DE569489C

DE569489C - Welding torch for electric arc welding

Info

Publication number: DE569489C
Application number: DEE38330D
Authority: DE
Original assignee: ELIN AKT GES fur ELEK SCHE IN
Current assignee: ELIN AKT GES fur ELEK SCHE IN
Priority date: 1927-11-30
Filing date: 1928-11-24
Publication date: 1933-02-04

Description

Die Erfindung betrifft einen Schweißbrenner für elektrische Lichtbogenschweißung, bei dem ein leitender Elektrodenstab die eine Elektrode, das schweißende Arbeitsstück die andere Elektrode bildet und der Lichtbogen magnetisch beeinflußt wird. Gemäß der Erfindung wird ein Magnet mit sternförmig oder hülsenförmig angeordnetem Eisenkern benutzt, dessen Ende -flanschartig nach innen gebogen ist und in dessen Symmetrieachse der Lichtbogen so steht, daß er von lauter Polschuhen gleicher Polarität umgeben ist, welche ein Kraftfeld erzeugen, durch das eine Drehbewegung des Lichtbogens um seine Mittelachse zwecks Stabilisierung des Lichtbogenfußpunktes erreicht wird. Wie sich gezeigt hat, übt diese Anordnung einen äußerst günstigen Einfluß auf die Arbeitsweise des Lichtbogens beim elektrischenThe invention relates to a welding torch for electric arc welding, in which a conductive electrode rod is one electrode, the welding work piece is the one forms another electrode and the arc is magnetically influenced. According to the invention a magnet with a star-shaped or sleeve-shaped iron core is used, the end of which is flange-like to the inside is bent and in whose axis of symmetry the arc is so that it is louder Pole pieces of the same polarity is surrounded, which generate a force field through the one Rotational movement of the arc around its central axis for the purpose of stabilizing the base of the arc is achieved. It has been found that this arrangement has an extremely beneficial effect on the mode of operation of the electric arc

ao Lichtbogenschweißen und auf die Beschaffenheit der Schweißnaht selbst aus. Die Verwendung von magnetischen Feldern zur Stabilisierung des Lichtbogens ist bei der Lichtbogenschweißung bereits bekannt.ao arc welding and the nature of the weld itself. The usage of magnetic fields to stabilize the arc is used in arc welding already known.

Zur Erzeugung des magnetischen Feldes dient entweder ein sternförmig angeordnetes System mehrerer Magnete, wie Abb. 1 im Schnitt und in Draufsicht z. B. für sechs radial und mit gleichem Abstand zu einer Mittelachse liegende Magnete α erkennen läßt, oder es kann hierfür auch ein Topfmagnet in der Art der Schnitt- und Ansichtsdarstellung der Abb. 2 verwendet werden, dessen Polschuh α von einer Wicklung c erregt wird und ebenso wie die Polschuhe α der Abb. ι nord- oder südmagnetisch sein kann. Die Polschuhe α werden bei Abb. 1 von je einer Wicklung c erregt und sind von gleicher Polarität. Der Topfmagnet nach Abb. 2 stellt eine unendliche Aneinanderreihung gleichnamiger Pole nach Abb. 1 dar.Either a star-shaped system of several magnets is used to generate the magnetic field, as shown in FIG. B. for six magnets lying radially and at the same distance from a central axis can be recognized α , or a pot magnet in the manner of the sectional and elevational view of Fig. 2 can be used, whose pole piece α is excited by a winding c and just as the pole pieces α of Fig. ι can be north or south magnetic. In Fig. 1, the pole shoes α are each excited by a winding c and are of the same polarity. The pot magnet according to Fig. 2 represents an infinite row of poles of the same name according to Fig. 1.

