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Verfahren zum elektrischen Schweißen.von Metallen mit abschmelzender
Elektrode . .. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen
Schweißen, von Metallen mit abschmelzender Elektrode.
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Bisher wurden Liehtbogen-Schmelzschweißverbindungen zwischen metallischen
Werkstücken gewöhnlich so hergestellt, daß zwischen einer abschmelzenden Elektrode
und dem Werkstück ein Lichtbogen gezogen wurde, durch dessen Hitze die Elektrode
abschmolz. Dabei war es auch schon bekannt, einen Teil der Schmelzwärme der Elektrode
durch Widerstandserwärmung zu erzeugen, indem der Strom der Elektrode mehr oder
weniger weit von dem Lichtbogenende entfernt zugeführt wurde. Außerdem war es schon
bekannt, in den Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Eelektrode und den
Werkstücken einen stromlosen Zusatzdraht einzuführen. Bei dem in neuerer Zeit angewendeten
Elektroschlacke-Schweißverfahren tritt überhaupt kein Lichtbogen auf (außer zur
Einleitung des Schweißvorgangs), sondern die stromführende Elektrode wir dallein
durch Widerstandserwärmung abgeschmolzen; jedoch bildet hier der Stromfluß durch
die leitende flüssige Schlackenschicht ein wesentliches Element des Verfahrens.
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Den genannten Lichtbogenschweißverfahren haftet der Nachteil an, daß
beim Schweißen mehr oder weniger viele Schweißspritzer entstehen, die sich auf den
Werkstücken oder auf den Schweißgeräten festsetzen. Beim Elektroschlackeschweißen
ist dagegen die eigentliche Schweißstelle der Beobachtung durch die Schlackenschicht
entzogen, so daß dieses Verfahren nur für große Nahtquerschnitte in aufsteigender
Richtung in Frage kommt. Auch kann man beim Schweißen mit dem elektrischen Lichtbogen
die Abschmelzgeschwindigkeit nicht beliebig durch Erhöhen der Schweißstromstärke
steigern, da bei höheren Stromdichten andere Schwierigkeiten auftreten können, wie
z. B. Hinterschneidung der Schweißraupe, zu tiefer Einbrand im Werkstück und möglicherweise
auch eine mangelhafte Bindung zwischen Schweißgut und Grundwerkstoff.
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Im Laufe der mit der vorliegenden Erfindung verbundenen Untersuchungen
wurde gefunden, daß sich die Nachteile der bekannten Lichtbogenschweißverfahren
vermeiden und hohe Abschmelzgeschwindigkeiten erreichen lassen, indem für eine ausreichende
Energiezufuhr durch die elektrische Widerstandserwärmung der Elektrode (sogenannte
Joulesche Wärme, 12 - R) gesorgt wird. Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß
die vom Schweißstrom durchflossene Elektrode in dauernder Kurzschlußberührung mit
der Schweißstelle gehalten wird, wobei die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit, die
Länge des frei vorragenden Elektrodenendes und die Stromstärke- so bemessen werden,
daß die Elektrode fortlaufend durch die in ihr gebildete elektrische Widerstandswärme
abschmilzt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung
ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden
Beschreibung. Es zeigt F i g. 1 eine Schaltung einer Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine graphische Darstellung
von Kennlinien der Zufuhrgeschwindigkeit gegenüber dem Strom, F i g. 3 eine Schaltung
einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung und F i g. 4 eine Schaltung nach -einer Ausführungsform der Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
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F i g. 1 zeigt eine abschmelzende Drahtelektrode 8, die mittels Zufuhrrollen
R, die von einem Motor M angetrieben werden, von einem Haspel W abgezogen wird.
Diese Zufuhrrollen R treiben außerdem die Elektrode 8 durch ein Kontaktführungsrohr
T hindurch, das mittels einer Leitung 9 an eine elektrische
Stromquelle
H angeschlossen ist. Der andere Anschluß dieser Stromquelle liegt mitteils einer
Erdleitung 10 am Werkstück P. Das Rohr T, die aus ihm austretende Elektrode 8 und
die Schweißstelle werden von einem Schutzgasstrom S geschützt, der.-durch eine diese
Teile umgebende Düse N hindurchfließt und aus ihr austritt.
