DE1521567A1

DE1521567A1 - Verfahren zum Auftragen von Metall

Info

Publication number: DE1521567A1
Application number: DE19661521567
Authority: DE
Inventors: Manz August Frederick; Saenger Jun John Frederick
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1965-06-01
Filing date: 1966-05-20
Publication date: 1969-09-11
Also published as: BE681666A; SE347679B; BR6680002D0; NL6607602A; AT280010B; NO120865B; GB1151873A; US3274371A

Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. QERHARD SCHWAN "] 521 8 MÜNCHEN 8 · QOERZER STRASSE 15

UNION CARBIDE CORPORATION 278, Park Avenue, Neui York, N.Y. 10017, U.S,A

Verfahren zum Auftragen van install

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen von Metall auf ein Werkstück. Insbesondere bezieht eich die Erfindung auf ein Verfahren zum Auftragen won metall, bei dem ein elektrischer Lichtbogen zur Erhitzung des Werkstücke benutzt wird, mährend abschmelzende Drähte, die mittels eines bei einer zur Ausbildung eines Lichtbogens nicht erreichenden Spannung durch sie hindurchfließenden Sti ' ?" ™ aufgeheizt werden, mindestens einen Teil des file ta'¹S u sfern, das auf das Werkstück aufgebracht werden soll

Es ist ein l/erfahren zum Auftragen von metall aus einem abschmelzenden Draht bekannt, bei dem das metall geschmolzen wird, indem dem Draht elektrische Energie zugeführt wird, die zu einer derartigen Widerstandserhitzung führt, daß der Draht ohne Vorhandensein eines Lichtbogens aufgeschmolzen oder aufgetragen wird. Im allgemeinen wird das

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Verfahren durchgeführt, indan ein abschmelzender Draht einen Schmelzbad auf eins« Werkstück zugeführt wird, das durch eins elektrische Energiequelle, beispielsweise einen Lichtbogen, ausgebildet wurde· Der Strom wird dem Draht zugeleitet, während er durch eine Drahtführung hindurchläuft, die in einem Stromkreis liegt, der über eine Stromquelle und das Werkstück führt. Wenn der Draht

■k mit dsm Schmelzbad in Kontakt kommt, wird der Stromkreis zwischen der Stromquelle, der Drahtführung, dem Draht und dem Markstück geschlossen, über diesen Stromkreis fließender elektrischer Strom hei«t den vorstehenden Teil des Drahts zwischen der Drahtführung und dsm Werkstück auf Grund der in disssm Abschnitt des Stromkreises verzehrten Stromwärmeensrgie auf» De .^ieahen der Kontaktstelle und dsm Werkstück befindliche Drahtteil wird im folgenden als Schmelzzone bezeichnet. Der Draht wird in dem Schmelzbad teilweise durch die Stromwärme, teilweise

" durch die von dem Lichtbogen abgestrahlte Wärme und teilweise durch die Wärme aufgeschmolzen, die aus dem Fchmelzbad durch unmittelbare Wärmeleitung aufgenommen wird. Dieses Verfahren ist im folgenden als bogenfreier Mstallauftrag bezeichnet*

Der bogenfrele Metallauftrag ist insbesondere zum Beispiel beim Verbinden von Bietallen und bei Auftrageschweißvorgängen anwendbar, so unter anderem bei der Ausbildung korrosionsfester und/oder abriebfester Oberflächen· Bsi

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der praktischen Durchführung dl·«·* Verfahrens wurde beobachtet, daS der durch den abschnelzenden Draht hindurchflieSende Stron um den Draht herum ein Magnetfeld erzeugt, das infolge des geringen Abstandes des Drahts von dem Lichtbogen und de» Schmelzbad dazu führt, daß der Lichtbogen abgelenkt wird, falle Qleichetron verwendet wird, oder daS der Lichtbogen eine Schwingbewegung ausführt, falls alt Wechselstrom gearbeitet wird. Bei niedrigem h

