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Lichtbogenschweißverfahren und Vorrichtung zu seiner Anwendung Die
Erfindung betrifft Verfahren zur elektrischen Lichtbogenschweißung und ist insbesondere
auf Verfahren gerichtet, bei denen während des Schweißens ein zwischen einer Elektrode
und dem zu schweißenden Werkstück ausgebildeter elektrischer Lichtbogen von einem
Edelgasstrom, der beispielsweise aus Argon besteht, abgeschirmt wird.
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Schweißverfahren, bei denen ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer
bevorzugt aus Wolfram bestehenden Elektrode und dem zu schweißenden Werkstück auftritt
und von einem Argonstrom umgeben, abgeschirmt ° wird, haben sich für die Schweißung
von Aluminium und seinen Legierungen als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Verwendung
eines solchen Lichtbogens ist jedoch nicht auf diese Metalle beschränkt, sondern
kann auch bei anderen Metallen angewandt werden. Die Benutzung von Argon für diesen
Zweck ist besonders vorteilhaft, da das Argon sogar bei der Schweißtemperatur offenbar
keine schädlichen Verbindungen mit dem zu schweißenden Metall bildet. Ein weiterer
Vorteil des Argons liegt darin, daß es im Vergleich zu anderen Gasen ein verhältnismäßig
niedriges Ionisationspotential hat und infolgedessen die zwischen der Elektrode
und dem Werkstück erforderliche Zündspannung verringert werden kann. Üblicherweise
verwendet man eine Zündspannung zwischen der Elektrode und (dem Werkstück in der
Größenordnung von z8o Volt. Eine Schwierigkeit, die sich in der Praxis bei Verwendung
eines wechselstromgespeisten Argonlichtbogens, insbesondere beim Schweißen von Aluminium
und seinen Legierungen zeigt, besteht darin, daß der zwischen der Elektrode und
dem Werkstück verlaufende Lichtbogen die Neigung zum
Verlöschen
hat, wenn die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück durch Null läuft.
Es hat sich auch gezeigt, daß die zur Neubildung des Lichtbogens zwischen der Elektrode
und dem Werkstück erforderliche Zündspannung, wenn das Werkstück im Verhältnis zur
Elektrode negativ ist, wesentlich größer als die Zündspannung ist, die notwendig
.ist, wenn das Werkstück in bezug auf die Elektrode positiv ist. Dies führt zu einer
Unterdrückung der Stromhalbperioden, in denen das Werkstück negativer als die Elektrode
isst, falls nicht eine verhältnismäßig hohe Zündspannung angelegt wird, um idie
selbsttätige Neubildung des Lichtbogens bei beliebiger Polarität des Werkstücks
im Vergleich zur Elektrode zu gewährleisten. Aus diesem Grunde ist es üblich geworden,
eine Zündspannung in der Größenordnung von i8o Volt zu benutzen, wenn Wechselstrom
verwendet wird. Zur Verringerung dieser Schwierigkeit wunde vorgeschlagen, dem Wechselstrom,
der eine Netzfrequenz von beispielsweise 5o Hertz hat, einen hochfrequenten Wechselstrom
beträchtlicher Größe aufzudrücken, der die Spannung zwischen Werkstück und Elektrode
schnell auf einen Wert erhöht, bei dem sich wiederum ein Lichtbogen bilden kann,
so daß Verzögerungen bei der Lichtbogenzündung vermieden werden. Um diese hochfrequente
Wechselstromkomponente in dem Schweißnetz zu erzeugen, ist es .erforderlich, ein
zusätzliches Gerät zu verwenden, dass die Kompliziertheit der Anlage vergrößert.
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Nach der Erfindung ist ein Lichtbogenschweißverfahren für Wechselstrom,
bei dem zwei nahe beieinander angeordnete Elektroden verwendet und mit Wechselströmen
gespeist werden, deren Phasenverschiebung 9o° beträgt, so daß während des Schweißens
immer eine Spannung zwischen einer oder beiden Elektroden und dem Werkstück vorhanden
ist, die ausreicht, um einen Lichtbogen zwischen wenigstens einer Elektrode und
dem Werkstück aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden und
(die Schweißlichtbögen durch ein Edelgas oder ein indifferentes Gas abgeschirmt
sind.
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Der Schweißstrom kann beispielsweise aus einem Zweiphasen-Dreiphasentransformator
entnommen werden, um eine ausgeglichene Belastung an einem Drehstromnetz zu schaffen.
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Durch die Anwendung eines Schweißverfahrens nach,der Erfindung hat
es sich als möglich erwiesen, den Schweißvorgang unter Verwendung eines Wechselstroms
mit Netzfrequenz durchzuführen, ohne daß es erforderlich ist, diesem einen hochfrequenten
Strom zur Gewährleistung einer schnellen Neuzündung des Lichtbogens aufzudrücken.
Es ist anzunehmen, daß die mit der Erfindung erzielte Verbesserung wenigstens zum
Teil dadurch bedingt ist, daß die Spannungen zwischen allen Elektroden und dem Werkstück
oder zwischen einer Elektrode und den anderen Elektroden zu keinem Zeitpunkt durch
Null verlaufen. Es. wird darauf hingewiesen,,daß andere Gase, die ähnliche Eigenschaften,
das heißt Indifferenz unter Betriebsbedingungen und niedriges Ionisationspotential,
haben, verwendet werden können, wenn auch die Erfindung im Hinblick auf die Artwendung
von Schweißlichtbögen beschrieben ist, die von einem Argonstrom umgeben sind.