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Es ist möglich, den Strom I, die Zufuhrgeschwindigkeit F sowie den
Drahtdurchmesser D derart zu wählen, daß die freie- Länge L --des @ Elektt=odeüendes
konstant bleibt. In diesem Fall wird die Elektrode durch Widerstandserwärmung (RR-Erwärmung)
mit genau derjenigen Geschwindigkeit abgeschmolzen, finit welcher sie in die Schweißzone
hineingefördert wird.
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Die Tabelle I zeigt Werte für die sogenannte Elektrodenempfindlichkeits-Konstante
ES, die für drei Elektrodentypen experimentell bestimmt wurde.
| Tabelle I - |
| Elektrodenempfindlichkeits-Konstanten |
| Material 1 ES (errechnet) S (gemessen) 1 - Kurve
(Fig. 2) |
| Legierter Stahldraht . . . ... . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 1,48 -10-8 1,48 -10-8 A |
| Legierter Stahldraht ..............................
- 128 10-8 B |
| Legierter Aluminiumdraht . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .-. . . 0,375-10-8 0,458 --10-8 G und D |
Die ES-Konstante läßt sich annähernd- unter Benützung folgender Gleichung bestimmen:
worin der scheinbare spezifische elektrische Widerstand o definiert wird zu
Eine solche Definition von 9 ist analog zu, aber nicht identisch mit der in der-Thermodynamik
benutzten logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz (W. H. M c A d a m s , »Heat
Transmission«, 2. Ausgabe, McGraw Hill Publishing Co., New York 1942, S. 356). H
ist der Wärmeinhalt für flüssiges Metall, das von Raumtemperatur auf seine Schmelztemperatur
gesteigert worden ist (H o y t, Reinhold, »Metal Data«, 1952, S. 488).
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8 ist die scheinbare Dichte, die definiert wird zu
In vielen Fällen ist die Differenz zwischen der scheinbaren Dichte und der Dichte
bei Raumtemperatur klein, so daß der Raumtemperaturwert in den meisten Fällen genügend
genau ist. Beispiel Hochlegierter Stahl 1. Widerstand bei. Schmelztemperatur ist
annähernd 140 -10-8 Ohm # cm.
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Widerstand bei Raumtemperatur ist annähernd 70 - 10-8 Ohm - cm.
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Scheinbarer Widerstand
2. H = 300 gcal/g.
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3. Scheinbare Dichte d = 78,4 g/cms, so daß
Da die I2R-Abschmelzgeschwindigkeit unmittelbar. der ES-Konstanten proportional
ist, wird von zwei Elektrodenmaterialien das die höchste ES-Konstante aufweisende
Material auch die höchste Elektrodenvorschubgeschwindigkeit gewährleisten. F i g.
2 zeigt typische Kurven für errechnete und gemessene Elektrodenvorschubgeschwindigkeiten
beim fortlaufenden lichtbogenlosen Schmelzen verschiedener Elektroden mit einem
konstanten freien Ende von 2,54 cm und einem Durchmesser von 1,6 mm. Die Gleichungen
für die Kurven wurden bestimmt, indem die in Tabelle I aufgeführte gemessene und
errechnete ES-Konstante sowie ein tatsächliches freies Ende von 2,8 cm benutzt wurden.
Das freie Ende wurde als mit 2,8 cm wirksam und gegeben angenommen, weil bei der
benutzten Anlage der Strom nicht genau am Ende der Kontaktspitze in die Elektrode
eintrat. Der Strom trat viehmehr innerhalb der Kontaktspitze in die Elektrode ein,
weswegen die Länge des wirksamen freien Endes wesentlich größer als die sichtbare
Länge sein kann. In der bei den Versuchen benutzten Kontaktspitze wird der Strom
so verteilt, daß die tatsächliche freie Länge zwei Elektrodendurchmesser größer
als die beobachtete Länge ist.
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Obwohl der Ausdruck »lichtbogenlose Metallablagerung« dazu benutzt
wurde, um den RR-Typ der Metallablagerung nach der Erfindung zu schildern, ist es
möglich, auf .Grund von elektromagnetischen Effekten des Schaltkreises ein »Funkensprühen«
zu beobachten. Die Energie des Funkensprühens oder der Funkenbildung bei 12R-Ablagerung
hat jedoch praktisch keine Wirkung auf die Schmelzgeschwindigkeit.
