DE3322051A1

DE3322051A1 - Vorrichtung zum maschinellen verschweissen von stabfoermigen zusatzwerkstoffen

Info

Publication number: DE3322051A1
Application number: DE19833322051
Authority: DE
Inventors: Christian 4300 Essen Müller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-18
Filing date: 1983-06-18
Publication date: 1984-12-20

Description

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Vorrichtung zum maschinellen Verschweißen von stabförmigen Zusatzwerkstoffen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum maschinellen Verschweißen von stabförmigen Zusatzwerkstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Die Vorrichtung soll im allgemeinen die Möglichkeiten zum maschinellen Verschweißen von stabförmigen Zusatzwerkstoffen mit Hilfe eines Lichtbogens, im besonderen unter gleichzeitigem Zufügen von gütesteigernden Schlackenbestandteilen erweitern und/oder verbessern

Nach dem heutigen Stand der Technik werden die höchsten Gütewerte durch Handschweißung mit kalkbasisch ummantelten Elektroden erreicht Die heute üblichen maschinellen und halbmaschinellen Schweißverfahren sind der Handschweißung mit derartigen Elektroden, besonders in Bezug auf die Kerbschlagzähigkeit des Schweißgutes, in der Regel unterlegen. Das einzige maschinelle Schweißverfahren, welches bei Anwendung bestimmter Verfahrensparameter ebenfalls höchste Zähigkeitswerte erreicht,, ist das UP- (Unter- Pulver-) Schweißen, wenn hierfür ebenfalls ein basisches Schlackenpülver verwendet wird. Nachteilig ist jedoch bei diesem Verfahren, daß die Möglichkeit der vollständigen Abdeckung der Schweißnaht mit dem Schlackenpulver gegeben sein muß. Bei vielen Anwendungsfällen, wie z.B. bei den Nahtpositionen in Zwangslagen oder bei Schweißungen an Kanten und Rundungen, ist diese Voraussetzung nicht oder nur mit sehr großem Aufwand zu erfüllen. Es hat deshalb schon viele Vorschläge gegeben, um auch ummantelte Elektroden, vorzugsweise solche mit kalkbasischer Ummantelung maschinell zu verschweißen.

Der älteste Vorschlag, der eine praktische Bedeutung erlangt hat, besteht in einer Einrichtung, mit der man stabförmige Elektroden ohne jegliche Unterbrechung des Lichtbogens abschmelzen kann. Jede einzelne Stabelektrode muß dort zunächst von Hand in eine Halterung _t die gleichzeitig als Stromzuführung dient, eingespannt werden. Sie wird dann im Lichtbogen der vorhergehenden Elektrode gezündet, sobald diese fast abgeschmolzen ist, wodurch ein ununterbrochenes Schweißen ermöglicht wird.

Nachteilig an dieser Einrichtung ist vor allem die Notwendigkeit einer ständig anwesenden Bedienungsperson, die das Ein- und Ausspan nen der Elektroden besorgt. Bei dieser Einrichtung kommt gegenüber der Handschweißung lediglich die Zeit für den Elektrodenwechsel

in Fortfall, so daß rait dem Einsatz dieser Geräte nur ein geringfügiger Rationalisierungseffekt verbunden ist. Aus diesem Grunde werden sie heute praktisch nicht mehr angewendet.

Eine andere Möglichkeit der ununterbrochenen maschinellen Verschweißung von ummantelten Elektroden ist mit der Erfindung des Netzmanteldrahtes geschaffen worden. Die besonders festhaftende Ummantelung dieses Zusatzwerkstoffes gestattet es, ihn in Form großer Rollen herzustellen und ihn vor dem Verschweißen kontinuierlich so zu verformen, daß er annähernd gerade gerichtet aus einer Kontaktdüse austritt. Unter diesen Umständen ergibt sich bei kalkbasischen Umhüllungen immer die Schwierigkeit der Trocknung des Netzmanteldrahtes. Da eine volle Drahtrolle im allgemeinen ' 15 bis 30 kg wiegt und diese schnellstens in etwa 4 Stunden auf- ^ gebraucht sein kann, hat der letzte Teil der Drahtrolle immer die Möglichkeit, unzulässig große Mengen Wasser aus der Luftfeuchtig- ..: keit aufzunehmen. Die Folge davon ist ein unkontrollierter Wasserstoff gehalt im Schweißgut, der bei hochwertigen Schweißungen zu den bekannten Fehlererscheinungen wie Poren und Wasserstoff-induzierten Rissen führen kann. Das Verschweißen des Zusatzwerkstoffes _:' von so großen Rollen, wie es beim Netzmanteldraht üblich ist, hat ; den weiteren Nachteil, daß die verwendete Schweißeinrichtung sehr *^: stabil und schwer ausgeführt werden muß, so daß der Bedienungs- ^; mann zum Umsetzen des Gerätes immer ein Hebezeug in Anspruch nehmen muß. Ein leichteres Gerät würde viel universeller und damit häufiger einsatzbar sein und außerdem auch noch billiger in der Anschaffung werden.

