WO2021094240A1 - Verwendung eines lichtbogenschweissgeräts umfassend eine magnetsiche richtapparatur - Google Patents

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WO2021094240A1
WO2021094240A1 PCT/EP2020/081441 EP2020081441W WO2021094240A1 WO 2021094240 A1 WO2021094240 A1 WO 2021094240A1 EP 2020081441 W EP2020081441 W EP 2020081441W WO 2021094240 A1 WO2021094240 A1 WO 2021094240A1
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WO
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arc
welding
use according
magnetic
straightening apparatus
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Application number
PCT/EP2020/081441
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French (fr)
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Lüder BOSSE
Simon MARIAGER
Pierre-Jean OBER
Werner Wohlgemuth
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Endress+Hauser Flowtec Ag
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/08Arrangements or circuits for magnetic control of the arc
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/167Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04Tubular or hollow articles

Definitions

  • the present invention relates to a use of a
  • Arc welding device comprising a straightening apparatus according to the preamble of claim 1.
  • TIG welding is known as a variant of fusion welding with a magnetically guided arc.
  • the mode of operation of an arc welding device is known per se and is assumed as specialist knowledge in the context of the present invention. Since an arc has its own magnetic field, it is possible to deflect and align the arc using an external magnetic field.
  • FIGS. 5-7 disclose a variant of a straightening apparatus according to the prior art for aligning an arc in the context of a magnetically guided arc welding process.
  • the arc is generated inside a tubular opening and emerges from the opening in the direction of a workpiece to be welded.
  • Four pole shoes protrude from the housing of the straightening apparatus, which position an external magnetic field in the area of the arc.
  • the magnetic field is generated by four electromagnets or magnetic coils, which are arranged symmetrically around the opening and are covered in FIGS. 5-7 by the housing of the straightening apparatus.
  • the magnetic field is then transmitted to one or more pole pieces which, depending on the strength of the respective magnetic field, deflect the arc more in one direction or the other.
  • the welding device develops a large flash so that it has to be cooled.
  • the required cooling takes up installation space, which counteracts miniaturization of the straightening apparatus and ultimately also the mobility of the straightening apparatus and the welding head.
  • the object of the present invention is to miniaturize the straightening apparatus of the welding device so that greater mobility of the apparatus can be achieved.
  • One use according to the invention relates to an arc welding device comprising a straightening apparatus for aligning an arc of the arc welding device for TIG welding with a magnetically moved arc with i a holding device with an opening for receiving a welding head of the arc welding device; ii one or more magnetic coils for forming a magnetic field for deflecting an arc generated by an arc welding device in the opening; and iii at least two curved pole pieces comprising at least two legs for focusing the magnetic field;
  • the arc welding device for welding process connections on pipelines with a small diameter of less than or equal to DN4 is operated without coolant.
  • the pipes have a small diameter of DN4 or less.
  • a cooling device as part of the arc welding device with a pipe section running in and outside of the straightening apparatus with coolant circulating therein is not necessary.
  • the cooling device can be removed and the straightening apparatus can be miniaturized. Furthermore, this simplification makes it possible to dispense with rigid pipelines so that, in addition to the possibility of miniaturization, the welding head and the straightening apparatus can be positioned more precisely at the location of the welding.
  • the straightening apparatus does not have any pipes for dissipating the heat from the straightening apparatus by means of a coolant.
  • the straightening apparatus can advantageously have at least four pole pieces, the second legs of the pole pieces being aligned with one another in such a way that one pole piece is spaced less than 3 mm from the adjacent pole piece. This leads to a focusing of the magnetic field, so that a more targeted one
  • a first of the legs of each pole piece can be fixed to the holding device and / or to the magnetic coil and a second of the legs is oriented at an angle of less than 130 ° to the first leg.
  • the magnetic coil in particular each of the magnetic coils, can advantageously each comprise a coil body, in particular a plastic body, around which a wound wire, preferably with at least 450 turns, is arranged.
  • the magnetic coil can have a coil core which is arranged within the coil body.
  • the holding device can advantageously be tubular and have an annular disk at each end, at least a first of the annular disks being magnetizable and a second of the annular disks being non-magnetizable to avoid a magnetic short circuit and having recesses for partially form-fitting mounting of the pole shoes.
  • the annular disk can preferably be designed to be uncooled.
  • the welding process can advantageously be less than 4 seconds, preferably even less than 3 seconds, in order to avoid greater heat development.