Funkensprühen
od. dgl. tritt indessen bei der RR-Ablagerung gemäß der Erfindung selten auf.
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Die Leerlaufspannung sowie die Volt-Ampere-Kennlinie der Stromquelle
sollte derart sein, daß ein stabiler "Lichtbogen bei den benutzten Zufuhrgeschwindigkeiten
verhindert wird. Eine Konstantspannungsquelle, deren Leerlaufspannung kleiner als
10 Volt ist, genügt dieser Bedingung. Doch läßt sich auch irgendeine sonstige, den
obigen Bedingungen genügende Stromquelle. benutzen.
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Da ferner 1 A (quadratischer Mittelwert) Wechselstrom definitionsgemäß
gleich dem Strom ist, der dieselbe Erwärmung wie 1 A Gleichstrom durch denselben
Widerstand hervorruft, läßt sich für eine lichtbogenlose Metallablagerung auch eine
Wechselstromquelle benutzen. Der gewählte Stromquellentyp hängt vom den Eigenschaften
der äußeren Wärmequelle ab.
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DieVorteileeiner»lichtbogenlosenuMetallablagerung unter Benutzung
einer abschmelzenden Elektrode nach den obigen Schilderungen sind insbesondere:
1. Für die Ablagerungsgeschwindigkeit, die sich bei lichtbogenloser Metallablagerung
für jeden gegebenen Elektrodendurchmesser erzielen läßt, besteht praktisch keine
obere und keine untere Grenze.
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2. Da kein Lichtbogen vorhanden ist, sind auch keine Schweißspritzer
von der Schutzgaskappe oder der Schweiße zu entfernen.
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3. Da die Lichtbogenenergie sowie die Schweißgeschwindigkeit bei lichtbogenloser
Metallablagerung völlig unabhängig sind, ermöglicht dies eine gesonderte Regelung
oder Steuerung der Metallablagerung sowie der Wärmeeinspeisung in das Grundlagenmetall.
Die Wärme, die früher vom Bogen geliefert wurde, um das Grundlagenmetall so vorzubereiten,
daß es das abgelagerte Metall an- und aufnahm (einschließlich Verschmelzen des abgelagerten
Metalls mit dem Grundlagenmetall, richtige Verdünnung usw.), läßt sich durch jede
angemessene äußere Quelle völlig unabhängig von der IZR-Erwärmungsquelle bereitstellen.
Zu derartigen zweckentsprechenden äußeren Wärmequellen gehörenLichtbogen, Flammen,
Induktionserwärmung, Strahlungserwärmung usw.
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4. Die lichtbogenlose Metallablagerung hat einen günstigeren Leistungsverbrauch.
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5. Bei lichtbogenloser Metallablagerung sind die Anforderungen an
die Geschicklichkeit gering, da kein Lichtbogen bei einer gegebenen Länge aufrechtzuerhalten
ist.
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6. Lichtbogenlose Metallablagerung läßt sich praktisch durchführen,
indem eine normale Lichtbogenschweißanlage für abschmelzende Elektrode und Schutzgas
benutzt wird, Sonderausrüstung mithin entfallen kann.
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7. Lichtbogenlose Metallablagerung ermöglicht es, jede gewünschte
Menge an Elektrodendraht mit einer Anlageneinstellung zur Ablagerung zu bringen,
wobei eine Elektrodendrahtgröße benutzt wird, mithin keine Notwendigkeit zum Wechsel
von Drahtdurchmessern und einer zugehörigen Drahtzufuhrausrüstung besteht, wenn
unterschiedliche Materialdicken zu schweißen sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung läßt
sich der Schweißvorgang dadurch verwirklichen, daß der Grundwerkstoff durch einen
Plasmabrenner, der in einem besonderen Stromkreis liegt, aufgeschmolzen und die
abschmelzende, widerstandserwärmte Elektrode in dieses Schmelzbad eingeführt wird.
