DE1565433A1 - Elektroden-Zufuehrungsduese zum Elektroschweissen - Google Patents
Elektroden-Zufuehrungsduese zum ElektroschweissenInfo
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Description
'PATE NTA NWAüT
Dipl. ix«. K. HOIiZEB 89 AFOSBUHO
-WEIS EB- STBASSE 14
K.- 211
Augsburg, den 3· August1966
The British Oxygen Company Limited, Hammersmith House,
London W96, England
Elektroden-Zuführungsdüse zum Elektroschweißen
Die Erfindung betrifft das elektrische Schweißen von
zwischen metallischen Werkstücken von unten nach oben zu
ziehenden Schweißnähten und insbesondere Schweißverfahren, bei welchen eine in den Nahtbereich eingebrachte, sich verbrauchende ElektTO&e©i»Zu£ührungsdüse sur Fühmmg eines
-$0 9 8'ad/0-7 2
Elektrodendrahtes nach der Schweißstelle hin dient, wie dies beispielsweise beim Elektroschlackenschweißen Bit
sich verbrauchender Elektrode der Fall ist, bei welchem der Elektrodendraht in einem Bad aus geschmolzener Schlacke
abschmilzt· Außerdem ist die Erfindung auf Elektro-Gasschweißverfahren
anwendbar, bei welchen der Elektrodendraht unter einer Schutzgasatmosphäre bzw. einem Schutzgasstrom
abschmilzt·
Das Elektroschlackenschweißen mit sich verbrauchender
Zuführungsdüse wird vornehmlich dann angewendet, wenn senkrechte Stumpfnähte zwischen Metallplatten hergestellt
werden sollen, deren zu verbindende Kanten unter Bildung eines Spaltes auseinandergerückt sind· Dieser Spalt wird
von wassergekühlten Backen überbrückt, welche das zwischen den Werkstückkanten abgelagerte, erstarrende Schweißmaterial
halten sollen, das durch einen Elektrodendraht und die genannte sich verbrauchende Zuführungsdüse bereitgestellt wird. Am
oberen Ende der herzustellenden Nahtstrecke ist ein Elektrodendraht-Zuführungsmechanismus
angeordnet, welcher im allgemeinen oben auf den zu verschweißenden Platten angebracht ist,
während die sich verbrauchende Zuführungsdüse unmittelbar im Nahtbereich liegt, wobei ihr oberes Ende in der Nähe des
Elektrodendraht-Zuführungsmechanismus gehaltert und ihr unteres
- 2 - B/>® OFUGINAL
*giase/072S
Ende unmittelbar oberhalb der Schweißstelle angeordnet ist· Während des Betriebes wird der Elektrodendraht durch
die sich verbrauchende Zuführungsdüse der Schweißstelle zugeführt, an welcher das abgelagerte Schweißmetall durch
eine Schicht geschmolzener Schlacke überdeckt wird· Der
notwendige Schweißstrom wird der sich verbrauchenden Zuführungsdüse über deren Halterung zugeleitet und gelangt
von hier aus zum Elektrodendraht·
Zur Herstellung von Schweißnähten hoher Qualität müssen sowohl der Elektrodendraht als auch die sich verbrauchende
Zuführungsdüse aus Materialien hergestellt sein, welche sich mit dem Material der zu verschweißenden Platten
vertragen und deren Zusammensetzung jeweils in engen Grenzen beherrschbar ist« Derartige Materialien sind im allgemeinen
nur in Form von Schweißdrähten, nicht jedoch in Form von Rohren erhältlich, welche eine genügende Wandungsstärke
aufweisen, um den Schweißstrom aufnehmen zu können· Die Kosten zur Herstellung derartiger Rohre aus den betreffenden
Werkstoffen sind, insbesondere, wenn ihre Zusammensetzung auf das Verschweißen legierter Stähle abgestimmt sein soll,
zwangläufig sehr hoch, da ein verhältnismäßig geringer Bedarf an derartigen Rohren besteht·
- 5 _ BAD
909886/0725
eine sich verbrauchende Elektroden-ZuführungsdüBe «ram , '
..''.
