DE69717774T2

DE69717774T2 - Verfahren zum horizontalschweissen und schweissvorrichtung

Info

Publication number: DE69717774T2
Application number: DE69717774T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Hiromoto; Yukio Manabe; Satoru Zenitani
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2017-05-08
Also published as: WO1997043073A1; EP0844039B1; JP3219413B2; DE69717774D1; EP0844039A1; US6023043A; EP0844039A4

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen in horizontaler Lage, bei dem das Schmelzbad dazu neigt, unter Einfluss der Schwerkraft eine Verformung zu erfahren, und sie betrifft eine Schweißvorrichtung zu diesem Zweck. Genauer gesagt, betrifft sie ein Verfahren zum Schweißen in horizontaler Lage, das bei der Herstellung großer Konstruktionen wie von Schornsteinen, Brücken, Druckbehältern und dergleichen zu verwenden ist, und sie betrifft eine Schweißvorrichtung zu diesem Zweck. Sie betrifft auch eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.

HINTERGRUND DER TECHNIK

Schweißen war ein unabdingbarer Prozess bei der Herstellung großer Stahlkonstruktionen wie Schornsteinen, Brücken und Druckbehältern. Da derartige große Konstruktionen während der Herstellung nicht leicht umgedreht werden können, müssen einige Abschnitte in horizontaler Lage geschweißt werden.
Beim Stumpfschweißen können vier Schweißlagen verwendet werden: die ebene Lage, die horizontale Lage, die vertikale Lage und die Überkopflage. Beim Kehlnahtschweißen können ebenfalls vier Schweißlagen verwendet werden: die ebene Lage, die horizontale Lage, die vertikale Lage und die Überkopflage.
Im Allgemeinen betrifft "Schweißen in der Überkopflage" das Schweißen einer Verbindungsstelle von unten her, wobei die Schweißachse näherungsweise horizontal verläuft. "Schweißen in der ebenen Position" betrifft das Schweißen einer Verbindungsstelle von oben her, wobei die Schweißachse näherungsweise horizontal verläuft. "Schweißen in der horizontalen Lage" bezeichnet das Schweißen einer Verbindungsstelle von der Seite her, wobei die Schweißachse näherungsweise horizontal verläuft. "Schweißen in der vertikalen Lage" bezeichnet das Schweißen einer Verbindungsstelle, wobei die vertikale Schweißachse entlang der Vertikalen verläuft.
In der folgenden Offenbarung bezieht sich die Wendung "Schweißen in der horizontalen Lage" auf Schweißnähte, bei denen der Winkel des Grundmaterials in Bezug auf eine horizontale Fläche entweder näherungsweise vertikal oder innerhalb des Bereichs von 45º bis 90º verläuft; außerdem verläuft die Schweißlinie näherungsweise horizontal oder ihr Winkel in Bezug auf eine horizontale Fläche liegt innerhalb des Bereichs von 0º bis 45º.
Anders gesagt, ist die Erfindung auch in einem Bereich von Schweißlagen anwendbar, die als zwischen den üblichen Überkopf-, ebenen und horizontalen Lagen liegend bezeichnet werden können. In dieser Erörterung verwenden wir die Wendung "horizontale Lage" in der oben spezifizierten breiteren Bedeutung.
Wenn eine Verbindungsstelle in der horizontalen Lage geschweißt wird, wie es in der Skizze der Fig. 9 dargestellt ist, verursacht das Gewicht des geschmolzenen Metalls in der Schweißraupe 7A die Tendenz, abzusacken, mit dem Ergebnis, dass der obere Abschnitt des offenen Endes der Raupe hinterschnitten ist (A in der Fig. 9), während der untere Abschnitt eine Überlappung aufweist (B in der Fig. 9). Dies kann zu Schweißfehlern wie unangemessenem Aufschmelzen führen, wenn die folgende Schicht geschweißt wird. Daher wird ein derartiger Schweißvorgang im Allgemeinen durch einen hocherfahrenen Schweißer unter Verwendung eines halbautomatisierten Prozesses ausgeführt.
