DE60015528T2

DE60015528T2 - Verfahren und anlage zum automatischen mehr-plasmaschweissen

Info

Publication number: DE60015528T2
Application number: DE60015528T
Authority: DE
Inventors: Louis Auzary
Original assignee: La Soudure Autogene Francaise; Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude; Lincoln Electric Co France SA
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2020-04-29
Also published as: DE60015528D1; AU4410800A; FR2793178A1; KR20010113910A; EP1181126B1; JP2002543983A; WO2000067943A1; FR2793178B1; CA2373103A1; EP1181126A1; ATE281267T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Schweißen mit Mehrfach-Plasma, vorzugsweise Dreifach-Plasma, insbesondere von Stählen, rostfreien Stählen und Trägermaterial aus Nickel.
Es gibt derzeit mindestens zwei Schweißtechniken, die üblicherweise verwendet werden, um Materialien aus Stahl, rostfreiem Stahl, Nickel zu verschweißen, nämlich Laserschweißen und TIG-Schweißen.
Das TIG-Schweißen (für Tungsten Inert Gas, Wolfram-Inertgas) beruht auf der Erzeugung eines Lichtbogens zwischen einer Elektrode, wie beispielsweise einer Wolframelektrode zusammen mit dem Auftrag eines Schmelzdrahtes, und dem oder den zu verschweißenden Teilen.
Das Schmelzen des Metalls geschieht in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise unter einem Strom von Argon, Helium oder einer Mischung dieser beiden Gase.
Nun variiert allerdings die Schweißgeschwindigkeit eines TIG-Verfahrens insbesondere abhängig von der Dicke des zu verschweißenden Materials und der Stahlklasse, der Art oder der Zusammensetzung des zu verschweißenden Materials.
Es kann beispielsweise eine Schweißgeschwindigkeit von 1,3 m.min^–1 für ein gegebenes Material und eine gegebene Dicke erreicht werden, wohingegen dasselbe Material mit einer geringeren Dicke, beispielsweise ungefähr der Hälfte, mit einer Schweißgeschwindigkeit im Bereich von 4 m.min^–1 geschweißt werden kann, d.h. ungefähr dreimal so schnell.
In einem Versuch, die Leistungsfähigkeit des Schweißens zu verbessern, ist eine Abwandlung des TIG-Schweißens entwickelt worden, nämlich das TIG-Schweißen mit Mehr fach-Kathode und doppeltem Schutzgasstrom.
So wird in dem Dokument „High speed single sided welding of thin sheet by multi electrode arc welding" (Einseitiges Hochgeschwindigkeitsschweißen von Feinblech durch Lichtbogenschweißen mit Mehrfach-Elektroden), K. Yasuda et al., Quarterly Journal of the Japan Welding Society (Vierteljährliche Zeitschrift der Japanischen Schweißgesellschaft), 1987-5(4), Seiten 477–482, berichtet, dass das TIG-Schweißen mit Doppelkathode eine Verbesserung der Schweißgeschwindigkeit von Blechen der Stahlklasse SUS 304 und einer Dicke von bis zu 1,2 mm ermöglicht.
Auf analoge Weise wird in dem Dokument „Configurational optimization of 3 TIG torches bases an bead-on welding tests" (Optimierte Konfiguration von 3 TIG-Brennern auf der Grundlage von Versuchen mit aufgeschweißten Raupen), Y. MIYAMOTO et al., Journal of the JSTP; Band 29, Nr. 333; 1988-10, Seiten 1067–1073, ein TIG-Schweißverfahren mit Dreifach-Kathode beschrieben, das ein schnelles Verschweißen von Titanrohren von 0,7 mm Dicke ermöglicht.