* ■ . ■ ■
draht herzustellen· ■ *
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung ron einer
sich Terbrauchenden Elektroden-Zufiihrungsdüse zum Elektroschweißen, insbesondere zum Elektro-Schlackenschweißen
vertikaler Nähte aus und eine derartige sich verbrauchende
Elektroden-Zuführungsdüse ist dadurch gekennzeichnet, daß sie von mindestens drei, sumindestens mit (Teilen ihrer
Oberflächen aneinander anliegenden Drähten gebildet ist« deren Querschnitte zusammen eine geschlossene ringartige
Hache bilden, die einen mittigen, sich längs der gesamten Zuführungsdüse erstreckenden Kanal umschließt, durch welchen
ein Elektrodendraht hindurchführbar ist·
Hierbei können die einseinen, die Düse bildenden Drahte
entweder sämtliche parallel zu der Düeenlängeöchee verlaufen
oder auch jeweils schraubenlinienförmig gekrümmt ώα4 ,tottinaader
herumgewunden sein· " .' '
Die sich verbrauchende Zuführungsdüse kann
aus vier Drähten gleichen Querschnittes gebildet ee
«09886/012» °
Hinzufügung von swei weiteren, gleichen Drähten parallel
zu den übrigen Eineeldrähten auf einer Seite derselben
kann ein weiterer Kanal gebildet werden, durch welchen ein weiterer Elektrodendraht hindurchgeführt werden kann·
Ferner können nach eines weiteren Erfindungsmerkaal
fünf oder mehr Einssei drähte derart zu einer sich verbrauchenden Zuführungsdüse zusammengesetzt sein, daß die
Querschnittsmittelpunkte der einzelnen Drähte auf einem Kreis liegen, wobei jeder Draht mit nur jeweils zwei benaohbarten
Drähten Berührung hat.
Außerdem beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Schweißen von zwischen Werkstückkanten von unten
nach oben verlaufenden Nähten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in den Nahtbereich eine sich verbrauchende Elektroden-Zuführungsdüse
eingeführt wird, welche aus mindestens drei ihrer Länge nach aneinander anliegenden, mit ihren Querschnitten einen geschlossenen Ring bildenden, einen sich innen
längs der gesamten Zuführungsdüse erstreckenden Kanal umschließenden Drähten besteht, durch welch letzteren hindurch
der Schweißstelle ein Elektrodendraht zugeführt wird*
Dieser Elektrodendraht kann der sich verbrauchenden
Zuführungsdüse über eine flexible Führung von einer von dem
BAD OR!QIN
- j
.der Schweißstelle abgelegenen Kode der Zuführungsdüse
entfernt angeordneten Zuführungseinrichtung her zugeleitet werden·
N Im folgenden werden einige beispielsweise AusführungB-formen sich, verbrauchender Elektrodeit-Zuführungsdüsen gemäß
der Erfindung sowie das erfindungsgemäße Schweißverfahren, bei welchem derartige Zuführungedüaen zur Anwendung kommen«
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert« In dieser Zeichnung stellen dar:
figur 1 einen Querschnitt durch eine sich -verbrauchende Elektroden-Zuftihrungsdfiae
gemäß der Erfindung, welche aus Tier - Schweißdrähten hergestellt ist,
figur 2 ein Ende der sich verbrauchenden Zuführungsdüse nach figur 1 in Seitenansicht,
figur 3 eine abgewandelte Ausführungsform einer sich
verbrauchenden Zuführungsdüse gemäß der Erfindung, welche aus sechs einseinen SchweiS-drähten hergestellt ist und «ur führung von
awei Elektrodendrähten dienen kann,
• 01886/072$
figur 4 eine nochmals abgewandelte Ausführungsform
einer sich verbrauchenden Zuführungsdüse nach der Erfindung, welche aus drei einzelnen
Schweißdrähten hergestellt ist und
figur *>
eine schematische Darstellung einer Schweißmaschine, in welcher eine sich verbrauchende
