DE3152047C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Schwerkraft-Lichtbogenschweissen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schwerkraft- Lichtbogenschweißen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem Ober­ begriff von Anspruch 2.

Bekannt sind halbautomatische Schweißverfahren, bei denen eine - nachfolgend kurz als Schweißstab bezeichnete - Mantelelektrode verwendet wird. Im allgemeinen sind die benötigten Vorrichtungen sperrig bzw. wenig kompakt; auch läßt die Schweißqualität oft zu wünschen übrig.

Herkömmlich wird beispielsweise ein Schweißstab entlang einer waagerechten Schweißlinie bewegt, während ein Halter des Schweiß­ stabes entlang einer geneigten Gleitstange abgesenkt wird. Hierbei kann das Elektroden-Handhabungs-Verhältnis konstant gehalten werden, das ist die Länge der pro Zeiteinheit gebildeten Schweißraupe bezogen auf die Schmelzlänge des Schweißstabes in der Zeiteinheit. Diesem Vorteil steht jedoch gegenüber, daß die Gleitstange entsprechend der Länge der Schweißlinie ausgefahren bzw. verlängert werden muß, wodurch die Schweißmaschinen zwangs­ läufig große Abmessungen erhalten, nicht mehr tragbar sind und auch schlechtere Arbeitsergebnisse liefern.

Ein anderes herkömmliches Schweißverfahren sieht vor, daß ein Schweißstab auf waagerechter Schweißlinie bewegt wird, während der Schweißstab-Halter nach Einstellung des Schweißstabes auf einen Winkel von etwa 10° bis 12° zur waagerechten Schweißlinie gedreht bzw. verschwenkt wird. Diese Neigungsschweißen mit flach eingestellter Elektrode erfordert keine Gleitstange und erlaubt daher eine Verringerung von Größe und Gewicht der Schweißmaschine. Da aber das Elektroden-Handhabungs-Verhältnis (wie oben definiert) sich fortgesetzt ändert, statt konstant zu bleiben, stellt sich keine feste Raupenbreite ein. Der sehr flach stehende Schweißstab bewirkt ferner, daß die Lichtbogen­ länge während des Schweißvorganges zunimmt, wodurch Bogen­ störungen entstehen können. Kommt es zum Spratzen und zu Ein­ brandkerben, so hat das Arbeitsergebnis eine niedrige Qualität, wenn es nicht gar unbrauchbar ist.

In der Jap. Pat. Pub. Gazette 8 864/76 ist eine Vorrichtung zum Durchführen eines verbesserten Verfahrens veröffentlicht worden, wodurch anfänglich ein spitzer Winkel zwischen Schweißstab und Schweißlinie eingestellt, dieser Winkel nach Beginn des Schweißvorganges vergrößert und schließlich konstant gehalten wird. Die dort beschriebenen Mittel wurden jedoch zur Anwendung beim halbautomatischen horizontalen Kehlnaht-Schweißen ent­ wickelt. Eine Übertragung auf das horizontale Abwärtsschweißen ist schwierig, denn zuerst wird nämlich der Schweißstab-Halter in eine vorgegebene Stellung geschwenkt und dann unter Schwer­ kraft entlang einer geneigten Gleitschiene abgesenkt. Dabei bewegt sich der Schweißstab auf einer waagerechten Schweißlinie; das Elektroden-Handhabungs-Verhältnis kann zumindest ungefähr konstant gehalten werden. Wollte man aber dieses Verfahren beim senkrechten Abwärtsschweißen einsetzen, so wäre die Führungs­ schiene in senkrechter Stellung zu halten, während der Schweiß­ stab entlang der (senkrechten) Schweißlinie herunterfährt. Es ließe sich nicht vermeiden, daß von dieser Anordnung während des Schweißvorganges ein ständiges, heftiges Spratzen ausgeht, wobei kleinere und größere Teilchen in weitem Umkreis versprühen und auch auf die Schweißausrüstung gelangen. Auf die Gleit­ schiene gelangende Spritzer bewirken jedoch rasch eine Hemmung des Schweißstab-Halters, so daß dieser schlecht oder nicht mehr gleitet.

