DE8428701U1

DE8428701U1 - Schweißeinrichtung für das Schmelzschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen

Info

Publication number: DE8428701U1
Application number: DE8428701U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1986-03-06

Description

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Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen

Berlin und München VPA 84 P 1 8 2 Ö Dfü

Schweißeinrichtung für das Schmelzschweißen mit magnetisch |

bewegtem Lichtbogen ,

Die Erfindung betrifft eine Schweißeinrichtung zum Her- |

stellen von Bördel- oder Stirnflachnahtverbindungen durch I,

Schmelzschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen* wobei 1

der Lichtbogen zwischen einer in sich geschlossenen Schweiß- } kontur des Werkstücks und einer dieser Schweißkontur angepaßten, nicht abschmelzenden Hilfselektrode bewegbar ist. |

Eine derartige Schweißeinrichtung ist beispielsweise aus der |

Fachinformation von KUKA, Augsburg, 10. 1981. Nr. 40 |

"Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen und seine |

industrielle Anwendung" Sonderdruck aus DVS-Bericht, Bd. 70, I

bekannt. Bei dem Schmelzschweißen mit einem sich zwischen |

dem Werkstück und einer nicht abschmelzenden Hilfselektrode |

bewegenden Lichtbogen wird der Lichtbogen durch eine Annähe- |

rung der Hilfselektrode an das Werkstück oder durch einen |

Hochfrequenz-Impuls gezündet und durch ein mit Hilfe von |

Magnetspulen aufgebautes Magnetfeld in Rotation versetzt, |

wobei die Stirnflächen der zu verbindenden Teile miteinander f

verschmelzen. Eine Voraussetzung für die Anwendung des Schmelz- §

Schweißens mit magnetisch bewegtem Lichtbogen ist dabei, daß |

die Werkstücke eine in sich geschlossene Schweißkontur auf- |

weisen und daß die Form der Hilfselektrode dieser Schweißkon- |

tür angepaßt ist. Der Lichtbogen kann dann entlang dieser ge- ff

schlossenen Schweißkontur umlaufen, wobei die Umlaufgeschwin- f

digkeit beispielsweise 300 bis 500 Umläufe pro Sekunde betra- §

gen kann. Zur Erzielung einer hohen Nahtqualität muß der §

Lichtbogen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit umlaufen, da f

bei schwankenden Umlaufgeschwindigkeiten auch die Ein- |

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brändtiefe starken Schwankungen unterliegt und eine entsprechend ungleichmäßige Schweißnaht entsteht. Bei der industriellen Anwendung des Schmelzschweißens mit magnetisch bewegtem Lichtbogen kann diese Forderung nach einer gleichmäßigen Umlaufgeschwindigkeit des Lichtbogens jedoch häufig nicht erfüllt werden, wobei die Ursachen einer schwankenden Umlaufgeschwindigkeit weitgehend unbekannt sind. Obwohl das Verhältnis zwischen Magnetisierungsfeldstärke und Schweißstromstärke einen erheblichen Einfluß auf die Stabilität der Rotation des Lichtbogens hat* kann auch durch eine Optimierung dieses Verhältnisses keine gleichmäßige Umlaufgeschwindigkeit gewährleistet weiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißeinrichtung für das Schmelzschweißen mit magnetisch bewegtem | Lichtbogen zu schaffen, bei welcher ein zumindest weitgehend gleichmäßiger und stabiler Lichtbogenumlauf und damit eine hohe Nahtqualität gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Schweißeinrichtung dadurch gelöst, daß in den der Schweißkontur des Werkstücks naheliegenden Mantelbereich der Hilfselektrode Schlitze eingebracht sind. Die erfindungsgemäß mit Schlitzen versehene Hilfselektrode führt zu einem gleichmäßigen und stabilen Umlauf des Lichtbogens, d.h. ein lokaler Einbrand durch den umlaufenden Lichtbogen wird vermieden. Auf welchen Tatsachen dieser Effekt beruht, konnte bislang noch nicht mit Sicherheit geklärt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Schlitze gerade. Derartige gerade Schlitze können auf besonders einfache Weise, beispielsweise durch Fräsen, in die Hilfselektrode eingebracht werden.

Weiterhin hat es sich als günstig herausgestellt, wenn die Schlitze zur Längsachse der Hilfselektrode geneigt sind.

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Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Hilfselektrode so ausgebildet, daß die Schlitze zur Schweißkohtur hin geschlossen sind. Bei einer derartigen Schlitzform kann eine hohe Lebensdauer der Hilfselektrode erreicht werden.

