-
Die
Erfindung betrifft eine Lichtbogenschweißanlage, die mehrere Lichtbogenschweißbrenner mit
doppeltem Schutzgasfluss aufweist, die eine Elektrode aus Wolfram
aufweisen, deren spitz zulaufendes Ende sich in oder ungefähr in einer
Ebene befindet, welche dieselbe ist wie die, die durch den Umfangsrand
des Endes der inneren Düse
gebildet wird, und ihre Verwendung zum Längsschweißen von Rohren oder ähnlichem.
-
Bei
der Ausführung
von Längsschweißverbindungen
von Rohren aus Kohlenstoffstahl oder aus nichtrostendem Stahl, insbesondere
von Rohren, die dazu bestimmt sind, als Maste oder Pfosten besonders
für die
Beleuchtung, welche "Kandelaber" genannt werden,
verwendet zu werden, liegen die zu schweißenden Dicken im Allgemeinen
in der Größenordnung
von 2,5 bis 4 mm im Bereich der Verbindungsebene, das heißt dort,
wo die zwei zu verschweißenden
Ränder
zusammentreffen und durch Schweißung zusammengefügt werden
müssen.
-
Die 1a und 1b zeigen
schematisch Vorbereitungen von Teilen, die zusammenzuschweißen sind,
um derartige Rohre zu bilden, nämlich
ein zylindrisches oder zylindrisch-konisches Teil in einer Position "Rand an Rand" in 1a und
ein polygonales, zum Beispiel achteckiges Teil in Schweißposition,
wobei ein "V" gebildet wird, in 1b.
-
Wie
in diesen 1a und 1b dargestellt ist,
muss für
Teile mit einer Dicke (EP), die 4 mm beträgt, der gewünschte Einbrand (PE) im Allgemeinen mindestens
2,4 mm betragen, um eine ausreichende mechanische Haltbarkeit des
so erhaltenen Rohres zu erzielen, insbesondere wenn es dazu bestimmt
ist, als Stützmast
verwendet zu werden.
-
Tatsächlich muss
das Verhältnis
PE/EP des Einbrandes PE zur Dicke EP, welches gewöhnlich gefordert
wird, um den Erfordernissen der Verwendung zu genügen, größer oder
gleich 60% sein (das heißt
2,4 mm/4 mm = 60%).
-
Eine
solche Schweißverbindung
wird gewöhnlich
durch Schweißen
erhalten, nämlich
Hochfrequenzschweißen
oder durch Unterpulverschweißen
(UP-Schweißen).
Diese Verfahren weisen jedoch Nachteile auf.
-
So
macht das Verfahren des UP-Schweißens die Verwendung eines Zusatzmetalls
und von Schweißflussmittel
erforderlich, was bei einer industriellen Anwendung nicht praktisch
ist.
-
Die
Geschwindigkeiten, die industriell mit einem UP-Schweißverfahren erreicht werden,
liegen in der Größenordnung
von 2 mm/m für
Rohrdicken von 4 mm in einer Position "Rand an Rand", was mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten
vereinbar ist, während
diejenigen, die beim Hochfrequenzschweißen erreicht werden können, zwar
weit höher
sind als die vorhergehenden, doch die Durchführung dieses Verfahrens ist
sehr teuer, weshalb es in der Industrie wenig verbreitet ist.
-
Außerdem werden
die geschweißten
Rohre in den meisten Fällen
anschließend
durch Feuerverzinkung mit einem Überzug
versehen.
-
Die Ästhetik
des Überzuges
wird jedoch durch die von außen
sichtbare Wulst beeinträchtigt, die
durch eine UP-Schweißung
verursacht wird, und außerdem
durch einen Unterschied im Aussehen des Zinküberzuges auf der Schweißverbindung
infolge der anderen metallurgischen Natur des Schweißdrahtes.
-
Um
diese Nachteile zu überwinden,
wurde bereits vorgeschlagen, derartige Verbindungen zu schweißen, indem
Verfahren des Plasma-Lichtbogenschweißens oder des WIG-Schweißens (Wolfram-Inertgas-Schweißen) angewendet
werden.
-
Das
Dokument
JP-A-07,256463 lehrt
einen Plasmaschweißbrenner
oder WIG-Schweißbrenner, der
eine Elektrode aufweist, die sich im Inneren der inneren Düse befindet,
jedoch über
den Umfangsrand der inneren Düse
hinaus hervorragen kann, derart, dass der Abstand zwischen der Elektrode
und dem Schweißteil
zwischen 1 und 6 mm beträgt.
