DE1240200B - Verfahren zum Lichtbogen-Auftragschweissen von Metallen mit pendelndem Schweisskopf - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B 23 k

Deutsche KL. 21 h - 30/11

Nummer: 1240 200

Aktenzeichen: S 81482 VIII d/21 h

Anmeldetag: 15. September 1962

Auslegetag: 11. Mai 1967

Die Auftragschweißung dient bekanntlich entweder zum Aufschmelzen gleichen Werkstoffes zur Ausbesserung von Werkstücken oder aber dazu, hochwertigen Werkstoff auf ein Grundmaterial anderer Art, z. B. geringerer Güte, aufzutragen. Im letzteren Fall werden beispielsweise korrosionsempfindliche Kesselstähle mit hochlegierten, vorzugsweise chromhaltigen und gleichzeitig kohlenstoffarmen Stählen bewehrt, die den jeweils erforderlichen Beanspruchungen angepaßt sind.

Bei dem bisher bekannten Verfahren zum Auftragschweißen von Stahl wird nicht nur das Elektrodenmaterial, sondern auch die äußere Schicht des Gründmaterials in schmelzflüssigen Zustand gebracht, so daß sich das kohlenstoff arme Elektroden- und das kohlenstoffreiche Grundmaterial in der flüssigen Schmelze mischen. Enthält das Elektrodenmaterial als Legierungselement beispielsweise Chrom, so bilden sich in der Schmelze Chromkarbide, die sich, insbesondere bei mehrfacher Glühbehandlung, als spröde Nadeln im Werkstoff ausscheiden. Durch derartige Ausscheidungen wird die Korrosionsbeständigkeit des Schweißgutes stark vermindert, so daß man bisher immer mehrere, mindestens aber drei Schweißlagen übereinanderlegen mußte, um wenigstens in der zuletzt aufgebrachten Schweißlage eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.

Es wurde gefunden, daß die Bildung von Chromkarbiden, die die Korrosionsbeständigkeit der Schweißlage herabsetzen, weitgehend verhindert werden kann, wenn die Schweißdaten so eingestellt werden, daß lediglich die an der Plattieroberfläche sich befindliche Oxidhaut beseitigt wird, d. h. also, daß die Einbrandtiefe möglichst gering gehalten wird. Eine der wesentlichsten Schweißdaten zur Steuerung der Einbrandtiefe ist die Schweißgeschwindigkeit, d. h. bei Pendelschweißverfahren die Relativgeschwindigkeit des Schweißkopfes gegenüber der zu plattierenden Werkstückoberfläche.

Es ist bei einem Schweißverfahren mit Doppelelektroden und stromlosem Zusatzdraht bekannt, die Schweißgeschwindigkeit bis zu 220 m/h, das sind etwa 60 mm/s, einzustellen (vgl. William M. Conn, »Die technische Physik der Lichtbogenschweißung«, Springer-Verlag, Berlin, 1959, S. 334). Es hat sich gezeigt, daß diese als Grenzgeschwindigkeit anzusehende Schweißgeschwindigkeit nicht ausreichend ist, um einen extrem niedrigen Einbrand auf der Werkstückoberfläche zu erhalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei ■ einem Verfahren zum Lichtbogen-Auftragschweißen

Verfahren zum Lichtbogen-Auftragschweißen
von Metallen mit pendelndem Schweißkopf

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Wolfgang Rößner, Nürnberg;
Gert Schaller, Klagenfurt (Österreich);
Dipl.-Ing. Erhard Ulrich, Nürnberg

von Metallen mit pendelndem Schweißkopf die Schweißgeschwindigkeit so einzustellen, daß lediglich die dem Grundmaterial anhaftende Oxidschicht aufgeschwemmt und beseitigt wird, d. h., daß der Einbrand möglichst gering gehalten wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Relativgeschwindigkeit des Schweißkopfes gegenüber der Werkstückoberfläche gegenüber bekannten Verfahren wesentlich erhöht 80 bis 120 mm/s beträgt. Mit Vorteil wird die Schweißgeschwindigkeit am freien Ende einer Pendelraupe erhöht. Dadurch wird auch am freien Ende der Pendelraupe ein stärkerer Einbrand als längs des übrigen Schweißweges vermieden. Ferner ist es vorteilhaft, daß die Schweißgeschwindigkeit an der Stoßstelle zweier Schweißraupen vermindert wird. Dieser letztgenannte Verfahrensschritt berücksichtigt die Tatsache, daß im Überlappungsbereich zweier Schweißraupen die Werkstückoberfläche durch die bereits festliegende Schweißraupe von der direkten Einwirkung des Lichtbogens geschützt ist, so daß eine erhöhte Energiezuführung keinen stärkeren Einbrand ergibt. " :

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen nachstehend näher erläutert. ':■■■

F i g. 1 zeigt eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete Schweißvorrichtung in schematischer Darstellung;

F i g. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung zwei nebeneinandergelegte und sich überlappende Schweißraupen.

