DE2626824C3

DE2626824C3 - Verfahren zum Schweißplattieren

Info

Publication number: DE2626824C3
Application number: DE2626824A
Authority: DE
Inventors: John Joseph Ringgold Ga. Barger
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1975-07-17
Filing date: 1976-06-15
Publication date: 1983-12-22
Also published as: BE844094A; ZA764211B; DE2626824A1; BR7604633A; NL7607923A; FR2317997B1; ATA518476A; JPS5211145A; US4020314A; SE7607638L; CA1054685A; CH619386A5; FR2317997A1; AT365501B; DE2626824B2; JPS573459B2; IT1064629B; SE433461B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißplattieren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 38 82 298 bekannt, bei dem die Bandelektrode durch einen Trichter geführt ist, der mit Schweißpulver gefüllt ist und somit auf beiden Seiten der Bandelektrode Schweißpulver dem Lichtbogenbereich zuführt, wobei das Schweißpulver auf der Rückseite der Bandelektrode aufgrund seines Gewichts einen Druck auf die beiden darunter befindlichen Schichten aus geschmolzenem Plattierungsmaterial und geschmolzenem Schweißpulver ausübt. Die aufgebrachte Menge an Schweißpulver ist ausreichend, um ein Herausschlagen des Lichtbogens zu vermeiden. Durch den ausgeübten Druck ergibt sich jedoch eine Verformung der Schweißraupenform und kein einwandfreier Übergangsbereich zwischen benachbarten Schweißraupen.

Anstelle eines einzigen Trichters zum Zuführen von Schweißpulver können auch zwei Trichter verwendet werden, über die Schweißpulver auf der Vorder- bzw. Rückseite der Bandelektrode dem Lichtbogenbereich zugeführt wird, vgl. Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, Jahrgang 118, Heft 9, 1973, Seiten 286 bis 294. Hierdurch wird aber keine Verformung der

Schweißraupenform vermieden.

In der Zeitschrift »Schweißen und Schneiden«, Jahrgang 19 (1967), Heft 2, S. 65 bis 70, ist zwar angegeben, daß die Pulverschütthöhe den Schweißvorgang beim Schweißplattieren mittels Bandelektroden erheblich beeinflußt Jedoch ist nicht beschrieben, wie eine Verformung der Schweißraupenform aufgrund des Gewichtes des Schweißpulvers vermieden und ein einwandfreier Übergangsbereich zwischen benachbarten Schweißraupen erzielt werden könnte.

Aus der US-PS 25 11 976 ist es beim UP-Schweißen bekannt, auf der Vorder- und auf der Rückseite einer stabförmigen Schweißelektrode Schweißpulver derart zuzuführen, daß sich auf der Rückseite der Schweißelek- > trode eine erhöhte, insbesondere verdoppelte Schweißpulverlast ergibt, die bewirken soll, daß beim Schweißen entstehende Gase nur im Bereich der Schweißelektrode durch das Schweißpulver austreten, um auf diese Weise zu vermeiden, daß unerwünschte Gasausbrüche im Schmelzbereich auftreten und hierdurch eine Verformung der Schweißnaht hervorrufen. Die maximale Last des Schweißpulvers beginnt hierbei jedoch schon an der SteUe, an der die Schicht aus geschmolzenem Schweißgut noch nicht ihre maximale Stärke erreicht hat, so daß der von der erhöhten Schweißpulverlast auf das Schweißgut ausgeübte Druck konstant gehalten wird. Beim Verbindungsschweißen durch V· Nähte od. dgl. ist das Problem des auf das Schweißgut durch die Schweißpulverlast ausgeübten Dmcks im Gegensatz

JO zum Plattierungsschweißen zudem praktisch nicht von Bedeutung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Verformung der Schweißraupenform aufgrund des

J5 Gewichts des Schweißpulvers vermieden und ein einwandfreier Übergangsbereich zwischen benachbarten Schweißraupen erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Die Gewichtsbelastung des flüssigen Plattierungsmaterials steigt daher von einem relativ geringen Wert unmittelbar hinter dem Elekirodenstreifen bis zu einem Maximalwert im Bereich des hinteren Endes des Schweißkraterbereichs, wo die Menge an flüssigem

