DE1803291A1

DE1803291A1 - Verfahren und Vorrichtung fuer das Stossschweissen von Stahlplatten od.dgl.

Info

Publication number: DE1803291A1
Application number: DE19681803291
Authority: DE
Inventors: Cable Herbert Edard; Cable Harold Edward
Original assignee: WELD TOOLING CORP
Current assignee: WELD TOOLING CORP
Priority date: 1967-11-21
Filing date: 1968-10-16
Publication date: 1971-01-21
Also published as: GB1194635A; SE369049B; CH486950A; NL6806941A; US3535490A; FR1570122A; DE1803291B2; NL141111B

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · DiρL-1ηg. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 10. Juni 1968 Sch// Name d. Anm. Weld Tooling Corporation

Verfahren und Vorrichtung für das Stoßschweißen von Stahlplatten

oder dergleichen.

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen für das Stoßschweißen und ähnliche Vorgänge, insbesondere auf das Stoßschweißen langgestreckter Nähte oder Verbindungen zwlsohen Stahlplatten oder dergleichen. Bestimmte Anordnungen der Erfindung sind besonders, aber nicht notwendigerweise, auf das Schweißen sehr langgestreckter Nähte unter Vakuumbedingungen gerichtet.

Es ist eine Schweißvorrichtung bekannt, die eine mit Isolier- und Flußmitteln überzogene Band- oder Streifenelektrode aufweist, welohe dicht passend in einen Spalt zwischen Stahlplatten oder anderen zu verschweißenden Teilen einsetzbar ist. Die Breite der Elektrode ist im wesentlichen gleich der Dicke der zu verschweißenden Teile, während die Dicke der Elektrode im wesentlichen gleich der Breite des Spaltes ist. Zwei wassergekühlte Kühlschienen werden auf jeder Seite des Spaltes in Eingriff gebracht und längs ihrer seitlichen Kanten und an ihren Enden abgedichtet, um die Evakuierung des Spalts vor dem Schweißen zu ermöglichen. Die Platten werden durch Stützteile aus Stahl in Stellung gehalten, die länge des Spaltes im Abstand voneinanderlle gen und an den Platten vorübergehend starr befestigt sind. An Stelle

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der Stützteile können Profilteile, Winkeleisen und ähnliche Teile auf jeder Seite des Spaltes angeordnet und mit den Platten starr verbunden werden. Die Profilteile, Winkeleisen oder dergleichen können an Stelle der Kühlschienen abgedichtet werden. Die Kühlschienen können in thermisch und elektrisch leitenden Eingriff mit den Platten . durch Federn gebracht werden, die zwischen den abgedichteten oder nicht abgedichteten Profilteilen, Winkeleisen oder dergleichen und den Kühlschienen angeordnet sind.

Pur die Elektroschmelzschweißung sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen seit vielen Jahren in Gebrauch. Die üblichen Verfahren und Vorrichtungen für das Stoßschweißen verhältnismäßig dicker Platten sind jedoch sehr zeitraubend und in manchen Fällen verhältnismäßig unwirksam, weil Verbindungen von ungenügender Festigkeit erzeugt werden. Es war erforderlich, längs der Verbindungsstelle sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite der aneinanderstoßenden Platten zu schweißen, um eine ausreichende Schweißnaht zwischen den gegenüberliegenden Kanten der Platten zu erhalten. Das ergibt eine Schweißverbindung, welche wesentlich dicker ist als die Dicke der Platten. Wenn die Schweißnaht bündig mit den Plattenoberflächen abgeschliffen wird, ist die Schweißverbindung häufig unzulässig schwach wegen des fehlenden Eindringens von genügend Schweißmetall in den Spalt oder wegen Porosität oder Schlackeneinschlüssen im Schweißmetall in dem Bereich zwischen den aneinanderstoßenden Platten. Dieses Verfahren wird weiter erschwert, wenn die Verbindungsstellen zwischen den aneinanderstoßenden Platten sehr lang sind und die zu schweißende Verbindung einem Bedienungsfehler unterworfen ist, indem zwischen der mit der Hand gehaltenen Schweißelektrode und den zu verbindenden Platten von Zeit zu Zeit ein zu kurzer oder zu langer Lichtbogen herge-

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stellt wird. In jenen Fällen, in denen das Schweißen durch eine automatische Schweißvorrichtung erfolgt, sind komplizierte und viel Platz einnehmende Einrichtungen erforderlich zum Führen der Elektrode und zum Einstellen der Geschwindigkeit des Elektrodenvorschubs längs der Schweißnaht.

Die üblichen Verfahren und Vorrichtungen zur Ausführung von Stoßschweißungen erfordern häufig die Abschrägung der angrenzenden Kanten jeder der zu verbindenden aneinanderstoßenden Flächen, um an der Verbindung eine oder mehrere Nuten zu bilden, welche das Eindringen des geschmolzenen Metalls in den Bereich zwischen den aneinanderstoßenden Flächen ermöglichen. Dies ist gewöhnlich erforderlich, wenn die Dicke der Schweißnaht nicht wesentlich größer als die Dicke der Platten oder anderer zu verbindender Werkstücke sein darf.

