DE3425225C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Überkopf-UP-Schweißen, bei dem von unten an die Schweißfuge unter Andrücken ein Schweißpulver zugeführt wird, durch das dann von unten eine selbstverzehrende Elektrode 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 vorgenommen wird und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die ein Mittel für die Zuführung und das Andrücken des Schweißpulvers an die Schweißfuge und ein Mundstück mit einer selbstverzehrenden Elektrode enthält, das im Inneren des Mittels für die Zuführung des Schweißpulvers angebracht ist, wobei im Inneren des Mittels eine Regulierplatte angeordnet ist, deren Lage relativ zur Schweißfuge zur Erzeugung eines Drucks des Schweißpulvers in der Zone der Schweißfuge geregelt werden kann.

Das Überkopf-UP-Verfahren zeichnet sich gegenüber dem beispielsweise aus der US-PS 23 95 723 bekannten Bilden von vertikalen Schweißnähten dadurch aus, daß das Schweißbad im Vergleich zum UP-Schweißen in der unteren Position gleichsam um 180° gedreht worden ist.

Dabei wird 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 hindurchgeführt wird.

Beim Überkopf-UP-Schweißen wird das Metall des Schweißbads, das beim Brennen des Schweißlichtbogens infolge des Schmelzens des Schweißmetalls, des Elektrodenwerkstoffs und des Schweißpulvers entsteht - anders als beim normalen Schweißen beispielsweise mit einer Segmentabstützung nach der US-PS 34 37 251 -, durch eine Kruste des teilweise geschmolzenen Schweißpulvers gehalten.

Von unten wird das Schweißpulver an die Schweißstelle zwangsweise angepreßt, und je nach Verbrauch des Schweißpulvers werden seine Vorräte ständig erneuert. Für die Ausbildung des oberen Teils der Naht kann das Schweißpulver sowohl von unten durch den Zwischenraum zwischen den Kanten des zu schweißenden Bauteils, als auch von oben auf beliebige bekannte Weise zur Bildung eines Betts zugeführt werden.

Die Hauptschwierigkeiten beim Überkopfschweißen bestehen in der Gewährleistung der Ausbildung einwandfreier Schweißnähte, da beim Schweißen das Schweißbad in der Schwebe gehalten werden muß, was zur Instabilität der Kennwerte des Schweißbads führt.

Besonders viele Probleme entstehen beim Schweißen von Fugen großformatiger Bauelemente von zylindrischer oder zylinderähnlicher Form, z. B. von Schiffsrümpfen und Kesselaggregaten, die besonders hohe Anforderungen an die Qualität der Schweißnähte stellen und bei den Schweißarbeiten um ihre Achse gedreht werden müssen, aber auch großflächiger, flacher Bauteile, bei denen das Wenden zum Zwecke des Schweißens erhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Aus der DE-AS 26 40 270 ist ein Überkopf-UP-Schweißverfahren mit versenktem Lichtbogen bekannt, bei dem das Schweißpulver zum Schweißen von der unteren Seite an die Schweißbleche zugeführt und das Schweißen so ausgeführt wird, daß die Schweißelektrode von unten an die Schweißfuge herangeführt wird.

In dem bekannten Überkopfschweißverfahren wird das Schweißpulver von unten an die Schweißfuge unter einem vorgegebenen gleichen Druck zugeführt, was dazu führt, daß beim Schweißen der vorgegebene Druck des Schweißpulvers auf verschiedenen Abschnitten der Länge der Schweißfuge gleich ist und zwar auf dem Abschnitt vor dem Lichtbogen relativ zur entstehenden Schweißnaht, auf dem Abschnitt, wo der Lichtbogen brennt und sich das Schweißbad befindet und auf dem Abschnitt der Ausbildung der Schweißnaht. Die Größe 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 gleich großer Druck.

Solch eine Gleichheit des Drucks des von unten zugeführten Schweißpulvers auf verschiedenen Abschnitten der Länge der Schweißfuge führt beim Schweißen zu einem instabilen Halten des Schweißbads relativ zu der Höhe der Schweißfuge, was ein Durchhängen und Ausquetschen der Schweißnaht bewirkt, d. h. es verursacht Fehler der Schweißverbindungen.

