DE1233516B - Verfahren zum maschinellen Lichtbogen-Auftragschweissen von Metallen mit abschmelzender Elektrode - Google Patents

Description

• Verfahren zum maschinellen Lichtbogen-Auftragschweißen von Metallen mit abschmelzender Elektrode In der Technik ist es oftmals notwendig, empfindliche oder hochbeanspruchte Teile, insbesondere aus Stahl, vor dem Angriff korrodierender Medien zu schützen. Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten, nämlich die Walzplattierung der empfindlichen Werkstücksoberflächen mit einem korrosionsunempfindlichen Werkstoff oder die Auftragschweißung einer derartigen Werkstoffes, auch Schweißplattierung genannt. Aus fertigungstechnischen Gründen scheidet die Walzplattierung bei größeren Kesselwandstärken aus. Solche Teile sind beispielsweise in der chemischen Industrie und Reaktordruckkessel. In vielen Fällen greift man daher zur Auftrag schweißung. Da Walzplattierungen oft größere Bindefehler aufweisen, wird auch allein aus diesem Grund vielfach die Auftragschweißung vorgezogen.
• Es sind Unterpulver = Auftragschweißverfahren bekannt, bei denen ein geringer Einbrand und eine glatte Oberfläche, vorzugsweise an gekrümmten Behältern, dadurch erreicht werden soll, daß mehrere linear fortschreitende Schweißraupen in Abstand voneinander geschweißt werden und anschließend der Zwischenraum mit grobkörnigem Metallpulver ausgefüllt wird, welches mit der gleichen Schweißeinrichtung und nach dem gleichen Verfahren, d. h. mit gleicher Stromstärke und Vorschubgeschwindigkeit der Schweißelektrode, zum Schmelzen gebracht wird (vgl. USA.-Patentschrift 3 022 413).
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum maschinellen Lichtbogen-Auftragschweißen von Metallen mit abschmelzender Elektrode zu schaffen, das sich durch einen sehr geringen Einbrand (weniger als 5°/o, bezogen auf die Auftragshöhe) auszeichnet und trotz des geringen Einbrandes Bindefehler im Grenzbereich zweier nebeneinandergelegter Schweißraupen weitgehend vermeidet.
• Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß dem Lichtbogen in an sich bekannter Weise ein stromloser Zusatzdraht zugeführt wird, daß mit pendelndem Schweißkopf eine Auftragsraupe ohne überlappung an eine andere gelegt wird und daß darauf die Zwickel zwischen je zwei Auftragsraupen mit vorzugsweise demselben Schweißkopf ohne Pendeln ausgefüllt werden.
• Durch die Verwendung des stromlosen Zusatzdrahtes kann der Einbrand sehr niedrig gehalten werden. Insbesondere kann durch Steuern des Abbrennverhältnisses zwischen dem Zusatzdraht und der Drahtelektrode die Einbrandtiefe weitgehend beeinflußt werden. Trotz der geringen Einbrandtiefe ist durch den zusätzlichen Verfahrensschritt - dem Ausfüllen der Zwickel mit einer linear fortschreitenden Schweißraupe - sichergestellt, daß im Grenzbereich zweier Schweißraupen Bindefehler weitgehend vermieden werden.
• Mit Vorteil wird im Anschluß an die erste Auftragsraupe eine weitere Auftragsraupe geschweißt und werden hierauf abwechselnd je eine Zwickelraupe ohne Pendeln sowie eine Auftragsraupe mit Pendeln geschweißt. Dadurch werden Störungen, wie sie beim überlappenden Aneinanderlegen von zwei Schweißraupen durch das Einstechen des Zusatzdrahtes in die bereits festliegende Schweißraupe auftreten können, mit Sicherheit vermieden.
• Zur näheren Erläuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung dienen die F i g.1 und 2.
• F i g. 1 zeigt eine Schweißvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung; F i g. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung das Schweißen mehrerer nebeneinanderliegender Schweißraupen gemäß der Erfindung.