Strom und geringen Auftragsleistungen hat dieses magnetfeld keinen nennenswerten Einfluß auf den Lichtbogen« !erden jadoch die Auftragsleistungen erhöht, was eine sntsprschsnds Steigerung des zur Aufschmelzung des Drahts« benutzten Stromes erfordert, dann beeinträchtigt, wie gefunden wurde» dae den Dreht umgs i,->tij ft ^netfeld die Licbtbagenetebiiität und dee Schmslzbsd in äußerst unerwünschter Weise« Dleee Beeinflueeung dee Lichtbogene tritt im allgemeinen auf, wenn der im Dreht flieSende Strom gleich oder merklich grSSer ele der Strom des Lichtbogene | let· Dlee bedeutet nicht unbedingt, deS eine groBs Stromemplituds erforderlich ist, um die unerwünschte Beeinträchtigung auftreten zu laeeen. Die Beeinträchtigung hängt außer von der Stromamplitude auch von der Steifigkeit dee Lichtbogene ab· Die Beeinträchtigung kann bei Strömen im Draht auftreten, die niedriger eis die LichtbogenetrS-me liegen« Ohne Ausschaltung oder Beherrschung dieser magnetischen Wechselwirkung der die Drähte und die Lichtbögen umgebenden Felder würde daher eine praktische Grenze

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der Drahtauftrageleietungan gageben sein, die eich bei einem bogenfreien JHetallauftrag erzielen laesen·

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Rietallauf tragverfahren zu schaffen, bei dem die magnetische Wechselwirkung zwischen dem einen stromführenden abschmelzenden drahtumgebenden Feld und dem die· Wärmefe quelle umgebenden Feld in vorbestimmter Weise beherrschbar ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, bei dem die magnetischen Felder um d ·> stromführenden abschmelzenden Drähte herum im wesentlichen keinen Einfluß auf eine elektrische Lichtbogen-Wärmequelle haben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines ™ Verfahrene, bei dem die die abschmelzenden Drähte umgebenden Magnetfelder derart beherrschbar sind, daß sie eine Wiachbewsgung dee Lichtbogens auf dem !Werkstück bewirken.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren zum Auftragen von Metall geschaffen, bei dem ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer abschmelzenden oder nichtabschmelzenden Elektrode und einem Werkstück aufrechterhalten und unter der Oberfläche des dadurch auf dem Werkstück gebildeten Schmelzbades ein abschmelzender Draht eingeführt wird,

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der mittels Stroradurchgang durch seinen dem Schmelzbad benachbarten Teil auf erhöhte Temperatur gebracht wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß unter der Oberfläche des Schmelzbades mindestens zwei abschmelzende Drähte eingeführt und diese dadurch auf erhöhte Temperatur gebracht werden, daß durch sie ein elektrischer Strom solcher Größe und Richtung hindurchgeleitet wird, daß die auf den Stromdruchgang durch die einzelnen Drähte J

zurückzuführenden elektromagnetischen Felder unter Beeinflussung der Bogenstabilität in uorbestimmter Weise untereinander in Wechselwirkung treten.

U/eitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.

Es zeigt: I

Figur 1 Bine schematische Darstellung einer tyu" ren Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, >

Figur 2 eine abgewandelte Anordnung zur Durchführung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung,

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Figur 3 eine weitere Abwandlung der Anordnung nach Figur 1,

Figur 4 eine Draufsicht, aus der schematisch zu erkennen ist, wie die Lichtbögen durch die die abschmelzenden Drähte umgebenden Magnetfelder zu einer Uiischbewegung veranlaßt werden können, und

Figur 5 einen Querschnitt durch ein Werkstück, das mit einer AuftragsschweiQung entsprechend der Erfindung versehen wurds»

L lter Auf tragsschweißen sollen ■■.■;-" „^gari Verfahren verstanden werden, bei denen auf dem Werkstück ein Überzug ausgebildet wird, während die Durchmischung des Überzugs mit dem Grundwerkstoff kleinstmöglich gehalten wird, fflit Auflegieren wird ein Verfahren bezeichnet, bei dem auf einem Werkstück eine legierte Oberfläche ausgebildet wird, wobei die Durchmischung der legierten Oberfläche mit dem Werkstück verhältnismäßig stark ist und der Grundwerkstoff selbst einige der Legierungsbestandteil beisteuert.