  • the components of the straightening apparatus are advantageously designed in such a way that the arc can be deflected during the welding process by at least up to 45 degrees from the straight course.
  • the control of the magnet coils by the coil current during welding can take place in such a way that the heating is less than 0.5 ° C / sec amounts to.
  • a corresponding heat development can be determined by a simulation program when the straightening apparatus is structurally designed.
  • FIG. 2 shows an illustration of a magnetic coil used in the context of the present invention
  • FIG. 3 shows an illustration of a pole piece used in the context of the present invention
  • Figure 5 is a side view of a portion of a prior art arc welder
  • FIG. 6 shows a side view of a straightening apparatus of the arc welding device of FIG. 5 for aligning an arc
  • FIGS. 5 and 6 shows a view of an arc welding process by means of the arc welding device according to FIGS. 5 and 6;
  • FIGS. 5-7 shows a measurement of the magnetic field distribution in the axial length of the straightening apparatus of the arc welding device of FIGS. 5-7.
  • Fig. 5-7 shows a variant of an arc welding device 101 known per se. It is an arc welding device for TIG welding, i.e. fusion welding with a magnetically moving arc, according to EN ISO 4063: 2011 03 main group 14, subgroup 142, without filler metal.
  • the process is used to weld hollow profiles to one another, among other things.
  • pipes of flow meters can be fitted with flanges or other process connections. This creates an arc between the Joint surfaces ignited and caused to move in a magnetic field along the joint edges.
  • the electric arc is generated between the workpiece and a tungsten electrode.
  • the electrode used in TIG welding does not melt due to the high melting point of tungsten.
  • the filler metal is held in the arc in the form of wires or rods and thus melted.
  • welding without filler material is also possible.
  • the arc melts the base material. So that the melt does not react with the ambient air, protective gases are used that are inert, i.e. do not enter into any chemical reactions with the materials involved. Often it is argon or helium. Particularly high seam quality can be achieved with TIG welding, but it is somewhat slower than the related metal inert gas welding (with melting wire electrode).
  • the arc welding device 101 of FIGS. 5-7 has a rod-shaped torch or welding head 102 with a longitudinal axis B, which is used to generate and supply an arc.
  • the welding head 102 is framed in areas by a straightening apparatus 103 which is arranged essentially concentrically around the welding head.
  • the straightening apparatus 103 comprises a central tubular opening 104 with a longitudinal axis A for introducing the welding head 102 into the straightening apparatus.
  • a plurality of electromagnets 105 are arranged around the opening 104, distributed around the circumference at the same radial distance from the longitudinal axis A, in order to build up an external radial magnetic field.
  • the longitudinal axes A and B lie on top of one another.
  • a Lorenz force is generated through the interactions of the arc's own magnetic field with the external radial magnetic field generated by the electromagnets perpendicular to the direction of the arc current. This Lorenz force enables the arc to be guided, e.g. along the joining edges of a hollow profile to be welded.
  • the electromagnets 105 are designed as magnetic coils with magnetic cores.
  • the magnetic cores are arranged on a holding device 120 and connected to pole pieces 106 for aligning the magnetic field.
  • the holding device 120 can be designed as a tubular plastic body with terminal metal, magnetizable annular disks 121.
  • One of the annular disks 121 has recesses 122 for area-wise Receiving and / or positioning the pole pieces 106.
  • the straightening apparatus 103 has a cooling supply and discharge line 107 and 108 as part of a cooling system 109 in order to dissipate the heat from the welding head.
  • FIG. 7 shows further components of the arc welding device 101 comprising a power source 110, a protective gas feed line 111 and a control unit 112, as well as further lines, in particular a power line 113, a grounding line 114, a signal transmission line 115.
  • FIG. 8 shows a diagram of a magnetic field strength in the area of the arc zone 116. At 1A operating current strength, this has a value of 110 G. The deflection of the arc by the straightening apparatus 103 of the arc welding device 101 is correspondingly small.
  • the straightening apparatus 103 of the arc welding device shown in FIGS. 5-7 has been modified by the components shown in FIGS. 1-3. These components are used in the straightening apparatus 103, so that which components are used otherwise unchanged.
  • FIG. 5 shows a coil core 1 comprising a plurality of guide plates which are combined to form the coil core 1.
  • Metal with the material number 1.0122 and / or 1.0038 can preferably be used as the core material.
  • the length of the coil core is at least 10 cm.