Nach Fig. 1 ist ein Pol 4 einer elektrischen ■Schweißmaschine'2, die von einer Gleichspannungsquelle 3 mit vorzugsweise konstanter Spannung ge-

709 579/357

Claims (3)

1. 3 4

   speist werden kann, an ein Werkstück 5 angeschlos- Profils und damit eine Abweichung von der Form

   sen, auf das eine Schweißnaht 6 aufgetragen werden der archimedischen Spirale der Scheibe 30 und er-

   soll. Der zweite Pol 7 der Schweißmaschine 2 ist an möglicht eine Beschleunigung bzw. Verzögerung der

   eine Heißdrahtelektrode 8 angeschlossen, deren Elektrodenbewegung innerhalb einer Amplitude.

   Schweißdraht von einer Führung 10 geführt ist, von 5 Wird der Drehpunkt der Scheibe beispielsweise nach

   zwei angetriebenen Rollen Il bewegt und von einer oben verlagert, so wird die Geschwindigkeit der

   Rolle 12 abgewickelt, werden kann. Eine Kaltdraht- Elektroden auf der einen Seite der Schweißraupe

   elektrode 9 ist in,einer Führung 15 geführt. Der Kalt- erhöht und auf der anderen Seite vermindert. Eine

   draht kann über zwei angetriebene Rollen 16 bewegt Verlagerung des Drehpunktes nach unten hat die

   und von einer Rolle 17 .abgewickelt werden. Die Füh- io gegenteilige Wirkung.

   rungen 10 und 15 sind mittels einer Halterung 18 Ausbauchungen der Kurvenscheibe zwischen den starr verbunden, die über einen starren Hebelarm Umkehrpunkten α und b nach Art des strichpunktiert 21 seitlich ausgeschwenkt werden kann. Die Füh- dargestellten Profils bewirken eine Geschwindigkeitsrung 10 mit der Halterung 18 ist in einer Konsole erhöhung der Elektroden in der Nähe der Mittel-19 um einen Zapfen 20 drehbar gelagert, so daß die 15 achse der Schweißnaht. Eine derartige Geschwindig-Elektroden 8 und 9 um diesen Zapfen 20 kugelartig keitserhöhung kann unter Umständen vorteilhaft geschwenkt werden können, wie durch den Pfeil sein, wenn eine Wärmekonzentration in der Mittelangedeutet ist. Der Hebelarm 21 ist an der Führung achse der Schweißraupe und damit ein tieferer Ein-10 befestigt und mittels eines Klemmgelenkes 22 mit brand vermieden werden soll. Durch Abflachung einem Schlitzhebel 23 lösbar verbunden, dessen 20 des Profils der Kurvenscheibe im Umkehrpunkt b oberes Ende über ein Gelenk 24 an einer Stange 25 und/oder α kann die Bewegung der Elektroden in der befestigt ist. Im freien Ende der Stange 25 ist mit- Nähe der Wendepunkte verzögert werden. Der Drehtels eines Bolzens 29 eine Rolle 28 drehbar gelagert, punkt der Kurvenscheibe 30 kann unter Umständen die auf dem Profil einer Kurvenscheibe 30 abrollen entsprechend der Verschiebung der Umkehrpunkte a kann. Die Kontur der Scheibe 30 hat die Form einer 25 und b nach oben verlagert werden. Ausnehmungen Herzkurve. An Stelle der Rolle 28 kann beispiels- beiderseits eines Umkehrpunktes, beispielsweise beiweise auch eine Kugel oder ein ähnliches Element derseits des Umkehrpunktes b, bewirken eine Ververwendet werden. Die Stange 25 wird in einer fest zögerung der Elektrodenbewegung vor Erreichen angeordneten Büchse 26 geführt und mittels einer und nach Durchschreiten des Wendepunktes, wäh-Feder 27 gegen das Profil der Kurvenscheibe 30 ge- 30 rend die Geschwindigkeit in unmittelbarer Nähe des drückt. Die Kurvenscheibe 30 ist mittels eines aus Wendepunktes erhöht wird. Wird einem Teilstück zwei Profilschienen 32 bestehenden Schlittens und je der punktiert dargestellten Ausnehmung die Form einer Schraube 34 bzw. 35 auf dem Ende einer Welle eines Kreisbogens gegeben, dessen Mittelpunkt die 31 befestigt, die mittels einer in der Zeichnung der Drehachse der Kurvenscheibe 30 ist, so können die Einfachheit halber nicht dargestellten Antriebsvor- 35 Elektroden angehalten werden. Es ist auch möglich, richtung gedreht werden kann. Das Ende der Welle die Ausnehmung nur auf einer Seite eines Umkehrkann zu diesem Zweck als Vierkant ausgebildet sein. punktes anzubringen. Der Umkehrpunkt kann dann

