DE621521C - Vorrichtung und Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweissen unter Anwendung Schutzgase abgebender Materialien und unter Benutzung einer Schutzhuelle - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 8. NOVEMBER 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21h GRUPPE 3012

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. August 19131 ab

ist in Anspruch genommen.

Man hat verschiedentlich versucht, die mechanischen Eigenschaften der beim Schweißen mit dem elektrischen Lichtbogen erzielten Schweißnähte, insbesondere ihre Dehnung, zu verbessern, und zwar durch Verfahren, die die schädliche Luft von der Schweißstelle fernhalten sollen. Dabei war man bestrebt, beim elektrischen Lichtbogenschweißen unter Verwendung von Schutzgas abgebenden Materialien den Lichtbogen und die Schweißstelle durch eine Schutzhülle zu begrenzen. So hat man z. B. vorgeschlagen, der Schweißstelle Schutzgase von bestimmten Eigenschaften zuzuführen; man hat Flußmittel angewendet, die sich unter dem Einfluß der Hitze des Lichtbogens zersetzen und dabei Schutzgase entwickeln; man hat schließlich Schlackeneinschlüsse in den Elektroden vorgesehen, die sich während des Schweißens auf der Schweißnaht ablagern und eine Schutzhülle um diese bilden. Es ist auch schon bekanntgeworden, auf die Schweißstelle kohlenstoffhaltiges Schutzmaterial zu legen, das unter dem Einfluß des Lichtbogens Schutzgas entwickelt.

Gemäß der Erfindung wird eine wesentliche Steigerung der Güte der Schweißnaht dadurch erzielt, daß eine Vorrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen unter Anwendung brennbarer oder Schutzgase abgebender Materialien und unter Benutzung einer den Lichtbogen und die Schweißstelle umgebenden Schutzhülle zur Anwendung gelangt, deren Neues darin besteht, daß die Schutzhülle ganz oder teilweise aus einem Material besteht, das während des Schweißens verkohlt bzw. aus einem nicht brennbaren Material besteht, das mit Stoffen versehen ist, die unter dem Einfluß der Hitze des Lichtbogens Schutzgase entwickeln oder Flußmittel abgeben. Auf diese Weise erhält man eine Schweißnaht von außerordentlicher Gleichmäßigkeit, die sowohl durch gute Festigkeit als auch durch gute Dehnung ausgezeichnet ist, während gleichzeitig die Ab-Schmelzleistung des Lichtbogens gesteigert wird.

Die Schutzhülle gemäß der Erfindung besteht entweder aus einem nicht brennbaren Material, vornehmlich Asbest, Metall und Glas, oder aus einem brennbaren Material, vornehmlich Papier, Leinewand o. dgl. Bei der Verwendung brennbarer Materialien werden diese mit Stoffen, wie Kaolin (Porzellan-

erde), Natrium- oder Kaliumsilicaten o. dgl., imprägniert, wodurch sie ganz oder teilweise unbrennbar werden.

Die Schutzhülle kann auch noch mit Flußmitteln, wie z. B. gebranntem Kalk, Calciumcarbonat, Titanoxyd, Eisen-Titan-Verbindungen, versehen werden.

Sie kann entweder durch feste Einspannung des Materialstreifens oder dadurch gebildet werden, daß das Material der Schweißstelle mit stetigem Vorschub von einer Vorratsrolle zugeführt wird.

Der Erfindungsgegenstand ist an Hand der aus den Abb. ι bis 7 ersichtlichen Ausführungsbeispiele beschrieben. Es stellen dar:

Abb. i, 3, 4 und 6 verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes,

Abb. 2 einen Schnitt durch die Ausführungsform nach Abb. 1,

Abb. S eine Rolle mit Abschirmmaterial, bei dem ein Flußmittel zwischen den einzelnen Lagen eingelegt ist,"

Abb. 7 eine veränderte Ausführung eines Niederhalters.