Selbst wenn dieser Schweißprozess automatisiert wird, muss die Schweißvorrichtung über dasselbe Niveau von Fähigkeiten wie der o. g. erfahrene Schweißer verfügen. Es ist eine Anzahl von Hindurchführmechanismen erforderlich. Da derartige Mechanismen immer noch nicht ausreichen, muss der Prozess bei niedriger Temperatur mit sich ergebender niedriger Effizienz ausgeführt werden. Dies steht Versuchen im Weg, den Schweißprozess effizienter zu gestalten.
Bei den im Stand der Technik verwendeten Techniken bestand daher die Tendenz der Entstehung von Fehlern wie einer Hinterschneidung im oberen Abschnitt des offenen Endes der Raupe oder einer Überlappung im unteren Abschnitt, wenn eine Verbindungsstelle in der horizontalen Lage geschweißt wurde.
Das Dokument JP-A-63-119980, das den nächstliegenden Stand der Technik repräsentiert, offenbart ein Schweißverfahren unter Verwendung einer Spule zum Erzeugen einer Magnetkraft zum Hochschieben des geschmolzenen Schweißbads entgegen der Schwerkraft.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die für Schweißen in horizontaler Lage geeignet sind, die effizient sind und die fehlerhafte Schweißnähte verhindern, die durch Hinterschneidungen oder Überlappungen hervorgerufen werden.
Diese Aufgabe ist durch das im Anspruch 1 dargelegte Verfahren und die im Anspruch 4 dargelegte Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens gelöst. Die Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist wie folgt konzipiert. Sie betrifft ein Verfahren zum Schweißen in horizontaler Lage, bei dem eine Wärmequelle wie ein Bogen, ein Laser oder ein Elektronenstrahl dazu verwendet wird, das Grundmaterial zu schmelzen und ein Schmelzbad zu erzeugen. Aufgrund der Lage der Schweißnaht führt die Schwerkraft zur Tendenz, die Schweißnaht zu verformen. Es wird dafür gesorgt, dass im Schmelzbad ein Strom näherungsweise in derselben Richtung wie der der Schweißlinie fließt, und im Schmelzbad wird ein Magnetfeld rechtwinklig zur Stromrichtung induziert. Die Verbindungsstelle wird geschweißt, während im Schmelzbad eine nach oben gerichtete Lorentzkraft (entgegen der Schwerkraftrichtung) erzeugt wird.
Die Einrichtung, durch die dafür gesorgt wird, dass ein Strom in der Richtung der Schweißlinie im Schmelzbad fließt, verfügt über mehrere Hilfsdrähte. Diese Drähte sind in das Schmelzbad eingesetzt, und es wird ein Strom durch sie geschickt. Der Strom, idealerweise ein unidirektionaler Strom, wird in der Richtung der Schweißlinie durch das Schmelzbad geschickt.
Es wäre auch möglich, dass, wenn als Wärmequelle zum Schweißen ein Bogen verwendet wird, ein Teil des Schweißstroms abgezweigt wird und durch die Hilfsdrähte geschickt wird.
Eine Schweißvorrichtung, die zum Realisieren des Schweißverfahrens von Vorteil ist, weist Folgendes auf: eine Wärmequelle zum Schweißen mit einem Bogen, einem Laser oder einem Elektronenstrahl; mehrere Hilfsdrähte, die so positioniert sind, dass sie dem durch die Wärmequelle erzeugten Schmelzbad zugewandt sind; eine Spannungsversorgung zum Erzeugen eines durch die Drähte laufenden Stroms; und eine Magnetfeld-Induziereinrichtung zum Induzieren eines Magnetfelds im Schmelzbad, das die Oberfläche des Grundmaterials schneidet.
Wenn eine Schweißvorrichtung unter Verwendung eines Bogens als Wärmequelle zum Schweißen verwendet wird, kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie einen Teil des Schweißstroms in die Hilfsdrähte schickt.
Die Funktion dieser Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Schaltungsdiagramme in den Fig. 1 und 2 und die Zeichnung in der Fig. 3, die zeigt, wie das geschmolzene Material bei der bevorzugten Ausführungsform hochgehalten wird, erörtert.
