DE10143100C2

DE10143100C2 - Verfahren und Einrichtung zum Wolfram-Schutzgasschweißen und -Schutzgaslöten von Metallen

Info

Publication number: DE10143100C2
Application number: DE2001143100
Authority: DE
Inventors: Joerg Zschetzsche; Matthias Graul; Uwe Fussel
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: DE10143100A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum teil- und vollmechanisierten Wolfram-Schutzgasschweißen und -Schutzgaslöten von Metallen, bei dem ein Lichtbogen (8) zur Erzeugung einer Schmelzzone, von einer nichtabschmelzenden Elektrode (1) ausgehend, gezündet wird, und ein abschmelzender Zusatzwerkstoff (3) der Schmelzzone zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (8) durch Potentialanschlüsse zwischen der nichtabschmelzenden Elektrode (1) und dem abschmelzenden Zusatzwerkstoff (3) gezündet und aufrechterhalten wird. Eine Einrichtung ist beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum teil- und vollmechanisierten Wolfram- Schutzgasschweißen, -Schutzgaslöten von Metallen, bei dem ein Lichtbogen zur Erzeugung einer Schmelzzone von einer nichtabschmelzenden Elektrode ausgehend gezündet und aufrechterhalten wird, und ein abschmelzender Zusatzwerkstoff der Schmelzzone zugeführt wird.

Die Verfahren zum Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) und Plasmaschweißen (WP) bzw. -löten sind weit verbreitet. Beim WIG-Verfahren (Fig. 1) brennt der Lichtbogen (8) zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode (1) und dem Werkstück (7). Ein inertes Schutzgas (10) verhindert die Oxidation von Elektrode und Schmelzbad. Beim WP-Verfahren (Fig. 2) wird der Lichtbogen (8) von einem Plasmagas (5) gebildet und von einer Plasmadüse (2) eingeschnürt. Bei den WP-Verfahren werden 3 Schaltungsarten unterschieden: Plasmastrahlschweißen (WPS), Plasmalichtbogenschweißen (WPL) und Plasmastrahl-Plasmalichtbogenschweißen (WPSL).

Nur beim WPS-Verfahren ist das Werkstück nicht stromführend. Es wird dann mit nicht übertragenem Lichtbogen gearbeitet. Der Plasmastrahl hat jedoch eine relativ geringe Energie, was nur geringe Abschmelzleistungen und Schweißgeschwindigkeiten erlaubt.

Bei den oben genannten Verfahren kann draht- oder bandförmiger Zusatzwerkstoff mechanisch als Kaltdraht oder vorgewärmt als Heißdraht zugeführt werden.

In der DE 37 28 473 A1 wird ein sogenanntes Plasma-Heißdraht-Auftragsschweißverfahren be schrieben, bei dem das Anschmelzen des Grundwerkstoffes durch einen oszillierenden, mit nicht abschmelzender Elektrode arbeitender Plasmabrenner mit übertragenem Lichtbogen erfolgt. Der Beschichtungswerkstoff wird in Form eines oder zweier Drähte im Nachlauf des Plasmabrenners zugeführt und im direkten Stromdurchgang mit Hilfe des Heißdrahtprinzips unmittelbar unter Schmelztemperatur aufgeheizt.

Aus der EP 0 194 045 A2 eine Anordnung zum halbautomatischen Heißdrahtschweißen gekannt. Bei dieser Anordnung wird ein Zusatzwerkstoff seitlich zugeführt und der Lichtbogen zwischen der nichtabschmelzenden Elektrode und dem Werkstück gezündet.

In der DE 35 42 984 A1 werden Verfahren und Einrichtung zum teil- oder vollmechanisierten Schutzgas-Verbindungsschweißen beschrieben. Die Erfindung geht von dem bekannten WIG- bzw. Plasma-Schweißverfahren unter Schutzgas mit Zuführung von Zusatzwerkstoff als Zusatzdraht aus. Der Brenner ist mit einer Drahtzuführung versehen, über die der Zusatzdraht in den Düsenkanal des Brenners und damit in den Lichtbogen eingeführt wird. Der Zusatzdraht wird in den Brenner so ein geführt, dass er auf dem Wege des Tropfenübergangs stromlos in den Lichtbogen gelangt.

Aus der US 6 060 689 A ist eine Vorrichtung zum Handschweißen einer Schiene bekannt, die auf dieser verschiebbar ist. Mit einer gerichteten Luftströmung erfolgt der Abtransport des Schweißrau ches in breiter Front von der Schweißstelle. Auf der gegenüberliegenden Seite ist zusätzlich eine Absaugvorrichtung vorgesehen.

Nach dem Stand der Technik wird das für die Plasmaverfahren notwendige Schutzgas axial und konzentrisch um den Lichtbogen zugeführt, um Elektrode und Schmelzbad vor Oxidation zu schützen. Die Absaugung der Schweißrauche wird durch die ebenfalls konzentrische Abströmung nach allen Seiten erschwert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, wobei ohne stromführendes Werkstück ausgekommen werden soll und ein leistungsstarker Lichtbogen zündbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass der Lichtbogen durch Potentialanschlüsse zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und dem abschmelzenden Zusatzwerkstoff gezündet und aufrechterhalten wird.

Vorteilhafte Varianten des Verfahren werden in den abhängigen Unteransprüchen genannnt.

Von Vorteil ist die Zuführung eines Schutzgases senkrecht oder schräg zur Brennerachse. Damit werden störende Partikel, wie Oxidteilchen, aus dem Lichtbogenbereich befördert und behindern nicht die Benetzung der Oberfläche bzw. werden nicht in das Schmelzgut eingebracht. Die Erfassung der Gase und Rauche mit einer Absaugung ist einfacher als bei der üblichen konzentrischen Zuführung der Prozessgase.