■»5 Metall und flüssigem Schweißpulver minimal ist. Eine derartige Steuerung der Verteilung des Schweißpulvers minimalisiert die Verformungseinwirkung auf das flüssige Schmelzbad aufgrund der SchweiGpulverlast im Bereich mit maximalem flüssigen Material und bewirkt

so zudem mit der abnehmenden Dicke der Schweißpulverlast in Querrichtung, daß auch e^!n einwandfreier Übergangsbereich zwischen benachbarten Schweißraupen erzielt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand einer in den Abbildungen dargestellten Plattierungsvorrichtung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine vereinfachte teilweise, perspektivische Ansicht einer Plattierungsvorrichtung, wobei zum Zwecke der Übersichtlichkeit einige Zubehöreinrichtungen schematisch dargestellt sind,

Fig.2 zeigt eine Seitenansicht der Plarttiervorrichtung mit einer Anordnung von vorderen und hinteren Schüttrinnen für Schweißpulver in bezug auf das Elektrodenband, die Werkstückoberfläche, das aufge-

b> brachte Plattierungsmaterial sowie das Schweißpulver, Fig.3 zeigt eine Ansicht der Vorderseite der Vorrichtung mit der relativen Anordnung der vorderen Schüttrinne,

Fig.4 zeigt ahnüch Fig.3 eine Ansicht von der Rückseite der Vorrichtung mit der relativen Position der hinteren Schüttrinne.

Gemäß F i g. 1 ist ein zu plattierendes Werkstück 10, das die Innenwand eines zylindrischen Druckgefäßes aus ferritischem Stahl sein kann, durch nicht dargestellte Mittel zum Verschieben oder Rotieren in Richtung des Pfeils 12 beweglich, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist Ein Elektrodenband 14, beispielsweise aus einer korrosionsbeständigen Legierung ist als Plattiermaterial vorgesehen und durch nicht dargestellte Mittel oberhalb des Werkstücks 10 gehaltert Das Band 14 kann kontinuierlich abwärts auf das Werkstück 10 zu durch ein Paar Zuführrollen 16 bewegt werden. Das Band 14 ist mit dem positiven Pol eines Schweißgleichrichters 18 verbunden, dessen negativer PoJ mit dem Werkstück 10 verbunden ist Die Seite des Elektrodenbandes 14, die in die Bewegungsrichtung des Werkstücks 10. angezeigt durch den Pfeil 12, zeigt, wird als Rückseite des Bandes bezeichnet Entsprechend wird die andere Seite des Bandes als Vorderseite bezeichnet Ein Paar Eiektromagnete 20,22 ist hinter der Rückseite des Elektrodenbandes 14, benachbart zu dessen Seitenkanten angeordnet, so daß die Polflächen der Eiektromagnete 20,22 sich unmittelbar benachbart von dem Bereich befinden, in dem geschmolzenes Metall und geschmolzenes Flußmittel, herrührend von dem Schweißvorgang vorhanden ist, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Jedet der Eiektromagnete 20, 22 weist einen Eisenkern 24 bzw. 26 auf, der sich senkrecht abwärts erstreckt und dann in einem 90°-Bogen abgebogen ist, so daß die zugehörigen Polflächen gerade oberhalb der Werkstückoberfläche einander zugekehrt sind.

Beispielsweise wird in Fig.2 ein etwa 10cm breites Elektrodenband 14 verwendet; das aufgebrachte Plattierungsmaterial, Schweißraupe 28, besitzt eine Dicke von etwa 0,5 cm. Der magnetische Nordpol des Elektromagneten 20 ist über einer benachbarten Schweißraupe 28 angeordnet, wobei das untere Ende hiervon etwa * 9 cm von der Oberfläche des Werkstücks 10 und die Polfläche etwa \$ cm von der Kante des Elektrodenbandes entfernt angeordnet ist. Der Südpol des Elektromagneten 22 ist etwa 1,9 cm von der Kante des Elektrodenbandes angeordnet, während seine Höhe über dem Werkstück etwas geringer, und zwar 1,6 cm, ist. Der gernige Unterschied in der HChe der Polflächen dient dazu, geringe Unregelmäßigkeiten des magnetischen Feldes aufgrund der etwas verschiedenen Bedingungen auszugleichen, die an der Seite des Bandes existieren, die in der vorherigen Schweißraupe zu verankern ist. Jeder der Eisenkerne 24, 26 der Elektromagneten ist mit einer Spule 30, 32 mit einer geeigneten Anzahl von Windungen versehen, durch die der Magnetisierungsstrom fließt, der aus einer Gleichstromquelle stamrm. Die Windungen sind in entgegengesetzten Richtungen auf den Eisenkernen 24, 26 angebracht, so daß der Fluß des magnetisierenden Stroms durch die Windungen die gewünschte entgegengesetzte Polarität erzeugt.

