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Einrichtung zum Lichtbogenschweißen unter Pulver an senkrechten und
gekrümmten Flächen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Lichtbogenschweiß:en
unter Pulver.abschluß.
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Für die Lichtbogenschweißung unter Pulverabschluß ist @es bekannt,
lange blanke Elektroden zu verwenden, die von einer Vorratsrolle fortlaufend abgespult
werden, und die eigentliche Schweißung in einem Bett von granuliertem und pulverisiertem
Schweißpulver vorzunehmen, die die ganze Schweißzone einschließlich der Spitzen
der Elektroden bedecken und gegenüber der umgebenden Atmosphäre abschließen.
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Zur Unterstützung des Schweißpulverbettes an vertikal stehenden Werkstücken
ist bereits vorgeschlagen worden, ein .endloses Band zu benutzen, welches mit etwa
waagerecht liegenden Kanten über zwei Umlenkrollen geführt ist. Dabei bildet einer
der beiden Trumms des endlosen Bandes mit der zu verschweißenden Wandung bzw. dem
Werkstück einen Pulvertrog, welcher im Interesse einer guten 'Schweißung gegenüber
dem Werkstück stillstehend sein muß, während :sich jedoch die Umlenkrollen gegenüber
der Behälterwandung mit Schweißgeschwindigkeit weiterbewegen.
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Bei diesen bekannten Einrichtungen liegen bei örtlichen Unregelmäßigkeiten
oder bei gewölbt verlaufenden Wandungen oder Werkstücken besondere Schwierigkeiten
darin, daß das Schweißpulverbett durch Entweichen von Schweißpulverteilchen gestört
wird.
Dieses Entweichen kommt dadurch zustande, daß sich das Band; welches zusammen mit
dem Werkstück den Pulvertrog bildet, nicht mit der notwendigen Dichtigkeit anpressen
läßt.
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Es ist bisher nicht möglich gewesen, einen so dichten 'Schweißpulvertrog
unter Benutzung eines endlosen Bandes auszubilden, daß kein 'Schweißpulver zwischen
einem gewölbten Werkstück und dem ,angepreßten Band entweicht.
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Die Erfindung knüpft an eine Einrichtung aus dem Gebiet kurvenläufiger
Förderbänder an, wobei @es sich allerdings um eine grundsätzlich .andere Aufgabenstellung
handelt, weil bei den bekannten Einrichtungen das Förderband nur dem Transport irgendwelcher
Güter über lange, teilweise gerade und teilweise gekrümmt verlaufende Wegstrecken
dient, wobei keine feststehende Wandung mitwirkt.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für das Gebiet der Schweißtechnik
und für die Lichtbogenschweißung, im besonderen unter Pulverabschluß, die in bekannter
Weise ein endloses, über zwei Umlenkrollen mit waagerechten Kanten geführtes Band
verwendet, welches. mit der Oberfläche eines Bandtrumms und einer im wesentlichen
senkrechten Wandung des zu schweißenden Werkstückes einen Pulvertrog bildet, wobei
die Umlenkrollen mit Schweißgeschwindigkeit an der Wandung entlang wandern. Die
Erfindung besteht darin, daß quer zu dem erwähnten Bandtrumm wirkende Andruckmittel
eine satte Anlage zwischen Bandkante und gegebenenfalls gewölbten Wandungsteilen
bewirken.
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Nach deinem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die Andruckmittel.
aus Rollen.
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Nach einer bevorzugten Verwirklichungsform sind die Andruckmittel
elastisch wirkend.
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Die Achsen der Andruckrollen liegen nach einem weiteren Kennzeichen
der Erfindung senkrecht zu der Ebene des Bandtrumms. -Ferner kann im Sinne der Erfindung
ein Träger zur Unterstützung des das 'Schweißpulver tragenden Trumms des endlosen
Bandes vorgesehen sein.
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Als wesentlich wird ferner das erfindungsgemäße -Merkmalerachtet,
daß das endlose Band ausschließlich auf Grund der durch den Andruck zwischen Bandkante
und Werkstück auftretenden ruhenden Reibung des wandernden Schweißkopfes angetrieben
ist.
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In der nachstehenden Beschreibung ist eine bevorzugte Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.
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Fig. i ist die Ansicht eines mit der Einrichtung nach der Erfindung
zu erbauenden Tanks; Fig. 2 ist ein 'Schnitt nach der Linrie 2-2 der Fig. i in vergrößertem
Maßstab; Fig. 3 ist ein weiterhin vergrößerter Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig.
