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Verfahren zum elektrischen Bogenschweißen stabförmiger Metallwerkstücke
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrischen Bogenschweißen stabförmiger
Metallwerkstücke, z. B. eines Bolzens, wobei ein das zu schweißende Stabende umgehendes,
vorzugsweise metallenes Organ benutzt wird.
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Bei einem bekannten Verfahren wird eine Vorrichtung verwendet, bei
der das erwähnte Organ an der Vorrichtung befestigt ist und einen in der Öffnung
des Organs liegenden Körper aus keramischem Material halten soll, der das zu schweißende
Stabende unmittelbar umgibt und das geschmolzene, zwischen- den zwei miteinander
zu verschweißenden Werkstücken vorhandene Schweißmaterial während des Schweißvorgangs
begrenzen und schützen soll. Auf diese Weise ist der Körper als mechanisches Schutzorgan
für die Schweißstelle während des Schweißvorgangs wirksam. Ein Nachteil, der sich
der Verwendung einer solchen Vorrichtung entgegensetzt, besteht darin, daß der Körper
während des Schweißvorgangs häufig infolge der großen Hitze des Bogens teilweise
zerstört oder zuweilen, wenn dies nicht der Fall ist, auf dem Werkstück zurückgelassen
wird. In beiden Fällen muß er satnit zur Herstellung einer neuen Schweißverbindung
durch ein neues Exemplar ersetzt werden. Dies ist als ein Verlust anzusehen, weil
es sich hier um einen Körper handelt, der in bezug auf die Funktion zur Hierstellung
einer großen Anzahl, vors Schweißstellen verwendbar wäre.
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Gemäß der Erfindung wird ein Organ mit einer so bemessenen öffnung
verwendet, daß die Wand der Öffnung als mechanisches Schutzorgan zum Zusammenhalten
der Teile eines während des
Schweißvorgangs sehe Form verlierenden,
schluckenbildenden Körpers wirksam ist, der das zu schweißende Stabende in der erwähnten
Öffnung umhüllt. Das Organ kann dabei als ein besonderer Einzelteil um die Schweißstelle
herum angebracht werden oder, ähnlich wie bei den bekannten Vorrichtungen, an der
Vorrichtung befestigt sein.
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Einer der wesentlichen Vorteile, die das Verfahren nach der Erfindung
ergibt, ist der, daß das Schutzorgan bei der Herstellung der Sehweißverbindung nicht
zerstört wird und sofort wieder zuan Schweißen eines folgenden stabförmigen Metall-Werkstücks
verwendbar ist.
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Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die öffnung des Schutzorgans
zum Unterbringen des erwähnten, schlackenbildenden Körpers verwendet wird, was für
die Güte der Schweißverbindung besonders wesentlich ist, weil sich ein besonders
wirksamer Schutz des geschmolzenen Schweißmaterials vor den Einflüssen der Atmosphäre
ergibt. Eine solche Möglichkeit liegt bei der Verwendung der erwähnten, bekannten
Vorrichtungen nicht vor. Weiter ermöglicht die Verwendung eines schlackenbildenden
Körpers von angemessener Zusammensetzung, stabförmige Metallwerkstücke von besonders
unterschiedlicher Zusammensetzung zu schweißen.
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Während des Schweißvorgangs wird der schlackenbildende Körper infolge
der großen Hitze des elektrischen Bogens seine Form verlieren, wobei eine Art Sparbildung
eintritt. Gegenüber der Formveränderung des Schutzkörpers bei den bekannten Vorrichtungen
ist diese Formveränderung kein Nachteil, da es sich beim Verfahren nach der Erfindung
um einen Körper handelt, der bei der Herstellung jeder Schweißverbindung teilweise
abschmelzen und somit sowieso seine Form verlieren muß, damit sich die erwünschte
Güte der Schweißverbindung ergibt.
