DE2953561C1

DE2953561C1 - Verfahren zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweissen mit einer abschmelzenden Elektrode und Einrichtung zur Durchfuehrung desselben

Info

Publication number: DE2953561C1
Application number: DE2953561A
Authority: DE
Inventors: Anatolij Maksimovi&ccaron; &Zcaron;ukov; Rostislav Lazarevi&ccaron; Moskva Brontman; Nikolaj Invanovi&ccaron; Charkov Gurkov; Valerij Vasilevi&ccaron; Mizik; Evgenij Petrovi&ccaron; Roga&ccaron;ev; Boris Ananevi&ccaron; Slesarev; Nikolaj Michajlovi&ccaron; Tarasov; Nikolaj Andreevi&ccaron; Charkov Varucha
Original assignee: CHAR KOVSKIJ AVIACIONNYJ INST
Current assignee: CHAR KOVSKIJ AVIACIONNYJ INST
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1979-08-30
Publication date: 1984-03-08
Also published as: FR2450139A1; FR2450139B1; JPS56500244A; GB2055319B; GB2055319A; JPS6363303B2; WO1980001772A1; DE2953561A1; US4365137A

Description

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Schweißtechnologie und -ausrüstung und betrifft ein Verfahren zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode (Metallelektrode) sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung kann vor allem zum

Auftragschweißen von elektrischen Kontakten an Kontaktträgern eingesetzt werden, die bei der Herstellung von Schaltgeräten für die elektrotechnische Industrie und den Gerätebau Verwendung finden.

Die vorliegende Erfindung kann ferner zum Schwei- > ßen und Löten unterschiedlicher Werkstücke aus solchen Stoffen, wie Hochtemperatur-, Niedertemperatur-Lötmetall und Stahl im Tropfverfahren unter Verwendung von abschmelzenden Elektroden, eingesetzt werden. ^Ml

Vorheriger Stand der Technik

Bei der schweißtechnischen Fertigung sind die Abschmelzmenge und Oberflächengüte beim tropfenartigen Auftragschweißen im starken Maße von der ι ~> Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode sowie der Art der regelbaren Ablösung des schmelzflüssigen Tropfens von der Elektrode und Tropfenübertragung auf die Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes abhängig.

Das Problem der Regelung der Ablösung des -° schmelzflüssigen Tropfens von der Elektrode und der Tropfenübertragung auf die Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes ist insbesondere bei der Herstellung von elektrischen Kontakten an Kontaktträgern von großer Bedeutung. ?'■>

Allen bisher bekannten Verfahren der Kontaktherstellung an Kontaktträgern haftet eine Reihe von Nacheilen an. So ist, zum Beispiel, ein Verfahren zur Kontaktherstellung durch Vernietung von Kontaktlamellen an Kontaktträgern bekannt, das in der Praxis s<> allgemein verwendet wird. Das bekannte Verfahren sichert jedoch keine hohe Stabilität des Übergangswiderstandes der Kontaktverbindung, da Nietkontakte während des Betriebs oft locker w^r^n, wodurch die Kontaktfläche Kontaktlamelle-Kontaktträger geändert J5 wird.

Darüber hinaus ist das bekannte Verfahren sehr arbeitsintensiv und zeichnet sich durch den erhöhten Verbrauch an Edelmetallen (Platin, Gold und Silber) aus, aus welchen die Kontaktlamellen hergestellt werden, ^o Die Edelmetall-Masseverluste bei Ausschneiden von Kontaktlamellen und deren Vernietung an Kontaktträgern erreichen mitunter einen Wert, der die Kontaktlamellenmasse um 25 bis 40% überschreitet.

Durch die Befestigung der Kontaktlamellen an Kontaktträgern durch Löten wird eine hohe Kontaktsicherheit der Kontaktverbindung nur bei mäßigen Temperaturen gewährleistet. Bei hohen Temperaturen sind die Lötkontakte unzuverlässig im Betrieb.

Dieses Verfahren der Kontaktherstellung ist ebenfalls arbeitsintensiv. Darüber hinaus läßt sich der Vorgang der Kontaktlötung kaum automatisieren, so daß die Produktivität des bekannten Verfahrens verhältnismäßig gering ist.

Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kontakten bekannt, bei welchem die Kontaktlamellen an Kontaktträgern durch Widerstandsschweißen, insbesondere durch Punktschweißen befestigt werden. Dieses Verfahren ist mehr produktiv und läßt sich automatisieren, sichert jedoch keine hohe &o Festigkeit und Zuverlässigkeit der Kontaktverbindung, da die Schweißlinsenfläche bedeutend kleiner als die Kontaktlamellenfläche ist. Außerdem ist die Qualitätskontrolle der nach diesem Verfahren hergestellten Kontaktverbindungen mit Schwierigkeiten verbunden.

Besonders effektiv ist heutzutage die Technologie der Herstellung von elektrischen Kontakten an Kontaktträgern durch Lichtbogen-Auftragschweißen. Bei dieser Technologie lassen sich gegenüber den obenbeschriebenen Verfahren die Festigkeit und Zuverlässigkeit der Kontaktverbindung und Stabilität des Übergangswiderstandes wesentlich erhöhen, der Verbrauch an Edelmetallen senken und der Arbeitsablauf voll automatisieren.

Es ist ein Verfahren zum tropfenartigen Lichtbogen-Auftragschweißen mit abschmelzender Elektrode (siehe SU-Urheberschein 2 60 768) bekannt, bei welchem die abschmelzende Elektrode über eine Kontaktspitze mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit in Richtung der Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes vorgeschoben, der Lichtbogen zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Werkstücks zur Bildung eines schmelzflüssigen Tropfens an der Elektrodenspitze gezündet und anschließend an die Kontaktspitze eine fortschreitende Bewegung bezüglich der Elektrode in zur Elektrodenvorschubrichtung entgegengesetzter Richtung zwecks Abwurfs des schmelzflüssigen Tropfens auf die genannte Oberfläche übertragen wird.

Die zur Lichtbogenzündung erforderliche Stromstärke, die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode und der Abstand zwischen dem Stirnende der Kontaktspitze und der Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes werden so gewählt, daß die Tropfenbildung am Stirnende der Kontaktspitze erfolgt.

Im Anfangsmoment des Elektrodenabschmelzens ist die Abschmelzgeschwindigkeit höher als die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode, wodurch der schmelzflüssige Tropfen an das Stirnende der Kontaktspitze gelangt und hier gekühlt wird, da die Kontaktspitze als Wärmeableiter dient. Durch teilweise Wärmeabführung über die Kontaktspitze wird die Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode herabgesetzt.

Nun ist die Abschmelzgeschwindigkeit der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode gleich, und der schmelzflüssige Tropfen bleibt am Stirnende der Kontaktspitze hängen. Da die Elektrode vorgeschoben wird, nimmt die Größe des schmelzflüssigen Tropfens ständig zu.

Wenn die erforderliche Tropfenmasse erreicht ist, wird die Kontaktspitze in zur Vorschubrichtung der Elektrode entgegengesetzter Richtung abgeführt. Dabei hört die Tropfenabkühlung auf, die Tropfentemperatur nimmt stark zu, der Ablösungswiderstand des Tropfens sinkt, der Tropfen löst sich ab und fällt auf die Oberfläche des Werkstückes.

Die Einrichtung zur Durchführung des besagten Verfahrens enthält einen Vorschubmechanismus für den Vorschub der abschmelzenden Elektrode mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung der Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes, eine Kontaktspitze und einen Antrieb für hin- und hergehende Bewegung der Kontaktspitze bezüglich der Elektrode (»Nowaja technologija, kompleksnaja mechanisatzija i awtomatisatzija swarotschnolo proiswodstwa« Verlag »Technik«, Kiew, 1977; N.M. Tarassow, B. A. Slessarjew, W. M. Christoforow; Argono-dugowaja naplawka elektrischeskich kontaktow, S. 62 — 65).

Durch die obenbeschriebenen Verfahren und Einrichtung zu dessen Durchführung läßt sich die Masse der von der Elektrode abzulösenden Tropfen stabilisieren, wenn die Tropfenmasse einen mit der für die Selbstablösung des Tropfens erforderlichen Masse vergleichbaren Wert erreicht.