Die vorliegende Erfindung, die zu verbesserten Metallauftragsleistungen führt, ist mit Vorteil bei allen bekannten SchweiQverfahren anwendbar, unabhängig davon, ob es sich

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um die Verbindung von Werkstücken, um die Plattierung von Werkstücken, die Auflegierung von Oberflächen, die

Beschichtung von Oberflächen oder dergleichen handelt,

ferner ohne Rückeicht darauf, ob der Lichtbogen mit einen Gae und/oder einem Schweißpulver geschützt ist oder kein Schutzmediua verwendet wird sowie unabhängig

davon, auf welche Weise der Lichtbogen mit dem Gas J

und/oder de« Schweißpulver eingehüllt toird.

Bei den Meisten Schwaißvorgängen, ob Vsrbindungsechwei-Ben oder AuftrageechweiBen, ist es im allgemeinen erwUnscht, den magnetiechen Einfluß von- Feldern in der Nachbarschaft dee Llchtbogene euszuechäit^n. Gemäß einer AuefQhrungeform der Erfindung wird dies dedurch erreicht, daß aindeetens zwei abschmelzende Drähte vorgesehen werden, die miteinander und dem Werkstück oder mindeatene eine« .Schmelzbad auf der Werkstückoberfläche Über eine | gemeineeme Stromquell· in Reihe geschaltet sind. Oieee Anordnung etellt sicher, daß die Polaritäten dee Strome in jedem Draht einander entgegengerichtet eind, so daß daa resultierende magnetfeld um die Drähte herum im wesentlichen ohne Einfluß auf den Lichtbogen bleibt, der auf dae Werkstück gerichtet let und im Bereich der Drähte brennt. Diese AusfUhrungeform ist im allgemeinen ^:- vorzuziehen und wird in Verbindung mit Fig. 1 im folgen- . ; den näher erläutert. Entsprechend Flg. 3* können aber auch mindestens zwei abschmelzende Drähte mit getrennten

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Stromquellen.verbunden sein, wobei der Stromkreis für jeden Draht über die zugehörige Stromquelle» den Draht, das U/erketÜck und zurück zur Stromquelle führt. In diesem Falle sind bei Verwendung von Gleichstromquellen die Polaritäten derart zu wählen» daß entweder das resultierende Magnetfeld aufgehoben wird oder eine Uli sch bewegung des Lichtbogens auf dem Werkstück erreicht wird. ψ Werden Wecheelstromquelien eingesetzt» sollten die StrBme in den Drähten mit Bezug aufeinander und auf den Lichtbogen derartige Phasenlage haben, daß der gewünschte Einfluß auf den Lichtbogen erzielt wird. Der Ausdruck "Wischbewegung des Lichtbogens" ist, wie auch aua Flg. hervorgeht, nicht auf eine waagrechte Schwingbewegung beschränkt, epndern umfaßt auch eine Kreisbewegung des Lichtbogens.

Unter "Draht" sollen vorliegend die üblichen zylindrischen Drähte sowie nichtzylindrische Drähte, wie flache Metallbänder, rohrförmige Drähte oder zusammengesetzte Drähte, beispielsweise zwei- oder mehrfach verdrillte Drähte,verstanden werden*

Entsprechend Fig. 1 wird ein elektrischer Lichtbogen 1 zwischen einer Elektrode 3 und dem Werkstück 5 gezündet und bildet auf diesem ein Schmelzbad 4 aus· Dem Lichtbogen 1 wird Energie aus einer Stromquelle 2 zugeführt. ' Zur Speisung des Lichtbogens kann Gleichstrom mit negativer

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oder positiver Elektrode verwendet werden; ee kann auch mit Einphasen- oder Mehrphasen-Ulechselstrom gearbeitet werden, wenn mehrere Lichtbögen erwünecht sind· Die Elektrode 3 kann eine abschmelzende Elektrode sein, d. h. eelbet einen Teil des aufzutragenden Betelle liefern. Als abschmelzende Elektrode kann dabei eine herkömmliche Stabelsktroda, eine Röhrchenelektrode, bei der ein Schweißpulver innerhalb eines hohlen Bletallmantels vorgesehen ist, ein mit Schweißpulver umhUllter Stab, bei dem das Schweißpulver als überzug auf die Elektrode aufgebracht ist,oder ein endloser abschmelzender Draht verwendet werden, bei dem das Schweißpulver an dem Draht auf Grund magnetischer Wechselwirkung zwischen dem stromführenden Draht und dem Schweißpulver anhaftet.