-
Außerdem lehrt
das Dokument
US-A-2,806,124 die
Anwendung eines Lichtbogenschweißbrenners, der eine Elektrode
aus Wolfram und eine Düse
aus Kupfer aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die
Elektrode vollständig im
Inneren der Düse
befindet, und dadurch, dass die Form der Düse in Abhängigkeit von der Dicke des Schweißteils gewählt wird.
-
In
diesem Falle weist die Schweißverbindung
keine Wulst und auch keinen Unterschied in der Zusammensetzung des
geschmolzenen Metalls mehr auf, da bei diesen Typen von Verfahren
kein Zusatzmetall erforderlich ist, was die Ästhetik der Schweißverbindung
des geschweißten
und anschließend
verzinkten Rohres, das so erhalten wird, verbessert.
-
Jedoch
ist das Lichtbogenschweißen,
gleichgültig,
ob es sich um Plasma- oder WIG-Schweißen handelt, ein langsames
Verfahren, wenn es mit einem einzigen Schweißbrenner angewendet wird, da maximale
Geschwindigkeiten in der Größenordnung von
nur 10 bis 30 cm/min erreicht werden können, was bei industrieller
Anwendung oft klar unzureichend ist.
-
Es
wurde eine erhebliche Verbesserung vorgeschlagen, welche auf einem
WIG-Schweißen
mit mehreren Kathoden beruht, das heißt bei dem mehrere Lichtbögen angewendet
werden, die entlang der Ebene der herzustellenden Verbindung aneinandergereiht
sind, derart, dass jeder Bereich der Schweißverbindung nacheinander den
ver schiedenen Lichtbögen
ausgesetzt wird.
-
Dieser
Typ von Schweißverbindung
wird in dem Dokument
US-A-6,094,667 gelehrt,
wobei dieses Dokument den der Erfindung am nächsten kommenden Stand der
Technik repräsentiert.
-
So
wurde ein WIG-Schweißverfahren
mit mehreren Kathoden mit doppeltem Schutzgasfluss bereits angewendet,
um eine Schweißung
von Rohren aus nichtrostendem Stahl mit Dicken, die zwischen ungefähr 1 und
2 mm betragen, mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen.
-
2 zeigt
eine klassische Konfiguration des aktiven Teils eines der WIG-Schweißbrenner,
die dazu dienen, eine solche Schweißung mit mehreren Kathoden
unter doppeltem Schutzgasfluss zu realisieren. Wie zu erkennen ist,
weist ein solcher WIG-Lichtbogenschweißbrenner
1 eine Elektrode
2 aus
Wolfram mit einem spitz zulaufenden aktiven Ende
5 auf,
wo sich der Lichtbogen bildet. Die Elektrode
2 ist von
einer inneren Düse
3 und
einer äußeren Düse
4 umgeben.
Ein zentraler Gasfluss, im Allgemeinen ein Inertgas, und ein äußerer Gasfluss
zirkulieren zwischen der Elektrode und der inneren Düse
3 bzw.
zwischen der inneren Düse
3 und
der äußeren Düse
4,
bevor sie in Richtung der Schweißverbindung ausgestoßen werden.
In diesem Falle ragt das spitz zulaufende Ende
5 der Elektrode
nach wie vor über
den Umfangsrand
6 der inneren Düse
3 hinaus hervor,
das heißt,
dass das Ende
5 der Elektrode
2 aus der inneren
Düse
3 um
eine Länge
D herausragt, die normalerweise in der Größenordnung von ungefähr 4 mm
liegt, wie in dem Dokument
EP-A-1,459,830 offenbart
wird.
-
Um
dieses Verfahren mit mehreren Elektroden zu verbessern, wurde vorgeschlagen,
die WIG-Lichtbögen
durch Plasmalichtbögen
zu ersetzen. Tatsächlich
weist das Plasmaschweißen
gegenüber
einem WIG-Schweißen
mehrere Vorteile auf.
-
Der
erste Vorteil eines Plasmalichtbogens ist, dass er "wärmer" als ein WIG-Lichtbogen ist und dass
er daher ermöglicht,
bessere Schmelzleistungen und daher größere Dicken zu erreichen.