Darüber hinaus wird in dem Dokument „Studies on twin electrode switching arc welding method" (Untersuchungen an einem Schaltlichtbogenschweißverfahren mit Doppelelektrode), S. Kokura et al., 1982, Seiten 49–53, gezeigt, dass ein TIG-Schweißverfahren mit Doppelkathode ein Verschweißen von Blechen aus Kupfer und weichem Stahl von 3,2 mm Dicke bis zu einer maximalen Schweißgeschwindigkeit von 0,600 m.min^–1 ermöglicht.
Darüber hinaus führt das Dokument EP-A-896 853 noch eine Verbesserung an den bestehenden Verfahren an.
Allerdings sind diese TIG-Verfahren mit Mehrfach-Kathode häufig bezüglich der Dicke begrenzt, die mit vollem Einbrand geschweißt werden kann.
Außerdem sind diese im Allgemeinen nicht für Dicken von mehr als 1,5 mm ausgestaltet, oder aber diese Dicken können auf Kosten einer deutlichen Verringerung der Schweißgeschwindigkeit und/oder der Einbrandleistung der Schweißnaht erreicht werden.
Das Dokument US-A-4,143,260 beschreibt eine Plasmaschweißanlage mit drei Elektroden.
Darüber hinaus lehrt das Dokument EP-A-896 853 ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem weder eine Vorwärmung vor dem Schweißen noch irgendein Endbearbeitungsschritt nach dem Schweißen eingesetzt wird.
Schließlich beschreibt das Dokument DE-A-2 708 618 ein automatisches Plasmaschweißverfahren, bei dem drei aufeinander folgende Elektroden eingesetzt werden, welche jede dieselbe Schweißenergie liefern, wobei jede Elektrode mit ihrer eigenen Düse ausgestattet ist.
Das sich nun stellende Problem liegt darin, nicht nur mit einer hohen Schweißgeschwindigkeit schweißen zu können, sondern auch auf wirkungsvolle Weise, vorzugsweise bei vollem Einbrand des oder der zu verschweißenden Materialien, einschließlich bedeutender Dicken, nämlich von 1,5 mm bis ungefähr 6 mm.
Anders ausgedrückt liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die bestehenden Schweißverfahren dergestalt zu verbessern, dass von einem industriellen Standpunkt aus gesehen große Produktivitätsleistungen, insbesondere hinsichtlich der Schweißgeschwindigkeit und der Einbranddicke der Schweißnaht, garantiert werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft folglich ein Verfahren zum automatischen Plasmaschweißen von mindestens zwei Teilen von mindestens einem Metallstück, bei spielsweise die beiden Längsränder eines Rohres, wobei die beiden zu verschweißenden Teile mindestens mittels einer Stoßfläche zusammengefügt werden, bei dem:

a) mindestens ein erster Plasmastrahl erzeugt wird, welcher eine erste lineare Schweißenergie (ΔE1) aufweist, die einen positiven Wert hat und nicht Null ist,
b) im Wesentlichen gleichzeitig mit dem ersten Plasmastrahl mindestens ein zweiter Plasmastrahl erzeugt wird, welcher eine zweite lineare Schweißenergie (ΔE2) aufweist, die positiv und nicht Null ist,
c) im Wesentlichen gleichzeitig mit dem ersten und zweiten Plasmastrahl mindestens ein dritter Plasmastrahl erzeugt wird, welcher eine dritte lineare Schweißenergie (ΔE3) aufweist, die einen positiven Wert hat und nicht Null ist,
d) ein Verschweißen der beiden Teile miteinander vorgenommen wird, bei dem mindestens ein Teil der zu verschweißenden Stoßfläche dem ersten, zweiten und dritten Plasmastrahl ausgesetzt wird,

– einem Vorwärmen oder einem Zusammenheften mittels eines ersten Plasmastrahls, einem Schweißen bei im Wesentlichen vollem Einbrand mittels des zweiten Plasmastrahls, und
– einem Fertigschweißen mittels des dritten Plasmastrahls.

