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Elektrisches Schweißverfahren Im Bestreben, die Leistung bei der elektrischen
Schweißung zu steigern, werden immer stärkere Ströme verwendet, die beim Schweißen
unter einer Pulverschicht 3ooo A erreichen. Derart hohe Stromstärken bedingen, abgesehen
von dem größeren Energieverbrauch, einen gegebenenfalls unerwünscht großen Einbrand.
Zur Verringerung des letzteren sind umständliche und teure Vorrichtungen notwendig,
und zwar bei Auftragsschweißengen und dann insbesondere, wenn die Schweißnaht metallurgisch
anders zusammengesetzt sein soll als das Werkstück.
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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schweißverfahren für hohe
Stromstärken mit Metallelektrode, die in ein auf die zu schweißenden Werkstücke
aufgebrachtes schlackenbildendes Schweißpulver eintaucht, derart, daß die Schweißstelle
vom Schweißpulver völlig abgedeckt ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht
es, das Verhältnis zwischen Einbrand und Auftrag auch bei sehr starken Strömen auf
einfache Weise zu regeln und erreicht dies dadurch, daß auf der Schweißbahn oder
innerhalb der Schweißfuge Metallprofile angeordnet werden, die .unter der Einwirkung
des elektrischen Stromes und gegebenenfalls der überhitzten Schmelze der Widerstandsmasse
flüssig werden und je nach ihrer Menge den Einbrand mehr oder weniger verringern
und den Auftrag
mehr oder weniger. erhöhen. Diese infolge ihrer
doppelten Wirkung sehr empfindliche Regelung kann sowohl bei wandernder als auch
bei feststehender Elektrode vorgenommen werden. Im letzteren Fall wird das Metallprofil
der Schweißstelle gleich dem Werkstück zugeführt. Hierbei kann der Anteil des Metallprofils
am Auftrag dadurch geregelt werden, daß es mit einer von der Schweißgeschwindigkeit
verschiedenen Geschwindigkeit zugeführt wird. Man kann auf diese Weise mit ein und
demselben Metallprofil verschiedene Wirkungen erzielen. In jedem Fall kann mit dem
Verfahren gemäß der Erfindung auch eine Leistungssteigerung hinsichtlich der aufgetragenen,
Menge erzielt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Form des Einbrandes
durch Verwendung besonderer Metallprofile beeinflußt werden, die innerhalb der Schweißfuge
liegen und deren Form angepaßt sein können. Es können hierbei z. B. V- oder X-förmige
Profile verwendet werden, wodurch gewisse Schwierigkeiten, .die sich bei X-Nähten
er-. geben, gleichzeitig vermieden werden.
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Die Metallprofile können unabhängig von ihrer Form dazu verwendet
werden, um die Schweißfuge nach unten abzuschließen und derart ein Ausfließen des
Schweißbades zu verhindern.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht.
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Fig. i und 2: zeigen in Querschnitten durch die Schweißstelle die
bekannte Regelung der Nahtbreite beim Schweißen unter einer Pulverschicht mittels
Veränderung der Spannung; Fig. 3 bis 5 zeigen Querschnitte, wie sie sich bei verschiedenen
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben; Fig. 6 zeigt in Gegenüberstellung
zu Fig. 5 die beim bekannten Verfahren auftretende Schweißnaht; Fig. 7 und 8 zeigen
in Gegenüberstellung des Bekannten und der Erfindung Ausführungsformen bei einer
X-Naht; Fig.9 zeigt einen Längsschnitt durch die Schweißstelle bei feststehender
Elektrode und Zuführung des Werkstückes und des Metallprofils.
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Die Fig. i bis 4 zeigen die verschiedenen Verhältnisse an ebenen Blechplatten
bei Auftragsschweißung, wobei das Schweißpulver in den Fig. 3 und 4 der- Einfachheit
halber nicht veranschaulicht ist. Alle Schnitte sind auf Grund der Feststellungen
gezeichnet, die an den Ergebnissen der nach= stehend beschriebenen Schweißvorgänge
gemacht worden sind. Das Werkstück ist jeweils mit i, die Elektrode mit 2, die geschmolzene
und daher verbrauchte Widerstandsmasse mit 3, der Einbrand mit 4, das aufgetragene
Metall mit 5 bezeichnet.