Uli· bei» Schutzgasschweißen «it abechmeliender Elektrode (ffllG-Schweißen) kann der von der abschmelzenden Elektrode gebildete Lichtbogen mittels Gas geschützt sein* Bei», IMG-Schweißen wird kurz zusammengefaßt ein Lichtbc ^r auegehend von dem Ende eines abschmelzenden Drahtet Q-zündet, der eine für den vorzunehmenden Schweiß- öder Auftrageechweißvorgang geeignete chemische Zusammensetzung hat, und wird der Lichtbogen mittels eines Gaees abgeschirmt, das aus Argon, Helium, CO₂ oder Mischungen derselben miteinander oder zum Beispiel mit Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff bestehen kann.

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Der Lichtbogen kann auch mittels eines Schweißpulvers geschützt werden, beispielsweise in Form eines Unterpulverschweißvorgangs. Bei diesem Verfahren wird im allgemeinen der zu schweißende Stoß mit einem Schweißpulver abgedeckt und wird ein Lichtbogen unterhalb dee Schweißpulvers aufrechterhalten, so daß der Lichtbogen nicht sichtbar ist.

Als Elektrode 3 kann auch eine nichtabschmelzende Elektrode beispielsweise aus Wolfram oder mit abgewandelter Zusammensetzung, wie 2 % Thoriumoxyd in Wolfram, verwendet werden. Der von einer derartigen Elektrode ausgehende Lichtbogen kann mittels eines Gases, beisp-Laiauiaiae Argon, Helium

ior Mischungen derselben geschützt -^den^ wie dies bei der praktischen Durchführung von Schutzgasschweißverfahren mit nichtabechmeizender Elektrode (beim sog. TIG-Schweißen) üblich ist. Beim TIG-Schweißen wird, falls mit negativer Elektrode gearbeitet wird, im allgemeinen eine nichtabschmelzende UJolframelektrode vorgesehen. Beim Schweißen mit positiver Elektrode wird üblicherweise eine wassergekühlte Kupferelektrode benutzt. Die Elektrode steht im allgemeinen über eine GaefUhrungsdüse hinaus, mittels deren der Schutzgasmantel gebildet wird.

Der zur Aufheizung des Werkstücks verwendete Lichtbogen kann auch ein Plasmslichtbogen sein. Bei einem derartigen Verfahren wird ein Lichtbogen zwischen zwei Elektroden

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gezündet» von denen die eine das Werkstück eein kann· Im letztgenannten Fall apricht man von einem übertragenen Licht» bogen« In den Lichtbogen wird ein Gas eingeleitet; der Lichtbogen und das Lichtbogengae werden dann durch einen einschnürenden Kanal hindurchgeleitet, wobei ein richtungsstabiler Lichtbogen mit hoher Energiedichte auegebildet wird.

Abschmelzende Orähte 9 und 11 werden von Orahthaepeln 13 d und 15 mittels Doppelvorschubrollen 17 abgezogen, die isoliert auf der Welle eines Drahtvorschubmotors sitzen. Der Stromkreis für die Drähte läuft von der Stromquelle 19 über die Drahtführung 21, den Draht 11, die Drahtschmelzzone 11a, das Schmelzbad, die Drehtschmelzzone 9a des Drahts 9 und die Drahtführung 20 zur Stromqualle 19 -cuiOck. Sei einer derartigen Scheltungeauslegung let die Polarität des Stroms in den beiden nebeneinanderliegenden Drähten stets entgegengesetzt, eo daß das um die Drähte herum aufgebaute resultierende magnetfeld vernachlässigbar ist und praktisch " keinen Einfluß auf den Lichtbogen 1 hat. Die Stromquelle kann eine Gleichstrom- oder eine Wechselstromquelle eein· Vorzugeweiee wird Wechselstrom benutzt. Wie im folgenden unter Bezugnehme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben ist, kunnen die beiden Drähte 9 und 11 oder zusätzliche Drähte, falls mit mehr ale zwei Drähten geerbeitet wird, auch an .getrennte Stromquellen oder an Mehrphasen-lOechsslstromqusllen, beispielsweise Drei- oder Sechsphesen-Uiecheelstromquelien, angeschlossen sein.