Bei jenen Anwendungen, bei denen die Schweißnaht unter Vakuumbedingungen hergestellt werden soll, werden die vorstehend angegebenen Nachteile der üblichen Schweißvorrichtungen und Verfahren noch beträchtlich verstärkt. Für die gemäß der Erfindung in Betracht gezogenen sehr langen Schweißnähte wäre beispielsweise eine übermäßig große und viel Platz einnehmende Vakuumkammer erforderlich. Die üb-..

liehen Vakuumkammern erfordern eine große Pumpenkapazität, um das unvermeidliche Lecken zu verringern und die Kammern innerhalb einer angemessenen Zeit zu evakuieren. Durch die Verwendung der Vakuumkammer wird die Anwendung manueller Schweißverfahren erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht. Auch die Verwendung einer automatischen Schweißvorrichtung wird erschwert.

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Aus diesen Gründen ist die Vakuumschweißung bei den meisten sich wiederholenden oder Produktions-Schweißvorgängen nicht anwendbar. Es ist jedoch bekannt, daß die Vakuumschweißung die Qualität der fertigen Schweißnaht beträchtlich verbessert. Durch die Verwendung von Vakuum beim Schweißvorgang werden gasförmige Verunreinigungen aus dem Schweißbereich entfernt und bessere Schweißnähte erzeugt, während eine Verringerung der Wärmezuführung und des geschmolzenen Metalls für einen bestimmten Verbindungsvorgang ermöglicht wird.

Diese Nachteile der üblichen Schweißvorrichtungen und Verfahren wer-™ den durch die Anordnung einer einzigen Schweißelektrode überwunden, welche besonders nützlich ist beim Schweißen der aneinanderstoßenden Kanten von verhältnismäßig dicken Stahlplatten und anderem metallischen Material, wobei es wesentlich ist, vollständig geschmolzenes Schweißmetall zwischen den Platten und in gleicher Ausdehnung mit den aneinanderstoßenden Kanten derselben anzuordnen. Die beschriebenen Schweißverfahren und Vorrichtungen einschließlich der oben erwähnten Elektrode sind besonders nützlich für die Herstellung langgestreckter Schweißnähte der beschriebenen Art und erforderlichenfalls für das _f Schweißen unter Vakuumbedingungen. Es ist auch eine neue Einrichtung vorgesehen, welche das Überhitzen des Plattenmaterials angrenzend an die Schweißnaht bei der Herstellung derselben verhindert und die Dicke der Schweißnaht begrenzt. Es sind ferner neue Mittel vorgesehen, welche der Verbindung das erforderliche Zusatzmetall zuführen, wenn die Schweißnaht hergestellt wird, und welche gleichzeitig die Verbindung zum Fließen bringen. Bei dieser Anordnung kann das Schweißmetall in die Verbindungsstelle eintreten, ohne daß die Kanten der zu verbindenden Teile abgeschrägt werden müssen. Außerdem sind neue Einrichtungen

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vorgesehen, welche die zu schweißende Verbindung umschließen, so daß das Schweißen unter Vakuumbedingungen ausgeführt werden kann. Die vorstehend erwähnten, die Verbindung umschließenden Einrichtungen können entweder mit den neuen Kühleinrichtungen oder mit anderen neuen Einrichtungen vereinigt werden, welche ebenfalls gemäß der Erfindung vorgesehen sind, um die Platten oder andere zu verbindend Teile auszurichten.

Die gewünschten Ergebnisse werden erzielt, indem eine Schweißelektrode vorgesehen wird, die aus einem Band, einem Streifen oder einer Stange ' aus Zusatzmetall besteht, sowie aus einem überzug oder einer Hülse oder Streifen aus elektrisch isolierendem und Flußmaterial, welche jede Seitenfläche der Streifenelektrode oder dergleichen umgeben und/ oder an derselben anhaften, wobei die Überzüge die gleiche Ausdehnung wie die Streifen oder dergleichen aufweisen.

Es ist eine Vorrichtung zum Stoßschweißen der zu verbindenden Teile vorgesehen, welche Mittel zum Einstellen der Teile mit einem Spalt zwischen denselben aufieLst, eine Schweißelektrode, welche dicht, aber beweglich in den Spalt eingesetzt ist, einen elektrisch isolierenden und PlußmittelUberzug oder eine Hülse, welche die Elektrode umgibt und/oder an derselben anhaftet, sowie Mittel, welche ein elektrisches Schweißpotential zwischen den Teilen einerseits und der Eelektrode andererseits zur Einwirkung bringen.

Es ist eine Schweißvorrichtung vorgesehen, bei welcher wenigstens .eine leitende KUhlschiene in thermisch und elektrisch leitendem Eingriff mit den Teilen längs der Verbindungsstelle zwischen denselben befestigt ist.

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Es ist eine Schweißvorrichtung vorgesehen, bei welcher ein Paar solcher Kühlschienen an beiden Schweißkantenflächen der Teile angeordnet ist, wobei Mittel zum Abdichten jeder der Kühlschienen auf den Teilen vorgesehen sind, um den Spalt dicht zu umschließen, sowie Mittel zum Evakuieren des durch die Schienen umschlossenen abgedichteten Volumens einschließlich des Spalts.

