DE3121944A1

DE3121944A1 - Method and device for delivering the welding current to the electrode of a submerged-arc welding device for deep-gap welding

Info

Publication number: DE3121944A1
Application number: DE19813121944
Authority: DE
Inventors: Karl 4504 Georgsmarienhütte Hock
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1981-06-03
Filing date: 1981-06-03
Publication date: 1983-01-13

Abstract

In order to produce very deep weld seams or to weld very thick-walled workpieces (14) to one another and to be able to carry out these welds in as narrow a gap as possible, the electrode (5), which consists of a blank wire or blank strip, is guided through a kinked conduit (4) with as small an outer diameter as possible, the conduit (4) being provided on the inside with an insulating tube (9) and having in the area of the kink a contact device which is designed as a nozzle (10) and which transmits the current from the current-conveying conduit (4) to the electrode (5). The conduit (4) can be rotated about its longitudinal axis with the aid of a drive mechanism (7), so that the electrode (5) can draw the corresponding weld seams into the area of the right-hand and left-hand narrow-gap seam flank. In order to prevent a current-conveying connection between the conduit (4) and the workpiece (14), the nozzle (10) serving for the current transfer has an insulating tube (13). For adaptation to the different gap depths, the conduit (4) can be provided with an extension piece (4''). <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Zuführen des SchweißstromesMethod and device for supplying the welding current

auf die Elektrode einer Unterpulver-Schweißeinrichtung für rw iefspaitschwei--ßungenv Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zuführen des ##hwe.i ß.stromes auf die Elektrode einer Unterpulver-Schweißeinrichtung für Tiefspaltschweißungen, wobei die Elektrode durch einen isolierten Rüssel geführt und der Strom mit einer Kontakteinrichtung vom Rüssel auf die Elektrode übergeleitet wird.on the electrode of a submerged-arc welding device for low-voltage welding The invention relates to a method for supplying the ## hwe.i ß.stromes on the electrode of a submerged arc welding device for deep gap welding, with the electrode passed through an insulated trunk and the current with a Contact device is transferred from the trunk to the electrode.

Das Unterpulver-Schweißen ist bekannt. Dabei wird ein Nacktdraht oder Nacktband unter Pulveraufschüttung im Lichtbogen abgeschmolzen. Je nach den Verhältnissen bezüglich Werkstoff, Blechdicken und Oberflächenbeschaffenheit wird mit verschiedenen Pulvern gearbeitet, die sich durch die Art ihrer Herstellung, Zusammensetzung und Körnung und damit durch unterschiedliche Strombelastbarkeit, Verschweißbarkeit und Gasdurchlässigkeit unterscheiden.Submerged arc welding is known. A bare wire or Naked strip melted in an electric arc under a pile of powder. Depending on the circumstances with regard to material, sheet thicknesses and surface properties, different Worked powders, which differ by the way they are made, composition and Grain size and thus through different current carrying capacity, weldability and Distinguish gas permeability.

Der Lichtbogen brennt in einer Schlackenblase, die vom geschmolzenen Pulver gebildet wird und beim Erstarren eine feste Schlacke ergibt. Bei diesen Verfahren sind hohe Schweißgeschwindigkeiten und damit beträchtliche Schweißleistungen möglich. Das Unterpulver-Schweißen wird insbesondere im Großbehälterbau, Schiffbau, Fahrzeugbau, in der Rohrherstellung usw. angewendet. Es eignet sich vornehmlich für lange, durchgehende Nähte in waagerechter Lage. The arc burns in a cinder bubble that is melted from it Powder is formed and when solidified results in a solid slag. In these procedures high welding speeds and thus considerable welding performance are possible. Submerged arc welding is used in particular in large container construction, shipbuilding, vehicle construction, used in pipe making, etc. It is particularly suitable for long, continuous Seams in a horizontal position.