Weiterhin wird die Aufgabe in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruch 4 genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass Anschlüsse zum Anlegen eines Potentials zwischen Elektrode und Zusatzwerkstoff vorgesehen sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Im Gegensatz zum Stand der Technik brennt der Lichtbogen zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und dem abschmelzenden Zusatzwerkstoff. Das Werkstück ist nicht stromführend.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des WIG-Verfahrens

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Plasma-Verfahrens

Fig. 3 eine Darstellung des WIG-Verfahrens mit erfindungsgemäßer Verfahrensführung

Fig. 4 eine Darstellung des Plasma-Verfahrens mit erfindungsgemäßer Verfahrensführung

Fig. 5 eine Darstellung des WIG-Verfahrens mit erfindungsgemäßer Verfahrens- und Gasführung

Fig. 6 eine Darstellung des Plasma-Verfahrens mit erfindungsgemäßer Verfahrens- und Gasführung

Die Darstellungen zu Fig. 1 und 2 wurden bei der Erläuterung des Standes der Technik abgehandelt.

In der Fig. 3 ist schematisch ein gemäß der Erfindung modifiziertes Wolfram-Inertgas-Verfahren darstellt. Zwischen einem Werkstück 7 und einer nicht abschmelzenden Elektrode 1 brennt ein Lichtbogen 8. Ein inertes Schutzgas 10 wird zur Beströmung von Elektrode 1 und Schmelzbad von oben her eingelassen. Ein drahtförmiger Zusatzwerkstoff 3 wird entsprechend der abgeschmolzenen Menge mechanisch nachgeführt.

Erfindungsgemäß wird der Lichtbogen 8 zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode 1 und dem abschmelzenden Zusatzwerkstoff 3 gezündet. Dadurch kann mit der hohen Energie des übertragenen Lichtbogens gearbeitet werden. Die üblichen Stromformen (Gleichstrom, Wechselstrom) können genutzt werden.

Beim Kontakt zwischen Zusatzwerkstoff 3 und Werkstück 7 wird der Lichtbogen 8 auf das Werkstück 7 übertragen und hat dann die gleichen Wirkungen wie bei den herkömmlichen Verfahren (Aufbrechen der Oxidhaut von Leichtmetallen bei negativ gepoltem Werkstück 7, Aufschmelzen bzw. Aktivierung der Werkstückoberfläche).

In der Fig. 4 ist schematisch ein erfindungsgemäß modifiziertes Plasma-Verfahren darstellt. Zwischen einem Werkstück 7 und einer nicht abschmelzenden Elektrode 1 brennt ein Lichtbogen 8. Der Lichtbogen 8 wird von einem Plasmagas 5 gebildet und von einer Plasmadüse 2 eingeschnürt. Ein drahtförmiger Zusatzwerkstoff 3 wird entsprechend der abgeschmolzenen Menge mittels zweier Andruckrollen 4 mechanisch nachgeführt. Erfindungsgemäß wird der Lichtbogen 8 zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode 1 und dem abschmelzenden Zusatzwerkstoff 3 gezündet. Ein weiterer Potentialanschluss liegt an der Plasmadüse 2.

Zusätzlich zu den Darstellungen in Fig. 3 und 4 wird in den Fig. 5 und 6 ein Prozessgas 6 senkrecht oder schräg zur Brennerachse zugeführt. Das bewirkt, dass Partikel und Gase, wie Metalloxidpartikel, nicht durch das Schutzgas 10 auf das Schmelzbad gedrückt werden, sondern aus dem Lichtbogenbereich befördert werden. Weiterhin wird die Absaugung der parallel zur Bauteiloberfläche verlaufenden Gasströmung durch eine Erfassungseinrichtung 9 erleichtert. Die Erfassungseinrichtung 9 befindet sich gegenüber der Einleitung der Querströmung 6.

Bezugszeichenliste

1

Elektrode

2

Plasmadüse

3

Zusatzwerkstoff

4

Andruckrolle

5

Plasmagas

6

Querströmung

7

Werkstück

8

Lichtbogen

9

Absaugung

10

Schutzgas

Claims

1. Verfahren zum teil- und vollmechanisierten Wolfram-Schutzgasschweißen, oder -Schutzgaslöten von Metallen, bei dem ein Lichtbogen (8) zur Erzeugung einer Schmelzzone von einer nichtabschmelzenden Elektrode (1) ausgehend gezündet und aufrechterhalten wird, und ein abschmelzender Zusatzwerkstoff (3) der Schmelzzone zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (8) durch Potentialanschlüsse zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode (1) und dem abschmelzenden Zusatzwerkstoff (3) gezündet und aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzwerkstoff (3) durch Widerstandserwärmung des stromführenden Drahtendes vorgewärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (8) einer Querströmung eines Gases zum Abtransport von störenden Partikeln aus dem Lichtbogenbereich ausgesetzt wird.

4. Einrichtung zum teil- und vollmechanisierten Wolframgasschweißen, Schutzgasschweißen oder Schutzgaslöten von Metallen, bestehend aus einer nichtabschmelzenden Elektrode (1) zur Erzeugung eines Lichtbogens (8), Mitteln zum Schutz und ggf. Bündeln des Lichtbogens (8), Mitteln (4) zum Zuführen eines Zusatzwerkstoffes in die Schmelzzone, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlüsse zum Anlegen eines Potentials zwischen Elektrode (1) und Zusatzwerkstoff (3) vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erzeugung einer quer zum Lichtbogen (8) gerichteten Gasströmung (6) vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugung (9) zur Erfassung der Gasströmung (6) vorgesehen ist.