Im Rahmen der Erfindung wird die lineare Schweißenergie (ΔE) von der folgenden empirischen Formel ausgehend bestimmt ΔE = (U × I × 60)/Vswobei: U die Stromspannung in Volt ist,
I die Stromstärke in Ampere ist,
Vs die Schweißgeschwindigkeit in cm/min ist.
Je nach Fall kann das Verfahren gemäß der Erfindung eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:

– die erste lineare Schweißenergie (ΔE1) des ersten Plasmastrahls ist niedriger als die zweite lineare Schweißenergie (ΔE2) des zweiten Plasmastrahls.
– die dritte lineare Schweißenergie (ΔE3) des dritten Plasmastrahls ist niedriger als die zweite lineare Schweißenergie (ΔE2) des zweiten Plasmastrahls;
– das Schweißen wird im Wesentlichen im Schlüssellochverfahren bei vollem Einbrand betrieben;
– während des Fertigschweißens kann der dritte Plasmastrahl, beispielsweise durch elektromagnetische Ablenkung des Bogens, in eine oszillierende Bewegung gebracht werden;
– beträgt die Schweißgeschwindigkeit zwischen 0,8 6 m.min^–1 und 6 m.min^–1;
– beträgt die erste lineare Schweißenergie (ΔE1) des ersten Plasmastrahls zwischen 0,5 und 2,5 kJ/cm;
– beträgt die zweite lineare Schweißenergie (ΔE2) des zweiten Plasmastrahls zwischen 1,5 und 3 kJ/cm;
– beträgt die dritte lineare Schweißenergie (ΔE3) des dritten Plasmastrahls zwischen 1 und 2,5 kJ/cm;
– beträgt die mittlere Dicke des Metallstücks oder der Metallstücke im Bereich von mindestens einem Teil der Stoßfläche zwischen 0,5 mm und 7 mm, vorzugsweise ungefähr 1 mm bis 6 mm, und noch eher wird mindestens 1,5 mm vorgezogen;
– besteht das oder die Metallstück(e) aus einem Metall, welcher aus Kohlenstoffstahl, rostfreiem Stahl, Nickel, Aluminium und den sie enthaltenden Metalllegierungen ausgewählt wird.

Im Gegensatz zu einem TIG-Schweißverfahren mit Mehrfach-Kathode vom Stand der Technik, ermöglicht das Schweißverfahren mit Mehrfach-Plasma nach der Erfindung die Schweißleistung aufgrund der Tatsache zu erhöhen, dass die Energiedichte von jedem Plasmastrahl deutlich höher als diejenige ist, die beim TIG-Schweißen erreicht werden kann.
Darüber hinaus ist das Verfahren mit Mehrfach-Plasma nach der Erfindung von großem Interesse, weil es nämlich möglich ist, indem mit der Energiedichte von jedem Plasmastrahl experimentiert wird, einem jedem der Plasmastrahlen eine unterschiedliche lineare Schweißenergie (ΔE) zuzuweisen und infolgedessen eine unterschiedliche Funktion während des Schweißvorganges.
Infolgedessen kann bei dem Fall eines Verfahrens mit Dreifach-Plasma gemäß der Erfindung, bei dem drei Plasmastrahlen eingesetzt werden, ein unterschiedliches Niveau der Energiedichte für jeden der Strahlen ausgewählt werden, so dass Folgendes erreicht wird:

– ein erster Plasmastrahl, dessen lineare Schweißenergie (ΔE1) auf einen Wert festgelegt ist, der es ermöglicht, ein konzentriertes Vorwärmen im Bereich der Stoßfläche zu verwirklichen, beispielsweise eine Energie von 1 kJ/cm;
– ein zweiter Plasmastrahl, dessen lineare Schweißenergie (ΔE2) auf einen Wert festgelegt wird, der es ermöglicht, ein Verschweißen im Schlüssellochverfahren bei vollem Einbrand des zu verschweißenden Materials oder der zu verschweißenden Materialien zu verwirklichen, um am Ende eine schmale Schweißnaht zu verwirklichen, beispielsweise eine Energie von 2 kJ/cm;
– und ein dritter Plasmastrahl, dessen lineare Schweißenergie (ΔE3) auf einen Wert festgelegt ist, der es ermöglicht, ein Fertigschweißen der hergestellten Schweißnaht zu verwirklichen, beispielsweise eine Energie von 1,5 kJ/cm.

