WO2017114726A1 - Verfahren und vorrichtung zum mehrelektroden unterpulver-schweissen in mehrlagentechnik in zwei entgegengesetzte richtungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum mehrelektroden unterpulver-schweissen in mehrlagentechnik in zwei entgegengesetzte richtungen Download PDF

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WO2017114726A1
WO2017114726A1 PCT/EP2016/082240 EP2016082240W WO2017114726A1 WO 2017114726 A1 WO2017114726 A1 WO 2017114726A1 EP 2016082240 W EP2016082240 W EP 2016082240W WO 2017114726 A1 WO2017114726 A1 WO 2017114726A1
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welding
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head
electrodes
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Inventor
Gökhan Biyikli
Original Assignee
Gökhan Biyikli
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/18—Submerged-arc welding
    • B23K9/186—Submerged-arc welding making use of a consumable electrodes
    • B23K9/188—Submerged-arc welding making use of a consumable electrodes making use of several electrodes

Definitions

  • the invention relates to a method for submerged-arc welding of seam joints on metal workpieces using a multi-electrode arrangement with at least two welding electrodes as wire or strip or flux-cored electrodes arranged one behind the other in a welding direction, the welding electrodes of the multi-electrode arrangement simultaneously being a common melt bath generate, with a joint is added in several layers.
  • the invention further relates to an apparatus for submerged-arc welding of seam joints on metal workpieces, in particular for carrying out the method according to the invention, comprising an arrangement of welding heads for providing a respective wire or ribbon or flux cored electrode as a multi-electrode arrangement for generating multiple welding arcs in a single melt bath in a single seam, the welding heads are each in electrical communication with a welding power source.
  • Submerged arc welding is an arc welding process in which the welding arc burns between the wire electrode material and the workpiece to be welded.
  • the peculiarity of the procedure is that of
  • Welding arc is covered by a granular powder.
  • Welding additives are usually wire or tape electrodes and a welding powder.
  • the wire or tape electrodes are fed to the welding point by means of a feed system.
  • the welding powder also passes from a storage container via a hose by gravity or by a compressed air conveying system to the weld and thereby covers the melt bath generated by the welding arc against harmful influences of the atmosphere.
  • the submerged arc welding process is usually carried out both as a so-called single wire welding method and as a parallel wire welding method or tandem wire welding method. In parallel wire welding, two or three smaller diameter wire electrodes instead of one wire are melted in a common arc.
  • the advantage of this method variant consists in an increase in the deposition rate, which is accompanied by a higher welding speed. Basically, the increase in welding speed limits.
  • the welding current strengths must be increased.
  • the so-called penetration depth is given only for the leading in the welding direction of the first arc, the operation of the trailing arcs is greatly attenuated.
  • the result is that as the number of arcs running one behind the other and the overall increase in the total current increases, the welding speed can be increased, but the burn-in loss that occurs as a result of the speed increase is less and less balanced. Therefore, the welding speed can not be increased linearly with the number of welding heads used.
  • the arcs of the individual welding heads influence so that even after a certain number of the welding heads used no stable melt bath can be achieved.
  • a method and a device of the aforementioned type are known, for example, from the European patent application EP 0 220 561 A1.
  • This patent application also relates to a method for submerged-arc welding of seam joints on metallic workpieces by means of multi-electrode welding, in which two or more electrodes are arranged one behind the other, in whose individual electric arcs simultaneously a common molten zone covered by molten welding powder is formed.
  • the aim of this method is to achieve a higher Abschmelz intricate, without thereby increasing the number of welding heads.
  • This is achieved in the method according to EP 0 220 561 A1 in that at least one electrode designed as a band electrode is arranged in the respectively selected electrode arrangement.
  • the present invention has for its object to provide a method and an apparatus which also with respect to the achievable
  • Welding speed are improved, with an improvement of the welding speed essentially should not be achieved by increasing the number of wire electrodes.
  • the invention is further based on the object to provide a corresponding device.
  • the problem underlying the invention is solved by the features of claim 1, advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
  • the problem underlying the invention is further solved by the features of claim 6.
  • One aspect of the present invention relates to a method of submerged arc welding seam joints on metal workpieces using a multi-electrode assembly having at least two welding electrodes as wire or strip electrodes arranged one behind the other in a welding direction, wherein the welding electrodes of the multi-electrode assembly simultaneously produce a common melt pool and the melt pool is covered by a welding powder, wherein a joint is added in several layers, wherein a first layer is produced in a first welding operation in a first welding direction and at least a second layer with a second welding operation in a second welding direction, wherein the first and the second layer with the same Multi-electrode arrangement are generated and wherein the first and the second welding direction are different from each other.