Als praktisches Verwendungsbeispiel der Erfindung wird in Abb. 3 eine Faßschweißung gezeigt, an Hand deren die Wirkungsweise des Magnetfeldes erörtert werden soll. N ist das umgebördelte Bodenblech des Eisenfasses, das mit dem Mantelblech S₁ dem inneren Verstärkungsring U und dem äußeren Verstärkungsring R an der Oberfläche der Stoßstellen so verschweißt werden soll, daß eine vollkommen dichte und gegen äußere Einflüsse widerstandsfähige Schweißnaht die Stoßfugen überlagert. Der Kohlenstab K ist vom Magnet M umgeben, der in diesem Falle ein Topfmagnet nach Abb. 2 ist. Magnet und Kohle stehen fest, während das Faß unter dem Schweißbrenner gedreht wird, indem es auf einem Drehtisch angeordnet ist, dessenAs a practical example of use of the invention, a barrel weld is shown in Fig. 3, on the basis of which the mode of action of the magnetic field is to be discussed. N is the flanged bottom plate of the iron barrel, which is to be welded to the jacket sheet S _1, the inner reinforcing ring U and the outer reinforcing ring R on the surface of the joints so that a completely tight weld seam resistant to external influences overlays the butt joints. The carbon rod K is surrounded by the magnet M , which in this case is a pot magnet according to Fig. 2. Magnet and coal are fixed while the barrel is rotated under the welding torch by being placed on a turntable, its

Drehachse mit der Achse der zu erzielenden ringförmigen Schweißnaht zusammenfällt. Der Lichtbogen nimmt unter dem Einfluß des Magnetfeldes die durch die Linien // und P vereinfacht dargestellte Form an.The axis of rotation coincides with the axis of the annular weld to be achieved. Under the influence of the magnetic field, the arc assumes the shape shown in simplified form by the lines // and P.

Abb. 4 veranschaulicht einen Lichtbogen ohne Verwendung des magnetischen Feldes. Die zu beiden Seiten des Faßrandes abstehenden Lichtbogenfahnen haben ständig weehselnde Formen, die in der Hauptsache von der Lichtbogenlänge, der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückes, seinem spezifischen Oberflächenwiderstand sowie der Entfernung der Lichtbogenachse von der Mitte des Faßrandes abhangen. Durch den nichtstabilen Lichtbogen und diese unregelmhäßig auftretretenden Fahnen wird sowohl das Aussehen als auch die Güte der Schweißnaht sehr beeinflußt. Fig. 4 illustrates an arc without using the magnetic field. The arc plumes protruding on both sides of the barrel rim are constantly changing Shapes, which mainly depend on the arc length, the surface finish of the workpiece, its specific surface resistance and the distance of the arc axis from the center of the barrel edge depend. Due to the unstable arc and this occurring irregularly Flags, both the appearance and the quality of the weld seam are greatly influenced.

Wird jedoch ein Topf magnet wie in Abb. 3 verwendet, so lenken die Kraftlinien den Lichtbogen als stromführenden Leiter ab. Der Verlauf der Kraftlinien V ist in der Abb. 3 ersichtlich. Die Kraftlinen haben gegen die Achse des Lichtbogens mehr oder minder große jN eigungswinkel und wirken mit ihren horizontalen und vertikalen Komponenten nach der Linken-Handregel auf den Lichtbogen. However, if a pot magnet as shown in Fig. 3 is used, the lines of force deflect the arc as a current-carrying conductor. The course of the lines of force V can be seen in Fig. 3. The power lines have more or less large angles of inclination towards the axis of the arc and, with their horizontal and vertical components, act on the arc according to the rule of the left hand.

Die vertikalen Komponenten sind annähernd parallel zum Hauptlichtbogen H₁ haben also auf ihn keinen oder nur wenig Einfluß, wohl aber auf die abstehenden Fahnen, die durch sie eine Ablenkung erfahren. Die Richtung der Ablenkung der einzelnen Stromfäden der Fahnen geschieht bei sternförmig angeord-The vertical components are approximately parallel to the main arc H ₁ , so they have little or no influence on it, but they have on the protruding flags, which are deflected by them. The direction of the deflection of the individual streamlines of the flags occurs in a star-shaped arrangement.