Indessen können weitere Abwandlungen des Verfahrens außerdem erfolgreich, abhängig von der zu verschweißenden Dicke, eingesetzt werden, beispielsweise:

– für eine Dicke von 2,5 bis 3,5 mm wird ein erster Plasmastrahl erzeugt, dessen Energie (ΔE1) auf 1,5 kJ/cm festgelegt ist, um ein Zusammenheften der Stoßfläche zu verwirklichen, d.h. ein Verschweißen bei nur teilweisem Einbrand, ein zweiter Plasmastrahl, dessen Energie (ΔE2) auf 2 kJ/cm festgelegt ist, um ein Verschweißen bei vollem Einbrand im Schlüssellochverfahren zu verwirklichen, und ein dritter Plasmastrahl, dessen Energie (ΔE3) auf 2,5 kJ/cm festgelegt ist, um ein Fertigglätten der Schweißnaht zu verwirklichen; und,
– für eine Dicke von > 3,5 mm, wird ein erster Plas mastrahl erzeugt, dessen Energie (ΔE1) auf 2,5 kJ/cm festgelegt ist, um ein Zusammenheften der Stoßfläche zu verwirklichen, ein zweiter Plasmastrahl, dessen Energie (ΔE2) auf 3 kJ/cm festgelegt ist, um ein Verschweißen im Schlüssellochverfahren zu verwirklichen, und ein dritter Plasmastrahl, dessen Energie (ΔE3) auf 2,5 kJ/cm festgelegt ist, um ein Fertigglätten zu verwirklichen.

Daraus geht hervor, dass das Verfahren der Erfindung eine große Anwendungsvielfalt ermöglicht und zu schmalen Schweißnähten führt, und dies sogar bei großen Dicken, d.h. von 1,5 bis 6 mm ungefähr.
Darüber hinaus wird vorzugsweise die Leistungsfähigkeit des Verfahrens mit Dreifach-Plasma gemäß der Erfindung erhöht, indem die Verteilung des Erstarrens, wie es in dem Schriftstück EP-A-896 853 gelehrt wird, das hier durch Bezugnahme aufgenommen ist, vorgenommen wird oder indem sie berücksichtigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung außerdem eine automatische Schweißanlage mit Mehrfach-Plasma nach Anspruch 10.
Vorzugsweise beträgt der Abstand, welcher die Ausgangsöffnungen der inneren Düsen von zwei aufeinander folgenden Brennern trennt, zwischen 20 und 30 mm.
Vorteilhafterweise kann das Verfahren der Erfindung zur Herstellung eines metallischen Rohres ausgehend von einem Metallblech, das eine Dicke von zwischen 0,5 mm und 6 mm aufweist und von dem zwei längliche Ränder, welche die Enden des Metallblechs ausbilden, Stoß auf Stoß gemäß einer Stoßfläche zusammengefügt werden und entlang der Stoßfläche miteinander verschweißt werden.
Die Erfindung wird nun ausführlicher auf der Grundlage von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, die zu Anschauungszwecken, aber nicht einschränkend gegeben werden.
1 stellt schematisch in einer teilweisen Schnittansicht einen TIG-Schweißvorgang mit Dreifach-Kathode unter doppeltem Schutzstrom gemäß vorbekannter Technik dar, bei welchem die Verschweißung an einem Metallrohr T ausgeführt wird.