Bekannt ist auch ein Überkopf-UP-Schweißverfahren (SU-Urheberschein 526 470), bei dem das Schweißpulver von unten an die Schweißfuge angedrückt wird, wobei ein Gleitschuh verwendet wird, durch den ein Mundstück mit einer selbstverzehrenden Elektrode geht, die an die Unterseite der Schweißfuge herangeführt wird.

In dem bekannten Verfahren ist der vorgegebene Druck des Schweißpulvers und der formgebenden Vorrichtung (des Gleitschuhs) auf den verschiedenen oben genannten Abschnitten der Länge der Schweißfuge ebenfalls gleich, was gleichfalls zu Fehlern der Schweißverbindungen führt.

Bekannt ist auch ein Überkopf-UP-Schweißverfahren (SU-Urheberschein 469 554), bei dem das Schweißpulver und die Elektrode von unten an die Schweißfuge herangeführt wird, wobei der Druck des Schweißpulvers auf den Abschnitten der Länge der Schweißfuge mit Hilfe einer Regulierplatte geregelt wird. Der maximale Druck des Schweißpulvers herrscht auf dem Abschnitt hinter dem Lichtbogen. Ein Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß 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.

Dieses bekannte Verfahren wird mit einer Vorrichtung durchgeführt, die ein Mittel für die Zuführung und das Andrücken des Schweißpulvers an die Schweißfuge und ein Mundstück mit einer selbstverzehrenden Elektrode enthält, das im Inneren des Mittels für die Zuführung des Schweißpulvers angebracht ist. Im Inneren des Mittels für die Zuführung des Schweißpulvers befindet sich eine Regulierplatte, deren Lage relativ zur Schweißfuge reguliert werden kann.

Beim Schweißen mit dieser Vorrichtung beobachtet der Maschinenführer die Schweißfuge und reguliert bei Abweichungen der Schweißkennwerte bei der Ausbildung der Stoßverbindung, z. B. des Abstandes zwischen den Kanten des Bauteils, den Neigungswinkel der Platte zum Zwecke der Aufrechterhaltung des erforderlichen Drucks des Schweißpulvers, da für ein einwandfreies Überkopfschweißen der Druck des Schweißpulvers sehr genau eingehalten werden muß, andernfalls entsteht eine minderwertige Schweißnaht.

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.

Folglich hängt beim Schweißen mit dieser Vorrichtung die Qualität der entstehenden Naht vom Können und der Erfahrung des Maschinenführers ab, was häufig zur Entstehung minderwertiger Schweißnähte führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überkopf-UP-Schweißverfahren und eine Vorrichtung für dessen Verwirklichung zu schaffen, in denen durch eine folgerichtige Auswahl des Drucks über die gesamte Schweißfuge an der Schweißstelle eine hohe Qualität der fertigen Schweißnaht gewährleistet wird und weitmöglichst Handarbeit beim Überkopfschweißen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Überkopf-UP-Schweißverfahren der eingangs erwähnten Art gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale.

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.

Außerdem stabilisiert die Anwendung dieses Verfahrens die vorgegebenen Kennwerte des Überkopf-UP-Schweißprozesses, was zur Entstehung einwandfreier Überkopfnähte beiträgt.

Schließlich sind alle Arbeitsgänge des Verfahrens einfach und können leicht vollautomatisiert werden. Die Durchführung des Schweißens unter optimalen Betriebsbedingungen bei stabilen Kennziffern des Vorgangs ermöglicht eine rationellere Verwendung von Schweißwerkstoffen und folglich eine entsprechende Einsparung.

Vorteilhaft wird der Druck auf den Abschnitt (C) der Ausbildung der Schweißnaht über eine Schicht Schweißpulver ausgeübt, das über den gesamten Abschnitt verteilt ist. Dies ermöglicht die Schaffung optimaler Bedingungen auf dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht.