Gemäß den F i g. 2 bis 4 ist die Vorrichtung mit einer vorderen und einer hinteren Schüttrinne 34 bzw. 36 zum Zuführen eines körnigen Schweißpulvers zu dem Bei eich des Lichtbogens 38 versehen. Die Anordnung der hinteren Schüttrinne 36 ist äußerst kritisch, um eine Schweißraupe der gewünschten hohen Qualität zu erhalten. Die Parameter und andere Faktoren, die zur Bestimmung der genauer Anordnung der Schüttrinnen eingehen, werden nachfolgend naher beschriehea

Ferner ist eine Einrichtung unterhalb der vorderen Schüttrinne 34 angeordnet, die eine Reihe von mit Abstand zueinander angeordneten parallen Winkelplatten 42 besitzt, die senkrecht zum Elektrodenband getragen sind und sich wenigstens über die Breite des Bandes erstrecken. Bei der dargestellten Ausführungsform sind diese Platten etwa durch Schweißen mit einer Trägerklammer 44 verbunden, die ihrerseits mit einem

ίο Gehäuse 46 verbunden ist Die Außenkante der Winkelplatten ist etwa 0,95 cm sowohl von der Werkstückoberfläche als auch von der Vorderseite des Elektrodenbandes 14 entfernt angeordnet Diese Einrichtung ist jedoch nicht Teil der Erfindung.

!5 Im Betrieb wird eine Gleichspannung zwischen dem Werkstück 10 und dem Band 14 durch den Schweißgleichrichter 18 angelegt, wodurch ein Lichtbogen 38 zwischen diesen beiden Teilen erzeugt wird. Der . Lichtbogen bewirkt, daß die Unterkante des Bandes 14 schmilzt und das geschmolzene Material in einem allgemein linearen Plattierungsbereich auf dem Werkstück auf der Hinterseite des '.. iektrodenbandes aufgebracht wird, um die Schweißraup^ 28 auf dem Werkstück zu bilden. Das aufgebrachte Schweißmaterial bildet ein Schmelzbad 48 aus Schweißmaterial Tm Bereich unmittelbar hinter der Hinterseite des Elektrodenbandcs. Das geschmolzene Metallbad ist von einer Schicht aus geschmolzenem Schweißpulver 50 bedeckt, die ihrerseits aus einer Schicht 52 aus ungeschmolzenem Schweißpulver bedeckt ist. Das geschmolzene Schweißpulver bildet natürlich nach der Verfestigung eine feste Schlackenschicht 54 auf der aufgebrachten Schweißraupe in einigem Abstand von der Hinterseite des Elektrodenbandes. In Fig.2 sind die Verhältnisse der verschiedenen Bereiche für eine besondere Anwendung dargestellt, wobei ein 10 cm (4 inch) breites und 0,06 cm dickes Band verwendet wird, um eine etwa 03 cm dicke Schweißraupe auf der Werkstückoberfläche aufzubringen. Das Bad 48 aus geschmolzenem Metall erstreckt sich dabei geringfügig auch zur Vorderseite des Elektrodenbandes 14 und auf der Rückseite des Bandes bis zu einer Entfernung von etwa 1,9 cm bis zum Punkt 56, wo die Verfestigung einzutreten beginnt und die Grenzlinie 58 zwischen geschmolzenem und festem Metall sich aufwärts erstreckt und in einem Punkt 60 etwa 635 cm hinter der Hinterseite des Elektrodenstreifens 14 endet. Das geschmolzene Schweißpulver 5C, das sich oberhalb des Metallbades befindet, erstreckt sich entsprechend geringfügig auch auf der Vorderseite des Elektrodenbandes und ferner auf dessen Rückseite, wo es sich zu verfestigen beginnt und die Schicht aus fester Schlacke 54 bildet, während der Übergang zur festen Schlacke bei dem Punkt 60 im wesentlichen abgeschlossen ist, an dem auch dao geschmolzene Metallbad sich vollständig verfestigt hat. Wie sich aus der Zeichnung in einer etwas übertriebenen Form ergibt, ist die Dicke der verfestigten Schweißraupe 28 zusammen mit der festen Schlacke 54 etwas größer als die Dicke der gleichen Bestandteile im geschmolzenen Zustand aufgrund ihrer

bo Ausdehnung während der Verfestigung. Während des Schweißplattierens wird das Elektrodenband 14 kontinuierlich abwärts zum Werkstück 10 durch die Zuführrollen 16 gefördert, um eine kontinuierliche Quelle an Plattiermaterial zu erzeugen.