Bei der Elektrode handelt es sich im allgemeinen um einen nicht ummantelten, von einer Spule zugefüiii:Len Draht Dieser Draht wird in einem sogenannten Rüssel oder Stromrohr geführt, und an dessen Ende befinden sich je nach Durchmesser und Form des Schweißdrahtes Rontakteinrichtungene und zwar entweder austauschbare Kontaktbacken oder eine Kontaktdüse, womit der Schweißstrom auf die Elektrode übertragen wird. Die Stromüberleitung mit Hilfe von Kontaktbacken oder Kontaktdüsen hat den Vorteil, daß nur ein Minimum an Stromverlusten auftritt und der Verschleiß gering ist. Der Schweißdraht wird mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung von der Drahtrolle kontinuierlich abgewickelt. Zum Schweißkopf gehört auch eine Pulverdüse, die an einen Pulverbehälter ansJesclllossen ist: und an der Schweißstelle das Schweißptilver ausstreut Die bekannten Unterpulver-Schweißgeräte besitzen einen Schweißkopf, der im wesentlichen aus dem Stromrohr mit Kontakteinrichtung und Elektrodendraht und Drahtrolle sowie dem Pulverrohr mit Pulverbehälter besteht. Diese Schweißköpfe sind jedoch relativ groß, so daß sie bei tieferen Nahtspalten bzw. Blechdicken nur für Scheißnahtformen mit einem Öffnungswinkel von ca. 180 oder ähnlich breiter Nahtöffnung geeignet sind, weil zwecks Gewährleistung des erforderlichen definierten gleichmäßigen Abstandes der Kontaktdüse zum Grundwerkstoff der gesamte Kopf im Schweißspalt geführt werden muß, um den Schweißdraht auch an die entsprechende Schweißstelle, insbesondere in die Kehlen, führen zu können.The electrode is generally a non-sheathed, from a coil fed: Len wire This wire is in a so-called trunk or current pipe, and at the end of which are depending on the diameter and Shape of the welding wire Rontakteinrichtungene, either replaceable contact jaws or a contact nozzle, with which the welding current is transmitted to the electrode. The current transfer with the help of contact jaws or contact nozzles has the advantage of that there is only a minimum of power loss and that there is little wear and tear. Of the Welding wire is moved continuously from the wire roll with the help of a feed device settled. The welding head also has a powder nozzle attached to a powder container ansJesclllossen is: and at the welding point the welding tip spreads the familiar Submerged-arc welding machines have a welding head, which essentially consists of the Power tube with contact device and electrode wire and wire roll as well as the powder tube with powder container. However, these welding heads are relatively large, so that for deeper seam gaps or sheet thicknesses only for shit seam shapes with one Opening angles of approx. 180 or a similarly wide seam opening are suitable because in order to ensure the required defined uniform spacing of the Contact nozzle to the base material the entire head must be guided in the welding gap, around the welding wire also to the corresponding welding point, in particular in the Throats to be able to lead.

Diese bekannten Unterpulver-Schweißverfahren haben jedoch den Nachteil, daß insbesondere bei dickwandigen Bauteilen der Spalt sehr weit sein muß, so daß das Nahtvoiumen relativ groß wird, wodurch nicht nur erhebliche Elektrodenmengen, sondern auch sehr lange Schweißzeiten erforderlich werden. Diese Nachteile vergrößern sich noch mit zunehmender Wanddicke der zu verschweißenden Bleche.However, these known submerged arc welding processes have the disadvantage that, especially in the case of thick-walled components, the gap must be very wide, so that the seam volume becomes relatively large, thereby not only significant Electrode quantities, but also very long welding times are required. These The disadvantages increase as the wall thickness of the welded wall increases Sheets.

Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches es crmoglicht, tiefe Schweißnähte mit einem möglichst engen Spalt herstellen zu können.The invention is based on the object of specifying a method which makes it possible to produce deep weld seams with the narrowest possible gap to be able to.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The solution to this problem consists in the in the labeling part of the Claim 1 specified features.