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Bei den Beispielen nach den Fig. i und 2 wurde in bekannter Weise
gearbeitet, und zwar miit einem Schweißstrom von iooo A, einer Elektrode von 6 mm
Durchmesser und einer Schweißgeschwindiig= keit von
350 mm/M-in. Dagegen
betrug die Schweißspannung nach Fig. i
30 V, nach Fi,g. 2 40 V. Dieser Unterschied
ergibt eine breitere und flachere Schweißnaht im Fall der Fig. 2 bei gleichbleibender
Schweißleistung und gleichbleibendem Verhältnis zwischen Einbrand und Auftrag, wie
sich aus folgender Gegenüberstellung ergibt:
| Fig. i Fig. 2 |
| Schweißspannung .... 30 V 40 V |
| Elektrodenabbrand |
| bzw. Auftragsmenge 570 9/m 570 9/m |
| Verbrauch an Wider- |
| standsmasse .. 365 g/m 913 9/m |
| Querschnitt des Auf- |
| trages ........... 8o mm2 8o mm2 |
| Querschnitt des auf- |
| geschmolzenen Teiles |
| des Werkstückes |
| (Einbrand) ....... 149,5 MM2 144,5 MM2 |
| Verhältnis des Auf- |
| trages zum Einbrand i : 1,87 i : 1,8 |
| Energieverbrauch .... 30 kVA/Std. 4o kVA/Std. |
Durch die lm Fall der Fig. 2 aufgewendete höhere Energie kann, somit weder eine
Leistungssteigerung noch eine Regelung des Verhältnisses zwischen Einbrand und Auftrag
erzielt wenden. Der höhere Energieaufwand dient praktisch nur zum Schmelzen des
zusätzlich verbrauchten Schweißpulvers.
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Bei den Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens (Fig.
3 und 4) wurde ebenfalls mit einem Schweißstrom von iooo A, einer einheitlichen
Schweißspannung von 30 V, einer Elektrade von 6 mm Durchmesser und einer
Schweißgeschwindigkeit von 350 mm/Min. gearbeitet, und zwar im Fall der Fig. 3 mit
geradlinig geführter Elektrode, im Fall der Fig. 4 mit quer zur Schweißrichtung
pendelnder Elektrode, wobei diese in der Minute 70 Pendelbewegungen von 12,
mm machte. In der Achse der Schweißnaht wurde nach Fig. 3 ein Flacheisen 6 vom Querschnitt
6o mm2, nach Fig. 4 ein Flacheisen 7 vom Querschnitt 82 MM2 auf das Werkstück aufgelegt.
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Die Ergebnisse sind folgende, wobei die Ziffern für @dasBeispiel der
Fig. 4 inKlammern gesetzt sind. Schweißspannung 30 (30) V, Elektrodenabbrand
570 (57o) 9/m, Verbrauch an Widerstandsmasse 403 (4I5) 9/m, Querschnitt des
Auftrages 16o (17o) mm2, Querschnitt des Einbrandes 70 (90) mm2; Verhältnis des
Auftrages zum Einbrand :2,3: i (z,9 : i), Energieverbrauch 30 (30) kVA/Std.
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Wie ersichtlich, wird der Einbrand nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
bei sonst gleichbleibenden Schweißdaten erheblich verringert, was auf die Wirkung
des aufgelegten Flachelsenprofils 6 bzw. 7 zurückzuführen ist, welches Schmelzwärme
benötigt und in jedem Fall gleichzeitig -den Auftrag und damit die Leistung erhöht.
Durch entsprechende Wahl des Metallprofils und der Schweißdaten kann erfindungsgemäß
jedes gewünschte Verhältnis zwischen Einbrand und Auftrag hergestellt werden, wodurch
das Schweißen mit starken Strömen, wie insbesondere unter einer Pulverschicht, regelbar
ausgeführt werden kann. Die vorstehend
angegebenen Ziffern zeigen,
daß die Wirkungen sehr erheblich sind. Die Schweißleistung bei Auftragsschweißungen
kann ohne zusätzlichen Energieaufwand auf das Doppelte und darüber gesteigert werden.
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Während für Verbindungsschweißungen ein großer Einbrand vielfach erwünscht
ist, weil durch einen kleinen Schweißfugenwinkel die Schweißleistung gesteigert
werden kann, soll bei legiertem Werkstoff, bei austenitischer Schweißung und bei
Werkstücken von hohem Phosphor- und Schwefelgehalt der Einbrand klein gehalten werden.