  • the multi-electrode arrangement in a first and a second welding direction, i. move the multi-electrode assembly in the opposite direction after adding a first layer relative to the workpiece or to reciprocate the workpiece (s) with respect to a fixed multi-electrode assembly.
  • the seam in question can be provided in a single workpiece, for example on a pipe, a pipeline or the like, but the seam in question can also be provided on two intermittently joined workpieces.
  • the method is conveniently performed using a multi-electrode assembly or apparatus that does not have an excellent welding direction.
  • the method includes either guiding a multi-electrode assembly relative to the workpiece or workpieces or guiding the workpieces relative to the multi-electrode assembly.
  • the inventive method is carried out in the so-called multi-layer technique. This makes it possible to economically deliver seam joints of sheets with a higher sheet thickness range relatively economical.
  • the previously known devices in particular the welding heads for multi-electrode arrangements are designed for an excellent welding direction, so that a seam must be added from a position A to a position B with a first layer, after which either the workpiece or the electrode assembly must be converted again and second layer is also added from a position A to a position B.
  • this has the disadvantage that relatively much cycle time is required as a result, ie, overall the welding process is slowed down; on the other hand, this has the disadvantage that this results in undesirable multiaxial stress states due to the unavoidable welding distortion.
  • the invention provides for adding one welding layer each in a first direction and a second welding layer in a second direction, on the one hand the welding speed is increased, since it is not necessary to react the electrode arrangement of the workpiece and / or the workpieces;
  • Invention has the advantage that triaxial stress states or three-dimensional voltage curves are minimized. This automatically requires less reworking, such as calibrating, re-rolling or straightening the workpieces.
  • the multi-electrode arrangement expediently comprises a first and a second welding head, wherein one of the first and second welding heads is provided as a welding head leading or trailing welding head, wherein the respective leading welding head is supplied with direct current is energized and the respective trailing welding head with alternating current and wherein in a reversal of the welding direction in each case a switching of the energization of the first and the second welding head from AC to DC or vice versa takes place.
  • welding head in the sense of the invention designates in each case a contact tube or guide tube for the wire or band electrodes to be melted, and an associated nozzle from which the wire or ribbon or flux-cored electrode emerges.
  • the method according to the invention comprises applying the welding powder in the welding direction in front of the respective leading welding head and sucking off the residual powder behind the respective trailing welding head.
  • a device suitable for this purpose expediently comprises means for applying and sucking off the welding powder twice, i. at each end of the device.
  • the multi-electrode arrangement comprises three or more welding heads, from which in each case the welding head leading in the welding direction is supplied with direct current, whereas all trailing welding heads are supplied with alternating current.
  • all welding electrodes or all welding heads are aligned symmetrically with respect to one another such that the alignment of the welding electrodes is independent of the selected welding direction, so that the multi-electrode arrangement has no geometrically caused excellent welding direction.
  • at least one welding electrode leading in the welding direction and at least one welding electrode trailing in the welding direction are made oblique to the respectively selected welding direction, wherein the longitudinal axis of the respective leading welding electrode preferably at an angle between 45 ° and 90 °, preferably at an angle between 60 ° and 88 ° to the respective welding direction is made.
  • a further aspect of the invention relates to a device for submerged arc welding of seams on metal workpieces, in particular for carrying out the method described above, comprising an array of welding heads for providing a respective wire or tape electrode as a multi-electrode arrangement for generating multiple welding arcs in a single melt bath in a single Seam, wherein the welding heads are each in electrical operative connection with a welding power source, wherein the welding heads are arranged symmetrically to each other and wherein the welding power sources are switchable in response to a predetermined welding direction so that at least two welding heads can be supplied with either direct or alternating current.
  • the device according to the invention also comprises means for applying welding powder in front of a welding head which leads in the welding direction, and means for sucking off residual welding powder behind a welding head following in the welding direction.
  • a supply for welding powder and a suction for welding powder can be provided either double and alternately operable, alternatively, they can each be designed switchable.
  • At least two welding heads of the multi-electrode arrangement have an angle of attack relative to the welding direction.
  • the welding heads are employed symmetrically relative to one another in relation to the welding direction, so that the longitudinal axis of a welding head leading in the welding direction has an angle of attack of 88 ° to 60 ° with respect to the welding direction.