In den Fig. 1 und 2 sind zwei Hilfsdrähte 5a und 5b verwendet. Wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, sind die negative und die positive Seite der Spannungsversorgung 2 mit den jeweiligen Drähten verbunden. Zusätzlich hierzu, oder anstelle der Spannungsversorgung 2, kann ein Teil des Schweißstroms einem Hilfsdraht 5b zugeführt werden, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist.
Wenn ein Strom zwischen Hilfsdrähten 5a und 5b geleitet wird, wird im Schmelzbad 12 ein unidirektionaler Strom A erzeugt. Wenn in der vertikalen Richtung in der Zeichnung ein Magnetfeld 9 induziert wird, wird in der Richtung, die es ermöglicht, das Schmelzbad abzustützen, eine Lorentzkraft 11 hervorgerufen. Dies verhindert ein Absacken der Schweißraupe.
Wenn durch die Hilfsdrähte 5a und 5b ein Strom geschickt wird, werden diese Drähte durch den Jouleeffekt erwärmt und es wird ihre Abscheidungsrate verbessert.
Wenn eine Anzahl von Hilfsdrähten verwendet wird, ist die Oberfläche der Drähte, die die Strahlungswärme des Bogens absorbieren kann, größer. So nimmt die Schweißfähigkeit der Drähte zu.
Das TIG-Heißdraht-Schweißverfahren ist dem erfindungsgemäßen Verfahren ähnlich. Beim TIG-Verfahren ist, wie es in der Fig. 10 dargestellt ist, eine Heizspannungsversorgung 102, die einen Strom in einen abschmelzbaren Draht 101 schickt, von einer TIG-Bogenspannungsversorgung 100 getrennt. Strom wird dem abschmelzbaren Draht 101 von einem Punkt aus zugeführt, der ungefähr 10 cm entfernt vom Grundmaterial 7 liegt, und der Draht 101 wird durch Widerstandsheizung beheizt. Da der Draht 101 im halbgeschmolzenen Zustand in das Schmelzbad geschickt wird, ist die Abscheidungsrate bis zu drei Mal im Vergleich mit der beim üblichen Verfahren erhöht.
Dem TIG-Heißdraht-Schweißverfahren und demjenigen gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es gemeinsam, dass bei beiden einem abschmelzbaren Draht ein Strom zugeführt wird. Jedoch besteht die Aufgabe beim ersteren Verfahren darin, den Draht durch Widerstandsheizung zu beheizen und ihn im halbgeschmolzenen Zustand in das Schweißbad zu geben. Diejenige der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, einen Strom durch mehrere schmelzende Drähte in der Richtung der Schweißlinie zu schicken und dadurch im Schmelzbad 12 ein Magnetfeld zu induzieren, das grobgesprochen rechtwinklig zum Strom verläuft. Auf diese Weise wird im Schmelzbad 12 eine Lorentzkraft 11 in der Aufwärtsrichtung aktiviert. Die den zwei Verfahren zugrundeliegenden Konzepte sind verschieden, was auch für die erforderlichen Konfigurationen gilt: das erstere verwendet einen einzelnen abschmelzbaren Draht, während die vorliegende Ausführungsform zwei Hilfsdrähte, 5a und 5b, verwendet, um im Schmelzbad 12 einen Strom in der Richtung der Schweißlinie zu schicken. Die Hilfsdrähte 5a und 5b müssen keine abschmelzbaren Drähte sein.
Als Vorrichtung zum Anlegen eines Magnetfelds kann, wie es in der Fig. 7 dargestellt ist, eine Vorrichtung vorhanden sein, die die Wärmequelle konzentriert und ein Magnetfeld anlegt.
Die Erfindung wird besonders vorteilhaft dann angewandt, wenn die Schweißlinie näherungsweise horizontal verläuft und die Oberfläche des Grundmaterials näherungsweise vertikal verläuft. Jedoch werden die Effekte der Erfindung leicht im gesamten Bereich des Schweißens in horizontaler Lage, wie oben definiert, erzielt, solange während des Schweißens der Verbindungsstelle im Schmelzbad eine Lorentzkraft in der Richtung nach oben (entgegen der Schwerkraft) erzeugt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt Schaltungsverbindungen in einer Schweißvorrichtung in horizontaler Lage, wobei es sich um eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt.