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Während des Schweißvorgangs nach der Erfindung verliert der schlackenbildende
Körper seine Form auf nachfolgende Weise. Da die Hitze des elektrischen Bogens an
der Stelle maxianal ist, wo das zu schweißende, stabförmige Metallwerkstück in das
Werkstück übergehen muß, mit dem das Stabende verschweißt werden soll, und da an
derselben Stelle, sogar wenn der Körper zuvor entgast worden ist, Gase oder Dämpfe
frei werden, die unter Druck innerhalb des schlackenbildenden Körpers enthalten
sind, fängt dieser Körper an, auf der der Schweißstelle zugewendeten Seite, nachdem
er auf dieser Seite bereits teilweise abgeschmolzen ist, in axialer Richtung zu
reißen. Die auf diese Weise entstandenen Späne oder Dauben werden vom Gasdruck nach
außen bewegt. Bei passender Bemessung der Öffnung sorgt das ringförmige Schutzorgan
dafür, daß die freien Enden nur so weit ausweichen können, daß die Schweißstelle
noch genügend geschützt ist. Der Durchmesser der Öffnung des Schutzorgans ist an
ein Mindestmaß gebunden, und zwar mit Rücksicht auf die Anforderung, daß die erwähnten
Teile so weit müssen ausweichen können, daß ihre Höhe in axialer Richtung,- es errn,ögsicht,
den Bolzen in, der Richtung des Werkstücks genügend durchzudrücken,` ürnteine Schweißverbindung
von genügender Güte herstellen zu können. .
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Ein weiterer Torteil ist der, dad beim Verfahren nach der Erfindung
das Wegspritzen von Teilen --des schlackenbildenden Körpers sowie von Teilen des
Schweißmaterials selbst verhütet wird, da der Körper vom Ring zurückgehalten wird.
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Bein Verfahren nach der Erfindung ergibt sich eine vorteilhafte Wirkung,
wenn ein Schutzorgan mit einer kreisförmigen Öffnung verwendet wird, deren Durchmesser
den Außendurchmesser des zylindrischen, schlackenbildenden Körpers um 30 bis 8o0/0,
vorzugsweise um 5o%, übersteigt.
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Die axiale Abmessung des Organs beträgt vorzugsweise mindestens 20%
des Außendurchmessers des schlackenbildenden Körpers, um zu gewährleisten, daß die
freien Enden des aufgespaltenen, schlackenbildenden Körpers zusammengehalten werden.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert,
in der die Figuren ein Ausführungsbeispiel darstellen.
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Fig. i ist ein Schnitt durch die bei der Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung verwendeten Vorrichtung in Form einer sogenannten Schweißpistole
in ihrer unwirksamen Lage.
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Fig. 2 ist ein Schnitt in größerem Maßstabe durch einen Teil der Fig.
i; in dem ein Bolzen mit schlackenbildendem Körper und Schutzorgan in dein Augenblick
dargestellt sind, in dem das Schutzorgan gegen eine Platte gedrückt ist, mit welcher
der Bolzen verschweißt werden soll.
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Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Schutzorgans, und Fig.4 ist eine
Draufsicht auf dasselbe Organ. Die Fig. 5 und 5 a stellen in größerem Maßstabe einen
Teil der Fig. i dar, in dem ein Bolzen mit einem schlackenbildenden Körper und einem
Schutzorgan in dem Zustand unmittelbar nach dem Schweißvorgang dargestellt sind.
Fig.5 ist eine Ansicht des schlackenbildenden Körpers, Fig. 5 a ein Schnitt durch
diesen Körper.
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Die einander entsprechenden Einzelteile sind in den verschiedenen
Figuren mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Ein Bolzen i ist in einem Halter 2 angeordnet und in ihm durch einen
auf einer runden Scheibe 4 sitzenden Nocken 3 festgeklemmt. Die :Scheibe ist drehbar
um ihre Achse im Halter 2 .angeordnet und mit einem Arm 5 versehen, der aus dem
.Halter 2 vorspringt und der mittels einer Druckfeder 6 von dem Halter 2 weggeschoben
wird. Der Halter 2 ist mit einem vorstehenden Teil ? versehen, der während des Schweißvorgangs
einen schlackenbildenden, buchsenförmigen Körper 8 gegen die Platte q drückt. Als
Materialien für den schlackenbildenden Körper sind diejenigen verwendbar, die zur
Umhüllung von Schweißelektroden verwendgt werden, insbesondere die des basischen
Typs; de durch das Vorhandensein von Kalkflußspat.gekenA-zeichnet ist.. Vorzugsweise
wird der, aus, diesen Werkstoffen hergestellte Körper in entgastem::Ztxstande
verwendet. :@ , . ,
Am Ende des Bolzens i ist ein Zündmittel to,
auch in Form einer Buchse, zum Zünden des elektrischen Bogens zwischen dem Bolzen
i und der Platte 9 angebracht. Der Bolzenhalter 2 ist an einem Rohr i i befestigt,
das mit einer fest an ihm befestigten Schulter 12 versehen ist. Um das Rohr i i
herum liegt eine Feder 13, deren eines Ende an der Schulter 12 und deren anderes
Ende an einem fest mit dem Gestell 15 der Schweißvorrichtung verbundenen Ring 14
anliegt. Außerdem ist das Rohr i i mit einer Klemme 16 versehen, durch welche bewegliche
Stromzuführungsdrähte 17 leitend mit dem Rohr i i verbunden sind. Das Gestell 1
5 ist weiter mit einem Griff 18 versehen, an dem ein Knopf i9 angebracht ist. Durch
Eindrücken dieses Knopfes wird dem Bolzen i durch nicht dargestellte Mittel Strom
zugeführt. , Am Gestell 15 der Schweißvorrichtung sind, über den Umfang verteilt,
drei Halter 20 vorhanden, von denen Fig. i der Deutlichkeit halber nur einen darstellt.
