DE2028472A1 - Elektrisches Lichtbogenschweißverfahren - Google Patents

Description

KOBE STEEL·, LTD., 1-36-1 Wakinohama-cho, Fukiai-ku, Kobe (Japan)

Elektrisches Lichtbogenschweißverfahren

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Lichtbogenschweißverfahren zum Herstellen von kontinuierlichen Schweißnähten unter Verwendung von schmalen Schweißnuten und insbesondere ein Schweißverfahren, mit welchem dicke plattenförmige Materialien, die so zueinander ausgerichtet sind,daß sich zwischen ihnen sogenannte schmale V-förmige oder I-förmige Schweißnuten befinden, wirkungsvoll und befriedigend in einer Vielzahl von Schweißstellungen aneinandergeschweißt werden können, wobei Schweißnähte hoher Qualität entstehen.

Bekannte Lichtbogenschweißverfahren zum Verschweißen von dicken Stahlblechen setzen im allgemeinen voraus, daß V-förmige, X-förmige oder ϊ-förmige Schweißnuten normalerweise durch Lichtbogenschneiden oder durch mechanische Bearbeitung entlang den aneinanderstoßenden Kanten der Stahlbleche hergestellt werden. Diese bekannten Verfahren zum Herstellen der Schweißnuben bedingen »im allgemeinen eine Anzahl von Arbeitsschribben, die häufig zu einem Ansteigen der Menge des beim GaBbrermschneiden oder mechanischen Bearbeiten enbsbehenden Abfalles und somib zu einem Amjbei-

BADORiGfNAt - 2 -

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gen des während des Schweißvorganges benötigten abgelagerten Schweißmateriales führen.

In «jüngerer Zeit wurden mit einem schmalen Spalt arbeitende Schweißverfahren entwickelt, um viele dieser vorstehend besprochenen Nachteile zu überwinden. Eines dieser Schweißverfahren ist in der USA-Patentschrift 3 328 556 beschrieben, welches unter Verwendung einer schmalen bzw. engen I-förmigen Schweißnut, d. h. einer Sohweißnut mit parallelen Seitenwänden arbeitet. Bei diesem Schweißverfahren werden die miteinander zu verbindenden Werkstücke zunächst so ausgerichtet, daß zwischen ihnen eine schmale Öffnung oder ein Spalt von etwa 5 nun Breite verbleibt. In diese öffnung wird dann eine Abschmelz-Elektrode eingeführt, die von einem dünnen Kontaktrohr gehalten wird, das mit elektrischem Isoliermittel beschichtet oder überzogen ist. Dann wird dieser sclfale Spalt durch ein kontinuierliches Schutzgas-Schweißverfahren mit verhältnismäßig geringer Wärmezufuhr zugeschweißt. Da die Elektrode einen seLr geringen Durchmesser besitzt und der Schweißstrom auf einem verhältnismäßig geringen Wert gehalten wird, kann das Schweißverfahren in einer Vielzahl von unterschiedlichen Stellungen bzw. Lagen der Schweißnaht durchgeführt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß Tropfen des geschmolzenen Schweißmateriales herausspritzen. Obwohl die nach diesem Verfahren erzeugten Schweißnähte eine ausgezeichnete Kerbfestigkeit besitzen, besteht der Nachteil, daß die Abschmelz-Elektrode genau in der schmalen Nut zwischen den Werkstücken angebracht werden muß, weil andernfalls der Einbrand der Schweißnaht unbefriedigend wird. Da jedoch eine präzise Anordnung der Abschmelz-Elektrode in der Schweißnut sehr schwierig ist, hat sich das Schweißverfahren gemäß der USA-Patentschrift 3 328 556 für viele Anwendungsfälle in der Praxis als unbefriedigend und.unbrauchbar erwiesen.