Fig. 2 zeigt Schaltungsverbindungen in einer Schweißvorrichtung in horizontaler Lager, wobei es sich um eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt.
Fig. 3 ist eine Zeichnung zum Veranschaulichen, wie das geschmolzene Material bei einem Verfahren zum Schweißen in horizontaler Lage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung abgestützt wird.
Fig. 4 zeigt Querschnitte der Raupe beim Schweißen in horizontaler Lage. (A) zeigt das Aussehen der Raupe ohne angelegtes Magnetfeld. (B) ist ein Querschnitt einer durch eine Ausführungsform der Erfindung erzeugten Raupe.
Fig. 5 zeigt Schaltungsverbindungen in einer Schweißvorrichtung in horizontaler Lage, wobei es sich um eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt.
Fig. 6 zeigt Schaltungsverbindungen in einer Schweißvorrichtung in horizontaler Lage, wobei es sich um eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt.
Fig. 7 zeigt Schaltungsverbindungen in einer Schweißvorrichtung in horizontaler Lage, wobei es sich um eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt. In dieser Figur ist (A) eine vergrößerte perspektivische Zeichnung der Magnetspule.
Fig. 8 zeigt Schaltungsverbindungen in einer Schweißvorrichtung in horizontaler Lage, wobei es sich um eine sechste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt.
Fig. 9 ist ein Querschnitt des Schweißgebiets, wenn ein bekanntes Schweißverfahren verwendet wird.
Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung unter Verwendung des TIG- Heißdraht-Schweißverfahrens, eines zum Stand der Technik gehörenden Verfahrens.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nun werden mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erörtert. In demjenigen Ausmaß, in dem Abmessungen, Materialien, Formen und Relativpositionen der Bestandteile bei diesen Ausführungsformen nicht speziell offenbart sind, ist der Schutzumfang der Erfindung nicht nur auf das beschränkt, was in den Ausführungsformen offenbart ist, die lediglich als veranschaulichende Beispiele dienen.
Die Fig. 1, 3 und 4 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Dieses Verfahren, und die Vorrichtung zu seiner Verwendung, werden beim TIG-Schweißen in horizontaler Lage verwendet. Es verwendet einen Bogen als Wärmequelle 10 sowie eine nicht aufschmelzbare Elektrode (eine Wolframelektrode) als Elektrode 13. In der Fig. 1 ist 1 die Schweißspannungsversorgung. Es wird eine TIG-Schweißspannungsversorgung mit der Charakteristik eines konstanten Gleichstroms verwendet. Zwischen der Elektrode 13, die von einem Schweiß-Lichtbogenbrenner 4 vorsteht, und Grundmaterial 7 wird ein Bogen (die Wärmequelle) erzeugt. Die Wärme des Bogens schmilzt das Grundmaterial.
Wie es aus den Fig. 1 und 3 erkennbar ist, sind auf jeder Seite der Bogenwärmequelle 10 im Schmelzbad 12 Hilfs- (Schmelz)drähte 5a und 5b positioniert. Die Drähte 5a und 5b sind mit der negativen bzw. positiven Seite der Spannungsversorgung 2 verbunden. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, dass ein Strom horizontal parallel zur Schweißlinie fließt. Die Spannungsversorgung 2 liefert einen Gleichstrom, und sie erzeugt ein konstantes elektrisches Feld.
Zusätzlich zur Spannungsversorgung 2, oder anstelle derselben, kann eine Stromabzweigvorrichtung 8, wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist, dazu verwendet werden, einen Teil des Schweißstroms dem Draht 5b zuzuführen. Die Stromabzweigvorrichtung 8 kann über zwei variable Widerstände verfügen, so dass der dem Hilfsdraht 5b zugeführte Strom variiert werden kann.
Der Schweiß-Lichtbogenbrenner 4 ist durch eine Magnetspule 6 umgeben, die mit der Spannungsversorgung 3 verbunden ist.