Zwar konnte die vorbeschriebene Horizontal-Schweißvorrichtung dank einer Verkürzung der Gleitschiene relativ klein und leicht­ gewichtig gebaut werden. Die notwendige Gleitschiene läßt sich jedoch nur mit großem Aufwand in vertikaler Stellung haltern; herkömmliche Halterungen sind grundsätzlich ungeeignet, so daß sich die bekannte Vorrichtung nicht auf senkrechtes Abwärts­ schweißen umrüsten läßt.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, unter Überwindung der Nachteile des Standes der Technik ein Verfahren zu schaffen, welches auf einfache und wirtschaftliche Weise das halbauto­ matische Schweißen entlang einer senkrechten Schweißlinie unter günstigen Arbeitsbedingungen ermöglicht. Vorteilhaft soll die Schwerkraftbewegung einer Mantelelektrode bzw. eines Schweiß­ stabes lediglich aufgrund des Eigengewichts so ausgenutzt werden, daß das Spratzen weitestgehend unterdrückt wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zum Schwerkraft-Lichtbogenschweißen von kleinen Abmessungen, geringem Gewicht, übersichtlichem Aufbau und leichter Handhabung. Die Vorrichtung soll nicht nur bequem beförder- bzw. tragbar, sondern vor allem dazu geeignet sein, während eines Abwärtsschweißvorganges einen Schweißstab in optimaler Winkellage zu einer senkrechten Schweißlinie zu halten.

Die wesentlichen Merkmale des Verfahrens nach der Erfindung sind im Anspruch 1 angegeben. Dank dieser Verfahrensführung mit einem Anfangswinkel von wenigstens 20° erzielt man einen ausreichenden Durchgriff zum untersten bzw. hintersten Teil der Schweißnaht, obgleich der Schweißvorgang mit verhältnis­ mäßig spitzem Winkel zwischen Schweißnaht und senkrechter Schweißlinie beginnt. Sobald die Schweißarbeit bis zu einer vorgegebenen Stelle fortgeschritten ist, wird der nun im Bereich von etwa 35° bis 80° liegende Neigungswinkel zwischen Schweiß­ stab und senkrechter Schweißlinie konstant gehalten, wodurch gewährleistet ist, daß das Elektroden-Handhabungs-Verhältnis konstant bleibt.

Dem Grundaufbau nach ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 2 gekennzeichnet. Sie bedient sich einer verstellbaren Halterung sowie einer Gleitschiene mit Winkelteil und Hauptführungsstück. Letzteres ist an einem insbesondere dreieckförmigen Trägerteil angeordnet, das an der senkrechten Werkstückoberfläche magnetisch haftet. Dadurch ist es möglich, mit einer baulich kurzen Führung auszukommen. Solange sich der Schweißstab-Halter auf dem Winkelteil der Gleitschiene befindet, kann der Winkel zwischen Schweißstab und Schweißlinie fortlaufend nachgestellt werden. Geht dann der Schweißstab-Halter auf das Hauptführungsstück über, so bleibt der Neigungswinkel zwischen Schweißstab und senkrechter Schweiß­ linie konstant.

Dank der Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 läßt sich das untere Ende der Führung für den Schweißstab beim senkrechten Abwärts­ schweißen überaus einfach, exakt und fest haltern. Die in Anspruch 4 präzisierte Anordnung von Positionierstäben zwischen Schweißlinie und Halterung gestattet eine sehr genaue und bequeme Einstellung. Vorteilhaft ist die Führung laut Anspruch 5 unter einem Winkel von etwa 40° bis 60° von der Werkstück-Ebene weg gerichtet, was weiter zu platzsparendem Aufbau beiträgt. Gemäß Anspruch 6 kann die Halterung zweckmäßig eine Schutz­ abdeckung für die Führung aufweisen.