  • An embodiment will be explained in the following simplified with reference to the accompanying figure.
  • the figure shows a multi-electrode assembly 1 according to the invention, which is part of a device for submerged arc welding. Means for applying welding powder and for sucking residual powder and means for guiding the multi-electrode assembly 1 relative to one or more workpieces are not shown in the drawing for reasons of simplicity.
  • the multi-electrode arrangement 1 shown in the figure comprises three guide tubes 2 each having a nozzle 3 and in each case one emerging from the nozzle 3 wire electrode 4.
  • the wire electrodes 4 are each fed via an unillustrated feed system of the relevant nozzle 3.
  • a guide tube 2 and a nozzle 3 form a welding head 5a, 5b, 5c in the sense of the present invention.
  • a welding track 6 is shown only schematically as the course of a weld or seam, this extends between points A and B.
  • the multi-electrode arrangement 1 comprises a total of three welding heads, of which a first welding head 5a and a third welding head 5c are arranged symmetrically with respect to a second welding head 5b.
  • the welding heads 5a, 5b, 5c are each height-adjustable with respect to the workpiece and relative to one another.
  • a longitudinal axis of the second welding head 5b extends at a right angle with respect to a welding direction
  • the first welding head 5a and the third welding head 5c are symmetrically and obliquely set with respect to the second welding head 5b.
  • the longitudinal axes of the first and third welding heads 5a, 5c each extend at an angle between 2 ° and 30 ° with respect to the longitudinal axis of the second welding head 5b.
  • the first and third Welding heads 5a, 5c in each case at an angle between 88 ° and 60 ° made with respect to the welding direction.
  • All longitudinal axes of the welding heads 5a, 5b, 5c are convergent with each other, so that the welding heads 5a, 5b, 5c are arranged symmetrically and fan-shaped relative to one another.
  • the welding nozzles 3 and welding heads 5a, 5b, 5c are set in a tapered triangular shape to each other, symmetrically.
  • All welding heads 5a, 5b, 5c are arranged vertically adjustable. These are each connected to a welding power source, which optionally supplies, for example, the first welding head 5a with alternating current or direct current, depending on the welding direction. The intended welding directions are also hinted at in the figure.
  • the third welding head 5c is supplied with direct current, whereas the second welding head 5b and the first welding head 5a, which in this case form the trailing welding heads, are supplied with alternating current.
  • the multi-electrode arrangement reaches 1 point B, the welding direction is reversed, the first welding head 5a is supplied with direct current, whereas the second welding head 5b and the third welding head 5c are supplied with alternating current.
  • alternating current two-phase alternating current or three-phase alternating current can be provided.
  • a supply of welding powder takes place from a welding of point A to point B in front of the third welding head 5c, with a welding of point B to point A in front of the first welding head 5a.
  • a residual powder extraction takes place in a welding from point A to point B behind the first welding head 5a, with a welding from point B to point A behind the third welding head 5c.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterpulver-Schweißen Nahtfugen an metallenen Werkstücken unter Verwendung einer Mehrelektrodenanordnung (1) mit wenigstens zwei Schweißelektroden als Draht- oder Bandelektroden, die in einer Schweißrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Schweißelektroden der Mehrelektrodenanordnung (1) gleichzeitig ein gemeinsamen Schmelzebad erzeugen, wobei das Schmelzebad durch ein Schweißpulver abgedeckt wird, wobei eine Nahtfuge mehrlagig zugesetzt wird und wobei eine erste Lage in einem ersten Schweißvorgang in einer ersten Schweißrichtung und wenigstens eine zweite Lage mit einem zweiten Schweißvorgang in einer zweiten Schweißrichtung erzeugt wird, wobei die erste und die zweite Lage mit derselben Mehrelektrodenanordnung (1) erzeugt werden und wobei die erste und die zweite Schweißrichtung verschieden voneinander sind.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM MEHRELEKTRODEN UNTERPULVER-SCHWEISSEN IN MEHRLAGENTECHNIK IN ZWEI ENTGEGENGESETZTE RICHTUNGEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterpulver-Schweißen von Nahtfugen an metallenen Werkstücken unter Verwendung einer Mehrelektrodenanordnung mit wenigstens zwei Schweißelektroden als Draht- oder Band-oder Fülldraht-Elektroden, die in einer Schweißrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Schweißelektroden der Mehrelektrodenanordnung gleichzeitig ein gemeinsames Schmelzebad erzeugen, wobei eine Nahtfuge mehrlagig zugesetzt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Unterpulver-Schweißen von Nahtfugen an metallenen Werkstücken, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend eine Anordnung von Schweißköpfen zur Bereitstellung jeweils einer Draht- oder Band- oder Fülldraht-Elektrode als Mehr- elektrodenanordnung zwecks Erzeugung mehrerer Schweißlichtbögen in einem einzigen Schmelzebad in einer einzigen Nahtfuge, wobei die Schweißköpfe jeweils mit einer Schweißstromquelle in elektrischer Wirkverbindung stehen.