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Ein anderes, ähnliches Schweißverfahren ist in der USA-Patentschrift 3 325 626 "beschrieben. Hierbei wird eine Afeschmelz-Elektrode mit verhältnismäßig großem Durchmesser in eine schmale Nut oder einen schmalen Spalt zwischen den miteinander zu verbindenden Werkstücken eingeführt. Ein Kontaktrohr wird nicht benutzt. Durch aufeinanderfolgende Schweißungen unter -Verwendunglvon Schutzgas, wobei der Schweißstrom verhältnismäßig gering gehalten wird, lagert sich Schweißmaterial in ausreichender Menge und in der gewünschten Weise ab. Obwohl man hierdurch Schweißnähte mit gutem Einbrand erhält, ist dieses Schweißverfahren auf die Herstellung flach angeordneter Schweißnähte beschränkt. Bei jeder Art Überkopfschweißung neigt das geschmolzene Schweißmaterial dazu, in Tropfen zu spritzen, wodurch es bei dieser Lage der Schweißnähte schwierig wird, Schweißnähte mit gutem Einbrand und in gleichmäßiger Qualität herzustellen.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein elektrisches Lichtbogenschweißverfahren zu schaffen, welches die geschilderten Nachteile vermeidet und welches in der Lage ist, in jeder beliebigen Stellung Schweißnähte zwischen verhältnismäßig dicken Werkstücken, zwischen denen sich nur eine ^relativ schmale Schweißnut befindet, herzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein elektrisches Lichtbogenschweißverfahren vorgeschlagen, bei dem in Abweichung von bekannten Schweißverfahren die Menge des Schweißmetalles oder Schweißmateriales überwacht und gesteuert wird. Im einzelnen wird dies beispielsweise dadurch erreicht, daß manjzwei verhältnismäßig dicke Platten oder Bleche mit einer Dicke von etwa 12 mm oder mehr vor Beginn einer Mehrschichten-Schweißung so zueinander ausrichtet, daß zwischen ihnen nur eine schmale Nut oder ein schmaler ßpalt verbleibt, der-, wenn er I-förmig ist, eine Breite im

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Bereich von 4- "bis 15 ium, und wenn er V-förmig ist, eine Breite von etwa O bis etwa 15 mm im schmälsten Bereich und von etwa 4 bis etwa 15 mm im breitesten Bereich aufweist. Die Schweißung wird unter Verwendung eines Schutzgases und mit einem Schweißstrom durchgeführt, der die Form rechteckiger Wellen aufweist, so daß ein Lichtbogen mit zeitweilig zurückgehender Intensität zwischen der Sptze der Abschmelz-Elektrode und den Werkstücken für Zeiten von 0,3 bis 5 sek erzeugt wird, der eine verhältnismäßig hohe

2 Stromdichte im Bereich von 100 bis 300 A/mm aufweist. Die Null-Phase des wellenförmigen Stromes dauert von 0,2 bis 3 sek, wobei fast überhaupt kein oder sehr wenig geschmolzenes Schweißmetall in Tropfenform von der Elektrode an die Schweißnaht übergeben wird.

Auf diese Weise können verhältnismäßig dicke Platten oder Bleche über eine schmale,zwischen denselben verbleibende Schweißnut wirkungsvoll aneinandergeschwei-'ßt werden. Dieses Schweißverfahren kann in jeder beliebigen Lage durchgeführt werden, d. h. es ist nicht erforderlich, daß die Schweißnaht auf einer ebenen oder weitgehend ebenen Unterlage liegt. Vielmehr kann die Schweißnaht auch beispielsweise vertikal verlaufen. Durch die Erfindung kann also eine elektrische Lichtbogenschweißung mit der Anwendung von Schutzgas an einer sehr schmalen Schweißnut auch bei dickeren Werkstücken in ,jeder beliebigen Lage der Schweißnaht durchgeführt werden.

Die Erfindung wird weiterhin an Hand der Zeichnung erläutert, νιιιά zwar zeigt

Ji¹Ig. 1 Diagramme der verschiedenen Wellenformen

des i-chweißstromes und der Schweiß spannung, die gemäß der Erfindung angewendetwerden,

BAD

ö 8 9 8 G 2 / 1 Γ- fc ?

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Herstellung der Schweißnaht und der Einwirkung des Schweißstromes beim Schweißverfahren gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Fotografie der obersten Schicht einer gemäß der Erfindung erzeugten Schweißnaht, wobei der erkennbare Maßstab die Größen in mm bzw. cm angibt,

Fig. 4 ein Diagramm, aus dem das Verhältnis zwischen der Zeit, während der nicht geschweißt wird, und der von der Elektrode in Querrichtung durchlaufenen Strecke während des erfindungsgemäßen Schweißvorganges zu erkennen ist,

Fig. 5 ein Diagramm, aus dem das Verhältnis zwischen der Schweißzeit und der durchschnittlichen Dicke der während dieser Schweißzeit gebildeten Schweißung oder Schweißnaht zu erkennen ' ist,

Fig. 6 eine schematische Darstellung verschiedener Arten von Schweißnuten zwischen miteinander zu verbindenden Werkstücken, wobei -jede Verbindung bzw. Schweißnaht gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird,

Fig. 7 eine Mikrofotografie eines Schnittes durch eine gemäß der Erfindung hergestellte Schweißnaht, wobei die dargestellte Skala das Größenverhältnis in mm wiedergibt, und

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Fig. 8 eine schematische Darstellung verschiedener erfindungsgemäß hergestellter Schweißnähte, woraus die wesentlichen Abmessungen dieser Schweißnähte zu erkennen sind.