Ein zusätzlicher Bedarf an besonders leichten Schweißeinrichtungen -ist neuerdings durch das Fortschreiten der Roboter- Anwendung in der Schweißtechnik entstanden. Die üblicherweise eingesetzten Roboter müssen umso stabiler gestaltet sein, je schwerer die damit zu bewegende Schweißeinrichtung ist, was sich natürlich deutlich im Preis bemerkbar macht. Es werden deshalb im überwiegenden Maße für Bahnschweißungen Roboter mit 5 bis 10 kg Tragfähigkeit i eingesetzt, die mit einer leichten MIG- (Metall- Inert- Gas-) oder MAG- (Metall- Aktiv- Gas-) Schweißeinrichtung ausgerüstet sind.

Die Erfindung hat demgemäß die Aufgabe, eine Möglichkeit zu schaffen, um vorzugsweise herkömmliche ummantelte Stabelektroden mit einer zuverlässigen und einschließlich des Elektrodenvorrats

möglichst leichten Vorrichtung zu verschweißen, in erster Linie um damit die Grundvoraussetzung für die Erzeugung von qualitativ besonders hochwertigen Schweißverbindungen mittels der Robotertechnik zu erfüllen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß derartige Elektroden als Abschnitte von 0,2 bis 1,0m Länge der Schweißstelle nacheinander aus einem Magazin zugeführt werden und daß beim jeweiligen Elktrodenwechsel nur sehr kurze zeitliche Unterbrechungen der Zuführung von höchstens 3 Sekunden erforderlich sind. Das Magazin kann in regelmäßigen Abständen von einer Bedienungsperson beispiels*· weise mit vorgetrockneten kalkbasischen Elektroden aufgefüllt werden so daß nur ein Elektrodenvorrat von geringem Gewicht notwendig ist ^! und die Schweißeinrichtung durch die Bevorratung mit Zusatzwerkstoffen nicht stark belastet wird. Das Magazin kann zusätzlich mit einer Beheizungseinrichtung ausgestattet sein, die die unerwünschte Feuchtigkeitsaufnahme der Elektroden in demselben ausschließt.

Die Zündung des Lichtbogens am Beginn einer Schweißnaht kann die Steuereinrichtung dieser Schweißvorrichtung in gleicher Weise bewerkstelligen, wie dies beim Handschweißen geschieht, d.h. die Elektrode wird zunächst in elektrischen Kontakt mit dem Werkstück gebracht und dann wieder um einen bestimmten Betrag zurückgezogen, wobei sich dann ein stabiler Lichtbogen ausbildet. Selbstverständlich ist auch die Anwendung einer Zündhilfe, wie z.B. eines Hochfrequenz-Zündgerätes möglich. Der Elektrodenwechsel innerhalb der Schweißstrecke soll jedoch erfindungsgemäß so schnell erfolgen, daß keine Zündhilfe erforderlich ist bzw. die neu herangeführte Elektrode ■ in das noch flüssige und leitfähige Schlackenbad taucht und dort ohne vollständigen Kurzschluß sofort einen stabilen Lichtbogen bildet. Auf diese Weise können auch bestimmte Fehler verringert oder ganz vermieden werden, die beim herkömmlichen Elektroden-Handschweißen häufig als sogenannte "Endkrater"- Poren und/oder - Risse in Erscheinung treten.

Wenn man insbesondere kalkbasische Stabelektroden in der erfindungsgemäßen Weise verschweißt, ergibt sich noch eine zusätzliche Möglichkeit zur Qualitätsverbesserung des niedergeschmolzenen Schweißgutes, die bei der üblichen Verarbeitung von Hand nicht anwendbar ist. Man kann nämlich den Lichtbogenbereich mit Schutz-

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gasen wie CO2 oder Ar von der Atmosphäre abschirmen und auf diese Weise die Fehleranfälligkeit insbesondere bezüglich Poren- und/oder Rißbildungen besonders im Endkraterbereich zusätzlich verringern.

Neben der Zuführung von ummantelten Stabelektroden kann die Vorrichtung auch zum Zuführen von stabförmigen Zusatzwerkstoffen dienen, die nicht ummantelt sind und ggf. auch stromlos in ein auf beliebige Weise erzeugtes Schweißbad eingebracht werden sollen. Beispielsweise käme als Anwendung hierfür die sog. "Kaltdraht"-Zugabe beim WIG- (Wolfram- Inert- Gas-), Plasma-, UP- (UnterPulver-) und ES- (Elektro- Schlacke-) Schweißen in Betracht.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Schweißvorrichtung dargestellt, an dem der Erfindungsgedanke erläutert wird.