Unter der für die Selbstablösung des Tropfens erforderlichen Tropfenmasse wird hier und weiter eine solche Masse verstanden, bei welcher die Schwerkraft des schmelzflüssigen Tropfens die Summe der Kräfte überschreitet, welche den Tropfen an der Elektroden-

spitze festhalten.

Jedoch lassen sich bei den bekannten Verfahren und Einrichtung schmelzflüssige Tropfen nicht ablösen, deren Masse geringer als die für die Selbstablösung des Tropfens erforderliche Masse ist. Dadurch wird der Regelungsbereich der Masse der abzulösenden Tropfen wesentlich eingeschränkt.

Es ist ein Verfahren zum tropfenartigen Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode (CS-PS 1 16 410) bekannt, bei welchem die Elektrode über eine Kontaktspitze in Richtung der Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes vorgeschoben, der Lichtbogen zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Werkstückes zur Bildung eines schmelzflüssigen Tropfens an der Elektrodenspitze gezündet, an die Elektrode mit schmelzflüssigem Tropfen eine fortschreitende Bewegung in Richtung der Oberfläche des Werkstückes mit einer Geschwindigkeit, bei welcher die Bewegungsenergie des schmelzflüssigen Tropfens die für die Tropfenablösung von der Elektrode erforderliche Energie nicht überschreitet, übertragen und anschließend der schmelzflüssige Tropfen durch Übermittlung an die Elektrode mit dem Tropfen einer fortschreitenden Bewegung mit Beschleunigung in zur Vorschubrichtung der Elektrode entgegengesetzter Richtung auf die Oberfläche des Werkstückes abgeworfen wird.

Zur Durchführung des obenbeschriebenen Verfahrens ist eine Einrichtung (SU-Urheberschein 5 26 648) bekannt, welche einen Mechanismus für den Vorschub der abschmelzenden Elektrode in Richtung der so Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes sowie eine in einem vorgegebenen Abstand von der Oberfläche des Werkstückes unbewegbar angeordnete Kontaktspitze enthält. Der Vorschubmechanismus der Elektrode weist eine Kurvenscheibe zur Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode auf, die mit einem Antrieb der Drehbewegung und einer bezüglich der Kontaktspitze hin- und hergehend bewegbar angeordneten Elektrodenspannzange verbunden ist. Der Halbmesser der Kurvenscheibe nimmt am Kurvenprofil sprungartig ab. Zur Sicherung des ständigen Kontakts der Spannzange mit der Kurvenscheibe ist zwischen der Spannzange und der Kontaktspitze eine Feder vorgesehen.

Während des Betriebs der Einrichtung dreht sich die Kurvenscheibe und überträgt an die Elektrodenspannzange und die darin eingespannte Elektrode eine Bewegung in Richtung der Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes. Gleichzeitig wird zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Werkstückes der Lichtbogen gezündet und an der Elektrodenspitze ein schmelzflüssiger Tropfen gebildet.

In dem Zeitpunkt, wenn die Kurvenscheibe mit seinem Abschnitt mit sprungartiger Änderung des Halbmessers auf die Elektrodenspannzange einwirkt, « wird diese umgesteuert: die Spannzange beginnt sich unter einer Federwirkung mit einer Beschleunigung in zur Vorschubrichtung der Elektrode entgegengesetzter Richtung zu bewegen, wodurch der Tropfen auf die Oberfläche des Werkstückes abgeworfen wird. Dabei ist fc>o die Größe der Beschleunigung von den Federeigenschaften abhängig.

Durch die obenbeschriebenen Verfahren und Einrichtung läßt sich die Masse der schmelzflüssigen Tropfen in einem breiten Bereich regulieren, wobei sie wesentlich e5 kleiner als die für die Selbstablösung des Tropfens erforderliche Masse sein kann.

Jedoch können die bekannten Verfahren und Einrichtung eine hohe Genauigkeit der Tropfenübertragung auf die Oberfläche des Werkstückes nicht sichern, da im Zeitpunkt der Tropfenablösung von der Elektrode bei deren Bewegung in zur Vorschubrichtung der Elektrode entgegengesetzter Richtung der Tropfen ebenfalls in derselben Richtung angestoßen wird, wodurch die Fallkurve des Tropfens zur Oberfläche des Werkstückes hin gekrümmt wird. Darüber hinaus läßt sich beim Einsatz der bekannten Verfahren und Einrichtung die gewünschte Dosiergenauigkeit der Masse der schmelzflüssigen Tropfen mitunter nicht erreichen, da ein Teil des Tropfens bei der Tropfenablösung an der Elektrode haften bleibt.

Es ist ferner ein Verfahren zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit abschmelzender Elektrode (SU-Urheberschein 4 53 008) bekannt, bei welchem die abschmelzende Elektrode über eine Kontaktspitze in Richtung der Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes vorgeschoben, der Lichtbogen zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Werkstückes zur Bildung eines schmelzflüssigen Tropfens an der Elektrodenspitze gezündet, Schutzgas der Abschmelzzone der Elektrode zugeführt und anschließend an die Kontaktspitze eine fortschreitende Bewegung mit Beschleunigung in Richtung der Oberfläche des Werkstückes übertragen wird. Die Kontaktspitze bewegt sich bezüglich der Elektrode in angegebener Richtung und trifft auf den Tropfen, wodurch der Tropfen von der Elektrode abgelöst und auf die Oberfläche des Werkstückes abgeworfen wird. Danach wird die Kontaktspitze in die Ausgangsstellung zurückgezogen. Durch Änderung der Geschwindigkeit der Kontaktspitzenbewegung bezüglich der Elektrode wird die Bewegungsgeschwindigkeit der schmelzflüssigen Tropfen in Richtung der Oberfläche des Werkstükkes geändert. Durch Änderung der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode und Einstellung der Häufigkeit der Kontaktspitzenschläge wird die Masse der schmelzflüssigen Tropfen in einem breiten Bereich reguliert.

Das bekannte Verfahren wird mit Hilfe einer Einrichtung durchgeführt, welche einen Vorschubmechanismus für den Vorschub der abschmelzenden Elektrode in Richtung der Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes sowie ein Gehäuse enthält, in welchem eine Schutzgasdüse mit einem Einlaßstutzen zum Einlaufen des Schutzgases in den Düsenraum und einer Förderöffnung zur Schutzgasführung in die Elektrodenabschmelzzone angeordnet ist (siehe N. M. Tarassow, B. A. Slessarjew: Elektrodugowaja naplawka elektritscheskich kontaktow S. 141 —146 insbesondere Seite 142, in: Powyschenije proiswoditelnosti i katschestwa naplawotschnych rabot pri reomonte i isgotowleniji detalej maschin i mechanismow, Moskauer Haus für wissenschaftlich-technische Propaganda, Moskau 1977).

In die Schutzgasdüse ist die Kontaktspitze eingeführt, welche einen Durchgangskanal für die Elektrode aufweist und mit dem Antrieb der fortschreitenden beschleunigten Bewegung bezüglich der Schutzgasdüse in Richtung der Oberfläche des Werkstückes verbunden ist. Die Kontaktspitze ist mit einer Rückzugfeder versehen.

Durch das bekannte Verfahren und Einrichtung zu dessen Durchführung wird eine hohe Genauigkeit der Übertragung des schmelzflüssigen Tropfens auf die Oberfläche des Werkstückes gesichert.

Jedoch wird der an das Stirnende der Kontaktspitze anliegende Tropfenteil im Zeitpunkt der Tropfenablö-

sung durch die Kontaktspitze gekühlt, wodurch die Viskosität dieses Tropfenteils zunimmt. Dies verhindert die Ablösung des genannten Tropfenteils von der Elektrode. Infolgedessen bleibt dieser Tropfenteil an der Elektrode haften, wodurch die Stabilität und Dosiergenauigkeit der Tropfenmasse während des Auftragschweißens beeinträchtigt werden.