• neten Magneten nach einem geschlossenen Polygonzuge, bei einem Topfmagnet nach einem Kreis. Die Fahnen werden also gedreht, und der Lichtbogen erfährt an seiner Basis eine plattenförmige Ausbreitung P nach Abb. 3, anstatt der unregelmäßigen Fahnen T der Abb. 4. Dies hat den Vorteil einer Vor-' wärmung und Nachwärmung vor bzw. nach der eigentlichen Schmelze des Werkstückes und verleiht der Schweißnaht ein gleichmäßig ebenes Aussehen.• Neten magnets according to a closed polygon, in the case of a pot magnet according to a circle. The flags are rotated, and the arc experiences a plate-like expansion P at its base as shown in Fig. 3, instead of the irregular flags T in Fig. 4. This has the advantage of preheating and reheating before or after the actual melt of the workpiece and gives the weld seam a uniform, even appearance.

Die horizontalen Kraftlinienkomponenten haben auf die abstehenden Fahnen, zu denen sie annähernd parallel sind, keine oder nur sehr geringe Wirkung, wohl aber auf den eigentlichen Kern H des Lichtbogens, dessen Stromfäden nach einem geschlossenen Polygonzug bei Sternmagneten bzw. nach einem Kreis bei einem lopfmagneten abgelenkt werden. Der Lichtbogen wird also ebenfalls gedreht. Diese .bewegung geschieht natürlich gleichzeitig mit der der Fahnen.The horizontal force line components have no or very little effect on the protruding flags, to which they are approximately parallel, but they do have on the actual core H of the arc, whose current filaments are deflected according to a closed polygon in star magnets or after a circle in a lopf magnet will. The arc is also rotated. This movement of course happens at the same time as that of the flags.

Durch die Drehbewegung des gesamten Lichtbogens um die Achse des Magnetfeldes wird der Lichtbogen an einem einseitigen Ausweichen von der Achse des Feldes gehindert. Seine Mittellinie kann nur eine Drehbewegung um die Feldachse vollführen. Die Schweißnaht erhält eine größere Breite und Ebenmäßigkeit als eine solche, die ohne Magnete hergestellt ist, und ihre Widerstandsfähigkeit und Dichtigkeit ist größer. Hierbei ist es gleichgültig, ob mit oder ohne Zusatzmaterial geschweißt wird. Der Magnet kann sowohl fremderregt werden, als aucn parallel oder in Serie mit dem Schweißstrom geschaltet sein.By rotating the entire arc around the axis of the magnetic field the arc is prevented from deviating from the axis of the field on one side. Its center line can only perform a rotary movement around the field axis. The weld seam is given a greater width and evenness as one made without magnets and its resilience and tightness is greater. It does not matter whether with or without additional material is welded. The magnet can be externally excited as well as connected in parallel or in series with the welding current be.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung ist die Blechschweißung mit dem elektrischen Lichtbogen. Bis jetzt ließen sich Jbleche mit einer Gesamtwandstärke unter 3 mm nicht ohne weiteres verschweißen. War man dennoch gezwungen, den Lichtbogen zur Schweißung zu verwenden, so mußte man Blechstreifen in die Schweißnaht legen, damit sich die Gesamtwandstärke wieder auf 3 mm erhöht. Die Unrentabilität dieses Hilfsmittels ist augenfällig, das daher nur im äußersten Falle verwendet worden ist. Ebenso bereitet das Verschweißen dünner Bleche von weniger als 1,5 mm Wandstärke mit um ein Vielfaches stärker bemessenem Material meist bedeutende Schwierigkeiten, da vor der eigentlichen Schmelze der größeren Masse das dünnere Blech schon weggeschmolzen ist und so ein einwandfreies Binden unmöglich macht.Another application example of the invention is the sheet metal welding with the electrical Electric arc. Up to now, Jbleche with a total wall thickness could be underneath Do not weld 3 mm easily. If you were still forced to use the arc To use welding, you had to put sheet metal strips in the weld, so the total wall thickness increases again to 3 mm. The inefficiency of this resource is obvious, which has therefore only been used in the most extreme cases. Likewise prepare the welding of thin sheets with a wall thickness of less than 1.5 mm Much more strongly dimensioned material usually significant difficulties, since before the actual Melt the larger mass, the thinner sheet has already melted away, making perfect binding impossible power.