2; Fig. 4 ist ein -Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3; Fig. 5 ist eine stark
vergrößerte Darstellung der Schweißzone etwa nach der Linie 5-5 der Fig. 3.
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Der Einfachheit halber ist in der Zeichnung die erfindungsgemäße Einrichtung
in Anwendung an einem Tankbehälter T dargestellt, der aber lediglich ein mögliches
Anwendungsbeispiel für die Schweißeinrichtung nach der Erfindung darstellt. Die
Einrichtung ist in gleicher Weise auch zum 'Schweißen von Außenhäuten eines Schiffes
oder für andere Konstruktionen verwendbar.
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Der in Fig. i dargestellte Tankbehälter T ist in üblicher Weise zylindrisch
gestaltet, und die einzelnen 'Schüsse haben regelmäßige Krümmungen. Der Plattenschuß
i i ist, wie aus Fig. i zu ersehen, mit dem Plattenschuß i Ja zu verbinden. Zu diesem
Zweck läuft die Schweißeinrichtung auf der Oberkante Job des obersten Plattenschusses
iia und hängt zu beiden Seiten, d. h. außen und innen, so weit herab, daß der eigentliche
=Schweißkopf an der 'Stoßstell'e I 0a zwischen dem Plattenschuß i i und Plattenschuß
i Ja liegt. Die darunterliegende Schweißnaht io ist in einem voraufgehenden Rundlauf
des Schweißkopfes gelegt worden, wobei dieser auf der Oberkante Joa des Plattenschusses
i J lief.
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Die Einrichtung nach der Erfindung benutzt einen rSchweißkopf 12 (Fig.
2), der ein Paar von Rollen 13 umfaßt, die von einem Motor 14 über einen Drehzahlregler
15 angetrieben werden. Die Rollen führen einen blanken Metallelektrodendraht 16
von einer Vorratsrölle 17 (Fig. i) über eine Führungsrolle 18 in ein Bett oder eine
Schicht i 9 von granuliertem oderpulverisiertemiSchweißpulver, welches die Kante
i o, i oa und das umgebende Plattengebiet bedeckt. Das Schweißpulver - normalerweise
ein rSilikatmaterial - ruht auf einem biegsamen Transportband 2o. Der 'Schweißstrom
wird dem blanken Metall der Elektroden über die Düse 18 unter rSteuerung von in
einem Kasten 21 angeordneten Instrumenten zugeführt. Dieser Kasten umfaßt gleichzeitig
die Instrumente zur 'Steuerung des Motors 14. Der Kasten ist mit dem Motor durch
Leitungen 22, .mit der Elektrodendüsie durch Leitungen 23 und mit den Behälterplatten
durch Leitungen 24 verbunden. Der'Schweißkopf, die Düse, der Instrumentenkasten
und das 'Schweißpulverband ,sind ,auf geeigneten Teilen eines Chassis 25 befestigt,
welches - wie dargestellt - . von einem Laufwagen 26 herabhängt, der auf der waagerechten
Oberkante lob der oberen Platten i ia entlang fährt. Das 'Schweißpulver wird auf
das Band 20 aus seinem Vorratsbehälter 27 auf dem Laufwagen 26 vermittels eines
Rohres 28 zugeführt, welches sich durch Schwerkraft in einen Zuführungstrichter
29 entleert, der einen Ausfluß3o aufweist. Der Zuführungstrichter und der Ausfluß
sind zweckmäßig auf dem hängenden Chassis aufggebracht. Die Enden des Transportbandes
2o werden meinem bestimmten Abstand zueinander auf zwei Rollen 31 gehalten, die
an beiden Enden eines horizontalen Gerüstes oder Hilfsrahmens 32 angeordnet ;sind.Dieser
Hilfsrahmen ist schwenkbar bei 33 an dem Chassis 25 befestigt, so daß der Hilfsrahmen
und die Transportbandeinrichtung in einer etwa horizontale Ebene schwingen kann
und sich damit ,selbsttätig an den Behälter anpaßt und die Arbeitsfläche des Schweißpulverbandes
in gleichmäßiger Weise an beiden Enden an den Behälter anlegt.
Ein
oberes, im wesentlichen horizontales Trumm 34 des Transportbandes verläuft längs
der Platte, und zwar etwas unterhalb der horizontalen Kanten i o, i oa. Es verläuft
mehr oder weniger flach und quer zu dem Behälter, so daß genügender Raum für die
Elektrode 16 besteht. Die obere Bahn des biegs:am,en,endlosen Bandes wird von einem
darunterliegenden, starren Träger 3 5 unterstützt, der an dem Hilfsrahmen 3z vermittels
der Arme 36 befestigt ist.
