-
Verfahren und Vorrichtung zum Zuführen des Schweißstromes
-
auf die Elektrode einer Unterpulver-Schweißeinrichtung für rw iefspaitschwei--ßungenv
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zuführen des ##hwe.i ß.stromes
auf die Elektrode einer Unterpulver-Schweißeinrichtung für Tiefspaltschweißungen,
wobei die Elektrode durch einen isolierten Rüssel geführt und der Strom mit einer
Kontakteinrichtung vom Rüssel auf die Elektrode übergeleitet wird.
-
Das Unterpulver-Schweißen ist bekannt. Dabei wird ein Nacktdraht oder
Nacktband unter Pulveraufschüttung im Lichtbogen abgeschmolzen. Je nach den Verhältnissen
bezüglich Werkstoff, Blechdicken und Oberflächenbeschaffenheit wird mit verschiedenen
Pulvern gearbeitet, die sich durch die Art ihrer Herstellung, Zusammensetzung und
Körnung und damit durch unterschiedliche Strombelastbarkeit, Verschweißbarkeit und
Gasdurchlässigkeit unterscheiden.
-
Der Lichtbogen brennt in einer Schlackenblase, die vom geschmolzenen
Pulver gebildet wird und beim Erstarren eine feste Schlacke ergibt. Bei diesen Verfahren
sind hohe Schweißgeschwindigkeiten und damit beträchtliche Schweißleistungen möglich.
Das Unterpulver-Schweißen wird insbesondere im Großbehälterbau, Schiffbau, Fahrzeugbau,
in der Rohrherstellung usw. angewendet. Es eignet sich vornehmlich für lange, durchgehende
Nähte in waagerechter Lage.
-
Bei der Elektrode handelt es sich im allgemeinen um einen nicht ummantelten,
von einer Spule zugefüiii:Len Draht Dieser Draht wird in einem sogenannten Rüssel
oder Stromrohr geführt, und an dessen Ende befinden sich je nach Durchmesser und
Form des Schweißdrahtes Rontakteinrichtungene und zwar entweder austauschbare Kontaktbacken
oder eine Kontaktdüse, womit der Schweißstrom auf die Elektrode übertragen wird.
Die Stromüberleitung mit Hilfe von Kontaktbacken oder Kontaktdüsen hat den Vorteil,
daß nur ein Minimum an Stromverlusten auftritt und der Verschleiß gering ist. Der
Schweißdraht wird mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung von der Drahtrolle kontinuierlich
abgewickelt. Zum Schweißkopf gehört auch eine Pulverdüse, die an einen Pulverbehälter
ansJesclllossen ist: und an der Schweißstelle das Schweißptilver ausstreut Die bekannten
Unterpulver-Schweißgeräte besitzen einen Schweißkopf, der im wesentlichen aus dem
Stromrohr mit Kontakteinrichtung und Elektrodendraht und Drahtrolle sowie dem Pulverrohr
mit Pulverbehälter besteht. Diese Schweißköpfe sind jedoch relativ groß, so daß
sie bei tieferen Nahtspalten bzw. Blechdicken nur für Scheißnahtformen mit einem
Öffnungswinkel von ca. 180 oder ähnlich breiter Nahtöffnung geeignet sind, weil
zwecks Gewährleistung des erforderlichen definierten gleichmäßigen Abstandes der
Kontaktdüse zum Grundwerkstoff der gesamte Kopf im Schweißspalt geführt werden muß,
um den Schweißdraht auch an die entsprechende Schweißstelle, insbesondere in die
Kehlen, führen zu können.
-
Diese bekannten Unterpulver-Schweißverfahren haben jedoch den Nachteil,
daß insbesondere bei dickwandigen Bauteilen der Spalt sehr weit sein muß, so daß
das Nahtvoiumen
relativ groß wird, wodurch nicht nur erhebliche
Elektrodenmengen, sondern auch sehr lange Schweißzeiten erforderlich werden. Diese
Nachteile vergrößern sich noch mit zunehmender Wanddicke der zu verschweißenden
Bleche.
-
Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
welches es crmoglicht, tiefe Schweißnähte mit einem möglichst engen Spalt herstellen
zu können.