Durch Schraubengewinde und gesichert durch eine Mutter 21, ist im Stützenhalter
20 eine Stütze 22 befestigt, auf der durch nichtdargestellte Klemmmittel ein Ring
23 mittels Buchsen 24 angebracht ist. Der Ring 23 ist 'mit einer kreisförmigen Öffnung
25 (s. auch die Fig. 3 und 4) versehen.
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Die Verwendung der Schweißvorrichtung vollzieht sich wie folgt. Der
mit dem schlackenbildenden Körper 8 und dem Zündmittel i o versehene Bolzen i wird
im Halter 2 angebracht, indem der Arm 5 gegen den Druck der Feder 6 auf den Halter
zti bewegt wird. Die Schweißvorrichtung wird jetzt auf die Platte 9 gesetzt, und
indem von Hand Druck auf den Griff 18 der Vorrichtung ausgeübt wird, wird der Bolzen
i mit dem Halter 2 und dem Rohr i i gegen den Druck der Feder 13 einwärts gedrückt,
bis der Ring 23 an der Platte 9 anliegt (Fig. 2) oder in ihrer unmittelbaren Nähe
ist. Indem der Knopf i 9 zusammengedrückt wird, wird dem Bolzen i Spannung zugeführt,
und das Zündmittel i o zündet den elektrischen Bogen zwischen dem Bolzen i und der
Platte 9, die an die andere Klemme der Spannungsquelle angeschlossen ist. Infolge
der großen` Hitze des elektrischen Bogens schmilzt das Zündmittel, wobei die Teile
26, die der Platte 9 zunächst liegen, abschmelzen und eine Schlackenschutzschicht
27 bilden, die das geschmolzene Metall 28 umgibt und gegen die Atmosphäre
,abschließt. Da in der Umgebung des Bogens Gase oder Dämpfe entstehen, fängt der
schlackenbildende Körper 8 an von der Platte 9 an aufzuspalten.
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Der so entstandene Zustand ist schematisch in den Fig. 5 und 5.a dargestellt.
Die Wand 29 der öffnung 25 des Ringes 23 hält die Schlacke und die untere Seite
26 der infolge der Aufspaltung des schlackenbildenden Körpers 8 entstandenen Dauben
30 zurück, so daß die Wand 29 als mechanisch@es Schutzorgan zum Zusammenhalten
der Teile 3o des schlackenbildenden Körpers wirkt. Da mit Rücksicht auf die hohen,
während des Schweißvorgangs an der Schweißstelle entstehenden Temperaturen eine
gute Leitung im Ring 23 erwünscht ist, wird der Ring 23 vorzugsweise aus gut leitendem
Metall, z. B. Kupfer, bestehen, Kupfer hat weiter den Vorteil, daß Schlacken in
geringenv Maße anhaften. Der Durchmesser der kreisförmigen öffnung 25 übersteigt
den Außendurchmesser des zylindrischen, schlackenbildenden Körpers 8 um etwa 5o%.
Infolgedessen können die -Enden 26 so weit ausweichen, daß die Höhe in axialer Richtung
der Teile 3o ein hinreichendes Durchdrücken des Bolzens i in Richtung der Platte
9 ermöglicht. Andererseits können die freien Enden 26 nur so weit ausweichen, daß
die Schweißstelle noch genügend geschützt ist.
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Der Knopf i9 kann nun freigegeben werden, und die Vorrichtung kann
von der Platte weggezogen werden, wobei der Bolzen auf der Platte zurückbleibt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dein ein Bolzen von 1/2" mit einer
Platte verschweißt wurde, wurde ein schlackenbildender Körper verwendet, dessen
Außendurchmesser etwa i 9 mm betrug, wobei als Schutzorgan ein Kupferring von 5
mm Stärke mit einem lichten Durchmesser von 28 mm verwendet wurde. -