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BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Technologie und Ausrüstung
des Lichtbogenschweißens, und zar ein Überkopf-UP-Schweißverfahren und eine Vorrichtung
für dessen Durchführung.
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Am zweckmäßigsten ist die Verwendung der vorliegenden Erfindung beim
Schweißen von Längs- und drehbaren Rungstumpfstößen bei der Hersteilunx von Bauteilen
mit unterschiedlicher Dicke er zu verschweißenden Bleche.
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Bei der Herstellung von Stahlkonstruktionen entfällt ein erheblicher
Anteil aes Ar@eitsaufwands auf das Schweißen von Hohlkörpern mit; von innen begrenztem
Zugangs zu den zu verschweißende Fuen. Zu solchen Fugen gehören Behälterrundschweißfugen
Rohrrundschweißfugen, Montagefugen, Nähte der Außenbeplankung von Schiffsrümpfen
und schwer dreh-und schwe @barer Flachsektionen u.a.
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Das Überfkopf-UP-Schweißverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß
das Schweißbad im Vergleich zum UP Schweißen in der unteren @osition gleichsam um
180° gedreht worden ist. Dabei wiiu das Schweißpulver und die EleKtrode an die Schweißstelle
von unten nach oben zugeführt, d.h., gleichsam in die über Kopf gelegene Fläche,
wobei die Elektrode durch das verdichtete Schweißpulver hindurch geführt wird.
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Darum wird hier und im folgenden diese Schweißart als Überkopf-UP-Schweißen
bezeichnet.
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Bei dieser Schweißert entstehen sogenannte Überkopfschweißnähte.
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Dieses Schweißverfahren wird auch als Überkopf--@etallichtbogen-Tauch
scaweißen bezeicnnet, da der Lichtbogen im Metallkörper brennt.
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Beim Überkopfschweißen wird das Metall des Schweißbads, das beim
Brennen des Schweißlicht@ogens infolge des Schmelzens des Schweißmetaljs, des Elektrodenwerkstoffes
und des Schweißpulvers entsteht, durch
eine Kruste des teilweise
geschmolzenen Schweißpulvers gehalten.
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Von unten wird das Schweißpulver an die Schweißstelle Zwangsweise
angepreßt,und je nach Verbrauch des Schweißpulvers werden seine Vorräte ständig
erneuert.
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Für die Ausbildung des oberen Teils der Naht kann das Schweißpulver
sowohl von unten durch den Zwischenraum zwischen den Kanten des zu schweißenden
Bauteilsals auch von oben auf beliebige bekannte Weise zur Bildung eines Betts zuefieführt
werden.
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Die Hauptschwierigkeiten beim Überkopfschweißen bestehen in der Gewährleistung
der Ausbildung einwandfreier Schweißnähte, da beim Schweißen das Schweißbad in der
Schwebe gehalten werden mull, was zur Instabilität der Kennwerte des Schweißbads
führt.
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Besonders viel probleme entstehen beim Schweißen von Fugen großformatiger
Bauelemente von zylindrischer und zylinderähnlicher Form, z. B. von Schiffsrumpfen
und Kesselaggregaten, die Desonders hohe Anforderungen an die Qualität der Schweitnähte
stellen und bei den Schweißarbeiten um ihre Achse gedreht werden müssen, aber auch
gro1sflächiger, flacher Bauteile, bei denen das Wenden zum Zwecke des Schweißens
erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
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Bekannt ist ein Überfkopf-UP-Schweißverfahren mit versenktem Lichtbogen
(FR-Patentanmeldung bei dem das Schweißpulver zum Schweißen von er unteren Seite
an die Schweißbleche zugeführt und angepreßt und das Schweißen so ausgeführt wird,
daß die Scnweielektrode von unten an die Schweißfuge herangeführt wird.
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In dem bekannten tlberk-opfschweiWverf'atlren wird das Schweißpulver
von unten an die Schweißfuge unter einem vorgegebenen, gleichen Druck zugeführt,
was dazu führt, daß beim Schweißen der vorgegebenen Druck des Schweißpulvers auf
verschiedenen Abschnitten der Länge der Sctiweißt'uge gleich ist und zwar auf dem
Abschnitt vor em Lichtbogen relativ zur entstehenden Schweiß-
naht,
auf dem Abschnitt, wo der Lichtbogen bronnt und sich das Schweißbad befindet und
auf dem Absonnitt der Ausbildung der Schweißnaht. Die Grobe des vorgegebenen Drucks.des
Schweißpulvers kann sich ändern, aber dabei ist der Druck auf verschiedenen Abschnitten
der Länge der Schweißfuge gleich, d.h. auf allen Abschnitten herrscht ein gleichgroßer
Druck.