Es ist eine Schweißvorrichtung vorgesehen, die eine Einrichtung aufweist, welche die Elektrode in einer Richtung parallel zum Spalt bewegt, sowie zu und von einem vom Lichtbogen beaufschlagten Teil, der an einem Ende des Spalts angeordnet ist.

Es ist eine Schweißvorrichtung vorgesehen, bei welcher die Einstelleinrichtung aus einem Paar U-förmiger oder anderer Versteifungsabschnitte besteht, welche an den Teilen starr befestigt sind und die gleiche Ausdehnung wie der Spalt aufweisen, wobei die U-förmigen oder anderen Abschnitte auf entgegengesetzten Seiten des Spalts angeordnet sind. Außerdem sind Mittel zum Abdichten der U-förmigen oder anderen Abschnitte auf den zu verbindenden Teilen, sowie Mittel zum Evakuierer der abgedichteten U-förmigen oder anderen Abschnitte einschließlich des von denselben umschlossenen Spalts vorgesehen.

Es ist auch ein Verfahren zum Stoßschweißen eines Paares leitender Teile vorgesehen. Das Verfahren besteht darin, daß die Teile im Abstand voneinander angeordnet werden, um zwischen denselben einen verhältnismäßig schmalen Spalt längs einer beabsichtigten Verbindungsstelle zu bilden, daß die Teilern diesem Abstand voneinadjner starr verbunden werden, um den Spalt aufrechtzuerhalten, daß zwischen den Teilen ein elektrisch leitender Weg hergestellt wird, um die' Teile aui

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dem gleichen Potential zu halten, daß eine isolierte Schweißelektrode, deren Querschnitt annähernd jenem des Spalts entspricht, in der Längsrichtung durch den Spalt hindurchgeführt wird, sowie daß auf die Elektrode einerseits und auf die elektrisch leitenden Teile andererseits entgegengesetzte Potentiale zur Einwirkung gebracht werden.

In der vorstehenden Beschreibung wurden verschiedene Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung anggegeben. Diese und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden zusammen mit konstruktiven Einzelheiten derselben in der nachstehenden Beschreibung bestimmter derzeit bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung und derzeit bevorzugtes Verfahren zur Ausführung derselben genauer beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt:

Pig. 1 schematisch eine Vorderansicht einer Ausführungsform der Schweißvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen teilweisen Querschnitt nach der Linie II-II der Pig. 1,

Fig. 5 in größerem Maßstab eine teilweise Untersicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 in größerem Maßstab einen teilweisen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Pig. 1,

Fig. 5 einen Fig. 2 ähnlichen Querschnitt einer abgeänderten Ausführungsforin der Schweißvorrichtung,

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Fig. 6 einen ähnlichen Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Schweißvorrichtung,

Pig. 7 im Querschnitt eine weitere Ausführungsform der Schweißvorrichtung, die für T-Verbindungen angewendet wird,

Fig. 8 _ im Querschfnitt eine Ausführungsform der Schweißvorrichtung, die für eine winklige Stoßverbindung angewendet wird,

Fig. 9 im Querschnitt einer Ausführungsform der Schweißvorrichtung, die für eine Kantenstoßverbindung angewendet-wird.

Die Figuren 1-4 zeigen genauer eine Ausführungsform der neuen Schweißvorrichtung 10, die zum Verbinden und Stoßschweißen eines Paares verhältnismäßig dicker Stahlplatten 12 und 14 oder dergleichen verwendet wird. Die Platten 12, 14 werden für den SchweißVorgang durch eine Vielzahl von Stützteilen 16 aus Stahl eingestellt, die längs der Verbindung auf einer oder auf beiden Vorder- und Rückseiten der Platten im Abstand voneinanderllegen, wie Fig. 2 zeigt. Die Stützteile 16 können vorübergehend mit den angrenzenden Plattenoberflächen verschweißt oder auf andere Weise starr an den Platten begfestigt werden. Wenn die Platten 12, 14 so eingestellt sind, wird zwischen ihren gegenüberliegenden Kantenflächen 18, 20 ein Spalt von vorherbestimmter Breite gebildet (Fig. 2).

Ein Paar Kühlschienen 22 und 24 ist auf beiden Seiten der zwischen den Platten 12 und 14 zu bildenden Verbindung angeordnet, wie Fig. 2 zeigt

Die Schienen 22, 24 weisen vorzugsweise die gleiche Ausdehnung auf

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wie die Länge der Verbindungsstelle zwischen den Platten, wie Pig. zeigt. Die Schienen 22, 24 sind aus einem elektrisch und thermisch gut leitenden Material hergestellt, wie z.B. Kupfer, so daß sie überschüssige Hitze von den nebeneinanderliegenden Teilen der Platten 12 und 14 ableiten, um die Erstarrung zu fördern und die Verzerrung zu verringern. Auf diese Weise wird ducch die Schienen 22, 24 zwischen den Platten 12 und 14 ein Weg hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit hergestellt. Wie nachstehend beschrieben wird, sind Mittel vorgesehen, welche die Kühlschienen 22, 24 in möglichst dichte Berührung mit den Platten 12, 14 drücken, um den Spalt zwischen defltsel- ( ben zu überbrücken. Auf diese Weise können die Platten 12, 14 während des Schweißvorganges im wesentlichen auf dem gleichen Potential gehalten werden, wie nachstehend beschrieben wird.