Darüber hinaus können bei dem bekannten Verfahren nur die Tropfen mit einer solchen Masse durch den Kontaktspitzenschlag zuverlässig abgetrennt werden, ι ο bei welcher der Tropfendurchmesser mindestens anderthalb bis doppelt so groß wie der Elektrodendurchmesser ist. Andernfalls gleitet die Kontaktspitze an der Elektrode am Tropfen vorbei, so daß keine Tropfenablösung erfolgt. Dadurch wird der Regelungsbereich der Masse der abzulösenden Tropfen eingeschränkt.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode sowie eine Einrichtung zur Durchführung desselben zu entwickeln, welche durch Änderung der Art der Ablösung des schmelzflüssigen Tropfens von der Elektrodenspitze und dessen Übertragung auf die Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes eine hohe Stabilität der Masse der abzulösenden Tropfen in einem breiten regelbaren Bereich bei einer hohen Genauigkeit der Tropfenübertragung auf den vorgegebenen Punkt der Oberfläche des Werkstückes sicherstellen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Verfahren zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit eine; abschmelzenden Elektrode, bei welchem die abschmelzende Elektrode ^ über eine Kontaktspitze in Richtung der Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes vorgeschoben, der Lichtbogen zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Werkstückes zur Bildung eines schmelzflüssigen Tropfens an der Elektrodenspitze gezündet, Schutzgas der Abschmelzzone der Elektrode zugeführt und anschließend an die Kontaktspitze eine fortschreitende Bewegung mit Beschleunigung in Richtung der Oberfläche des Werkstückes zwecks Abwurfs des schmelzflüssigen Tropfens auf die genannte Oberfläche übertragen wird, erfindungsgemäß eine fortschreitende beschleunigte Bewegung gleichzeitig an die Kontaktspitze und an die Elektrode mit schmelzflüssigem Tropfen übermittelt wird, bis die Elektrode eine Geschwindigkeit erreicht, bei welcher die Bewegungsenergie des schmelzflüssigen Tropfens die für die Tropfenablösung von der Elektrode erforderliche Energie übertrifft, wonach die Kontaktspitze mit der Elektrode durch Prallen gegen einen festen Anschlag zur Trägheitsablösung des schmelzflüssigen Tropfens von der Elektrode sofort angehalten wird.

Bei dieser Technologie des Auftragschweißens wird der Kontakt des Tropfens mit der Kontaktspitze geschwächt und die Tropfenkühlung verringert, so daß die zuverlässige Tropfenablösung und praktisch restlose Übertragung des schmelzflüssigen Metalls auf die Oberfläche des Werkstücks gesichert werden.

Dadurch läßt sich die Stabilität und Dosiergenauigkeit der Tropfenmasse erhöhen.

Dank dem sofortigen Anhalten der Kontaktspitze mit der Elektrode durch Prallen gegen einen festen Anschlag ist die zuverlässige Tropfenablösung von der Masse des Tropfens und insbesondere vom Verhältnis des Tropfen- zum Elektrodendurchmesser unabhängig. Dadurch wird bei jeder Steuereinwirkung auf die Elektrode die Ablösung des Tropfens mit erforderlicher Masse gesichert. Somit lassen sich nicht nur die Tropfen, deren Durchmesser den Elektrodendurchmesser übertrifft, sondern auch die Tropfen mit einem den Elektrodendurchmesser nichtüberschreitenden Durchmesser ablösen, wodurch der Regelungsbereich der Masse der abzulösenden Tropfen erweitert wird.

Darüber hinaus wird an den Tropfen bei dieser Technologie des Auftragschweißens eine gerichtete beschleunigte Bewegung in Richtung der Oberfläche des Werkstückes übermittelt, wodurch die Fallkurve des Tropfens nach dessen Ablösung von der Elektrode beim plötzlichen Anhalten der letzteren bestimmt wird. Dadurch wird die Genauigkeit der Tropfenübertragung auf den vorgegebenen Punkt der Oberfläche des Werkstückes erhöht.

Es ist empfehlenswert, an die Kontaktspitze und an die Elektrode eine Bewegung mit konstanter Beschleunigung zu übermitteln. Bei der konstanten Beschleunigung ist die Stabilität der Tropfenform während der Beschleunigung der Kontaktspitze und der Elektrode bis auf die obengenannte Geschwindigkeit dank der Schwächung der Pendelbewegungen der freien Tropfenoberfläche besonders hoch und die Tropfenabweichung von der Elektrodenachse geringer, wodurch die Dosiergenauigkeit der Tropfenmasse und Genauigkeit der Tropfenübertragung auf die Oberfläche des Werkstückes erhöht werden.

So ist es zweckmäßig, an die Kontaktspitze und an die Elektrode eine Bewegung mit konstanter Beschleunigung zu übermitteln, die in einem Bereich von 10 bis 200 m/s² liegt, bis die Bewegungsgeschwindigkeit einen' Wert von 0,2 bis 3,0 m/s² erreicht. Bei diesen Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerten werden besonders günstige Bedingungen für die Beschleunigung der Kontaktspitze und der Elektrode und Ablösung der Tropfen mit unterschiedlicher Tropfenmasse geschaffen.

Bei einer Beschleunigung von unter 10 m/s² und einer Geschwindigkeit von unter 0,2 m/s wird die Tropfenablösung selbst bei bedeutender Tropfenmasse gestört. Bei einer Beschleunigung von über 200 m/s² einer Geschwindigkeit von über 3 m/s werden die Tropfen stark verformt und zerkleinert, was das Spritzen des Elektrodenmetalls verursacht und erhöhte Metallverluste zur Folge hat.

Die gestellte Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, daß eine Einrichtung zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode, welche einen Mechanismus für den Vorschub der abschmelzenden Elektrode in Richtung der Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes sowie ein Gehäuse enthält, in welchem eine Schutzgasdüse mit einem Einlaßstutzen zum Einlaufen des Schutzgases in den Düsenraum und einer Förderöffnung zur Schutzgasführung in die Elektrodenabschmelzzone, eine in die genannte Schutzgasdüse eingeführte Kontaktspitze mit einem Durchgangskanal für die Elektrode sowie ein Antrieb für fortschreitende beschleunigte Bewegung der Kontaktspitze bezüglich der Schutzgasdüse in Richtung der Oberfläche des Werkstückes angeordnet sind, erfindungsgemäß einen Hubbegrenzer der Kontaktspitze bei deren Bewegung bezüglich der Schutzgasdüse und einen Elektrodenaufnahmekopf zur Aufnahme der Elektrode mit schmelzflüssigem Tropfen und Übertragung an die Elektrode und an die Kontaktspitze

einer beschleunigten Bewegung bezüglich der Schutzgasdüse vom obenerwähnten Antrieb aufweist, wobei der Aufnahmekopf einen mit der Kontaktspitze und dem genannten Antrieb starr verbundenen Bügel sowie im genannten Bügel angeordnete Spannelemente und einen Schieber enthält, der mit dem Vorschubmechanismus der Elektrode verbunden und zur Betätigung der Spannelemente zwecks deren Spreizens verschiebbar angeordnet ist.

Durch diese bauliche Gestaltung der Einrichtung zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode werden die Beschleunigung des schmelzflüssigen Tropfens während der vom Kontaktspitzenantrieb über den Aufnahmekopf übermittelten gleichzeitigen beschleunigten Bewegung der Elektrode und der Kontaktspitze sowie das anschließende sofortige Anhalten der Kontaktspitze und der Elektrode mittels des Hubbegrenzers der Kontaktspitze bei deren Bewegung bezüglich der Schutzgasdüse gesichert. Dabei wird der Kontakt zwischen dem Tropfen und der Kontaktspitze geschwächt und somit die Tropfenkühlung vermindert, wodurch die Zuverlässigkeit der Tropfenablösung bei Steuereinwirkung auf die Elektrode erhöht und die praktisch restlose Übertragung des schmelzflüssigen Metalls auf die Oberfläche des Werkstückes gesichert werden.

Durch den Aufnahmekopf wird das Gleiten der Elektrode an der Kontaktspitze während deren gemeinsamen beschleunigten Bewegung bezüglich der Schutzgasdüse verhindert. Der im Aufnahmekopf vorgesehene Schieber ermöglicht es, die Spannelemente nötigenfalls, insbesondere zum Elektrodenwechsel, zu spreizen.

Durch das sofortige Anhalten der Kontaktspitze und der Elektrode mittels des genannten Hubbegrenzers wird die wirkungsvolle Ausnutzung der bei Beschleunigung gespeicherten kinetischen Energie des Tropfens zur zuverlässigen Trägheitsablösung des Tropfens von der Elektrode sichergestellt.