Ein Schweißbrenner ist in einer Vorderansicht zu sehen, welcher eine Reihe mit drei ausgerichteten feuerfesten Wolframelektroden E umfasst, (wobei nur eine einzige Elektrode dargestellt ist), wobei jede der Elektroden im Inneren von zwei konzentrischen Düsen angeordnet ist, nämlich eine innere Düse BI und eine ringförmige Düse BA, welche um jede Elektrode E eine Hülse ausgestalten.
Ein erstes Schutzgas G1 strömt zwischen jeder ringförmigen Düse BA und jeder inneren Düse BI, und ein zweites Schutzgas G2 strömt seinerseits zwischen jeder inneren Düse BI und jeder Elektrode E dergestalt, dass eine Schutzgasatmosphäre im Bereich der Schweißzone ZS gebildet wird.
Die Schutzgasatmosphäre besteht aus einem einzigen Gas oder aus einer Mischung von mehreren Gasen, beispielsweise aus Helium und Argon oder Wasserstoff und Argon.
Das erste Gas G1 und zweite Gas G2 werden am Ausgang der inneren Düse BI und der ringförmigen Düse BA in einem inneren zentralen Strom FI und einem äußeren umfangsseitigen Strom verteilt.
Wie in 1 festzustellen ist, erzeugt jede Elektrode einen Lichtbogen A1, A2, A3, wobei der Lichtbogen einen schrittweisen Einbrand in die Dicke des zu schweißenden Rohres T im Bereich der Schweißzone ZS ermöglicht, bis eine Stoßfläche gebildet ist.
Allerdings ermöglicht diese Schweißart, wie schon zuvor erläutert, keine Erzielung höherer Leistungen, insbesondere nicht, wenn die Dicke des zu schweißenden Rohres mehr als 1,5 mm beträgt.
2 stellt ihrerseits schematisch einen Schweißvorgang mit Dreifach-Plasma eines Rohres T gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Auch hier umfasst der automatische Schweißbrenner TS drei ausgerichtete Elektroden E in der Vorderansicht (wobei nur eine einzige Elektrode) dargestellt ist.
Jede Elektrode E ist in das Innere einer inneren Düse TI eingesetzt, die mit einer Düsenöffnung OT versehen ist, welche den Austritt des Plasmastrahls JP ermöglicht.
Jede innere Düse TI ist ihrerseits von einer ringförmigen äußeren Düse BA umgeben.
Ein plasmaerzeugendes Gas GP wird in die plasmaerzeugende Kammer CP von jeder inneren Düse GI eingeführt, wo es beim Kontakt mit dem von der Elektrode E gelieferten Lichtbogen ionisiert wird, bevor es durch die Ausgangsöffnung OT ausgestoßen wird.
Ein ringförmiges Schutzgas GA wird durch die ringförmige Kammer CA befördert, welche zwischen den Wänden der inneren Düse TI und der ringförmigen Düse angeordnet ist.
Im Bereich der Schweißzone ZS ermöglicht der erste Plasmastrahl J1, eine Vorwärmung der Stoßfläche des Rohres T oder dessen Zusammenheftung zu erhalten, der zweite Plasmastrahl J2, dessen lineare Schweißenergie (ΔE2) höher als diejenige (ΔE1) des ersten Plasmastrahls J ist, ermöglicht ein Schweißen im Schlüs sellochverfahren bei vollem Einbrand, d.h. über die gesamte Dicke des Rohres T zu verwirklichen, und der dritte Plasmastrahl J3 ermöglicht die Durchführung eines Fertigschweißens mit einer linearen Schweißenergie (ΔE3), die geringer als diejenige (ΔE2) des zweiten Plasmastrahls J2 ist.
3 stellt schematisch eine automatische TIG-Schweißanlage mit Dreifach-Kathode gemäß vorbekannter Technik dar, wohingegen 4 und 5 Schemata von zwei Ausführungsformen einer Anlage mit Dreifach-Plasma gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Genauer gesagt sind in 3 drei Brenner T1 bis T3 zu sehen, die mit Düse B1 bis B2 mit doppeltem Strom ausgestattet sind, ähnlich derjenigen in 1, die jede eine Wolframelektrode E1 bis E3 umfassen, die gegenüber einem zu schweißenden Stück P angeordnet sind.