Vorzugsweise wird der Druck auf die Schicht der zugeführten flüssigen Schlacke auf dem Abschnitt der Ausbildung der Naht über eine wärmeableitende formbildende Fläche ausgeübt, was eine Erhöhung der Kristallisationsgeschwindigkeit der Schweißnaht und somit eine Erhöhung der Leistung des Überkopf-UP-Schweißverfahrens bei hoher Qualität der auszubildenden Schweißnaht ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Ausbildung dadurch durchführen, daß die Regulierplatte mit einem Knick ausgeführt ist, der sie in zwei Abschnitte "a" und "b" teilt, wobei sich der Knick der Regulierplatte unter dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht befindet und der auf der Seite des Schweißbads gelegene Abschnitt "a" der Regulierplatte eine Länge hat, die im wesentlichen der Länge des Schweißbads entspricht und unter einem Winkel α zur Oberfläche der Schweißfuge angeordnet wird, der den für das Halten des Schweißbads auf der Höhe der Schweißfuge notwendigen Druck des Schweißpulvers auf das Schweißbad gewährleistet, während der auf der Seite der entstehenden Schweißnaht liegende Abschnitt "b" der Regulierplatte sich bis zum Ende des Abschnittes (C) der Ausbildung der Schweißnaht erstreckt und mit der Oberfläche der Schweißfuge einen Winkel β bildet.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht die Durchführung von Überkopfschweißungen bei optimalen technologischen Bedingungen, und zwar ermöglicht sie eine richtige Verteilung und die Stabilisierung des vorgegebenen Drucks auf jedem einzelnen technologischen Abschnitt der Schweißfuge. Das gewährleistet eine wesentliche Qualitätsverbesserung der Schweißnaht. Außerdem ermöglicht diese Vorrichtung eine Erweiterung des Anwendungsbereichs des Verfahrens auf in Größe, Gestalt usw. verschiedene Bauteile. Die Vorrichtung ist überdies einfach und leicht bedienbar für Personal beliebiger Qualifikation und funktioniert praktisch im automatischen Betrieb; die einzelnen Baugruppen benötigen keine spezielle Kontrolle. Dabei entfallen in erheblichem Maß Arbeitsgänge, die vom Maschinenführer im Handbetrieb ausgeführt werden müssen. Das alles schafft günstige Voraussetzungen für eine wesentliche Erhöhung der Produktivität des Schweißprozesses.

Die Vorrichtung ist einfach in der Herstellung, nimmt wenig Raum in Anspruch, hat geringes Gewicht und ist verhältnismäßig billig in der Herstellung. Durch die Stabilhaltung praktisch aller Schweißkennwerte sind die Betriebskosten der Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen gering.

Es ist zweckmäßig, den Winkel a im Rahmen folgender Beziehung zu wählen:

3° ≦ α ≦ 13°

Das ermöglicht eine ständige Erhöhung des 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.

Vorzugsweise wird der Winkel β im Rahmen folgender Beziehung gewählt:

1° ≦ β ≦ 5°

Das schafft die Möglichkeit einer Änderung des Drucks 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 Ausbildung der Schweißnaht. Dabei wird ein Wegdrücken der Vorrichtung durch das Metall der Naht verhindert und so die Qualität der Schweißnähte verbessert.

Vorteilhaft wird die Länge der Abschnitte "a" und "b" im Rahmen folgender Beziehung gewählt:

Das ermöglicht eine optimale Verteilung des Drucks auf jedem einzelnen technologischen Abschnitt und eine Stabilisierung der Kennwerte des Überkopfschweißprozesses, was die Entstehung einwandfreier Schweißnähte begünstigt.

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Vorrichtung mit einem Mittel für die Längsverschiebung der Regulierplatte in Schweißrichtung zur Regelung der Entfernung zwischen dem Knick der formbildenden Platte und dem Mundstück ausgerüstet. 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.

Im folgenden wird die Erfindung durch ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Überkopfschweißvorrichtung im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Vorrichtung mit einem beweglichen Gleitschuh;

Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 ein Mittel zur Längsverschiebung der Regulierplatte.

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.

Das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in folgendem.