Das mit einer Ab schmelz-Elektrode arbeitende erfindungsg einäße Schweißverfahren kann mit einem Schweißstrom durchgeführt werden, der Wellenform besitzt, so daß zwischen der Elektrodenspitze undjdem Werkstück intermittierend ein Lichtbogen mit verhältnismäßig hoher Stromdichte aufgebaut wird, wobei geschmolzenes Schweißmetall von der Elektrode zum Werkstück durch Sprühen oder in Form kleiner Kügelchen übertragen wird. Dieses Verfahren unterscheidet sich von den bekannten, mit einer schmalen Schweißnut arbeitenden Schweißverfahren bezüglich der Anwendung des Schweißstromes und bezüglich des Verfahrens zum Ablagern des geschmolzenen Schweißmetalles in der Schweißnut der Werkstücke.

Mit dem vorgeschlagenen Schweißverfahren kann wirkungsvoll und leicht geschweißt werden, ohne daß das Ausmaß des Einbrandes in die einander gegenüberliegenden Seitenwände der Schweißnuten beeinträchtigt würde.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Seitenkanten der miteinander zu verbindenden Bleche oder Platten so geformt, daß diese Seitenkanten zwischen sich eine V-förmige oder I-förmige Schweißnut bilden, wenn diese Seitenkanten zum Aneinanderschweißen der Werkstücke nebeneinander angeordnet worden sind. Wenn die Schweißnut I-förmig ist, sollte ihre Breite im Bereich von 4 bis Λ5 wan liegen, während die Breite einer V-förmigen Schweißnut von etwa 0 bis 15 ib^ an der engsten Stelle bis etwa 4 bis 15 hub an der breitesten und obersten Stelle schwankt. Wenn die Schweißnut V-förmig

mm '7

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ist und die engste Stelle dieser Hut im Bereich von O Ms 3 mm liegt, sollte die Nut an der obersten und breitesten Stelle eine Breite zwifehen 6 und 15 *nm aufweisen.

Wenn die Breite einer I-förmigen Schweißnut geringer als 4- mm ist, bildet sich ein Lichtbogen zwischen der Elektrodenspitze und einer Seitenwand der Schweißnut, wodurch das Ausmaß des Einbrandes des geschmolzenen Schweißmetalles in die andere Seitenwand unerwünscht schlecht wird. Wenn andererseits die Breite größer als 15 mm wird, ist der Einbrand des geschmolzenen Schweißmetalles in beide Seitenwände der Nut schlecht und unbefriedigend. Ähnliche Gründe und Begrenzungen existieren auch für die oben angegebenen Begrenzungen der V-förmigen Schweißnuten.

Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die oben angegebenen Grenzen der Breiten der I-förmigen oder V-förmigen Schweißnutenauf der Annahme beruhen, daß die Schweißspannung gering ist. In Fällen einer verhältnismäßig großen Schweißspannung werden V-förmige Schweißnuten vorzuziehen sein, die an ihrem oberen Ende eine maximale Breite über 15 mm besitzen, wobei dieses obere Maß von der zu erwartenden Schweißspannung abhängt.

Das Schwei ßverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Verschweißßen dicker Stahlbleche oder Stahlplatten mit einer Dicke von wenigstens 12 mm oder mehr verwendet werden. Beim Verschweißen dünnerer Bleche oder Platten können die Vorteile der vorliegenden Erfindung im allgemeinen nicht erzielt werden, und man kann auch keine gleichmäßige und gute »Schweißnaht beim Überkopfschweißen erzielen.

Um zu verhindern, daß die Schweißnaht in ihrem geschmolzenen Zustand verspritzt, und um das Verschweißen dicker Bleche oder Platten in jeder Lage der Schweißnaht au erleichtern,

9 8527 156?

BAD

sollte ein Schweißstrom mit rechteckiger Wellenform, die nachstehend als "Grundwellenform" "bezeichnet wird, verwendet werden. Die Grundwellenform zeichnet sich dadurch aus, daß sowohl die Stromstärke als auch die Spannung bei den Intervallen, in denen der Lichtbogen aufhört, zurückgeht. Das bedeutet, daß Stromstärke und Spannung in vorbestimmter Größe für eine Zeitdauer von t^ angelegt werden, während der zwischen der Spitze der Abschmelz-Elektrode und dem Boden der Schweißnut ein Lichtbogen gebildet wird, um Tröpfchen aus geschmolzenem Schweißmetall von der Elektrode in die Schweißnut zu übertragen. Dann werden Stromstärke und Spannung für eine Zeit to praktisch auf Null reduziert, so daß während dieser Zeit der Lichtbogen gelöscht und die Übertragung von Schweißmetalltröpfchen unterbrochen wird. Die Grundwellenform ist in Fig. 1 (a) dargestellt. Obwohl der Lichtbogen nur intermittierend angewendet wird und dementsprechend geschmolzene Metalltröpfchen nur intermittierend übertragen werden, kann man mit der Grundwellenform des Schweißstromes eine kontinuierliche Schweißnaht guter Qualität herstellen.