Erhebliche Vorteile der Erfindung beruhen darauf, daß nunmehr das senkrechte Abwärtsschweißen nach dem Schwerkraft- Lichtbogenverfahren ohne Einsatz eines zusätzlichen Antriebes automatisierbar ist, was die Anwendung etwa im Schiffbau, all­ gemeinen Bauwesen usw. erleichtert. Das Auftreten von Spratzen ist weitestgehend unterdrückt, das Elektroden-Handhabungs- Verhältnis bleibt konstant, und es lassen sich ausgezeichnete Schweißraupen erzielen. Die bequem beförderbare Vorrichtung nach der Erfindung kann in Leichtbauweise und sehr kompakt gebaut werden. Mit ihr läßt sich daher auch auf beengtem Raum ein senkrechtes Abwärtsschreiben schnell und sicher ausführen. Die neuartige Halterung gewährleistet eine ebenso einfache wie platzsparende und betriebszuverlässige Abstützung des unteren Endes der Führung mit ihrer schräg nach oben gerichteten Gleit­ schiene.

In der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Teilansicht einer Vorrichtung zum senkrechten Abwärtsschweißen,

Fig. 2 eine Schrägansicht der Vorrichtung von Fig. 1 in anderer Stellung, ohne Schweißstab,

Fig. 3(a) eine schematisierte Seitenansicht zur Veranschau­ lichung der Arbeitsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3(b) eine Draufsicht auf die Anordnung von Fig. 3(a),

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Vorrichtung ähnlich Fig. 3(a) mit Halterungs- und Positionier- Einrichtungen,

Fig. 5 eine Seitenansicht entsprechend der Linie C′-C′ in Fig. 4,

Fig. 6(a) eine Schnittansicht einer Halterung einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung und

Fig. 6(b) eine Seitenansicht der Halterung von Fig. 6(a).

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 sind zu verschweißende Werkstücke allgemein mit 1 bzw. 2 bezeichnet, die T-förmig auf Stoß zu verbinden sind; dazu wird auf die Fig. 3(b) und 5 hin­ gewiesen. Zwischen den Werkstücken 1 und 2 ist eine senkrechte Schweißlinie 3 vorgesehen, die vertikal verläuft. Das Schweißen geht so vor sich, daß ein Schweißstab 4 an der senkrechten Schweißlinie 3 entlang abwärts bewegt wird.

Für die Anbringung des Schweißstab-Halters 6 an der Führung 5 bzw. an der Gleitschiene 5 a genügt es, wenn als Anlagestücke Unterlagscheiben 6 a, 6 b zwischen dem Schweißstab-Halter 6 und der Gleitschiene 5 a auf letzterer gleitbar angeordnet werden (vergl. Fig. 5). An der Gleitschiene 5 a sind ein Haupt-Führungs­ stück 5 c und ein Winkelteil 5 b vorhanden, welch letzteres den Halter 6 für den (in Fig. 2 nicht eingezeichneten) Schweißstab 4 trägt, und zwar in Pfeilrichtung A schwenkbar, wobei der Winkel zwischen dem Schweißstab 4 und der Schweißlinie 3 vom Anfangswert R ₂ auf den Endwert R ₃ übergeht, vergl. Fig. 3(a). Anschließend wird der Halter 6 auf dem Haupt-Führungsstück 5 c abgesenkt, wobei der Winkel R ₃ zwischen Schweißstab 4 und Schweißlinie 3 konstant bleibt.

Es ist daher vorgesehen, daß die Führung 5 mit der Gleitschiene 5 a von einer Halterung 7 abgestützt wird, die drei­ eckförmig oder ähnlich gestaltet ist. Wie man insbesondere aus Fig. 4 ersieht, ist das untere Ende der Führung 5 nahe einer Spitze bzw. einem Eck der Halterung angebracht, das von der Schnittstelle der beiden kürzeren Dreiecksseiten gebildet wird. An den beiden anderen Spitzen bzw. Ecken 7 b, 7 c sind jeweils Halteglieder 8 angebracht.

Zusätzlich können gemäß Fig. 6(a) und 6(b) an beiden Seiten jedes Haltegliedes 8 Rollen 9 vorgesehen sein, die jeweils an einer Lagerstelle 10 a eines Armes 10 drehbar angeordnet sind und das Anbringen bzw. Abnehmen erleichtern. Soll also ein Halte­ glied 8 angebracht werden, so wird der Magnet 8 a bzw. das Gehäuse 8 b an die Oberfläche des zu verschweißenden Werkstückes 1 angelegt. Zur Abnahme können die Arme 10 eingeschwenkt werden, um die Halteglieder 8 - d. h. die Magnetringe 8 a bzw. die Gehäuse 8 b - von der Oberfläche des Werkstückes 1 abzuheben.