Abb. ι und 2 zeigen eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, bei der die Schutzhülle fest angeordnet ist. Die zu verschweißenden Werkstücke 1 und 2 sind längs ihrer Schweißnaht von dem durch die Schutzhülle 3 gebildeten Raum umgeben. Die Spannbacken 4 und 5 drücken die Schutzhülle zu beiden Seiten der Schweißnaht auf die Werkstücke. Der so entstehende muldenförmige Hohlraum längs der Schweißnaht kann an einem oder an beiden Enden abgeschlossen sein. Abb. 1 zeigt den Fall, in dem das eine Ende mit Hilfe der Spannbacke 6 abgeschlossen ist. Die Spannbacken werden mit Hilfe von Spannbügeln 8 auf die Unterlage 7 gedrückt. Die Elektrode 9 wird der Schweißstelle durch die Schutzhülle 3 hindurch von dem automatischen Schweißkopf 10 zugeführt. Der Erfindungsgegenstand kann jedoch auch beim Handschweißen sowie beim halbautomatischen Betrieb angewendet werden. Die Unterlage 7 kann mit einer Wärme ableitenden Leiste 11 versehen sein, die unmittelbar unterhalb der Schweißnaht zwischen den Werkstücken 1 und 2 angeordnet ist.

Die Schutzhülle 3 bezweckt den Einschluß des Lichtbogens und der geschmolzenen Teile des Werkstückes. Die Schutzhülle hält die umgebende Luft von der Schweißstelle fern und verhindert dadurch die Bildung der schädlichen Sauerstoff- und Stickstoff einschlüsse. Außerdem hält die Schutzhülle die Wärme an der Schweißstelle fest und verzögert die Abkühlungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalles, wodurch eine Schweißnaht mit feinem Gefüge entsteht.

Wenn die Schutzhülle mit einem Flußmittel versehen ist, so zersetzt sich dieses unter dem Einfluß der Hitze des Lichtbogens und entwickelt innerhalb des abgegrenzten Raumes Schutzgase.

Die Schutzhülle 3 kann mit einem Schlitz o. dgl. zum" Durchgang der Elektrode 9 bei ihrer Relativbewegung gegenüber dem Werkstück versehen sein. Wenn die Schutzhülle 3 aus einem brennbaren Material, beispielsweise aus Papier, besteht, so- ist es nicht erforderlich, einen Schlitz zum Durchgang der Elektrode vorzusehen, da unter dem Einfluß der Wärme des Lichtbogens sowie durch die unmittelbare Berührung der Schutzhülle mit ' der während des Schweißvorganges stark erhitzten Elektrode ein Teil des Papiers verkohlt und herausgebrannt wird. Dabei entwickelt sich Kohlendioxyd und, da in dem begrenzten Schutzraum ein Mangel an Sauerstoff besteht, vornehmlich Kohlenoxyd.

Das Schutzmaterial wird in bereits beschriebener Weise durch Imprägnieren unbrennbar gemacht und zusätzlich mit einem Flußmittel versehen. Beim Schweißen wird dann die Schutzhülle durch die Elektrode 9 zum Teil zerstört, und es werden Asche, Silicate usw. sowie auch durch die unvollkommene Verbrennung entstandene kohlenstoffhaltige Teilchen auf der Schweißnaht abgelagert. Dieser Kohlenstoff verbindet sich mit dem in dem Material eingeschlossenen Sauerstoff unter Freigabe von Wärme. Diese Wärme erhitzt die Oberfläche des geschmolzenen Materials zusätzlich und hält das Material für längere Zeit im flüssigen Zustand, so daß das flüssige Metall Zeit genug hat, um sich von den schädlichen absorbierten Gasen vollkommen zu befreien. Ein Teil des niedergeschlagenen Kohlenstoffes verbindet sich gleichzeitig mit dem Metall und reichert dessen Kohlenstoffgehalt an.

Der Schutzkörper bewirkt also auf diese Weise gleichsam eine Vergrößerung der wirksamen Wärme des Lichtbogens. Bei gleicher Schweißstromstärke ergibt sich daher eine größere Abschmelzmenge an Elektrodenmaterial, folglich auch eine im Querschnitt stärkere Schweißnaht. Die .Schweiß- n° naht ist tiefer eingebrannt, enthält ein sehr feinkörniges Gefüge und zeigt vornehmlich infolge der langsamen Abkühlung einen guten Übergang vom abgeschmolzenen Material zu dem des Werkstückes.