   Durch die Rotation der Kurvenscheibe 30 wird die etwas nach der anderen Seite verlagert werden. Stange 25 in ihrer Achsrichtung auf und ab bewegt. Diese Ausgestaltung bewirkt eine Verzögerung bzw. Die Bewegung der Stange 25 wird über den Schlitz- 40 ein Anhalten der Elektroden lediglich vor Erreichen hebel 23 und der Hebelarm 21 auf die Elektroden 7 des Wendepunktes oder nach dem Durchschreiten und 9 übertragen. Diese Bewegung der Elektroden des Wendepunktes. Die durch unterbrochene Linien quer zur Schweißraupe, überlagert mit einer Be- angedeuteten Änderungen des Profils wurden der weguhg der gesamten Elektrodenhalterung oder des Deutlichkeit halber etwas größer dargestellt, als es Werkstückes 5 in Richtung ζ der Schweißraupe, 45 sich aus der Einrichtung nach F i g. 1 ergeben würde, ergibt als Ortskurve der Elektroden auf der Werk- Die F i g. 2 zeigt den Fall der Aneinanderreihung Stückoberfläche annähernd eine Zickzackkurve, wo- von zwei Schweißraupen, wobei die neue Schweißbei jede Amplitude mit gleichbleibender Geschwin- raupe unmittelbar an die alte Schweißraupe anstößt digkeit durchlaufen wird. Die Bewegung des Werk- (Stelle X2). Zur Vermeidung von Bindefehlern zwistückes 5 und damit der gesamten Elektrodenhalte- 50 sehen den beiden Schweißraupen und unter der rungen kann auch mit unterschiedlicher Beschleuni- Stoßstelle ist es daher vorteilhaft, die Geschwindiggung erfolgen, so daß sich an Stelle einer Zickzack- keit der Schweißelektrode so zu steuern, daß diese kurve eine Ortskurve von mäanderförmigem Verlauf an der Stoßstelle etwas länger verweilt. Dies geergibt. Durch Verschiebung des Klemmgelenkes 22 schieht am zweckmäßigsten durch entsprechende auf dem Hebelarm 21 kann die Amplitude der Pen- 55 Ausbildung der in F i g. 1 dargestellten Herzkurve, delbewegung und damit die Breite der Schweißraupe Auf diese Weise wird es möglich, in dieser Zone eingestellt werden. Je weiter das Klemmgelenk 22 X\-X2 Bindefehler mit Sicherheit zu vermeiden, auf der Welle 21 von der Führung 10 entfernt ist, und gleichzeitig einen glatten Übergang zu erzielen, desto kleiner wird die Amplitude der Elektroden- wobei zusätzlich durch Abstoppen oder Verlangbewegung. 60 samen der Kaltdrahtzufuhr an dieser Stelle — an der

   Abweichungen des Profils der Kurvenscheibe von ohnehin weniger Schweißmaterial erforderlich ist —

   der Herzkurve und Änderungen der Steigung der eine größere Wärmemenge zugeführt wird, ohne daß

   Kurve ergeben Änderungen der Geschwindigkeits- dabei ein tieferer Einbrand in das Grundmaterial

   verteilung der Elektroden über der Werkstückober- hinein erfolgt,

   fläche. Mittels des Schlittens 32 kann die Kurven- 65 Patentansprüchescheibe auf der Achse 31 in Richtung ihrer Mittel-

   achse verschoben werden. Diese Verlagerung des 1. Verfahren zum Lichtbogen-Auftragschwei-

   Drehpunktes ergibt eine Änderung der Steigung des ßen von Metallen mit pendelndem Schweißkopf,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Relativgeschwindigkeit des Schweißkopfes bezogen auf die Werkstückoberfläche gegenüber bekannten Verfahren wesentlich erhöht 80 bis 120 mm/s beträgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißgeschwindigkeit am freien Ende einer Pendelraupe erhöht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißgeschwindigkeit an der Stoßstelle zweier Pendelraupen vermindert wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Reitze,W. und Hase, C, Fachkunde des Lichtbogenschweißens, 5. Auflage, Essen, 1955, S. 80;

   Conn, W. M., Die Technische Physik der Lichtbogenschweißung, Berlin u. a., 1959, S. 112,113,334; Sudasch, E., Schweißtechnik, 2. Auflage, München, 1959, S. 235.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen