DE69107781T2

DE69107781T2 - Nichtverbrauchende Elektrode zum Schweissen von rostfreiem Stahl und Schweissverfahren.

Info

Publication number: DE69107781T2
Application number: DE69107781T
Authority: DE
Inventors: Denis Yeo
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1990-11-01
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2011-10-29
Also published as: EP0483724A3; JPH05377A; CA2054646A1; DE69107781D1; ES2071189T3; KR920009497A; US5159174A; EP0483724A2; EP0483724B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Elektrode und ein Verfahren zum Schweißen von rostfreiem Stahl. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung des arbeitsseitigen Lichtbogenaustrittsendes einer sich nicht verbrauchenden Lichtbogenschweißelektrode zur Verwendung beim Schweißen von rostfreiem Stahl.
Zum Zusammenschweißen von Objekten aus rostfreiem Stahl werden häufig sich nicht verbrauchende Elektroden verwendet. Beispielsweise bei der Herstellung von Kernbrennstäben aus rostfreiem Stahl wird ein Endstopfen aus rostfreiem Stahl in eine Endöffnung eines Rohres aus rostfreiem Stahl eingeschweißt. Durch das offene Rohrende werden Brennstofftabletten eingeführt, und dieses wird dann später mit einem zweiten Endstopfen verschlossen. Der Endstopfen wird durch Inertgasschweißen mit dem Rohr verschweißt, wobei ein Lichtbogen durch eine sich nicht verbrauchende und durch eine Schutzgasatmosphäre geschützte Eletrode erzeugt wird und die herzustellende Schweißverbindung bewirkt. Ein üblicherweise angewendetes Schweißverfahren ist das TIG-Lichtbogenscheißen (Wolframinertgas-Lichtbogenschweißen).
Oftmals haben der Endstopfen und das Rohr einen nicht aufeinander abgestimmten Schwefelgehalt, was das Auftreten einer Lichtbogenwanderung ("Wegblasen") in Richtung zu dem den niedrigeren Schwefelgehalt aufweisenden Bauteil aus rostfreiem Stahl hervorruft. Wenn beispielsweise der Endstopfen 30 ppm Schwefel enthält und das Rohr 100 ppm Schwefel enthält, wird der von der Elektrode erfolgte Lichtbogen zum Endstopfen hin abgelenkt und es wird ein Schweiß profil erzeugt, das ein niedriges Verhältnis von Tiefe zu Breite hat. Dies führt zu einem schwächeren Brennstab, der im Betrieb brechen kann.
Es sind bereits verschiedene Vorschläge zur Verbesserung von Wolframelektroden im allgemeinen gemacht worden. Beispielsweise sind bekannte Wolframelektroden im Hinblick auf eine größeren Elektronenemission und eine Verbesserung des Wärmeübergangs behandelt worden. Beispiele solcher herkömmlicher Elektroden zeigen die Deutschen Patente 19 42 632 und 27 55 213, welche das Zufügen eines Überzugs oder die Ausbildung einer geeigneten Elektrodenmatrix aus einem Oxid wie beispielsweise Lanthanoxid oder Thoriumoxid vorsieht. Ebenso beschreibt das US-Patent 3 976 853 für Trattner u.a. eine Verbesserung der Zündbarkeit einer mit Thorium versetzten Wolframelektrode durch Schmelzsintern einer Masse aus die Elektronenemission steigernden Metall-Nichtmetall-Verbindungen in einer Bohrung der Elektrode. Trotz der der Verbesserung von Wolframelektroden gewidmeten Aufmerksamkeit konnte das Problem der Elektrodenwanderung nicht zufriedenstellend gelöst werden.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schweißen von rostfreiem Stahl mit einer verringerten Lichtbogenwanderung und einer tieferen Lichtbogeneindringung zu schaffen.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Behandlung des arbeitsseitigen Lichtbogenaustrittsendes einer sich nicht verbrauchenden Lichtbogenschweißelektrode, die beim Zusammenschweißen von Objekten aus rostfreiem Stahl eingesetzt wird, beispielsweise zum Einschweißen eines Endstopfens in einen hohlen Kernbrennstab, wobei bei dem Schweißverfahren eine verringerte Lichtbogenwanderung und eine tiefere Lichtbogeneindringung auftritt.