-
Ein
anderer wichtiger Vorteil ist, wie in 3 dargestellt,
dass in einem Plasmaschweißbrenner 1 die
Elektrode 2 aus Wolfram, die auf eine hohe Temperatur gebracht
wird, besser vor der Oxidation geschützt ist, insbesondere vor dem
Sauerstoff der Umgebungsluft und den Oxiden und Metallspritzern
des in der Nähe
befindlichen schmelzenden Metalls, insbesondere beim Schweißen eines
Kohlenstoffstahls, da sich die Elektrode 2 im Inneren der
inneren Düse 3 des
Plasmaschweißbrenners
befindet.
-
Noch
ein weiterer Vorteil eines Plasmaschweißbrenners ist, dass man einen
Pilotlichtbogen zwischen der Elektrode aus Wolfram und der Düse anwenden
kann. Dieser Lichtbogen wird zu Beginn durch einen Hochspannungs-/Hochfrequenzfunken gezündet, in
Gegenwart des zentralen Gases, welches normalerweise Argon ist,
und dieser Pilotlichtbogen wird vor der Zündung des Haupt-Schweißlichtbogens
in Funktion gehalten. Daher erfolgt die Zündung des Haupt-Schweißlichtbogens
an dem Schweißteil
augenblicklich, ohne einen Hochspannungs-/Hochfrequenzfunken bei jedem Beginn
einer Schweißung
zu erfordern, wodurch elektromagnetische Störungen an den Steuerungsorganen
der Maschine vermieden werden. Danach, unmittelbar nach Zündung des
Hauptlichtbogens und während
des Schweißens,
kann das zentrale Gas zweckmäßigerweise
durch ein anderes Gas ersetzt werden, das für das Schmelzen des Kohlenstoffstahls
besser geeignet ist, wie zum Beispiel das Gasgemisch vom Typ Argon/Wasserstoff,
das von L'Air Liquide
unter der Bezeichnung NOXAL 4TM vertrieben
wird.
-
Allgemein
ermöglicht
die gleichzeitige Anwendung mehre rer Lichtbögen bei WIG- oder Plasmaschweißbrennern,
die Schweißeigenschaften
zu verbessern, insbesondere die Schweißgeschwindigkeit und die ästhetische
Qualität
der Schweißnaht, aufgrund
dessen, dass:
- – ein Schweißbrenner
ermöglicht,
das Metall vorzuwärmen
und eine teilweise Schmelzung desselben an der Oberfläche zu bewirken,
- – ein
anderer Schweißbrenner
ermöglicht,
den Schmelzvorgang zu vollenden und die gewünschte Eindringtiefe der Schweißung sicherzustellen,
- – ein
zusätzlicher
Schweißbrenner,
Glättungs-Schweißbrenner
genannt, eventuell nach den beiden anderen hinzugefügt werden
kann, um die sichtbare Oberfläche
der Schweißnaht
erneut zum Schmelzen zu bringen, jedoch nur an der Oberfläche, um
das Aussehen des geschmolzenen Bereiches zu verbessern.
-
In
der Praxis sind jedoch Schwierigkeiten aufgrund der Ablenkungen
von Lichtbögen
aufgetreten, welche durch Wechselwirkungen der Lichtbögen untereinander
verursacht werden, die während
des Schweißens
mit einer solchen Anlage mit mehreren Elektroden verwendet werden.
-
Um
sie zu beseitigen, wurde vorgeschlagen, den elektrischen Rückstrom
jedes Lichtbogens auf eine spezielle Weise in dem Metall des Rohres
fließen
zu lassen, das heißt,
indem Kontaktschuhe oder Masseabgriffe hinter jedem Schweißbrenner
angeordnet werden, wie in 4 dargestellt,
welche eine Schweißanlage
mit drei Brennern 10, 11, 12 zeigt, die derart
aneinandergereiht sind, dass sie eine Schweißverbindung 14 realisieren,
wobei jeder Brenner mit Masseabgriffen 13 gekoppelt ist,
die sich stromabwärts
vom Auftreffpunkt jedes Lichtbogens auf das Rohr 15 befinden,
wobei die Bewegungsrichtung des zu schweißenden Rohres 15 relativ
zu den Brennern, welche feststehend sind, durch den Pfeil 16 angegeben
ist. Wie ersichtlich ist, werden die Lichtbögen 17 absichtlich
nach vorn abgelenkt, derart, dass ihre Stabilität verbessert wird.