Die Zeit t^ kann im Bereich von 0,3 bis 5 sek liegen, während die Zeit tg zweckmäßig im Bereich von 0,2 bis 3 sek liegt. Es versteht sich jedoch, daß die Zeiten t^ und/oder to auch in weiteren Bereichen veränderlich sein können, was ganz von der Schweißgeschwindigkeit bzw. dem Vorschub der Abschmelz-Elektrode und/oder von anderen veränderlichen Faktoren abhängt.

Die zum Schweißen verwendete Stromstärke und Spannung können vom Durchmesser der Abschmelz-Elektrode, die zweckmä-' ßig aus Draht besteht, abhängen, jedoch müssen sie genügend hoch sein, um zu einer sprühenden oder kugelförmigen Übergabe von geschmolzenem Schweißmetall in Tropfchenform zu führen, wobei diese Werte im allgemeinen höher sind als beim

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bekannten TIG-Schweiß zum Verschweißen dünner Bleche.

lin Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der Schweißstrom zwangsweise mit Hilfe einer Zeitsteuervorrichtung unterbrochen wird, ist in der Zeitschrift "WELDING ERODUKCiDI(M", 1962, Hr.2, Seiten 33 bis 38, beschrieben. Dieses Verfahren wurde angewendet, um dünne Bleche bei einem IIG-Schweißvorgang zu verschweißen. Hierbei wird ein Schweißstrom im Bereich von 8 bis 25 A mit einer Stromdichte im Bereich von

p
10 bis 30 A/mm für Intervalle von nur 0,2 sek erzeugt.

Während der Zeiten des Ausloschens des Lichtbogens wurde ein Leitlichtbogen dadurch erzeugt, daß maü/Stromstärke des Schweißstromes auf einen extrem geringen Wert im Bereich von 0,8 bis 2 A senkte. Als Ergebnis erhielt man eine kontinuierliche Schweißnaht mit einer wesentlichen Verringerung der Schweißspannung. Die Merkmale und Vorteile des Schweißverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sind jedoch sehr unterschiedlich von denen dieses bekannten Verfahrens, und es bestehen große Unterschiede zwischen den Schweißbedingungen der beiden Verfahren.

Eine andere Wellenform des Schweißstromes, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. (b) dargestellt. Diese Wellenform wird nachstehend als "P-WeIlenform" bezeichnet. Die P-Wellenform ist ebenfalls eine Wellenform, bei der sich Stromstärke und Spannung in wiederkehrenden Intervallen ändern. Dabei werden Stromstärke und Spannung für die Zeit t^ auf maxiamalen vorbestimmten Werten gehalten und anschließend auf vorbestimmte minimale Werte für eine Zeitdauer t2 gesenkt.

Der P-WeIleiförmige Schweißstrom erfüllt, wenn Stromstärke und Spannung die vorbestimmten minimalen Werte aufweisen, eine ähnliche Funktion wie der oben erwähnte Leitlichtbogen und ist vorgesehen, um das erneute Erzeugen des zum Schweißen

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verwendeten Lichtbogens zu erleichtern, wenn Stromstärke und Spannung wieder die entsprechenden maximalen Werte erreichen. Der Schweißstrom muß jedoch einen genügenden Wert aufweisen, um einen Lichtbogen zwischen der Abschmelz-Elektrode und dem Boden der Schweißnut für eine gegebene Zeit zu erzeugen, ohne daß während dieser Zeit irgendwelches geschmolzenes Schweißmaterial übertragen wird oder, wenn eine solche Übertragung stattfindet, daß nur eine extrem kleine Menge Schweißmaterialtröpfchen übertragen wird.