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 verschiedensten Stahlkonstruktionen darstellen, z. B. von Schiffsrümpfen, die von oben nur schwer zugänglich sind und nur im Überkopfverfahren geschweißt werden können. Zu diesem Zweck wird an die Stelle der entstehenden Fuge das Mittel 2 mit dem Schweißpulver 3 auf eine beliebige bekannte Weise mit einer beliebigen bekannten Vorrichtung, z. B. mit einem bekannten Schneckenspeiser (in der Fig. nicht abgebildet), angedrückt.

Im Inneren des Mittels 2 befindet sich ein Mundstück 4 (Fig. 1, 2) mit einer selbstverzehrenden Schweißelektrode 5. Als Elektrode 5 kann eine beliebige Elektrode genommen werden, da der Typ der Elektrode für das Wesen der Erfindung bedeutungslos ist.

Für den Beginn des Schweißens wird die Elektrode 5 an die Schweißfuge herangeführt, an die Elektrode 5 eine Spannung gelegt und ein Lichtbogen gezündet.

Nach dem Zünden des Lichtbogens schmilzt das Schweißmetall der Bleche 1, das Schweißpulver 3 und der Werkstoff der Elektrode 5, wobei ein Schweißbad 6 entsteht.

Unter Einwirkung der Wärme des Lichtbogens und des Schweißbads 6 schmilzt das Schweißpulver 3 und bildet eine flüssige Schlacke, von der ein Teil sich unter dem Schweißbad 6 ansammelt und das sogenannte Schlackenbad 7 (Fig. 1) bildet, auf das während des Schweißens das Schweißpulver einwirkt.

Vom technologischen Standpunkt aus teilt man die gesamte Schweißzone nach den darin ablaufenden Vorgängen in mehrere Abschnitte ein: einen Abschnitt A vor dem Lichtbogen relativ zur entstehenden Naht 8, einen Abschnitt B, in dem der Lichbogen 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.

Das Schweißpulver 3 wird von unten an die Schweißfuge mit unterschiedlichem Druck auf verschiedenen Abschnitten A, B, C der Länge der Schweißfuge zugeführt.

Auf dem Abschnitt A vor dem Lichtbogen relativ zur entstehenden Schweißnaht 8 wird das Schweißpulver unter einem konstanten vorgegebenen Druck zugeführt, der für das Andrücken des Schweißbads 6 notwendig ist. Der Druck des Schweißpulvers 3 auf dem Abschnitt A wird in Abhängigkeit von vorgegebenen Schweißparametern, den Eigenschaften des Schweißwerkstoffes und von der Geometrie und der Form der Schweißfuge festgelegt. Dabei wird der für den Abschnitt A bestimmte Druck des Schweißpulvers 3 konstant gehalten.

Auf dem Abschnitt B wird 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 Schweißnaht 8 der Druck des Schweißpulvers maximal ist. 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 Abschnitt des Kristallisationsbeginns 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.

Die Erhöhung des Drucks auf dem Abschnitt B ist durch die Notwendigkeit begründet, die Schmelze des Schweißbads 6 auf der Höhe der Schweißfuge zu halten unter Berücksichtigung der Menge des Schweißpulvers, die in die Schmelze übergeht und zusammensintert unter Bildung einer Kruste 13 (Fig. 2).

Dann wird von 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 Wert auf dem Abschnitt der Erstarrung der Schicht der zugeführten flüssigen Schlacke unter Bildung eines Schlackenfilms 14 (Fig. 1, 2) und der Ausbildung der Schweißnaht 8.

Der maximale Druck auf dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht 8 ist notwendig, um die kristallisierende Naht auf der Höhe der Schweißfuge zu halten.

Die Ausübung des maximalen Drucks ist besonders wichtig auf dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht 8, da auf diesem Abschnitt das geschmolzene Metall des Schweißbads 6 zu kristallisieren beginnt und durch erhöhte Viskosität gekennzeichnet ist und dadurch dem angelegten Druck einen maximalen Widerstand entgegensetzt.

Es muß 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.

Deshalb 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.

Der Wert des maximalen Drucks wird in Abhängigkeit von den Schweißparametern, der Form der Schweißfuge und des Werkstoffes des zu schweißenden Bauteiles festgelegt.