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Wie F i g. 3 zeigt, brennt ein von einem inerten Gas abgeschirmter
Lichtbogen A' zwischen einer Brennelektrode E' und dem Werkstück. Dem Lichtbogen
wird aus einer Gleichstromquelle S' über ein Kabel 11, die Elektrode E', den Lichtbogen
A', das Werkstück sowie Kabel 12 und 13 Leistung, zugeführt. In dem
veranschaulichten besonderen Fall- liegt die Elektrode E' am positiven AnschluB,
während das Werkstück mit dem negativen Anschluß der Stromquelle S' verbunden ist.
Dieser Lichtbogen sogenannter umgekehrter Polarität ist besonders zum Schweißen
von Nichteisenmetallen, wie z. B. Aluminium, geeignet. Die Brennerelektrode E' wird
wassergekühlt, wobei das Wasser durch das Wasserrohr 16 eintritt und durch ein Auslaßrohrstück
17 in der Elektrode E' austritt. Gas für die Lichtbogenausströmung fließt durch
die Kammer zwischen der Elektrode E' und der Düse N' und wird zusammen mit dem Lichtbogen
durch die Mündung der Düse N' ausgetragen. Diese Düse dient der Einschnürung des
Lichtbogens.
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Außerdem ist eine Stromquelle H' vorgesehen, die mittels eines Kabels
15 an das Kontaktrohr T' und über Kabel 12 und 14 an das Werkstück
angeschlossen ist. Die Stromquelle H' ist so angeschlossen, daß das Werkstück negativ,
das Kontaktrohr positiv - ist. Die Bedienungsperson erregt die Stromquelle H' sowie
den Drahtzufuhrmotor M', sobald der Grundwerkstoff genügend geschmolzen ist, um
ein Bad zu bilden. Der Drahtzufuhrmotor M' führt fortlaufend mittels der Zuführrollen
R' durch das Kontaktrohr G' den Draht F' in das Bad ein. Wenn der Fülldraht F' das
Bad berührt, ist ein Kreis von der Kraftquelle H' über den Leiter 15, das
Kontaktrohr T', den Fülldraht F', das Werkstück und die Kabel 12 und
14 geschlossen. Elektrischer Strom fließt dann durch diesen Kreis und erwärmt
den erstreckten Teil des Fülldrahts F' zwischen dem Kontaktrohr T' und dem Werkstück
als Folge der in diesem Abschnitt des Kreises verbrauchten HR-Leistung. Der Fülldraht
F' wird fortlaufend bei gleichförmiger Geschwindigkeit geschmolzen - teilweise durch
diese hR-Erwärmung, teilweise durch die vom Lichtbogen abgestrahlte Wärme wie auch
durch die durch Leitung aus direkter Berührung mit dem Schmelzbad absorbierte Wärme
-und in der Schweißzone abgelagert. Das Schweißen schreitet dann fortlaufend an
der Schweißnaht entlang vor.
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Es sei bemerkt, daß gemäß der F i g. 3 der Brenner mit einer Hilfsabschirmdüse
18 versehen ist. Dies ist notwendig, weil das durch die Mündung der Düse N' ausgetragene
Gas nicht genügt, um die ganze Schweißzone abzuschirmen. Aus diesem Grund ist die
erwähnte Hilfsabschirmdüse 18 vorgesehen, aus der ein ringförmiger Strom inerten
Gases ausgetragen wird, um die Schweißzone gegen atmosphärische Verunreinigung zu
schützen. Vorzugsweise sollte das innere Abschirmgas als zusammenhängender Strom
eines im wesentlichen nicht turbulenten Gases zugeführt werden, das in einer Richtung
fließt, die im wesentlichen parallel der Achse der nicht abschmelzenden Elektrode
ist. Zum Schweißen von Aluminium und Magnesium nach der Lehre der vorliegenden Erfindung
ist Argon sowohl für die Lichtbogenhülle als auch für die Hilfsabschirmung zu bevorzugen.
Indessen. läßt. sich auch
jedes andere inerte Gas, wie z. B. Helium,
benutzen. Argon verdient für die Lichtbogenhülle den Vorzug, weil die Lebensdauer
der wassergekühlten Elektrode E' beträchtlich länger ist- und höhere Stromstärken
angewendet werden können; wenn Argon. an Stelle von Helium benutzt wird. Argon ist
außerdem bei der Hilfsabschirmung insofern zu. bevorzugen, als bei Helium- sehr
hohe Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich sind, um einen zufriedenstellenden
Schutz der Schweißzone zu erzielen, so daß die Kosten untragbar sind.