Jede Elektrode E1 bis E3 wird mit elektrischem Strom durch eine eigens für sie vorgesehene Stromquelle S1 bis S3 versorgt.
Die Brenner T1 bis T3 sind voneinander unabhängig und die Zündung der Lichtbögen geschieht zwischen den Elektroden E1 bis E3 und dem Stück P.
4 stellt eine erste Ausführungsform einer automatischen Schweißanlage mit Dreifach-Plasma dar, in welcher das Verfahren gemäß der Erfindung eingesetzt wird, die drei voneinander unabhängige Plasmabrenner umfasst.
Jeder Brenner T1 bis T3 ist jeweils mit einer Elektrode E1 bis E3, einer inneren Düse TI und einer ringförmigen Düse TA ausgestattet, so wie auch in 2 schematisch dargestellt.
In diesem Fall ist jede innere Düse TI elektrisch gegen die anderen inneren Düsen TI isoliert, und auf analoge Weise ist jede ringförmige Düse TA elektrisch gegen die anderen ringförmigen Düsen TA isoliert.
Der Aufbau der Plasmastrahlen erfolgt zunächst durch einen Startlichtbogen zwischen jeder Elektrode und jeder inneren Düse TI, anschließend durch Übertragung des Lichtbogens und des plasmaerzeugenden ionisierten Gases, also des Plasmastrahls, zu dem zu schweißenden Stück P.
5 ist analog zur 4, stellt allerdings die Ausführungsform der automatischen Schweißanlage mit Mehrfach-Plasma gemäß der Erfindung dar, bei welcher die drei Brenner T1 bis T3 eine einzelne und dieselbe Düse TU aufweisen, die einen einzigen Düsenblock bildet.
In diesem Fall ist das System der Hochfrequenzzündung und des Lichtbogens den drei Brennern gemeinsam und das Schutzgas ist ebenfalls gemeinsam.
6 ist ein Schema in der Ansicht von unten der Verwendung einer Anlage mit Dreifach-Plasma gemäß der Erfindung zum Herstellen von Metallrohren T, ausgehend von einem Metallblech, dessen beide Längsränder aneinander dergestalt angenähert werden, dass sie die zu schweißende Stoßfläche PJ bilden.
Diese Anlage ist analog derjenigen von 5 und umfasst eine Reihe mit drei Plasmabrennern, T1, T2 und T3, die ausgerichtet sind und jeder eine innere Düse TI und eine ringförmige Düse TA umfassen, wobei die ringförmigen Düsen TA aus einem einzigen Düsenblock gebildet sind.
Das zu schweißende Rohr T wird in Bezug auf die Brennerreihe T1 bis T3 in eine relative translatorische Verschiebungsbewegung versetzt, wobei die Verschiebungsrichtung des Rohres T der Richtung des Pfeiles F entspricht.
Die lineare Schweißenergie des Brenners T1 wird dergestalt geregelt, dass eine Vorwärmung oder ein Zusammenheften der Stoßfläche durchgeführt wird.
Die lineare Schweißenergie des Brenners T2 wird dergestalt geregelt, dass ein Verschweißen bei vollem Einbrand im Schlüssellochverfahren der Stoßfläche durchgeführt wird.
Die lineare Schweißenergie des Brenners T3 wird dergestalt geregelt, dass ein Fertigschweißen der Schweißnaht durchgeführt wird, wobei der durch den Brenner T3 gelieferte Plasmastrahl vorzugsweise in eine oszillierende Bewegung gebracht wird, die durch den Pfeil F' angezeigt wird.
Wie zu erkennen, kann die gesamte Stoßfläche PJ in vier unterschiedliche Zonen A, B, C und D unterteilt werden.