Das Unterpulver-Schweißen ist ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der Schweißlichtbogen zwischen dem Drahtelektrodenwerkstoff und dem zu schweißenden Werkstück brennt. Die Besonderheit des Verfahrens ist, dass der
Schweißlichtbogen durch ein körniges Pulver abgedeckt wird. Als Schweißzusätze dienen üblicherweise Draht- oder Bandelektroden sowie ein Schweißpulver. Die Draht- oder Bandelektroden werden durch ein Vorschubsystem zur Schweiß- stelle gefördert. Das Schweißpulver gelangt aus einem Vorratsbehälter über einen Schlauch durch Schwerkraft oder durch ein Druckluftfördersystem ebenfalls zur Schweißstelle und deckt dadurch das von dem Schweißlichtbogen erzeugte Schmelzebad gegen schädliche Einflüsse der Atmosphäre ab. Das Unterpulver-Schweißverfahren wird üblicherweise sowohl als sogenanntes Eindrahtschweißverfahren als auch als Paralleldrahtschweißverfahren oder Tandemdrahtschweißverfahren durchgeführt. Beim Paralleldrahtschweißen werden zwei oder drei Drahtelektroden mit geringerem Durchmesser anstelle eines Drahtes in einem gemeinsamen Lichtbogen abgeschmolzen. Der Vorteil dieser Verfah- rensvariante besteht in einer Erhöhung der Abschmelzleistung, die einhergeht mit einer höheren Schweißgeschwindigkeit. Grundsätzlich sind der Steigerung der Schweißgeschwindigkeit Grenzen gesetzt. Um gleiche Querschnitte durchzu- schweißen, müssen dabei die Schweißstromstärken erhöht werden. Je höher die Anzahl der verwendeten Schweißköpfe und damit der erzeugten Lichtbögen in ein einziges Schmelzebad ist, desto stärker beeinflussen sich die Magnetfelder der einzelnen Elektroden der Elektrodenanordnung. Die sogenannte Einbrandtiefe ist nur für den in Schweißrichtung führenden ersten Lichtbogen gegeben, die Wirkungsweise der nacheilenden Lichtbögen wird stark gedämpft. Die Folge ist, dass mit Erhöhung der Anzahl der hintereinander herlaufenden Lichtbögen und der einhergehenden Erhöhung der Gesamtstromstärke sich zwar die Schweißgeschwindigkeit steigern lässt, der aber mit der Stromerhöhung infolge der Geschwindigkeitssteigerung eintretende Einbrandverlust immer weniger ausgeglichen wird. Die Schweißgeschwindigkeit lässt sich daher grundsätzlich nicht linear mit der An- zahl der verwendeten Schweißköpfe steigern. Insbesondere beeinflussen sich die Lichtbögen der einzelnen Schweißköpfe so, dass ab einer bestimmten Anzahl der verwendeten Schweißköpfe auch kein stabiles Schmelzebad mehr erzielbar ist.
Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind beispiels- weise aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 220 561 A1 bekannt. Diese Patentanmeldung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Unterpulver-Schweißen von Nahtfugen an metallischen Werkstücken mittels Mehrelektrodenschweißung, bei welchem zwei oder mehr Elektroden hintereinander angeordnet werden, in deren einzelnen elektrischen Lichtbögen gleichzeitig eine gemeinsame von geschmolze- nem Schweißpulver überdecke Schmelzzone gebildet wird. Ziel dieses Verfahrens ist es, eine größere Abschmelzleistung zu erreichen, ohne dadurch die Anzahl der Schweißköpfe erhöhen zu müssen. Dies wird bei dem Verfahren gemäß EP 0 220 561 A1 dadurch erreicht, dass in der jeweils gewählten Elektrodenanordnung mindestens eine als Bandelektrode ausgebildete Elektrode angeordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, die ebenfalls hinsichtlich der zu erreichenden
Schweißgeschwindigkeit verbessert sind, wobei eine Verbesserung der Schweiß- geschwind ig keit im Wesentlichen nicht durch die Erhöhung der Anzahl der Drahtelektroden erreicht werden soll. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen. Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird weiterhin mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterpulver-Schweißen von Nahtfugen an metallenen Werkstücken unter Verwendung einer Mehrelektrodenanordnung mit wenigstens zwei Schweißelektroden als Drahtoder Bandelektroden, die in einer Schweißrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Schweißelektroden der Mehrelektrodenanordnung gleichzeitig ein gemeinsames Schmelzebad erzeugen und das Schmelzebad durch ein Schweißpulver abgedeckt wird, wobei eine Nahtfuge mehrlagig zugesetzt wird, wobei eine erste Lage in einem ersten Schweißvorgang in einer ersten Schweißrichtung und wenigstens eine zweite Lage mit einem zweiten Schweißvorgang in einer zweiten Schweißrichtung erzeugt wird, wobei die erste und die zweite Lage mit derselben Mehrelektrodenanordnung erzeugt werden und wobei die erste und die zweite Schweißrichtung verschieden voneinander sind.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, die Mehrelektrodenanordnung in einer ersten und einer zweiten Schweißrichtung hin und her zu fahren, d.h. die Mehrelek- trodenanordnung nach Zusetzen einer ersten Lage relativ zum Werkstück in entgegengesetzte Richtung zu bewegen oder das oder die Werkstücke bezüglich einer feststehenden Mehrelektrodenanordnung hin und her zu bewegen.
Die betreffende Nahtfuge kann in einem einzigen Werkstück, beispielsweise an einem Rohr, einer Pipeline oder dergleichen vorgesehen sein, die betreffende Nahtfuge kann allerdings auch an zwei stoßweise aneinander gefügten Werkstücken vorgesehen sein. Das Verfahren wird zweckmaßigerweise unter Verwendung einer Mehrelektrodenanordnung bzw. einer Vorrichtung zum Schweißen durchgeführt, die keine ausgezeichnete Schweißrichtung aufweist. Das Verfahren umfasst entweder das Führen einer Mehrelektrodenanordnung relativ zu dem oder den Werkstücken oder das Führen der Werkstücke relativ zu der Mehrelektrodenanordnung.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der sogenannten Mehrlagentechnik ausgeführt. Dadurch ist es möglich, verhältnismäßig wirtschaftlich Nahtfugen von Blechen mit einem höheren Blechdickenbereich wirtschaftlich zuzustellen.
Die bisher bekannten Vorrichtungen, insbesondere die Schweißköpfe für Mehrelektrodenanordnungen sind für eine ausgezeichnete Schweißrichtung ausgebildet, so dass eine Nahtfuge von einer Position A zu einer Position B mit einer ersten Lage zugesetzt werden muss, danach entweder das Werkstück oder die Elektrodenanordnung wieder umgesetzt werden müssen und die zweite Lage ebenfalls von einer Position A zu einer Position B zugesetzt wird. Das hat einerseits den Nachteil, dass dadurch verhältnismäßig viel Zykluszeit benötigt wird, also insgesamt der Schweißvorgang verlangsamt wird, andererseits hat dies den Nachteil, dass sich hierdurch unerwünschte mehrachsige Spannungszustände aufgrund des unvermeidlichen Schweißverzuges ergeben.
Dadurch dass erfindungsgemäß vorgesehen ist, jeweils eine Schweißlage in einer ersten Richtung und eine zweite Schweißlage in einer zweiten Richtung zuzusetzen, wird einerseits die Schweißgeschwindigkeit erhöht, da ein Umsetzen der Elektrodenanordnung des und/oder der Werkstücke nicht erforderlich ist, andererseits hat das Verfahren gemäß der Erfindung den Vorzug, dass dreiachsige Spannungszustände oder dreidimensionale Spannungsverläufe minimiert werden. Dadurch ist automatisch weniger Nacharbeit wie beispielsweise Kalibrieren, Nachwalzen oder Richten der Werkstücke erforderlich.