Außerdem liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, welche es ermöglicht, tiefe Schweißnähte mit einem möglichst engen Spalt herstellen zu können.In addition, the invention is also based on the object of a device specify which makes it possible to produce deep weld seams with the narrowest possible gap to be able to manufacture.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen, die im Kennzeichnungsteil des Vorrichtungsanspruches angegeben sind.The solution to this problem consists in the features in the identification part of the device claim are specified.

Weitere Ausführungsformen dieser Vorrichtung sind in dessen Unteransprüchen formuliert.Further embodiments of this device are in the subclaims thereof formulated.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß selbst sehr tiefe Schweißnähte mit einem engen Spalt durch den relativ dünnen Rüssel in Verbindung mit dessen Knickung und Drehbewegung gut geschweißt werden können, weil der gerade Teil des Rüssels immer in der einmal eingestellten Position innerhalb des Schweißspaltes verbleibt, während durch die Kombination von Knickung und Drehbewegung die Elektrode jede beliebige Stelle der Schweißnaht erreichen kann, d. h., man kann damit insbesondere auch die rechten und linken Engspalt-Nahtflanken gut erreichen, so daß dadurch eine universelle Einsatzmöglichkeit bei engen Tiefspalten gegeben ist. Dabei sind das Verfahren bzw. die Vorricheung auch bei größten Wanddicken der Werkstücke bzw. tiefsten Schweißnähten anwendbar, und zwar ohne besondere Nahtvorbereitung. Dabei kann das Nahtvolumen gegenüber den bisherigen Unterpulver-Schweißungen ganz erheblich reduziert werden, weil man sehr enge Nahtöffnungen realisieren kann.The invention has the advantage that even very deep weld seams with a narrow gap through the relatively thin trunk in connection with its kinking and rotary motion can be welded well because of the straight part of the trunk always remains in the position set once within the welding gap, while by the combination of kinking and rotating movement the electrode every can reach any point of the weld, d. i.e., you can use it in particular also reach the right and left narrow gap seam flanks well, so that a universal application in narrow deep gaps is given. There are Procedure or preprocessing even with the greatest wall thicknesses of the workpieces or the deepest Weld seams can be used without any special seam preparation. It can Seam volume significantly reduced compared to previous submerged arc welding because you can make very narrow seam openings.

Bei Versuchen hat sich überraschenderweise ergeben, daß aufgrund des geringen erforderlichen Schweißnahtvolumens z. B. bei einer 200 mm dicken Naht die Schweiß zeit um 42 % und die Schweißzusatzmenge um 55 % reduziert werden konnten. Dieser Vorteil vergrößert sich noch mit zunehmender Wanddicke Die auf diese Weise durchgeführte sogenannte Engspaltschweißung verringert auch den Grobkornanteil in der Wärmeeinflußzone der Schweißverbindung, wodurch sich höhere Zähigkeitswerte in dieser Wärmeeinflußzone und eine geringere Anfälligkeit zu Nebennahtrissen ergeben. Die Anpassung an die verschiedenen Schweißnahtdicken erfolgt einfach über ein Verlängerungstück, das verschieden lang ausgeführt sein kann und in seinem Aufbau dem Rüssel entspricht.In experiments it has surprisingly been found that due to the low required weld volume z. B. with a 200 mm thick seam Welding time could be reduced by 42% and the amount of welding consumable by 55%. This advantage increases with increasing wall thickness Die in this way The so-called narrow gap welding carried out also reduces the coarse grain proportion in the heat affected zone of the welded joint, resulting in higher toughness values result in this heat-affected zone and a lower susceptibility to side seam tears. The adjustment to the different weld seam thicknesses is done easily via an extension piece, which can be made of different lengths and corresponds to the trunk in its structure.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in den Zeichnungen veranschaulicht ist, im einzelnen näher beschrieben.The invention is based on an embodiment which is shown in the Drawings is illustrated, described in detail.

Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansidit der erfindungsgmäßen Vorrichtung zur Stromzuführung auf die Schweißelektrode, Fig. 2 eine abgebrochene Schnittdarstellung durch das Verlängerungsstück des Stromrohres, Fig. 3 eine abgebrochene Schnittdarstellung durch das abgeknickt Ende des Rüssels, Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch ein noch nicht abgeknicktes Rüsselteil für einen Elektrodendurchmesser von 4 mm.1 shows a side view of the device according to the invention for power supply to the welding electrode, Fig. 2 is a broken one Sectional view through the extension piece of the current pipe, Fig. 3 is a broken off Sectional view through the bent end of the trunk, FIG. 4 is a sectional view by a trunk part that has not yet been kinked for an electrode diameter of 4 mm.

Am Gehäuse 1 der Schweißeinrichtung für das Unterpulver-Schweißen in Engspalten ist eine Montageplatte 2 befestigt, welche ihrerseits zur Befestigung des Lagergehäuses 3 des Rüssels 4 dient. Durch das Lagergehäuse 3 wird die Schweißelektrode 5 geführt, die aus einem nackten Draht oder Band besteht, das von einer (nicht dargestellten) Rolle abgewickelt wird. Der Draht wird mit Hilfe der beiden Vorschubrollen 6 der Schweißstelle kontinuierlich zugeführt. Die Vorschubrollen 6 werden (von einem nicht veranschaulichten Antrieb) gemäß Pfeilrichtung A angetrieben.On the housing 1 of the welding device for submerged arc welding A mounting plate 2 is fastened in narrow gaps, which in turn is used for fastening of the bearing housing 3 of the trunk 4 is used. Through the bearing housing 3, the welding electrode 5 out, which consists of a bare wire or ribbon, which is from a (not shown) Role is unwound. The wire is with the help of the two feed rollers 6 of the Welding point fed continuously. The feed rollers 6 are (by one not illustrated drive) according to arrow direction A.

Der Rüssel 4, welcher zur Führung der Elektrode 5 sowie als Stromführungsrohr für den Schweiß strom dient, besteht aus dem Rüsselteil 4' im Gehäuse 1, dem Verlängerungsstück 4 sowie dem abgeknickten Rüsselteil 4"'.The trunk 4, which is used to guide the electrode 5 and as a current conduction tube is used for the welding current, consists of the trunk part 4 'in the housing 1, the extension piece 4 and the kinked trunk part 4 "'.

Der Rüssel 4 ist gemäß Pfeilrichtung B um seine Achse drehbar. Die Drehbewegung wird mit Hilfe eines Antriebes erzeugt, im vorliegenden Fall mit einem Schneckenrad 7, welches in eine (nicht dargestellte) Verzahnung an dem Gehäuse 3 eingreift. Die Drehbewegungsmöglichkeit des Schneckenrades 7 ist ebenfalls durch den Pfeil C angedeutet.The trunk 4 can be rotated about its axis in the direction of arrow B. the Rotary movement is generated with the help of a drive, in the present case with one Worm wheel 7, which is in a (not shown) toothing on the housing 3 intervenes. The possibility of rotation of the worm wheel 7 is also through the arrow C indicated.

Der Aufbau des Rüssels 4 ergibt sich im Detail aus den Fig. 2 und 3.The structure of the trunk 4 results in detail from FIGS. 2 and 3.

Der Rüssel 4 ist mit einer Sackbohrung 8 versehen, in welche zur Isolierung der Schweißelektrode 5 gegen den Rüssel 4 ein Isolierrohr 9 aus Keramikmaterial eingesetzt ist. Der Rüssel 4 selbst besteht aus einer Wolfram-Kupfer-Legierung.The trunk 4 is provided with a blind hole 8, in which for insulation the welding electrode 5 against the trunk 4 an insulating tube 9 made of ceramic material is used. The trunk 4 itself consists of a tungsten-copper alloy.