Es ist bekannt, einen Lichtbogen intermittierend wiederkehren unter Verwendung eines sogenannten Leitlichtbogens beim Schweißen zu erzeugen. Die Anwendung derartiger Leitlichtbögen zum Erleichtern der intermittierenden Lichtbogenschweißung ist bisher auf TIG-Schweißverfahren, die mit nicht abschmelzenden Elektroden arbeiten, beschränkt. Im Gegensatz hierzu ist es durch die vorliegende Erfindung möglich, einen Lichtleitbogen auch bei MIG-Schweißverfahren mit Abschmelz-Elektroden anzuwenden. Deshalb sind die mit aufeinanderfolgenden Lichtbogen arbeitenden MIG-Schweißverfahren der vorliegenden Erfindungjsehr verschieden von den üblichen TIG-Schweißverfehren sowohl in der Art der Anwendung als auch bezüglich des Anwendungsbereiches, wie nachstehend erörtert wird. In anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, daß gemäß der vorliegenden Erfindung ein Leitlichtbogen oder Zündlichtbogen zwischen der Spitze der Abschmelz-ELekfcrode und dem Werkstück dann aufrechterhalten wird, wenn eine Übertragung von geschmolzenem Schweißmetall von der Elektrodenspitze zum Werkstück verhindert wird. Da die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Schweißen verhältnismäßig dicker Platten oder Bleche, die unter Beibehältung einer nur sehr schmalen Schweißnut nebeneinander angeordnet werden können, vorschlägt, ist es zusätzlich notwendig, die Spitze der Afoschmeiz-Elektode derart gegenüber dem Boden der Schweißnut anzuordnen, daß verhindert wird, daß sich der Leitlichtbogen oder Zündlicht-

"bogen an der Oberfläche einer Seitenwand der Schweißnut zwischen der Zündlichtbogenzeit und der Wechselzeit vom Schweißlichtbogen zum Zündlichtbogen bildet. Diese Anordnung derElektrodenspitze gegenüber dem Boden der Schweißnut ist beim IIG-Schweißverfahren unnötig, weil bei diesem Schweißverfahren keine Abschmelz-ElekttOde verwendetjwird. Daher unterscheidet sich das Schweißverfahren der vorliegyenden Erfindung deutlich vom üblichen TIG-Schweißverfahren bezüglich der Anwendungsmöglichkeit und der Anwendungsform.

P-wellenförmige Schweißströme können eine Reihe von bestimmten Vorteilen gegenüber der Grundwellenform der Schweißströme bringen. Beispielsweise wird neben anderen Vorteilen die Spritzgefahr verringert. Wenn ein Schweißstrom mit Grundwellenform angewendet wird, zündet der Lichtbogen intermittierend ohne Hilfe eines Leitlichtbogens oder Zündlichtbogens, wobei ein Kurzschluß zwischen der Elektrodenspitze und dem Werkstück bei jeder Zündung auftritt. Dies führt zu einem, wenn auch geringfügigen, Verspritzen der geschmolzenen Schweißmetalltröpfchen. Wenn der Schweißstrom hingegen P-Wellenform aufweist, wird durch das aufeinanderfolgende Herstellen des Schweißlichtbogens mit Hilfe des Leitlichtbogens oder Zündlichtbogens das Kurzschließen wesentlich verringert und dementsprechend auch das Ausmaß und die Gefahr des Spritzens.

Ein anderer Vorteil besteht darin, daß das Einbrennen und Eindringen des geschmolzenen Schweißmetalles in die Seitenwände der Schweißnut vergrößert wird. Da während jeder Zeitdauer t₂ der Leitlichtbogen gezündet bleibt,wird die Füllung der Schweißnut wenigstens an ihrer Oberfläche vom Leitlichtbogen erhitzt, so daß der Einbrand der geschmolzenen Schweißnaht In die Seitenwände der Schweißnut erleichtert wird.

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Es wurde bereits ein mit Gleichstrom arbeitendes Lichtbogenschweißverfahren vorgeschlagen, bei dem ein pulsierender Strom einem Schweißstrom überlagert wird. Hierbei wird geschmolzenes Schweißmetall in kleinen Partikeln von der Elektrodenspitze zum Werkstück übertragen und dabei eine gute Schweißung in jeder beliebigen Schweißstellung erzielt. Um das geschmolzene Schweißmetall von der Elektrodenspitze zum Werkstück zu übertragen, ist es notwendig, die Oberflächenspannung des an der Elektrodenspitze befindlichen geschmolzenen Schweißmetalles zu überwinden, auch wenn der Lichtbogen mit verhältnismäßig geringer Stromdichte betrieben wird. Dies erreicht man bei Anwendung überlagerter Impulswellen dadurch, daß man den Spitzenwert der überlagerten Impulse wenigstens doppelt so hoch wie den Spitzenwert des Hauptschweißstromes wählt und daß man diesen Spitzenwert für 1 : 100 bis 1 : 500 sek einwirken läßt. Dadurch wird das an der Elektrodenspitze befindliche geschmolzene Schweißmetall in kleine Partikel zerlegt und in die Schweißnut übertragen, und zwar durch Einwirkung der momentanen elektromagnetischen Schrumpfkraft, die durch die Impulswelle erzeugt wird. Das vorliegende Schweißverfahren unterscheidet sich von diesem Schweißverfahren wesentlich durch die Art der Anwendung und Erzeugung des Schweißstromes.