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WHhrend dee Betriebe werden die Drähte 9 und 11 von den Drahthaspel^ 13 und 15 mittels der Vorechubrollen 17 abgezogen und durch die Drahtführungen 21 und 20 hindurchbeuiegt» die Mittels Leitern 18 und 22 an die Stromquelle 19 angeechloeeen sind. Die abschmelzenden Drähte 9 und 11 »erden auf Grund der Stromwärme eines zwischen den Drahtführungen und dem Werketück über die Drähte fließenden elektrischen Strome aufgeheizt. Dieser Teil der Drähte ist in Fig. 1 als Schnalzzone bezeichnet. Tritt ein Drahtabechnitt aus den DrahtfUhrungsn aus, befindet er sich auf Zimmertemperatur, führt jedoch den von der Stromquelle 19 abgegebenen Strom· Während der Draht die Schmelzzone durchläuft» steigt seine Temperatur auf Grund der Widerstsndserwärmung an. Der Strom ist so eingestellt, defl die Drähte den Schmelzpunkt erreichen, venn sie in dae Schmelzbad eintreten, daa mittels dee Lichtbogens 1 auf dem Werkstück ausgebildet wurde. Um dae Ingangeetzen dee Setallauftrags aue den Drähten zu erleichtern, wird zweckmäßig für einen Temperaturgradienten in dem Draht zwischen der Kontaktstelle in den Drahtführungen 21 und 20 und dem Werketück gesorgt. Diee kann auf unterschiedliche Weise geechehen. Beispielsweise können die Drähte beim Auetreten aue den Drahtführungen 21 und 20 mittels einer gewöhnlichen Flamme eines Brennstoff-Sauerstoffbrsnnsrs erhitzt werden. Die Drahtvorschubgeschwindigkeiten, die Lage der Kontaktstelle zwischen der Drahtführung und den Drähten und die dem Dreht zugeführte elektrische Energie sind eo aufeinander abgestimmt, daß die Drähte in dam Schmelzbad schmelzen,

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- 13 ohne daß ein Lichtbogen am Ende der Drähte gebildet wird.

Die Drähte sind dicht nebeneinander und in hinreichend geringer Entfernung vom Lichtbogen angeordnet, und die Polaritäten sind so gewählt, daß die resultierenden Magnetfelder um die Drähte herum in diesem Fall praktisch keinen Einfluß auf den Lichtbogen haben·

Dieses Verfahren führt außer dem Hauptvorteil_y daß die magnetische Wechselwirkung im Bereich des Lichtbogens beherrscht wird, zu verschiedenen weiteren Vorteilen. Der zum Aufschmelzen der gleichen Drahtmenge erforderliche Strombetrag wird vermindert, da die wirksame Schmelzzone mindestens verdoppelt ist, wenn zwei in Reihe geschaltete Drähte vorgesehen werden. Zwar wird der Spannungsabfall zwischen den Kontaktstellen der Drähte erhöht, doch stellt dies kein Problem dar, da ohne weiteres eine Stromquelle vorgesehen werden kann, die die erforderliche Spannung abgibt.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die Drahtvorachubgeechwindigkeit, die zum Auftragen der gleichen Hletallmenge unter Verwendung eines Drahtes erforderlich ist, auf die Hälfte herabgesetzt wird·

Oa es auf Grund dee erfindungsgemäßen Verfahrens möglich let, den Einfluß dee die abschmelzenden Drähte umgebenden

Magnetfelds auszulöschen, können Drähte mit größerem

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Durchmesser und höhere Ströme verwendet .werden, ma8 vorteilhaft ist, wenn mit gesteigerten Metallauftragsleistungen gearbeitet uierden soll.

Die folgenden Beispiele geben die SchweiSbedingungen an, bei denen unter Anwendung der oben beschriebenen AuefQhrungsform des Verfahrens nach der Erfindung VerbindungeschweiBungen und AuftragsschuieiBungen ausgeführt wurden.