Selbstverständlich braucht nur eine der Schienen 22, 24 verwendet zu werden bei manchen Anwendungen, bei denen die überbrückte Verbindungsstelle nicht evakuiert wird.

Die auf die Schienen 22, 24 übertragene Hitze wird durch einen oder mehrere in der Längsrichtung verlaufende Kühlmitteldurchlässe 26 in denselben verteilt, welche angrenzend an die Enden der Kühlschienen 22, 24 mit ZufUhrungs- und Rücklaufbehältern 28 und 30 (Fig. 3) verbunden sind. Während des ganzen Schweißvorganges wird in den Durchlässen 26 der Kühlschienen 22, 24 eine Kühlflüssigkeit, wie z.B. Wasser, in Uifllauf gesetzt. Ein (nicht dargestellter) Thermostat oder Aquastat kann mit einem der Durchlässe 26 und einem (nicht dargestellten) Kühlflüssigkeitsbehälter verbunden werden, um die Temperatur der Kühlschiene oder der Kühlschienen zu regeln.

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Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, ist jeder der Kühlschienen 22 und 24 für Vakuumschweißvorgänge mit einem Paar seitlicher Dichtungsstreifen 32 versehen, welche die gleiche Ausdehnung aufweisen und an den betreffenden Seiten jeder Schiene 22 oder 24 befestigt sind. Wie Fig. 2 zeigt, ist jeder der Dichtungsstreifen 32 mit einer ebenen Oberfläche versehen, welche mit der angrenzenden Platte 12 oder 14 darüber- oder darunterliegend in Eingriff kommt. Wie ebenfalls Fig. zeigt, ist jede der Kühlschienen 22, 24 mit einer verhältnismäßig seichten Nut Jk versehen, die sich in der Längsrichtung und zwischen den Seitenkanten der Innenseite der Schiene 22 oder 24 erstreckt. Wie nachstehend beschrieben wird,· bilden die Nuten ~$K einen Raum zur Sammlung des geschmolzenen Flußmittels in dem Maße, in dem die Schweißnaht längs der gegenüberliegenden Kanten 18, 20 der Platten 12, 14 fortschreitet, sowie einen Weg für die Evakuierung -der Verbindungsstelle vor dem Verschweißen der Kanten 18, 20. Wenn die Luft aus den Nuten 34 der Kühlschienen und aus dem Spalt zwischen den Plattenkanten 18, 20 durch die Pumpe 36 (Pig· 1) abgesaugt wird, werden die Dichtungsstrelfen 32 durch den stärkeren atmosphärischen Druck in Dichtungseingriff mit den angrenzenden Oberflächen der Platten 12, I4 gedrückt. Zur Förderung dieses Zwecks sind die B Streifen 32 aus Gummi oder einem elastischem synthetischen Elastomermaterial hergestellt. Wenn erhäte Temperaturen auftreten, wird ein siliciumhaltiges Elastomer oder dergleichen verwendet, welches diesen Temperaturen Widerstand leisten kann. Selbstverständlich wird die maximale Temperatur durch Verwendung der gekühlten Kühlschienen gemäß der Erfindung geregelt. Bevor mit dem Evakuierungsvorgang begonnen wird, werden die Enden der abgedichteten Schienen 22, 24 abgedichtet, vorzugsweise wie in den Figuren 1, 3 und 4 gezeigt ist. Die unteren finden der Schienen 22, (Fig. 1) werden durch einen Dichtungsblock 38 abgedichtet, dessen

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äußere Kanten am Umfang mit einem Dichtungsstreifen 40 versehen sind, welcher in Querschnitt und Material den Dichtungsstreifen 32 ähnlich ist. Wie Fig. 3 zeigt, sind der Dichtungsblock: 38 und sein Streifen 40 von den Endflächen der Schienen 22, 24 und den angrenzenden Kantenflächen der Platten 12, 14 umschlossen, die bündig gegen denselben anliegen. Bei dem dargestellten Beispiel hat der Dichtungsblock 38 achteckige Form, um Platz für die KUhlmittelkanäle 26 und ihre Verbindungsleitungen 42 zu lassen. Die Innenseite des Dichtungsblocks 38 steht in enger Berührung mit wenigstens einer der nebeneinanderliegenden Oberflächen, so daß der Dichtungsblock 38 zum Auftreffen des Lichtbogens verwendet werden kann durch einen vorläufigen und augenblicklidben Eingriff desselben mit einer Bandelektrode 44, deren Ausbildung nachstehend beschrieben wird.

