DE3617043C2 - Beschickungsvorrichtung zum Einsatz beim Schweißen und Verfahren zum gleichförmigen Zuführen teilchenförmigen Schweißmaterials - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschickungsvorrichtung zum Einsatz beim Schweißen, Ummanteln, Überziehen und dgl., sowie ein Verfahren zum gleichförmigen Zuführen teilchenförmigen Schreibmaterials. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrich­ tung, in der teilchenförmige (granulierte oder pulver­ förmige) Legierungsstoffe zur Schaffung einer Schmelz­ schweißung in vorgegebenen Mengen einer Schmelzschweiß­ zone oder einer Überlappungs-Schweißzone zugeführt und dort aufgebracht werden, um eine Schmelzschweißung mit vorbestimmter Zusammensetzung zu erhalten.

Aufgrund der Schwierigkeit, der Schweißzone homogene Mischungen zuzuführen, besteht ein Hauptproblem beim Schmelzschweißen oder beim Auftragschweißen in der Schaffung von Legierungsschweißungen mit gleichförmi­ ger Zusammensetzung. So beispielsweise wird durch das Vormischen von Metallen nicht durchwegs erreicht, daß dem Werkstück homogene Mischungen zugeführt werden, da sich die schwereren Metallteilchen sedimentieren. Die größeren Teilchen steigen zur Oberfläche auf. Die mehr winkeligen Teilchen steigen im Speicher während des Transports oder bei einer anderen Bewegung nach oben auf. Das gleiche Problem entsteht beim Vormischen von Flußmitteln. Bei der Durchführung von Massen-Schweißungen oder von thermischem oder Plasma-Sprühen ist es entweder wünschenswert oder notwendig (abhängig von den Betriebs­ bedingungen), der Schweißeinrichtung Pulver zuzuführen, damit ein Querschnitt des Pulverstroms an irgendeinem Punkt die richtigen prozentualen Anteile jedes Bestand­ teils enthält und damit die aufgebrachte Schweißung die gewünschte Zusammensetzung aufweist.

Außerdem ist es entweder wünschenswert oder sogar not­ wendig, daß der Durchsatz dieser Pulver gleichförmig ist, um ein Verstopfen der Öffnungen, durch die das Pulver hindurchtritt, oder aber eine momentane Über­ lastung der zum Schmelzen des Pulvers verwendeten Heiz­ vorrichtung und die damit einhergehende Entstehung von Lücken oder Poren in der Schweißung vermieden wird. In einem vorgemischten Pulver ist die Mischung gleichför­ mig, falls

• 1. die Teilchen etwa in dem gleichen Größen­ bereich liegen,
• 2. die Teilchen entweder sämtlich eckig oder sämtlich rund sind, und
• 3. die Teilchen im gleichen Dichtebereich liegen.

Andernfalls steigen die großen und die spitzen Teilchen nach oben, während die runden Teilchen und die schweren Teilchen absinken mit der Folge, daß die Zusammensetzung des geschweißten Materials ungleichmäßig ist. Ein Ansatz, Legierungsschweißungen mit gleichförmiger Zusammensetzung zu schaffen und Ungenauigkeiten bezüg­ lich der Schweißmaterialzufuhr zu vermeiden, ist in DE- PS 33 02 517 C1 dargelegt. Bei dem hier vorgestellten Verfahren werden der Schweißstelle in Abhängigkeit von der Elektrodenführungsgeschwindigkeit Kügelchen mit ei­ nem Durchmesser von 1,5 bis maximal 5 mm zugeführt. So­ mit liegt dieser Erfindung die Aufgabe einer exakten Mengendosierung zugrunde.

DE-OS 33 04 269 offenbart eine Vorrichtung zum Aufbe­ wahren, Mischen und Fördern von Schweißpulver, die zu dessen vollständiger Trocknung und Durchmischung ge­ eignet ist, damit dieses als homogenes Material für hochgradiges Schweißen einsetzbar ist. Die glei­ chen Probleme entstehen bei der Vormischung von Fluß­ mitteln, wie sie beim offenen oder geschützen Licht­ bogenschweißen verwendet werden. Bei einer bekanntem Zumeß-Einrichtung für Massenschweißung (US-PS 3 060 307, US-PS 3 179 991) erfolgt die Materialzufuhr mit Hilfe eines Rades oder mehrerer Räder, die auf ihrem Umfang Taschen aufweisen, welche ihren Inhalt in kurzen Intervallen während der Drehung des Rades ausschütten. Diese Materialzufuhr erfolgt also intermittierend in kurz aufeinanderfolgenden Mengen (oder Einheiten). Bei solcher Zufuhr besteht die Gefahr, daß die Öffnungen, durch die das Pulver hindurchgelangen muß, überlastet werden. Außerdem kann die Pulver-Schmelzvorrichtung kurzzeitig überlastet werden.