Auch ist es möglich, einen Schweißstrom mit rechteckigen Wellen anzuwenden, der synchron eine Energiezufuhr mit Hochfrequenzspannung erhält. Auch beim TIG-Schweißverfahren wird dem Schweißstrom eine Hochfrequenzspannung überlagert, um die Erzeugung eines Lichtbogens zu erleichtern. Durch die vorliegende Erfindung wird es jedoch mit einer nur geringen Einschränkung möglich, eine Hochfrequenzspannung dem Schweißstrom beim Schweißverfahren mit sehr schmaler Schweißnut zu überlagern. Gemäß E¹Ig. 1 (c) wird die Hochfrequenz spannung der Grundwellenform des Schweißstromes dann überlagert, wenn

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der SchweißStromstoß beendet ist und der Lichtbogen gelöscht oder abgeschaltet wurde. Dies wird während des gesamten Schweißvorganges zwischen den einzelnen Schweißintervallen wiederholt. Die Hochfrequenzspannung muß genügend groß sein, um einen Lichtbogen zu erzeugen, wenn sich die Spitze der Abschmelz-Elektrode dem Boden der Schweißnut mehr als den Seitenwänden nähert, d. h. wenn der Abstand zwischen der ELektrodenspitze und dem Boden der Schweißnut geringer als zwischen der Elektrodenspitze und jeder der Seitenwände der Schweißnut ist. Hingegen sollte kein Lichtbogen entstehen, wenn der Abstand zwischen der Elektrodenspitze und dem Boden der Schweißnut größer wird.

Wenn die Hochfrequenzspannung dea Schweißstrom synchron überlagert wird, bildet sich also ein durch die Hochfrequenzspannung erzeugter Lichtbogen vor der Entstehung des zum Schweißen verwendeten Lichtbogens, wenn die Elektrodenspitze sich bis auf einen vorbestimmten Abstand dem Boden der Schweißnut genähert hat. Hierdurch wird der Beginn der Lichtbogenschweißung verbessert. In diesem Palle sollte die Spitze der Abschmelz-Elektrode jedoch zur Mittellinie der Schweißnut ausgerichtet gehalten werden, um zu verhindern, daß ein Lichtbogen zwischen der ELektrodenspitze und einer der Seitenwände der Schweißnut überspringt.

Die rechteckige Wellenform des Schweißstromes kann dadurch erreicht werden, daß man eine mit konstantem Gleichstrom arbeitende Schweißvorrichtung mit vorbestimmtem Zeitintervall betätigt. Diese Schweißvorrichtung sollte einen primären und einen sekundären Stromkreis enthalten, die beide jeweils an eine elektrische Zeitsteuereinrichtung angeschlossen sind, damit Schweißstrom mit den gewünschten Zeitintervallen abgegeben werden kann. Auf diese Weise kann man den Schweißstrom mit der Grundwtllenform erzeugen, wenn man entweder den primären oder den sekundären Stromkreis für vorbestinmte Zeit-

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Intervalle öffnet. Den Schweißstrom mit P-Wellenform erhält man durch Anwendung eines auf /bestimmte Zeitintervalle eingestellten SOH-Widerständes und einen übersättigten Widerstand oder durch Überlagerung von zwei elektrischen Kraftquellen bzw. durch Überlagerung der von diesen zwei elektrischen Kraftquellen abgegebenen Energien. Den Schweißstrom mit überlagerter Hochfrequenzspannung erhält man beispielsweise, wenn man einei eine Hochfrequenzspannung erzeugenden Stromkreis an die anderen Stromkreise anschließt. Den Schweißstrom mit Grundwellenform kann man somit derart erhalten, daß eine Hochfrequenzspannung erzeugt wird, wenn der Stromkreis geöffnet ist, während die Hochfrequenz spannung unterbrochen wird,.wenn der Stromkreis geschlossen ist.

Um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gute Schweißungen zu erhalten, sollten die Lichtbogenschweißzeit und die Unterbrecherzeit, während der der Schweißlichtbogen aufhört zu arbeiten, sorgfältig auf die Schweißgeschwindigkeit während des Arbeitsvorganges abgestimmt werden.