Die oberen Enden der Schienen 22, 24 sind in ähnlicher Weise durch einen oberen Dichtungsüock 46 abgedichtet, der mit einem ähnlichen Dichtungsstreifen 48 versehen ist. Der obere Dichtungsblock 46 ist jedoch mit einer mittleren öffnung 50 versehen für den Durchgang der Elektrode 44 und mit einer seitlichen öffnung 52 für den Gewindeeingriff mit einer Leitung 54, welche mit der oben erwähnten Pumpe 36 verbunden werden kann, wenn die durch die Schienen 22, 24 und deren Endverschlüsse 38, 46 gebildete Kammer evakuiert werden soll. Für die Vakuumschweißung ist der obere Dichtungsblock 46 auf der beweglichen Elektrode 44 mittels eines Balges 56 oder einer Gleitdichtung abgedichtet.

Die Schweißelektrode 44 geht in diesem Beispiel zwischen einem Paar Führungsrollen 58 hindurch und wird parallel zu den nebeneinanderliegenden Plattenkanten 18, 20 durch einen linearen Motor 60 oder eine

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andere Servoeinrichtung bewegt, welche durch eine Schweißstromquelle betätigt wird, die beispielsweise aus dem eine veränderliche Spannung aufweisenden Generator 62 mit der Steuerung 64 besteht. Die Geschwindigkeit der Einführung der Elektrode wird auf diese Weise zur Spannung des Schweißlichtbogens proportional gemacht, so daß die Elektrode 44 mehr oder weniger rasch zugeführt wird, entsprechend der Anforderung des Zusatzmetalls.

Wie Fig. 2 zeigt, enthält die Schweißelektrode 44 bei dieser Ausführungsform einen mittleren Streifen 66 aus üblichem Zusatzmetall, welcher auf beiden Seitenflächen mit einer Schicht 68 und 70 daus elektrisch isolierendem keramischen Material überzogen ist, wie z.B. Fiberglas oder festem Glas. Die isolierenden keramischen Schichten 68, 70 enthalten auch die gewünschten Flußmittel, wie z.B. Kalk, Magnesia und Silicax Die Schichten können die erforderl iche Dicke aufweisen, welche durch die Schweißbedingungen bestimmt wird, wie z.B. die Schweißspannring, die Dicke der Platten 12, 14 und des Streifens 66. Die Dicke der Überzüge kann 0,25 - 1*25 mm betragen. Die Dicke des mittleren Metallstreifens 66 kann sich ebenfalls verändern und derselbe kann eine Dicke von etwa 1,56 - 6,25 mm aufweisen. Andererseits werden die Breiten des Streifens 66 und der UberzUgsschichten 68, 70 annähernd gleich der Dicke der zu verbindenden Platten 12, gemacht. Bei den meisten Anwendungen ist die Länge der Elektrode 44 um etwa 10 - 25$ größer als die Länge der Verbindungsstelle zwischen den zu verschweißenden Platten 12, 14, um das erforderliche Schweißmetall zuzuführen.

Beim Verschweißen der Platten 12, 14, welche in der angegebenen Weise

durch die Stützteile 16 eingestellt werden, ist der Spalt zwischen

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ihren gegenüberliegenden Kanten 18, 20 so bemessen, daß derselbe die Elektrode 44 in der vollständig eingeführten Stellung dicht umschließt, wie Pig. 1 zeigt. Die Bandelektrode 44 ist daher naehezu vollständig innerhalb des Spaltes zwischen den Platten 12, 14 eingeschlossen mit Ausnahme der oben erwähnten 10-25$, die in der Längsrichtung nach oben aus dem Spalt herausragen, wie Fig. 1 zeigt. Um eine richtige Breite des Spalts zu gewährleisten, kann die Elektrode 44 in leichtem Paßeingriff zwischen den gegenüberliegenden Kanten 18, 20 der Platten 12, 14 eingeführt werden, bevor die Stützteile 16 starr an den Platten befestigt werden. Nach diesem Vorgang können die Kühlschienen 22, 24 und die Enddichtungsblöcke 38, 46 der Einheit hinzugefügt werden, wenn die Verbindung während des Schweißens evakuiert werden soll. Wenn die Verbindung nicht evakuiert wird, wird ein (nicht dargestellter) entsprechender Teil aus leitendem Material an Stelle des unteren Dichtungsblocks 38 (Fig. 1) z.B. durch Heftschweißung befestigt, um das Auftreffen eines Lichtbogens auf den Boden der Verbindung zu unterstützen, wenn die Streifenelektrode in der Längsrichtung vollständig in den Spalt eingeführt ist und mit demselben in elektrischer Berührung steht.

Das untere Ende 72 (Fig. 1) der Elektrode 44 ist nicht mit isolierendem Material überzogen, um das Auftreffen des Lichtbogens auf den unteren Dichtungsblock ;58 oder auf einen anderen (nicht dargestellten) leitenden Teil zu ermöglichen und um die elektrische Verbindung mit dem Generator 62 über die elektrischen Kontakte 78 und dem Leiter 80 zu .ermöglichen. Wie bereits erwähnt, ist die Geschwindigkeit der Bewegung der Elektrode 44 zur Schweißspannung proportional, um eine optimale Zuführung de3 Zusatzmetalls zu erzielen. Der lineare Motor oder dejfLeichen let umkehrbar, um das Zurückziehen der Elektrode 44 zu

ermöglichen, beispielsweise unmittelbar nach dem Auftreffen des Lichtbogens auf den unteren Dichtungsblock 38 oder dergleichen.