  • the magnetic coil 2 shows a magnetic coil 2 comprising the coil core 1 for use in the straightening apparatus 103.
  • a wire 3 was used around a paper-wrapped core.
  • the magnetic coil 2 of the straightening apparatus according to the invention now has a coil body 4 made of plastic.
  • a wire was wound on the bobbin with at least 500 revolutions.
  • the coil body can be made of polyoxymethylene (POM), which is well suited for the application due to its mechanical stability and simultaneous thermal shock resistance.
  • POM polyoxymethylene
  • the coil wire 3 wrapped with a textile high-temperature adhesive tape.
  • the wire diameter is between 0.2 and 0.6 mm.
  • FIGS. 5-7 a total of four pole shoes and thus four magnetic coils are provided in the straightening apparatus 103 of the prior art.
  • four magnet coils 2 are also provided, which are arranged diametrically along a tubular plastic body which includes the opening for inserting the welding head.
  • the tubular plastic body is provided at the end with two annular disks, one of these annular disks being provided for holding the coil core 1 and the pole school 5.
  • a special pole piece 5 was developed, which is bent by an angle ⁇ of less than 130 °, preferably by 115-125 °, in particular by 120 °, with respect to a linear alignment with the formation of two legs 8 and 9 . This is shown in FIG. 3.
  • the pole piece 5 of FIG. 3 initially has a first section 6 with a parallel course to the longitudinal axis B of the welding head 102 or the opening 104.
  • the pole shoe 5 has a contact area 7 within the section 6, with which it rests on a holder of the straightening apparatus 103.
  • the entire first section is at least 1.2 times, but in particular 1.3 to 2 times as long as the contact area 7.
  • the thickness of the pole piece is 5 mm.
  • the width of the pole piece is uniform over its entire length. This minimizes a loss of the magnetic field.
  • the length of the legs 8 and 9 of the pole piece 1, advantageously corresponds to 2: 1 to
  • Fig. 3 shows the formation of the magnetic field to 160 G at 1A operating current strength, whereby a stronger alignment of the arc can be achieved. It goes without saying that by focusing the magnetic field it is also possible to achieve the same deflection of the arc as in Fig. 5-8 at a lower operating current than is done in the prior art of Figs. 5-8 at 1 A operating current.
  • the electromagnets heat up less, which means that water cooling of the straightening apparatus can advantageously be dispensed with.
  • the straightening apparatus can also be miniaturized. The control of the alignment of the magnetic field and thus also the
  • Arc can take place via the respective coil current of the electromagnet.
  • FIGS. 5-8 only the coils are coupled in pairs, the subject matter of the present invention involves individual control of the respective coil. In the prior art, it was therefore only possible to form circular or elliptical welding paths, while more complex welding paths can also be formed with individual control.
  • a rotary potentiometer can be provided, which allows an individual control with an individual current source of the respective magnet coil 2.

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Abstract

Eine Verwendung eines Lichtbogenschweißgeräts (101) umfassend eine Richtapparatur (103) zur Ausrichtung eines Lichtbogens des Lichtbogen-Schweißgeräts (101) zum Pressschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen umfassend i. eine Haltevorrichtung (120) mit einer Öffnung (104) zur Aufnahme eines Schweißkopfes (102) des Lichtbogen-Schweißgerätes (101); ii. eine oder mehrere Magnetspulen (2) zur Ausbildung eines Magnetfeldes zur Auslenkung eines von einem Schweißgerät (101) in der Öffnung (104) generierten Lichtbogen; und iii. zumindest zwei gebogene Polschuhe (5) umfassend zumindest zwei Schenkel (8, 9) zur Fokussierung des Magnetfeldes; dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogenschweißgerät zum Verschweißen von Prozessanschlüssen an Rohrleitungen mit geringem Durchmesser von kleiner oder gleich DN4 kühlmittelfrei betrieben wird.

Description

VERWENDUNG EINES LICHTBOGENSCHWEISSGERÄTS UMFASSEND EINE MAGNETSICHE RICHTAPPARATUR
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung eines
Lichtbogenschweißgeräts umfassend eine Richtapparatur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
WIG-Schweißen ist als eine Variante des Schmelzschweißens mit magnetisch geführtem Lichtbogen bekannt. Die Funktionsweise eines Lichtbogenschweißgerätes ist an sich bekannt und wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Fachwissen vorausgesetzt. Da ein Lichtbogen über ein Eigenmagnetfeld verfügt, ist es möglich den Lichtbogen durch ein äußeres Magnetfeld abzulenken und auszurichten.