Abb. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Schutzmaterial 12 die Elektrode 9 als röhrenförmiger Körper umgibt. Das Schutzmaterial 12 wird der Schweißstelle über die Rolle 13 und durch die Vorrichtung 14 zugeführt. Die Vorrichtung 14 dient gleichzeitig zum Falten und

zum Führen des Materials 12. Sie hat trichterförmige Gestalt und leitet das Schutzmaterial den Werkstücken 1 und 2 als zylindrische Hülle 15 zu. Zum Vorschub dienen die Rollen 16, deren Oberflächen zu diesem Zwecke aufgerauht oder mit Zähnen versehen sind. Die Vorschubrollen 16 sitzen auf Achsen 17, auf denen sich gleichzeitig die Schneckenräder 18 befinden. Diese werden durch die Schnecke 19 angetrieben, die ihrerseits über die bewegliche Antriebs spindel 20 mit der Achse einer der Elektrodenzuführungsrollen 21 des Schweißkopfes 10 in zwangsläufiger Verbindung steht. Die Vorrichtung 14, die Zuführungsrollen 16 ■ sowie die Transmission zum Antrieb derselben sind um die Schweißkopfdüse 22 angeordnet, durch welche die Elektrode 9 vom Schweißkopf 10 der Schweißnaht zugeführt wird. Die Schweißkopfdüse 22 und die Vorrichtung 14 vervollständigen gleichzeitig die Einhüllung der Schweißstelle. Die Spannbacken 4 und 5 dienen zum Festspannen der Werkstücke 1 und 2.

Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Die mit dem Antriebsmechanismus in Verbindung stehenden Rollen 16 ziehen das Schutzmaterial 12 über die Rolle 13 sowie durch die Vorrichtung 14 und drükken es als Zylinder 15 auf die Werkstücke 1 und 2. Die Vorschubgeschwindigkeit des Schutzmaterials wird so gewählt, daß der untere Teil des Zylinders 15 mit den Werkstücken ι und 2 in ständiger Berührung bleibt. Der durch Aufsetzen auf die Schweißnaht zerstörte Teil des Zylinders 15 wird auf der noch flüssigen Schweißnaht abgelagert.

In Abb. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Schutzraum ähnlich dem nach Abb. 1 und 2 ausgebildet ist, nur mit dem Unterschiede, daß das die Schutzhülle bildende Material 23 von einer Vorratsrolle 24 ständig zugeführt ψίΐά. Das Schutzmaterial wird durch die Vorrichtung 25 geleitet. Die Elektrode 9 ragt in den längs der Schweißnaht durch Hochwölben des Schutzmaterials gebildeten Raum hinein. Die Schutzhülle wird zu beiden Seiten der Schweißnaht mit Hilfe der Niederhalter 26 auf die Werkstücke 1 und 2 gedrückt. Die Niederhalter bestehen aus den Rahmen 29, die eine Anzahl von Rollen tragen. Sie werden mit Hilfe der federnden Bügel 30 durch die am Schweißkopf 10 befestigte Brücke angedrückt. Die Faltvorrichtung 25 ist an der Brücke 27 befestigt. Die Niederhalter können gleichzeitig zum Festspannen der Werkstücke ι und 2 dienen; es ist jedoch zweckmäßiger, dafür besondere Spannbacken vorzusehen.

Gemäß der Erfindung kann das Schutzmaterial auf dem Wege von der Vorratsrolle zur Schweißstelle mit einem Flußmittel versehen werden. Der mit dem Flußmittel versehene Behälter 32 (Abb. 4) ist beispielsweise am Schweißkopf befestigt. Das Flußmittel wird durch die Zerstäuberdüse 33 auf das' Schutzmaterial 23 mit Hilfe der durch die Zuleitung 34 gedrückten Luft gespritzt.