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Solch eine Gleichheit des Drucks des von unten zugeführten Schweißpulvers
auf verschiedenen Abschnitten der Länge der Schweißfuge führt beim cweien zu einem
instabilen Halten des Schweißbads relativ zu der Höhe der Schweißfuge, was ein Durchhängen
und Ausquetschen der Schweißnaht bewirkt, d.h. es verursacht Idealer der Schweißverbindungen.
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Bekannt ist auch ein Überfkopf-UP-Schweißverfahren (SU-Urheberschein
526470), bei dem das Schweißpulver von unten an die Schweißfuge angedrückt wird,
wobei ein Gleitschuh verwendet wird, durch den ein Mundstück mit einer selbstverzehrendeflElektrode
geht, die an die Unterseite der Schweißfuge herangeführt wird.
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In dem bekannten Verfahren ist der vorgegebene Druck des Schweißpulvers
und der formgebenden Vorrichtung (des Gleitschuhs) auf @@@ erschiedenen, obengenannten
Abschnitten der Länge der Schweißfuge ebenfalls gleich, was gleichfalls zu Fehlern
der Schweißverbindungen führt.
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Bekannt ist auch ein Überkopf-UP-Scnweißverfahren (SU-Urheberschein
469554), bei dem das Schweißpulver und die Elektrode von unten an die Schweißfuge
herangeführt wird, wobei der Druck des Schweißpulvers auf den Abschnitten der Lange
der Schweißfuge mit hilfe einer Rogulierplatte geregelt wird. Der maximale Druck
des Schweißulvers herrscht auf dem Abschnitt hinter dem @ichtbogen. Ein Nachteil
des besannten Verfahrens be-Steht darin, daX der Abschnitt mit maximalem Druck hinter
dem Bogen länger ist als das Schweißbad, was zu Störungen des Schweißprozesses führt,
da das Metall
der Naht die Regulierplatte wegdrückt.
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Dieses bekannte Verfahren wird mit einer Vor richtung durchgeführt,
die ein Mittel für die Zuführung und das Andrücken des Schweißpulvers an die Schweißfuge
und ein Mundstück mit einer selbstverzetrenden Elektrode enthält,das im Innern des
Mittels für die Zuführung des Schweißpulvers angebracht ist.
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Im Innern des Mittels für die Zuführung des Schweißpulvers befindet
sich eine Regulierplatte, deren Lage relativ zur Schweißfuge reguliert werden kann.
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Beim Schweißen mit dieser Vorrichtung beobachtet der Maschinenführer
die Schweißfuge und reguliert bei Abweichungen der Schweißkennwrte bei der Ausbildung
der Stossverbindung , z.B. des Abstands zwischen den unten des Banteils, flen Neigungswinkel
der Platte zum Zwecke der Aufrechterhaltung des erforderlichen Drucks des Schweißpulvers,
da für ein einwandfreies tberkopfschwei-Ben der Druck des Scnweißpulvers sehr genau
eingehalten werden muß, andernfalls entsteht eine minuerwertige Schweißnaht.
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Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht somit darin, daß ununterbrochen
die Lage der Regulierplatte geändert werden muß, was ständige Aufmerksamkeit des
Maschinenführers und dessen hohe Qualifikation bei der Ausführung von Schweißarbeiten
erfordert.
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Folglich hangt beim Schweißen mit dieser Vorrichtung die Qualität
der entstehenden Naht vom Können und der Erfahrung des Maschinenführers ab, was
häufig zur Entstehung minuerwertiger Schweißnütite führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überkopf-UP-Schweißverfahren
u n<i e ne Vorrichtung fir dessen Verwirklichung zu schaffen, in denen auch eine
richtige Auswahl des Drucks über die gesamte Schweißfuge an der Schweißstelle eine
hohe Qualität der fertigen Schweißnaht gewährleistet wird und weitmöglichst Handarbeit
beim Uberkopfschweißen vermieden wird.
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Diese' aufgabe wird bei einem Überkopf-UP-Schweißverfahren, bei dem
von unten an die Schweißfuge unter Andrücken ein Schweißpulver zugeführt wird, durch
das dann von unten eine selbstverze hrendeElektrode an die Schweißfuge herangeführt
und ein Schweißlichtbogen gezündet wird, wonach ein Schweißbad gebildet und das
Schweißen der Fuge mit anschließender Kristallisation des Schweißbads und Ausbildung
einer Schweißnaht voprgenommen wird, entdadurch gelost, daß sprechend der Erfindung
das Schweißpulver von unten an die Schweißfuge unter unterschiedlicnem Druck auf
verschieaenen Abschnitten der Länge der Schweißfuge zugeführt wird, wobei auf dem
Abschnitt vor dem Schweißlichtbogen relativ zu der auszubildenden Naht das Schweißpulver
unter einem konstanten vorgegebenen Druck zugeführt wird, der für das Andrücken
des Schweißbads notwendig ist und auf dem Abschnitt, wo der Bogen brennt und sich
das Schweißbad befindet, das Schweißpulver unter einem Druck zugeführt wird, cir
das Schweißbad auf der Höhe der Schweißfuge hält, wobei dieser Druck über die Ausdehnung
des Schweißbads allmahlich derart erhöht wird, daß auf dem Abscnnitt des Kristallisationsbeginns
der Schweißnaht der Druck des Schweißpulvers maximal ist, und dann von unten auf
den Abschnitt der Ausbildung der Naht eine Schicht flüssiger Schlacke unter einem
Druck zugefsihrt wird, der sich vom maximalen Wert auf dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns
der Schweißnaht bis zum minimalen Wert auf den Abschnitt der Erstarrung der Schicht
der zugeführten flüssigen Schlacke und der Ausbildung der Scliweißnaht ändert.