Die Schlitze können aber auch zur Schweißkontur hin offen sein. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch darauf zu achten, daß keine zu scharfen Spitzen gebildet werden, die durch den umlaufenden Lichtbogen aufgeschmolzen werden könnten.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Schlitze zumindest annähernd gleichmäßig S über den Umfang der Hilfselektrode verteilt. So konnten bei einer kreisförmigen Schweißkontur durch eine absolut gleichmäßige Umfangsteilung der Schlitze besonders hohe Nahtqualitäten erzielt werden. Bei Schweißkonturen mit scharfen Ecken könnte es jedoch ggf. zweckmäßig sein, im Eckbereich von der gleichmäßigen Umfangsteilung etwas abzuweichen.

Ein besonders gutes Zündverhalten und eine besonders hohe Stabilität des Lichtbogens können erzielt werden, wenn die Hilfselektrode aus einer Wolfram-Thorium-Legierung besteht. Dieser Effekt ist auch schon dann gewährleistet, wenn der Thorium-Anteil weniger als 5% beträgt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Schweißeinrichtung für das Schmelzschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen in stark vereinfachter schematischer Darstellung,

Figur 2 die bei der Schweißeinrichtung nach Figur 1 eingesetzte Hilfselektrode,

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Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer Hilfselektrode,

j Figur 4 einen Schnitt durch eine mit der SchweißeihrichtUhg nach Figur 1 hergestellte Schweißverbindung und

Figur 5 verschiedene Beispiele für eine in sich geschlossene Schweißkontur.

.|jf, Gemäß Figur 1 wird ein Werkstück W zwischen die Spannbacken ,■· Sb einer Schweißaufnahme eingespannt und dabei als Kathode j»; einer nicht näher dargestellten Schweißstromquelle
Jj kontaktiert. Das Werkstück W besteht dabei aus einem Zylinder Z, in welchen oben ein randseitig umgebördelter Boden B eingesetzt ist, wobei beide Teile durch eine Bördelnaht miteinander verbunden werden sollen. Der Außendurchmesser des Zylinders Z beträgt dabei beispielsweise 50 mm, während die Wandstärken des Zylinders Z und des Bodens B beispielsweise 0,5 mm betragen.

Oberhalb des Werkstücks W befindet sich eine ringförmige
Hilfselektrode H, welche beispielsweise aus sauerstofffreiem Elektrolytkupfer, aus einer Wolfram-Kupfer-Legierung mit 80% Wolfram und 20% Kupfer oder einer Wolfram-Thoilum-

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Legierung mit 98% und 2% Thorium bestehen kann. In letzterem ",, Fall zeichnet sich die Hilfselektrode H durch eine besondere f Zündfreudigkeit aus. Die untere Stirnfläche der Hilfselek- I trode H ist dem Werkstück W in einem Abstand von beispiels- | weise 2 mm zugewandt und in ihren Abmessungen der kreisring- 1 förmigen Schweißkontur des Werkstücks W angepaßt. Die Be- ■! festigung der Hilfselektrode H erfolgt mit Hilfe eines Bolzens Bo, welcher in einem Träger T befestigt ist. Der beispielsweise aus Messing bestehende Träger T hat zusätzlich ' auch noch die Aufgabe, die Hilfselektrode H als Anode zu Ii kontaktieren» Auf einander gegenüberliegenden Seiten der ■ Hilfselektrode H befinden sich außerdem noch zwei nur sehe- ί matisch dargestellte Magnetspulen Ms und Ms¹, welche ein |- stationäres Magnetfeld erzeugen, dessen mit F bezeichnete f Feldlinien zur Schweißstelle möglichst senkrecht verlaufen j sollen. Während des Schweißvorganges wird die Schweißstelle
mit Schutzgas beaufschlagt, was in Figur 1 durch Pfeile Sg
angedeutet ist. Als Schutzgas Sg kann beispielsweise CO₂ ; oder ein Inertgasgemisch verwendet werden. Der Spulentreiber- ;

strom der Magnetspulen Ms und Ms¹ beträgt beispielsweise 10 \ bis 15 A, während die Kurzschlußspannung der Schweißstrom- ; quelle ca. 80 bis 100 V und die Schweißspannung ca. 30 V be- , trägt. Sobald zwischen der Hilfselektrode H und dem :

Werkstück W ein Lichtbogen Lb gezündet ist, beträgt der
Schweißstrom ca. 220 A. Das Zünden des Lichtbogens Lb wird
dabei entweder durch Absenken der Hilfselektrode H auf das
Werkstück W und anschließendes Anheben oder durch einen Hochfrequenz-Impuls herbeigeführt. Sobald der Lichtbogen Lb dann
gezündet ist, wird er durch das aufgebaute Magnetfeld in
Rotation versetzt und läuft auf der Schweißkontur um, wobei
die Umlaufgeschwindigkeit beispielsweise 300 bis 500 Umläufe
pro Sekunde beträgt.