-
Wie
in 3 zu erkennen ist, befindet sich bei einem Plasmaschweißbrenner
das Ende 7 der Elektrode 2 im Inneren der inneren
Düse 3,
was zur Folge hat, dass der während
des Schweißens
zwischen der Elektrode und dem oder den zu schweißenden Teilen
erzeugte Lichtbogen relativ lang ist, das heißt normalerweise mehr als 5
oder 6 mm.
-
Es
ist jedoch leicht zu verstehen, dass, je länger der Lichtbogen ist, die
oben erwähnten
Erscheinungen der Ablenkung von Lichtbögen um so mehr die Stabilität der Lichtbögen stören.
-
Die
elektromagnetischen Störungen
und somit die unvorhergesehenen Ablenkungen von Lichtbögen sind
um so größer, je
höher die
Stromstärke ist,
so dass, nachdem die Stärke
des hauptsächlichen
Schweißgleichstroms 320 Ampere übersteigt, die
Lichtbögen
nicht mehr ausreichend stabil für
eine industrielle Anwendung sind, insbesondere für das Schweißen der
Kohlenstoffstahlrohre mit einer Dicke in der Größenordnung von 3 bis 4 mm.
-
Da
man die Schweißstromstärke von
320 Ampere nicht leicht überschreiten
kann, sind die Schweißgeschwindigkeiten
somit durch das Verfahren selbst auf rund 1,5 bis 1,7 m/min für Rohre
mit einer Dicke von 4 mm begrenzt, wenn man eine Eindringtiefe der
Schweißung
von ungefähr
2,4 bis 2,5 mm wünscht.
-
Außerdem ist
das Auftreten von Gaseinschlüssen
an der Oberfläche
der Schweißnaht
festzustellen, welche die Ästhetik
der Schweißverbindung
und die mechanische Haltbarkeit der Verbindung stark beeinträchtigen.
Diese Fehler sind wahrscheinlich auf einen unzureichenden Gasschutz
des Schweißbades
zurückzuführen, welches
sehr langgestreckt ist, in der Größenordnung von mehreren cm
hinter dem letzten Brenner, verbunden mit einer "Auswaschung" des Bades aus geschmolzenem Metall
unter dem kombinierten Druck des Lichtbogens und des plasmagenen
Gases, welche die Verunreinigungen des Metalls und die Metalloxide
bei hoher Temperatur wieder aufsteigen und hervortreten lassen.
-
Die
sich ergebende Aufgabe besteht darin, die existierenden Anlagen
mit mehreren Elektroden und Verfahren zum Lichtbogenschweißen derart
zu verbessern, dass die Erscheinungen von Gaseinschlüssen der
Schweißnaht
vermieden oder auf ein Minimum begrenzt werden und die Schweißgeschwindigkeit
deutlich erhöht
wird, das heißt
eine verbesserte Schweißanlage
vorzuschlagen, bei der Brenner zur Anwendung kommen, welche die
Vorteil der Plasmaschweißbrenner
aufweisen, jedoch nicht deren Nachteile, wobei diese Anlage das
Schweißen der
Rohre ermöglichen
soll, die dazu bestimmt sind, als Pfosten oder Stützmasten
verwendet zu werden.
-
Die
Lösung
der Erfindung ist eine Lichtbogenschweißanlage, die mehrere Lichtbogenschweißbrenner
aufweist, von der Art, wie in Anspruch 1 definiert. Diese Anlage
weist mehrere Brenner auf, wobei jeder eine Elektrode aus Wolfram
mit einem spitz zulaufenden Ende, eine innere Düse, welche die Elektrode umgibt,
und eine äußere Düse, welche
die innere Düse
umgibt, aufweist, wobei der ringförmige Rand des Endes der inneren
Düse und
die Spitze der Elektrode sich im Wesentlichen in ein und derselben Ebene
befinden.
-
Gemäß der Erfindung
ist der Abstand d, der eine erste Ebene P, die zur Längsachse
der Elektrode senkrecht ist und auf der Höhe der Oberseite des am Ende
der inneren Düse
befindlichen ringförmigen Randes
verläuft,
von einer zweiten Ebene P' trennt, die
durch das spitz zulaufende Ende der Elektrode verlauft und die parallel
zu der ersten Ebene P ist, derart, dass gilt: 0 ≤ d < 1 mm, und die innere Düse weist
eine Austrittsöffnung
mit einem Durchmesser auf, der zwischen 5,3 und 7 mm liegt.