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Dieses Überkopfschweißverfahren ermöglicht eine optimale Verteilung
der vorgegebenen Druckwerte auf verschiedenen Abschnitten der Länge der Schweißfuge,
was beim Schweißen ein zuverlässiges Halten des Schweißbads auf der Höhe der Schweißfuge
und die Ausbildung einer einwandfreien Schweißnaht gewährleistet.
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Außerdem stabilisiert die Anwa.dung dieses Verfahrens die vorgegebenen
Kennwerte des Uberkopf-UP--Schweißprozesses, was zur Entstehung einwandfreier Überkopfnähte
beiträgt.
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Schließlich sind alle Arbeitsgänge des Verfahrens einfach und können
leicht vollautomatisiert werden.
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Die Durcnführung des Schweißens unter optimalen Betriebsbedingungen
bei stabilen .ennziffern des Vorzwangs ermöglicht eine rationellere Verwendung von
Schweißwerkstoffen und folglich eine entsprechende Einsparung Es ist zweckmäßig,
den DrucK auf die Schicht der zugeführten flüssigen Schlacke auf dem Abschnitt der
Ausbildung der aht über eine schicht Schweißpulver auszuüben , das ber den gesamten
Abschnitt verteilt ist.
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Das ermöglicht die Schaffung optimaler Bedingungen auf dem Abschnitt
des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht.
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Vorteilhaft wird der Druck auf die schicht der zugeführten flüssigen
Schlacke auf dem Abschnitt der Ausbildung der Naht über eine wärmeableitende, formbildende
Fläche ausgeübt, Das ermöglicht eine Erhöhung der E.ristallisationsgeschwindigkeit
der Schweißnaht und somit eine Erhöhung der Leistung des Überkopf-UP-Schweißverfahrens
bei hoher Qualität der auszubildenden Schweißnaht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit einer Vorrichtung durchfjhrer'
die ein Mittel ftir die Zuführung und das Andrücken des Schweißpulvers an die Schweißfuge
und ein Mundstück mit einer selbstverzebrenden Elektrode enthält, d as im Innern
des Mittels für die Zuführung des Schweißpulvers angebracht ist, wobei sich im Innern
des Mittels eine Regulierplatte befindet deren Lage relativ zur Schweißfuge zur
Erzeugung eines Drucks des Schweißpulvers in der Zone der Schweißfuge geregelt
werden
kann, indem entsprechend der Erfindung die Regulierplatte mit einem Knick ausgeführt
ist, der sie in zwei Teile "a" und "b" teilt, wobei sich der Knick der Platte unter
dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht befindet und auf diesem
Abschnitt einen maximalen Druck des Schweißpulvers erzeugt und der auf der Seite
des Schweißbads gelegene Teil tial, der Regulierplatte solch eine Länge hat, die
im wesentlichen gleich ist Lange des Schweißbads und unter einem Winkel α
zur Oberfläche der Schweißfuge angeordnet wird, der einen für das Halten des Schweißbads
auf der Höhe der Schweißfuge notwendigen Druck des Sciiweißpulvers auf das Schweißbad
gewährleistet, während der auf der Seite der auszubildenaen Schweißnaht liegende
Teil "b" der Regulierplatte sich bis zur Stelle der endgültigen Ausbildung der Schweißnaht
erstreckt und mit der Oberfläche der Schweißfuge einen Winkel ß bildet, der einen
Druck auf die Schicht der zugeführten flüssigen Schlacke auf dem Abschnitt der Ausbildung
der Schweißnaht vom maximalen Wert auf dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns
der Schweißnaht bis zum minimalen Wert auf dem Abschnitt der endgültigen Ausbildung
der Schweißnaht gewahrleistet.
