DE3027337A1

DE3027337A1 - Verfahren zum widerstands-abbrennstumpfschweissen

Info

Publication number: DE3027337A1
Application number: DE19803027337
Authority: DE
Inventors: Vitalij Timofeevi&ccaron; &Scaron;eredni&ccaron;ok; Michail Vladimirovi&ccaron; Bogorsky; Valerij Georgievi&ccaron; Krivenko; Sergei Ivanovi&ccaron; Ku&ccaron;uk-Yazenko; Vladimir Konstantinovi&ccaron; Lebedev; Vasilij Alekseevi&ccaron; Kiev Sacharnov; Anatolij Andreevi&ccaron; Toldin
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1980-07-09
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1982-02-25
Also published as: GB2079657A; CA1161909A; SE440755B; US4352972A; FR2490983A1; GB2079657B; SE8005055L; FR2490983B1; DE3027337C2

Description

Institut Elektrosvarki imeni E.O. Patona Akademii Nauk Ukrainskoi SSR, Kiev, UdSSR

Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweißen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abbrennstumpfschweißen der im Patentanspruch 1 angegebenen Gattung und kann zweckmäßig zum Verbinden von große Querschnitte aufweisenden Schweißstücken angewendet werden.

Eine breite Verwendung in der Schweißtechnik hat ein Verfahren zum Abbrennstumpfsschweißen durch kontinuierliches Metallabbrennen gefunden, bei dem der Schweißstückträger der Schweißmaschine im Laufe des Abrennvorgangs mit gleichbleibender bzw. ansteigender Geschwindigkeit bewegt wird.

Obgleich dieses Schweißverfahren einen hohen elektrischen Wirkungsgrad besitzt, wird seine Anwendung durch die Art der Schweißstückwerkstoffe sowie Querschnittsprofil und -größe der zu verschweißenden Werkstücke begrenzt. In der Praxis wird daher dieses Verfahren vorzugsweise zum Verschweißen von dünnwandigen Blechkonstruktionen sowie Werkstücken von kleinem,, kompaktem Querschnitt angewendet.

Einen wesentlichen Nachteil dieses Verfahrens, durch welchen seine Anwendung eingeschränkt wird, stellt die allmähliche Senkung des zu Anfang hohen thermischen Wirkungsgrades des Abbrennvorgangs dar, welcher im Laufe der Erhitzung der zu verschweißenden Werkstücke eintritt, wodurch schließlich die Verlängerung der Erhitzungsdauer herbeigeführt wird. Deshalb ist ein zusätzlicher Werkstoffaufwand beim Abbrennen erforderlich, um die notwendige Erhitzungsfläche auf den Stirnseiten der zu verschweißenden Werkstücke zu erreichen. Durch die Senkung des thermischen Wirkungsgrades werden erhebliche Schwierigkeiten beim Verschweißen von Werkstücken aus Stoffen mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, dickwandigen Werkstücken sowie Werkstücken von kompaktem Querschnitt hervorgerufen, weil beim Verschweißen von Werkstücken aus solchen Stoffen die Senkung des thermischen Wirkungsgrades noch intensiver zum Vorschein tritt.

Es ist auch ein Verfahren zum Abbrennstumpfschweißen bekannt, bei welchem die zu verschweißenden Werkstücke mehrmals aufeinander zu und voneinander ab bewegt werden (s. GB-PS 1 153 002 und 9 84 296) bzw. einem der zu verschweißenden Werkstücke eine Oszillierbewegung erteilt wird (JA₁-PS 23 62), BeJ₁ diesem S-chweißverfahren wd;rd den zu

verschweißenden Werkstücken im Stadium ihrer Erhitzung lediglich eine Hin- und Herbewegung ohne kontinuierliche Annäherung verliehen. Von Nachteil bei diesem Schweißverfahren ist der niedrige elektrische Wirkungsgrad sowie die Notwendigkeit der Verwendung von Schweißmaschinen mit einer hohen elektrischen Leistung. Ferner ist ein genaues Anpassen der Stirnflächen der zu verschweißenden Werkstücke zur Erreichung ihrer gleichmäßigen Erhitzung erforderlich. Auch bei sehr genau aufeinander abgestimmten Werkstück-Stirnflächen kann jedoch eine ungleichmäßige Flächenerhitzung über deren Querschnitt bei diesem Schweißverfahren nicht vollständig vermieden werden, was Fehler der Schweißverbindung wie Ungänze und Mattflecke zur Folge hat.