Wie dies im Sinne der Erfindung erreicht wird, zeigen in Gegenüberstellung die Beispiele
nach den Fig. 5 und 6, bei welchen mit gleichen Schweißdaten gearbeitet worden ist.
Nach Fig. 5 ist für eine einseitige Stumpfnaht ein V- bzw. Y-förmiges Metallprofil
8 eingelegt, dessen Schenkel an den Flanken der Fuge anliegen, so .daß diese ebenso
geschlossen wird, wie dies ohne solche Einlage bisher durch die beiden Teile des
Werkstückes geschieht (Fig.6). Der Abstand a der oberen Kanten des eingelegten Profils
in Fig. 5 ist bei diesem Beispiel gleich der Fugenbreite in Fig. 6 gewählt. Die
Vergleichsdaten sind folgende:
| Fig.5 Fig.6 |
| Querschnitt des Auf- |
| trages (bei Fig.5 |
| einschl. des V-Profils) Sao mm2 330 mm2 |
| Querschnitt der aufge- |
| schmolzenen Teile des |
| Werkstückes (Ein- |
| brand) ........ . 470 mm2 66o mm2 |
| Anteil des Einbrandes |
| im Schmelzbad .... 47,5 0/0 67,8% |
| Verhältnis des Auf- |
| trages zum Einbrand i, i : i i : a |
Wie ersichtlich, wird der Einbrand durch das eingelegte Profil bei sonst gleichbleibendem
Verhältnis auf dieHälfte verringert, derAuftrag naturgemäß erhöht.
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Das Verschließen der Schweißfuge durch das eingelegte Metallprofil,
wodurch ein Ausfließen des Schweißbades verhindert wird, ist von besonderem Vorteil
bei X-Nähten (Fig. 7), bei welchen die Ausbildung der gegeneinanderstoßenden Nasen
der Werkstückteile bisher sehr sorgfältig vorgenommen werden muß, um einen schädlichen
Spalt zu vermeiden. Solch genaues Vorarbeiten: von Nasen ist bei dem Verfahren gemäß
der Erfindung nicht mehr nötig, da das eingelegte Y-Profil 9 (Fig. 8), den Verschluß
übernimmt. Es liegt im vorliegenden Fall mit schmalen Flanschen an den Unterkanten
der zu verbindenden Werkstücke an. Auf der gegenüberliegenden Seite ist dies nicht
:erforderlich, weil nach dem ersten Schweißvorgang die Abdichtung bereits durch
die erste Schweißnaht gegeben ist. Erforderlichenfalls kann das Y-Profil zu einem
X-Profil ausgestaltet werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch bei feststehender Elektrode
und bewegtem Werkstück ausgeführt werden, wie dies in Fig. 9 für eine Rundnahtauftragsschweißung
schematisch dargestellt ist. Das Metallprofil io wird der Schweißstelle entsprechend
der Drehrichtung des Werkstückes zugeführt, wie die Pfeile andeuten. Der Einfachheit
halber ist das Schweißpulver nicht dargestellt. Die Zuführung des Metallprofils
bietet die Möglichkeit, mit wenigen Profilen auszukommen, da die vom Profil gelieferte
Schmelzmasse durch Wahl einer von der Schweißgeschwindigkeit abweichenden Zuführungsgeschwindigkeit
geregelt werden kann.
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:Statt das Metallprofil io waagerecht zuzuführen, kann es auch von
oben z. B. in Schräglage zugeführt werden, in welchem Fall vorteilhaft eine leitende
Verbindung zwischen ihm und dem Werkstück vorgesehen wird. Das Metallprofil kann
auch ein üblicher Schweißdraht sein.
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Die in der Schweißnaht gewünschten Legierungsbestandteile können in
die auf die Schweißbahn gelegten oder in die Schweißfuge versenkten Profile gegeben
werden, die z. B. nur aus Legierungsmaterial, wie Nickel od. dgl., bestehen können.
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Mit denn Verfahren gemäß der Erfindung können ohne teure, für Sonderzwecke
gebaute Schweißanlagen Auftragsschweißungen mit geringstem Einbrand, austenitische
Schweißungen sowie Schweißverbindungen mithöherem Phosphor-oder Schwefelgehalt mit
der gleichen Wirtschaftlichkeit wie gewöhnliche Schweißungen bei hohen Stromstärken
insbesondere unter einer Pulverschicht ausgeführt werden.