Zuführungsdüse gemäß der Erfindung Anwendung findet*
Bs ··! nun zunächst auf die Figuren 1 und 2 der
Zeichnungen Besug genommen« in welchen eine sich verbrauchende Elektroden-Zuführungedüse 4- dargestellt ist, welche aus vier
einseinen, geraden Schweißdrähten 1 mit jeweils herkömmlichem kreisförmigen Querschnitt hergestellt ist, die auf ihre gesamte Länge aneinander anliegen und mit ihren Längsachsen
jeweils parallel zur Düsenlängsachse angeordnet sind· Benachbarte Drähte stehen Jeweils miteinander in Berührung, so daß
ihre Querschnitte eine geschlossene ringartige Fläche bilden· Me einzelnen Drähte sind in ihrer gegenseitigen Lage durch
Heftechwelßungen 2 gehalten« welche jeweils mit Abstand voneinander längs der so gebildeten Zuführungsdüse angelegt sind,
in jeder Querschnittsebene der erfindungsgemäßen Zuführungsdüse
bilden die Querschnittsmittelpunkte der einseinen Drähte die
' : ':; 9 0 9 8 8 6 / 012 B bad orjgjmal
Eckpunkte eines Quadrates, dessen Seitenlänge de« Durchmesser ■-,
der einzelnen SchweiBdrähte gleich ist« Der sich längs der ;
gesamten Zuführungedrähte zwischen den einzelnen Schweißdrähten erstreckende freie Baum 3 bildet ein Kanalf durch welchen
ein Elektrodendraht kleineren Querschnitts geführt werden kann·
Eine aus" jeweils vier SohweiBdrahtBtuoken von beispielsweise je 90 cm Länge gemäß den Figuren 1 und 2 hergestellte, -sich verbrauchende Elektroden-Zuführungsdüse gemäß der ErfiiS-*
dung wurde mit gutem Erfolg zur Elektro-Schlaekenschweißung
bei Sohweißströmen von 750 A zur Verschweißung von Stahlplatten von einer Dicke von etwa 19 mm angewendet· Die Schweißdrähte hatten jeweils einen Durchmesser von etwa 8 mm und
durch die so gebildete Zuführungsdüse wurde ein Elektrodendraht von etwa 2,4 mm Durchmesser hindurchgeführt·
Bei einer weiteren praktischen Ausführungeform einer Zuführungsdüse nach der Erfindung wurde diese ebenfalls aus
vier einzelnen Schweißdrähten hergestellt, welche jedoch hier etwa 6,3 mm Durchmesser aufwiesen* Durch die eo gebildete
Zuführungsdüse wurde ein Elektrodendraht von etwa 2 mm Durchmesser hindurchgeführt, wobei Schweißströme von 500 A rar Anwendung kamen.
• 09886/0726
Der wirksame Metall querschnitt einer aus vier jeweils
etwa 6,3 jam starken Drahten hergestellten erfindungsgemäßen
2 Zuführungsdiise "beträgt annähernd 1,3 cm , während der
wirksame Metall querschnitt "bei einer Zuführungsdüse$ die
aus vier jeweils etwa 8 mm starken Einzeldrähten zusammenge-
p
setzt ist, annähernd 1,95 cm "beträgt.
setzt ist, annähernd 1,95 cm "beträgt.
Um ein ordnungsgemäßes Arbeiten der erfindingsgemäßen
Zuführungsdiise zu erreichen^ soll der Kanal innerhalb' der sich verbrauchenden Zuführungsdiise, durch welchen der
Elektrodendraht hindurchgeführt wird, nicht viel größere wirksame Querschnittsabmessungen aufweisen als der hindurcto?-
zuführende Elektroden&raht«, Die soeben erwähnte Yierdrahtbauart
einer sich verbrauchenden Elektrode ist daher zur Yerschweißung von Elektroden mit einem Durchmesser von etwa 2S4 as toad 2 mm
besser geeignet als dies mit Elektrodendrähten von 3®2 wä
Stärke bzwe S5A mm Stärke, wie sie gegenwärtig für derartige
Schweißungen gebräuchlioh sind, ei2?eiehbar isto Da diese
Drähte mit geringerem Durchmesser sich leichter dui?öh eine
biegsame Führung hindurchleiten lassen, kann man mit Yorteil
den Draht Zuführungsmechanismus an, einem von dem von. der
Schweißstelle abgelegenen Ende der sieh verbrauchendes.
Zuführungsdüse entfernt liegenden Ort anbringen ijikL den
Elektrodendraht der sich verbrauchenden Zuführungadüse über
eine flexible Führung zuführen· In Figur 5 der Zeichnungen ist
eine schematische Darstellung einer derartigen Anordnung verdeutlicht, welche im folgenden erläutert wird.
In Figur 5 sind zwei Met allplatt en 10 und 11 dargestellt,
welche miteinander Terschweißt werden sollen und die in einer Vertikalebene ausgerichtet sind, wobei «wischen
ihren einander gegenüberliegenden Kanten ein Spalt freibleibt* Eine Haltevorrichtung 12 ist mittels Spannbacken 13 en der
Platte 11 festgespannt und weist außerdem eine Spannvorrichtung 14 auf, an welcher das obere Ende einer eich verbrauchenden
Zuführungsdüse"15 befestigt ist» Diese sich verbrauchende
Zuführungsdüse kann in der aus den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen ersichtlichen Weise ausgebildet sein und ist
innerhalb des Nahtbereiches parallel zu den einander gegenüberstehenden Kanten der zu verschweißenden Platten angeordnet,
ohne diese zu berühren« Am unteren Ende der herzustellenden Schweißnaht ist ein Anschlag 16 angeordnet und die Seitenflächen
der anzulegenden Naht sind durch wassergekühlte Backen 17 überdeckt· Eine Klemme 18 der Haltevorrichtung 12
dient zur Zuführung des Schweißstromes' von einer Schweißstromquelle
19 zur sich verbrauchenden Zuführungedüse 15· Von einem Speicherhaspel 20 wird der Elektrodendraht 22 mittels eines
Drahtzuführungsmechanismus 21 abgezogen und in die sich verbrauchende Zuführungsdüse 15 eingeführt· Gemäß der Erfindung
hat der Elektrodendraht 22 verbaltniemäßig geringen Durchmesser
" 10 "
und kann durch, eise flexible Führung 23 der sich verbrauchenden.
Zuführungedüse zugeführt werden, so daß der Drahtzuführungameohanismus 21 und der Speicherhaspel 20
von der Haltevorrichtung 12 entfernt, beispielsweise an Boden oder an eines Ausleger angeordnet werden können»
Zu Beginn des SchweiSvorgangee wird der Elektrodendraht
22 mittels des Brahtzuführungsmechanismus 21 so weit
vorgeschoben, daß er in Berührung mit dem Anschlag 16 kommt·
Unter einer Flußmittelschicht wird zunächst ein verdeckter
Lichtbogen gezündet, welcher von der Schweißstromquelle aus alt ächweißstroa gespeist wird, worauf der Vorgang in
das bekannte Elektro-Schlackenaehweißverfahren übergeht,
gemäß welchem eine Schicht aus geschmolzener Schlacke das erstarrende Schweißaetall bedeckt« Die sich verbrauchende
Zuführungsdüse 15 schmilzt allmählich in dem Maße ab, wie der Spiegel des Bades aus geschmolzener Schlacke und Schweißmetall
innerhalb des Nahtbereiches ansteigt»
Sollen zwei Elektrodendrähte getrennt durch eine sich verbrauchende Zufuhrungsdüse zugeführt werden, so kann, wie
bereits erwähnt, ein zusätzlicher Kanal für die Zuführung eines weiteren Elektrodendrahtes dadurch gebildet werden, daß zwei
weitere Schweißdrähte an einer Seite einer aus vier Einzeldrähten
- 11 -
809886/072S
1665433 ■„
gebildeten Zuführuagsdüs· der oben beschriebenen Art hlazuge-' ?h
fügt werden· In Figur 3 der Zeichnungen ist eine derartige, ; .
■ · ■ , ι
mit 5 bezeichnete Zuführungsdüse im Querschnitt dargestellt«
4 ,
Die sechs einzelnen Schweißdrähte 6 bilden jeweils »wel
zueinander parallele Kanäle 7 t durch welche jeweils ein Elektrodendraht hindurchführbar ist« Selbstverständlich können :
noch weitere Drahtkombinationen gebildet werden, wobei beispielsweise acht Einzeldrähte drei Drahtzuführungekanäle
bilden uaw. ι
4 *■ '
ί Außerdem können jedoch auch drei, fünf, sechs oder mehr
Einzeldrähte derart miteinander kombiniert werden, daß sich'
•ine Querschnittsgestalt ergibt, bei welcher die Querschnittsmitten der einzelnen Drähte auf einem geschlossenen j.
Kreis liegen, wobei jeder Draht jeweils nur mit swei benachbarten Drähten in Berührung steht· In Figur. M- der Zeichnungen
ist eine aus drei Drähten gebildete Zuführungedüse dargestellt,
deren Einzeldrähte 30 mit ihren Quersohnittemitten «atf einem
geschlossenen Kreis 31 liegen und jeweils duroh ein« Klammer 32
zusammengehalten sind· Bei 33 ist die zur Durchführung des Elektrodendrahtes dienende Offnumg angedeutet*
j f *
Die einzelnen zur Bildumg der Zuführungedüe« verwendeten
Drähte haben zwar Torzugsweise sämtlich gleichen Querschnitt,·.
808886/072^. - .. ' \
doch ist dies nicht unbedingte Voraussetzung und es sei
außerdem darauf hingewiesen, daß einer oder mehrere Drähte gegenüber den übrigen Einzeldrähten verschiedene
metallurgische Zusammensetzung aufweisen können, wodurch eine gewünschte resultierende Zusammensetzung oder ein
gewünschtes Verhalten des abzulagernden Schweißmetalles
erhalten wird* Dies stellt aine besonders vorteilhafte
Möglichkeit der Schweißung dar, wenn legiertes Metall abgelagert werden soll, wobei dann einer der Einzeldrähte
von dem betreffenden Legierungselesaent einen höheren
Legierungsanteil aufweisen kann als die übrigen Einseidrähte· Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann
einer der Einzeldrähte röhrenförmig aus einem Metallstreifen gefertigt sein9 welcher einen Kern aus verfestigteia Metallpulver
umschließt, wodurch ebenfalls die gewünscht© Legierungswirkung erhalten wird. Es kann jedoch auch ein
Einzeldraht aus einem Metallstreifen hergestellt sein, welcher einen Kern aus verfestigtem Pulver aus schlackenbildendem
Material oder aus einem anderen Flußmittel umschließt·
Zur Befestigung der Einzeldrähte aneinander kömien,
wie in Figur 2 dargestellt ist, Heftschweißungen oder auch
Schweißnähte dienen, wobei dafür Sorge au tragen ISt1, daß das
Schweißmaterial nicht zwischen die benachbarten Drahte so weit eindringt, daß der für die Durchführung des Elektroden- ·
- 15 - 909886/0726
drahtes erforderliche Querschnitt versperrt wird. Ia bestimmten .Anwendungsfällen kann es von Vorteil sein, die
Einzeldrähte mittels umfassender Klammern in der aus Figur 4-der Zeichnungen ersichtlichen Weise aneinander zu befestigen,
wobei diese Klammern entweder aus einem Isolierstoff bestehen oder mit Isolierstoff belegt sein können. Hierbei kann
Möglicherweise ein ülußmittel zur Anwendung kommen· Jedenfalls
ist die sich verbrauchende Zuführungsdüse zweckmäßig mit einer Isolierung versehen, welche die Düse von den Kanten
der zu verschweißenden Platten fernhält.
Sind ausreichende Längen einer sich verbrauchenden Zuführungsdüse nicht erhältlich, so können zwei oder mehrere
kurze Stücke zusammengeschweißt sein. Eine axiale Ausrichtung kann dadurch erleichtert werden, daß die Enden der Einzeldrähte, aus denen die betreffende Zuführungsdüse gebildet
ist, nicht in einer einzigen achssenkrechten Ebene liegen sondern daß diese Drähte, obwohl sie innerhalb der einzelnen
Düsenstücke jeweils gleiche Länge aufweisen, mit Bezug auf die benachbarten Drähte jeweils um einen gleichbleibenden
Betrag längsverschoben gestaffelt sind. Wie in figur 2 der Zeichnungen angedeutet ist, kann das Ende eines der Einzeldrähte bei der gestrichelten Linie 8 liegen, so daß sein
gegenüberliegendes Ende um ein entsprechendes Stück über dl· Enden der anderen Einseidrähte vorsteht«
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Claims (8)
1. Sich verbrauchende Elektroden-Zuführungsdüse zum
Elektroschweißen, insbesondere zum Elektro-Schlackenschwelßen vertikaler Näht·, dadurch gekennzeichnet, daß
dieselbe von nindestens drei, zumindestene mit Teilen
ihrer Oberflächen aneinander anliegenden Drähten (i bzw·
bzw. 30) gebildet ist, deren Querschnitte zusammen eine geschlossene ringartige Fläche bilden, die einen mittigen,
sich längs der gesamten Zuführungedüse erstreckenden Kanal (3 "bzw· 7 bzw, 31) ««schließt, durch welchen ein
Elektrodendraht Undurchführbar ist.
2. Zuführungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicknet»
daß die, die Düse bildenden Drähte sämtlich parallel zur Düsenlängsachse verlaufen,
3. Zuführungedüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die, die Düse bildenden Drähte jeweils schraubenlinienförmig gekrümmt sind.
4. Zuführungsdüse naeh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse von vier Drähten (1) gleichen
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Querschnittes gebildet wird (Figuren 1 und 2).
5* Zuführungsdüse nach Anspruch 4-, dadurch gekenn-
«. zeichnet, daß längs einer Seite derselben parallel
zu den übrigen vier Drähten zwei weitere, gleiche Drähte (6) angeordnet sind, welche einen weiteren
Kanal (7) zur Führung eines weiteren Elektrodendrahtes bilden (Figur 3)·
6· Zuführungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe aus mindestens fünf miteinander
verbundenen Drähten besteht, deren jeweilige Querschnittsmittelpunkte auf einem Kreis angeordnet
sind, wobei jeder Draht mit nur jeweils zwei benachbarten Drähten Berührung hat.
7· Zuführungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der
Düsendrähte eine von den übrigen Drähten verschiedene metallurgische Zusammensetzung aufweist.
.
8. Zuführungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Dtisendrähte
die Form einer Metallröhre hat, welche einen Metallpulver-Kera umschließt.
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9· Zuführungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Drähte
die Form einer Metallröhre hat, welche einen Kern aus
schlackenbildendem Stoff oder einem anderen Flußmittel umschließt«
1Oe Verfahren zum elektrischen Schweißen von zwischen
Werkstückkanten von unten nach oben verlaufenden Nähten, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nahtbereich eine sich
verbrauchende Elektroden-Zuführungsdüse eingeführt wird, welche aus mindestens drei ihrer Länge nach aneinander
anliegenden, mit ihren Querschnitten einen geschlossenen Ring bildenden, einen sich innen längs der gesamten
Zuführungsdüse erstreckenden Kanal umschließenden Drähten besteht, durch welch letzteren hindurch der Schweißstelle
ein Elektrodendraht zugeführt wird·
11* Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der ElektrodLendraht der sich verbrauchenden Zuführungsdüse über eine flexible Führung von einer von dem der
Schweißstelle abgelegenen Ende der Zuführungsdüse entfernt angeordneten Zuführungseinrichtung her zugeleitet wird.
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