Es ist auch bereits ein Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweißen bekannt, bei welchem dem Schweißstückträger eine Bewegung mit gleichbleibender oder arsteigender Geschwindigkeit und zugleich eine Schwingungsbewegung in der Vorschubrichtung verliehen wird (SU-Erfinderschein 226 052, GB-PS 1 162 073, DE-PS 1 615 324, FR-PS 1 517 114). Im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Schweißverfahren durch kontinuierliches Abbrennen ohne Schwingungsbewegung wird durch die Verbindung der kontinuierlichen Vorschubbewegung der zu verschweißenden Werkstücke mit einer Schwingungsbewegung eines der Werkstücke ein bedeutender Schweißstromanstieg sowie die Steigerung des thermischen Wirkungsgrades während des Schweißvorgangs gewährleistet. Daher können mit diesem Verfahren dickwandige und kompakte Werkstücke von großem Querschnitt sowie Schweißstücke aus Stoffen mit niedriger Wärmeleitfähigkeit verschweißt werden. Nachteilig wirkt sich bei diesem Schweißverfahren aus, daß zu Beginn des Schweißvorganges, solange die Stirnflächen der zu verschweißenden

Werkstücke noch kalt bzw. nur schwach erhitzt sind, der Abbrennvorgang durch die im Bereich des Kurzschlußstroms liegende Stromstärke, durch Leistungsverlust infolge Erwärmung des Sekundärkreises des Schweißtransformators sowie durch einen niedrigen elektrischen Wirkungsgrad gekennzeichnet ist. Beim Verschweißen von dicken Werkstücken mit großem Querschnitt wird auch die Dauer dieses wenig effektiven Anfangsstadiums des Schweißens größer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweißen aufzuzeigen, das es ermöglicht, den Leistungsverbrauch zu senken, die Erhitzungsgeschwindigkeit der zu verschweißenden Werkstücke zu steigern und somit die Effektivität des Schweißvorgangs zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abbrennvorgang bis zum Stauchbeginn in zwei Stufen durchgeführt wird, wobei in der ersten Stufe die zu verschweißenden Werkstücke kontinuierlich angenähert und abgebrannt werden, wobei der Abschmelzstrom, die Verbrauchsleistung, die Abschmelzdauer bzw. die Länge der abgeschmolzenen Strecke gemessen wird und die zweite Stufe bei Erreichen eines der Erhitzung der Berührungsflächen auf 650 bis 800 C entsprechenden Sollwertes eingeleitet wird, in der mindestens einem der zu verschweißenden Werkstücke bei ihrer Annäherung die Schwingungsbewegung erteilt wird.

Bei diesem Verfahren werden der Energieverbrauch sowie die Erhitzungsdauer dadurch verringert, daß durch die kontinuierliche Vorschubbewegung der Schweißstücke bei gleichzeitiger Schwingbewegung eines Werkstückes sich die der Berührungsfläche der Schweißstücke vergrößert

und damit der Berührungsstellenwiderstand sinkt, was schließlich einen bedeutenden Schweißstromanstieg herbeiführt. Dabei brennen nur relativ kleine Berührungsstellen ab, so daß sich der Metallauswurf aus der Schweißzone verringert und sich der thermische Wirkungsgrad gegenüber dem Schweißverfahren mit kontinuierlichem Abbrennen ohne Schwingungsbewegung erhöht.

Mit der Annäherung der Schweißstücke bei gleichzeitiger Schwingungsbewegung kann auch nach einer Zeitspanne begonnen werden, die zwischen 0,2 bis 0,3 der gesamten Schweißdauer liegt, und zwar ab Beginn des Abbrennvorganges gemessen, oder nach Abbrennen der Werkstückenden auf einen Wert, der 0,2 bis 0,3 ihrer Dicke beträgt.

Die vorstehend angeführten Relativgrößen der Stromstärke, Verbrauchsleistung, Zeit und Schweißzugabe wurden durch Versuche mit Schweißstücken von unterschiedlichem Querschnitt und aus verschiedenen Stoffen festgestellt.

