DE3405242C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung poren­ freier plasmageschweißter Rundnähte unter Schweißdraht­ zufuhr als Schweißzusatz, bei dem kurz vor dem Ende eines vollendeten Schweißumlaufes die Plasmagasmenge auf eine Pilotgasmenge kontinuierlich reduziert wird und danach bei etwa vollendetem Schweißumlauf der Schweißstrom bei gleichzeitig erhöhter Schweißdrahtzufuhr verringert wird.

Beim Plasmaschweißen von Rundnähten wird gewöhnlich das sogenannte "Keyholing"-Verfahren angewandt, wie es in der DE-OS 22 54 155 beschrieben ist: Längs einer Schweißlinie wird eine Schweißraupe derart gezogen, daß sich diese Schweißraupe durch vor einem Plasmalichtbogen schmelzendes Material bildet, welches anschließend seit­ lich um den Lichtbogen herumfließt und hinter ihm er­ starrt; die geschmolzene Schweißraupe sieht dabei wie ein Schlüsselloch aus. Bei Rundnähten überlappen sich der Beginn und das Ende der Schweißung; es tritt das Problem des Schließens des Stichloches auf und es ist dafür vorgeschlagen worden, nach näherungsweise einem vollen Umlauf des Brenners die Gaszufuhr und zeitlich versetzt dazu die Stromstärke allmählich abzusenken, andererseits die Drahtzufuhr des Schweißzusatzwerkstof­ fes über das Absenken hinaus konstant zu halten.

In der DE-AS 25 44 539 ist schon festgestellt worden, daß danach im Überlappungsbereich keine porenfreie Naht her­ zustellen ist, und es ist dort ein Verfahren zum Schließen eines Stichloches beim Plasmastichlochschweißen vorge­ schlagen worden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reduzierung der Strom- und Gasmenge gleichzeitig beginnt, daß weiterhin die Gasmenge innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde auf eine zur störungsfreien Aufrechterhaltung des Plasmabogens ausreichenden Minimalmenge herabgesetzt wird auf daß ferner der Schweißstrom auf einen von Werkstoff­ art und Dicke abhängigen Wert verringert wird. Schweißzu­ satzdraht wird dabei nicht eingesetzt. Auch nach diesem Verfahren sind die Endporen beim Schließen des Plasma­ stichloches nicht mit Sicherheit zu vermeiden und der Wurzeldurchhang ist groß. Der Überlappungsbereich ist immer noch eine Schwachstelle der Naht.

In der US-PS 41 95 216 wird ein Verfahren für das Ende einer Rundnaht beschrieben, bei dem während der allmähli­ chen Drosselung des Plasmagases die Zuführung von Schweiß­ werkstoff vergrößert wird. Danach setzt die Reduzierung des Schweißstromes ein, was den Abkühleffekt in der Schweißnaht durch den kalten Schweißwerkstoff erhöht. Anschließend wird die Zufuhr des Schweißwerkstoffes auf den normalen Wert zurückgenommen und nach Ablauf einer bestimmten Zeit die Anlage abgeschaltet. Bei diesem Ver­ fahren können Lufteinschlüsse im Stichlochbereich wegen der hohen Schweißgeschwindigkeit nicht ganz vermieden werden, da die Luft keine Zeit hat zu entweichen. Auch besteht die Gefahr, daß dort Risse wegen zu schneller Abkühlung der Schweißnaht entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, beim Plasmaschweißen das Verfahren zum Schließen eines Stichloches an einer Rund­ naht so zu verbessern, daß bei möglichst kurzen Schweiß­ zeiten Poren und andere Materialfehler nicht auftreten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gleichzeitig mit der Verringerung des Schweißstromes und der Erhöhung der Drahtzufuhr eine Verringerung der Schweißgeschwindigkeit erfolgt, daß 5° bis 15° nach voll­ endetem Schweißumlauf die Schweißgeschwindigkeit und der Schweißstrom noch einmal reduziert werden und daß 5° bis 20° nach vollendetem Schweißumlauf, aber nicht vor der abermaligen Reduzierung des Schweißstromes, die Zugabe des Schweißdrahtes abgestellt wird und anschließend der Schweißstrom heruntergefahren wird.