Die Dichtungsstreifen J52, 40 und 48 können aus Silikongummi oder einem anderen elastomeren Material hergestellt werden, das einen guten Widerstand gegen hohe Temperaturen aufweist. Erhöhte Temperaturen in den an diese Dichtungsstreifen angrenzenden Bereichen werden jedoch durch das oben erwähnte Kühlsystem vermieden, das in den Kihlschienen 22, 24 enthalten ist.

Wie bereits erwähnt, bilden die Nuten 34 der Kühlschienen 22, 24 außer· halb der Sehweißverbindung und auf jeder Seite derselben genügend freien Raum, um die geschmolzene Flugverbindung aufzunehmen, welche sich abkühlt und auf den Schienen 22, 24 erstarrt. Andererseits ist der Spalt zwischen den nebeneinanderliegenden Plattenkanten 18, 20 vollständig mit Schweißmetall ausgefüllt, so daS der Querschnitt der sich ergebenden Schweißnaht gleich der Dicke der Platten 12, 14 oder nur etwas größer als dieselbe sein wird.

Als Stromquelle 62, die in Fig. 1 schematise!! angegeben ist, ist ein Schweißgenerator, der entweder eine abnehmende Spannung oder eine konstante Potentialcharakteristik aufweist, für die neue Sehweißvorriehtung zufriedenstellen/. Für die meisten Anwendungen sind die Platten 12, 14 oder andere zu verbindende Teile mit der positiven Seite des Li&htbogens verbunden, während die Elektrode 44 mit der negativen Seite des Lichtbogens verbunden ist. Bei bestimmten Metalllegierungen 'oder bei bestimmten Zusammensetzungen der aus Isolierungs- pnd PIuB-mittelnd bestehenden Schichten 68, 70 können jedoch verbesserte Ergeb-

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nisse erzielt werden, wenn diese Polaritätsverbindung umgekehrt oder eine Wechselstromquelle verwendet wird.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß eine neuartige und wirksame Schweißvorrichtung beschrieben wurde, die vielseitig verwendbar ist. Beispielsweise kann die neue Elektrode 44 mit den zugehörigen Teilen verwendet werden ohne die gleichzeitige Verwendung der neuen Einrichtung zum Evakuieren der Vafoindungssteile während des Schweißvorganges. Wie Fig. 1 zeigt, wird die Elektrode 44 in jedem Fall nach unten in das Schmelzbad vorgeschoben in dem Maße, in dem die Schweißun nach oben fortschreitet, so daß eine verhältnismäßig gleichmäßige Lichtbogenlänge oder ein versenktes Schemelzbad aufrechterhalten und das zur Herstellung der Schweißnaht erforderliche Zusatzmetall zugeführt wird. Die Elektrode 44 wird außerdem in der Längsrichtung durch den Spalt zwischen den zu verschweißenden Teilen zugeführt. Daraus ergibt sich, daß der Spalt vollständig mit Schweißmetall gefüllt ist, um die stärkst mögliche Verbindung zu erhalten.

Die Lichtbogenspannung wird derart verändert und geregelt, daß sie vereinbar ist mit der Zusammensetzung der zu verbindenden Metalle, der Dicke und Temperatur der Platten 12, 14 oder anderer Teile, der Ausbildung der Elektrode 44 und der bekannten Flußverbindung, die für die Überzüge 68, 70 verwendet wird. Der durch die Elektrode 44 hindurchgehende Strom stellt daher das Maximum dar, das dieselbe aufnehmen kann, ohne durch innere Widerstanderhitzung übermäßig erweicht zu werden. Dadurch wird ermöglicht, daß die Schweißung mit maximaler Geschwindigkeit fortschreiten kann, während eine angemessene, aber minimale Schmelzung beider Plattenkanten 18, 20 bewirkt wird. Die Temperatur der durch die KühlscMenen 22, 24 hindurchgehenden Kühlflüssigtf-'

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keit wird thermostatisch geregelt (nicht dargestellt), um eine angemessene Geschwindigkeit der Erstarrung der Schlacke und eine zweckmäßige Schmelzung des Schweißmetalls ohne Untersohneidung der Plattenkanten 18, 20 zu erzielen.

Die neue Elektrode 44 kann aus förgendeiner üblichen Verbindung hergestellt werden, die gewöhnlich zur Herstellung von Schweißelektroden verwendet wird. Die Elektrode 44 ermöglicht, daß das Zusatzmetall aus einer Richtung zugeführt wird, die jener der beweglichen Vorderseite fc der Schweißung diametral gegenüberliegt, so daß ein Maximum geschmolzenen Metalls direkt zwischen den nebeneinanderliegenden Plattenkanten 18, 20 angeordnet wird, um eine Schweißnaht von maximaler-Festigkeit zu gewährleisten. Die neue Schweißelektrode ermöglicht insbesondere, daß geschmolzenes Metall direkt in einen schmalen Spalt zwiscehen den Platten oder anderen verhältnismäßig dünnen Teilen eingeführt wird.