Mit dem allmählichen Übergang der flüssigen Schmelze des Schweißbads 6 in den festen Zustand, d. h. zur Schweißnaht 8, muß der Druck allmählich bis zum minimalen Wert fallen, wobei eine Ausbildung der Schweißnaht 8 gewährleistet und die erstarrte Schlackenschicht gehalten werden muß, die an der Oberfläche der Naht einen Schlackenfilm 14 bildet.

Der auf dem Abschnitt C der Ausbildung der Schweißnaht 8 bestehende Druck auf die Schicht der aus dem Schlackenbad zugeführten flüssigen Schlacke wird über eine Zwischenschicht des über den gesamten 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 Überkopfschweißverfahrens bei, ohne den Gleichgewichtszustand des Schweißbads mechanisch zu stören.

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 wärmeableitende formbildende Fläche 9 (Fig. 1, 3, 4) ausgeübt werden.

Dabei dient die Schicht der zugeführten flüssigen Schlacke ebenfalls als Schmiermittel zwischen dem Metall der kristallisierenden Schweißnaht 8 und der formbildenden Fläche 9. Die wärmeableitende, formbildende Fläche 9 erhöht die Kristallisationsgeschwindigkeit der Schweißnaht 8 und steigert damit die Produktivität des erfindungsgemäßen Überkopfschweißverfahrens.

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.

Das gewährleistet die Entstehung von Nähten mit vorgegebener Form und von hoher Qualität.

Als Material für die formbildende Fläche 9 wird ein Stoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit gewählt, z. B. Kupfer.

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 den Bedingungen, unter denen die Kristallisation der Schweißnaht 8 vor sich geht, wobei auf beiden Seiten entlang der Arbeitsfläche zusätzliche Räume für die Aufnahme des Überschusses des Schweißpulvers geschaffen werden, festgelegt werden.

Zur Verbesserung der Wärmeableitung aus der Schweißzone kann die formbildende Fläche 9 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).

Das beschriebene Überkopfschweißverfahren ermöglicht eine optimale Verteilung 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 Überkopfnähte in einem weiten Bereich technologischer Möglichkeiten gewährleistet (analog zum UP-Schweißen in der unteren Position).

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit der nachstehend 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.

Dieses Mittel 2 kann ein beliebiges bekanntes Mittel für die Zuführung von Schweißpulver darstellen, das z. B. in Form eines Schneckenspeisers ausgeführt ist, der für diese Zwecke gut geeignet, jedoch in Fig. 1 nicht abgebildet ist.

Außerdem hat die Vorrichtung ein Mundstück 4 mit einer selbstverzehrenden Elektrode 5, das im Innern des Mittels für die Zuführung des Schweißpulvers 3 angebracht ist.

Ferner enthält die Vorrichtung eine im Innern des Mittels 2 für die Zuführung des Schweißpulvers angeordnete Regulierplatte 11 mit einer formbildenden Fläche 9. Die Lage der Regulierplatte 11 relativ zur Fuge 1 kann geregelt werden. Diese Regulierplatte erzeugt den Druck des Schweißpulvers in der Zone der Schweißfuge 1.

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 Schweißnaht 8 und bildet einen Zwischenraum f (Fig. 1) zwischen der Spitze des Knicks der Regulierplatte 11 und der entstehenden Schweißnaht 8.

Die Größe des erwähnten Zwischenraums f wird in Abhängigkeit von der gewünschten Form der Schweißnähte, dem Typ der auszuführenden Stoßverbindungen, den Eigenschaften des Schweißwerkstoffes und den Schweißparametern festgelegt.

Diese Lage der Spitze des Knicks der Regulierplatte 11 unter dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht 8 erzeugt beim Schweißen auf diesem Abschnitt einen maximalen Druck des Schweißpulvers 3.

Der oben erwähnte, auf der Seite des Schweißbads 6 gelegenen 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 α 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.