Fig. 5-7 offenbaren eine Variante einer Richtapparatur nach dem Stand der Technik zur Ausrichtung eines Lichtbogens im Rahmen eines magnetisch geführten Lichtbogen-Schweißvorgangs. Der Lichtbogen wird innerhalb einer rohrförmigen Öffnung generiert und tritt aus der Öffnung in Richtung eines zu verschweißenden Werkstücks aus. Aus dem Gehäuse der Richtapparatur stehen vier Polschuhe hervor, welche ein äußeres Magnetfeld im Bereich des Lichtbogens positionieren. Generiert wird das Magnetfeld durch vier Elektromagnete bzw. Magnetspulen, welche symmetrisch um die Öffnung herum angeordnet sind und in den Fig. 5-7 verdeckt durch das Gehäuse der Richtapparatur sind. Das Magnetfeld wird sodann jeweils an einem oder mehrere Polschuhe übertragen, welche, je nach Stärke des jeweiligen Magnetfeldes, den Lichtbogen mehr in die eine oder andere Richtung auslenken.
Wie aus Fig. 5-7 deutlich zu erkennen, entwickelt das Schweißgerät bei vielen Anwendungen eine große Flitze, so dass es gekühlt werden muss. Die erforderliche Kühlung nimmt Bauraum ein, welche einer Miniaturisierung der Richtapparatur und letztendlich auch einer Beweglichkeit der Richtapparatur und des Schweißkopfes entgegenwirken.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Richtapparatur des Schweißgeräts zu miniaturisieren, so dass eine größere Beweglichkeit der Vorrichtung erreicht werden kann.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Eine erfindungsgemäße Verwendung betrifft ein Lichtbogenschweißgerät umfassend eine Richtapparatur zur Ausrichtung eines Lichtbogens des Lichtbogen-Schweißgeräts zum WIG-schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen mit i einer Haltevorrichtung mit einer Öffnung zur Aufnahme eines Schweißkopfes des Lichtbogen-Schweißgerätes; ii einer oder mehreren Magnetspulen zur Ausbildung eines Magnetfeldes zur Auslenkung eines von einem Lichtbogen- Schweißgerät in der Öffnung generierten Lichtbogen; und iii zumindest zwei gebogenen Polschuhe umfassend zumindest zwei Schenkel zur Fokussierung des Magnetfeldes; wobei das Lichtbogenschweißgerät zum Verschweißen von Prozessanschlüssen an Rohrleitungen mit geringem Durchmesser von kleiner oder gleich DN4 kühlmittelfrei betrieben wird.
Die Rohrleitungen weisen einen geringen Durchmesser von DN4 oder weniger auf. Bei dieser speziellen Anwendung hat sich überraschend gezeigt, dass eine Kühlvorrichtung als Teil des Lichtbogen-Schweißgeräts mit einem in und außerhalb der Richtapparatur verlaufenden Rohrabschnitt mit darin zirkulierenden Kühlmittel nicht notwendig ist.
Somit kann die Kühlvorrichtung entfernt und die Richtapparatur miniaturisiert werden. Weiterhin ermöglicht diese Vereinfachung ein Entfallen von steifen Rohrleitungen so dass, zusätzlich zur Möglichkeit einer Miniaturisierung, eine exaktere Positionierung des Schweißkopfs und der Richtapparatur an den Ort des Schweißens erfolgen kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist besonders vorteilhaft für die Beweglichkeit des Schweißgeräts, wenn die die Richtapparatur keine Rohre zum Ableiten der Wärme der Richtapparatur mittels eines Kühlmittels aufweist.
Die Richtapparatur kann vorteilhaft zumindest vier Polschuhe aufweisen, wobei die zweiten Schenkel der Polschuhe derart zueinander ausgerichtet sind, dass ein Polschuh um weniger als jeweils 3 mm zum benachbarten Polschuh beabstandet ist. Dies führt zu einer Fokussierung des Magnetfelds, so dass eine gezieltere
Ablenkung des Lichtbogens erfolgen kann. Aufbauschwierigkeiten, die zum magnetischen Kurzschluss führen können, können vorteilhaft vermieden werden, wenn den Spalt eine bestimmte Größe aufweist. Ein Luftspalt von kleiner als 5 mm zwischen den Polschuhen unter Einhaltung der vorgenannten Randbedingung ist daher besonders bevorzugt.