Mit der in den Zeichnungen dargestellten neuen Schweißvorrichtung kanr. eine große Zahl verschiedener SchweHingen in einer geregelten Atmosphfe re ausgeführt werden, welche gasförmige Verunreinigungen aus dem unmittelbaren Schweißbereich entfernt, um mit einer minimalen Wärmezuführung und mit einer minimalen Mengevon Zusatzmetall eine bessere Schweißnaht zu erzeugen. Die Wirksamkeit und relative Einfaehheit der neuen Evakuierungseinrichtung ermöglicht die Verwendung des Vakuumschweiß verfahr ens bei vielen Schweißvorgängen, bei deenen dies bisher nicht möglich war.

Ähnliche Anordnungen zum Evakuieren der zu schweißenden Verbindungs-

stelle während des Schweißvorganges sind in den Figuren 5-9 darge-

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stellt. Bei der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Anordnung können die Stützteile 16 (Figuren 1 und 2) entfallen. Kontinuierliche U-förmige Teile 82 oder 84 sind starr, aber vorübergehend an den Platten 12* und 14¹ befestigt, um die Platten hochkant in Nebeneinanderstellung mit der Elektrode 44' zwischen denselben anzuordnen. Die U-förmigen Teile 82 oder 84 sind mit Dichtungsstreifen 86 oder 88 versehen, die den Streifen 36 der Figuren 1 und 2 ähnlich sind. Für die U-förmigen Teile 82 oder 84 sind entsprechende (nicht dargestellte) Enddichtungsblöcke vorgesehen, welche im allgemeinen dem oberen und unteren Dichtungsblökken 46, 38 der Figuren 1, 3 und 5 4 ähnlich sind. Gemäß den Figuren 7-9 können in ähnlicher Weise U-förmige Teile oder Winkeleisen 100, 101, 102 starr, aber vorübergehend an den zu verbindenden Platten befestigt werden, wie in den Figuren 5 und 6. Die KUhlschienen und andere Zubehörteile werden in der vorstehend beschriebenen Weise verwendet.

Ein Paar von U-förmigen Teilen 82 oder 84 umschließt daher zwischen sich einen Raum 90 oder 92, der durch eine entsprechende (nicht dargestellte) Pumpe evakuiert wird, wie z.B. die Pumpe 36 in Fig. 1. Die KUhlschienen 22¹, 24* können entweder dunh Federn 94 oder 96 oder durch ein biegsames SchlauohstUok beweglich festgehalten werden, die zwischen der Schiene und dem U-förmigen Teil angeordnet sind. Das gegen die Atmosphäre offene Schlauchende ermöglicht dem atosphärisohen Druck, den Schlauch aufzublasen und die KUhlachiene gegen die zu verschweißenden Teile zu drüoken. Dem Schlauch kann selbstverständlich auch Zusatzluft zugeführt werden. Die KUhlsohienen 22· und 24* können abwechselnd in thermisch und elektrisch leitendem Eingriff mit den Platten 12* und 14* mittels der Federn 94 oder 96 gehalten werden, welche zwisohen den zugehörigen

U-föreigen Teilen 82 oder 84 und den Ktihlsohienen 22', 24* zusaramenge-

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drückt werden, wenn die U-förmigen Teile 82 oder 84 starr an den Platten 12', 14* befestigt werden, z.B. durch atmosphärischen Druck. Gewünschtenfalls können die U-förmigen Teile 82 oder 84 mit die Federn haltenden Ansätzen versehen werden oder Stütznoclcen 98 (Fig. 6) können die Verschiebung der Druckfedern von den Kühlschienen 22', 24' regeln.

Bei der in den Figuren 1-4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung können ähnliche Federn oder (nicht dargestellte) Stutzschienen gewünschtenfalls zwischen einem oder mehreren der Stützteile 16 und der angrenzenden Kühlschiene 22 oder 24 auf jeder Seite des durch die Kühlschiene oder Schienen überbrückten Spalts angeordnet werden. Bei dieser Ausftihrungsform können die Kühlschienen oder die Kühlschiene vollständig durch die Federn oder Schienen gehalten werden, wenn die Verbindungsstelle nicht evakuiert wird, oder die Kühlschierien 22, 24 können durch die Federn eingestellt werden, bis ein Vakuum erzeugt ist, um die Schienen durch die Kraft des umgebenden atmosphärischen Drucks zu halten und abzudichten.