Um nun beim Schweißen einen gleichmäßigen und stabilen Um-

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lauf des Lichtbogens Lb zu erreichen, sind in den der Schweißkontur des Werkstucks W naheliegenden Mantelbereich der Hilfselektrode H Schlitze Sch eingebracht, was insbesondere in Figur 2 zu erkennen ist. Der dem Träger T naheliegende Umfangsbereich der Hilfselektrode H ist dabei ungeschlitzt, da dies nicht erforderlich ist und da außerdem die Festigkeit nicht zu stark beeinträchtigt werden soll. Die Schlitze Sch, die beispielsweise eine Schlitzbreite von 1 mm aufweisen, sind zur Schweißkontur des Werkstücks W hin geschlossen und zur Längsachse La der Hilfselektrode H hin um einen Winkel oC geneigt, wobei der Winkel oC beispielsweise 35° beträgt. Außerdem sind die Schlitze Sch gleichmäßig über den Umfang der Hilfselektrode H verteilt.

Figur 3 zeigt eine Variante, bei welcher in die mit H¹ bezeichnete ringförmige Hilfselektrode mit gleichmäßiger Teilung über den Umfang verteilte Schlitze Sch¹ eingebracht sind, die zur Schweißkontur hin offen sind. Im übrigen sind die Schlitze Sch¹ ebenfalls zur Längsachse La¹ der Hilfselektrode H¹ hin geneigt.

Figur 4 zeigt einen Schnitt durch die Schweißstelle der mit der Schweißeinrichtung nach Figur 1 hergestellten Stirnflachnahtverbindung. Der Zylinder Z und der Boden B wurden durch den umlaufenden Lichtbogen Lb (vgl. Figur 1) im Stirnflächenbereich miteinander verschmolzen, wobei die Schweißnaht Sn einen sichelförmigen Querschnitt aufweist. Durch die Verwendung der geschlitzten Hilfselektrode H bzw. H¹ konnte eine Stirnflachnahtverbindung erzielt werden, bei welcher kein lokaler Einbrand zu verzeichnen war.

Figur 5 gibt eine Übersicht über verschiedene in sich ge-

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schlossene Schweißkonturen a bis g, welche mit der erfindungsgemäßen Schweißeinrxchtung verschweißbare Werkstücke beispielsweise aufweisen können. Dabei zeigt insbesondere die Schweißkontur g, daß auch in sich geschlossene Schweißkonturen mit beliebiger Form geeignet sind. Die Form der geschlitzten Hilfselektrode ist dabei jeweils der vorhandenen Schweißkontur anzupassen.

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1. Schweißeinrichtung zum Herstellen von Bördel- oder Stirnflachnahtverbindungen durch Schmelzschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen, wobei dar Lichtbogen zwischen einer in sich geschlossenen Schweißkontur des Werkstücks und einer dieser Schweißkontur angepaßten, nicht abschmelzenden Hilfselektrode bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß in den der Schweißkontur (a; b; c; d; e; f; g) des Werkstücks (W) naheliegenden Mantelbereich der Hilfselektrode (H; H¹) Schlitze (Sch; Sch') eingebracht sind.

2. Schweißeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet , daß die Schlitze (Sch; Sch') gerade si .id.

3. Schweißeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g ekennzeichnet , daß die Schlitze (Sch; Sch¹) zur Längsachse (La; La') der Hilfselektrode (H; H') geneigt sind.

4. Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlitze (Sch) zur Schweißkontur (a; b; c; d; e; f; g) hin geschlossen sind.

5. Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlitze (Sch¹) zur Schweißkontur (a; b; c; d; e; f; g) hin offen cind.

6. Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche/

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dadurch gekennzeichnet ,daß die Schlitze (Sch; Sch¹) zumindest annähernd gleichmäßig über den Umfang der Hilfselektrode (H; H¹) verteilt sind.

7. Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfselektrode (H; H¹) aus einer Wolfram-Thorium-Legierung besteht.

8. Schweißeinrichtijng nach Anspruch 7', dadurch § ekennzeichnet , daß der Thorium-Anteil weniger als 5% beträgt.