Außerdem sind erfindungsgemäß wenigstens zwei Positionierstäbe 9 a, 9 b vorgesehen, die von derjenigen Randkante der Halterung 7 abstehen, welche der Schweißlinie 3 gegenüberliegt. Wenigstens ein Positionierstab, z. B. 9 b, ist schwenk- bzw. faltbar ausge­ bildet.

Auch die Länge des Lichtbogens bleibt im günstigen Bereich, wodurch das Spratzen weitestgehend unterdrückt wird.

Nach seiner Schwenkung auf den Endwert R ₃ des Neigungswinkels zwischen Schweißstab 4 und Schweißlinie 3 gleitet der Halter 6 auf dem Haupt-Führungsstück 5 c nach unten. Dabei bewegt sich die Spitze des Schweißstabes 4 in Pfeilrichtung B (Fig. 4). Der Winkel R ₃ liegt in einem vorbestimmten Bereich, beispielsweise zwischen 35° und 80°. Bei Werten unter 35° ist die Änderung zwischen R ₂ und R ₃ nur gering und infolgedessen kann die Führung 5 mit Gleitschiene 5 a nicht kurz genug ausgebildet werden, so daß die Schweißvorrichtung nicht kompakt genug gebaut werden kann. Bei Überschreiten der Obergrenze von 80° fallen von der Spitze des Schweißstabes 4 während seiner Abwärtsbewegung Zunder­ tropfen herunter, welche die Schweißarbeit gefährden oder un­ möglich machen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Schwerkraft-Lichtbogenschweißen mittels in einer Gleitschiene, die aus einem Hauptführungsstück und einem Winkelteil besteht, gehaltenem und zwangsgeführtem Schweißstab, dessen spitzer Anstellwinkel bezüglich der Schweißlinie sich während eines ersten Abschnitts des Schweiß­ vorganges vergrößert und im weiteren Verlauf einen kon­ stanten Wert annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschweißen senkrechter Schweißlinien das Haupt­ führungsstück der Gleitschiene schräg nach oben weisend mit der Schweißlinie einen Winkel (R ₁) im Bereich von 40° bis 60° einschließt und daß der Anfangswert (R ₂) des Anstell­ winkels wenigstens 20° beträgt und sein konstanter Wert (R ₃) im Bereich von 35° bis 80° liegt.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer verstellbaren Halterung (6, 7) für einen Schweiß­ stab (4), die in einer Gleitschiene (5 a) mit zwei zueinander rechtwinklig verlaufenden, ein Hauptführungsstück (5 c) und einen Winkelteil (5 b) bildenden Teilstücken gelagert und zwangsgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschweißen senkrechter Schweißlinien das schräg nach oben weisende, mit der Schweißlinie einen Winkel (R ₁) im Bereich von 40° bis 60° einschließende Hauptführungs­ stück (5 c) der Gleitschiene (5 a) auf einer an der senkrechten Werkstückoberfläche magnetisch haftenden Halterung (7) angeordnet ist, die vorzugsweise dreieckförmig gestaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das untere Ende der Führung (5) an oder nahe dem Schnittpunkt (7 a) der kürzeren Dreiecksseiten der Halterung (7) befestigt ist und daß an oder nahe den beiden anderen Dreiecksspitzen (7 b, 7 c) an der Rückseite der Halterung (7) Magnethalter (8) angebracht sind (Fig. 4 bis 6).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halterung (7) der Führung (5) schweißlinienseitig wenigstens zwei Positionierstäbe (9 a, 9 b) aufweist, von denen zumindest einer (z. B. 9 b) beweglich, ins­ besondere schwenkbar ausgebildet ist (Fig. 1, 2, 4).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (5) unter einem Anstellwinkel (R ₄) von etwa 40° bis 60° von einer Werkstück-Ebene weg gerichtet ist (Fig. 3b).

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (7) mit einer Schutzabdeckung (12) für die Führung (5) versehen ist.