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Ferner sind Führungen 37, wie dargestellt, an dem Träger 35 vorgesehen,
welche die Rollen 38 aufnehmen. Diese Rollen erfassen die freie Kante des oberen
Trumms 34 des endlosen Bandes, und die Federn 39 drücken die Führungen 37 und Rollen
38 nach außen, wodurch die Rollen 38 die obere Bahn 34 des endlosen Bandes in ihre
eigene Ebene seitlich in Richtung auf die senkrechte Platte i i verschieben. Entsprechend
berührt die Arbeitskante 40 dieses oberen biegsamen Trumms die gewölbte feste Stahlplatte
i i mit einem gewissen Andruck. Auf diese Weise wird ein dichter Abschluß in dem
Berührungsgebiet zwischen dem Band und der Platte erreicht und vorübergehend ein
dichter, undurchlässiger Trog I i, 34 für das Schweißpulverbett 19
gebildet.
Dies ist mit einem starren Tisch und ebenso mit einem biegsamen Band allein nicht
möglich. Durch das seitliche Biegen oder Verschieben und Drücken tritt kein ernsthaftes
Verwerfen oder Verbiegen des biegsamen Bandes ein, selbst wenn Bänder von gewünschter
Biegsamkeit für das Verschieben benutzt werden. Dies wird durch den Stützträger
3 5 erreicht und wird dadurch erleichtert, daß der seitliche Abstand, der beim Verschieben
des Bandes überwunden wird, im Verhältnis zu der Länge des Schweißpulverbandes verhältnismäßig
klein ist. Mit anderen Worten ist das das Schweißpulver unterstützende Band und
der Träger in Kombination in horizontaler Ebene nachgiebig, in senkrechter Ebene
stabil und wird geneigt und in enger Berührung mit der Wandung gehalten.
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Der gleichmäßige Lauf der Bandkante 40 in bezug .auf den Hilfsrahmen
3a ist auf Grund der Rollen im wesentlichen ebenso schnell wie der Lauf dieses Hilfsrahmens
in bezug auf den Behälter und verläuft in entgegengesetzter Richtung.
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Als Ergebnis ist die relative Bewegung aller Bandteile gleichförmig.
Die Arbeitsbahn 3q. des Bandes 2o ist in bezug auf die Tankwandung praktisch stillstehend,
und die Arbeitsfläche des Bandes gleitet in bezug auf den Stützträger 35 mit etwa
der Geschwindigkeit, mit der sich der Stützrahmen usw. bewegen, lediglich in anderer
Richtung. Die untere Bahn des Bandes 2o bewegt sich in Richtung des Rahmens, und
zwar mit doppelter Geschwindigkeit, wobei fortlaufend die Teile des endlosen Bandes
der Arbeitsbahn zugeführt werden. Ein weiterer Antrieb für das Band ist nicht erforderlich.
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Je nachdem, ob die vorliegende Anordnung innerhalb oder außerhalb
des Behälters, d. h. auf der konkaven oder konvexen Seite, benutzt wird, kann es
erforderlich sein, Verstellungen in dem Druck der Federn 39, die .die Führung der
seitlichen Rollen 38 betätigen, und in der relativenStellung des Trägers und der
Antriebsrolle vorzunehmen. Wenn jedoch die Behälterkrümmung einen großen Radius
hat und die Schweißzone verhältnismäßig kurz ist, sind in den stabilen Teilen der
Einrxhtung geringe oder gar keine Verstellungen erforderlich. Oft sind zwei Führungsrollen
38 - wie dargestellt - ausreichend. Es können natürlich Abwandlungen notwendig werden.
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Es muß unterbunden werden, daß die Schweißteilchen die freie Beweglichkeit
des Bandes 2o über die Antriebsrolle 31 beeinträchtigen. Zu diesem Zweck ist ein
Abstreifer 44 an der Unterseite des Trägers 35 vorgesehen, dessen Arbeitskante Teilchen
von der oberen Fläche der sich vorwärts bewegenden unteren Bandbahn vor der vorn
liegenden Antriebsrolle (Fig.3) entfernt.
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Die bewegliche, aber eng .anliegende obere Bandbahn 34 gewährleistet
zusammen mit den feststehenden Behälterplatten den Trog oder die Form für die ungestörte,
wirksame Schweißpulver- oder Schlackenform für das geschmolzene Metall. Dies trifft
zunächst auf eine Seite des Behälters zu, wo die Schweißzone und das Schweißgerät
um ein geringes Maß gegenüber der anderen 'Seite voranliegen. Ein .ähnlicher Trog
ist auf der anderen Seite vorgesehen und kann zunächst dazu benutzt werden, um ein
'Schweißpulverrückenbett für die voranlaufende Einheit zu bilden, und er kann ferner
als ,eine Form für die Schmelze verwendet- werden, die von der fahrenden Einheit
erzeugt wird.
