkelgeschwindigkeit, und wenn der Halter diese andere Endlage erreicht hat, bleibt er für die Dauer einer vollen Umdrehung der beiden Werkstücke dort stehen.

Es liegt auf der Hand, dass man an Stelle des wiedergegebenen Gewinkelten Halters 19, 21, 22 für den Schv/ei ssdraht einen geradlinigen, radial oder im we-.entliehen radial verlaufenden Halter in denjenigen Fällen benutzen könnte, in welchen der grösste Radius der beiden Werkstücke in der Mähe der Schweissfuge den Aussenradius der fertigen Schweissnaht nicht wesentlich übersteigt, z.P. bei Ausführung der in Fig. 1 wiedergegebenen Schweissnng 5 in der Tiitte des Hauptlagerzapfens einer Kurbelwelle. Mit der beschriebenen Ausge-

03 0 027/0622

- ίο -

staltung ermöglicht die Vorrichtung ungekehrt das Schweissen dicht an einer Schulter mit grossem Radius oder grosser Ausladung, was z.B. beim Aufbau von Kurbelwellen ein Zusammenschweissen von separat gefertigten Kurbelarmen, Hauptlagerzapfen und Kurbelzapfen mit Hilfe von Schvjeissnähten ermöglicht, die dicht an den Hohlkehlen zwischen den Armen und den Lagerzapfen bzw. Kurbelzapfen liegen. Dies kann insbesondere bei der Herstellung von sehr
grossen Kurbelwellen ein fabrikationsmässiger Vorteil
sein. Auch beim Anschweissen von Flanschen an Wellenenden ist es vorteilhaft, dass man eine Welle direkt an die plane Oberfläche eines scheibenförmigen Werkstückes anschweissen kann, das einen wesentlich grösseren Durchmesser besitzt als die Welle.

03Ü027/0622

L e e r s e i t e

Claims (7)

"Fall 494" PURMEISTEP fr VJAIN A/S, 144° Kopenhagen K, Dänemark Verfahren beim Mehrraupenverschweissen von zwei V.'erkstücken und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens Patentansprüche

1. Verfahren beim Mehrraupenverschweissen von zwei Werkstücken, die dazu gebracht werden, um eine gemeinsame Mittellinie zu rotieren, während ein Halter für einen Schweissdraht periodisch hin- und hergeschwenkt wird zwischen der einen und der anderen Seite der von sich gegenüberliegenden Stirnflächen zweier Werkstücke abgegrenzten Fuge, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter mit dem Schwei. ssdraht um eine Achse geschwenkt wird, deren Abstand von der Mittellinie zu Reginn des Schweissvorgangs kleiner ist als der grösste Radius der beiden Stirnflächen der Werkstücke.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit Unterstützungen für die beiden Werkstücke (6, 7), Mitteln zum Drehen der Werkstücke um eine gemeinsame Mittellinie (14) und einem um eine querverlaufende Achse schwenkbaren Halter (35) für einen mechanisch vorgeschobenen Schweissdraht (23), dadurch gekennzei chnet, dass der Abstand von der Schwenkachse (20) des Halters (35) zur SchweissstelIe kleiner ist als die Tiefe der herzustellenden Schweissnaht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnet, dass der Halter (35) die Form eines Winkels mit einem ersten Schenkel (21, 22), der sich von der Schwenkachse (20) in etwa radial in Richtung Mittellinie (14) erstreckt, und einem in Richtung der Schwenkachse nach aussen verlaufenden zweiten Schenkel (19) hat, der an seinem äusseren Ende an einem Lagerzapfen für den HaI-

030027/0622

ORIGINAL INSPECTED

ter befestigt ist, und dass die Mittel (25) für den Vorschub des Schweissdrahtes (23) ausserhalb des Halters, bevorzugterweise in einem festen Abstand von der Schwenkachse (20), angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter auf einem Schlitten (17) gelagert ist, der auf die Mittellinie (14) der beiden Werkstücke zu und von dieser weg verschieblich ist, und dass die Mittel (25) für den Vorschub des Schweissdrahtes (23) zusammen mit einer Vorratsrolle (24) für den Schweissdraht auf dem Schlitten (17) angebracht sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweissdraht (23) zwischen den Vorschubmitteln (25) und dem Halter (35) durch ein in bezug auf den Schlitten (17) unbewegliches Rohr (26) hindurchgeführt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Rohr (27) für die Zuleitung von Schweisspulver oder Schutzgas parallel mit dem zweiten Schenkel (19) des Halters bis hin zur Schweissstelle erstreckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzei chnet, dass ein Fühler (32) zum Steuern der Bewegung des Halters (35) in von der Mittellinie (14) der Werkstücke abgekehrter Richtung am vorderen Ende des Rohres (27) angebracht ist.

030027/0622