-
Je
nach dem vorliegenden Fall kann die Anlage der Erfindung eines oder
mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – Der Abstand
d, der eine erste Ebene P, die zur Längsachse der Elektrode senkrecht
ist und auf der Höhe
der Oberseite des am Ende der inneren Düse befindlichen ringförmigen Randes
verlauft, von einer zweiten Ebene P trennt, die durch das spitz
zulaufende Ende der Elektrode verläuft und die parallel zu der
ersten Ebene P ist, ist derart, dass gilt: d < 0,5 mm; vorzugsweise ist d gleich
0 mm.
- – Die
innere Düse
weist eine Austrittsöffnung
mit einem Durchmesser auf, der zwischen 5,7 und 6,5 mm liegt.
- – Die
innere Düse
weist eine Austrittsöffnung
mit einem Durchmesser in der Größenordnung
von 6 mm auf.
-
Vorzugsweise
weist die Anlage 2 bis 5 aneinander gereihte Brenner auf.
-
Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen eines oder mehrerer Metallteile,
insbesondere von zwei Längsrändern eines
Rohres, bei welchem eine Anlage gemäß der Erfindung eingesetzt
wird.
-
Je
nach dem vorliegenden Fall kann das Verfahren der Erfindung eines
oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – Es wird
ein Schweißstrom
mit einer Stromstärke,
die zwischen 120 und 250 Ampere beträgt, an den letzten Schweißbrenner
angelegt.
- – Es
werden die zwei Längsränder eines
Rohres zusammen geschweißt,
insbesondere eines zylindrischen oder polygonalen Rohres.
- – Es
wird eine Schweißung
durchgeführt,
bei welcher der Einbrand (PE) der Schweißnaht größer oder gleich 60% der Dicke
(EP) des Teils oder der Teile ist, die zusammenzuschweißen sind.
- – Die
Dicke des Teils oder der Teile, die zusammenzuschweißen sind,
beträgt
zwischen 2 und 6 mm, vorzugsweise zwischen 2,5 und 4 mm.
- – Das
Teil oder die Teile, die zusammenzuschweißen sind, bestehen aus Kohlenstoffstahl.
- – Die
Schweißgeschwindigkeit
beträgt
mindestens 2 m/min.
-
Mit
anderen Worten, die Lösung
der Erfindung, die in 5 dargestellt ist, beruht somit
auf einem Kompromiss zwischen den zwei bekannten Konfigurationen
von Enden von Schweißbrennern,, nämlich der
Konfiguration "WIG
mit doppeltem Schutzgasfluss" einerseits
und der Konfiguration "Plasma" andererseits.
-
Genauer,
gemäß der Erfindung
ist das aktive Ende oder die aktive Spitze 7 der Elektrode 2 nicht herausragend
wie bei einem WIG-Schweißbrenner mit
doppeltem Schutzgasfluss (2) und auch
nicht innen befindlich wie bei einem Plasmaschweißbrenner
(2), sondern befindet sich auf gleicher Höhe mit dem
Ende der Zentrierhülse,
welche als innere Düse 3 des
Brenners dient.
-
Anders
ausgedrückt,
das Ende der Spitze 7 der Elektrode 2 befindet
sich im Wesentlichen in derselben Ebene P wie der ringförmige Rand 6,
der sich am Ende der inneren Düse 3 befindet,
das heißt
wie der ringförmige
Rand 6, welcher die Austrittsöffnung 9 des von der
inneren Düse 3 verteilten
Gases umgibt.
-
Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter "im Wesentlichen in derselben Ebene befindlich" verstanden, dass
der Abstand d, welcher die Ebene P, die zur Längsachse der Elektrode 2 senkrecht
ist und auf der Höhe
der Oberseite des am Ende der inneren Düse 3 befindlichen
ringförmigen Randes 6 verläuft, von
der Ebene P' trennt,
die durch das spitz zulaufende Ende 7 der Elektrode 2 verläuft und
die parallel zu der Ebene P ist, derart ist, dass gilt 0 ≤ d < +/– 1 mm,
vorzugsweise d < +/– 0,5 mm,
oder, anders ausgedrückt,
dass sich die Spitze der Elektrode in einem Abstand d, der kleiner
oder gleich 1 mm ist, auf der einen oder anderen Seite dieser Ebene
P befinden kann, vorzugsweise in einem Abstand d, der kleiner oder
gleich 0,5 mm ist, auf der einen oder anderen Seite dieser Ebene
(oberhalb oder unterhalb der Ebene P), und noch besser so nahe wie
möglich an
der Ebene P (d. h. d = 0), wie in 7 schematisch
dargestellt.
