DE3121756A1

DE3121756A1 - Verfahren zum lichtbogenschweissen oder -plattieren und abschmelzende elektrode zum einsatz bei diesem verfahren

Info

Publication number: DE3121756A1
Application number: DE19813121756
Authority: DE
Inventors: Roman Francis 77024 Houston Tex. Arnoldy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-11
Filing date: 1981-06-01
Publication date: 1982-04-29
Also published as: GB2079658A

Description

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B4

München 04.05.81 WSN/-/Bu

WS 8101 P

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Roman Francis Amoldy
225 Millbrok Lane
Houston, Texas 77024
V.St.A.

VerÄ hren zum Lichtbogenschweißen oder -plattieren und abschmelzende Elektrode zum Einsatz bei diesem Verfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen oder -plattieren und eine abschmelzende Elektrode zum Einsatz bei diesem Verfahrene

Das Aufbringen von Schweißgut durch Schweißen mittels Lichtbogen ist in einer Anzahl von Wegen bekannt. Für das Schweißen im Zuge der Massenfertigung wird beispielsweise nach der US-PS 3,0765888 beim Lichtbogenschweißen die Kombination einer abschmelzenden Elektrode und Metallpulver in dosierten Mengen verwendet. Die genaue Zusammensetzung der kombinierten Elektrode und des Pulvers ist beim vorgenannten Massenschweißen von Wichtigkeit sowohl zur Bestimmung der benötigten Temperatur der Schweiße und des benötigten Stroms als auch der physikalischen Beschaffenheit und Qualität des aufgebrachten Schweißgutes.

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Die Verwendung einer biegsamen röhrenförmigen Elektrode ist weit bekannt zum Hartbeschichten. Bei diesem Verfahren erstreckt sich der Lichtbogen zwischen dem metallischen Werkstück an seinem unteren Ende und der abschmelzenden Elektrode, bestehend aus einer metallenen Röhre und einer Füllung aus pulvrigem oder körnigem Metall, an seinem oberen Ende. Das untere Ende der abschmelzenden Elektrode schmilzt und die geschmolzene Masse fällt und formt eine Schweiße auf dem Werkstück, erstarrt darauf und bildet eine Beschichtung oder Plattierung auf dem Werkstück oder eine Schweißverbindung. Die Zusammensetzung der Schweißung wird in engen Toleranzen mit Hilfe eines automatischen oder halbautomatischen Schweißgeräts gesteuert.

Die Ablagerungsgeschwindigkeit eines solchen Schweißgutes oder einer solchen Plattierung kann gesteigert, die Wärmeeinleitung in das Werkstück kann verringert werden durch Steigerndes Gewichtsverhältnisses der pulvrigen oder körnigen Füllung zu der Röhre der abschmelzenden Elektrode. Herkömmliche abschmelzende Elektroden für diese Anwendung besitzen einen kreisrunden Querschnitt und einen Außendurchmesser von weniger als 6,35 mm (1/4¹¹)· Diese bekannten Elektroden sind begrenzt auf ein niederes Gewichtsverhältnis von Füllung zu Röhre, weil die Wandstärke der Röhre ausreichend groß bemessen sein muß um deren Steife während des Zuführens durch das Schweißgerät zu gewährleisten. Der erwähnte geringe

Durchmesser der. herkömmlichen Röhren ist erforderlich, um diese in üblicher Weise aufwickeln und mit Giegungen durch herkömmliche Schweißgeräte führen zu können. 5

Ein höheres Gewichtsverhältnis von Füllung zu Röhre bietet die Vorteile einer geringeren Schweißtemperatur und einer besseren Qualität der Schweißung bei höherer Geschwindigkeit (oder =« Durchsatz). Versuche, bei herkömmlichen kreisrunden Röhren das Gewichtsverhältnis Füllung zu Röhre zu erhöhen, erbrachten bislang keinen Erfolg. Insbesondere kann die erforderliche Wandstärke der Röhren, die zum Erreichen der relativen Anteile von Füllung und Röhre notwendig ist, nur errechnet werden, wenn die Dichte der Füllung und die der Röhre bekannt sind. Wünschenswert ist ein Verhältnis von o,5 bis 2,0. Um beispielsweise bei einer Stahlröhre mit einer Dichte von 7,833 kg/m⁵

(0.283 lbs./in.^) und einer Pulverfüllung mit

einer Dichte von 3.654 kg/n? (0^132 lbs/in.^) ein Verhältnis von 1,5 zu erreichen, wird eine kreisrunde Röhre mit 4,76 mm Durchmesser (3,16 Zoll) bei einer Wandstärke von 0,28 mm (0.011 Zoll) benötigt. Eine solche Röhre ist praktisch nutzlos, unter anderem, well diese Wandstärke nicht ausreicht, um die Röhrenform ohne Einknickung zu halten, wenn an der abschmelzenden Elektrode Zuführungsrollen zum Schweißen angreifen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen oder -beschichten

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und eine Elektrode dafür, so zu verbessern, daß mindestens einige der Schwierigkeiten bekannter Verfahren gemindert werden, und zwar unter Verwendung abschmelzender Elektroden mit höheren Verhältnissen von pulvriger oder körniger Füllung zu der Röhre als sie bei herkömmlichen Röhren gleichen Durchmessers möglich sind.

Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schweißen oder Beschichten einer Fläche durch Bilden eines Lichtbogens zwischen einer abschmelzenden Elektrode und der zu schweißenden oder zu beschichtenden Fläche vorgesehen, bei dem die abschmelzende Elektrode aus einer Röhre mit pulvriger oder körniger Füllung besteht, gekennzeichnet dadurch,-daß die Röhre von nicht kreisrundem Querschnitt ist und eine Wandstärke derart besitzt, daß der Gewichtsverhältnis der Füllung zu der Röhre größer als 0,5 aber nicht größer als 2,0 ist.

Vorzugsweise weist der Querschnitt der Röhre zwei im wesentlichen ebene und im wesentlichen planparallele, relativ lange Seiten auf, die durch zwei im wesentlichen bogenförmige Enden verbunden sind. Günstigerweise betragen bei einer solchen Ausbildung der Abstand zwischen den äußersten Punkten der bogenförmigen Enden etwa 38,1 mm (1,5 Zoll) und der Abstand zwischen den im wesentliehen ebenen und im wesentlichen planparallelen, relativ langen Seiten weniger als 6,35 mm (0.25 Zoll)

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Es ist vorteilhaft, daß sich die (stoffliche) Zu-

der /

sammensetzung der Füllung von der/Röhre so unterscheidet, daß eine Legierung bei dem zum Schutz begehrten Verfahren niedergeschlagen werden kann.

Von einem anderen Gesichtspunkt sieht die vorliegende Erfindung weiter eine abschmelzende Elektrode vor, die in Wickeln gelagert und in einem automatischen Schweiß- oder Beschichtungsapparat verwendet werden kann und die aus einer Röhre mit pulvriger oder körniger Füllung besteht, und welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Röhre von nicht kreisrundem Querschnitt ist und eine Wand mit einer Stärke derart besitzt, daß das Gewichtsverhältnis der Füllung zu der Röhre größer als o,5 aber nicht größer als 2,0 ist.

Vorzugsweise weist der Querschnitt der Röhre zv/ei im wesentlichen ebene und im wesentlichen planparallele relativ lange Seiten auf, die durch zwei im wesentlichen gebogene Enden verbunden sind. Bei einer solchen Ausbildung betragen der Abstand zwischen den äußersten Punkten der zwei gebogenen Enden vorzugsweise etwa 38,1 mm (1.5 Zoll) und der Abstand zwischen den im wesentlichen ebenen und im wesentlichen planparallelen relativ langen Seiten vorzugsweise weniger als 6,35 mm (0.25 Zoll).

Zum besseren Verstehen der Erfindung und um zu erläutern, wie sie durchgeführt wird, wird anhand eines Ausführungsbeispiels auf die beifolgenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen?

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Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht im Schnitt

eines Apparates, bei dem eine abschmelzende Elektrode nach der Erfindung benutzt wird,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen abschmelzenden"Elektrode, und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer abschmelzenden Elektrode gemäß der Erfindung.

Nach Fig. 1 bezeichnet Nummer 10 generell einen Schweißkopf, der mittels eines Armes 12 oberhalb einer zu schweißenden oder zu plattierenden Fläche 14 gehalten ist. An dem Arm 12 ist eine zweckdienliche Vorrichtung 16 angebracht, mit dem der Schweißkopf 10 relativ zu der metallenen Fläche 14 bewegt werden kann, und zwar in einer geraden Linie oder nach einem Zickzackmuster und je nach Wunsch mit oder ohne Schwingungen oder Pendelbewegungen.

Von dem Schweißkopf 10 erstreckt sich nach unten ein Elektrodenhalter 18, durch den eine abschmelzende Elektrode 20 gesteckt ist und welcher als Mittel zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit der Elektrode 20 dient. Weiter ist an dem Schweißkopf 10 ein Elektrodenspeicher in Form eines Wickels 21 der Elektrode 20 gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet, wobei der Wickel 21 mittels Wickelträger 24 drehbar gelagert ist. Die abschmelzende Elektrode 20 wird - nicht weiter dargestellt von einem Wickel mittels Rollen oder anderer üblicher Mittel vorgeschoben.