Während des Plattierens fließt ein Strom durch die Spulen 30, 32 der Polstücke der Eiektromagnete 20, 22. Die angelegte Spannung besitzt dabei vorzugsweise eine Rechteckwellenform, jedoch lassen sich auch

andere pulsierende Spannungen etwa in Sägezahnform mit befriedigenden Ergebnissen verwenden. Die Position der Magnetpolflächen in bezug auf das Elektrodenband und das aufgebrachte Material ist entsprechend den obigen Ausführungen im Zusammenhang mit F i g. 1 und entsprechend der Umrißform 62 von Fig. 2. Ein Teil der Magnetfeldlinien, die von dem Nordpol zum Südpol verlaufen, erstrecken sich abwärts in den Bereich des geschmolzenen Schweißpulvers 50, des Schmelzbades 48 und des Werkstücks iO. Diese Feldlinien erzeugen eine Kraft in dem geschmolzenen Schweißpulver 50 und in dem Schmelzbad 48, die eine Bewegung in diesem Bereich erzeugt. Diese Bewegung besteht aus einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung, deren Frequenz abhängig von der Pulsierfrequenz der Spannung an den Elektromagneten ist. Eine geeignete Frequenz besteht aus etwa zwei Zyklen pro Sekunde. Die genaue Frequenz, bei der optimale Resultate für eine bestimmte Anwendung erzielt werden, wird am besten durch Experimente bestimmt. Hier sei ausgeführt, daß der primäre Effekt der magnetischen Feldlinien im Bereich des geschmolzenen Schmelzbades 48, das manchmal auch als Schweißkraterbereich angesprochen wird, eine Einwirkung auf die Schicht aus geschmolzenem Schweißpulver 50 besteht, das magnetische Eigenschaften besitzt, wenn es sich im geschmolzenen Zustand befindet. Geeignete Schweißpulver dieses Typs sind kommerziell erhältlich und werden daher nicht im einzelnen aufgeführt. Dementsprechend ist es primär die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des geschmolzenen Schweißpulvers 50 auf das Schmelzbad 48, die ihrerseits eine Bewegung der Oberfläche des Schmelzbades 48 bewirkt.

Die Anordnung der vorderen Schüttrinne 34 ist nicht kritisch. Der Zweck dieser Schüttrinne besteht darin, die Zufuhr einer genügenden Menge von Schweißpulver zur Vorderseite des Bandes 14 zu ermöglichen, um ein

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Zeit zu ermöglichen. In der bevorzugten Ausführungsform besitzt die Schüttrinne eine schnauzenartige Öffnung 78 einer Länge von etwa 7,6 cm und einer Breite von etwa 0,8 cm. Diese Öffnung ist etwa 3.8 cm von der Oberfläche des Werkstücks 10 und etwa 3.2 cm vom Elektrodenband 14 entfernt angeordnet und tritt aus einer Frontplatte 74 aus, die um einen Winkel β von etwa 45° orientiert ist. um den Materialfluß, der hieraus austritt, gegen den Lichtbogen 38 zu richten.

Die Anordnung der hinteren Schüttrinne ist außerordentlich wichtig zum Steuern der Schweißpulverlast im Bereich des flüssigen Schmelzbades auf der Hinterseite des Elektrodenbandes 14. Die hintere Schüttrinne 36 besitzt eine schnauzenartige Einrichtung mit einer langgestreckten rechteckigen Öffnung 80 von etwa 0,8 cm Breite und 10 cm Länge. Dieser düsenartige Austritt ist an dem Schweißkopfgehäuse 46 mittels -, geeigneter Klammern befestigt, so daß der Abgabewinkel dieses Austritts in einem Winkel λ zwischen der Horizontalen und der unteren Kante der rechteckigen Austrittsöffnung in Abmessungen angeordnet ist, wie sie durch die Buchstaben /. und y in Fig. 2 definiert sind.