Genauer gesagt entspricht die Zone A dem Bereich der Stoßfläche PJ des Rohres T, das noch keinem der Plasmastrahlen ausgesetzt worden ist.
Die Zone B entspricht dem Bereich der Stoßfläche PJ, welche eine Vorwärmung oder ein Zusammenheften dadurch erfahren hat, dass sie dem ersten Plasmastrahl ausgesetzt wurde, der durch den Brenner T1 geliefert wird.
Die Zone C entspricht dem Bereich der Stoßfläche PJ, die aufeinander folgend die Vorwärmung oder die Zusammenheftung (Zone B), anschließend eine Schweißung bei vollem Einbrand im Schlüssellochverfahren des zweiten Plasmastrahls erfahren hat, der von dem Brenner T2 geliefert wird.
Die Zone D entspricht dem Bereich der Stoßfläche PJ, die aufeinander folgend die Vorwärmung oder die Zusam menheftung (Zone B), die Schweißung bei vollem Einbrand (Zone C), anschließend ein Fertigschweißen oder Auffüllen mittels des dritten Plasmastrahls erfahren hat, der von dem Brenner T3 geliefert wird.
Beispiel
Um das Verfahren mit Dreifach-Plasma der Erfindung zu validieren, werden mehrere Schweißversuche mit stumpfer Verbindung von zwei Metallstücken aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 1 bis 4 mm durchgeführt, indem mehrere Gasarten verwendet werden, nämlich Argon, und Mischungen aus Argon und Wasserstoff, insbesondere die Mischungen NOXAL 2^TM und NOXAL 3^TM, welche durch die Firma L'AIR LIQUIDE vertrieben werden, die Argon und jeweils 2,5 % und 5% Wasserstoff enthalten.
Die Versuche werden mit plasmaerzeugenden Gasdurchsätzen von 1,5 l.min^–1 bis 4 l.min^–1 durchgeführt. Darüber hinaus wird der Abstand zwischen Elektrode/Düse von 0,5 mm bis 3 mm verändert.
Die Ergebnisse sind bei allen Fällen zufriedenstellend und ermöglichen, ein wirkungsvolles Schweißen bei vollem Einbrand mit Schweißgeschwindigkeiten erzielen, die von 4 m/min bis 6 m/min reichen, und dies bei Dicken (bis zu 4 mm), die deutlich höher sind als diejenigen, die herkömmlicherweise beim TIG-Schweißen erzielt werden, als auch eine sehr deutliche Erhöhung der Haltbarkeit der Elektroden im Vergleich zum herkömmlichen TIG-Schweißen, wo die Elektroden im besten Fall alle vier bis fünf Stunden ausgewechselt werden müssen, wodurch allein dadurch bei jedem Ersetzen ein Anhalten der Schweißanlage erforderlich ist.
Darüber hinaus wird gemäß der Erfindung die Stabilität der drei Plasmabögen in allen Fällen ebenfalls zufriedenstellend beurteilt, und bei den unterschiedlichen verwendeten Gasen kann keine Zündungsschwierigkeit er fasst werden.

Claims

Verfahren zum automatischen Plasmaschweißen von mindestens zwei Teilen von mindestens einem Metallstück, wobei die beiden zu verschweißenden Teile mindestens mittels einer Stoßfläche zusammengefügt werden, bei dem: a) mindestens ein erster Plasmastrahl erzeugt wird, welcher eine erste lineare Schweißenergie (ΔE1) aufweist, die einen positiven Wert hat und nicht Null ist, b) im Wesentlichen gleichzeitig mit dem ersten Plasmastrahl mindestens ein zweiter Plasmastrahl erzeugt wird, welcher eine zweite lineare Schweißenergie (ΔE2) aufweist, die positiv und nicht Null ist, c) im Wesentlichen gleichzeitig mit dem ersten und zweiten Plasmastrahl mindestens ein dritter Plasmastrahl erzeugt wird, welcher eine dritte lineare Schweißenergie (ΔE3) aufweist, die einen positiven Wert hat und nicht Null ist, d) ein Verschweißen der beiden Teile miteinander vorgenommen wird, bei dem mindestens ein Teil der zu verschweißenden Stoßfläche dem ersten, zweiten und dritten Plasmastrahl ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Bereich der zu verschweißenden Stoßfläche aufeinander folgend und auf kontinuierliche Weise Folgendem ausgesetzt wird: – einem Vorwärmen oder einem Zusammenheften mittels eines ersten Plasmastrahls, – einem Schweißen bei im Wesentlichen vollem Einbrand mittels des zweiten Plasmastrahls, und – einem Fertigschweißen mittels des dritten Plasmastrahls.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste lineare Schweißenergie (ΔE1) des ersten Plasmastrahls niedriger als die zweite lineare Schweißenergie (ΔE2) des zweiten Plasmastrahls ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte lineare Schweißenergie (ΔE3) des dritten Plasmastrahls niedriger als die zweite lineare Schweißenergie (ΔE2) des zweiten Plasmastrahls ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen bei im Wesentlichen vollem Einbrand mittels des zweiten Plasmastrahls im Schlüssellochverfahren betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Plasmastrahl während des Fertigschweißens in eine oszillierende Bewegung gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißgeschwindigkeit zwischen 0,8 und 6 m/min^–1 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste lineare Schweißenergie (ΔE1) des ersten Plasmastrahls zwischen 0,5 und 2,5 kJ/cm, und/oder die zweite lineare Schweißenergie (ΔE2) des zweiten Plasmastrahls zwischen 1,5 und 3 kJ/cm, und/oder die dritte lineare Schweißenergie (ΔE3) des dritten Plasmastrahls zwischen 1 und 2,5 kJ/cm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dicke des mindestens einen Metallstückes in Höhe von mindestens einem Teil der Stoßfläche zwischen 0,5 mm und 7 mm, vorzugsweise ungefähr 1 mm bis 6 mm, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metallstück aus einem Metall besteht, welcher aus Kohlenstoffstahl, rostfreiem Stahl, Nickel, Aluminium und den sie enthaltenden Metalllegierungen ausgewählt wird.
Automatische Mehrfachplasmaschweißanlage von mindestens zwei Teilen von mindestens einem Metallstück (P), die geeignet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 einzusetzen, Trägermittel umfassend, die mindestens drei ausgerichtete Plasmabrenner (T1, T2, T3) tragen, wobei jeder Plasmabrenner eine Elektrode (E1, E2, E3) und mindestens eine innere Düse (TI) umfasst, die mit einer Ausgangsöffnung (OT) ausgestattet ist, wobei die Plasmabrenner mit einem einzigen Düsenblock ausgestattet sind, welcher die ringförmigen Düsen (BA) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, welcher die Ausgangsöffnungen der inneren Düsen (TI) von zwei aufeinander folgenden Brennern (T1, T2, T3) trennt, zwischen 16 mm und 40 mm beträgt, und die Brenner ein gemeinsames System einer Hochfrequenzzündung und eines Zündlichtbogens aufweisen.
Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass der Abstand, welcher die Ausgangsöffnungen (OT) der inneren Düsen von zwei aufeinander folgenden Brennern (T1, T2, T3) trennt, zwischen 20 und 30 mm beträgt.
Verwendung eines Verfahrens zum Schweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung eines metallischen Rohres (T) ausgehend von einer Metallfolie, die eine Dicke von zwischen 0,5 mm und 6 mm aufweist und deren zwei längliche Ränder, welche die Enden der Metallfolie ausbilden, Stoß auf Stoß gemäß einer Stoßfläche zusammengefügt werden und entlang der Stoßfläche miteinander verschweißt werden.