Beispiel I

Ee wurde mit einer Vorrichtung der in Fig. 1 veranschaulichten Art gearbeitet. Der Brenner war ein herkömmlicher RIIG-Br enner, mit Hilfe dessen eine Drahtelektrode mit 1,59 mm Durchmesser in Richtung auf das Werkstück vorgeschoben wurde. Das Werkstück war ein 12,7 mm starker ψ Weichstahl, der mittels einer 9,53 mm Kehlnaht in waagrechter Lage 2u verbinden war. Der Lichtbogenstrom betrug 400 A bei 29 V Gleichstrom, Elektrode positiv. Die Elektrodenvorechubgeechwindigkeit betrug 6,45 m/min, wodurch 8,32 kg Metall/h aufgetragen wurden· Als Schutzgas wurde Argon mit 2 % Sauerstoff in einer menge von 1,14 m /h verwendet. Zwei abschmelzende Drähte mit 1,59 mm Durchmesser und der gleichen Zusammensetzung wie die Elektrode

9,53 mm

wurden/hinter der Lichtbogenachse in das Schmelzbad eingeführt. Die Drähte waren in einem Winkel von ungefähr

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zur Aches dar Elektrode geneigt. Öle Drahtvorachubgeachwindigkeit betrug 6,53 m/min je Draht oder insgesamt 13,06 n/min. Der letallauftrag lag bei 12,1 kg/h. Den in Reihe geschalteten Drähten wurde ein Wechseletron von 255 A bei 16,8 V zugeführt· Die gesamte Auftragsleistung betrug 20,05 kg/h, ohne daß eine unerwünschte Beeinflussung des Lichtbogens eintrat.

Beispiel IZ

Bei diesem Beispiel wurde eine Vorrichtung der in Fig. 1 veranschaulichten Art verwendet. Der Grundwerkstoff war ein ΗΥ-80-Stahl Mit folgender Zusammensetzung* maximal 0,18 % KohlenetoffJ 0,10 bis 0,40 % mangan; 1,00 bis 1,80 % Chrom? 2,00 bis 3,25 % Nickel; 0,20 bis 0,60 % BolybdBn; 0,15 bis 0,35 % Silizium; höchstens 0,025 % Phosphor; höchstens 0,025 % Schwefel; Rast Eisen. Auf die Grundwerk- { stoßplatte sollte Bonsl bei geringer Durchmischung mit dem Grundwerkstoff aufgetragen werden, während einwandfreie SchweiSgUte bei höchstmöglicher Auftragsleistung angestrebt war. AIa Elektrode wurde eine abschmelzende Elektrode mit 1,59 mm Durchmesser aus »onel mit ungeflhr 65 % Nickel, 28 % Kupfer, 3,5 % «angan, 0,95 % Silizium, 0,05 % Kobalt, 2 % Titan, Rest Eisen, Kohlenstoff, Schwefel, Aluminium und Chrom verwendet. Der Lichtbogen wurde mit 280 bis 300 A, 36 V Gleichstrom,Elektrode positiv,

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aufrechterhalten· Die Vorschubgeechwindigkeit betrug 8,76 m/min. Die SchweiOgeechwindlgkeit lag bei 200 mm/min· Der Brenner wurde über einer 19,0 mm breiten Bahn Mit 78 bie 80 Perioden je Minute hin- und herbewegt» Ale Schutzgae wurde SO % Helium, SO % Argon in einer lange von 2,84 μ/h verwendet. Ferner war eine nachlaufende Schutzgaaabechirmung Mit 1,70 M /h vorgeeehen· Die beiden abechnelzenden Drähte waren in Reihe an eine Einphaeen-60 Hz-KecheeletroMquelle angeschloeeen, die bei 175 A und 10 V arbeitete· Die Drähte beetanden aue lonel und hatten einen Durchmeeeer von 11,4 mm· Oie SchMelzzonen waren 38,1 mm lang. Oie Drahtvorechubgeechwlndigkeit betrug β,οο M/Min Je Oraht oder inegeeaMt 16,00 μ/μ1π· Der Draht berührte dee von dam Lichtbogen gebildete Schmelzbad in aineM Abetand von ungefähr 4,76 mm. Der Abetand zwlechen deM Lichtbogen und den Drähten lag bei ungefähr 9,53 mm. Ca war keine Magnetische Wechselwirkung zwiechen deM Feld,um den Lichtbogen und um die Drähte feetzuetellen. Die Drähte waren gegen die senkrechte Achse der abschmelzenden Elektrode um einen Winkel von ungefähr 20° geneigt. Figur S zeigt den Querschnitt der aufgetragenen Oberflächenschicht. Die DurchMiechung der Auftrageechicht Mit Grundwerketoff betrug ungefähr 6 %· Die Auftrageleietung lag insgesamt (2 Drähte und Elektrode) bei 17,2 kg/h.