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DieseVorrichtdng ermöglicht die Durchführung von Überkopfschweißungen
bei optimalen technologischen Bedingungen, und zwar ermöglicht sie eine richtige
Verteilung und die Stabilisierung des vorgegebenen Drucks auf jede einzelnen tectinologischen
Abschnitt der Schweißfuge. Das gewährleistet eine wesentliche Qualitätsverbesserung
der Schweißnaht.
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Außerdem ermöglicht diese Vorrichtung eine Erweiterung des Anwendungsbereicns
des Verfähren auf in Größe, Gestalt usw. verschiedene Bauteile.
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Die Verwendung uer Vorrichtung ist überaus einfach und leicht bedienbar
für Personal boliebiger Qu1i£J-kation.
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Alle Arbeitsgänge des Verfahrens können leicht automatisiert werden.
Die Vorrichtung selbst funktioniert praktisch im automatischen Betrieb; die einzelnen
Baugruppen benötigen keine spezielle Kontrolle.
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Dabei entfallen in erheblichem Maß hrbeitsgänge, die vom Maschinenführer
im Handbetrieb ausgeführt werden müssen. ene Das alles schaft günstige Voraussetzungen
für eine wesentliche Erhöhung der Produktivität des Schweißprozesses.
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Die Vorrichtung ist einfach in der lierstel.lung1 nimmt wenig Raum
in Anspruch, hat . geringes Gewicht und ist verhältnismäßig billig in der Herstellung.
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Durch die Stabilhaltung praktisch aller Schweißkennwerte sind die
Betriebskosten der Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen gering.
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Es ist zweckmäßig, den winkel ct im Rahmen folgender Beziehunp; zu
w: len: 3° # α # 13° Das ermöglicht eine ständige Erhöhung es Drucks des Schweißpulvers
auf das Schweißbad, so daß der maximale Druck auf dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns
der Schweißnaht (am Ende des Schweißbads) herrscht und so die Qualität der Schweißnaht
verbessert wird.
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Vorzugsweise wird der Winkel ß im Rahmen folgender Beziehung gewählt:
1° # ß # 5° Das schafft die Möglichkeit einer Änderung des Drucks auf den Abschnitt
der Ausbildung der Schweißnaht vom maximalen Wert auf dem Abschnitt des sristallisationsbeginns
der Schweißnaht bis zum minimalen Wert auf dem Abschnitt der Ausbildung der Schweißnaht.
Dabei wird ein Wegdrücken der Vorrichtung durch das Metall der Naht verhindert und
so die Qualität der Schweißnähte verbessert.
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Es ist zweckmävig, die Länge der Abschnitte rralt
und
"b" im Rahmen folgender Beziehung zu wählen:
Das ermöglicht eine optimale Verteilung des Drucks auf jedem einzelnen technologischen
Abschnitt und eine Stabilisierung der Kennwerte des LJberkopfschweißrozesses, was
die Entstehung einwandfreier Schweißnähte begünstig, Vorteilhaft ist die Vorrichtung
mit einem Mittel für eine Längsverschiebung der Regulierplatte in Schweißrichtung
zur Regelung der Entfernung zwischen dem Knick der formbildenden Platte und dem
Mundstück ausgerüstet.
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Das ermöglicht es, die vorgegebenen Schweißparameter im Verlauf des
Schweißens ein und derselben Fuge zu ändern, die Vorrichtung genauer einzustellen
und beim Schweißprozeß entstehende Abweichungen von den vorgegebenen Parametern
zu korrigieren und so die Qualität des Schweißens zu verbessern.
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Im folgenden wird die Erfindung durch ausführliche Beschreibung von
Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf 3i> Zeichnuagen erläutert, und zwar
zeigt: Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Uberkopfschweißvorrichtung im Längsschnitt;
Fig. 2 einen Schnitt gemaß der Linie II-II in Fig. 1 ; Fig. 3 eine erfindungsgemaße
Vorrichtung mit einem beweglichen Gleitschuh; Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie
IV-IV in Fig. 3; Fig. 5 ein Kittel zur Längsverschiebung der Regulierplatte entsprechend
der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Bezugnahme auf Fig. 1 und
2 beschrieben, in denen schematisch die für die Beschreibung des Verfahrens und
der Vorrichtung für dessen Verwirklichung notwendigen Einzelteile der Vorrichtung
abgebildet sind.
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Das wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in folgendem.
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In Fig. 1 liegen die zu schweißenden, z.B. ebenen, Stahlbleche 1
über einem Mittel 2, das ein Schweißpulver 3 enthält. Die Stahlbleche 1 können Elemente
der verscniedensten Stanlkonstruktionen darstellen, z.B.