Ein noch weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer Elektrode zum Lichtbogenschweißen von rostfreiem Stahl mit verringerter Lichtbogenwanderung und tieferer Lichtbogeneindringung beim Schweißen von Objekten aus rostfreiem Stahl mit nicht angepaßtem Schwefelgehalt.
Dieses und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden mittels einer Elektrode zum Lichtbogenschweißen von rostfreiem Stahl erreicht, die einen massiven, sich nicht verbrauchenden Stab aus Metallmaterial aufweist, das dafür ausgelegt ist, beim Anlegen eines elektrischen Potentials Elektronen leicht zu emittieren. Die Elektrode weist ein arbeitsseitiges Lichtbogenaustrittsende auf, und auf dem arbeitsseitigen Lichtbogenaustrittsende der Elektrode wird eine Schicht aus rostfreiem Stahl aufgebracht. Vorteilhafterweise weist die Elektrode einen im wesentlichen ebenen Endteil auf, und die Schicht aus rostfreiem Stahl wird auf den im wesentlichen ebenen Endteil aufgebracht. Vorzugsweise liegt der Überzug aus rostfreiem Stahl im Dickenbereich von etwa 0,00254 bis 0,0127 cm (0,001 bis etwa 0,005 Zoll). Die sich nicht verbrauchende Elektrode ist vorzugsweise aus einem Wolfram enthaltenden Material hergestellt.
Die verbesserte Lichtbogenschweißelektrode wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung durch Aufbringen von rostfreiem Stahl auf das arbeitsseitige Lichtbogenaustrittsende einer herkömmlichen Inertgasschweißelektrode hergestellt. Der rostfreie Stahl kann auf dem arbeitsseitigen Lichtbogenaustrittsende der Elektrode nach einem bevorzugten Verfahren nach der Erfindung durch Positionieren des arbeitsseitigen Lichtbogenaustrittsendes der Elektrode in enger Nähe zu einem geerdeten Stück aus rostfreiem Stahl aufgebracht werden. Die Elektrode wird elektrisch mit dem rostfreien Stahl kurzgeschlossen und das arbeitsseitige Lichtbogenaustrittsende klebt dann an dem rostfreien Stahl. Das arbeitsseitige Lichtbogenaustrittsende der Elektrode wird von dem rostfreien Stahl weggebrochen, so daß eine Schicht aus rostfreiem Stahl auf dem Austrittsende verbleibt.
Einige der Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind bereits genannt worden; weitere ergeben sich aus der Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen, in welchen:
Figur 1 einen ausschnittweisen Schnitt durch eine Schweißkammer zeigt, die zum Einschweißen eines Endstopfens aus rostfreieni Stahl in einen Kernbrennstab aus rostfreiem Stahl nach der Erfindung dient,
Figur 2 eine Seitenansicht einer sich nicht verbrauchenden Elektrode zeigt, die mit der zwischen einem Endstopfen und einem Kernbrennstab aus rostfreiem Stahl herzustellenden Verbindung kurzgeschlossen ist,
Figur 3 eine Seitenansicht der sich nicht verbrauchenden Elektrode, die von der zwischen dem Endstopfen und dem Kernbrennstab aus rostfreiem Stahl herzustellenden Verbindung weggebrochen ist,
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des arbeitsseitigen Lichtbogenaustrittsendes der sich nicht verbrauchenden Elektrode und im Schnitt einen darauf aufgebrachten Überzug aus rostfreiem Stahl,
Figur 5 eine Seitenansicht, welche das Einschweißen des Endstopfens aus rostfreiem Stahl in den Kernbrennstab aus rostfreiem Stahl mit der behandelten Elektrode nach der Erfindung zeigt,
Figur 6 einen vergrößerten Schnitt, der einen mittels einer unbehandelten, sich nicht verbrauchenden Elektrode in einen Kernbrennstab aus rostfreiem Stahl eingeschweißten Endstopfen aus rostfreiem Stahl und eine Schweißnaht mit unannehmbarem Verhältnis von Schweißtiefe zu Schweißbreite darstellt, und
Figur 7 einen vergrößerten Schnitt, der ein mittels einer behandelten, sich nicht verbrauchenden Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung in einen Kernbrennstab aus rostfreiem Stahl eingeschweißten Endstopfen aus rostfreiem Stahl und ein annehmbares Verhältnis von Schweißtiefe zu Schweißbreite darstellt.