In Tabelle 1 sind typische Bedingungen aufgeführt, unter denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wurde. Man richtete zwei Bleche aus Flußstahl mit einer Dicke von jeweils 32 mm derart zueinander aus, daß zwischen ihnen eine I-förmige Schweißnut von 8 mm Breite mit praktisch parallelen Seitenwänden verblieb. Diese beiden Bleche wurden dann mittels Überkopfschweißung unter Verwendung einer nackten Abschmelz-Drahtelektrode mit einem Durchmesser von 1,6 mm und unter Verwendung eines Schutzgases aus Ar und 15 % CO₂, das in einer Menge von 30 l/min zugeführt wurde, zusammenge schweift.

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	Schweißstrom	(V)	»	Tabelle 1	Unterbre-	Durchschnitt	Ergebnis	1
	Stromstärke Spannung	31	Schweißge-		cherzeit	liche Wärme		.Λ VJl
	(A)	30	3±Lwindigkeit	Lichtbogen	(sek)	zufuhr (kJ/cm)	gut	I
	320		( cm/min;	schweißzeit	0,5	17,8	mangelhafter
.■Ί \	300	30	25	(sek)	4,0	12,0	Einbrand
2		30	15	1,5			gut
	300	30		2,0	2,0	18,0	guf
3	300	30	15		0,8	21,6	Spritzer
4	300		15	2,0	0,2	27,0	mangelhafter
VJl	300	30	15	1 v2	4,0	14,7	Einbrand	N3 CD
.6		30	10	0,6			gut	fsJ
	300	29		1,5	2,5	20,2	gut	OO
7	300	31	10		1,0	27,0	gut	-Jr-
8	290	30	10	1,5	1,5	28,8	Löcher in der Naht	K>
9	320	30	5	1,0	1,0	19,9	Spritzer
10	300	30	25	0,6	1,5	28,2	Löcher in der Naht
11	300	30	15	5,0	1,5	27,0	Löcher in der Naht
12	300		15	5,5	2,0	34,4	gut
13	300		10	■4,5	2,0	27,0
14			10	3,5
				2,0
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Die Tabelle zeigt, daß sich bei sehr großen Unterbrecherzeiten, wie in den Beispielen 2 und 6, nur ein sehr mangelhafter oder schlechter Einbrand ergibt. Andererseits erhält man gute Schweißungen, wenn die Unterbrecherzeit verhältnismäßig kurz ist, wie die übrigen Beispiele zeigen. Der Grund hierfür wird aus Fig. 2 verständlich, die im oberen Teil eine unter unterschiedlichen Bedingungen hergestellte Schweißnaht zeigt, wobei die Schweißrichtung von links nach rechts verläuft. Dabei bedeutet A die Strecke, um die der zum Schweißen verwendete Lichtbogen während einer Zündperiode nach rechts wandert, während B den Durchmesser des Schweißkraters andeutet. C ist die Länge der Schweißnaht, die während eines Schweißintervalls erzeugt wird. Während der Lichtbogenschweißzeit erfolgt ein Übergang von Schweißmetall,und es wird eine Schweißnahteinheit in einer Länge erzeugt, die gleich der Summe der Strecke, um die die Spitze des Lichtbogens während der Zeitdauer t^ wandert, plus dem Durchmesser des erzeugten Kraters ist. Diese Schweißnahteinheit 1 wird von einer zweiten Schweißnahteinheit 2 überlappt, welche während einer Zeit t, erzeugt wird, nachdem der Schweißlichtbogen für eine Zeitdauer t₂ ausgelöscht war. Wenn der Wert t₂ klein oder die Schwei/ßgeschwindigkeit gering ist, überdeckt die Schweißnahteinheit 2 eine große Fläche der Schweißnahteinheit 1, und es ergibt sich ein guter Einbrand des ^Metalles im Grenzbereich zwischen den beiden Schweißnahteinheiten 1 und 2. Die Fotografie aus Fig. 5 zeigt die schuppenförmige Ausbildung der Oberfläche einer Schweißnaht, die nach den Beispielen 1, 5, 4, 7, 8 und 9 aus Tabelle 1 hergestellt wurde.

Wenn andererseits die Unterbrecherzeit tp groß oder die Schweißgeschwindigkeit hoch ist, wird die Fläche der Schweißnahteinheit 1, die von der Schweißnahteinheit 2 überdeckt ist, verringert, wobei der Einbrand verschlechtert wird,

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wie die Beispiele 2 und 6 aus Tabelle 1 zeigen. Es sei jedoch festgehalten, daß gemäß Beispiel 5 der folgende Lichtbogen trotz einer sehr geringen Unterbrecherzeit to bei einer erhöhten Temperatur erzeugt wurde, so daß ein deutliches Ausspritzen des geschmolzenen Metalles erfolgte.