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Um Eisenlegierungen, wie z. B. rostsicheren Stahl, zu schweißen, sind
bei Gebrauch der Einrichtung nach der F i. g. 4 die . Betriebsmaßnahmen dieselben
.wie für das Schweißen von Aluminium bei Gebrauch der Einrichtung: nach - der F
i g. 3. Die einzigen Unterschiede liegen in der:Polärität der Stromquellen sowie
in der' Benutzung einer hitzebeständigen Metallstabelektrode. Die- Schutzgase können
außerdem andere als - die für -Aluminium sein. Ebenso ist bei Eisenlegierungen die
Hilfsabschirmdüse für denselben Zweck- erforderlich. Vorzugsweise. ist die durch
die Mündung der Düse N' 'hindurch ausgetragene Gashülle entweder Argon .oder ein
Argon-Wasserstoff-Gemisch, wenn rostsicherer Stahl- geschweißt wird. Auch Helium
läßt sich anwenden. Die Hilfsabschirmung kann aus irgendeinem inerten oder halbinerten
Gas, wie z. B.; Argon, Helium, CO2, -Stickstoff oder Gemischen derselben, bestehen.
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- Als das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zum Schweißen.
von Aluminium benutzt wurde, entdeckte man zur Überraschung, daß der Fülldraht im
Schweißbad hinter dem Lichtbogen - bezogen auf die Vorschubrichtung - abgelagert
werden kann. Bisher war dies niemals möglich, und zwar weder beim elektrischen Lichtbogenschweißen
mit nicht abschmelzender Elektrode noch- beim Schweißen mit transferiertem, eingeschnürtem
Lichtbogen, weil der in die Schweißzone -eintretende - Draht kalt war und das Bad
abzukühlen suchte.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird indessen auch dieser Nachteil
überwunden. Der in das .Bad eingeführte Draht ist dank der RR-Erwärmung heiß; tatsächlich
erreicht er das Bad praktisch in @geschmolzenem Zustand.
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Ein aus dieser Entdeckung folgender unerwarteter Vorteil liegt ferner
in dem Umstand, daß das zugeführte Füllmetall praktisch keinen. Einfluß auf den
Lichtbogen hat. Der Draht läßt sich nämlich in den Schwanzteil des Bades einbringen,
wo der Lichtbogen nicht auftrifft. Als Folge hiervon haben kleine Änderungen der
Zufuhr des Fülldrahts nur eine kleine oder gar keine Wirkung auf den.Einbrand. Der
Lichtbogenzustand ist praktisch von der Drahtzufuhr unabhängig und kann so gewählt
werden, daß sich der gewünschte Einbrand ergibt. Die Drahtzufuhrgeschwindigkeit
sowie die PR-Erwärmung des Fülldrahts lassen sich so wählen, däB die ..gewünschte
Schweißmetallverstärkung hervorgerufen wird, während zugleich die. gewünschte Flüssigkeit
des Bades bewahrt wird.
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Zum Vergleich des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung
-mit der Anwendung eines Brenners mit »eingeschnürtem Lichtbogen« nach den
bisherigen Schweißverfahren wurden - Versuchsschwe'ißungen durchgeführt. Repräsentative
Beispiele von Stumpfschweißungen wurden an einer wärmebehandelbaren Aluminiumlegierung
durchgeführt. - Ferner ' wurden Schweißungen mit transferiertem, eingeschürtem Lichtbogen
sowohl mit >>heißer« als auch »kalter« Fülldrahtzugabe sowie mit herkömmlichem Schweißlichtbogen
mit nicht abschmelzender Elektrode und Schutzgas 'ausgeführt, wobei eine Wechselstromquelle
mit abgeglichener Welle (keine- Gleichstromkomponente) benutzt wurde. Die Tabelle
II zeigt sowohl die Schweißbedingungen als glich die physikalischen Versuchsergebnisse
für jedes Verfahren. Tabelle II Betriebsbedingungen und physikalische: Versuchsergebnisse
für Aluminiumschweißen- auf Grund des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung
sowie auf Grund von bisher bekannten Schweißverfahren
| Schweißen mit transferiertem, Schweißen mit transferiertem,
Schweißen mit nichtabschmel- |
| eingeschnürtem Lichtbogen eingeschnürtem Lichtbogen zender
Elektrode und |
| mit Zugabe »heißen« Drahtes mit Beigabe »kalten« Drahtes gasgeschütztem.