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An dem Schweißkopf 10 bzw. an dem Elektrodenhalter 18 und um die Elektrode 20 ist ein Schirm 40 angebracht, welcher zwar nicht notwend£g^s/aber nützlich sein kann; um einen Gasschirm um die Elektrode 20 zu bilden« Zum Einführen des Schutzgases ist ein Gaseinlaß 42 vorgesehen. Der Schirm 40 kann auch, ' falls gewünscht, dazu benutzt werden, die Elektrode 20 mit einem Schmelzmittel zu umgeben, um einen umhüllten Lichtbogen zu schaffen. Eine Erklärung des Gasschrimes (Gasschutzschweißen) kann in den US-PS 3,102,025 und 2,275,125 gefunden werden. Falls gewünscht, kann das Schmelzmittel dosiert und mit granulierten Stoffen beladen werden.

In Fig. 2 ist eine herkömmliche abschmelzende Elektrode 20a mit kreisrundem Querschnitt gezeigt; Die herkömmliche Elektrode 20a besteht aus einer Röhre 55a, die eine Füllung 50a aus Pulver oder gekörntem Stoff enthält. Das Gewichtsverhältnis der Füllung 50 a zu der Röhre 55a ist üblicherweise in der Größenordnung von einer halben Gewichtseinheit für die Füllung 50a zu einer ganzen Gewichtseinheit für die Röhre 55a. Weiter hat die herkömmliche Elektrode neben der Eigenschaft rund zu sein einen Außendurchmesser von weniger als 6,35 mm (1/4 Zoll)» Für manche Anwendungen 1st es wünschenswert, das Gewichtsverhältnis von Füllung 50a zu Röhre 55a etwas höher anzusetzen. Dies ist aber bei herkömmlichen Elektroden nicht möglich, weil die Slektrode unter anderem selbsttragend, unknickfoar, jedoch wickelbar und von geeigneten Abmessungen sein soll, eben für Verwendung in einem herkömmlichem automatischem oder halbautomatischem Gerät.

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In Fig. 3 ist der Querschnitt einer bevorzugten Ausführung einer abschmelzenden Elektrode 20 nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Elektrode 20 besteht aus einer Röhre 55 aus Metall - Stahl im vorliegenden Ausführungsbeispiel - und enthält eine Füllung 50 aus Metallpulver. Das Gewichtsverhältnis der Füllung 50 zu der Röhre 55 liegt im Bereich von etwa Einhalb zu ungefähr Zwei. Die bevorzugte, in Fig. 3 illustrierte Ausbildung ist - im Querschnitt - im wesentlichen flach entlang ihrer zwei relativ langen,im wesentlichen plenparallelen Seiten 51 und 52, die mittels bogenförmiger Enden 53 und 54 miteinander verbunden sind. Der Abstand L zwischen den äußersten Punkten der gebogenen Enden 53 und 54 beträgt etwa 38,1 mm (1,5 Zoll), der Abstand W zwischen den parallelen Seiten 51 und 52 weniger als 6,35 mm (0.25 Zoll). Erst werden die genaue Analyse und Dichte der Füllung 50 und der metallenen Profilröhre 55 ermittelt und dann das gewünschte Verhältnis von Füllung zu Röhre bestimmt. Dann wird die Stärke T der Röhre 55 aufgrund des ausgewählten Verhältnisses unter Heranziehung der Dichte der Füllung 50 und der Röhre 55 sowie der genauen Form der ausgewählten Ausführung der Elektrode 20 errechnet.

Die Elektrode 20 der bevorzugten Ausbildung wird von dem Wickel 21 mit vorbestimmten Vorschub oder Geschwindigkeit ausgegeben. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist zwischen der metallenen Fläche 14 und der Elektrode 20 ein Lichtbogen 62 gebildet. Mit dem Lichtbogen werden die Füllung 50 und die Röhre

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gleichzeitig geschmolzen und die geschmolzene Masse fällt auf die metallene Fläche 14 um eine geschmolzene Schweiße 60 innerhalb des Umfangs des Lichtbogens 62 zu bilden.
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Es sind an den Elektrodenhalter 18 eine positive und an die metallene Fläche 14 eine negative Spannung angelegt. Diese Spannung kann mit einem üblichem Gerät mit einer Kapazität von etwa 500 Amp.