Es wird nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf Figur 1 Bezug genommen, wo eine herkömmliche Schweißkammer zum Ring- und Dichtschweißen eines Endstopfens aus rostfreiem Stahl koaxial in das Ende eines Kernbrennstabs aus rostfreiem Stahl dargestellt ist. Obwohl die Schweißelektrode und das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf eine breite Vielfalt von Schweißkammern und zu schweißenden Objekten aus rostfreiem Stahl anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung nachstehend mit Bezug auf das Schweißen von rostfreiem Stahl beim Einschweißen eines koaxial in einem Kernbrennstab positionierten Endstopfens erläutert.
Wie oben schon erwähnt, kann beim Einschweißen eines Endstopfens aus rostfreiem Stahl in einen Kernbrennstab aus rostfreiem Stahl der Endstopfen und der Kernbrennstab einen unterschiedlichen Schwefelgehalt haben. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, führt das herkömmliche TIG-Schweißen von Objekten aus rostfreiem Stahl mit unterschiedlichen Schwefelgehalten zu einer Wanderung des Lichtbogens zu dem Objekt aus rostfreiem Stahl mit dem niedrigeren Schwefelgehalt hin. Infolgedessen erhält man ein Schweißprofil mit im Verhältnis zur Breite geringer Tiefe, was zu einer fehlerhaften Schweißverbindung führt. Das Verfahren und die Elektrode nach dieser Erfindung können das obige Problem minimieren oder eliminieren und können beim Schweißen von rostfreiem Stahl bei einer Vielzahl von Objekten mit unterschiedlichen Schwefelgehalten eingesetzt werden, wodurch die Ausführbarkeit des TIG-Schweißverfahrens bei rostfreiem Stahl mit unterschiedlichen Schwefelgehalten verbessert wird.
Es hat sich gezeigt, daß das Verfahren und die Erfindung bei austenitischem rostfreiem Stahl AISI Nr. 304 und 308 mit einem Schwefelgehalt von sogar 0,030 % ausführbar ist. Andere Beispiele von Arten von rostfreiem Stahl, die speziell mit der vorliegenden Erfindung verarbeitbar sind, sind AISI Nr. 201, 202, 301, 302, 3028, 304L, 305, 309, 309S, 310, 310S, 314, 316, 316L, 317, 321, 347, 348, 403, 405, 410, 414, 420, 429, 430, 431, 434, 440A, 4408, 440C, 442, 446, 501 und 502. Es wird davon ausgegangen, daß das Verfahren und die Elektrode nach der vorliegenden Erfindung bei sämtlichen verschiedenen Typen von austenitischen, martensitischen und ferritischen rostfreien Stählen einsetzbar ist, die oftmals deutliche Schwefelanteile enthalten und deshalb einem gewissen Ausmaß an Lichtbogenwanderung unterliegen, das von nicht übereinstimmenden Schwefelgehalten herrührt.
Es wird nun auf Figur 1 Bezug genommen, wonach die allgemein mit 10 bezeichnete Schweißkammer einen Brennstabaufnahmekopf 12 mit einer Durchgangsöffnung 14 zur Aufnahme eines rohrförmigen Kernbrennstabes R aufweist. Der Aufnahmekopf 12 ist mittels eines Preßsitzes in einer Schweißkammerzugangsöffnung 16 befestigt. Der Brennstab R, der mittels einer geerdeten Spannzange 18 gehalten wird, wird durch den Aufnahmekopf vorgeschoben, bis der Endstopfen P an einem Endanschlag 20 anstößt. Die Spannzange 18 ist mittels eines (nicht dargestellten) Antriebs drehbar. Der Endanschlag 20 ist mittels eines reibungsarmen Lagers 22 drehbar an einer Endanschlagstragsäule 24 montiert, die mittels Schrauben und Abstandshülsen 28 im Schweißkammergehäuse 26 verschraubt ist, um eine unbehinderte Drehung des Brennstabs R während der Ringschweißung zu ermöglichen. Der Endanschlag 20 ist in der EP- A-405 170 mehr im einzelnen beschrieben, die unter die Regelung des Artikels 54(3) EPC fällt.