• In F i g. 1 ist eine Elektrodenführung mit 10 bezeichnet, die um das Gelenk 20 mit Hilfe einer Herzkurve 30 hin und her bewegt wird. Die Einstellung der Schweißelektrode in der Y-Richtung, also senkrecht zum Werkstück, geschieht über eine entsprechende Drehung des Gabelstückes 19 auf dem Zapfen 190, wobei eine nicht dargestellte Feststellmöglichkeit vorgesehen ist. Die Schwenkung der Schweißelektrode geschieht, wie bereits erwähnt, über die Kurvenscheibe 30, die ein Hebelsystem, bestehend aus dem mit der Feder 27 angepreßten Abtaststift 29 und der Kontaktrolle 28 sowie dem Stützhebel 23 und dem Hebelansatz 21, betätigt. Die Amplitude der Schwenkbewegung wird durch Verschiebung der gelenkigen Verbindungsstelle 22 zwischen den Hebeln 23 und 21 eingestellt. Im Inneren der Elektrodenführung 10 wird der »heiße« Schweißdraht 8, von dessen Ende der Lichtbogen gegen das Werkstück brennt, geführt und von den Transportrollen 11 aus dem Magazin 12 kontinuierlich nachgeschoben. Der Schweißstrom aus dem Gleichstromgenerator 3 wird über ein Steuergerät 2 dem Punkt 7 an der Elektrodenführung 10 sowie dem Punkt 4 am Werkstück zugeführt. An der Elektrodenführung 10 ist über einen Seitenarm 18 ein weiterer Elektrodenführungskopf 15 angebracht, der einen zweiten Schweißdraht - Kaltdraht genannt, da von ihm aus kein Lichtbogen brennt - über die Rollen 16 aus dem zweiten Magazin 17 der Schweißstelle zuführt. Die Bewegung der Schweißelektrode wird durch die Herzkurve 30 gesteuert.
• Die Menge des zugeführten »kalten« Schweißdrahtes wird so eingestellt, daß sie annähernd gleich oder größer als die Menge des »heißen« Schweißdrahtes ist. Der kalte Schweißdraht braucht dabei nicht dicker zu sein als der heiße. Vielmehr kann in der gleichen Zeit ein größeres Volumen aus dünnerem als aus stärkerem Kaltdraht im Schweißbad geschmolzen werden, da die Oberfläche eines Drahtes, bezogen auf sein Gewicht oder Volumen, mit kleiner werdendem Radius größer wird und damit eine bessere Wärmeübertragung ermöglicht.
• An Stelle eines dünnen Drahtes kann selbstverständlich auch ein Band oder eine Folie verwendet werden.
• Durch die Zähigkeit des Schweißgutes wird ein Vorlaufen desselben und eventuell auch seitliches Überhängen der Raupe verringert bzw. ganz verhindert. Die Verschweißung zwischen nur schwach überhitztem zähem Schweißgut und gleichfalls im wesentlichen nur über dieses Schweißgut oberflächlich auf Schmelztemperatur gebrachten Grundwerkstoff verursacht dabei eine nur sehr geringe Einbrandtiefe von weniger als 511/o der Auftragshöhe und daraus wiederum die erwarteten, für den Gebrauch und die Weiterverarbeitung der Werkstücke vorteilhaften technischen Eigenschaften.
• Die Lamellen stehen dabei nahezu senkrecht auf der Werkstücksoberfiäche. Durch diesen Aufbau der Schweißraupe ergibt sich eine sehr ebene und glatte Oberfläche, die gegenüber einer abgedrehten eine wesentlich geringere Rauhigkeit aufweist, was sich ; im Hinblick auf das Korrosionsverhalten nur günstig auswirken kann. Die Kosten einer nachfolgenden Oberflächenbearbeitung können darüber hinaus eingespart werden.
• Wenn es sich um die Auftragschweißung größerer Flächen handelt, was normalerweise üblich ist, so muß, da die Pendelamplitude nicht beliebig groß gemacht werden kann, Schweißraupe an Schweißraupe gesetzt werden.
• Für den Fall der Aneinanderreihung von Schweiß- c raupen ergibt sich beim Auftragen der neuen Schweißraupe an die alte Schweißraupe eine Querschnittsvergrößerung des Grundmaterials und damit andere Aufwärmungsverhältnisse. Zur Vermeidung von Bindefehlern zwischen den beiden Schweiß- f raupen unter der Stoßstelle könnte beispielsweise die Geschwindigkeit der Schweißelektrode so gesteuert werden, daß sie an diesem Stoßpunkt etwas länger verweilt. Auf diese Weise wird es möglich, im überlappungsbereich Bindefehler mit Sicherheit zu verleiden und gleichzeitig einen glatten Übergang zu erzielen, wobei zusätzlich durch Abstoppen oder Verlangsamen der Kaltdrahtzufuhr an dieser Stelle, an der sowieso weniger Schweißmaterial gebraucht wird, eine größere Wärmemenge zugeführt wird, ohne daß dabei ein tieferer Einbrand in das Grundmaterial hinein erfolgt.