-
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den im Kennzeichnungsteil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
-
Außerdem liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
anzugeben, welche es ermöglicht, tiefe Schweißnähte mit einem möglichst engen Spalt
herstellen zu können.
-
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen, die im Kennzeichnungsteil
des Vorrichtungsanspruches angegeben sind.
-
Weitere Ausführungsformen dieser Vorrichtung sind in dessen Unteransprüchen
formuliert.
-
Die Erfindung hat den Vorteil, daß selbst sehr tiefe Schweißnähte
mit einem engen Spalt durch den relativ dünnen Rüssel in Verbindung mit dessen Knickung
und Drehbewegung gut geschweißt werden können, weil der gerade Teil des Rüssels
immer in der einmal eingestellten Position innerhalb des Schweißspaltes verbleibt,
während durch die Kombination von Knickung und Drehbewegung die Elektrode
jede
beliebige Stelle der Schweißnaht erreichen kann, d. h., man kann damit insbesondere
auch die rechten und linken Engspalt-Nahtflanken gut erreichen, so daß dadurch eine
universelle Einsatzmöglichkeit bei engen Tiefspalten gegeben ist. Dabei sind das
Verfahren bzw. die Vorricheung auch bei größten Wanddicken der Werkstücke bzw. tiefsten
Schweißnähten anwendbar, und zwar ohne besondere Nahtvorbereitung. Dabei kann das
Nahtvolumen gegenüber den bisherigen Unterpulver-Schweißungen ganz erheblich reduziert
werden, weil man sehr enge Nahtöffnungen realisieren kann.
-
Bei Versuchen hat sich überraschenderweise ergeben, daß aufgrund des
geringen erforderlichen Schweißnahtvolumens z. B. bei einer 200 mm dicken Naht die
Schweiß zeit um 42 % und die Schweißzusatzmenge um 55 % reduziert werden konnten.
Dieser Vorteil vergrößert sich noch mit zunehmender Wanddicke Die auf diese Weise
durchgeführte sogenannte Engspaltschweißung verringert auch den Grobkornanteil in
der Wärmeeinflußzone der Schweißverbindung, wodurch sich höhere Zähigkeitswerte
in dieser Wärmeeinflußzone und eine geringere Anfälligkeit zu Nebennahtrissen ergeben.
Die Anpassung an die verschiedenen Schweißnahtdicken erfolgt einfach über ein Verlängerungstück,
das verschieden lang ausgeführt sein kann und in seinem Aufbau dem Rüssel entspricht.
-
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in den
Zeichnungen veranschaulicht ist, im einzelnen näher beschrieben.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansidit der erfindungsgmäßen Vorrichtung
zur Stromzuführung auf die Schweißelektrode,
Fig. 2 eine abgebrochene
Schnittdarstellung durch das Verlängerungsstück des Stromrohres, Fig. 3 eine abgebrochene
Schnittdarstellung durch das abgeknickt Ende des Rüssels, Fig. 4 eine Schnittdarstellung
durch ein noch nicht abgeknicktes Rüsselteil für einen Elektrodendurchmesser von
4 mm.
-
Am Gehäuse 1 der Schweißeinrichtung für das Unterpulver-Schweißen
in Engspalten ist eine Montageplatte 2 befestigt, welche ihrerseits zur Befestigung
des Lagergehäuses 3 des Rüssels 4 dient. Durch das Lagergehäuse 3 wird die Schweißelektrode
5 geführt, die aus einem nackten Draht oder Band besteht, das von einer (nicht dargestellten)
Rolle abgewickelt wird. Der Draht wird mit Hilfe der beiden Vorschubrollen 6 der
Schweißstelle kontinuierlich zugeführt. Die Vorschubrollen 6 werden (von einem nicht
veranschaulichten Antrieb) gemäß Pfeilrichtung A angetrieben.
-
Der Rüssel 4, welcher zur Führung der Elektrode 5 sowie als Stromführungsrohr
für den Schweiß strom dient, besteht aus dem Rüsselteil 4' im Gehäuse 1, dem Verlängerungsstück
4 sowie dem abgeknickten Rüsselteil 4"'.