In der US-Patentanmeldung (US-PS 4,613,741) ist eine Mehr­ fach-Beschickungsvorrichtung zur Verwendung beim Schweißen beschrieben, bei der mehrere Materialzuführ- Elemente vorgesehen sind, die jeweils Material aus einem Trichter in Zuführrohre leiten, durch die das Schweiß­ material einem einzigen Rohr zugeführt wird, welches einen Schweißmaterialverteiler speist. Größere Mengen­ einheiten von Schweißmaterial können aus dem Trichter zu der Schweißzone gelangen, wodurch der Schweißauftrag und das fertig geschweißte Produkt abträglich beeinflußt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ver­ besserte Beschickungsvorrichtung zur Verwendung beim Schweißen, z. B. beim Schweißen mit offenem Lichtbogen, mit verdecktem Lichtbogen, mit Serien-Lichtbogen oder beim Schutzgas-Schweißen, zu schaffen, wobei eine homo­ gene Mischung gut verteilter Stoffmengen in einem steti­ gen Strom dem Bereich einer Schweißzone zugeführt werden können. Während im Verfahren nach DE-PS 33 02 517 C1 lediglich gleichartiges kugelförmiges Material zugeführt wird, also die Dosierungszugabe optimiert und DE-OS 33 04 269 eine Vorrichtung schafft, mittels der ein Material effektiv getrocknet und aufbewahrt werden kann, jedoch nicht als solches als Zuführvorrichtung zu einer Schweißzone dienen kann, bieten die vorliegende Erfin­ dung im Gegensatz zu den bisher vorgestellten Druck­ schriften zum Stand der Technik eine Beschickungsvor­ richtung, mit der teilchenförmiges Material aus ver­ schiedenen Quellen, d. h. unterschiedliche Pulverkompo­ nenten homogen und kontinuierlich zur Schweißzone zuge­ führt werden können.

Diese Aufgabe wird durch in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Verteilungs- oder Zerstreu-Einrichtung ermöglicht es der Beschickungsvorrichtung, homogene Mischungen aus Metall-Legierungen dem Werkstück gleichmäßig und gleich­ förmig zuzuführen, so daß in der Schweißung eine gleich­ förmige Materialzusammensetzung erhalten wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform sieht die Erfin­ dung ein oder mehrere Materialverteilungs-Drahtgitter oder -Drahtnetze vor, die in dem Schweißmaterial- Zuführsystemn dafür sorgen, daß ein gleichmäßiger Strom gut durchmischten Schweißmaterials zu der Schweißzone gelangt. Es kann eine oder es können mehrere Zerstreu­ ungsvorrichtungen vorgesehen sein, die entweder die gleiche oder unterschiedliche Maschenweite besitzen. Abhängig von der gewählten Maschenweite läßt sich die Menge des Gemisches ebenso wie die Durchlaufzeit durch das Zuführsystem variieren. Die Orientierung mehrerer Verteilungsvorrichtungen in bezug aufeinander läßt sich ebenso variieren wie die gegenseitigen Abstände. Die Verteilervorrichtungen können entweder nur in einzelnen Zuführrohren, nur in gemeinsamen Zuführrohren, in Austragdüsen oder in irgendeiner Kombination der ge­ nannten Möglichkeiten vorgesehen sein.

Die Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum gleich­ förmigen Zuführen teilchenförmigen Materials für das Schweißen zu einer Schweißzone, wobei das teilchenför­ mige Material von einer Quelle durch eine Verteilerein­ richtung innerhalb des Zuführsystems geleitet wird, damit ein im wesentlichen homogenes Gemisch in einem im wesentlichen kontinuierlichen Strom zur Verfügung ge­ stellt wird, selbst wenn die Speisung der Quelle inter­ mittierend erfolgt.

Vorzugsweise ist die Zeitspanne, die das Schweißmaterial benötigt, um durch das Transportsystem zu der Schweiß­ zone zu gelangen, länger als die Zeitspanne zwischen den Aufgabe-Zeitpunkten, zu denen Schweißmaterial in die Transporteinrichtung eingegeben wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Beschickungsvor­ richtung und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Beschickungsvorrich­ tung.

Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele können modifiziert und in geeigneter Weise bezüglich einzelner Merkmale kombiniert werden.

Die in Fig. 1 gezeigte Beschickungsvorrichtung ähnelt der in der US-PS 31 72 991 beschriebenen Vorrichtung, sie ist aber im vorliegenden Fall zusätzlich mit einer Verteiler- oder Zerstreuungseinrichtung ausgestattet. Die Beschickungsvorrichtung enthält drei Transport­ räder 1, 2 und 3. die auf Wellen 1a, 2a bzw. 3a be­ festigt sind. Auf der Welle 2a ist außerdem eine Haupt­ rad 4 montiert.

Im Betrieb wird ein abschmelzender Schweißdraht 5 von einer (nicht gezeigten) Einrichtung dem Werkstück 6 zu­ geführt. Der Schweißdraht 5 wird in Reibungskontakt mit dem Hauptrad 4 gehalten, so daß letzteres zusammen mit den Materialtransporträdern 1, 2 und 3 gemeinsam dreht, wenn der Schweißdraht vorrückt. Jedes Materialtrans­ portrad 1, 2 und 3 besitzt mehrere, mit Abstand am Umfang angeordnete Taschen, die bei Drehung des Rades Pulver aus Trichtern 7, 8 bzw. 9 aufnehmen und es inter­ mittierend in Zuführrohre 10, 11 bzw. 12 kippen, welche das Pulver über ein gemeinsames Austragrohr oder Aus­ tragdüse 14 der Schweißzone 13 zuleiten.

In jedem Zuführrohr 10, 11 und 12 befindet sich ein Paar mit Abstand voneinander angeordneter Teilungsglieder, die hier in Form von Gittern oder Netzen 15 ausgebildet sind. In dem Austragrohr 14 befindet sich ein weiteres Verteilungs- oder Zerstreugitter. Jedes Zuführrohr kann entweder nur ein einziges Gitter oder zwei oder noch mehr Gitter enthalten. Das Austragsrohr kann ebenfalls mehrere Gitter enthalten. Die Gitter in irgendeinem der Rohre können nicht-parallel zueinander angeordnet sein, und die Orientierung und der Abstand zwischen den Gittern können variiert werden. Außerdem können die Gitter entweder die gleiche oder unterschiedliche Maschenweite besitzen, aber unabhängig von der speziel­ len Maschenweite jedes Gitters sollte gewährleistet sein, daß die Maschenweite nicht so klein ist, daß Schweißmaterial-Teilchen das Gitter verstopfen. Die Maschen sollten auch nicht so groß sein, daß das Gitter nicht imstande ist, Schweißmaterial-Anhäufungen einer unerwünschten Größe zu zerlegen.

Die Gitter dienen dazu, das Schweißmaterial zu durch­ mischen und es der Schweißzone 13 kontinuierlich zuzu­ führen.

Fig. 2 zeigt eine Beschickungsvorrichtung, die der Be­ schickungsvorrichtung nach der US-Patentanmeldung US-PS 4,613,741 ähnelt. Hier ist die Beschickungsvorrichtung jedoch mit einer Verteilungs- oder Zerstreuungsein­ richtung ausgestattet. Die Beschickungsvorrichtung 20 besitzt drei unabhängige Materialzuführeinheiten 21, 22 und 23. Jede Einheit besitzt einen Pulvertrichter 21a, 22a und 23a, ein Materialtransportrad 21b, 22b und 23b, einen eine veränderliche Drehzahl aufweisenden Motor 21c, 22c und 23c, sowie eine Zuführleitung oder ein Zuführrohr 21d, 22d und 23d. Die Motoren besitzen separate Steuerungen, so daß sie derart eingestellt werden können, daß sie Beschickungsmengen in gewünsch­ ten Verhältnissen aufrechterhalten. Die Umdrehungsge­ schwindigkeit der Zuführelemente wird typischerweise auf einen Wert im Bereich zwischen 2 und 32 Umdrehungen pro min eingestellt.

Jede Zuführleitung 21d, 22d und 23d mündet in ein gemeinsames Rohr 27, welches zu einer Verteilerkammer 24 führt, die die Mischung über eine Düse 29 der Schweiß­ zone zuführt, die vor dem Schweißdraht 26 liegt. Jede Zuführleitung 21d, 22d und 23d enthält mehrere Zer­ streuungsgitter 15, und das gemeinsame Rohr 27 sowie die Düse 29 enthalten jeweils ein weiteres Gitter 16. Diese Gitter dienen dazu, eine homogene Mischung herbeizu­ führen und einen kontinuierlichen Strom des Schweiß­ materials zu der Schweißzone zu schaffen.

Bei einer speziellen Ausführungsform werden sechs Gitter mit 16 Maschen in einem Abstand von 0,635 cm (1/4′′) in einem Zuführrohr von 1,27 cm (1/2′′) Durchmesser verwen­ det. Die Gitter sind parallel zueinander und senkrecht zur Rohrachse bei willkürlicher Orientierung angeordnet. Bei Bedarf können in dem gemeinsamen Rohr 27 und in der Düse 29 Mehrfachgitter verwendet werden.