Die Mehrelektrodenanordnung gemäß der Erfindung umfasst zweckmäßigerweise einen ersten und einen zweiten Schweißkopf, wobei einer der ersten und zweiten Schweißköpfe als in Schweißrichtung führender oder nacheilender Schweißkopf vorgesehen ist, wobei der jeweils führende Schweißkopf mit Gleichstrom bestromt wird und der jeweils nacheilende Schweißkopf mit Wechselstrom bestromt wird und wobei bei einer Umkehrung der Schweißrichtung jeweils eine Umschaltung der Bestromung des ersten und des zweiten Schweißkopfs von Wechselstrom auf Gleichstrom oder umgekehrt erfolgt.
Grundsätzlich hat es sich als günstig erwiesen, den jeweils führenden Schweißkopf mit Gleichstrom zu bestromen und den oder die nacheilenden Schweißköpfe mit Wechselstrom zu bestromen, wodurch sich eine bessere Kontrollierbarkeit des Schmelzebades bei Verwendung einer Vielzahl von Schweißköpfen ergibt. Der Begriff Schweißkopf im Sinne der Erfindung bezeichnet jeweils ein Kontaktrohr oder Führungsrohr für die abzuschmelzenden Draht- oder Bandelektroden sowie eine zugehörige Düse, aus welcher die Draht- oder Band- oder Fülldraht-Elektrode austritt. Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst das Aufbringen des Schweißpulvers in Schweißrichtung vor dem jeweils führenden Schweißkopf und das Absaugen des Restpulvers hinter dem jeweils nacheilenden Schweißkopf.
Eine hierfür geeignete Vorrichtung umfasst zweckmäßigerweise Mittel zum Auf- bringen und zum Absaugen des Schweißpulvers doppelt, d.h. an jedem Ende der Vorrichtung.
Bei einer zweckmäßigen Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Mehrelektrodenanordnung drei oder mehr Schweißköpfe umfasst, von welchen jeweils der in Schweißrichtung führende Schweißkopf mit Gleichstrom bestromt wird, wohingegen alle nacheilenden Schweißköpfe mit Wechselstrom bestromt werden.
Zweckmäßigerweise werden alle Schweißelektroden bzw. alle Schweißköpfe symmetrisch zueinander so ausgerichtet, dass die Ausrichtung der Schweißelek- troden von der gewählten Schweißrichtung unabhängig ist, so dass die Mehrelektrodenanordnung keine geometrisch bedingte ausgezeichnete Schweißrichtung aufweist. Zweckmäßigerweise werden wenigstens eine in Schweißrichtung führende Schweißelektrode und wenigstens eine in Schweißrichtung nacheilende Schweißelektrode schräg zu der jeweils gewählten Schweißrichtung angestellt, wobei die Längsachse der jeweils führenden Schweißelektrode vorzugsweise in einem Win- kel zwischen 45° und 90° vorzugsweise in einem Winkel zwischen 60 ° und 88 ° zu der jeweiligen Schweißrichtung angestellt wird.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterpulverschweißen von Nahtfugen an metallenen Werkstücken, insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, umfassend eine Anordnung von Schweißköpfen zur Bereitstellung jeweils einer Draht- oder Bandelektrode als Mehrelektrodenanordnung zwecks Erzeugung mehrerer Schweißlichtbögen in einem einzigen Schmelzebad in einer einzigen Nahtfuge, wobei die Schweißköpfe jeweils mit einer Schweißstromquelle in elektrischer Wirkverbindung stehen, wo- bei die Schweißköpfe symmetrisch zueinander angeordnet sind und wobei die Schweißstromquellen in Abhängigkeit einer vorgegebenen Schweißrichtung so schaltbar sind, dass wenigstens zwei Schweißköpfe wahlweise mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom bestrombar sind. Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch Mittel zum Auftragen von Schweißpulver vor einem in Schweißrichtung führenden Schweißkopf und Mittel zum Absaugen von restlichem Schweißpulver hinter einem in Schweißrichtung nacheilenden Schweißkopf. Eine Zufuhr für Schweißpulver und eine Absaugung für Schweißpulver können entweder doppelt und wech- seiweise betreibbar vorgesehen sein, alternativ können diese jeweils umschaltbar ausgebildet sein.
Zweckmäßigerweise weisen mindestens zwei Schweißköpfe der Mehrelektrodenanordnung einen Anstellwinkel bezogen auf die Schweißrichtung auf.