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von Schiffsrümpfen, die von oben nur schwer zugünglich sind und nur
in Überkopfverfahren geschweißt werden können. Zu diesem Zweck wird an die stelle
der entstehenden Fuge das mittel a mit dem Schweißpulver 3 auf eine beliebige bekannte
Weise mit einer beliebigen bekannten Vorrichtung, z.B. mit einem be/annten Schneckenspeiser
(in der Fig. nicht abgebildet), angedrückt Im Inneren des Mittels 2 befindet sich
ein Mundstück 4 (ig. 1, a) mit einer selbstverzehrenden Schweißelektrode 5. Als
Elektrode 5 kann eine beliebie, Elektrode genommen werden, da der Typ der Elektrode
für das Wesen der Erfindung bedeutungslos ist.
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Für den Beginn des Schweißens wird die Elektrode 5 an die Schweißfuge
herangeführt, an die Elektrode 5 eine Spannung gelegt und ein Lichtbogen gezundet.
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Nach dem Zünden des @Lichtbogens schmilzt das Schweißmetali der Bleche
1, das Schweißpulver 3 und der Werkstoff der Elektrode 5, wobei ein Scnweißbad 6
entsteht.
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Unter Einwirkung der Wärme der Lichtbogens und der Schweißbads 6
sctimilzt das Schweißpulver 3 und bildet eine flüssige Schlacke, von der ein Teil
sich unter den Schweißbad 6 ansamnielt und das sogenannte Schlackenbad 7 (Fig. 1)
bildet, auf das während des Schweißens das Schweißpulver einwirkt.
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Vom technologischen Standpunkt aus teilt man die gesamte Schweißzone
nach den darin ablaufenden Vorgängen in mehrere Abschnitte ein: einen Abschnitt
A vor aem Lichtbogen relativ zur entstehenden Naht 8,
einen Abschnitt
X, in dem der Lichtbogen brennt und sich das Schweißbad 6 befindet, wo sich ein
Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht 8 abzeichnet, und einen Abschnitt
C der Ausbildung der Schweißnaht 8.
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Das Schweißpulver 3 wird von unten an die Schweißfute mit unterschiedlichem
Druck au verschiedenen Abschnitten A, B, C der Lne der Schweißfuge zueführt.
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Auf dem Abschnitt A vor dem Lichtbogen relativ zur entstehenden naht
8 wird das Schweißpulver unter einem konstanten vo gegebenen Druck zugeführt, der
für das Andrucken des Schweißbads 6 notwendig ist. Der Druck des Scliweißpulvers
3 auf dem Abschnitt A wird in Abnängigkeit von vorgegebenen Schweißparametern, den
Eigenschaften des Schweißwerkstoffes und von der Geometrie und der Form der Schweißfuge
festgelegt. Dabei wird Ger für den Abschnitt A bestimmte Druck des Schweißpulvers
3 konstant genalten.
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Auf der schnitt B wirt das Schweißpulver 3 unter einem Druck zugeführt,
der das Schweißbad 6 auf der Höhe der Schweißfuge hält, wobei man diesen Druck über
die gesamte Länge des Schweißbads 6 derart erhöht, daß auf dem: Abschnitt des Kristallisationsbeginns
der chweißnaht 8 der Druck des Jchweifipulvers maximal ist.
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Als Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht 8 dient
der Abschnitt des Übergangsbeginns der flüssigen Schmelze des Schweißbads 6 in den
festen Zustand, d.h. zur Schweißnaht 8, Der Abschaitt des Kristallisatrionsbeginns
der Schweißnaht 8 erstreckt sich von Lichtbogen über eine Strecke, die der Länge
des Schweißbads 6 entspricht Auf dem Abschnitt B wird ein höherer Druck des Schweißpulvers
vorgegeben als auf dem Abschnitt A.
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Die Erhöhung des Drucks auf dem Abschnitt 3 ist durch die Notwendigkeit
begrindet, die Schmelze des Schweißbads 6 auf der Ilöhe der Schweißfuge zu nalten
unter Berücksichtigung der Menge des Schweißpulvers,
die in die
schmelze übergeht und zusammensintert unter Bildung einer kruste 13 (Fig. 2).
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Dann wird vn unten aus dem Schlackenbad 7 auf den Abschnitt C der
nahtausbildung eine schicht flüssiger Schlacke gebracht und daran ein Druck angelegt,
der sich ändert vom maximalen wert auf dem Abschnitt des kristallisationsbeginns
der Schweißnaht 8 bis zum minimalen ert auf dem Abschnitt der Erstarrung der Schicht
der zugeführten flüssigen Schlacke unter Bildun; eines Schlackenfilms 14 (Fig. 1,
2) und der Ausbildung der Schweißnaht 8.
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Der maximale Druck auf dem Abschnitt des .ristallisationsbeginns
der Schweißnant 8 ist notwendig, um die ristallisierende Naht 8 auf der Höhe der
Schweißfuge zu halten.