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Es wird nun eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Anwendung bei
der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit Bezug auf die anliegenden
Zeichnungen beschrieben.
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Fig. i zeigt einen Schnitt durch den Schweißkopf sowie die elektrische
Schaltung zwischen den Elektroden und einem Zweiphasen-Dreiphasentransformator.
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Fig. z ist eine von unten gesehene Ansicht des in Fig. i dargestellten
Schweißkopfes.
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In der Zeichnung sind zwei Wolframelektroden io und ii seitlich nebeneinander
parallel vierlaufend angeordnet. Sie können aber auch gegebenenfalls gegeneinander
geneigt sein, derart, daß ihre Schweißenden dichter beieinander liegen als ihre
Stromzuführungsenden. Die Elektrode io ist einstellbar in einer Muffe i2 angebracht.
Diese ist mit einer Bohrung 13 versehen, in welche die Elektrode io im Gleitsitz
eingepaßt ist. Wenn gewünscht, kann das untere Ende der Muffe i2 geschlitzt sein,
um einen handlichen Griff an der Elektrode zu schaffen. Die andere Elektrode ii
wird in gleicher Waise von einer Muffe 14 getragen. Die beiden Muffen 12 und 14
sind elektrisch voneinander isoliert und in einem Kernteil 15 aus Isolierstoff gelagert.
Infolge der Wärmeableitung von den Elektroden i o und i i muß der Isolierstoff,
aus dem der Kernteil 15 hergestellt ist, hohen Betriebstemperaturen widerstehen
können. Der Kernteil 15 paßt in eine Aussparung eines abgesetzt zylinderförmigen
Metallgehäuseteiles 16, an dem .ein Handgriff oder andere Handhabungsmittel (nicht
dargestellt) befestigt sind. Der Gehäuseteil 16 erstreckt sich unter Umschließung
der Elektroden nach unten zu einer Düse 17, die nach Belieben aus Metall oder keramischem
Material bestehen kann. Ein biegsames Rohr 2o ist mit einem Rohr 21 verbunden, das
sich durch den Kernteil 15 erstreckt. Durch das Rohr 21 kann Edelgas, beispielsweise
Argon oder Helium, dem Raum zugeführt werden, der die Elektroden io und i i innerhalb
des Gehäuseteiles 16 und- :der Düse 17 umgibt. Im Betrieb wird ein Edelgasstrom
durch das biegsame Rohr 2o in diesen Raum geleitet und fließt an dessen unterem
Ende durch die zwischen dem Ende der Düse 17 und dem Werkstück 22 befindliche Lücke
hindurch, so daß er die mit gestrichelten Linien 23 angedeuteten Lichtbögen umgibt
und dadurch den Schweißbogenbereich frei von Luft hält.
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Die Elektrode 1o ist über die Muffe 12 und eine Leitung
24 mit einer Sekundärwicklung 25 eines Zweiphasen-Dreiphasentransformators
verbunden. Die andere Elektrode i i ist in entsprechender Weise über die andere
Muffe 14 und eine Leitung 26 an die andere Sekundärwicklung 27 des genannten Transformators
angeschlossen. Die verbundenen Enden der Sekundärwicklungen 25 und 27
sind
über eine Leitung 2S an das Werkstück 22 geführt. Die Primärwicklungen 29 und
30 sind in der bei einer Zweiphasen-Dreiphasenwicklung üblichen Weise zusammengeschaltet
und- so angebracht, daß sie mit den drei Phasen eines Drehstromschweißnetzes an
den Klemmen 31 verbunden sind. Infolge der Phasenverschiebung zwischen den an den
Sekundärwicklungen 25 und 27 erhaltenen Spannungen tritt im Betrieb immer eine Spannung
zwischen zwei der drei folgenden Punktpaare auf, nämlich zwischen der Elektrode
io und dem Werkstück 22, der Elektrode i i und dem Werkstück 22 sowie zwischen der
Elektrode io und der Elektrode i i. Infolgedessen ist wenigstens immer einer der
mit gestrichelten Linien 23 angedeuteten Lichtbögen vorhanden, so daß sich die Lücke
zwischen einer Elektrode und dem Werkstück wieder leicht ionisiert, nachdem die
Spannung zwischen dieser Elektrode und dem Werkstück durch Null gelaufen ist. Man
erkennt aus Fig. i, daß der Abstand zwischen den Enden der Elektroden io und ii
in derselben Größenordnung liegt wie die zwischen dien Elektrodenenden und dem Werkstück
befindliche Lücke. Diese Lücke zwischen den Elektroden kann ein- bis dreimal so
groß sein wie die Länge der Schweißbögen zwischen den Elektrodenenden und dem Werkstück.
Wie in Fig. 2 dargestellt, hat das Ende der Düse 17 eine abgeflachte, ovale
Form. Dadurch wird der Verbrauch an Argon vermindert und eine gleichmäßige Zufuhr
dieses Edelgases aufrechterhalten, :so daß die Luft aus dem Lichtbogenbereich zwischen
den Elektroden und dem Werkstück ausgeschlossen wird.