Ein erster der Schenkel eines jeden Polschuhs kann an der Haltevorrichtung und/oder an der Magnetspule festgelegt sein und ein zweiter der Schenkel ist in einem Winkel von weniger als 130° zum ersten Schenkel ausgerichtet. Durch diese verstärkte Abwinkelung des Polschuhs wird überraschend eine partielle Erhöhung des Maximums des Magnetfelds erreicht, so dass weniger Energie für eine Ablenkung des Lichtbogens benötigt wird, wodurch weniger Wärme durch die Magnetspulen erzeugt wird.
Die Magnetspule, insbesondere jede der Magnetspulen, können vorteilhaft jeweils einen Spulenkörper, insbesondere einen Kunststoffkörper, umfassen, um welchen ein gewickelter Draht, vorzugsweise mit zumindest 450 Windungen, angeordnet ist. Die Magnetspule kann einen Spulenkern aufweisen, welcher innerhalb des Spulenkörpers angeordnet ist.
Die Haltevorrichtung kann vorteilhaft röhrenförmig ausgebildet sein und an jedem Ende jeweils eine Ringscheibe aufweisen, wobei zumindest eine erste der Ringscheiben magnetisierbar ist und eine zweite der Ringscheiben zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses nicht-magnetisierbar ist und Ausnehmungen zur teilweise formschlüssigen Halterung der Polschuhe aufweist.
Die Ringscheibe kann vorzugsweise ungekühlt ausgebildet sein.
Der Schweißvorgang kann vorteilhaft zur Vermeidung von größerer Wärmeentwicklung weniger als 4 Sekunden, vorzugsweise sogar weniger als 3 Sekunden, betragen.
Die Bauteile der Richtapparatur, insbesondere die Magnetspulen und Polschuhe, sind vorteilhaft derart ausgebildet sind, dass der Lichtbogens während des Schweißvorgangs zumindest um bis zu 45 Grad gegenüber dem geraden Verlauf ablenkbar ist.
Die Steuerung der Magnetspulen durch den Spulenstrom während des Schweißens kann derart erfolgen, dass die Erwärmung weniger als 0,5°C/sec beträgt. Eine entsprechende Wärmeentwicklung kann bei baulicher Konzipierung der Richtapparatur durch ein Simulationsprogramm ermittelt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und in Gegenüberstellung mit einem Stand der Technik näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines Spulenkerns;
Fig. 2 eine Darstellung einer im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Magnetspule;
Fig. 3 eine Darstellung eines im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Polschuhs;
Fig. 4 eine Messung der Magnetfeldverteilung in axialer Länge der Richtapparatur;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Teils eines Lichtbogenschweißgeräts nach dem Stand der Technik;
Fig. 6 eine Seitenansicht einer Richtapparatur des Lichtbogenschweißgeräts der Fig. 5 zur Ausrichtung eines Lichtbogens;
Fig. 7 eine Ansicht eines Lichtbogenschweißvorgangs mittels des Lichtbogenschweißgeräts nach Fig. 5 und 6; und
Fig. 8 eine Messung der Magnetfeldverteilung in axialer Länge der Richtapparatur des Lichtbogenschweißgerätes der Fig. 5-7.
Fig. 5-7 zeigt eine Ausführungsvariante eines an sich bekannten Lichtbogenschweißgerätes 101. Es handelt sich um ein Lichtbogenschweißgerät zum WIG-Schweißen, also Schmelzschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen, gemäß EN ISO 4063: 2011 03 Hauptgruppe 14, Untergruppe 142, ohne Schweißzusatz.
Mit dem Verfahren werden u.a. Hohlprofile miteinander verschweißt. So können z.B. Rohre von Durchflussmessgeräten mit Flanschen oder anderen Prozessanschlüssen versehen werden. Dabei wird ein Lichtbogen zwischen den Fügeteilflächen gezündet und in einem Magnetfeld zur Bewegung entlang der Fügeteilkanten veranlasst.