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Die Aushbung des maximalen Drucks ist besonders wichtig auf dem Abschnitt
des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht 8, da auf diesem Abschnitt das geschmolzene
Metall des Schweißoads 6 zu kristallisieren beginnt und durch erhöhte Viskosität
gekennzeichnet ist und dadurch den angelegten Druck einen maximalen Widerstand entgegensetzt.
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Es muh erwähnt werden, daß der Abschnitt des Kristallisationsbeginns
eine geringe Ausdehnung hat und eigentlich die Grenze zwischen dem Abschnitt B,
auf dem der Lichtbogen brennt und sich das Schweißbad 6 befindet, und dem Abschnitt
C der Ausbildung der Schweißnaht 8 darstellt.
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Desnalb ist es sehr wichtig, daß der maximale Druck an dem Abschnitt
des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht 8 genau angelegt wird , da davon in
erheblichem Maß die Qualität der entstehenden Schweißnaht 8 abhängt, besonders wenn
man berücksichtigt, daß die Lage dieses Abschnitts von den vorgegebenen Schweißparametern
abhängt.
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Der Wert des maximalen Drucks wird in Abhängigkeit
von
den Schweißparametern, der Form der Schweißfuge und des W§rkstoffes des zu schweißenden
Bauteiles festgelegt.
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llait dem Allmählichen Uebergang der flüssigen Schmelze des Schweißbads
6 in den festen Zustand, d.h. zur Schweißnaht 8, muß der Druck allmählich bis zum
minimalen Wert allen, wobei eine Ausbildund, der Schweißnaht 8 gewährleistet und
die erstarrte Schlackenschicht gehalten werden muß, die an der Oberfläche der Naht
einen Schlakkenfilm 14 bildet.
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Der auf dem Abschnitt C der Ausbildung derSchweißnaht d bestehende
Druck auf die Schicht der aus dem Schlackenbad zugeführten flüssigen Schlacke wird
über eine Zwischenschicht dus uber den «eßamben Abschnitt C verteilten Schweißpulvers
3 ausgeübt. Solch eine Schicht der zugeführten flüssigen Schlacke auf dem Abschnitt
C der Ausbildung der Schweißnaht 8 dient auch als Schmiermittel zwischen dem Metall
der kristallisierenden Naht 8 und der teilweise erweichten Zwischenschicht des Schweißpulvers,
über die der Druck angelegt wird. Solch ein Schmiermittel in Form einer flüssigen
Schlackenschicht trägt zur Stabilhaltung des Schweißbads 6 bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Uberkopfschweißverfahrens bei, ohne den Gleichgewichtszustand
des Schweißbads mechanisch zu stören.
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Außerdem kann der Druck auf die Schicht der aus dem Schlackenbad
7 zugeführten flüssigen Schlacke auf dem Abschnitt C der Ausbildung der Naht 8 über
eine warme ableitende formbildende Fläche 9 (Fig. 1, 3, 4) ausgeübt werden.
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Dabei dient die Schicht der zugeführten flüssigen Schlacke ebenfalls
als Schmiermittel zwischen dem Metall Schweißder kristallisierenden naht 8 und der
formbildenden Fläche 9. Die wärmeableitende, formbildende Fläche 9 erhöht die Kristallisationsgeschwindigkeit
der Schweißnaht 8 und steigert damit die Produktivität des erfin-
dungsgemäßen
Uberkopfschweißverfahrens.
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Die Verwendung der formbildenden Fläche 9 setzt voraus, daß der Druck
auf die Schicht der zugeführten flüssigen Schlacke auf dem Abschnitt C der Ausbildung
der Schweißnaht 8 ohne Zwischenschicht des Schweißpulvers 3 ausgeübt wird.
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Das gewährleistet die Entstehung von Nähten mit vorgegebener Form
und'von hoher Qualität.
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Als Material für die formbildende Fläche 9 wird ein Stoff mit hoher
Wärmeleitfähigkeit gewählt, z.B.
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Kupfer.
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Die formbildende Fläche 9 (Fig. 4) hat eine profilierte Arbeitsfläche,
deren Kennwerte in Abhängigkeit von einer nach Form und Abmessungen zulässigen Verstärkung
des Querschnitts der Schweißnaht, unter Berücksichtigung einer zulässigen Veränderung
der Schichtdicke der zugeführten flüssigen Schlacke und de Bedingungen, unter denen
die Kristallisation der S t vor sich gehtbwobei auf beiden Seiten entlang der Arbeitsfläche
zusätzliche Räume für die Aufnahme des tiberschusees des Schweißpulvers geschaffen
werden, festgelegt werden.
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Zur Verbesserung der Wärmeableitung aus der Schweißzone kann die
formbildende Fläche 9 z.B. mit Wasser oder mit Luft gekühlt werden. Praktisch kann
als formbildende Fläche 9 eine beliebige formbildende Vorrichtung verwendet werden,
z.B.ein Gleitschuh 10 (Fig. 3, 4).
