DE1565433A1

DE1565433A1 - Elektroden-Zufuehrungsduese zum Elektroschweissen

Info

Publication number: DE1565433A1
Application number: DE19661565433
Authority: DE
Inventors: Lucey John Anthony
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1965-08-05
Filing date: 1966-08-03
Publication date: 1970-02-05
Also published as: US3337712A; SE320866B; ES329871A1; GB1155015A; DE1565433C3; DE1565433B2

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

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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

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*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·

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Durch dit Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, /

eine sich verbrauchende Elektroden-ZuführungsdüBe «ram , ' ..''.

Elektroschweißen alt ähnlich geringe* Aufwand wie Schweiß-

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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

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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

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.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,

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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

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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 Kanal_f 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.

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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.

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 2_S4 as toad 2 mm besser geeignet als dies mit Elektrodendrähten von 3®2 wä Stärke bzw_e S₅A mm Stärke, wie sie gegenwärtig für derartige Schweißungen gebräuchlioh sind, ei2?eiehbar ist_o 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

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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

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gebildeten Zuführuagsdüs· der oben beschriebenen Art hlazuge-' ?h fügt werden· In Figur 3 der Zeichnungen ist eine derartige, ; .

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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

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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*

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Die einzelnen zur Bildumg der Zuführungedüe« verwendeten Drähte haben zwar Torzugsweise sämtlich gleichen Querschnitt,·.

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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- ·

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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

Patent ansprächei

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.

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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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