Wenn in diesen beiden erwähnten Fällen durch entsprechend starkwandiges Material die Schweißung mit dem Lichtbogen dennoch vorgenommen wurde, waren mit dem gewöhnlichen, nicht stabilisierten Lichtbogen die erzielten Geschwindigkeiten nicht höher als 50 m in der Stunde, da bei größerer Geschwindigkeit jede Lnstabilität des Lichtbogens, weiche beispielsweise durch unregelmäßige Verteilung des spezifischen Widerstandes der Werkstückoberfläche z. B. durch ungleiche Verzinkung hervorgerufen wird, sich äußerst unangenehm durch Wandern des Lichtbogens fühloar macht. Der Fußpunkt des Lichtbogens wählt dann stets jene Stellen der Oberfläche, die den geringsten elektrischen Widerstand besitzen. Die Schweißnaht wird unzusammenhängend, von ungleichmäßigem Querschnitt, besitzt ungleichmäßige Festigkeit und zeigt kein gleichmäßig gutes Oberflächenaussehen. Wird in der Aosicht, durch größeren Einbrand eine größere Festigkeit zu erzielen, mit höheren Stromstärken geschweißt, so treten häufig Verbrennungserscheinungen auf, die die Schweißnaht wieder unbrauchbar machen.If, in these two cases mentioned, through appropriately thick-walled material the arc welding was carried out anyway, were with the usual, non-stabilized arc, the speeds achieved are not higher than 50 m per hour, because at higher speeds any instability of the arc, for example due to irregular Distribution of the specific resistance of the workpiece surface z. B. by unequal Zinc plating is caused to become extremely uncomfortable by wandering the arc makes easy. The base point of the arc then always selects those points on the surface which have the lowest electrical resistance. The weld becomes incoherent, has an uneven cross section, has uneven strength, and does not exhibit a uniformly good surface appearance. With the aim of achieving greater strength through greater penetration, When welding with higher currents, there are often signs of burns which make the weld seam unusable again.

Verwendet man jedoch einen Schweißbrenner nach der Erfindung, so kann man durch die Stabilisierung des Lichtbogens undHowever, if you use a welding torch according to the invention, you can by stabilizing the arc and

dessen Drehbewegung um seine eigene Achse Bleche mit einer Gesamtwandstärke von weniger als 3 mm bis 1 mm einwandfrei verschweißen, und ebenso lassen sich Bleche von weniger als 1,5 mm Wandstärke bis 0,5 mm mit im Verhältnis \^riel stärkerem Material ohne Schwierigkeit verschweißen, da durch die Gleichmäßigkeit des rotierenden Lichtbogens dem Arbeitsstück stets gleiche Wärmemengen zugeführt werden. Durch entsprechende Wahl der Stromstärke kann die Schweißenergie so eingestellt werden, daß wohl ein einwandfreies Verschmelzen, nicht aber ein Verbrennen des Arbeitsstückes stattfindet. whose rotary motion about its own axis sheets having a total wall thickness of less than 3 mm to 1 mm properly weld, and also to metal sheets, of less than 1.5 mm wall thickness to 0.5 mm with the ratio \ ^r iel stronger material without difficulty weld , because the uniformity of the rotating arc means that the workpiece is always supplied with the same amount of heat. By selecting the appropriate current intensity, the welding energy can be set in such a way that the work piece will fuse perfectly, but not burn it.

Damit ist ein Mittel gegeben, die Schweißgeschwindigkeit bedeutend zu steigern, so daß mit einer solchen von 50 bis 1000 m und mehr in der Stunde gearbeitet werden kann. Hierbei ist die Güte und das günstige Oberflächenaussehen der Naht von der Geschwindigkeit vollkommen unabhängig, die Schweißnaht ist vielmehr von überall gleicher Beschaffenheit und einheitlichen Festigkeitseigenschaften.This gives a means of increasing the welding speed significantly, so that with such from 50 to 1000 m and more per hour can be worked. Here is the quality and the favorable surface appearance of the seam from the speed completely independent, the weld seam is rather of the same quality everywhere and uniform strength properties.