Gemäß Fig. 3 ist zwecks genauer Führung der Schweißelektrode 5 sowie zwecks Stromüberleitung vom Rüssel 4 auf die Elektrode 5 eine Düse 10 eingebaut, die einen geringeren Innendurchmesser als der Rüssel 4 hat Der Durchmesser ist zwecks guter Stromüberleitung so eng wie möglich und zwecks Durchleitung der Elektrode 5 so weit wie nötig.According to FIG. 3, for the purpose of precise guidance of the welding electrode 5 as well for the purpose of current transfer from the trunk 4 to the electrode 5, a nozzle 10 is installed, which has a smaller inner diameter than the trunk 4 The diameter is for the purpose good current conduction as closely as possible and for the purpose of passing the electrode through 5 as far as necessary.

Das Ende des Rüsselteils 4"8 ist mit einer Aussparung versehen, die ein Innengewinde aufweist. In diese Aussparung ist als Kontakteinrichtung die Düse 10 über einen Ansatz 11 mit Außengewinde eingeschraub#. Diese besteht ebenfalls aus einer Wolfram-Kupfer-Legierung. Die Düse 10 weist an dem gegenüberliegenden Ende einen weiteren Ansatz 12 auf, welcher zumindest auf einem Teil seiner Länge, der im Durchmesser etwas dicker ist als der letzte Teil e ebenfalls Außengewinde aufweist, um ein Isolierrohr 13 aufzuschrauben und dadurch die Düse 10 gegen das Werkstück 14 Bs. Fig. 1) zu isolieren. Das Isolierrohr 13 besteht ebenfalls aus Keramikmaterial.The end of the trunk part 4 "8 is provided with a recess which has an internal thread. The nozzle is used as a contact device in this recess 10 screwed in via a shoulder 11 with an external thread #. This also exists made of a tungsten-copper alloy. The nozzle 10 points to the opposite At the end of another approach 12, which at least over part of its length, which is slightly thicker in diameter than the last part e also external thread has to screw on an insulating tube 13 and thereby the nozzle 10 against the Workpiece 14 Bs. Fig. 1) to isolate. The insulating tube 13 also consists of Ceramic material.

Zwecks Anpassung des Rüssels 4 an die jeweilige Schweißnahtdicke bzw. -tiefe ist in diesen ein Verl#ngerungsstück 4" eingesetzt, welches im Aufbau dem der Rüssel elemente 4' und 4'5 entspricht.In order to adapt the trunk 4 to the respective weld seam thickness or depth is an extension piece 4 "inserted in this, which in the structure of the the trunk element corresponds to 4 'and 4'5.

Der Rüssel 4 ist mit seinen Elementen der Form der Elektrode (Draht oder Band) sowie deren Abmessungen durch Austausch von Teilen schnell anzupassen.The trunk 4 is with its elements the shape of the electrode (wire or tape) as well as their dimensions can be quickly adapted by exchanging parts.

Bei der Anwendung des Verfahrens bzw. beim Einsatz der Vorrichtung beträgt die Spaltbreite im Spaltgrund nur noch 15 bis 20 mm, und der Flankenwinkel liegt zwischen 0 und 3, in der Regel jedoch nur bei 1150.When applying the method or when using the device the gap width in the gap base is only 15 to 20 mm, and the flank angle lies between 0 and 3, but usually only 1150.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist für einen Elektrodendurchmesser von 4 mm bestimmt. In der Zeichnung ist das Rüsselteil 4"' für diesen Fall detailliert dargestellt, es ist lediglich noch nicht abgeknickt.The embodiment according to FIG. 4 is for one electrode diameter determined by 4 mm. In the drawing, the trunk part 4 '' 'is detailed for this case shown, it is simply not yet kinked.