Gemäß der Erfindung lassen sich in der kürzestmöglichen Schweißzeit Rundnähte erzeugen, bei denen der Über­ lappungsbereich von ähnlich hoher Schweißnahtgüte ist wie der übrige Bereich. Die Porenanfälligkeit beim Schweißen von Kohlenstoffstahl wird durch Zugabe von Draht, vorzugsweise Röhrchendraht mit basischem Pul­ ver, unterdrückt. Der durch das Einstechen des Plasma­ stichloches herausgeschleuderte Werkstoff wird beim Schließen der Naht durch vermehrte Zugabe von Zusatz­ draht ersetzt. Die Wandstärkenschwächung durch fehlen­ des Material beim Schließen des Plasmastichloches wird verhindert. Im Gegensatz zu dem in der deutschen Aus­ legeschrift 22 44 539 beschriebenen Verfahren wird es als wichtig angesehen, daß durch die allmähliche Zurück­ nahme des Plasmagasstromes die Schmelze unter genügendem Energieangebot Zeit hat, allmählich das Stichloch zu schließen und dabei auszugasen. Beim Schließen des Plasmastichloches muß entsprechend des downslope′s von Gas und Strom die Schweißvorschubgeschwindigkeit herab­ gesetzt werden; sie muß vor Abschalten des Stromes Null sein. Durch eine kurze Hochstrom- und längere Tiefstrom­ phase wird allgemein kälter geschweißt und der Wurzel­ durchhang beeinflußt. Es ist möglich, den Wurzeldurchhang durch Variation der Periodendauer der Impulse ganz zu vermeiden. Die Kaltdrahtzuführung kann an die Hochstrom­ phase gekoppelt werden, so daß ebenfalls gesteuerte Zu­ gaben im Hochstrom oder Niedrigstrom zu erhöhten oder niedrigeren Abschmelzleistungen führen. Auch Rohre mit Versatz oder großen Durchmessertoleranzen lassen sich nach diesem Verfahren sicher durchschweißen. Der Wurzeldurchhang ist so gering, daß auch ein enggehender Biegedorn nicht behindert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und an einem Beispiel erläutert.

Die Figur zeigt den Verlauf des Stromes 1, der Plasma­ gasmenge 2, der Pilotgasmenge 3, der Drehtischgeschwin­ digkeit 4 und der Vorschubgeschwindigkeit 5 des Zusatz­ drahtes während eines Schweißzyklusses. Auf der Ordi­ nate sind sowohl der Ort des Stichloches (auf den Um­ fang der Rundnaht bezogen) in Grad als auch die Zeit aufgetragen. Die Einheiten der Zeitskala sind wegen der unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit nicht in allen Be­ reichen äquidistant. Auf der Zeitskala sind daher nur Zeitpunkte t ₁ bis t ₁₀ angegeben und Zeitdifferenzen zwischen diesen Punkten nur beispielhaft annähernd ge­ nannt. Es versteht sich, daß die Schweißgeschwindigkeit an die Wanddicke angepaßt sein muß. Hier in diesem Bei­ spiel wurden Rohre mit einer Wanddicke von 3,6 mm und einem Außendurchmesser von 114,3 mm aus dem Werkstoff St 37 DN 100 mit Stumpfnaht verschweißt.

Der Anfangsbereich 6 weist keine Besonderheiten auf. Im Zeitpunkt t ₁ steht der Drehtisch und der Brenner wärmt bis zum Zeitpunkt t ₂, etwa 3 Sek., vor. Zu diesem Zeit­ punkt - er entspricht 0° bzw. 360° der Ortskala - er­ folgt durch den Anstieg des Stromes 7 und der Zuschal­ tung des Plasmagases 8 der Einstich der Plasmaöse; zur gleichen Zeit beginnt auch der Drehtisch 9 zu laufen. Spätestens bis zum Zeitpunkt t ₃, wenn sich das Werk­ stück um 15° gedreht hat, ist der Schweißprozeß stabili­ siert. Gewöhnlich beginnt man auch um diese Zeit mit der Zugabe des Schweißzusatzdrahtes. Unter Zuschaltung der Konstanthaltung des Brenners läuft im Bereich 10 bis zur Zeit t ₄ der Nahtaufbau sehr gleichmäßig ab.