Die Maschengröße der Gitter wird so gewählt, daß die Masche fein genug ist, um zu erreichen, daß mehr Zeit benötigt wird für den Durchfluß des von den Transport­ rädern aufgebrachten Materials als zwischen den einzel­ nen Entleerungsvorgängen des Transportrads. Der Abstand der Gitter innerhalb eines speziellen Rohrs beträgt vor­ zugsweise nicht viel weniger als der Durchmesser des Rohrs. Die Anzahl von Gittern wird so gewählt, daß ein kontinuierlicher Strom homogen gemischten Materials erreicht wird.

Die Vorrichtung 20 enthält außerdem einen Drahtelektro­ den-Transportmechanismus 55, der von einem (nicht ge­ zeigten) Motor mit variabler Drehzahl angetrieben wird.

Im Betrieb wird zwischen dem Werkstück und der Spitze des Schweißdrahts 26 und/oder dem Austragrohr 28 ein Lichtbogen gezündet. Die Transportgeschwindigkeit des Schweißdrahts 26 zu der Schweißzone und die Geschwin­ digkeit der Motoren 21c, 22c und 23c (die variable Dreh­ zahl haben) lassen sich unabhängig voneinander durch (nicht gezeigte) Steuerungen einstellen. Die Vorrich­ tung 20 bewegt sich in Richtung des Pfeils 36 über das Werkstück 35. Das Schweißbad 30 wird gebildet durch die Aufeinanderfolge 31 der Schweißstoffe (die unter Um­ ständen Flußmittel enthalten) und der Drahtelektrode 26. Die fertige Schweißung ist bei 34 gezeigt. Die ver­ schiedenen Gitter stellen sicher, daß das der Schweiß­ zone zugeführte Schweißmaterial gleichmäßig verteilt ist.

Die Vorrichtung kann außerdem beim selbstabschirmenden Schweißen eingesetzt werden.

Claims (11)

1. Beschickungsvorrichtung zum Einsatz beim Schweißen mit einer Quelle oder einem Behältnis zur Aufnahme von teilchenförmigem Schweißmaterial und einer Zuführeinrichtung zum Transportieren des teilchen­ förmigen Materials von der Quelle oder dem Behältnis zu einer Schweißzone, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuführeinrichtung (10, 11, 12, 14) eine Vertei­ lungseinrichtung (15, 16) zum Vertei­ len des Schweißmaterials derart, daß es der Schweiß­ zone im wesentlichen kontinuierlich und homogen zu­ geführt wird, angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit mindestens zwei Zuführeinrichtungen zum Zuführen teilchenförmigen Materials aus verschiedenen Quellen zu der Schweiß­ zone, gekennzeichnet durch eine für jede Zuführein­ richtung vorgesehene Verteilungseinrichtung (15, 16).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zuführein­ richtung zwei oder mehr Transportrohre zum Zuführen teilchenförmigen Materials aus verschiedenen Quellen zu einer gemeinsamen Austragvorrichtung aufweist, die das Schweißmaterial der Schweißzone zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem oder in jedem Transportrohr (10, 11, 12) und/oder in der Austragvorrichtung (14) eine Verteilungseinrichtung (15, 16) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungseinrichtung eine Drahtgitter- oder Drahtnetz-Anordnung (15, 16) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Drahtgitter oder Drahtnetze (15, 16) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Drahtgitter oder Drahtnetze (15, 16) voneinander verschiedene Maschenweiten auf­ weisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Anzahl, Orientierung und Abstände der Verteilungseinrichtung (15, 16) ein­ stellbar sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektroden- Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Elektroden­ drahts (5) zu der Schweißzone vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung mehrere Beschickungseinheiten aufweist zum Zuführen teilchenförmigen Schweißmaterials aus verschiedenen Quellen zu der Schweißzone und daß jede der Be­ schickungseinheiten an eine eigene Antriebsvor­ richtung (21c, 22c, 23c) unabhängig von den anderen Antriebsvorrichtungen und unabhängig von der Elektroden-Antriebsvorrichtung (25) gekoppelt ist, so daß die Verhältnisse des zugeführten Materials eingestellt und exakt gesteuert werden können.

10. Verfahren zum gleichförmigen Zuführen teilchen­ förmigen Schweißmaterials zu einer Schweißzone über ein Zuführsystem nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißmaterial über eine Verteilungseinrichtung (15, 16) in dem Zuführsystem geleitet wird, so daß ein im wesentlichen homogener und kontinuierlicher Strom zu der Schweißzone entsteht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material dem Zuführsystem intermittierend aufgegeben wird, und daß die Zeit, in welcher das Schweißmaterial durch das Zuführsystem (10, 11, 12, 14) zu der Schweißzone (13) gelangt, länger ist als die Zeit zwischen einzelnen Aufgaben des teilchen­ förmigen Materials auf das Zuführsystem.