Abb. 5 und 6 veranschaulichen im Längsschnitt und Grundriß beispielsweise eine Ausführungsform des in Abb. 2 nur schematisch angedeuteten Topfmagneten mit den näheren baulichen Einzelheiten. Der Schnitt der Abb. 5 ist nach der Alittelebene I-I der Abb. 6 genommen und der Grundriß der Abb. 6 von der Querebene U-II der Abb. 5 aus gesehen. Der Topfmagnet α mit dem Polschuh b wird durch eine Spule c erregt. Der Kohlenstab d ist in die wassergekühlten Backen β aus unmagnetischem Material eingespannt, die durch Federn / zusammengehalten werden, so daß bei axialer Verschiebung der Kohle ein inniges Anliegen der gekühlten Backen e erzielt wird.Fig. 5 and 6 illustrate in longitudinal section and plan, for example, an embodiment of the pot magnet, indicated only schematically in Fig. 2, with the more detailed structural details. The section in Fig. 5 is taken after the middle plane II of Fig. 6 and the plan of Fig. 6 is seen from the transverse plane U-II of Fig. 5. The pot magnet α with the pole piece b is excited by a coil c. The carbon rod d is clamped in the water-cooled jaws β made of non-magnetic material, which are held together by springs /, so that when the carbon is axially displaced, the cooled jaws e fit closely.

Die Backen können durch das Verdrehungsstück g auseinanderbewegt werden, damit ein Auswechseln und Einführen der Schweißkohle stattfinden kann. Die Klemmbacken e sind ferner in zwei zueinander senkrechten Ebenen durch die Bolzen h und / drehbar so gelagert, daß eine Einstellung möglich ist, wenn ein kleiner Neigungswinkel zwischen Kohle- und Magnetachse besteht und diese Ungenauigkeit nicht zum Bruch der Kohle führen soll. Das Kühlwasser wird den Backen e durch Kupferrohre k zugeführt.The jaws can be moved apart by the twisting piece g so that the welding carbon can be exchanged and inserted. The clamping jaws e are also rotatably mounted in two mutually perpendicular planes by the bolts h and / so that an adjustment is possible if there is a small angle of inclination between the carbon and magnet axes and this inaccuracy should not lead to breakage of the carbon. The cooling water is supplied to the jaws e through copper pipes k .

Das ganze Innere des Topf magneten α ist durch den Kühleinsatz / aus unmagnetischem Material vor der Einwirkung hoher Temperatüren geschützt. Der Zu- und Ablauf des Kühlwassers wird durch Kupferrohre m besorgt. Der Polschuh b des Topfmagneten ist ebenfalls wassergekühlt und zu diesem Zweck mit einem inneren, durch eine Platte aus magnetischem Material abgedeckten Hohlraum versehen. Die Zu- und Ableitung erfolgt durch Kupferrohre η, die durch Aussparungen im Kühleinsatz / wie alle anderen wasserführenden Rohre in das Gehäuse ο des Schweißkopfes munden, wo mittels biegsamer Schläuche eine entsprechende Hintereinander- oder Parallelschaltung des Kühlwassers in den einzelnen Wasserräumen erfolgt. Die Spule c ist der Einwirkung der Wärme durch das aus unmagnetischem Material bestehende Kühlgefäß p entzogen. Gegen äußere Beschädigungen schützt sie ein Kupfermantel q und ein .ßakelitring r. Der Kohlenstab d wird in die Zange j mittels der Klemmschraube t eingespannt und mit der Mutter u von der durch ein Schneckenvorgelege ν angetriebenen Spindel w verschoben. Die Achse χ dient zur Führung der Mutter u. The entire inside of the pot magnet α is protected from the effects of high temperatures by the cooling insert / made of non-magnetic material. The inlet and outlet of cooling water is concerned m by copper pipes. The pole piece b of the pot magnet is also water-cooled and for this purpose is provided with an inner cavity covered by a plate made of magnetic material. The supply and discharge is made through copper pipes η, which open out through recesses in the cooling insert / like all other water-carrying pipes in the housing ο of the welding head, where the cooling water is connected in series or in parallel in the individual water spaces by means of flexible hoses. The coil c is withdrawn from the action of heat through the cooling vessel p made of non-magnetic material. It is protected against external damage by a copper jacket q and a sakelite ring r. The carbon rod d is clamped in the tongs j by means of the clamping screw t and moved with the nut u by the spindle w driven by a worm gear transmission ν . The axis χ is used to guide the mother u.