Der auf der Seite der entstehenden Schweißnaht 8 liegende Teil "b" der Regulierplatte 11 erstreckt sich bis zur Stelle der fertigen Ausbildung der Schweißnaht 8 und bildet mit der Oberfläche der Schweißfuge einen Winkel β, der einen Druck auf die Schicht der zugeführten flüssigen Schlacke auf dem Abschnitt der Ausbildung der Schweißnaht 8 vom maximalen Wert auf dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht 8 bis zum minimalen Wert auf dem Abschnitt der fertigen Ausbildung der Schweißnaht 8 gewährleistet.

Der Teil "a" der Regulierplatte bildet mit der Oberfläche der Schweißfuge 1 einen Winkel α, dessen Größe in folgendem Rahmen gewählt wird:

3° ≦ α ≦ 13°

Die Grenzwerte sind dadurch bedingt, daß bei einem Winkel α < 3° 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 weggedrückt wird, und eine Krafteinwirkung auf die formbildende Fläche 9 der Regulierplatte 11 ausgeübt wird, was zu einer Störung des Überkopfschweißprozesses führt.

Andererseits ist bei einem Winkel α < 13° der Druck des Schweißpulvers auf das Schweißbad 6 übermäßig groß, was zu einem Ausquetschen des Schweißbads 6 bis über das Niveau der Schweißfuge 1 und zu einer Störung des Überkopfschweißprozesses und einer Verschlechterung der Qualität der Schweißnähte führt.

Der Teil "b" der Regulierplatte bildet mit der Oberfläche der Schweißfuge 1 einen Winkel β, dessen Größe in folgendem Rahmen gewählt wird:

1° ≦ β ≦ 5°

Die Grenzwerte sind dadurch bedingt, daß bei einem Winkel β < 1° 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.

Andererseits ist bei einem Winkel β < 5° ein übermäßiges Durchhängen des Metalls der entsprechenden 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.

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 erfindungsgemäßen Überkopfschweißprozesses.

Dabei ist nicht nur die Länge jedes einzelnen Abschnitts von Bedeutung, sondern auch ihr Verhältnis zueinander.

Die Länge des Abschnitts "a" gleicht im wesentlichen der Länge des Schweißbads 6 und hängt von Schweißparametern, den Eigenschaften des Schweißwerkstoffes, dem Typ der Schweißstoffverbindung und dessen geometrischen Abmessungen ab.

Die Länge des Abschnitts "b" wird so festgelegt, daß sich dieser Abschnitt bis zur Stelle der fertigen Ausbildung der Schweißnaht 8 erstreckt.

Vor allem hängt die Länge des Abschnitts "b" von der Länge des Abschnitts "a" ab, die ausgehend von der Länge des Schweißbads und den oben erwähnten technologischen Kennwerten des Überkopfschweißens festgelegt wird.

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.

Andererseits ist bei einem Verhältnis b/a größer als 4 ein Wegdrücken der Regulierplatte 11 durch die Schweißfuge möglich, was zu einer Störung des Überkopfschweißprozesses führt.

Es ist zweckmäßig, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Mittel 12 für eine Längsverschiebung der Regulierplatte 11 (Fig. 5) in Schweißrichtung auszurüsten zum Zwecke der Regulierung der Entfernung zwischen dem Knick der Regulierplatte 11 und dem Mundstück 4.

Das Mittel 12 für die Längsverschiebung der Regulierplatte 11 ist wesentlich für ein genaueres Einrichten der Vorrichtung auf die vorgegebenen Schweißparameter und zum Korrigieren von beim Schweißen entstehenden Abweichungen von den vorgegebenen Schweißparametern.

Die Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des Schweißens in genauer Übereinstimmung mit den Anforderungen des erfindungsgemäßen Überkopfschweißverfahrens und somit eine Qualitätserhöhung der Überkopfnähte im ganzen.

Der größte Effekt der Anwendung dieser Vorrichtung kommt klar beim Schweißen von Bauteilen in den Fällen zum Ausdruck, wenn ein und dieselbe Schweißfuge bei vorgegebenen, während des Schweißprozesses sich ändernden 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.).

Im ganzen ermöglichen die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung das automatische Schweißen von Überkopfnähten mit erheblich größerer Produktivität als bei Verwendung von bekannten Vorrichtungen sowie die Herstellung einwandfreier Überkopfnähte.