Die Schweißkammer 10 enthält eine herkömmliche Ringschweißbaugruppe, die allgemein mit 30 bezeichnet und mittels eines am Schweißkammergehäuse 26 befestigten und radial in die Schweißkammer 10 hineinragenden Zwischenstücks 31 gehalten ist. Die Ringschweißbaugruppe 30 ist ein herkömmliches TIG- Schweißgerät und weist einen Schweißstromgenerator 34 mit einer sich nicht verbrauchenden Wolframelektrode auf, die allgemein bei 36 dargestellt ist, sowie eine Schweißdüse 38 zum Mischen eines Inertgases mit dem vom Schweißstromgenerator 34 erzeugten Lichtbogen. Der Schweißstromgenerator 34 ist an eine üblich Stromquelle 34a angeschlossen. Die Schweißdüse 38 endigt in einer Spitze 40, durch welche die Wolframelektrode hindurchverläuft. Ein Gehäuseteil 42 hält die Schweißdüse 38 und die Spitze. Die Wolframelektrode 36 erstreckt sich über die Länge des Schweißstromgenerators 34 und ragt durch die Düsenspitze 40 hindurch. Positionierklemmen in der Düse (nicht dargestellt) klemmen die Elektrode in einer Einstellposition relativ zur Düse fest. Wie beim Wolfram-Inertgaslichtbogenschweißen üblich, wird zwischen der Wolframelektrode und der herzustellenden Schweißverbindung ein Lichtbogen erzeugt. Das bevorzugte Inertgas ist Helium, und dieses wird mittels einer Gaszufuhr in die Schweißkammer zugeführt. Die in der Schweißkammer enthaltene Inertgashülle umschließt den erzeugten Lichtbogen und die Wolframelektrode und verhindert eine Zersetzung der Wolframelektrode.
Wie dem Fachmann bekannt ist, ist die Wolframelektrode keine Füllmetallelektrode und wird nicht in der Schweißnaht abgelagert. Wolfram-Inertgasschweißelektroden sind dem Fachmann bekannt und werden aus einem Matrixmaterial hergestellt, das hauptsächlich aus Wolfram besteht und auch Thoriumdioxid enthalten kann und/oder einen Überzug aus Lanthanoxid haben kann. Der erzeugte Lichtbogen berührt den Bereich der herzustellenden Verbindung und schmilzt diesen Bereich, was bei kaltem Metall zu einer unannehmbaren Schweißnaht führt. Diese Art der sich nicht verbrauchenden Elektrode unterscheidet sich von sich verbrauchenden Elektroden, die in der Schweißnaht abgelagert werden, wie beispielsweise die beim Schweißen von rostfreiem Stahl üblicherweise mit umgekehrter Schweißstrompolarität verwendete Elektrode E308-15. Bei der verliegenden Erfindung wird eine (nicht dargestellte) Wechselstromquelle bevorzugt und mittels industrieüblicher Maßnahmen stabilisiert. Obwohl Wolfram für die Elektrode bevorzugt wird, kann diese Erfindung auch bei anderen sich nicht verbrauchenden Elektrodenmaterialien eingesetzt werden, die ähnliche Eigenschaften wie Wolfram haben.
Die Wolframelektrode 36 mit gemäß der Erfindung bevorzugter Konstruktion weist ein wirksames Lichtbogenaustrittsende 44 auf, der einen im wesentlichen flachen, ebenen Endteil 46 (Figuren 2 und 4) hat, der durch die Düsenspitze 40 hindurchragt. Die Position des wirksamen Lichtbogenaustrittsendes 44 kann durch Festklemmen der Elektrode in einer neuen Position oder durch Verschieben des Schweißstromgenerators 34 relativ zum Gehäuse 26 verändert werden. Die Wolframelektrode 36 ist dafür ausgelegt, Elektronen beim Anlegen eines elektrischen Potentials leicht zu emittieren. Die in der Schweißkammer 10 verwendete Wolframelektrode 36 hat einen Durchmesser von etwa 0,0762 bis 0,1586 cm (0,0300 bis 0,0625 Zoll). Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das wirksame Lichtbogenaustrittsende 44 der sich nicht verbrauchenden Elektrode einen darauf aufgebrachten Überzug 48 aus rostfreiem Stahl auf. Die Dicke des Überzugs liegt im Bereich von 0,025 bis 0,0127 cm (0,001 bis 0,005 Zoll) und befindet sich auf dem im wesentlichen ebenen Endteil 46 (Figur 4). Wie später noch mehr im einzelnen erläutert wird, verringert der Überzug 48 aus rostfreiem Stahl die Lichtbogenwanderung und ermöglicht eine tiefere Lichtbogeneindringung beim Schweißen von rostfreiem Stahl bei Objekten mit nicht übereinstimmendem Schwefelgehalt. Obwohl es keine verbindliche Theorie sein soll, wird vermutet, daß kleine Mengen von Schwefel in dem Überzug aus rostfreiem Stahl, der gemäß der Erfindung vorgesehen ist, zur Verringerung der Lichtbogenwanderung beitragen kann, die auftritt, wenn geschweißte Objekte aus rostfreiem Stahl nicht übereinstimmende Schwefelgehalte aufweisen. Daher erscheint es wünschenswert, daß der Überzug aus rostfreiem Stahl eine gewisse nominelle Menge an Schwefel enthält und folglich der Überzug vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl der oben aufgelisteten Art hergestellt ist.
Der Endanschlag 20 hat ein so ausgebildetes vorderes Ende, daß er das Ende des Brennstabendstopfens mit vakuumdichter Abdichtung erfaßt. Wie üblich, weist der Endstopfen P eine axiale Öffnung 50 (Figuren 6 und 7) auf, die mit dem Inneren des Brennstabs in Verbindung stehen. Wenn der Endstopfen P am Endanschlag 20 anliegt, steht die Öffnung 50 mit einem axialen Kanal in Verbindung, der durch den Endanschlag 20 hindurchverläuft. Der Endanschlag 20 weist ein nach rückwärts führendes Gasleitungsrohr 52 auf, das in einem Stützrohr 54 montiert ist, das axial in der Endanschlagstützsäule 24 untergebracht ist. Das Gasleitungsrohr 52 ist mit herkömmlichen Schub- und Radialkugellagern 58 gelagert, die eine Drehung des Endanschlags der möglichen, wie in dem oben erwähnten erteilten Patent beschrieben ist.
Eine Gasleitungsdüse 60 verläuft radial durch die Stützsäule 24 hindurch und steht mit dem Gasleitungsrohr 52 in Verbindung. Die Düse 60 steht über ein herkömmliches Ventil V mit einer Vakuumquelle 60a in Verbindung, um in dem Gasleitungsrohr 52 und im Endanschlag 20 ein Vakuum zu erzeugen, um das Evakuieren des Brennstabes während der Ringschweißung zu ermöglichen. Außerdem ist die Düse mit einer Heliumdruckgasquelle 60b verbunden, um den Brennstab vor der Dichtschweißung mit Druck zu beaufschlagen. Mit dem Vakuum werden der Druck und der verfügbare Sauerstoff im Brennstab ausreichend verringert, um die Oxidation während der Ringschweißung zu minimieren.
Es wird nun auf die Figuren 2 bis 5 Bezug genommen, wo eine bevorzugte manuelle Methode des Aufbringens des Überzugs 48 aus rostfreiem Stahl auf das wirksame Lichtbogenaustrittsende 44 der Elektrode dargestellt ist. Andere Verfahren können Plasmaspritzen, Zerstäuben, Eintauchen und die anderen in der Industrie üblicherweise verwendeten Aufbringverfahren umfassen.
Bei dem bevorzugten manuellen Verfahren wird ein Ausschuß brennstab mit Endstopfen in die Schweißkammer 10 eingesetzt und in Anlage mit dem Endanschlag 20 gebracht. Das wirksame Lichtbogenaustrittsende der Elektrode wird in Berührung mit dem Ausschußstab gebracht und dann wieder um etwa 0,025 bis 0,0076 cm (0,001 bis 0,003 Zoll) von der Verbindungsstelle zurückgeführt. Der Schweißstromgenerator 34 wird aktiviert und es wird ein Lichtbogen von der Wolframelektrode gezogen. Der geringe Abstand zwischen dem wirksamen Lichtbogenaustrittsende der Elektrode und dem geerdeten Brennstab R bewirkt einen Kurzschluß der Elektrode und ein Anhaften am Brennstab (Figur 2). Eine Bedienungsperson ergreift dann das obere Ende der Elektrode von Hand und dreht die Elektrode, um die Elektrode von der hergestellten Verbindung (Figur 3) wegzubrechen. Wenn die Elektrode von dem Brennstab aus rostfreiem Stahl wegbricht, verbleibt ein Überzug aus rostfreiem Stahl mit einem Dickenbereich von typischerweise 0,00254 bis 0,0127 cm (0,001 bis 0,005 Zoll) auf den wirksamen Lichtbogenaustrittsende der Elektrode. Alternativ dazu kann das manuelle Verfahren nach der Erfindung unter Verwendung eines guten Brennstabs ausgeführt werden, wobei in diesem Fall der gute Brennstab in der Schweißkammer 10 positioniert und die Elektrode damit kurzgeschlossen wird. Dies wird jedoch nicht bevorzugt, weil dabei der Brennstab R beschädigt werden kann.
Danach kann die Elektrode beim Schweißen eines Kernbrennstabs verwendet werden, indem der Ausschußbrennstab durch einen guten Brennstab mit daran anzuschweißenden Endstopfen ersetzt wird. Das wirksame Lichtbogenaustrittsende 44 der Elektrode 36 wird innerhalb eines Abstands von 0,0381 bis 0,051 cm (0,015 bis 0,020 Zoll) von der herzustellenden Verbindung positioniert. Beim Anlegen eines elektrischen Potentials wird ein Lichtbogen zwischen der Elektrode und der herzustellenden Verbindung J erzeugt. Der Lichtbogen verläuft zu der zu schweißenden Verbindungsstelle, und weil die Schweißung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrode durchgeführt wird, wird eine wesentliche Lichtbogenwanderung von der Verbindungsstelle weg verhindert und man erhält eine tiefere Lichtbogeneindringung. Während der Ringschweißung wird der Stab R mittels des (nicht dargestellten) Antriebs in der Spannzange 18 gedreht und man erhält eine vollständige Ringschweißung um den Brennstab herum (Figur 5).
Der Überzug 18 aus rostfreiem Stahl verbleibt während zahlreicher Schweißvorgänge auf dem Lichtbogenaustrittsende der Elektrode.
Figur 6 zeigt eine genaue Darstellung einer Schweißung, die zwischen einem Endstopfens P und einem Kernbrennstab R aus rostfreiem Stahl mit nicht übereinstimmenden Schwefelgehalten hergestellt worden ist, wobei eine Lichtbogenwanderung zum Endstopfen hin aufgetreten ist. Wie dargestellt, ist die Schweißnaht über die Verbindung J ausgebreitet und ein großer Teil der Schweißeindringung erfolgt in den Endstopfen P und nicht in die Verbindung J. Dabei wurde eine unbehandelte Wolframelektrode verwendet. Figur 7 zeigt das Schweißen eines Endstopfens und eines Kernbrennstabes aus rostfreiem Stahl mit nicht übereinstimmenden Schwefelgehalt mit einer behandelten Elektrode nach der vorliegenden Erfindung, wo die Lichtbogenwanderung während des Schweißvorgangs verringert war ein annehmbares Verhältnis von Tiefe zu Breite an der Grenzfläche zwischen dem Endstopfen und dem Kernbrennstab erhalten wurde. Eine Wolframelektrode nach der Erfindung mit einem Überzug aus rostfreiem Stahl wurde beim Schweißen der Verbindung nach Figur 7 verwendet.