Der Vorschub der Schweißkohle geschieht selbsttätig gemäß dem Kohlenabbrand und der Oberfiächenbeschaffenheit des Schweißstückes, so daß stets die gleiche Lichtbogenspannung bzw. gleiche Lichtbogenlänge eingehalten wird. Der Antriebsmotor für das Schneckenvorgelege ν wird durch ein Relais der Lichtbogenspannung entsprechend gesteuert. Gleichzeitig ist aber noch eine Hand- · nachstellung des Kohlenstabes durch das Handrad D vorgesehen, wenn aus irgendeiner Ursache vom selbsttätigen Vorschub abgesehen wird. Zu diesem Zweck kann durch den Kuppelstift E und den Knopf F der Keil G das Schneckenrad ν ausgeschaltet werden, so daß das ständig mit der Vorschubspindel w gekuppelte Handrad!) benutzt werden kann.The feed of the welding carbon takes place automatically according to the carbon burn and the surface properties of the welding piece, so that the same arc voltage or the same arc length is always maintained. The drive motor for the worm gear reducer ν is controlled according to the arc voltage by a relay. At the same time, however, a manual readjustment of the carbon rod by means of the handwheel D is provided if, for whatever reason, the automatic feed is dispensed with. For this purpose, the wedge G can be switched off by means of the coupling pin E and the button F of the worm wheel ν , so that the hand wheel, which is constantly coupled to the feed spindle w , can be used.

Zur Regelung der Feldstärke des Topfmagneten dienen mehrere Anzapfstellen der Spule, die in Abb. 7 durch die Anschlußklemmen ο, ι, 2, 3, 4 angedeutet sind, an die entsprechend der gewünschten Induktion das Stromzuführungskabel y und das Ableitungskabel ζ gelegt werden kann. Das Ableitungskabel 2 ist an der Klemmbrücke A (vgl. Abb. 6) befestigt, an welche die Kohlenbackenkabel B und C angeschlossen sind, die den Strom zur Elektrode führen. Eine Regelung der Feldstärke kann auch durch einen zur Spule c parallel geschalteten Regelwiderstand vorgenommen werden, wenn die Spule mit dem bchweißstrom in Serie geschaltet ist oder bei Fremderregung der Spule durch einen in Reihen- oder Parallelschaltung liegenden Regelwiderstand erzielt werden.To regulate the field strength of the pot magnet, several taps of the coil are used, which are indicated in Fig. 7 by the terminals ο, ι, 2, 3, 4, to which the power supply cable y and the discharge cable ζ can be placed according to the desired induction. The discharge cable 2 is attached to the clamping bridge A (see Fig. 6), to which the carbon jaw cables B and C are connected, which carry the current to the electrode. The field strength can also be regulated by a rheostat connected in parallel to the coil c if the coil is connected in series with the welding current or if the coil is externally excited by a rheostat in series or parallel.

Claims

Claims: _tl ,

i. Welding torches for electric arc welding, in which a conductive electrode rod is one electrode and the workpiece to be welded is the other electrode forms and the arc is magnetically influenced, characterized by the use of a magnet with a star

shaped or sleeve-shaped iron core, the end of which is in a flange-like manner is bent inside and in whose axis of symmetry the arc is so that it is made up of nothing but pole pieces of the same polarity is surrounded, which generate a force field through which a rotary movement of the arc around its central axis for the purpose Stabilization of the arc root is achieved.

2. Welding torch according to claim i, characterized by an iron, surrounded by a coil (c), water-cooled pot magnet (α) with internally arranged resilient jaws (e) made of non-magnetic material, within which the electrode (d) is displaceable, and also with a cooling device (/, ρ) for the coil (c) and the electrode holder (e, Fig. S and 6).

1 sheet of drawings