Das erfindungsgemäße Schweißverfahren kann auch in der Weise durchgeführt werden, daß in der zweiten Stufe die Schwingbewegung nach Abbrennen der Werkstückenden und vor dem Stauchbeginn auf einen Wert, welcher von 0,5 bis 0,7 der Gesamtschweißzugabe beträgt bzw. 5 bis 10 s vor dem Stauchbeginn, abgebrochen wird.

Das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit im folgenden.

Die an die Stumpfschweißelektroden der Schweißmaschine gespannten Schweißstücke, denen die Schweißspannung zugeführt wird, werden kontinuierlich aufeinander zugeführt.

Im AnfangsStadium der Schweißung, solange die Stirnflächen der Schweißstücke noch kalt sind, hat der thermische Wirkungsgrad des Abbrennvorganges einen hohen Wert. Die SchweißStromstärke und Verbrauchsleistung entsprechen den Optimalwerten. Im Laufe der Erhitzung der Werkstückenden werden die Existenzdauer der Einzelberührungsstellen zwischen den Stirnflächen der Schweißstücke reduziert, die Funkenbildung des übererhitzten Metalls vergrößert und die zum Erhitzen der Werkstücke aufgewendete Energie verringert, wodurch der thermische Wirkungsgrad des Schweißvorganges sinkt. Die mittelbaren Kenngrößen, welche den Wärmezustand der Schweißstücke kennzeichnen, sind die SchweißStromstärke und die Verbrauchsleistung.

Untersuchungen haben ergeben, daß beim Verschweißen von Schweißstücken unter Verwendung einer bestimmten Schweißmaschine bei vorgegebenen Betriebsbedingungen die SchweißStromstärke und die dem Netz entnommene Leistung einem bestimmten Wärmezustand der zu verschweißenden Stücke entsprechen.

Auf diese Weise wird beim Abmessen des Schweißstroms bzw, der entnommenen Netzleistung der Wärmezustand der Enden überwacht. Je nach dem Erhitzen der Schweißstücke verringern sich die Schweißstromstärke und die Verbrauchsleistung, Bei der Schweißstrom- und Verbrauchsleistungssenkung auf 2/3 bis 1/2 ihres Anfangswertes beginnt man mit der zweiten Stufe der Annäherungsbewegung, bei welcher einem der zu verschweißenden Stücke zusätzlich zur Annäherungsbewegung die Schwingungsbewegung in der Vors chub rich*·* tung verliehen wird.

Zum Beispiel betrug beim Verschweißen von Schienen mit einem Gewicht von 65 kg/m die am Anfang der ersten

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Stufe im Primärkreis des Schweißtransformators gemessene Stromstärke 200 bis 250 A (kontinuierliches Abbrennen ohne Schwingungsbewegung). Mit dem Erhitzen der Schienenenden wurde der Schweißstrom geringer. Als dieser einen Wert von 100 bis 150 A erreichte, begann man mit der zweiten Stufe, nämlich dem kontinuierlichen Abbrennen mit Schwingbewegung.

Sobald die Schwingbewegung eines Werkstückes einsetzt, steigt die Schweißstromstärke auf einen Wert von 400 bis 500 A, der Auswurf des übererhitzten Metalls wird verringert, die Erhitzung der zu verschweißenden Stücke intensiviert und der thermische Wirkungsgrad ums 1,5- bis 2-fache erhöht.

Beim Verschweißen von Großrohren beträgt die Stromstärke im Primärkreis des Schweißtransformators zu Beginn der ersten Stufe des Schweißvorganges ca. 1000 A. Mit dem Erhitzen der Rohrenden wird diese herabgesetzt und beim Erreichen von etwa 600 A wird die zweite Stufe eingeleitet. Demzufolge steigen die Schweißstromstärke und die Leistung wesentlich an (ums 2- bi^ 3-£aohe) , wodurch auch der Erhitzungsvorgang intensiviert wird.

In einigen Fällen kann die Annäherungsstufe mit Schwingungsbewegung als Funktion der Abbrenndauer oder des Vorschubweges des Schweißstückträgers eingeleitet werden, wodurch sich die Steuerung des Schweißvorganges vereinfacht.

Im erstgenannten Fall wird die Schweißdauer überwacht, und das Annäherungsstadium mit Schwingungsbewegung wird nach einem Zeitabschnitt von etwa 0,2 bis 0,3 der Gesamtschweißdauer eingeleitet.