Das den Streifen umgebende Flußmittel kann Λ in der vorstehend beschriebenen Weise die Form eines üblichen Überzuges haben oder dasselbe kann aus einer geflochtenen Hülse aus glasartigen Fasern des Flußmittels oder aus Bändern des glasartigen Flußmittels bestehen, die auf beid© Seilen der Elektrode aufgebracht sind.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen beispielsweiaen Ausführungsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche

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DRIRIMAK

Claims

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Patentansprüche

1. Schweißelektrode, bestehend aus einem langgestreckten Streifen aus Zusatzmetall und aus einem überzug, welcher in festem Zustand elektrisch isolierend ist und in geschmolzenem Zustand als Fluß- ( mittel wirkt, wobei der überzug jede Seitenfläche des Streifens bedeckt, so daß diese überzüge die gleiche Ausdehnung wie die Streifenoberflächen aufweisen.

2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Streifens im wesentlichen gleich der Dicke der durch denselben zu verbindenden Teile ist.

j5. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Länge des Streifens um 10-25# größer als die Länge der Verbindungsstelle zwischen den durch die Elektrode zu verbindenden Teilen ist.

4. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der überzug aus einer geflochtenen Hülse von glasartigen Fasern dea Flußmittels besteht.

5· Vorrichtung zum Stoßschweißen von zu verbindenden Teilen,

gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen der Teile mit einem Spalt

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zwischen denselben, durch eine Schweißelektrode, die in den Spalt dicht, aber beweglich einsetzbar ist, durch einen ^"elektrisch isolierenden und als Flußmittel wirkenden Überzug, der die Elektrode umgibt, und durch eine Einrichtung, welche ein elektrisches Schweiöpotential zwischen den Teilen einerseits und der Elektrode andererseits zur Einwirkung bringt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Elektrode im wesentlichen gleich der Dicke der Teile im Bereich der Verbindungsstelle zwischen denselben ist und daß die Elek-

t trode den Spalt zwischen den Teilen im wesentlichen ausfüllt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine leitende Kühlschiene in thermisch und elektrisch leitendem Eingriff mit den Teilen längs der Verbindungsstelle zwischen denselaben befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel für die geregelte Abkühlung der Kühlschiene vorgesehen sind.

" 9· Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

auf den Vorder- und Rückseiten der Teile ein Paar solcher Kühlschienen vorgesehen ist, daß Mittel zum Abdichten jeder der Kühlschienen auf den Teilen vorgesehen sind, um den Spalt dicht zu umschließen, sowie Mittel zum Evakuieren des von den Schienen umschlossenen abgedichteten Volumens einschließlich des Spalts.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche die Elektrode in einer zum Spalt parallelen Rich-

tung bewegt, sowie zu und von einem durch einen Lichtbogen beaafschlag-

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ten Teil, der an einem Ende des Spalts angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung für die Elektrode aus einer elektrischen Antriebseinrichtung besteht, die mit einer Schweißstromquelle verbunden ist, um die Elektrode in der Längsrichtung in den Spalt mit einer der Lichtbogenspannung proportionalen Geschwindigkeit einziflüiren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung für die Elektrode aus einer pneumatischenAn- i triebseinrichtung besteht, die mit einer Schweißstromquelle verbunden ist, um die Elektrode in der Längsrichtung in den Spalt mit einer der Lichtbogenspannung proportionalen Geschwindigkeit einzuführen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung aus einem Paar U-förmiger Teile besteht, welche an den zu verbindenden Teilen starr befestigt sind und die gleiche Ausdehnung wie der Spalt aufweisen, daß die U-förmigen Teile auf entgegengesetzten Seiten des Spalts angeordnet sind, daß Mittel zum Abdichten

der U-förmigen Teile auf den zu verbindenden Teilen vorgesehen sind, sowie Mittel zum Evakuieren der abgedichteten U-fJJrmigen Teile a» einschließlich des zwischen denselben eingeschlossenen Spalts.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite des Spalts eine Kühl schiene angeordnet ist, daß die Kühl-! schienen innen im Abstand von den U-förmigen Teilen liegen und daß Druckmittel zwischen den U-förmigen Teilen und der zugehörigen Kühlschiene angeordnet sind, um die KUhlsohienen in thermisoh und elektrisch leitenden

Blngriff mit den zu verbindenden Teilen zu drücken.

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15· Verfahren zum Stoßschweißen eines Paares leitender Teile,

dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im Abstand voneinander angeordnet werden, um zwischen denselben einen verhältnismäßig schmalen Spalt längs einer beabsichtigten Verbindungsstelle zu bilden, daß die Teile in diesem Abstand voneinander starr abgestützt werds-en, um den Spalt aufrechtzuerhalten, daß zwischen den Teilen ein elektrisch leitender Weg hergestellt wird, um die Teile auf gleichem Potential zu halten, und daß entgegengesetzte Potentiale auf die Elektrode einerseits und auf die elektrisch leitend verbundenen Teile andererseits zur Einwirkung gefc bracht werden.

16. Verfahren nach Anspruch 1-5* dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt verschlossen wird, sowie vor dem und während des Verschweißens der Teile evakuiert wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel aus einer leitenden Endplatte bestehen, welche an den Kühlschienen angerenzend an das eine Ende des Spalts abgedichtet wird, das dem Elektrodeneintrittsende desselben gegenüberliegt, und welche Iduroh den Lichtbogen beaufschlagt wird, wenn die Elektrode angimzend an die Endplatte angeordnet ist.

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