Der elektrische Lichtbogen wird zwischen dem Werkstück und einer Elektrode aus Wolfram erzeugt. Im Gegensatz zu anderen Lichtbogenverfahren schmilzt die beim WIG-Schweißen verwendete Elektrode aufgrund des hohen Schmelzpunktes von Wolfram nicht ab. Der Zusatzwerkstoff wird in Form von Drähten oder Stäben in den Lichtbogen gehalten und so geschmolzen. Es ist allerdings auch ein Schweißen ohne Zusatzwerkstoff möglich. Außerdem schmilzt der Lichtbogen wie bei allen Lichtbogenverfahren den Grundwerkstoff. Damit die Schmelze nicht mit der Umgebungsluft reagiert, werden Schutzgase verwendet, die inert sind, also keine chemischen Reaktionen mit den beteiligten Werkstoffen eingehen. Häufig handelt es sich um Argon oder Helium. Mit dem WIG- Schweißen sind besonders hohe Nahtqualitäten zu erreichen, es ist aber etwas langsamer als das verwandte Metall-Inertgas-Schweißen (mit abschmelzender Drahtelektrode).
Das Lichtbogenschweißgerät 101 der Fig. 5-7 weist einen stabförmigen Brenner bzw. Schweißkopf 102 mit einer Längsachse B auf, welcher zum Erzeugen und der Versorgung eines Lichtbogens dient. Der Schweißkopf 102 ist bereichsweise von einer Richtapparatur 103 eingefasst, welche im Wesentlichen konzentrisch um den Schweißkopf herum angeordnet ist. Die Richtapparatur 103 umfasst eine zentrale röhrenartige Öffnung 104 mit einer Längsachse A zum Einführen des Schweißkopfes 102 in die Richtapparatur. Um die Öffnung 104 herum sind umfangsverteilt mit gleichem radialen Abstand zur Längsachse A mehrere Elektromagnete 105 angeordnet, zum Aufbau eines externen radialen Magnetfelds. Die Längsachsen A und B liegen dabei aufeinander. Durch die Wechselwirkungen des Eigenmagnetfelds des Lichtbogens mit dem durch die Elektromagnete erzeugten externen radialen Magnetfeld senkrecht zur Lichtbogenstromrichtung wird eine Lorenzkraft erzeugt. Diese Lorenzkraft ermöglicht eine Führung des Lichtbogens z.B. entlang der Fügekanten eines zu verschweißenden Hohlprofils.
Die Elektromagnete 105 sind als Magnetspulen mit Magnetkernen ausgebildet.
Die Magnetkerne sind an einer Haltevorrichtung 120 angeordnet und mit Polschuhen 106, zur Ausrichtung des Magnetfeldes, verbunden. Die Haltevorrichtung 120 kann als ein röhrenförmiger Kunststoffkörper mit endständigen metallischen magnetisierbaren Ringscheiben 121 ausgebildet sein. Eine der Ringscheiben 121 weist Ausnehmungen 122 zur bereichsweisen Aufnahme und/oder Positionierung der Polschuhe 106 auf. Durch Ansteuerung der Elektromagnete 105 und durch die anschließende Leitung des Magnetfeldes durch die Polschuhe 106 kann der durch den Schweißkopf geformte Lichtbogen auf eine Kreisbahn abgelenkt werden. Weiterhin weist die Richtapparatur 103 eine Kühlungszu- und ableitung 107 und 108 als Teil eines Kühlsystems 109 auf, um die Wärme des Schweißkopfes abzuleiten.
Fig. 7 zeigt weitere Bauteile des Lichtbogenschweißgeräts 101 umfassend eine Stromquelle 110, ein Schutzgaszuleitung 111 und ein Kontrolleinheit 112, sowie weitere Leitungen, insbesondere eine Stromleitung 113, eine Erdungsleitung 114, eine Signalübertragungsleitung 115.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm einer magnetischen Feldstärke im Bereich der Lichtbogenzone 116. Diese weist bei 1A Betriebs-Stromstärke einen Wert von 110 G. Entsprechend gering ist die Auslenkung des Lichtbogens durch die Richtapparatur 103 des Lichtbogenschweißgerätes 101.
Die in Fig. 5-7 dargestellte Richtapparatur 103 des Lichtbogenschweißgeräts wurde um die in Fig. 1-3 dargestellten Bauteile abgeändert. Diese Bauteile werden in der Richtapparatur 103 eingesetzt, wodurch die welche ansonsten unverändert genutzt wird.
Fig. 5 zeigt einen Spulenkernl umfassend eine Mehrzahl an Leitblechen, welche zu dem Spulenkern 1 zusammengefasst sind. Als Kernmaterial kann vorzugsweise Metall mit der Werkstoffnummer 1.0122 und/oder 1.0038 eingesetzt werden. Die Länge des Spulenkerns beträgt zumindest 10 cm.