-
Der Rüssel 4 ist gemäß Pfeilrichtung B um seine Achse drehbar. Die
Drehbewegung wird mit Hilfe eines Antriebes erzeugt, im vorliegenden Fall mit einem
Schneckenrad 7, welches in eine (nicht dargestellte) Verzahnung an dem Gehäuse 3
eingreift. Die Drehbewegungsmöglichkeit des Schneckenrades 7 ist ebenfalls durch
den Pfeil C angedeutet.
-
Der Aufbau des Rüssels 4 ergibt sich im Detail aus den Fig. 2 und
3.
-
Der Rüssel 4 ist mit einer Sackbohrung 8 versehen, in welche zur Isolierung
der Schweißelektrode 5 gegen den Rüssel 4 ein Isolierrohr 9 aus Keramikmaterial
eingesetzt ist. Der Rüssel 4 selbst besteht aus einer Wolfram-Kupfer-Legierung.
-
Gemäß Fig. 3 ist zwecks genauer Führung der Schweißelektrode 5 sowie
zwecks Stromüberleitung vom Rüssel 4 auf die Elektrode 5 eine Düse 10 eingebaut,
die einen geringeren Innendurchmesser als der Rüssel 4 hat Der Durchmesser ist zwecks
guter Stromüberleitung so eng wie möglich und zwecks Durchleitung der Elektrode
5 so weit wie nötig.
-
Das Ende des Rüsselteils 4"8 ist mit einer Aussparung versehen, die
ein Innengewinde aufweist. In diese Aussparung ist als Kontakteinrichtung die Düse
10 über einen Ansatz 11 mit Außengewinde eingeschraub#. Diese besteht ebenfalls
aus einer Wolfram-Kupfer-Legierung. Die Düse 10 weist an dem gegenüberliegenden
Ende einen weiteren Ansatz 12 auf, welcher zumindest auf einem Teil seiner Länge,
der im Durchmesser etwas dicker ist als der letzte Teil e ebenfalls Außengewinde
aufweist, um ein Isolierrohr 13 aufzuschrauben und dadurch die Düse 10 gegen das
Werkstück 14 Bs. Fig. 1) zu isolieren. Das Isolierrohr 13 besteht ebenfalls aus
Keramikmaterial.
-
Zwecks Anpassung des Rüssels 4 an die jeweilige Schweißnahtdicke bzw.
-tiefe ist in diesen ein Verl#ngerungsstück 4" eingesetzt, welches im Aufbau dem
der Rüssel elemente 4' und 4'5 entspricht.
-
Der Rüssel 4 ist mit seinen Elementen der Form der Elektrode (Draht
oder Band) sowie deren Abmessungen durch Austausch von Teilen schnell anzupassen.
-
Bei der Anwendung des Verfahrens bzw. beim Einsatz der Vorrichtung
beträgt die Spaltbreite im Spaltgrund nur noch 15 bis 20 mm, und der Flankenwinkel
liegt zwischen 0 und 3, in der Regel jedoch nur bei 1150.
-
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist für einen Elektrodendurchmesser
von 4 mm bestimmt. In der Zeichnung ist das Rüsselteil 4"' für diesen Fall detailliert
dargestellt, es ist lediglich noch nicht abgeknickt.
-
Das Rüsselteil 4"' ist bei einem maximalen Außendurchmesser von 16
mm 150 mm lang, die Sackbohrung 8 hat einen Innendurchmesser von 8 mm und das abzuknickende
untere Ende einen solchen von 5 mm. Die abzuknickende Länge beträgt ca. 50 mm. Die
Knickstelle liegt auf der Höhe des Endes der Sackbohrung, und die betreffende Ebene
ist mit A bezeichnet. Das Ende dieses üolils 4"' liegt in der Ebene B, das Ende
der Düse 10 liegt in der Ebene C und die Schweiß stelle in der Ebene D. Das Ende
des Rüsselteils 4"' liegt etwa 70 mm und das Ende der Düse 10 etwa 30 mm über der
Ebene D der Schweißstelle.
-
Die Größe der Abknickung, die durch die schräg eingezeichnete Mittellinie
veranschaulicht wird, beträgt bei einer Auslenkung des Elektrodenendes aus der Achse
des Rüsselteils 4"' von 15 mm trog= 15/120 = 0,125, was einem Winkeloc> von ca.
70 entspricht. Das Abknicken erfolgt im allgemeinen durch Warmformgebung.
-
Leerseite