Ein Magnetfeld 9 kann in derjenigen Richtung induziert werden, die in der Fig. 1 nach oben zeigt (horizontal und rechtwinklig zur Schweißlinie).
Bei dieser Konfiguration erzeugt, wie es aus der Fig. 3 erkennbar ist, der im Schmelzbad 12 zwischen den Hilfsdrähten 5a und 5b fließende Strom einen unidirektionalen Strom A entlang einem horizontalen Pfad parallel zur Schweißlinie. Wenn ein Magnetfeld 9 induziert wird, das rechtwinklig zur Schweißlinie und zum unidirektionalen Strom A verläuft, wird eine Lorentzkraft 11 erzeugt, die so wirkt, dass sie das Schmelzbad 12 anhebt (d. h., dass sie der Schwerkraft entgegenwirkt). Dies erzeugt eine nicht absackende Schweißraupe.
Wenn durch die Hilfsdrähte 5a und 5b ein Strom geschickt wird, werden sie, genau wie bei zum Stand der Technik gehörenden TIG-Heißdraht-Schweißverfahren, durch den Jouleeffekt erwärmt und ihre Abscheidungsrate nimmt zu. Jedoch verwendet die Erfindung mehrere Drähte, 5a und 5b, so dass eine größere Oberfläche der Drähte vorhanden ist, um die Strahlungswärme der Bogenwärmequelle 10 zu absorbieren. Im Ergebnis ist das Schmelzvermögen der Drähte 5a und 5b erhöht.
Der Effekt dieser Ausführungsform wird durch die Form der Raupe verifiziert, wie sie bei einem Schweißtest, für eine Raupe auf einer Platte erzielt wird. Die Schweißbedingungen entsprechen einem Schweiß-Gleichstrom von 500 A mit einem Gleichstrom durch die Drähte von 120 A. Die Abscheidungsrate der Drähte 5a und 5b beträgt 100 g/Min. Die Schweißgeschwindigkeit beträgt 50 cm/Min.
Die Stärke des an das Schmelzbad 12 angelegten Magnetfelds 9 kann variiert werden. Die Magnetfelddichte wird durch Ändern der Stärke des Stroms von der Spannungsversorgung 3 zur Magnetspule 6, die, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, um den TIG-Schweiß-Lichtbogenbrenner 4 gewickelt ist, variiert. Das Variieren dieses Strom während des Schweißens bewirkt, dass die Magnetflussdichte variiert.
Die Fig. 4 zeigt zwei Querschnitte des Schweißorts. Im linken ist kein Magnetfeld angelegt. Im rechten ist ein Feld mit einer Magnetflussdichte von 0,01 T (Tesla) angelegt. (Der das Feld induzierende Strom von der Spannungsversorgung 3 ist ein Gleichstrom. Das Schweißen erfolgt in einem Test mit einer Raupe auf einer Platte.) Wenn die zwei verglichen werden, ist deutlich erkennbar, dass durch das erfindungsgemäße Schweißverfahren eine Raupe erzeugt wird, die entgegen der Schwerkraft nach oben getrieben ist.
Wie beim TIG-Heißdraht-Schweißverfahren bewirkt das Durchschicken eines Stroms durch die Hilfsdrähte 5a und 5b, dass sie durch den Jouleeffekt erwärmt werden. Im Ergebnis ist die Schweißgeschwindigkeit erhöht. Durch diese Konfiguration ist die Schweißgeschwindigkeit das Doppelte bis Dreifache derjenigen, wie sie erzielt wird, wenn kein Strom durch die Drähte 5a und 5b geschickt wird.
Die Fig. 2 veranschaulicht Schaltungsverbindungen in einer Schweißvorrichtung in der horizontalen Lage, wobei es sich um eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt. Bei der in dieser Figur dargestellten Ausführungsform ist eine Abzweigvorrichtung 8 an einem Ort positioniert, an dem die Ströme von den Spannungsversorgungen 1 und 2 zusammenfließen. Ein Teil des dem Grundmaterial 7 zugeführten Schweißstroms wird abgezweigt und dem Hilfsdraht 5b zugeführt. Die Stromabzweigvorrichtung 8 verfügt über zwei variable Widerstände, so dass der dem Hilfsdraht 5b zugeführte Strom variiert werden kann. So ergibt eine Schaltungskonfiguration, bei der ein Teil des Schweißstroms einem der Hilfsdrähte zugeführt wird, dasselbe Ergebnis wie die bei der ersten Ausführungsform verwendete Konfiguration.