Beim Verschweißen von Großrohren wird zum Beispiel die erste Stufe 50 s nach Beginn des Schweißvorganges abgeschlossen, wobei die Gesamtschweißdauer dabei 180 s beträgt.

Im zweitgenannten Fall wird der Vorschubweg der Schweißstücke überwacht und das Annäherungsstadium mit Schwingungsbewegung erst nach Erreichen eines Gesamtabbrenngrades der Werkstückenden von 0,2 bis 0,3 ihrer Dicke eingeleitet. So wird beim Verschweißen von Rohren mit einer Wanddicke von 20 mm die erste Schweißstufe auf einem Abschnitt von 5 mm nach Beginn des Arbeitsganges des beweglichen Maschinenteils, welcher ab dem Zeitpunkt des Abbrandbeginns gemessen wird, verwirklicht. Danach erfolgt die zweite Schweißstufe des kontinuierlichen Abbrennens bei gleichzeitiger Schwingbewegung. Nach Erreichen des vorgegebenen Erhitzungsgrades der Werkstücke werden diese vor dem Stauchen mit ansteigender Geschwindigkeit aufeinander zugeführt.

Nach dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren ist daher eine Annäherungsbewegung sowohl ohne, als auch mit einer Schwingbewegung zumindest eines der Werkstücke bis zum Stauchbeginn vorgesehen. Dabei wird die Schwingbewegung vor dem Stauchbeginn nach dem Abbrennen der Schweißstückenden auf einen Wert zwischen 0,5 bis 0,7 der gesamten Abbrennzugabe bzw. 5 bis 15s vor dem Stauchbeginn abgebrochen .

So wurde beispielsweise beim Verschweißen von Schienen mit einem Gewicht von 65 kg/m die Schwingbewegung in der zweiten Schweißstufe abgebrochen, nachdem die Schweißstückenden auf einer Länge von 14 mm abgebrannt waren. Die gesamte Abbrennzugabe betrug dabei 20 mm.

Das Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweißen besteht in der kontinuierlichen Annäherung von Schweißstücken, die unter Schweißstromeinwirkung stehen, und im Abbrennen der Enden dieser Schweißstücke zunächst bei kontinuierlicher Annäherung und danach bei Annäherung mit gleichzeitiger Schwingbewegung eines der Schweißstücke. Die Schwingbewegung eines SchweißStückes beginnt, wenn ein kontinuierlich gemessener Betriebsparameter, wie Abbrennen, Verbrauchsleistung, Abbrenndauer bzw. die Länge der abgebrannten Strecke, einen Vorgabewert erreicht hat, welcher einer vorgewählten Berührungsflächenerhitzung entspricht.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweißen, bei welchem die zu verschweißenden Werkstücke während des Abbrennvorgangs kontinuierlich aufeinander zu bewegt werden, wobei mindestens einem Werkstück die Schwingungsbewegung in der Vorschubrichtung erteilt wird, und bei dem anschließend ein Stauchvorgang durchgeführt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schweiß- bzw. Abbrennvorgang in zwei Stufen durchgeführt wird, wobei in der ersten Stufe die Schweißstücke kontinuierlich abgebrannt werden, daß dabei zumindest einer der Betriebsparameter wie Abbrenndauer, Abbrennstromstärke, Verbrauchsleistung und Länge der abgebrannten Strecke gemessen wird, und daß die zweite Stufe eingeleitet wird, sobald diese Betriebsparameter einen Vorgabewert erreichen, welcher der Berührungsflächenerhitzung auf eine Temperatur von 650 bis 800 C entspricht, wobei in der zweiten Stufe mindestens einem der Schweißstücke die Schwingbewegung erteilt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe des Abrennvorgangs eingeleitet wird, sobald die SchweißStromstärke bzw. die Verbrauchsleistung 0,66 bis 0,5 ihres Anfangswertes erreicht hat.

53O-(O8O2/1 P.83476-E-61)-SdSl

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe des Schweißvorgangs nach Ablauf von 0,2 bis 0,3 der gesamten Schweißdauer eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe des Schweißvorgangs nach dem Gesamtabbrennen der Schweißstückenden auf 0,2 bis 0,3 ihrer Dicke eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Stufe des Abbrennvorgangs die Schwingbewegung vor dem Stauchbeginn abgebrochen wird, nachdem die Schweißstückenden auf 0,5 bis 0,7 der gesamten Schweißzugabe abgebrannt sind.