Lichtbogen |
| Verbindungsart . . .. . ... . rechtwinkliger Stoß rechtwinkliger"Stoß
rechtwinkliger Stoß |
| Plattendicke . . . . . . . . . . . . 2,4 mm 2,4 mm 2,4 mm |
| Vorbereitung . . . . . . . . . . . chemische Reinigung chemische
Reinigung chemische. Reinigung |
| Aussteifung . . . . . . . . . . . . keine keine rostsicherer
Stahl mit |
| Reliefnut |
| Kraftquelle ..........:.. herkömmlicher herkömmlicher Wechselstrom
mit |
| Gleichrichter Gleichrichter abgeglichener Welle |
| keine |
| Gleichstromkomponente ) |
| Elektrode . . . . . . . . . . . . . . 9,5 mm 4,8 mm 3,2 mm
Wolfram |
| wassergekühltes Kupfer wassergekühltes Kupfer |
| Mündung . . . . . . . . . . . . . . 6;0 mm Durchmesser, 4,0
mm Durchmesser, - |
| 3,2 mm engste Weite 3,2 mm engste Weite |
| Fülldrahtdurchmesser .... 1,2 mm 1,6 mm 0,8 mm |
| Ort der Fülldrahtzugabe . . nachlaufend vorlaufend vorlaufend |
| Lichtbogenstrom . . . . . . . . 170 A Gleichstrom) 83 A Gleichstrom*
210 A Wechselstrom |
| Lichtbogenspannung ..... 32 Volt 29 Volt - |
| Lichtbogenlänge . . . . . . . . 7;2 mm 7,2 mm 2,4 mm |
| *) Elektrode negativ. |
| Fortsetzung |
| Schweißen mit transferiertem, ' Schweißen mit transferiertem,
Schweißen mit nichtabschmel- |
| eingeschnürtem Lichtbogen eingeschnürtem Lichtbogen zender
Elektrode und |
| mit Zugabe »heißen« Drahtes mit Beigabe !>kalten« Drahtes gasgeschütztem
Lichtbogen |
| Schweißgeschwindigkeit . . 145 cm/min 80 cm/min 70 cm/min |
| Drahtzufuhrgeschwindig- |
| keit . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 cm/min 147 cm/min
500 cm/min |
| Mündungsgas . . . . . . . . . . . 0,084 m3/h Argon 0,168 m3/h
Argon - |
| Schutzgas . . . . . . . . . . . . . . 0,84 m3/h Argon 2,24
m3/h Helium 0,16 ms/h Argon |
| Heißdrahtstromquelle .... Transformator- - - |
| Gleichrichter - - |
| Heißdrahtstrom . . . . . . . . . 140 A - - |
| Freies Elektrodenende ... 1,9 cm - - |
| Durchschnittliche äußerste |
| Zugfestigkeit . . . . . . . . . 2128 kg/cm2 2191 kg/cm2 2177
kg/cm2 |
| Durchschnittliche prozen- |
| tuale Längung in 5,0 cm 6 4;5 4,5 |
| Röntgenprüfunggebnisse . . klar klar klar |
Tabelle I zeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit annähernd. der doppelten
Geschwindigkeit der bisherigen Verfahren geschweißt werden kann. Die physikalischen
Eigenschaften sind gleichwohl praktisch identisch. Außerdem hat ein Schweißen mit
eingeschnürtem Lichtbogen mehrere bedeutsame Vorteile gegenüber einem herkömmlichen
elektrischen Lichtbogenschweißen mit nicht abschmelzender Elektrode und Schutzgas
und Wechselstrom mit abge-' glichener Welle (keine Gleichstromkomponente). Die ausgezeichnete
Beherrschung des Schweißraupenuntergrunds und Einbrands mit dem Verfahren mit eingeschnürtem
Lichtbogen gestattet ein Schweißen ohne Abkühlsperre, so daß eine gesteuerte Kühlung
möglich ist.