Vorteilhaft und zweckmäßig ist es, wenn die Schweißköpfe bezogen auf die Schweißrichtung symmetrisch zueinander angestellt sind, so dass die Längsachse eines in Schweißrichtung führenden Schweißkopfs gegen die Schweißrichtung einen Anstellwinkel von 88 ° bis 60 ° aufweist. Ein Ausführungsbeispiel wird nachstehend vereinfacht unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur erläutert. Die Figur zeigt eine Mehrelektrodenanordnung 1 gemäß der Erfindung, die Teil einer Vorrichtung zum Unterpulver-Schweißen ist. Mittel zum Auftragen von Schweißpulver und zum Absaugen von Restpulver sowie Mittel zur Führung der Mehrelektrodenanordnung 1 relativ zu einem oder mehreren Werkstücken sind in der Zeichnung aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt.
Die in der Figur dargestellte Mehrelektrodenanordnung 1 umfasst drei Führungsrohre 2 mit jeweils einer Düse 3 und jeweils einer aus der Düse 3 austretenden Drahtelektrode 4. Die Drahtelektroden 4 werden jeweils über einen nicht dargestelltes Vorschubsystem der betreffenden Düse 3 zugeführt.
Ein Führungsrohr 2 und eine Düse 3 bilden einen Schweißkopf 5a, 5b, 5c im Sinne der vorliegenden Erfindung.
In der Zeichnung ist eine Schweißspur 6 als Verlauf einer Schweißnaht oder einer Nahtfuge nur schematisch dargestellt, diese erstreckt sich zwischen den Punkten A und B.
Die Mehrelektrodenanordnung 1 gemäß der Erfindung umfasst insgesamt drei Schweißköpfe, von denen ein erster Schweißkopf 5a und ein dritter Schweißkopf 5c bezüglich eines zweiten Schweißkopfs 5b symmetrisch angeordnet ist. Die Schweißköpfe 5a, 5b, 5c sind jeweils bezüglich des Werkstücks und relativ zueinander höhenverstellbar.
Eine Längsachse des zweiten Schweißkopfs 5b erstreckt sich bezüglich einer Schweißrichtung in einem rechten Winkel, der erste Schweißkopf 5a und der dritte Schweißkopf 5c sind bezüglich des zweiten Schweißkopfs 5b symmetrisch und schräg angestellt. Die Längsachsen der ersten und dritten Schweißköpfe 5a, 5c erstrecken sich jeweils in einem Winkel zwischen 2 ° und 30 ° bezüglich der Längsachse des zweiten Schweißkopfs 5b. Somit sind die ersten und dritten Schweißköpfe 5a, 5c jeweils in einem Winkel zwischen 88 ° und 60 ° bezüglich der Schweißrichtung angestellt. Alle Längsachsen der Schweißköpfe 5a, 5b, 5c sind zueinander konvergent, so dass die Schweißköpfe 5a, 5b, 5c symmetrisch und fächerförmig zueinander angeordnet sind. Vor dem Schweißvorgang werden die Schweißdüsen 3 bzw. Schweißköpfe 5a, 5b, 5c in einer spitz zulaufenden Dreiecksform zueinander eingestellt, und zwar symmetrisch. Alle Schweißköpfe 5a, 5b, 5c sind höhenverstellbar angeordnet. Diese sind jeweils an eine Schweißstromquelle angeschlossen, die wahlweise beispielsweise den ersten Schweißkopf 5a mit Wechselstrom oder Gleichstrom versorgt und zwar je nach Schweiß- richtung. Die vorgesehenen Schweißrichtungen sind ebenfalls andeutungsweise in der Figur dargestellt. Bei einer Schweißrichtung von Punkt A nach Punkt B wird der dritte Schweißkopf 5c mit Gleichstrom bestromt, wohingegen der zweite Schweißkopf 5b und der erste Schweißkopf 5a, die in diesem Falle die nacheilenden Schweißköpfe bilden, mit Wechselstrom beaufschlagt werden. Erreicht die Mehrelektrodenanordnung 1 Punkt B, so wird die Schweißrichtung umgekehrt, der erste Schweißkopf 5a wird mit Gleichstrom bestromt, wohingegen der zweite Schweißkopf 5b und der dritte Schweißkopf 5c mit Wechselstrom bestromt werden. Als Wechselstrom kann Zweiphasenwechselstrom oder aus Dreiphasenwechselstrom bereitgestellt werden.