In Fig.1 ist die Seitenansicht der Vorrichtung zum maschinellen Verschweißen von stabförmigen Elektroden dargestellt, wobei auch das Innere des Magazins 1 entsprechend der schrägen Schnittlinie teilweise erkennbar ist. In derselben Figur ist auch die Möglichkeit der Positionierung und Führung der Vorrichtung mittels eines Roboterarmes 2 aufgezeigt, wobei die Verstellung in diesem Beispiel mit 5 Freiheitsgraden, symbolisiert durch die Doppelpfeile an den entsprechenden Bewegungsgelenken, erfolgt. Das zu verschweißende Werkstück 3 ist in einer Drehvorrichtung 4 so aufgenommen, daß die Schweißnähte 5 in eine günstige Nahtposition gebracht werden können. Figur 2 stellt nur die eigentliche, erfindungsgemäße Schweißvorrichtung in der Draufsicht dar. Die im Magazin 1 der Vorrichtung befindlichen Vorratselektroden 6 werden mittels des federnd angebrachten Hebels 7 in die Richtung der Klemmeinrichtung 8 gedrückt. Diese Einrichtung nimmt jeweils die vorderste der Elektroden 6 an ihrem oberen Einspannende so fest auf, daß von dort auch die Zuführung des Schweißstromes über das Kabel 9 erfolgen kann. Die Klemmeinrichtung 8 funktioniert in gleicher Weise wie die von der Handschweißung her bekannten Elektrodenhalter, d.h. während des Schweißens wird die erforderliche Klemmkraft durch eine Schraubenfeder 10 aufgebracht. Die gerade eingeklemmte Elektrode wird beim Verschweißen entsprechend ihrem Abbrand vorgeschoben, indem die Klemmeinrichtung auf einem von dem Getriebemotor 11 angetriebenen Schlitten 12 mit regelbarem Schweißvorschub nach unten bewegt wird. Wenn die Elektrode bis auf das Einspannende abgeschmolzen ist, fährt der

ORIGINAL INSPECTED

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Schlitten mit wesentlich erhöhter*Geschwindigkeit nach oben. In der oberen Einstellung wird dabei die Klemmeinrichtung geöffnet, indem die dazu angebrachte Rolle 13 gegenden Knaggen 14 fährt. Das Einspannende kann in dieser Stellung herausfallen und gleichzeitig wird eine neue Elektrode aus dem Magazin in die Klemmeinrichtung eigeschoben. Dieser Elektrodenwechsel kann so schnell erfolgen, wie es die Auslegung des Schlittenantriebes ermöglicht. Da die Regelbereiche für derartige Antriebe einen sehr großen Bereich (bis 1 : 10 000) umfassen, kann ein Elektrodenwechsel z.B. so eingestellt werden, daß dafür nur ein Hundertstel der Abschmelzzeit für eine Elektrode, d.h. ein Hundertstel von etwa 12o sek. das sind 1,2 sek. erforderlich ist. Nach einem so kurzen Elektrodenwechsel kann die neue Elektrode problemlos in dem noch sehr heißen Schlackenbad der Schweißnaht gezündet werden, ohne daß dabei die von der Handschweißung her bekannten Ansatzstellen entstehen.

Bei der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung besteht zusätzlich die Möglichkeit, den Schweißbereich mittels der Schutzgasdüse 15 vor dem Luftzutritt abzuschirmen. Es ist auch möglich das Vorratsmagazin mit einer elektrischen Heizvorrichtung 16 und Wärmeis« lierung 17 zu versehen, so daß die Elektroden darin vorgetrockne- bzw. bis zum Verschweißen trocken gehalten werden können.

Claims

Schutzansprüche : ;.".."- ..-""-

1. Vorrichtung zum maschinellen Verschweißen von stabförmigen Zusatzwerkstoffen, vorzugsweise von herkömmlichen ummantelten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß diese der Schweißstelle als Abschnitte vo 0,2 bis 1,0m Länge nacheinander selbsttätig aus einem Magazin zugeführt werden und daß für den Stabwechsel nur eine kurze Zeitspanne von höchstens 3 Sekunden benötigt wird, in der die folgenden Arbeitsschritte ausgeführt werden:

- Zurückziehen des bis auf das Einspannende verbrauchten Stabes,

- Auswerfen des Einspannendes,

- Einspannen eines neuen Stabes und

- Vorwärtsbewegen des neuen Stabes bis zur Schweißstelle. ,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom gegebenenfalls am jeweiligen nicht ummmantelten Elektrodenende mittels einer entsprechend angeordneten Klemmeinrichtung zugeführt wird,

3. Vorrichtung nach Anspruch1 und 2 dadurch gekennzeichnet,daß die Zündung des Lichtbogens zu Anfang einer Schweißnaht durch Berühren des Werkstücks mi,t der Elektrodenspitze, gefolgt von einem anschließenden Zurückziehen der Elektrode um einen bestimmten Weg, bewerkstelligt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch1 und 2 dadurch gekennzeichnet,daß die Zündung des Lichtbogens zu Anfang einer Schweißnaht berührungslos mittels eines Hochfreguenz-Zündgerätes erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1und 2 dadurch gekennzeichnet,daß der Lichtbogenbereich durch die Anordnung einer Gasdüse mit Schutzgasen wie CO₂, Argon oder Mischgasen von der Atmosphäre abgeschirmt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein herkömmlicher Roboterarm die jeweilige Positionierung und Führung des Schweißgerätes entlang der zu schweißenden Nahtfuge übernimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet ,daß da.' Aufnahmemagazin für die Stabelektroden mit einer Heizeinrichtung versehen ist, die das Vortrocknen bzw. Trockenhalten der Elektroden ermöglicht. -■**