Die Anordnung nach Abb. 4 arbeitet folgendermaßen: Während der Schweißkopf 10 sich beim Schweißen nach rechts bewegt, wird das Schutzmaterial 23 von seiner Vorratsrolle 24 abgewickelt, nach dem Bespritzen mit dem Flußmittel in der Vorrichtung 25 gefaltet und zu beiden Seiten der Schweißnaht durch die Niederhalter 26 auf die Werkstücke ι und 2 gedrückt. Die Elektrode 9 schneidet sich unter dem Einfluß der Hitze selbst einen Schlitz durch die Schutzhülle, wobei ein Teil des verkohlten bzw. verbrannten Schutzmaterials auf der Schlacke niedergeschlagen wird. Trotz der teilweisen Zerstörung bietet die «ingeschlitzte Schutzhülle noch eine wirksame Umhüllung für die Schweißstelle.

Das Schutzmaterial kann auch vor dem Aufwickeln auf die Vorratsrollen mit dem Flußmittel versehen werden. In Abb. 5 ist eine Rolle mit Schutzmaterial dargestellt, bei der zwischen den beiden Lagen 35 und 36 ein Streifen mit Flußmaterial 37 eingelegt ist.

Bei der- Anordnung nach Abb. 6 wird das Schutzmaterial 38 auf zwei parallel zur Schweißnaht angeordneten Spannbacken 39 zugeführt. Das Schutzmaterial 38 wird mit Hilfe einer Rolle 40 sowie der Niederhalter 41 auf die Spannbacken 39 gedrückt, wobei die Niederhalter ähnlich denen in Abb. 4 ausgebildet sind.

Entsprechend der Abb. 7 können die Niederhalter an Stelle der Rollen 28 in Abb. 4 mit Federn 49 versehen sein, die in dem Rahmen 46 befestigt sind. Dieser steht durch die federnden Bügel 48 mit der Brücke 47 in Ver- ¹QS bindung. Da die Federn 49 in geringerem Abstande voneinander als die Rollen vorgesehen werden können, so läßt sich mit ihnen eine bessere Abdichtung zwischen dem Schutzmaterial und den Werkstücken als bei der Verwendung von Rollen erreichen.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen unter Anwendung brenn- ^1X5 barer oder Schutzgase abgebender Materialien und unter Benutzung einer den Lichtbogen und die Schweißstelle umgebenden Schutzhülle, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle ganz oder teilweise aus einem Material besteht, das während des Schweißens verkohlt bzw.

   aus einem mchtvbrenhbaren Material besteht, das mit Stoffen versehen ist, die unter dem Einfluß der Hitze des Lichtbogens Schutzgase entwickeln oder Flußmittel abgeben.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle die Elektroden zylindrisch oder kegelförmig umgibt.
3. ίο 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle oberhalb der Schweißnaht mit Schlitzen o. dgl. zum Durchgang der Elektrode ver-. sehen ist. ■ ■
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schutzhülle bildende Material ganz oder teilweise durch Imprägnieren mit StofEen, wie Kaolin (Porzellanerde), Natrium-, Kaliumsilicat o. dgl., unbrennbar gemacht ist.
5. S. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4,

   dadurch gekennzeichnet, daß das die Schutzhülle bildende Material mit einem Flußmittel, vornehmlich aus gebranntem Kalk, Calciumcarbonat, Titanoxyd, Eisen-Titan-Verbindungen o. dgl., durchsetzt, getränkt bzw. behaftet ist.
6. 6. Verfahren zur Herstellung der Schutzhülle nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schutzhülle bildende Material selbsttätig, z. B.

   in zwangsläufiger Verbindung mit dem Elektrodenvorschub von einer Vorratsrolle abgewickelt und der Schweißstelle zugeführt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schutzhülle bildende Material auf dem Wege von der Vorratsrolle (24) zur Schweißstelle, beispielsweise durch Besprengen mittels einer Zerstäubervorrichtung (32), mit einem Flußmittel versehen wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schutzhülle bildende Material von einer Vorratsrolle abgewickelt und einer Faltvorrichtung (14 bzw. 25) zugeführt wird, die dem Material die zur Umhüllung der Schweißstelle gewünschte Form gibt.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Rollen (28) oder Federn (49) versehene Niederhalter das Schutzmaterial auf die Werkstücke andrücken.

   Hierzu 1 BIaJt Zeichnungen