κι Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, steigt die Höhe des Schweißpulvers, das durch die hintere Schüttrinne 36 abgegeben wird, von einer ersten Höhe ν unmittelbar hinter dem Elektrodenband 14 im wesentlichen linear ai einer zweiten Höhe y an. Dieser Anstieg der

ι. Schweißpulverhöhe findet auf einem Abstand /.. gemessen von dem Elektrodenband 14 bis zur Unterkanle der Schüttrinne 36, statt. Der Abstand /. ist derart gewählt, daß der größte Teil des flüssigen Schmelzbades 48 sich in dem Bereich zwischen dem

:o Elektrodenband und dem Punkt befindet, bis zu dem sich der Abstand ζ erstreckt. In dem dargestellten Beispiel in dem ein 10 cm breites Band verwendet wird, befindet sich der Punkt 60, an dem das flüssige Schmelzbad endet, etwa 635 cm von dem Elektrodenstreifen 14 entfernt.

r> wobei der Abstand ζ etwa 3,5 cm von der Rückseite des Bandes ist. Der Winkel λ, unter dem die hintere Schüttrinne in bezug auf die Horizontale angeordnet ist, beträgt in der dargestellten Ausführungsform etwa 43°. Dieser Winkel kann ebenso wie die Abmessung w, die

H) die Breite der Schüttrinnenöffnung darstellt, und die Abmessungen x. y und ζ bei verschiedenen Anwendungszwecken beispielsweise unterschiedlichen Bandbreiten, anderen Plattierungsdicken, anderen Schweißpulverdichten usw. variieren. Wichtig ist hierbei die sehr

)) verbesserte Gleichmäßigkeit der Schweißraupendicke, die sich infolge der geringeren Schweißpulverlast im Bereich geschmolzenen Materials benachbart dem

des geschmolzenen Metalls ansteigenden Schweißpulverlast ergibt.

Zusätzlich ist die hintere Schüttrinne 36 derart gestaltet, daß die Austrittsöffnung 80 an der einer vorher aufgebrachten Schweißraupe benachbarten Seite etwas höher ist. Eine derartige Anordnung liefert eine Schweißpulverlast im Bereich benachbart dem Schweißraupenverbindungsbereich, die optimale Resultate liefert. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Abstand 82 etwa 3,28 cm und der Abstand 84 auf der anderen Seite der hinteren Schüttrinne etwa 2,86 cm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schweißplattieren mit verdecktem lichtbogen, der zwischen einem verbrauchbaren Elektrodenband und einem Werkstück erzeugt und von Schweißpulver bedeckt gehalten wird, wobei das abgeschmolzene Elektrodenmaterial die Plattierungsschicht auf dem Werkstück bildet und in einem Bereich unmittelbar hinter dem Lichtbogen in geschmolzenem Zustand vorliegt und von einer Schicht aus geschmolzenem Schweißpulver bedeckt ist, über der sich eine Schicht aus ungeschmolzenem Schweißpulver befindet, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schweißpulver derart zugibt, daß das ungeschmolzene Schweißpulver von dem Bereich unmittelbar hinter dem Elektrodenband bis im wesentlichen über den gesamten Bereich, in dem sich geschmolzenes Plattierungsmaterial befindet, im wesentlichen linear ansteigt, und das Plaffii^ngsmaterial auf dem Werkstück in teilweiser Überlappung mit einem ersten Piattierungsstreifen aufgebracht wird, wobei das Schweißpulver derart zugeführt wird, daß die Schichtdicke des Schweißpulvers vom Rand der Schweißraupe im Überlappungsbereich zum anderen Rand der Schweißraupe im wesentlichen linear abnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißpulver auf der Seite des Elektrodenbandes benachbart dem Bereich, in dem geschmolzenes Plattierungsmaterial vorliegt, in einer relativ zur Werkstückoberfläche erhöhten, im wesentlichen in der Höhe d?° Schweißpulvers nach dem Anstieg befindlichen Position in einem Abstand von dem Elektrodenband, der ΐτ- wesentlichen gleich dem Abstand zwischen dem untersten und dem obersten Punkt des Anstiegs des Schweißpulvers ist, und ■ in einem Winkel zugegeben wird, der im wesentlichen auf den Lichtbogenbereich gerichtet ist.