Das Rüsselteil 4"' ist bei einem maximalen Außendurchmesser von 16 mm 150 mm lang, die Sackbohrung 8 hat einen Innendurchmesser von 8 mm und das abzuknickende untere Ende einen solchen von 5 mm. Die abzuknickende Länge beträgt ca. 50 mm. Die Knickstelle liegt auf der Höhe des Endes der Sackbohrung, und die betreffende Ebene ist mit A bezeichnet. Das Ende dieses üolils 4"' liegt in der Ebene B, das Ende der Düse 10 liegt in der Ebene C und die Schweiß stelle in der Ebene D. Das Ende des Rüsselteils 4"' liegt etwa 70 mm und das Ende der Düse 10 etwa 30 mm über der Ebene D der Schweißstelle.The trunk part 4 '' 'has a maximum outer diameter of 16 mm 150 mm long, the blind hole 8 has an inside diameter of 8 mm and the one to be kinked the lower end is 5 mm. The length to be bent is approx. 50 mm. the The kink is at the level of the end of the blind hole and the level in question is denoted by A. The end of this üolils 4 "'lies in level B, the end the nozzle 10 is in plane C and the welding point in plane D. The end of the trunk part 4 '' 'is about 70 mm and the end of the nozzle 10 about 30 mm above the Level D of the welding point.

Die Größe der Abknickung, die durch die schräg eingezeichnete Mittellinie veranschaulicht wird, beträgt bei einer Auslenkung des Elektrodenendes aus der Achse des Rüsselteils 4"' von 15 mm trog= 15/120 = 0,125, was einem Winkeloc> von ca. 70 entspricht. Das Abknicken erfolgt im allgemeinen durch Warmformgebung.The size of the kink indicated by the center line drawn at an angle is illustrated, amounts to a deflection of the electrode end from the axis of the trunk part 4 "'of 15 mm trough = 15/120 = 0.125, which corresponds to an angle oc> of approx. 70 corresponds. The kinking is generally done by hot forming.

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Claims

Method and device for supplying the welding current to the Electrode of a submerged arc welding device for deep gap welding A n s p r ü c h e Method for supplying the welding current to the electrode of a submerged-arc welding device for deep gap welding, where the electrode is passed through an insulated trunk and the current is transferred from the trunk to the electrode with a contact device is, that the electrode (5) by a bent trunk (4) out and sweat by rotating the trunk (4) position is brought.

2. Device for supplying the welding current to the electrode a submerged arc welding device for deep gap welding, consists of one insulated trunk for guiding the electrode and a contact device for the Transfer of the current from the trunk to the electrode, which is not possible z e i c h n e t that the end of the trunk (4) kinked and the electrode (5) through a rotary movement of the trunk (4) can be pivoted into the welding position.

3. Apparatus according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the trunk (4) with a blind hole extending up to its kink (8) is provided, in which an insulating tube (9) is inserted.

4. Apparatus according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that at the bent end of the trunk (4) designed as a nozzle (10) Contact device is attached.

5. Apparatus according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the bent end of the trunk (4) is provided with an internal thread and the contact device designed as a nozzle (10) is screwed into this thread is.

6. Apparatus according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the nozzle (10) has a shaft (12) on which an insulating tube (13) is in place.

7. Apparatus according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t that the shaft (12) has external threads on which the insulating tube (13) is screwed on.

8. The device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the trunk (4) is fixed in a bearing (3), which with a Rotary drive is provided.

9. Apparatus according to claim 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the rotary drive is designed as a worm gear (7).

10. The device according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the trunk (4) with an extension piece (4 ") to the depth of the Welding gap is adjustable.

11. The device according to claim 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the extension piece (4 ") of the trunk (4) on the one in the bearing (3) Trunk part (4 ') and attached to the kinked trunk part (4 "').

12. The apparatus of claim 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that about the lower third of the kinked trunk part (4 "') is kinked is.

13. The apparatus of claim 12, d a d u r c h cj e k # ~ n n z c 1 c h n o ta that the kink angle # is approximately 7 °.

14. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the electrode (5) of the welding point at a kink angle # of approximately 70 is fed.