Besonders günstig ist die Ausführung des Hubbegrenzers der Kontaktspitze in Form eines Bundes an der Kontaktspitze und eines Absatzes an der seitlichen Innenfläche der Schutzgasdüse in der Anordnungszone des genannten Bundes.

Bei relativer Einfachheit dieser Ausführung ist derartiger Hubbegrenzer betriebszuverlässig und sichert das sofortige Anhalten des beweglichen Systems Kontaktspitze-Aufnahmekopf-Elektrode durch Prallen der Kontaktspitze gegen die Schutzgasdüse. Bei diesem Zusammenstoß werden die Längsschwingungen des Systems bezüglich des schmelzflüssigen Tropfens an der Elektrodenspitze geschwächt, wodurch die Übertragung der Stoßwirkung auf die Elektrode beschleunigt wird.

Es ist zweckmäßig, den Aufnahmekopf in die Kontaktspitze einzubauen. Bei einer derartigen Ausführung der Einrichtung wird die Elektrodenverformung im Kanal der Kontaktspitze sowie in sonstigen Führungsöffnungen der Einrichtung verringert, da in diesem Fall die Bewegung an die Elektrode über den Aufnahmekopf mit Zug- und nicht mit Schubeinwirkung übertragen wird. Das ist beim Einsatz von Elektroden mit geringer Steifigkeit, z. B. aus Zinn-Blei-Draht, besonders wichtig. Außerdem gewinnt die Einrichtung bei dieser Ausführung an Kompaktheit.

Es ist empfehlenswert, den Vorschubmechanismus der Elektrode der beschriebenen Einrichtung als eine im oben erwähnten Gehäuse angeordnete Antriebseinheit mit einem bewegbaren Organ und einem zweiten in der Vorschubeinrichtung der Elektrode vor dem ersten Aufnahmekopf aufgestellten Elektrodenaufnahmekopf für die Aufnahme der Elektrode und deren Vorschub in die Abschmelzzone auszuführen, der einen Bügel sowie im Bügel angeordnete Spannelemente, eine mit dem bewegbaren Organ der Antriebseinheit starr verbundene und zur Betätigung der Spannelemente zwecks deren

ίο Spreizens verschiebbar angeordnete Stange und eine zur Betätigung des Schiebers des ersten Aufnahmekopfes aus dem Bügel herausschiebbar ausgeführte abgefederte Elektrodenführung enthält.

Durch diese Bauart der Einrichtung läßt sich der Elektrodenvorschub mit einer vorgegebenen Vorschubkraft durchführen, wodurch das Krummwerden der Elektrode beim stark anwachsenden Vorschubwiderstand verhindert wird. Dieser Anstieg des Elektrodenvorschubwiderstandes kann beispielsweise beim Elektrodenvorschub bis zum Anschlag gegen die Oberfläche des Werkstückes auftreten, wenn der Vorschubschritt dem Abstand zwischen der Elektrodenspitze und der Oberfläche des Werkstückes nicht gleich bzw. nicht aliquot ist. Der Vorschub bis zum Anschlag ist, zum Beispiel zur Kurzschluß-Lichtbogenzündung erforderlich. Außerdem kann der plötzliche Anstieg des Elektrodenvorschubwiderstandes durch Festklemmen der Elektrode im Kanal der Kontaktspitze bedingt werden.

In all diesen Fällen wird das Spreizen der Spannelemente des ersten Aufnahmekopfes durch die starre Verbindung des bewegbaren Organs der Antriebseinheit mit der Stange des zweiten Aufnahmekopfes und durch Herausschiebbarkeit dieser Stange aus dem Bügel zur Betätigung des Schiebers des ersten Aufnahmekopfes gesichert, dabei hört die mechanische Einwirkung auf die Elektrode auf. Dabei ist die Vorschubkraft der Elektrode durch eine Feder beschränkt, welche die Führung an die Spannelemente des zweiten Aufnahmekopfes andrückt.

Durch Verhinderung der Elektrodenkrümmung wird die Abweichung des abzulösenden schmelzflüssigen Tropfens von der Elektrodenachse vermindert und somit die Genauigkeit der Tropfenübertragung auf die

■»5 Oberfläche des Werkstückes erhöht.

An der Stange des zweiten Aufnahmekopfes kann ein ringförmiger Bund ausgeführt werden, während zwischen dem Bund und dem Stirnende des Bügels dieses Aufnahmekopfes eine Feder angebracht wird. Dies ermöglicht es, den Einstellbereich der Vorschubkraft zu erweitern.

Die Kraft der Feder, welche die Führung an die Spannelemente andrückt, wird nicht nur von der erforderlichen Vorschubkraft der Elektrode, sondern auch von der Spannkraft der Spannelemente bestimmt, die zur Verhinderung der Verformung der Elektrodenoberfläche gering sein muß. Meistens muß die Spannkraft der Spannelemente geringer als die Vorschubkraft der Elektrode sein, was eine Verringerung der Vorschubkraft der Elektrode erfordert.

Durch den Einsatz einer zwischen dem Stangenbund und der Stirnfläche des Bügels angeordneten zusätzlichen Feder kann die Vorschubkraft der Elektrode unter Wirkung dieser Feder unabhängig von der Spannkraft der Spannelemente eingestellt werden. Dadurch können größere Vorschubkräfte benutzt werden, was beispielsweise beim Vorschub bis zum Anschlag gegen die Oberfläche des Werkstückes erforderlich ist.

Es ist zweckmäßig, eine weitere Düse in der Einrichtung vorzusehen, weiche die erste Schutzgasdüse umfaßt und an dieser über eine Isolierdichtung derart befestigt wird, daß das Stirnende der zweiten Düse bezüglich des Stirnendes der ersten Schutzgasdüse in Vorschubrichtung der Elektrode um einen Wert versetzt ist, der 0,05 bis 0,1 des Durchmessers der Arbeitsöffnung der ersten Schutzgasdüse beträgt, und sich während des Auftragschweißens auf die Oberfläche des Werkstückes abstützt.

Durch eine derartige bauliche Gestaltung der Einrichtung zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode wird eine hohe Oberflächengüte des aufzutragenden Werkstückes dank der Einschränkung der Erhitzungszone an der Werkstückoberfläche erzielt.

In diesem Zusammenhang ist zu betonen, daß die Schutzgasdüse zur Einschränkung der Erhitzungszone an der Oberfläche des Werkstückes in der Regel derart angeordnet werden soll, daß deren Stirnende der 2c genannten Oberfläche möglichst nah liegt. In diesem Fall wird die Erhitzungszone an der Oberfläche des Werkstückes vom Durchmesser der Förderöffnung der Schutzgasdüse bestimmt. Durch Aufstellen der Schutzgasdüse auf das Werkstück wird diese Zone am effektivsten begrenzt, jedoch wird die Düse in diesem Fall über das Werkstück in den Stromkreis geschaltet, was den Lichtbogensprung vom Werkstück auf die Schutzgasdüse zur Folge hat. Dadurch wird die Oberfläche des Werkstückes nicht auf die vorgegebene Temperatur erhitzt, so daß bei der Übertragung des schmelzflüssigen Tropfens auf diese Oberfläche keine zuverlässige Verbindung hergestellt wird.

Durch den Einsatz der zweiten Düse, die von der ersten elektrisch isoliert ist und sich während des Auftragschweißens auf die Oberfläche des Werkstückes abstützt, kann die erste Schutzgasdüse in einem geringen Abstand von der Oberfläche des Werkstückes angebracht und der Lichtbogensprung auf die erste Schutzgasdüse verhindert werden.

Die obengenannte Größe der Versetzung des Stirnendes der zweiten Düse bezüglich des Stirnendes der ersten Schutzgasdüse in Vorschubrichtung der Elektrode ist der Bestwert. Falls diese Versetzung mehr als 0,1 des Durchmessers der Förderöffnung der ersten Schutzgasdüse beträgt, wird die Erhitzungszone des Werkstückes wesentlich vergrößert und nur unbedeutend vom Durchmesser der Förderöffnung bestimmt, was die Oberflächengüte des Werkstückes beeinträchtigt. Falls die Versetzung weniger als 0,05 des Durchmessers der Förderöffnung der ersten Schutzgasdüse beträgt, kommt es mitunter zum Lichtbogensprung auf die erste Schutzgasdüse infolge des Schlusses durch Metalldämpfe im Spalt zwischen dem Werkstück und der Schutzgasdüse, wodurch die letztere in den Stromkreis geschaltet wird.