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Ferner läßt sich bei dem Verfahren mit transferiertem, eingeschnürten
Lichtbogen auch ein Draht größeren Durchmessers verwenden, was beträchtlich billiger
ist. Ein weiterer Vorteil der durch einen zusätzlichen eingeschnürten Lichtbogen
gekennzeichneten Ausführungsform des Verfahrens ist, daß sich beträchtlich längere
Lichtbogenlängen anwenden lassen und kleinere Änderungen der Lichtbogenlänge verhältnismäßig
geringen Einfiuß auf die Schweiße haben. Das System gemäß der neuen Erfindung gewährt
ferner Vorteile gegenüber einem Schweißen mit eingeschnürtem Lichtbogen und Zugabe
kalten Drahtes. Auch sind die Gaskosten beträchtlich niedriger, insbesondere weil
sich Argon an Stelle von Helium zur Abschirmung der Schweißzone benutzen läßt. Ferner
kann der Draht im nachlaufenden Bereich zum Schweißbad zugegeben werden, was die
Drahtzufuhr beträchtlich weniger kritisch und verhältnismäßig unabhängig von dem
Lichtbogenzustand macht.
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Ein Vorteil gemäß der neuen Erfindung ist auch, daß der Bereich der
schweißbaren Dicke für alle Materialien ebenso wie die Schweißgeschwindigkeit beträchtlich
größer als beim elektrischen Lichtbogenschweißen mit nicht abschmelzender Elektrode
sind. Die Tabelle III zeigt die obere Grenze der Materialdicke sowie die annähernde
Schweißgeschwindigkeit bei dieser Dicke für Schweißen an rostsicherem Stahl und
Aluminium mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung sowie mit elektrischer
Lichtbogenschweißung mit nicht abschmelzender Elektrode und »kaltem« Fülldraht«
(WIG).
| Tabelle III |
| Schweißen mit übertragenem, Schweißen mit elektrischem |
| Material eingeschnürtem Lichtbogen Lichtbogen und nicht |
| ' mit Beigabe »heißen« Drahtes abschmelzender Elektrode |
| (WIG) |
| Rostsicherer Stahl |
| Größte Dicke (Einzeldurchlaufschweißen) . .. . . . . . . 6,3
mm 3,2 mm |
| Schweißgeschwindigkeit bei größter Dicke . . . . . . . . 30
cm/min 42 cm/min |
| Aluminium |
| Größte Dicke (Einzeldurchlaufschweißen) . . . . . . . . 4,8
mm 3,2 mm |
| Schweißgeschwindigkeit bei größter Dicke . . . . . . . . 88
cm/min 70 cm/min |
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung läßt sich überdies auch dadurch verwirklichen,
daß an Stelle des in F i g. 3 veranschaulichten Lichtbogenschweißbrenners für eingeschnürte
Lichtbogen ein herkömmlicher Schutzgaslichtbogenschweißbrenner benutzt wird.
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Bei einer solchen Einrichtung wurde eine von Argon abgeschirmte Wolframelektrode
E' von 3,2 mm bei 170 A und 14 Volt Gleichstrom (Elektrode negativ) zum Aufschmelzen
des Grundwerkstoffes benutzt, um die »Heiß«-Drahtelektrode aufnehmen zu können.
Die »Heiße-Drahtelektrode wurde etwa 1,3 cm hinter dem Lichtbogen abgeschmolzen.
Beim Schweißen an einer 6,3 mm dicken Kohlenstoffstahlplatte wurde eine »Heiße-Drahtelektrode
10 aus Eisenlegierung mit 190 cm/min und einer Gleichstromkraftquelle von
250
A bei 4 Volt Gleichstrom (Elektrode negativ) abgeschmolzen. Das freie Ende der »Heiß«-Drahtelektrode
betrug 2,8 cm.
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Neben den Anwendungsfällen für das Schweißen läfät sich ein Metallauftrag
gemäß der Erfindung besonders gut auch zum Verkleiden oder Oberflächenbehandlungen
sowie zur Herstellung von Metallguß und Metallformguß anwenden.