Obwohl es nicht unbedingt nötig ist, schon bei 360°, etwa zum Zeitpunkt t ₆, der ersten Überlappung der Naht, den regulären Schweißnahtaufbau abzubrechen, ist es natürlich sinnvoll, die Schweißzeit so kurz wie möglich zu halten. Geht man von diesem frühestmöglichen Punkt t ₅ aus, so muß am Punkt 11, etwa 5° bis 15° vor dem Punkt 12 (360°) die Plasmagasmenge bis zur Pilotgasmenge all­ mählich abgesenkt werden, d. h., daß etwa zum Punkt t ₅ der Brenner mit Schutzgas im WIG-Verfahren 12 weiter­ brennt. Das Abfahren bzw. die Reduzierung der Plasma­ gasmenge (downslope) beträgt etwa 2 Sek. Etwa nach einer vollen Umdrehung (360° = 0°) bei 13 wird auch der Strom herab­ gesetzt; bei dieser Leistung und verlangsamter Drehtischge­ schwindigkeit 14 hat die Schmelze genügend Zeit auszu­ gasen, und durch vermehrte Kaltdrahtzugabe 15 wird das Stichloch mit Schweißzusatzmaterial aufgefüllt. Während des Nahtaufbaues beträgt die Rotationsgeschwindigkeit des Drehtisches 0,95 Upm, im Bereich 14 wird die Ge­ schwindigkeit um mindestens 50% reduziert. Das Aus­ gasen bei verstärktem Materialangebot dauert etwa 2 Sek.

Zur Zeit t ₇, etwa bei 365° wird der Schweißstrom 16 und die Drehtischgeschwindigkeit 17 noch einmal im Bereich 5-15° um etwa 10% reduziert. Nachdem bei t ₈, etwa bei 367°, die Schweißdrahtzugabe 18 abgestellt ist, wird der Schweiß­ strom von t ₉ bis t ₁₀, etwa bei 380°, im downslope ganz heruntergefahren 19.

Bei einer rechnerunterstützten, transistorgesteuerten Schweißstromquelle ist Reproduzierbarkeit des Schweiß­ vorganges gegeben, und es können in schneller Folge sehr gleichmäßige, fehlerfreie Nähte erzeugt werden.

Der Absolutwert des Stromes, die Drehtischgeschwindig­ keit, die Gasmenge und die Drahtzugabe sind vom Werk­ stoff und insbesondere von der Werkstoffdicke abhängig.

Die Zeiten t ₁ bis t ₁₀, ebenso wie die Ortsangaben in Grad am Zylinder können sich bei anderen Werkstücken etwas verschieben und sind durch Vorversuche zu optimieren, zu berücksichtigen sind insbesondere Durchmesser und Wanddicke.

Es versteht sich, daß ein ähnlicher Zyklus gilt, wenn statt des bewegten Werkstückes auf dem Drehtisch der Plasmabrenner um das Werkstück herumläuft (Orbital­ verfahren).

Claims (1)

1. Verfahren zur Erzeugung porenfreier plasmageschweißter Rundnähte unter Schweißdrahtzufuhr als Schweißzusatz, bei dem kurz vor dem Ende eines vollendeten Scheißum­ laufes die Plasmagasmenge auf eine Pilotgasmenge kontinuierlich reduziert wird und danach bei etwa voll­ endetem Schweißumlauf der Schweißstrom bei gleichzeitig erhöhter Scheißdrahtzufuhr verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Verringerung des Schweißstromes und der Erhöhung der Drahtzufuhr eine Verringerung der Schweißgeschwindigkeit erfolgt, daß 5° bis 15° nach vollendetem Schweißumlauf die Schweißge­ schwindigkeit und der Schweißstrom noch einmal reduziert werden und daß 5° bis 20° nach vollendetem Schweißumlauf, aber nicht vor der abermaligen Reduzierung des Schweiß­ stromes, die Zugabe des Schweißdrahtes abgestellt wird und anschließend der Schweißstrom heruntergefahren wird.