Die Einrichtung kann in mehreren Modifikationen ausgeführt werden. So ist, zum Beispiel, solch eine Bauart der Einrichtung möglich, bei welcher die zweite Düse mindestens eine Austrittsöffnung für Schutzgas aufweist. Dadurch entsteht ein gerichteter Schutzgasstrom zur Entfernung von Produkten der Lichtbogeneinwirkung auf den Werkstoff aus der Erhitzungszone. Diese Bauart der Einrichtung eignet sich besonders gut für das Auftragschweißen von Werkstücken aus solchen Stoffen, wie zum Beispiel, Messing und legierte Stähle bei welchen die Reinigung der Kathode von Oxidhaut in der Erhitzungszone benötigt wird.

Es ist eine weitere Ausführungsform der Einrichtung möglich, bei welcher auf die zweite Düse ein elastischer Ring zur Isolierung der Abschmelzzone der Elektrode aufgesetzt ist. Dadurch lassen sich der Schutzgasdurchsatz vermindern und das Durchdringen des erwärmten Gases über Undichtigkeiten zwischen dem Stirnende der zweiten Düse und der Oberfläche des Werkstückes verhindern, wodurch die Werkstückoberfläche vor Überhitzung geschützt wird.

Diese Ausführung der Einrichtung eignet sich besonders gut für das Auftragschweißen von Werkstükken aus solchen Stoffen, wie zum Beispiel, Neusilber und Kupfer-Nickel-Legierung, sowie von Werkstücken mit galvanischem Überzug, bei welchen nur unbedeutende Reinigung der Kathode erforderlich ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

F i g. 1 bis 5 schematisch verschiedene Etappen aus erläuterten Verfahren zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode;

F i g. 1 schematisch die Anfangsphase des Verfahrens, wenn die Elektrode aus Kontaktspitze zur Oberfläche des Werkstückes auf eine vorgegebene Länge herausgeschoben ist;

F i g. 2 schematisch eine Stufe des Verfahrens, wenn der Lichtbogen zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Werkstückes gezündet und ein schmelzflüssiger Tropfen an der Elektrodenspitze am Stirnende der Kontaktspitze gebildet ist;

F i g. 3 schematisch eine Stufe des Verfahrens, wenn an die Kontaktspitze und die Elektrode mit schmelzflüssigem Tropfen eine fortschreitende beschleunigte Bewegung in Richtung der Oberfläche des Werkstückes durch den Pfeil (in Zeichnung gezeigt) übermittelt wird;

F i g. 4 schematisch eine Stufe des Verfahrens, wenn die Kontaktspitze und die Elektrode mit schmelzflüssigem Tropfen durch Prallen gegen einen festen Anschlag zur Trägheitsablösung des schmelzflüssigen Tropfens von der Elektrode heftig angehalten werden;

F i g. 5 schematisch die Endstufe des Verfahrens, wenn der schmelzflüssige Tropfen auf die Oberfläche des Werkstückes übertragen und die Kontaktspitze und die Elektrode in die Ausgangsstellung zurückgezogen ist;

F i g. 6 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode, Längsschnitt;

F i g. 7 eine Ausführungsform der Einrichtung mit einem in der Kontaktspitze eingebauten Aufnahmekopf, Längsschnitt;

Fig.8 eine Ausführungsform der Einrichtung mit zwei Aufnahmeköpfen, Längsschnitt;

Fig.9 eine Ausführungsform der Einrichtung, bei welcher an der Stange des zweiten Aufnahmekopfes ein ringförmiger Bund ausgeführt ist, Längsschnitt;

Fig. 10 eine Ausführungsform der Einrichtung mit der zweiten Düse, Längsschnitt;

F i g. 11 eine Ausführungsform der Einrichtung, bei welcher die zweite Düse mindestens eine Austrittsöffnung für Schutzgas aufweist, Längsschnitt, und

Fig. 12 eine Ausführungsform der Einrichtung, bei welcher die zweite Düse mit einem elastischen Ring versehen ist, Längsschnitt.

Bevorzugte Ausführungsvariante

Das Verfahren zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode besteht in folgendem.

Eine abschmelzende Elektrode 1 (Fig. 1) wird über eine Kontaktspitze 2 zur Oberfläche eines aufzutragenden Werkstückes 3 vorgeschoben, indem die Elektrode 1 vom Stirnende der Kontaktspitze 2 zur Oberfläche des Werkstückes 3 auf eine vorgegebene Länge 1 herausgeschoben wird.

An die Elektrode 1 über die Kontaktspitze 2 sowie an das Werkstück 3 wird eine Spannung angelegt, und zwischen der Elektrode 1 (Fig.2) und der Oberfläche des Werkstückes 3 wird der Lichtbogen zur Abschmelzung der Elektrode 1 und Bildung an der Elektrodenspitze am Stirnende der Kontaktspitze 2 eines schmelzflüssigen Tropfens 4 gezündet. Der Durchmesser des schmelzflüssigen Tropfens 4, von welchem die Tropfenmasse bestimmt wird, ist vom Durchmesser der Elektrode 1 und von der Länge /des herausgeschobenen Elektrodenteiles abhängig.

Das Abschmelzen der Elektrode 1 erfolgt unter Schutzgas (z. B. Argon), hierzu wird das Schutzgas der Abschmelzzone zugeführt.

Nachdem das Werkstück 3 ausreichend erhitzt ist, wird an die Kontaktspitze 2 (F i g. 3) und die Elektrode 1 mit schmelzflüssigem Tropfen 4 eine fortschreitende beschleunigte Bewegung in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3 übermittelt, bis die Elektrode 1 eine Geschwindigkeit erreicht, bei der die kinetische Energie des schmelzflüssigen Tropfens 4 die für die Ablösung des Tropfens 4 von der Elektrode 1 erforderliche Energie überschreitet.

Die Kontaktspitze 2 mit der Elektrode 1 wird auf der vorgegebenen Strecke, deren Länge h (Fig. 1) ist, beschleunigt und dann durch Prallen gegen einen festen Anschlag 5 (Fig.4) zwecks Trägheitsablösung des schmelzflüssigen Tropfens 4 von der Elektrode 1 und dessen Abwurf auf die Oberfläche des Werkstückes 3 sofort angehalten. Danach wird die Kontaktspitze 2 mit der Elektrode 1 in die Ausgangsstellung zurückgezogen (F ig. 5).

Es ist zu betonen, daß das beschriebene Verfahren sowohl beim schrittweisen Vorschub der Elektrode 1 auf eine Länge /, wie es oben beschrieben und in F i g. 1 gezeigt ist, als auch beim ununterbrochenen Vorschub der Elektrode 1 mit einer Geschwindigkeit durchgeführt werden kann, die kleiner als die Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode 1 ist.

Die Länge h der Strecke, auf welcher die fortschreitende beschleunigte Bewegung der Kontaktspitze 2 und der Elektrode 1 mit schmelzflüssigem Tropfen 4 erfolgt, wird je nach dem Durchmesser der Elektrode 1 eingestellt. Die Länge h kann zweckmäßigerweise 1 bis 4 Durchmesser der Elektrode 1 betragen.

Die Beschleunigung der Kontaktspitze 2 mit der Elektrode 1 kann auf der Strecke Λ verschieden gewählt werden. Jedoch wird die höchste Dosiergenauigkeit der Masse der schmelzflüssigen Tropfen 4 dann erreicht, wenn an die Kontaktspitze 2 mit der Elektrode 1 eine Bewegung mit konstanter Beschleunigung übertragen wird. Das ist darauf zurückzuführen, daß bei der gleichbleibenden Beschleunigung die Form des schmelzflüssigen Tropfens 4 während der Beschleunigung besonders stabil und die Tropfenschwankung und -abweichung von der Achse der Elektrode 1 gering ist.

Die besten Ergebnisse bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens werden erzielt, wenn an die Kontaktspitze 2 mit der Elektrode 1 eine fortschreitende Bewegung mit gleichbleibender Beschleunigung übermittelt wird, die in einem Bereich von 10 bis 200 m/s² liegt, bis die Elektrodengeschwindigkeit 0,2 bis 3,0 m/s beträgt.