-
Vorzugsweise
wird eine innere Düse 3 verwendet,
deren Austrittsöffnung 9 einen
Durchmesser von ungefähr
6 mm hat. Was die Elektrode 2 anbelangt, so kann sie einen
Durchmesser von 4 mm haben.
-
Tatsächlich ist
es, um die Ausführung
einer effizienten Schweißung
von hoher Qualität
zu ermöglichen,
notwendig, dass die innere Düse 3 eine
Austrittsöffnung
mit einem Durchmesser aufweist, der zwischen 5,3 und 7 mm liegt.
-
Ein
erster Fluss von nicht oxidierendem Gas wird durch die zentrale
Düse 3 verteilt,
wobei sich dieser Fluss in Kontakt mit der Elektrode aus Wolfram
befindet, und ein zweiter Gasfluss, der oxidierend, nicht oxidierend,
inert oder reduzierend sein kann, wird durch die äußere Düse verteilt,
entlang des Außenumfangs
des ersten Gasflusses oder ringförmig
um diesen herum. Die Wahl der Gase erfolgt auf herkömmliche
Weise, insbesondere in Abhängigkeit
von der Art des zu schweißenden
Materials.
-
Die
Lösung
der Erfindung weist die folgenden Vorteile auf:
- – Die Elektrode 2 ist
gut vor Oxidation und vor Metalloxiden geschützt, woraus eine längere Lebensdauer
zwischen zwei Anspitzvorgängen
resultiert.
- – Es
kann ein Pilotlichtbogen zwischen der Elektrode 2 und der
Zentrierhülse
oder inneren Düse 3 erzeugt
werden, um das zentrale Gas zu ionisieren und so leicht einen Pilotlichtbogen
zu erzeugen. Der Pilotlichtbogen wird dann aufgrund des Vorhandenseins
einer isolierenden Hülse 20,
zum Beispiel aus Aluminiumoxid, gezwungen, sich an das Ende 7 der
Elektrode 2 aus Wolfram "anzuhängen", so dass die Zündung des Hauptlichtbogens
unmittelbar zu Beginn jeder Schweißung erleichtert wird.
- – Der
Gasschutz der aufeinander folgenden Schweißbäder wird aufgrund der Dimensionierung
der Austrittsbohrung der inneren Düse 3 verbessert, deren
Durchmesser vorzugsweise ungefähr
6 mm beträgt
und, allgemeiner, zwischen 5,3 und 7 mm liegt.
-
Tatsächlich sind
bei derartigen Abmessungen die Lichtbögen stabiler als bei einem
herkömmlichen
Plasmaschweißbrenner,
bei welchem die Öffnung 9 im
Allgemeinen einen Durchmesser von 3 bis 5 mm hat; die Gaseinschlüsse verschwinden;
man kann um ungefähr
10% höhere
Stromstärken
an die Brenner anlegen, das heißt
von 350 bis 370 A, und um ungefähr
10% niedrigere Lichtbogenspannungen, das heißt ungefähr 27 V; und die Form des Einbrands
des geschmolzenen Bereiches ermöglicht
es, für
ein und dieselbe Vorbereitung in einer Position "Rand an Rand" beim Schweißen eines zylindrischen Rohres
die Empfindlichkeit gegenüber
seinem Zusammensacken zu verringern, wie in den 6a und 6b schematisch
dargestellt ist.
-
Es
wurden Vergleichsversuche des Schweißens eines Rohres mit einem
Brenner gemäß der Erfindung
durchgeführt,
der zu dem von 5 analog ist, und zum Vergleich
mit einem herkömmlichen Plasmaschweißbrenner,
der zu dem von 3 analog ist.
-
Das
zu schweißende
Rohr hat eine Dicke von 4 mm, besteht aus Kohlenstoffstahl mit derselben
Zusammensetzung und wird in eine Position "Rand an Rand" gebracht (Vorrohr von zylindrischer Form).