Eine Zufuhr von Schweißpulver erfolgt von einer Verschweißung von Punkt A zu Punkt B vor dem dritten Schweißkopf 5c, bei einer Verschweißung von Punkt B zu Punkt A vor dem ersten Schweißkopf 5a. Eine Restpulverabsaugung erfolgt bei einer Verschweißung von Punkt A zu Punkt B hinter dem ersten Schweißkopf 5a, bei einer Verschweißung von Punkt B zu Punkt A hinter dem dritten Schweißkopf 5c. Bezugszeichenliste
1 Mehrelektrodenanordnung
2 Führungsrohr
3 Düse
4 Drahtelektrode
5 Schweiß köpfe
5a erster Schweißkopf
5b zweiter Schweißkopf 5c dritter Schweißkopf
6 Schweißspur

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Unterpulver-Schweißen von Nahtfugen an metallenen Werkstücken unter Verwendung einer Mehrelektrodenanordnung (1 ) mit wenigstens zwei Schweißelektroden als Draht-oder Band- oder Fülldraht-Elektroden (4), die in einer Schweißrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Schweißelektroden der Mehrelektrodenanordnung (1 ) gleichzeitig ein gemeinsames Schmelzebad erzeugen, wobei das Schmelzebad durch ein Schweißpulver abge- deckt wird, wobei eine Nahtfuge mehrlagig zugesetzt wird, wobei eine erste Lage in einem ersten Schweißvorgang in einer ersten Schweißrichtung und wenigstens eine zweite Lage mit einem zweiten Schweißvorgang in einer zweiten Schweißrichtung erzeugt wird, wobei die erste und die zweite Lage mit derselben Mehrelektrodenanordnung (1 ) erzeugt werden und wobei die erste und die zweite Schweißrichtung verschieden voneinander sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrelektrodenanordnung (1 ) wenigstens einen ersten und einen zweiten Schweißkopf (5a, 5b) umfasst, wobei einer der erste und zweiten Schweißköpfe (5a, 5b) als in Schweißrichtung führender oder nacheilender Schweißkopf vorgesehen ist, wobei der jeweils führende Schweißkopf mit Gleichstrom bestromt wird und der jeweils nacheilende Schweißkopf mit Wechselstrom bestromt wird und wobei bei einer Umkehrung der Schweißrichtung jeweils eine Umschaltung der Bestromung des ersten und des nacheilenden oder letzten Schweißkopfs von Wechselstrom auf Gleichstrom oder umgekehrt erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrelektrodenanordnung (1 ) drei oder mehr Schweißköpfe (5) umfasst, von welchen jeweils der in Schweißrichtung führende Schweißkopf mit Gleich- ström bestromt wird, wohingegen alle nacheilenden Schweißköpfe mit Wechselstrom bestromt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißelektroden symmetrisch zueinander so ausgerichtet werden und dass die Ausrichtung der Schweißelektroden von der gewählten Schweißrichtung unabhängig ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine in Schweißrichtung führende Schweißelektrode und wenigstens eine in Schweißrichtung nacheilende Schweißelektrode schräg zu der jeweils gewählten Schweißrichtung angestellt werden, wobei die Längsachse der jeweils führenden Schweißelektrode vorzugsweise in einem Winkel zwischen 60° und 88° zu der jeweiligen Schweißrichtung angestellt wird.
6. Vorrichtung zum Unterpulverschweißen von Nahtfugen an metallenen Werkstücken, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine Anordnung von Schweißköpfen (5) zur Bereitstellung jeweils einer Draht-oder Band- oder Fülldraht-Elektrode (4) als Mehrelek- trodenanordnung zwecks Erzeugung mehrerer Schweißlichtbögen in einem einzigen Schmelzebad in einer einzigen Nahtfuge, wobei die Schweißköpfe (5) jeweils mit einer Schweißstromquelle in elektrischer Wirkverbindung stehen, wobei die Schweißköpfe (5) symmetrisch zueinander angeordnet sind und wobei die
Schweißstromquellen in Abhängigkeit einer vorgegebenen Schweißrichtung so schaltbar sind, dass wenigstens zwei Schweißköpfe (5) wahlweise mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom bestrombar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schweißköpfe (5) der Mehrelektrodenanordnung einen Anstellwinkel bezogen auf die Schweißrichtung aufweisen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißköpfe (5) bezogen auf die Schweißrichtung symmetrisch zueinander angestellt sind, so dass die Längsachse eines in Schweißrichtung führenden Schweißkopfs gegen die Schweißrichtung einen Anstellwinkel zwischen 45° und 90° , vorzugsweise zwischen 88° und 60° aufweist.
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