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Das beschriebene Uberkopfschweißverfahren ermöglicht eine optimale
Verteiling der vorgegebenen Druckwerte des Schweißpulvers 3 auf den erwähnten Abschnitten
der Länge der Schweißfuge, was beim Schweißen der Fuge ein zuverlässiges und stabiles
Halten der Lage des Schweißbads relativ zur Oberfläche der Schweißfuge sicherstellt
und die vorgegebenen Schweißparameter stabilisiert und somit die Ausbildung einwandfreier
OberkopfnÜhte in einem weiten Bereich technologischer Möglichkeiten gewährleistet
(analog zum UP-Schweißen in der unteren Position).
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit der na
stehend
beschriebenen Vorrichtung durchgeführt, die auch schematisch in Fig. 1 abgebildet
ist. Sie besitzt ein Mittel 2 für die Zuführung des Schweißpulvers 3 von unten an
die Schweißfuge.
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Dieses Mittel 2 kann ein beliebiges bekanntes Mittel für die Zuführung
von Schweißpulver darstellen, das z.B.
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in Form eines Schneckenspeisers ausgeführt ist, der für diese Zwecke
gut geeignet, j jedoch in Fig. 1 nicht abgebildet ist.
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Außerdem hat die Vorrichtung ein Mundstück 4 mit einerselbstverzehenden
Elektrode 5, das im Innern des Mittels für die Zuführung des Schweißpulvers 3 angebracht
ist.
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Ferner enthält die Vorrichtung eine im Innern des.
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Mittels 2 für die Zuführung des Schweißpulvers ancordnete Regulierplatte
11 mit einer formbildenden Fläche 9.
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Die Lage der Regulierplatte 11 relativ mrFuge 1 kann geregelt werden.
Diese Regulierplatte erzeugt den Druck des Schweißpulvers in der Zone der Schweißfuge
1.
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Die Regulierplatte 11 hat einen Knick, der sie in zwei Teile "a"
und "b" teilt. Beim Schweißen befindet sich die Spitze des Knicks der Platte 11
unter dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißuaht 8 und bildet einen
Zwischenraum f (Fig. 1) zwischen der Spitze des Knicks der Regulierplatte 11 und
der entstehenden Schweißnaht 8.
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Die Größe des erwähnten Zwischenraums f wird in Abhängigkeit von
der gewünschten Form der Schweißnähte, dem Typ der auszuführenden Stoßverbindungen,
den Eigen~ schaften des Schweißwerkstoifes und den Schweißparametern £euta gt.
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Diese Lage der Spitze des Knicks der Regulier platte 11 unter dem
Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht 8 erzeugt beim Schweißen auf
diesem Abschnitt einen maximalen Druck des Schweißpulvers 3.
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Der oben erwähnte, auf der Seite des Schweißbads 6
gelegene
Teil "a" (Fig. 1) der Regulierplatte 11 hat solch eine Länge, die im wesentlichen
der Länge des Schweißbads 6 entspricht , und wird unter einem Winkel oC zur Oberfläche
der Schweißfuge angeordnet, der den für das Halten des Schweißbads 6. auf der Höhe
der Schweißfuge notwendigen Druck des Schweißpulvers 3 auf das Schweißbad 6 gewährleistet.
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Der auf der Seite der entstehenden Schweißnaht 8 liegende Teil "b"
der Regulierplatte 11 erstreckt sich bis zur Stelle aer fertigen Ausbildung der
Schweißnaht 8 und bildet mit der Oberfläche der Schweißfuge einen Winkel ß , der
einen Druck auf die Schicht der zugreführten flüssigen Schlacke auf dem Abschnitt
der Ausbildung der Schweißnaht 8 vom maximalen friert auf dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns
der Schweißnaht 8 bis zum minimalen Wert auf dem Abschnitt der fertigen Ausbildung
der Schweibnaht 8 gewährleistet.
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Der Teil "a" der Regulierplatte bildet mit der Oberfläche der Schweififuge
1 einen Winkel °4, dessen Grölle in folgendem Rahmen gewählt wird: 3ot °C # 130
Die. Grenzwerte sind dadurch bedingt , daß bei einem Winke1<30 die Größe des
Drucks des Schweißpulvers auf das Schweißbad 6 nicht ausreicht, was dazu führt,
daß das Schweißbad 6 bis unter das Niveau der Schweißfuge 1 durchhängt und das Metall
der Naht 8 durchhängt, wodurch die Regulierplatte 11 mit dem Knick wegdrückt wird,
und eine Krafteinwirkung auf die formbildende Fläche 9 der Regulierplatte 11 ausgeübt
wird, was zu einer Störung des Überkopfschweißprozesses führt.