• Ein anderer Weg, der zu sehr guten Ergebnissen führt, d. h., zu weitgehender Bindefehlerfreiheit im Grenzgebiet zweier Schweißraupen, wird mit der Erfindung beschritten. Dieser Weg ist in F i g. 2 dargestellt. Die Schweißraupen werden mit normaler Geschwindigkeitssteuerung ohne Überlappung nebeneinander angeordnet und die zwischen beiden verbleibende zwickelförmige Kehle durch beliebige Schweißverfahren ausgefüllt, vorteilhaft jedoch mit der gleichen Schweißeinrichtung, jedoch unter Weglassung von Pendelbewegung und Kaltdraht. Die zweckmäßige Reihenfolge der Schweißung ist in F i g. 2 durch Pfeile dargestellt. Zunächst wird Raupe I, dann Raupe II, dann Zwickelnaht Ia, dann Raupe III, dann Zwickelnaht IIa usw. geschweißt, es wird also sozusagen eine Pilgerschrittechnik angewandt. Dieses Verfahren bietet Vorteile in dreifacher Hinsicht.
• Bei überlappender Aneinanderlegung der Schweißraupen besteht die Gefahr, daß bei zu hoher Kaltdrahtgeschwindigkeit der Kaltdraht in die feste Nachbarraupe, wenn die Pendelung die überlappungsstelle erreicht, hineinspießt und dadurch Unregelmäßigkeiten und Störungen verursacht. Beim Nebeneinanderlegen der Schweißraupen entfällt diese Gefahr, und die Kaltdrahtgeschwindigkeit kann wesentlich erhöht werden. Das ist bei der Erarbeitung der Schweißdatenkombination für Einbrände unter 5% in manchen Fällen wesentlich.
• Der zweite Vorteil liegt darin, daß überlappungsbindefehler leichter und völlig sicher vermieden werden können. Schließlich können besonders bei warmrißempfindlichen Auftragsmaterialien Risse vermieden werden, die wegen der langen Schrumpfwege der breiten Raupen gelegentlich an den überlappungsstellen auftreten.
• Die Raupen können hierbei entweder genau aneinandergrenzen oder mit Zwischenraum gelegt werden oder sich nur zum geringen Teil überlappen.
• Die Schweißung von Raupe und Zwickelfüllung erfolgt dabei zweckmäßigerweise im Pilgerschrittverfahren.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum maschinellen Lichtbogen-Auftragschweißen von Metallen mit abschmelzenderElektrode, dadurch gekennzeichn e t, daß in an sich bekannter Weise dem Lichtbogen ein stromloser Zusatzdraht zugeführt wird, daß mit pendelndem Schweißkopf eine Auftragsraupe (I, 1I, 1I1) ohne überlappung an eine andere gelegt wird und daß darauf die Zwickel (Ia, Ha) zwischen je zwei Auftragsraupen mit vorzugsweise demselben Schweißkopf ohne Pendeln ausgefüllt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die erste Auftragsraupe (I) eine weitere Auftragsraupe (1I) geschweißt und hierauf abwechselnd je eine Zwikkelraupe (I a) ohne Pendeln sowie eine Auftragsraupe (III) mit Pendeln geschweißt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 954 817; USA: Patentschriften Nr. 2 909 649, 3 022 413; E.O.Paton, Automatische Lichtbogenschweißung, Halle (Saale), 1958, S. 301; W. Schatz, Die Unterpulverschweißung, Eisenberg/Pfalz, 1962, S. 166, 170 bis 172; W. M. C o n n, Die Technische Physik der Lichtbogenschweißung, Berlin u. a., 1959, S. 112/113, 333/334; F. Erdmann-Jesnitzer, Werkstoff und Schweißung, Bd. I, Berlin, 1951, S. 473; Schimpke-Horn, Praktisches Handbuch der gesamten Schweißtechnik, Bd. II, 5. Auflage, Berlin u. a., 1950, S. 293.