Die Fig. 5 veranschaulicht Schaltungsanschlüsse in einer Schweißvorrichtung in horizontaler Lage, bei der es sich um eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt. In dieser Figur ist dasselbe TIG-Schweißverfahren wie bei der ersten Ausführungsform verwendet. Hilfsdrähte 5a und 5b befinden sich auf jeder Seite der Bogenwärmequelle 10, jedoch sind bei dieser Ausführungsform vier Drähte verwendet, zwei auf jeder Seite. Genauer gesagt, befindet sich ein Paar von Hilfsdrähten 5a und 5b über der Wärmequelle 10, und ein Paar befindet sich unter ihr, parallel zum ersten Paar, mit dem Ergebnis, dass dafür gesorgt ist, dass zwei unidirektionale Ströme A fließen. Mit dieser Konfiguration wird dasselbe Ergebnis wie mit der ersten Ausführungsform erzielt, mit der Ausnahme, dass der unidirektionale Strom A über eine größere Fläche verteilt ist. Dies bewirkt, dass eine nach oben gerichtete Lorentzkraft über das gesamte Schmelzbad 12 hinweg wirkt, um eine Raupe mit flacher, glatter Oberfläche zu erzeugen.
Die Fig. 6 veranschaulicht Schaltungsverbindungen in einer Schweißvorrichtung in horizontaler Lage, die eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist. In dieser Figur ist als Wärmequelle ein Bogen verwendet. Eine abschmelzbare Elektrode 14 wird dazu verwendet, anstelle der nicht abschmelzbaren Elektrode in der Fig. 1 den Bogen zu erzeugen. Mit dieser Konfiguration wird derselbe Effekt wie bei der ersten Ausführungsform erzielt.
Die Fig. 7 veranschaulicht Schaltungsverbindungen in einer Schweißvorrichtung in horizontaler Lage unter Verwendung eines Lasers als Wärmequelle. Dies ist eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur wird ein YAG- oder CO&sub2;-Laser als Wärmequelle verwendet. (Bei diesem Beispiel beträgt die Laserausgangsleistung 4,5 kW, und die Schweißgeschwindigkeit beträgt 50 cm/Min.) Der im Schmelzbad 12 fließende Strom besteht nur aus dem Strom zwischen den Hilfsdrähten 5a und 5b; jedoch wird dasselbe Ergebnis wie bei der ersten Ausführungsform erzielt.
In der Zeichnung ist 16 ein Laseroszillator und 15 ist eine Kondensorlinse. Ein Laserstrahl 17 wird auf die Oberfläche des Grundmaterial gebündelt. Um die Kondensorlinse 15 ist eine Magnetspule 6 gewickelt. Auf der Magnetspule 6 befindet sich, wie es in (A) dargestellt ist, ein Hohlelement 61 aus magnetischem Metall, das kegelförmig verjüngt ist. Dieses Hohlelement bündelt das Magnetfeld auf den Brennpunkt des Laserstrahls 17.
Die Fig. 8 veranschaulicht Schaltungsverbindungen in einer Schweißvorrichtung in horizontaler Lage unter Verwendung eines Elektronenstrahls als Wärmequelle. Dies ist eine sechste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Wie es aus der Zeichnung erkennbar ist, wird als Wärmequelle ein Elektronenstrahl verwendet. Wenn die zum Beschleunigen des Strahls verwendete Spannung 60 kV beträgt, der Strahlstrom 10 Ma beträgt und die Schweißgeschwindigkeit 50 cm/Min. beträgt, wird dasselbe Ergebnis wie bei der ersten Ausführungsform erzielt.
In der Zeichnung ist 19 eine Elektronenkanone und 18 ist eine Kondensorlinse. Ein Elektronenstrahl 10' wird auf die Oberfläche des Grundmaterials gebündelt. Eine Magnetspule 6 ist in der Nähe des Grundmaterials 7 um den Elektronenstrahl 10' gewickelt.
Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen ist der Strom zwischen den Hilfsdrähten 5a und 5b und derjenige, der im Elektromagnet fließt, ein Gleichstrom. Jedoch könnten dieselben Effekte mit Wechselströmen dadurch erzielt werden, dass die Überlagerung der Gleichstromkomponenten sowie die zugehörigen Tastverhältnisse geändert werden und die Phasenbeziehung zwischen den o. g. zwei Strömen kontrolliert wird.