Die hucheten Auftragsleistungen, die bei der Auftragung von fllonel mit bekannten, mit Stabelektroden arbeitenden

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Verfahren erreichbar sind, betragen 3,1? bis 4,54 kg/h; bei den herkömmlichen IflIG-Verfahren liegen sie bei 5,45 bie 6,80 kg/h. Dabei beträgt die geringste Durchmischung der aufgetragenen Schicht ungefähr 10 bis 15 %, Dem stehen 17,2 kg/h und selbst noch höhere Auftragsleistungen bei 6 % Durchmischung der Auftragsschicht mit dem Grundwerkstoff gegenüber, die durch das Verfahren nach der Erfindung zu verwirklichen sind.

Daraue ist zu ersehen, daß die Beseitigung der magnetischen Beeinträchtigung bei Verfahren der v/orliegend betrachteten Art die praktisch zu erzielenden Auftragsleistungen erheblich erhöht hat.

Bei der Anwendung des Grundprinzips der Erfindung auf das Auftragsschwsißen bestehen zahlreiche Möglichkeiten, die Legierungselemente oder Panzerwerkstoffe in die derart behandelte Oberfläche einzubringen. Die abschmelzenden Drähte können gleich oder unterachiedlich sein; sie können den gesamten aufzutragenden Werkstoff oder nur einen Teil desselben liefern, während zusätzlicher Werkstoff durch eine abschmelzende Elektrode oder ein Schweißpulver zugeführt wird, das gewünschte Legierungselemente oder Panzeruiarkstoffβ enthält. Auch das Schweißpulver kann auf mannigfaltigste Uleise in die Lichtbogenzone eingebracht werden. Das Schweißpulver kann in-den Lichtbogen eingeleitet und durch diesen zum Werkstück mitgenommen werden.

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Dae Schweißpulver kann auch von einem Gas mitgerissen und zum Werkstück getragen werden. Das Schweißpulver kann ferner durch eine Schwerkraftförderainrichtung auf die Oberfläche aufgebracht oder dort bereits vorgesehen werden» bevor der Arbeitsgang beginnt.

Die Einrichtung nach Fig. 2 eignet sich, wenn eins Ufischbewegung des Lichtbogens 30 auf dem Werkstück 32 erhalten werden soll. Diese Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere zur Auftragung von Legierungswerkstoff auf einen Träger geeignet, wobei ein zusammenhängendes Schmelz· bad aue legiertem IiIeta 11 vorbestimmter gleichförmiger Schichtdicke über die gesamte Seitenabmessung des Trägers erwünscht ist. Die Einrichtung nach Fig. 2 weist einen Lichtbogenbrenner 31 und zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Lichtbogens angeordnete abschmelzende Drähte 34 und 36 auf. Es versteht sich, daß die Anordnung mehrfach vorgesehen sein kann, falls eine breitere Bramme beschichtet werden soll. Der Lichtbogenbrenner 31 kann ein TIG- oder DIIG-Brenner sein; statt dessen kann auch ein Plasmabrenner vorgesehen sein. Der Lichtbogen wird zwischen der Elektrode 35 und dem Werkstück aufrechterhalten und aus einer Stromquelle 37 gespeist, die eine Gleichstrom- oder Einphasen-Ufechselstromquelle sein kann. Wenn mehrere Elektroden 35 vorgesehen sind, kann auch eine fflehrphasen-Ulechsslstromquelle verwendet werden. Die abschmelzenden Drähte 34 und 36 sind mit