Die Bewegungsbeschleunigung und -geschwindigkeit werden je nach dem Durchmesser der Elektrode 1 und der erforderlichen Masse des schmelzflüssigen Tropfens

ίο 4 unter Berücksichtigung der Stoff eigenschaften der Elektrode 1 gewählt. Bei Senkung des Durchmessers der Elektrode 1 und der erforderlichen Masse des schmelzflüssigen Tropfens 4 sind die Beschleunigung und Geschwindigkeit zu vermindern.

Für die aus Silber oder Gold hergestellte Elektrode mit einem Durchmesser von 0,5 bis 0,6 mm bei einer Tropfenmasse von 0,01 bis 0,02 g betragen die Beschleunigung 150 m/s² und die Geschwindigkeit 2 m/s. Für die aus Silber oder Gold hergestellte Elektrode mit einem Durchmesser von 1,0 bis 1,2 mm bei einer Tropfenmasse von 0,1 bis 0,2 g beträgt die Beschleunigung 20 m/s bei einer Geschwindigkeit von 0,5 m/s.

Das beschriebene Verfahren wird mit Hilfe einer Einrichtung durchgeführt, welche einen Mechanismus 6 (F i g. 6) für den Vorschub der abschmelzenden Elektrode 1 zur Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes 3 sowie ein Gehäuse 7 enthält, in welchem eine Schutzgasdüse 8 mit einem Einlaßstutzen 9 zum Einlaufen des Schutzgases in den Raum der Schutzgasdüse 8 und einer Förderöffnung 10 zur Schutzgasführung in die Abschmelzzone der Elektrode 1 angeordnet ist.
In die Schutzgasdüse 8 ist die Kontaktspitze 2 eingeführt, welche einen Durchgangskanal für die Elektrode 1 und seitliche Schlitze 11 für die Schutzgasführung vom Einlaßstutzen 9 zur Förderöffnung 10 der Schutzgasdüse 8 aufweist.

Im Gehäuse 7 ist außerdem ein Antrieb 12 für fortschreitende beschleunigte Bewegung der Kontaktspitze 2 bezüglich der Schutzgasdüse 8 in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3 untergebracht.

Der Antrieb 12 ist als ein Elektromagnet mit einer Spule 13, einem beweglichen Kern 14, einem unbeweglichen Kern 15, einer Führungsbuchse 16 und einer zwischen den genannten Kernen angeordneten Rückstellfeder 17 ausgeführt.

Zwischen der Kontaktspitze 2 und dem Antrieb 12 ist ein Aufnahmekopf 18 zur Aufnahme der Elektrode 1 mit

schmelzflüssigem Tropfen 4 und Übertragung an die Elektrode 1 und an die Kontaktspitze 2 einer gemeinsamen fortschreitenden beschleunigten Bewegung bezüglich der Schutzgasdüse 8 vom Antrieb 12 angeordnet. In diesem Fall ist ein Aufnahmekopf 18 eingesetzt, der das Durchziehen der Elektrode 1 in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3 gestattet.

Der Aufnahmekopf 18 enthält einen Bügel 19 und einen mit dem letzteren starr verbundenen Deckel 20 mit kegelförmiger Aussparung. Dabei weist der Deckel 20 ein Abzweigrohr 21 auf, durch welches der Deckel 20 mit dem beweglichen Kern 14 des Antriebs 12 starr verbunden ist, während der Bügel 19 ein Abzweigrohr 22 aufweist, durch welches der Bügel 19 mit der Kontaktspitze 2 starr verbunden ist. Auf diese Weise wird die starre Verbindung zwischen den Einzelelementen des Systems beweglicher Kern 14 des Antriebs 12 — Aufnahmekopf 18 — Kontaktspitze 2 gesichert.

In der kegelförmigen Aussparung des Deckels 20 sind

als Kugeln ausgeführte Spannelemente 23 und ein Schieber 24 angeordnet, der mit dem herausschiebbaren Organ 25 des Vorschubmechanismus der Elektrode 1 verbunden und zur Betätigung der Spannelemente 23 zwecks deren Spreizens bewegbar ausgeführt ist. Die Spannelemente 23 sind an einer abgefederten Laufbüchse 26 gelagert und an den Schieber 24 angedrückt.

Die Einrichtung enthält ferner einen Hubbegrenzer 27 der Kontaktspitze 2 bei deren Bewegung bezüglich der Schutzgasdüse 8. Der Hubbegrenzer 27 der Kontaktspitze 2 dient als fester Anschlag 5 (F i g. 1) und kann unterschiedlich ausgeführt werden.

Das sofortige Anhalten der sich bewegenden Kontaktspitze 2 sichert eine betriebszuverlässige Ausführungsform des Hubbegrenzers 27, bei welcher dieser als ein Bund 28 an der Kontaktspitze 2 und ein Absatz 29 an der seitlichen Innenfläche der Schutzgasdüse 8 in der Anordnungszone des Bundes 28 ausgeführt ist. Zwischen dem Bund 28 der Kontaktspitze 2 und dem Absatz 29 der Schutzgasdüse 8 liegt ein Spalt, der die obenerwähnte Strecke Λ (F i g. 1) bildet, auf welcher die fortschreitende beschleunigte Bewegung der Kontaktspitze 2 und der Elektrode 1 mit schmelzflüssigem Tropfen 4 erfolgt.

Kompakter ist eine Ausführungsform der Einrichtung, in welcher der Aufnahmekopf 18 in die Kontaktspitze 2 (Fig. 7) eingebaut ist. In dieser Modifikation ist der Bügel 19 des Aufnahmekopfes 18 mit der Kontaktspitze 2 als ein Ganzes ausgeführt und mit dem Deckel 20 starr verbunden.

Es ist eine andere Ausführung (Fig.8) möglich, welche das Krummwerden der Elektrode 1 während dessen Vorschubs in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3 verhindert. In dieser Modifikation ist der Vorschubmechanismus 6 der Elektrode 1 als eine im Gehäuse 7 angeordnete Antriebseinheit 30 (Elektromagnet) mit einem bewegbaren Organ 31 (beweglicher Kern des Elektromagneten) und ein zweiter Aufnahmekopf 32 zur Aufnahme der Elektrode 1 und deren Zuführung der Abschmelzzone ausgeführt. In diesem Fall ist ein Aufnahmekopf 32 eingesetzt, der das Durchziehen der Elektrode 1 nur in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3 gestattet.

Die Antriebseinheit 30 enthält ferner eine Spule 33, einen unbeweglichen Kern 34 und eine zwischen dem letzteren und dem beweglichen Kern 31 angeordnete Rückstellfeder 35. Der bewegliche Kern 31 und der unbewegliche Kern 34 sind in einer Führungsbuchse 36 untergebracht. Der am Gehäuse 7 befestigte Deckel 37 stützt sich an der Buchse 36 ab.

Der zweite Aufnahmekopf 32 ist in der Vorschubrichtung der Elektrode 1 vor dem ersten Aufnahmekopf 18 angeordnet und enthält einen Bügel 38 und einen mit dem letzteren starr verbundenen Deckel 39 mit kegelförmiger Aussparung. In der kegelförmigen Aussparung des Deckels 39 sind als Kugeln ausgeführte Spannelemente 40 und eine Stange 41 angeordnet, die als Führung der Elektrode 1 dient, mit dem beweglichen Kern 31 der Antriebseinheit 30 starr verbunden und zur Betätigung der Spannelemente 40 zwecks deren Spreizens bewegbar ausgeführt ist.

Die Spannelemente 40 sind an der Führung 42 der Elektrode 1 gelagert, die eine Feder 43 enthält und im Hohlraum des Bügels 38 aus diesem herausschiebbar zur Betätigung des Schiebers 24 des ersten Aufnahmekopfes 18 angeordnet ist. Die Führung 42 dient als das obenerwähnte herausschiebbare Organ 26 (F i g. 7) des Vorschubmechanismus 6 der Elektrode 1.

Es ist eine weitere Ausführungsform (F i g. 9) möglich, welche den Vorschub der Elektrode 1 in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3 mit großen Vorschubkräften ermöglicht und gleichzeitig das Krummwerden der vorgeschobenen Elektrode 1 beim Auftreten des starken Vorschubwiderstandes verhindert.

In dieser Modifikation ist ein ringförmiger Bund 44 an der Stange 41 des zweiten Aufnahmekopfes 32 ausgeführt, während zwischen dem ringförmigen Bund ίο 44 und der Stirnfläche des Deckels 39 des Aufnahmekopfes 32 eine Feder 45 angeordnet ist.

Zur Sicherung einer hohen Oberflächengüte des aufzutragenden Werkstückes 3 während des Auftragschweißens ist es empfehlenswert, eine in Fig. 10 gezeigte Ausführungsform der Einrichtung einzusetzen. In dieser Ausführungsform weist die Einrichtung eine zusätzliche zweite Düse 46 auf, welche die erste Schutzgasdüse 8 umfaßt. Die Düse 46 ist im Gehäuse 7 eingebaut und an diesem über eine Isolierdichtung 47 befestigt. Die zweite Düse 46 ist an der ersten Schutzgasdüse 8 derart befestigt, daß das Stirnende der zweiten Düse 46 gegenüber dem Stirnende der ersten Schutzgasdüse 8 in Vorschubrichtung der Elektrode 1 auf einen Wert t versetzt ist, der 0,05 bis 0,1 des Durchmessers d der Förderöffnung 10 der ersten Schutzgasdüse 8 beträgt und sich während des Auftragschweißens auf die Oberfläche des Werkstückes 3 abstützt.

Zur Verbesserung der elektrischen Isolierung der Kontaktspitze 2 ist zwischen der Kontaktspitze 2 und dem Gehäuse 7 eine Isolierhülse 48 angeordnet, welche die Kontaktspitze 2 faßt und Schlitze 49 zur Schutzgaszuführung dem Innenraum der Schutzgasdüse 8 aufweist.

Zum Auftragschweißen an Werkstücken aus Stoffen, welche eine bedeutende Kathodenreinigung von Produkten erfordern, die bei der Lichtbogeneinwirkung auf die genannte Oberfläche entstehen, insbesondere von Oxidhaut, ist es zweckmäßig, eine in F i g. 11 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung einzusetzen. In dieser Ausführungsform weist die zweite Düse 46 eine oder mehrere Austrittsöffnungen 50 für Schutzgas auf.

Zur Verringerung des Schutzgasdurchsatzes während des Auftragschweißens und besserer Erhitzung der Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes ist es zweckmäßig, eine in F i g. 12 gezeigte Ausführungsform der Einrichtung einzusetzen. In dieser Ausführungsform ist auf die zweite Düse 46 ein elastischer Ring 51 zur

so Abdichtung der Abschmelzzone der Elektrode 1 aufgesetzt.

Die Wirkungsweise der Einrichtung zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode besteht in folgendem. Der Vorschubmechanismus 6 (F i g· 6) der abschmelzenden Elektrode 1 wird eingeschaltet und die Elektrode 1 über die Kontaktspitze 2 zur Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes 3 vorgeschoben, indem sie vom Stirnende der Kontaktspitze auf die vorgegebene Länge / (Fig. 1) herausgeschoben wird. Da der Aufnahmekopf 18 (Fig.6) so ausgeführt ist, daß die Elektrode 1 nur in einer Richtung, und zwar in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3, durchziehbar ist, kann die Elektrode 1 in entgegengesetzter Richtung nicht bewegt werden.

Zwischen der Elektrode 1 und der Oberfläche des Werkstückes 3 wird der Lichtbogen zur Bildung an der Spitze der Elektrode 1 am Stirnende der Kontaktspitze

2 eines schmelzflüssigen Tropfens 4 gezündet. Gleichzeitig wird das Schutzgas (Argon) von einer Gasquelle (in Zeichnung nicht gezeigt) über den Einlaßstutzen 9, den Hohlraum der Schutzgasdüse 8, die seitlichen Schlitze 11 der Kontaktspitze 2 und die Arbeitsöffnung 10 der Schutzgasdüse 8 der Abschmelzzone der Elektrode 1 zugeführt.

Nachdem der schmelzflüssige Tropfen 4 mit erforderlicher Masse gebildet und die Oberfläche des Werkstükkes 3 ausreichend erhitzt ist, wird eine Spannung an die Spule 13 des Antriebs 12 für fortschreitende beschleunigte Bewegung angelegt. Dadurch wird der bewegliche Kern 14 des Antriebs 12 in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3 mit Beschleunigung verschoben und übermittelt an die Kontaktspitze 2 und den Aufnahmekopf 18, die mit dem Kern 14 starr verbunden sind, und über den Aufnahmekopf 18 an die Elektrode 1 mit schmelzflüssigem Tropfen 4 eine beschleunigte Bewegung bezüglich der Schutzgasdüse 8.

Während der Beschleunigung werden die Spannelemente 23 von der abgefederten Laufbüchse 26 des Aufnahmekopfes 18 an die kegelförmige Oberfläche des Deckels 20 und die Elektrode 1 angedrückt, wodurch die letztere festgeklemmt und zusammen mit dem Aufnahmekopf 18 mit Beschleunigung bewegt wird.

Die Beschleunigung der genannten Teile wird durch Änderung der an die Spule 13 des Antriebs 12 angelegten Spannung sowie der Eigenschaften der Feder 17 eingestellt.

Nach dem Zusammenstoß des Bundes 28 der Kontaktspitze 2 mit dem unbeweglichen Absatz 29 der Schutzgasdüse 8 werden die Kontaktspitze 2 und die Elektrode 1 sofort angehalten. In dieser Zeit wird der schmelzflüssige Tropfen 4 von der Spitze der Elektrode 1 abgelöst und auf den vorgegebenen Punkt an der Oberfläche des Werkstückes 3 (F i g. 5) abgeworfen.

Danach wird die Spule 13 des Antriebs 12 stromlos gemacht und der bewegliche Kern 14 samt Aufnahmekopf 18 und Kontaktspitze 2 von der Rückstellfeder 17 in die Ausgangsstellung zurückgezogen. Dabei wird der Rücklauf der Elektrode 1 vom Vorschubmechanismus 6 verhindert, während die Spannelemente 23 des Aufnahmekopfes 18 von der kegelförmigen Oberfläche des Deckels 20 abgedrückt werden, wodurch das Gleiten des Aufnahmekopfes 18 an der Elektrode 1 gesichert wird.

Die Wirkungsweise der Einrichtung in der in F i g. 8 gezeigten Ausführungsform besteht in folgendem.

Für den Vorschub der Elektrode 1 an die Oberfläche des Werkstückes 3 wird eine Spannung an die Spule 33 der Antriebseinheit 30 angelegt. Dadurch bewegt sich das bewegliche Organ 31 in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3 und verstellt die Stange 41, die mit dem beweglichen Organ 31 starr verbunden ist. Die Stange 41 betätigt die Spannelemente 40, auf welche gleichzeitig unter der Kraft der Feder 43 die Führung 42 einwirkt. Dadurch werden die Spannelemente 40 an die kegelförmige Oberfläche des Deckels 39 und die Elektrode 1 angedrückt, so daß die letztere festgeklemmt und zusammen mit dem Aufnahmekopf 32 bezüglich des Gehäuses 7 in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3 bewegt wird.

Wenn der Vorschubwiderstand während des Vorschubs der Elektrode 1 stark zunimmt (die Spitze der Elektrode 1 stößt gegen die Oberfläche des Werkstükkes 3), werden die abgefederte Führung 42 und die Spannelemente 40 bezüglich des Bügels 38 und des Deckels 39 in Richtung der Oberfläche des Werkstückes 3 verschoben, da die Widerstandskraft größer als die Kraft ist, mit welcher die Feder 43 die Führung 42 andrückt. Dabei werden die Spannelemente 40 von der kegelförmigen Oberfläche des Deckels 39 abgedrückt, die Elektrode 1 wird freigegeben und der Aufnahmekopf 32 gleitet an der unbeweglichen Elektrode 1.
Nachdem die Spule 33 der Antriebseinheit 30

ίο stromlos gemacht ist, wird das bewegliche Organ 31 samt Aufnahmekopf 32 von der Feder 35 in die Ausgangsstellung zurückgezogen. Die Elektrode 1 wird vom Aufnahnekopf 18 festgehalten, während die Spannelemente 40 von der kegelförmigen Oberfläche des Deckels 39 abgedrückt werden, wodurch das Gleiten des Aufnahmekopfes 32 an der Elektrode 1 gesichert wird.