Fig. 2 zeigt eine Magnetspule 2 umfassend den Spulenkern 1 zum Einsatz in der Richtapparatur 103. Bei der Magnetspule des Standes der Technik wurde ein Draht 3 um einen papierumwickelten Kern eingesetzt. Im Unterschied dazu weist die Magnetspule 2 der erfindungsgemäßen Richtapparatur nunmehr einen Spulenkörper 4 aus Kunststoff auf. Auf den Spulenkörper wurde ein Draht mit zumindest 500 Umdrehungen gewickelt. Dadurch kann die Spule 2 und der Spulenkern 1 getrennt voneinander ausgetauscht werden, was einen deutlichen Montagevorteil beinhaltet. Besonders bevorzugt kann der Spulenkörper aus Polyoxymethylen (POM) aufgebaut sein, welcher aufgrund seiner mechanischen Stabilität bei gleichzeitiger Temperaturwechselbeständigkeit gut für die Anwendung geeignet ist. Zur besseren Wärmeausbildung ist der Spulendraht 3 mit einem textilen Hochtemperaturklebeband umwickelt. Der Drahtdurchmesser beträgt zwischen 0.2 bis 0.6 mm.
Wie sich aus Fig. 5-7 ergibt, sind in der Richtapparatur 103 des Standes der Technik insgesamt vier Polschuhe und somit auch vier Magnetspulen vorgesehen. Bei der erfindungsgemäßen Richtapparatur sind ebenfalls vier Magnetspulen 2 vorgesehen, welche diametral entlang eines rohrförmigen Kunststoffkörpers angeordnet sind, welcher die Öffnung zum Einführen des Schweißkopfes umfasst. Der rohrförmige Kunststoffkörper ist endständig mit zwei Ringscheiben versehen, wobei eine dieser Ringscheiben zur Halterung des Spulenkerne 1 und der Polschule 5 vorgesehen ist.
Um eine Verschweißung kleiner Rohre zu ermöglichen, wurde ein spezieller Polschuh 5 entwickelt, welcher um einen Winkel a weniger als 130°, vorzugsweise um 115-125°, insbesondere um 120°, gegenüber einer linearen Ausrichtung unter Ausbildung zweier Schenkel 8 und 9 gebogen ist. Dieser ist in Fig. 3 dargestellt.
Der Polschuh 5 der Fig. 3 weist zunächst einen ersten Abschnitt 6 mit einem parallelen Verlauf zur Längsachse B des Schweißkopfes 102 bzw. der Öffnung 104 auf.
Der Polschuh 5 weist Innerhalb des Abschnitts 6 einen Kontaktbereich 7 auf, mit welchem er auf einer Halterung der Richtapparatur 103 aufliegt. Anders als im Stand der Technik ist der gesamte erste Abschnitt allerdings zumindest 1 ,2 fach, insbesondere jedoch 1,3 bis 2-fach so lang wie der Kontaktbereich 7. Die Dicke des Polschuhs beträgt 5 mm. Die Breite des Polschuhs ist einheitlich über seine gesamte Länge. Dadurch wird ein Verlust an Magnetfeld minimiert.
Vorteilhaft entspricht die Länge der Schenkel 8 und 9 des Polschuhs 1 ,2:1 bis
1 :1 ,2.
Überraschend konnte durch die vorgenannten baulichen Änderungen eine erhebliche und unerwartete Fokussierung des Magnetfelds im Bereich des Lichtbogens erreicht werden. Fig. 3 zeigt die Ausbildung des Magnetfelds auf 160 G bei 1A Betriebs-Stromstärke, wodurch eine stärkere Ausrichtung des Lichtbogens erreicht werden kann. Es versteht sich, dass es durch die Fokussierung des Magnetfeldes auch möglich ist eine gleiche Ablenkung des Lichtbogens wie in Fig. 5-8 bei geringerer Betriebsstromstärke zu erreichen als dies beim Stand der Technik der Fig. 5-8 bei 1 A Betriebsstromstärke erfolgt.
Im Ergebnis erfolgt u.a. eine geringere Erwärmung der Elektromagnete, wodurch eine Wasserkühlung der Richtapparatur vorteilhaft entfallen kann. Hierdurch kann die Richtapparatur zusätzlich miniaturisiert werden. Die Steuerung der Ausrichtung des Magnetfeldes und damit auch des
Lichtbogens kann über den jeweiligen Spulenstrom der Elektromagnete erfolgen. Während allerdings im Stand der Technik der Fig. 5-8 lediglich die Spulen paarweise gekoppelt sind, erfolgt beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine individuelle Ansteuerung der jeweiligen Spule. Im Stand der Technik war es daher lediglich möglich kreisförmige oder elliptische Schweißbahnen zu bilden, während bei der individuellen Ansteuerung auch komplexere Schweißbahnen ausgebildet werden können. Anstelle der Kontrolleinheit 113 kann ein Drehpotentiometer vorgesehen sein, welcher eine individuelle Ansteuerung mit individueller Stromquelle der jeweiligen Magnetspule 2 erlaubt.
Bezugszeichen
1 Spulenkern
2 Magnetspule
3 Spulendraht
4 Spulenkörper
5 Polschuh
6 Abschnitt
7 Kontaktbereich
8 Erster Schenkel
9 Zweiter Schenkel
101 Lichtbogenschweißgerät
102 Schweißkopf / Brenner
103 Richtapparatur
104 Öffnung
105 Elektromagnete
106 Polschuhe
107 Kühlungszuleitung
108 Kühlungsableitung
109 Kühlsystem
110 Stromquelle
111 Schutzgaszuleitung
112 Kontrolleinheit
113 Strom leitung
114 Erdungsleitung
115 Signalübertragungsleitung
116 Lichtbogenzone
120 Haltevorrichtung
121 Ringscheibe
122 Ausnehmungen

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung eines Lichtbogenschweißgeräts (101) umfassend eine Richtapparatur (103) zur Ausrichtung eines Lichtbogens des Lichtbogen- Schweißgeräts (101) zum Lichtbogenschweißen, insbesondere WIG- schweißen, mit magnetisch bewegtem Lichtbogen umfassend i eine Haltevorrichtung (120) mit einer Öffnung (104) zur Aufnahme eines Schweißkopfes (102) des Lichtbogen- Schweißgerätes (101); ii eine oder mehrere Magnetspulen (2) zur Ausbildung eines Magnetfeldes zur Auslenkung eines von einem Schweißgerät (101) in der Öffnung (104) generierten Lichtbogen; und iii zumindest zwei gebogene Polschuhe (5) umfassend zumindest zwei Schenkel (8, 9) zur Fokussierung des Magnetfeldes; dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogenschweißgerät zum Verschweißen von Prozessanschlüssen an Rohrleitungen mit geringem Durchmesser von kleiner oder gleich DN4 kühlmittelfrei betrieben wird.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtapparatur keine Rohre zum Ableiten der Wärme der Richtapparatur mittels eines Kühlmittels aufweist.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtapparatur (103) zumindest vier Polschuhe (5) aufweist, wobei die zweiten Schenkel (9) der Polschuhe (5) derart zueinander ausgerichtet sind, dass ein Polschuh (5) um weniger als jeweils 3 mm zum benachbarten Polschuh (5) beabstandet ist.
4. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der Schenkel (8) eines jeden Polschuhs (5) an der Haltevorrichtung (120) und/oder an der Magnetspule (2) festgelegt ist und dass ein zweiter der Schenkel (9) in einem Winkel (a) von weniger als 130° zum ersten Schenkel (8) ausgerichtet ist.
5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetspule (2) einen Spulenkörper (4), insbesondere einen Kunststoffkörper, umfasst, um welchen ein gewickelter Draht (3), vorzugsweise mit zumindest 450 Windungen, angeordnet ist und dass die Magnetspule (2) einen Spulenkern (1) aufweist, welcher innerhalb des Spulenkörpers (4) angeordnet ist.
6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (10) röhrenförmig ausgebildet ist und an jedem Ende jeweils eine Ringscheibe (121) aufweist, wobei zumindest eine erste der Ringscheiben aus magnetisierbarem Material besteht und eine zweite der Ringscheiben aus einem nicht-magnetisierbaren Material besteht und wobei die zweite Ringscheibe (121) Ausnehmungen (122) zur teilweise formschlüssigen Halterung der Polschuhe (5) aufweist.
7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (121) ungekühlt ausgebildet ist.
8. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißvorgang weniger als 4 Sekunden beträgt.
9. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile der Richtapparatur derart ausgebildet sind, dass der Lichtbogens während des Schweißvorgangs zumindest um bis zu 45 Grad gegenüber dem geraden Verlauf ablenkbar ist.
10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Magnetspulen durch den Spulenstrom während des Schweißens derart erfolgt, dass die Erwärmung weniger als 0,5°C/sec beträgt.
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