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Andererseits ist bei einem Winkel oc > 130 der Druck des Schweißpulvers
auf das Schweißbad 6 übermäßig groß, was zu einem Aubquetschen des L3chweißbads
6 bis über das Niveau der Schweißfuge 1 und zu einer Störung des J3ber-Koprschweißprozesues
und einer Verschlechterung der Qualität der Schweißnähte führt.
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Der Teil "b" der Regulierplatte bildet mit der Oberfläche der Schweißfuge
1 einen Winkel ß , dessen Größe in folgendem Rahmen gewahlt wird: 5 Die Grenzwerte
sind dadurch bedingt ,, daß bei einem Winkel j; < 10 ein Wegdrücken der Regulierplatte
11 infolge einer Krafteinwirkung der entstehenden Naht 8 auf die formbildende Fläche
9 der Regulierplatte 11 möglich ist, was zu einer Störung des Schweißprozesses und
zur Verschlechterung der Qualität der Überkopfnähte führt.
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Andererseits ist bei einem Winkel ß>5° ein übermäßiges Durchhängen
des Metalls der entstehenden Naht 8 und ein Eindringen der überschüssigen flüssigen
Schlacke aus dem Schlackenbad 7 auf den Abschnitt C (Fig. 1) der Nahtausbildung
möglich, was zu einer Störung des Überkopfschweißprozesses führt.
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Die Längen der Abschnitte "a" und "b" der Regulierplatte 11 werden
im rahmen folgender Beziehung gewählt :
Wie oben erwähnt haben die Abschnitte "a" und "b" eine bestimmte Länge, die wichtig
ist für die effektive Durchführung des erfindunsgernäßen berkopfschweißprozesses.
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Dabei ist nicht nur die Länge jedes einzelnen Abschnitts von Bedeutung,
sondern auch ihr Verhältnis zueinander.
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Die Länge des Abschnitts "a" gleicht im wesentlichen der Länge des
Schweißbads 6 und hängt von Schweißparametern, den Eigenschaften des Schweißwerkstoffes
, dem Typ der Schweißstoßverbindung und dessen geometrischen Abmessungen ab.
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Die Länge des Abschnitts "b" wird so festgelegt, daß sich dieser
Abschnitt bis zur Stelle der fertigen Ausbildung der Schweißnaht 8 erstreckt.
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Tor allem hängt die Länge des Abschnitts tb" von
der
Länge des Abschnitts "a" ab, die ausgehend von der Länge des Schweißbads und den
oben erwähnten technologischen Kennwerten des Überkopfschweißens festgelegt wird.
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Bei einem Verhältnis b/a kleiner als 1,5 kann es am Ende der formbildenden
Fläche 9 der Regulierplatte 11 zu einem Wegfließen der Schicht der aus dem Schlackenbad
7 zugeführten flüssigen Schlacke kommen, was zu einer Störung des Schweißprozesses
führt.
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Andererseits ist bei einem Verhältnis b/a größer als 4 ein Wegdrücken
der Regulierplatte 11 durch die Schweißfuge möglich, was zu einer Störung des Oberxopfschweißprozesses
führt.
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Es ist zweckmäßig, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Mittel
12 für eine Längsverschiabung der Regulierplatte 11 (Fig. 5) in Schweißrichtung
auszurüsten zum Zwecke der Regulierung der Entfernung zwischen dem Knick der Regulierplatte
11 und dem Mundstück 4.
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Das Mittel 12 für die Längsverschiebung der Regulierplatte 11 istwesentlich
für ein genaueres L!"inrichten der Vorrichtung auf die vorgegebenen Schweißparameter
und zum Korrigieren von beim Schweißen entstehenden Abweichungen von den vorgegebenen
Schweißparametern.
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Die Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des Schweißens in genauer
Übereinstimmung mit den Anforderungen des erfindungsgemäßen CberkopfschweiBverfahrens
und somit eine Qualitätserhöhung der OberKopfnähte im ganzen.
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Der größte Effekt der Anwendung dieser Vorrichtung kommt klar beim
Schweil3en von 23auted.1en in den Fällen zum Ausdruck, wenn ein und di@@elbe Schweißfuge
bei vorgegebenen, während des Schweißprozesses sich anuernden Parametern geschweißt
werden muß (z.B. Bauteile mit unterschiedlicher Dicke des Schweißmetalls und veränderlicher
geometrischer Form der Kanten auf der Länge ein und derselben Schweißstoßfuge u.a.).
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im ganzen ermöglicht endie Vorrichtung und das Verfahren
nach
der Erfindung das automatische Schweißen von Uberkopfnähten mit erheblich rrößerer
Produktivität als bei Verwendung von bekannten Vorrichtungen sowie die Herstellung
einwandfreier Uberkopfnähte.