Die Wolframelektrode nach der vorliegenden Erfindung eignet sich besonders zum Schweißen von rostfreiem Stahl mit kritischen Toleranzen, wo die miteinander zu verschweißenden Objekte einen nicht übereinstimmenden Schwefelgehalt haben. Dies ist oftmals der Fall, wenn austenitische und andere ähnliche Arten von rostfreien Stahlobjekten wie beispielsweise ein Endstopfen und ein Kernbrennstab aus rostfreiem Stahl verschweißt werden. Da bei Verwendung einer herkömmlichen Wolframelektrode zum Schweißen von rostfreien Stahlobjekten mit nicht übereinstimmenden Schwefelgehalten kleine Lichtbogenwanderungen auftreten, kann dies eine schwache Schweißnaht (Figur 6) erzeugen. Die vorliegende Erfindung minimiert oder eliminiert das Problem der Lichtbogenwanderung und führt zu einer Schweißnaht hoher Qualität.

Claims

1. Elektrode zum Lichbogenschweißen von rostfreiem Stahl, bestehend aus einem massiven, sich nicht verbrauchenden Stab (36) aus Metallmaterial, das bei einem daran angelegten elektrischen Potential Elektronen emittieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame Lichtbogenaustrittsende (44) der Elektrode eine darauf aufgebrachte Schicht (48) aus rostfreiem Stahl aufweist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame Lichtobgenaustrittsende (44) der Elektrode als im wesentlichen ebener Endteil (46) des Stabs (36) mit der darauf befindlichen Schicht (48) aus rostfreiem Stahl ausgebildet ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rostfreie Stahlüberzug (48) eine Dicke im Bereich von etwa 0,025 mm bis etwa 0,125 mm hat.

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das metallene Stabmaterial Wolfram enthält.

5. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame Lichtobgenaustrittsende eines massiven, sich nicht verbrauchenden Elektrodenstabs (36) aus Metallmaterial durch Aufbringen einer Schicht (48) aus rostfreiem Stahl behandelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Schicht (48) aus rostfreiem Stahl auf das wirksame Lichtbogenaustrittsende (44) der Elektrode die Schritte umfaßt

Positionieren des wirksamen Lichtbogenaustrittsendes der Elektrode in enger Nähe zu einem geerdeten Stück rostfreien Stahls,

elektrisches Kurzschließen der Elektrode (36) mit dem rostfreiem Stahl, so daß das wirksame Lichtbogenaustrittsende an dem rostfreien Stahl anhaftet, und

Abbrechen des wirksamen Lichtbogenaustrittsendes (44) der Elektrode von dem rostfreien Stahl, so daß eine Schicht (48) aus rostfreiem Stahl auf den wirksamen Lichtbogenaustrittsende der Elektrode verbleibt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das wirksame Lichtbogenaustrittsende (44) der Elektrode sich an einer Stelle im Bereich von etwa 0,025 mm bis etwa 0,075 mm von dem geerdeten rostfreiem Stahl entfernt befindet, wenn die Elektrode kurzgeschlossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das geerdete Stück aus rostfreiem Stahl ein zu schweißendes Werkstück aus rostfreiem Stahl ist, und daß die Schritte des Aufbringens der Schicht (48) aus rostfreiem Stahl auf das wirksame Lichtbogenaustrittsende (44) der Elektrode (36) vor Beginn des Schweißens des Werkstücks aus rostfreiem Stahl ausgeführt werden.

9. Verfahren zum Umfangsschweißen eines Endstopfens (P) aus rostfreiem Stahl an einen Kernbrennstab (R) aus rostfreiem Stahl unter Verwendung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame Lichtbogenaustrittsende (44) der Elektrode (36) in einem Abstand von etwa 0,35 mm bis etwa 0,5 mm von der beim Schweißen herzustellenden Verbindung (J) positioniert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Elektrode (36) mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,75 mm und etwa 1,6 mm.