EFFEKTE DER ERFINDUNG

Bei der Erfindung wird, wie oben erörtert, dafür gesorgt, dass im Schmelzbad ein Strom in der Richtung der Schweißlinie fließt, wenn eine Verbindungsstelle in horizontaler Lage geschweißt wird. Im Bad wird ein Magnetfeld induziert, um in ihm eine nach oben wirkende Lorentzkraft (entgegengesetzt der ziehenden Schwerkraft) zu erzeugen. Diese Kraft trägt das geschmolzene Metall und verhindert ein Herabtropfen desselben, was zu einer besser geformten Raupe führt. Es werden auch verschiedene andere Effekte erzielt.

Claims

1. Verfahren zum Schweißen in horizontaler Lage, wobei das Grundmaterial (7) unter Verwendung einer Wärmequelle (20, 10') geschmolzen wird, um ein Schmelzbad (12) zu erzeugen, das unter Einfluß der Schwerkraft anfällig gegen Deformation ist, mit folgenden Schritten:

Einführen mehrerer Hilfsdrähte (5a-5d) in das Schmelzbad (12),

Erzeugen eines elektrischen Stromflusses (A) in dem Schmelzbad (12) etwa entlang der Richtung einer Schweißlinie durch die Hilfsdrähte (5a-5d), und

Erzeugen eines Magnetfelds (9) in dem Schmelzbad (12) etwa orthogonal zur Richtung des elektrischen Stroms (A), um eine nach oben gerichtete Lorentzkraft (11) in Gegenrichtung zum Zug der Schwerkraft im Schmelzbad zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der elektrische Stromfluß (A) ein unidirektionaler Strom ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmequelle (10, 10') ein Bogen ist und ein Teil eines für den Bogen bestimmten Schweißstroms abgezweigt und einem Hilfsdraht (5b) zugeführt wird.

4. Schweißvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend:

eine Wärmequelle (10, 10') zum Schweißen, bei der es sich um einen Bogen, einen Laser (10) oder einen Elektronenstrahl (10') handeln kann, und

eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (2, 5a-5d; 3, 6) zur Erzeugung eines Magnetfelds (9) in dem Schmelzbad (12), das eine Oberfläche des Grundmaterials (7) schneidet,

gekennzeichnet durch

mehrere Hilfsdrähte (5a-5d), die so vorgesehen sind, daß sie dem von der Wärmequelle (10, 10') in dem Grundmaterial (7) ausgebildeten Schmelzbad (12) zugewandt sind, und

eine Stromquelle (2) zur Erzeugung eines elektrischen Stroms durch die Hilfsdrähte (5a-5d) und in dem Schmelzbad (12) etwa entlang der Richtung der Schweißlinie.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Wärmequelle einen Bogen darstellt und eine Stromabzweigeinrichtung (8) vorgesehen ist, um einen Teil eines für die Wärmequelle bestimmten Schweißstroms abzuzweigen und den Teil den Hilfsdrähten (5a- 5d) zuzuführen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 mit einer Magnetbündlungseinrichtung (61), um das Magnetfeld (9) zum Schmelzbad (12) hin zu bündeln.