bereitgestellt werden. In Verbindung mit der Erfindung können sowohl positive und umgekehrte Polung aus Gleichstrom als auch Wechselstrom eingesetzt sein. Zum 3etrieb wird der Schweißkopf 10 über die metallene Fläche 14 gebracht. Die Vorrichtung 16 (ein Antrieb) wird inganggesetzt_? um den Schweißkopf 10 relativ zu der metallenen Fläche 14 zu bewegen. Zugleich wird ein Antriebsaggregat herkömmlicher Ausbildung - nicht weiter dargestellt derart in Gang gesetzt„ daß die Elektrode 20 von dem Wickel 21 durch den Elektrodenhalter 18 in Richtung auf die metallene Fläche 14 bewegt wird. Wenn der richtige Abstand erreicht ist, zündet ein Lichtbogen zwischen der Elektrode 20 und der metallenen Fläche 14. Durch den Lichtbogen schmilzt der unterste Teil der Elektrode 20. Das geschmolzene Gut fällt auf die Schweiße (Puddel) 60 auf der metallenen Fläche 14. Auf diese Weise wird durch Bewegen des Schweißkopfes 10 eine Schweißraupe 58 geformt.

Zur Erläuterung der Anwendung des Verfahrens sei folgendes bemerkt: Bei einer Pulverfüllung 50 mit einer Dichte von 3,654 kg/m* (0.132 lbs./in. ) und einer Röhre 55 - aus Stahl - mit einer Dichte

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von 7,833 kg/πϊ (0.283 lbs./in.³), einem zu erreichenden Gewichtsverhältnis Füllung zu Röhre von 1,5 einer abschmelzenden Elektrode von 38,1 mm (1.5 Zoll) Länge L und einer Breite W von 4,76 mm (3/16 Zoll), bei einer Formgebung nach Fig. 3, wird eine Röhrenstärke T von 0,51 mm (0.020 Zoll) benötigt. Diese reicht aus um sicher zu sein, daß die Elektrode selbsttragend, bei normalem Gebrauch knickfest und aufwickelbar ist.

Die Röhre 55 kann aus einem anderen Metall ale Stahl oder aus einer Legierung bestehen, vorausgesetzt daß das Metall oder die Legierung zu einer Röhre formbar ist. In gleicher Weise kann die Füllung aus einem Metall oder einer Legierung in pulvriger oder granulierter Form bestehen. Falls erwünscht, kann die Füllung auch Zusätze zum Erleichtern des Schweiß- oder Beschichtungsvorganges und/oder zur Hebung der Qualität des Schweiß- oder Beschichtungsergebnisses enthalten.

Zur Vermeidung von Zweifeln sei noch bemerkt, daß die hier benutzten Begriffe Beschichten und Plattieren Vorgänge wie Hartbeschichten oder Auftragschweißen einschließen.

Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Schweißen oder Beschichten einer Fläche durch Bilden eines Lichtbogens zwischen einer abschmelzenden Elektrode und der zu schweißenden oder zu beschichtenden Fläche, wobei die abschmelzende Elektrode aus einer Röhre mit pulvriger oder körniger Füllung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (55) von nicht kreisrundem Querschnitt ist und eine Wandstärke (T) derart besitzt, daß das Gewichtsverhältnis der Füllung (50) zu der Röhre (55) größer als 0,5 aber nicht größer als 2,0 ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Röhre (55) zwei im wesentlichen ebene und im wesentlichen planparallele, relativ lange Seiten (51,52) aufweist, die durch zwei im wesentlichen bogenförmige Enden (53»54) verbunden sind.
3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L) zwischen den äußersten Punkten der bogenförmigen Enden (53»54) etwa 38,1 mm (1.5 Zoll) und der Abstand zwischen den im wesentlichen ebenen und im wesentlichen planparallelen, relativ langen Seiten weniger als 6,35 mm (0.25 Zoll) betragen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die (stoffliche) Zusammensetzung der Füllung (50) von der Röhre (55) unterscheidet, so daß eine Legierung bei dem zum Schutz

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begehrten Verfahren niedergeschlagen werden kann.
5. Eine abschmelzende Elektrode, die in Wickeln gelagert und in einem automatischen Schweißoder Beschichtungsapparat verwendet werden kann und die aus einer Röhre mit pulvriger oder körniger Füllung besteht j, dadurch gekenh zeichnet, daß die Röhre (55) von nicht kreisrunden Querschnitt ist und eine Wand mit einer Stärke derart besitzt, daß das Gewichtsverhältnis der Füllung (50) zu der Röhre (55) größer als 0,5 aber nicht größer als 2,0 ist.
6. Abschmelzende Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der · Röhre (55) zwei im wesentlichen ebene und im wesentlichen planparallele relativ lange Seiten (51,52) aufweist, die durch zwei im wesentlichen gebogene Enden (53?54) verbunden sind.
7. Abschmelzende Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L) zwischen den äußersten Punkten der zwei gebogenen Enden (53,54) etwa 38,1 mm (1.5 Zoll) und der Abstand (W) zwischen den im wesentlichen ebenen und im wesentlichen planparallelen relativ längeren Seiten weniger als 6,35 mm (0.25 Zoll) betragen.