Claims (8)

1. Überkopf-UP-Schweißverfahren, bei dem von unten an die Schweißfuge unter Andrücken ein Schweißpulver (3) zugeführt wird, durch das dann von unten eine selbstverzehrende Elektrode (5) an die Schweißfuge herangeführt und ein Schweißlichtbogen gezündet wird, wonach ein Schweißbad (6) gebildet und das Schweißen der Fuge mit anschließender Kristallisation des Schweißbads (6) und Ausbildung einer Schweißnaht (8) vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißpulver (3) von unten an die Schweißfuge unter unterschiedlichem Druck auf verschiedenen Abschnitten der Länge der Schweißfuge zugeführt wird, wobei auf dem Abschnitt (A) vor dem Schweißlichtbogen relativ zur entstehenden Naht (8) das Schweißpulver (3) unter einem konstanten Druck zugeführt wird, der für das Andrücken des Schweißbads (6) notwendig ist, daß auf dem Abschnitt (B), wo der Bogen brennt und sich das Schweißbad (6) befindet, das Schweißpulver (3) unter einem Druck zugeführt wird, der das Schweißbad (6) auf der Höhe der Schweißfuge hält, wobei dieser Druck über die Ausdehnung des Schweißbads (6) allmählich derart erhöht wird, daß auf dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht (8) der Druck auf das Schweißpulver (3) maximal ist, und daß der von unten auf den Abschnitt (C) der Ausbildung der Schweißnaht (8) wirksame Druck sich längs dieses Abschnitts der Schweißnaht (8) auf einen minimalen Wert vermindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf den Abschnitt (C) der Ausbildung der Schweißnaht (8) über eine Schicht Schweißpulver (3 ) ausgeübt wird, das über den gesamten Abschnitt verteilt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf den Abschnitt (C) der Ausbildung der Naht (8) über eine wärmeableitende, formbildende Fläche (9) ausgeübt wird.

4. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die ein Mittel (2) für die Zuführung und das Andrücken des Schweißpulvers (3) an die Schweißfuge und ein Mundstück (4) mit einer selbstverzehrenden Elektrode (5) enthält, das im Inneren des Mittels (2) für die Zuführung des Schweißpulvers (3) angebracht ist, wobei im Inneren des Mittels (2) eine Regulierplatte (11) angeordnet ist, deren Lage relativ zur Schweißfuge zur Erzeugung eines Drucks des Schweißpulvers (3) in der Zone der Schweißfuge geregelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierplatte (11) mit einem Knick ausgeführt ist, der sie in zwei Abschnitte "a" und "b" teilt, wobei sich der Knick der Regulierplatte (11) unter dem Abschnitt des Kristallisationsbeginns der Schweißnaht (8) befindet und der auf der Seite des Schweißbads (6) gelegene Abschnitt "a" der Regulierplatte (11) eine Länge hat, die im wesentlichen der Länge des Schweißbads (6) entspricht und unter einem Winkel α zur Oberfläche der Schweißfuge angeordnet wird, der den für das Halten des Schweißbads (6) auf der Höhe der Schweißfuge notwendigen Druck des Schweißpulvers (3) auf das Schweißbad (6) gewährleistet, während der auf der Seite der entstehenden Schweißnaht (8) liegende Abschnitt "b" der Regulierplatte (11) sich bis zum Ende des Abschnitts (C) der Ausbildung der Schweißnaht (8) erstreckt und mit der Oberfläche der Schweißfuge einen Winkel β bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α im Rahmen folgender Beziehung gewählt wird: 3° ≦ α ≦ 13°

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel β im Rahmen folgender Beziehung gewählt wird: 1° ≦ β ≦ 5°

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Abschnitte "a" und "b" im Rahmen folgender Beziehung gewählt wird:

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Mittel (12) für eine Längsverschiebung der Regulierplatte (11) in Schweißrichtung zur Regulierung der Entfernung zwischen dem Knick der Regulierplatte (11) und dem Mundstück (4) ausgerüstet ist.