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Es ist außerdem möglich, zwei Lichtbogen auf gegenüberliegenden Seiten
des Behälters so eng beieinander vorzusehen, daß eine einzige Naht und eine geschlossene
Schweißschmelze erzeugt wird, die vorzugsweise zwischen benachbarten Platten ist.
In diesem Falle ist der Effekt der Rückendeckung ,eines jeden Schweißpulverbettes
unwesentlich, aber die Notwendigkeit :einer dichten Form auf jeder Seite ist ebenso
wichtig wie im anderen Falle.
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In Fig. 5 ist in stark vergrößerter Darstellung ein Schnitt durch
die eigentliche Schweißzone dargestellt, so wie sie sich im Betrieb ausbildet.
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Manerkennt hier den Lichtbogen A, den Krater B und eine Schmelzflußzone
C, wie sie in üblicher Weise beim Lichtbogenschweißen unter Pulverab-,schluß auftreten.
Der Lichtbogen A besteht in der Hauptsache aus einem weißglühenden Gemisch von flüssigen
Metallkügelchen, flüssigen 'Schweißpulverteilchen und dazwischen aus ionisierten
Gasen und Dämpfen, und die ganze flüssige Masse bewegt sich schnell .als Lichtbogenstrom
in Richtung der kleinen eingetragenen Pfeile von der 'Spitze der Elektrode 16 zu
dem Grund B-i des Kraters. Der Kratergrund ist also gänzlich von einem Gemisch aus
breiigem Metall, flüssigem Metall, flüssigem Schweißpulver und Gasbläschen angefüllt.
Der entstehende Schmelzfluß C liegt dann in der Hauptsache in dem Bereich des bereits
überlaufenen Teiles der Schweißnaht, während der in Bewegungsrichtung voranliegende
Teil noch verhältnismäßig kühl ist. Im vorliegenden Falle, d. h. beim Schweißen
horizontaler Nähte ;an vertikalen Werkstücken, strömt
ein großer
Teil des 'Schmelzflusses bzw. der Welle horizontal längs des Weges des geringsten
Widerstandes, den die Hitze und die flüssigen Wandungen bilden. Auf diese Weise
wird der Gefahr entgegenwirkt; daß der geschmolzene Stoff entweichen kann. Auf der
anderen Seite neigt jedoch die 'Schmelze dazu, in Form von Tropfen herabzufließen,
wie ;sie durch die gestrichelte Linie C-6 angedeutet sind, anstatt eine richtige
'Schweißrippe zu bilden. Diese Tropfen werden wirksam durch die Einsrichtung nach
der Erfindung vermieden. Zum größten Teil wird dies durch den einzwängenden Effekt
der Schweißpulver- oder Schlackeneinbettung auf das Metall bewirkt, die ungestört
um das geschmolzene Metall herum aufrechterhalten wird. Diesle :Schweißpulver- oder
Schlackeneinbettung hat eine relativ heiße, flüssige innere 'Schicht, die das erstarrende,
aber noch flüssige Metall berührt und vermutlich ebenso flüssig wie dieses ist.
Außerdem ist jedoch eine verhältnismäßig kühle, viskose äuß:e,re Schicht vorhanden,
die auf Grund des relativ hohen 'Schmelzpunktes: des Schweißpulvermaberials schnell.
erstarrt. Diese schnell erstarrende Hautschicht überlagert sich der wirksamen Oberflächenspannung
des aus Schweißpulver und Metallfluß zusammengesetzten Schmelzflusses, der in Gefahr
ist, unter dem Einfluß der 'Schwerkraft zu entweichen. Diese Hautschicht kann jedoch
diese Wirkung nur dann ausüben, wenn diese durch die Unterstützung34, 35, 38 für
das benachbarte pulverisierte oder granulierte 'Schweißpulver ungestört gehalten
wird. Durch geeigadte Bemessung der verwendeten Elektroden wird dieser einzwängende
Effekt unterstützt. Im ganzen bildet .sich also eine Begrenzungslinie für den Schmelzfluß
aus, wie sie durch die gestrichelte LinieB-6 (Fig. 5) bezeichnet isst. Die im Vergleich
zu der Linie C-6 wesentlich günstigere Läge der Begrenzungslinie B-6 kommt ausschließlich
durch die verbundene Wirkung der vorerwähnten Merkmale zustande.