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einer Stronquelle 39 verbunden, die eine Gleichstromoder Wechselstromquelle eein kann. Gibt die Stromquelle 39 Gleichstrom ab, eind die Drohte in Reihe geschaltet, so daß die einander entgegengerichteten Felder, die Jeden Draht umgeben, den Lichtbogen 30, der in diesem Fall ein Vecheelatrombogen ist, eine Wiachbewegung auf der Werkstückoberfläche ausführen lassen. Werden mehrere iecheeletrombOgen benutzt, braucht das Werkstück nicht Λ im Stromkreis zu liegen. Die Drähte 34 und 36 enthalten mindestens einen gewissen Teil der Legierungselemente, die zur Erzeugung der legierten Oberfläche erforderlich eind· Zusätzlicher Werkstoff kann von der Elektrode 35 oder einem SchweiBpulver beigesteuert werden, das auf der zu legierenden Oberfläche angeordnet wird.

Des «eeentliche Kriterium beeteht darin, daß die lagnet-

felder durch Wahl der Polaritäten und/oder durch Vorgabe

der Phasenbeziehung dee Stroms, nenn Wechselstrom verwen- " det wird, sowie durch die Stromamplituden so ausgebildet werden, daO die gewünschte magnetische Wechselwirkung zwischen den Feldern um die Drähte und die Lichtbögen herum erhalten wird·

Figur 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Einrichtung nach Figur 2· .Bei dieser Aueführungeform wird der Lichtbogen zwischen der Elektrode 40 des Brenners 42 und dem Werkstück aufrechterhalten. Die Stromversorgung

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erfolgt aus einer zweckentsprechenden Stromquelle 43, die Wechselstrom oder Gleichstrom abgeben kann. Abschmelzende Orähte 45 und 47 sind jeweils über eigene Stromquellen 49 und 51 mit dem H'erketUck verbunden. Ein dritter Draht 53, der hinter dam Lichtbogen liegt (Figur 4) ist an eine dritte Stromquelle angeschlossen (nicht veranschaulicht). Bei dieser Anordnung sind die Polaritäten und Amplituden der Ströme in den Drähten und dem Lichtbogen derart aufeinander abgestimmt, daß der Lichtbogen entsprechend Tig. eine kreisförmige Bewegung ausführt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Auftragen von Metall, bei dem ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer abschmelzenden oder nicht« abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück aufrechterhalten und unter der Oberfläche des dadurch auf dem Werkstück gebildeten Schmelzbades ein abschmelzender Draht % eingeführt wird, der mittels Stromdurchgang durch seinen dem Schmelzbad benachbarten Teil auf erhöhte Temperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Oberfläche des Schmelzbades mindestens zuiei abschmelzende Drähte eingeführt und diese dadurch auf erhöhte Temperatur gebracht werden, daß durch sie ein elektrischer Strom solcher Größe und Richtung hindurchgeleitet wird, daß die auf den Stromdurchgang durch die einzelnen Drähte zurückzuführenden elektromagnetischen Felder unter Be- * einfluesung der Bogenetabilität in vorbeetimmter Weise miteinander in Wechselwirkung treten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Paare abschmelzender Drähte verwendet und die Drähte jedes Paares mit in entgegengesetzten Richtungen fließenden Strömen beaufschlagt werden, so daß die elektromagnetischen Felder der stromführenden abschmelzenden Drähte jedes Paares sich in ihrer Wirkung auf den Lichtbogen im wesentlichen auslöschen.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abschmelzenden Drähte jedes Paares.nebeneinander in das Schmelzbad eingeführt «erden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet! daß von den beiden StromzufUhrungen zum Schmelzbad, d. h. dem Lichtbogen einerseits und den abschmelzenden Drähten andererseits ι die eine mit Wechselstrom und die andere mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom beaufschlagt wird, der gegen den zuerst genannten Wechselstrom phasenverschoben ist, so daß die elektromagnetischen Felder der stromführenden abschmelzenden Drähte miteinander zusammenwirkend eine linsenbewegung dee Lichtbogens bewirken.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß minde8tene zwei abschmelzende Drähte von unterschiedlichen Seiten der Elektrode aus in das Schmelzbad eingeführt werden.

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