-
Die
gewünschte
Eindringtiefe der Schweißung
beträgt
in beiden Fällen
2,4 mm, das heißt
ein Verhältnis
PE/EP = 60%.
-
Die
erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Schweißgeschwindigkeit mit dem Brenner
gemäß der Erfindung
um 30 bis 40% erhöht
wird, da mit dem Brenner der Erfindung eine Schweißgeschwindigkeit von
2 bis 2,4 m/min erhalten wurde, gegenüber nur 1,5 bis 1,7 m/min mit
dem herkömmlichen
Plasmaschweißbrenner,
wobei außerdem
alle übrigen
Bedingungen der Schweißung
gleich waren: Art der verwendeten Gase, Spannung, Stromstärke...
-
In
dem speziellen Fall der Schweißung
eines Rohres aus Kohlenstoffstahl, welches dazu bestimmt ist, als
Pfosten oder Tragmast verwendet zu werden, wurde festgestellt, dass
es empfehlenswert ist, um eine Schweißung mit einem guten ästhetischen
Aussehen zu erhalten, eine Anlage zu verwenden, die drei Brenner
gemäß der Erfindung
trägt,
die entlang der zu schweißenden
Verbindungsebene aneinander gereiht sind und an welche zunehmende
Stromstärken
angelegt werden, zum Beispiel 300 A für den ersten Brenner, 320 A
für den
zweiten Brenner und 350 A für
den dritten Brenner.
-
Außerdem müssen die
Abstände
zwischen den Brennern, das heißt
zwischen den Lichtbögen, so
klein wie möglich
sein, das heißt
in der Größenordnung
von ungefähr
60 mm.
-
Ein
vierter Schweißbrenner
kann vorteilhaft verwendet werden, um die Schweißverbindung an der Oberfläche erneut
zum Schmelzen zu bringen, um das Aussehen zu verbessern. Eine Stromstärke von
150 bis 220 A bei 25 bis 30 V ist ausreichend. Dieser vierte Brenner,
Brenner zum Glätten
der Schweißverbindung
genannt, wird in einem größeren Abstand
von den anderen angeordnet, das heißt ungefähr 120 bis 200 mm hinter dem
dritten Brenner, so dass das geschmolzenen Metall ausreichend abkühlen gelassen
wird, bevor die Schweißverbindung
einem erneuten Schmelzen der Oberfläche durch diesen vierten Lichtbogen
unterzogen wird.
-
Ein
geringfügiger
Zusatz von Metall mit derselben chemischen Zusammensetzung wie das Grundmetall
in Form eines Schweißdrahtes,
der unter dem Schweißlichtbogen
zum Schmelzen gebracht wird, kann ebenfalls von Nutzen sein, um
einen leichten Mangel an Material auszugleichen, je nach der Qualität der Vorbereitung
der Ränder
des Schweißteiles.
-
Im
Rahmen der Erfindung ist es auch sehr wichtig, dass die Brenner,
die in der Anlage zum Einsatz kommen, eine Konfiguration "mit doppeltem Schutzgasfluss" aufweisen, das heißt mit einer
zentralen Düse
und einer Umfangsdüse,
denn die eine der Düsen
wird verwendet, um einen Pilotlichtbogen zur Zündung zwischen der Elektrode
aus Wolfram und dieser Düse
zu erzeugen und so eine sofortige Zündung des Haupt-Schweißlichtbogens
zu er zielen.
-
Dies
ist sehr wichtig, weil, wenn mehrere Schweißbrenner eingesetzt werden,
um zum Beispiel ein Rohr zu schweißen, und wenn der erste Hauptlichtbogen
gezündet
wird, das Schweißteil
im Allgemeinen bereits relativ zu den Brennern in Bewegung versetzt
worden ist und man dann in der Lage sein muss, die folgenden Lichtbögen mit
Sicherheit zu zünden,
um eine effiziente Schweißung
des Rohres sicherzustellen.
-
Ein
solcher Vorteil war jedoch bei einem herkömmlichen WIG-Schweißbrenner
mit nur einem Schutzgasfluss oder einem standardmäßigen WIG-Schweißbrenner
mit doppeltem Schutzgasfluss nicht vorhanden, bei denen der Hauptlichtbogen durch
ein Hochfrequenzsystem gezündet
wird, was keine zu 100% erfolgreichen Zündungen garantiert.