In dieser Ausführungsform der Einrichtung wird die Vorschubkraft der Elektrode 1 durch Änderung der Eigenschaften der Feder 43 der Führung 42 eingestellt. In der in F i g. 9 gezeigten Ausführungsform der Einrichtung wird die Vorschubkraft der Elektrode 1 durch Änderung der Eigenschaften der Federn 43 und 45 eingestellt.

Vor Inbetriebsetzung der Einrichtung in der in Fig. 10 gezeigten Ausführung wird die Einrichtung so aufgestellt, daß sich das Stirnende der zweiten Düse 46 auf die Oberfläche des Werkstückes 3 abstützt. Danach wird das Schutzgas in den von der Außenfläche der Schutzgasdüse 8, der Innenfläche der Düse 46 und der Oberfläche des Werkstückes 3 begrenzten Raum über die Förderöffnung der ersten Schutzgasdüse 8 zugeführt und der Lichtbogen gleichzeitig zwischen der Spitze der Elektrode 1 und der Oberfläche des Werkstückes 3 gezündet. Dabei ist die Zone der Lichtbogeneinwirkung auf die Oberfläche des Werkstückes 3 auf den Durchmesser d der Förderöffnung 10 der Schutzgasdüse 8 beschränkt.
Während des Betriebs der Einrichtung in der in F i g. 11 gezeigten Ausführung werden die Produkte der Lichtbogeneinwirkung auf die Oberfläche des Werkstückes 3 zusammen mit dem Schutzgas über die Öffnungen 50 in der Düse 46 aus der Abschmelzzone der Elektrode 1 entfernt.

Während des Betriebs der Einrichtung in der in F i g. 12 gezeigten Ausführung wird die Abschmelzzone der Elektrode 1 durch einen Ring 51 abgedichtet, wodurch dosierte Schutzgaszuführung der Abschmelzzone ermöglicht und der Durchsatz des Schutzgases verringert wird.

Industrielle Anwendbarkeit

Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung können besonders erfolgreich beim Auftragschweißen von elektrischen Kontakten aus Silber, Gold, Platin und sonstigen Edelmetallen an Kontaktträgern aus üblichen Konstruktionsstoffen bei der Herstellung von Schaltgeräten für die elektrotechnische Industrie und den Gerätebau eingesetzt werden.

Sie können ferner zum Schweißen und Löten im Tropfverfahren mit abschmelzender Elektrode unterschiedlicher Werkstücke aus solchen Stoffen, wie Hochtemperatur-, Niedertemperatur-Lötmetall und Stahl, Verwendung finden.

Schutz wird nur im Rahmen der Patentansprüche begehrt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum tropfenartigen Schutzgas-Lichtbogen-Auftragschweißen mit einer abschmelzenden Elektrode, bei welchem die abschmelzende Elektrode über eine Kontaktspitze zur Oberfläche des aufzutragenden Werkstücks vorgeschoben, der Lichtbogen zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Werkstückes zur Bildung eines schmelzflüssigen Tropfens an der Elektrodenspitze gezündet, Schutzgas der Abschmelzzone der Elektrode zugeführt und anschließend eine fortschreitende Bewegung mit Beschleunigung in Richtung der Oberfläche des Werkstückes zwecks Abwurfs des schmelzflüssigen Tropfens auf die genannte Oberfläche an die Kontaktspitze übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die fortschreitende beschleunigte Bewegung gleichzeitig an die Kontaktspitze und an die Elektrode mit schmelzflüssigem Tropfen übertragen wird, bis die Elektrode eine Geschwindigkeit erreicht, bei welcher die Bewegungsenergie des schmelzflüssigen Tropfens die für die Tropfenablösung von der Elektrode erforderliche Energie übertrifft, wonach die Kontaktspitze mit der Elektrode durch Prallen gegen einen festen Anschlag zur Trägheitsablösung des schmelzflüssigen Tropfens von der Elektrode sofort angehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kontaktspitze und an die Elektrode eine Bewegung mit konstanter Beschleunigung übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kontaktspitze und an die Elektrode eine Bewegung mit einer Beschleunigung von 10 bis 200 m/s² übertragen wird, bis die Elektrode eine Geschwindigkeit von 0,2 bis 3,0 m/s erreicht.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend einen Mechanismus für den Vorschub der abschmelzenden Elektrode zur Oberfläche des aufzutragenden Werkstückes und ein Gehäuse, in welchem eine Schutzgasdüse mit einem Einlaßstutzen zum Einlaufen des Schutzgases in den Hohlraum der genannten Düse und einer Förderöffnung zur Schutzgasführung in die Abschmelzzone der Elektrode, eine in die genannte Düse eingeführte Kontaktspitze mit einem Durchgangskanal für die Elektrode sowie ein Antrieb der fortschreitenden beschleunigten Bewegung der Kontaktspitze bezüglich der Schutzgasdüse in Richtung der Oberfläche des Werkstückes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Hubbegrenzer (27) der Kontaktspitze (2) bei deren Bewegung bezüglich der Schutzgasdüse (8) und einen Aufnahmekopf (18) zur Aufnahme der Elektrode (1) mit schmelzflüssigem Tropfen (4) und Übertragung an die Elektrode (1) und die Kontaktspitze (2) einer gemeinsamen fortschreitenden beschleunigten Bewegung bezüglich der Schutzgasdüse (8) aufweist, wobei der Aufnahmekopf (18) einen mit der Kontaktspitze (2) und dem genannten Antrieb (12) starr verbundenen Bügel (19) und im genannten Bügel (19) angeordnete Spannelemente (23) und einen Schieber (24) enthält, der mit dem Vorschubmechanismus (6) der Elektrode (1) verbunden und zur Betätigung der Spannelemente (23) zwecks deren Spreizens verschiebbar angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubbegrenzer (27) der Kontaktspitze (2) als ein Bund (28) an der Kontaktspitze (2) und ein Absatz (29) an der seitlichen Innenfläche der Schutzgasdüse (8) in der Anordnungszone des genannten Bundes (28) ausgeführt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekopf (18) in die Kontaktspitze (2) eingebaut ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubmechanismus (6) der Elektrode (1) als eine im genannten Gehäuse (7) angeordnete Antriebseinheit (30) mit einem bewegbaren Organ (31) und ein zweiter in der Vorschubrichtung der Elektrode (1) vor dem ersten Aufnahmekopf (18) aufgestellter Aufnahmekopf (32) für die Aufnahme und den Vorschub der Elektrode (1) die Abschmelzzone ausgeführt ist, der einen Bügel (38) sowie im Bügel (38) angeordnete Spannelemente (40), eine mit dem bewegbaren Organ (31) der Antriebseinheit (30) starr verbundene und zur Betätigung der Spannelemente (40) zwecks deren Spreizens verschiebbar ausgeführte Stange

(41) und eine zur Betätigung des Schiebers (24) des ersten Aufnahmekopfes (18) aus dem Bügel (38) herausschiebbar ausgeführte abgefederte Führung

(42) der Elektrode (1) enthält.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Bund (44) an der Stange (41) des zweiten Aufnahmekopfes (32) ausgeführt ist, während zwischen dem genannten ringförmigen Bund (44) und dem Stirnende des Bügels des genannten Aufnahmekopfes (32) eine Feder (45) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite Düse (46) enthält, welche die erste Schutzgasdüse (8) umfaßt und an der letzteren über eine Isolierdichtung (47) derart befestigt ist, daß das Stirnende der zweiten Düse (46) gegenüber dem Stirnende der ersten Schutzgasdüse (8) in Vorschubrichtung der Elektrode (1) um einen Wert versetzt ist, der 0,05 bis 0,1 des Durchmessers der Förderöffnung (10) der ersten Schutzgasdüse (8) beträgt, uhd sich während des Auftragschweißens auf die Oberfläche des Werkstückes (3) abstützt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Düse (46) mindestens eine Austrittsöffnung (50) für Schutzgas ausgeführt ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Ring (51) zur Isolierung der Abschmelzzone der Elektrode (1) auf die zweite Düse (46) aufgesetzt ist.