Um das Auftreten eines mangelnden Einbrandes im Grenzbereich zwischen den einzelnen Schweißnahteinheiten zu verhindern, sollte die Schweißnahteinheit 2 so ausgebildet und angeordnet sein, daß sie etwa die halbe Fläche des Kraters 1¹ der Schweißnahteinheit 1 überdeckt, wodurch eine genügende Überdeckung oder Überlappung der Schweißnahteinheit 2 über die Schweißnahteinheit 1 erzielt wird. Die zu diesem Zweck erforderlichen Schweißbedingungen sind aus Fig. 4- zu ersehen, in welcher das Verhältnis zwischen der Unterbrecherzeit und der Schweißstrecke während eines SchweißinteValls dargestellt sind.

Fig. 4 zeigt, daß der Kraterdurchmesser einer Schweißnahteinheit etwa 14 mm betragen sollte, wenn das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, um Bleche oder Platten mit einer Drahtelektrode von 1,6 mm Durchmesser zusammenzuschweißen, zwischen denen eine I-förmige Schweißnut von 8 mm Breite vorgesehen ist. In diesem Falle sollte die Schweißgeschwindigkeit unter 7 mia/min liegen, wobei die Unterbrecherzeit aus Fig. 4 abgelesen werden kann. Auf diese Weise erhält man eine gute kontinuierliche Schweißnaht, bei welcher die Krater genügend einander überlappen bzw. von weiteren Schweißschichten überdeckt sind.

Es sei darauf hingewiesen, daß Jede Veränderung der Schweißnutenform, der Breite der Schweißnut und/oder des Durchmessers der Abschmelz-Elektrode zu einer Änderung des Durchmessers des Kraters Jeder Schweißnahteinheit führt. Geeignete Schweißzeiten können Jedoch gewöhnlich aus Tabelle 1 ent-

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nommen werden. In Jig. 2 sind die Krater jeder Schweißnahteinheit mit den Bezugszeichen 1¹ und 2¹ bezeichnet.

Es ist vorzuziehen, daß die Unterbrecherzeit, während der der Schweißlichtbogen nicht -vorhanden ist, im Bereich von 0,2 bis 3 sek liegt. Wenn die Unterbrecherzeit geringer als 0,2 sek ist, verfestigt sich der Krater jeder Schweißnahteinheit nicht befriedigend, während bei einer Unterbrecherzeit von größer als 3 sek die Überlappungsbereiche der einzelnen Schweißnahteinheiten zu stark verringert werden und die Gefahr von schlechtem Eiribrand zunimmt.

Wenn die einzelnen Schweißzeiten sehr groß sind, wird, unabhängig davon, ob das erfindungsgemäße Verfahren in Überkopfschweißung oder fLacher Schweißung angewendet wird, eine große Menge geschmolzenes Metall während jedes Schweißintervalles abgelagert, wodurch die Gefahr des Spritzens vergrößert und die Wellung oder Schuppenbildungker fertigen Naht verschlechtert wird. Um diese Nachteile zu vermeiden, sollte die Schweißzeit jedes Schweißintervalls entsprechend der Dicke jeder Schweißnahteinheit begrenzt werden. Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit zwischen der Schweißzeit und der durchschnittlichen Dicke der Schweißnahteinheit, die während einer Schweißzeit in einer 8 mm breiten I-förmigen Schweißnaht unter Verwendung einer 16 mm dicken Schweißdrahtelektrode hergestellt wurde. Wie Tabelle 1 zeigt, findet bei einer Schweißgeschwindigkeit von 15 cm/min ein Verspritzen des Schweißmetalles statt, wenn gemäß Beispiel 11 die Schweißzeit 5»5 sek beträgt. Unter diesen Bedingungen ist das Spritzen bei Schweißzeiten von 4,5 sek (siehe Beispiel 12) gering. Wenn die Schweißzeit jedoch auf 2 sek verringert wird, kann eine gute Schweißung erzielt werden. Aus Vorstehendem ist erkennbar, daß, wenn man die Schweißzeiten so einstellt, daß man eine Schweißnaht mit einer durchschnittlichen Dicke von weniger als 4 mm herstellt, eine gute Schweißnaht zu erzielen

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ist, während, wenn man die Schweißzeiten so einstellt, daß man eine Schweißnaht mit einer durchschnittlichen Dicke von mehr als 4 mm erhält, ein Verspritzen des geschmolzenen Schweißmetalles und/oder ein schlechter Einbrand auftreten können.

Die Verhältnisse aus Fig. 5 können nicht erzielt werden, wenn die Breite der Schweißnutöffnung und der Durchmesser des Elektrodendrahtes sich ändern. Trotzdem können ähnliche Verhältnisse durch die oben beschriebene Prozedur erzielt werden, wenn eine solche Änderung doch auftreten sollte.

DieSehweißzeit liegt gemäß der vorliegenden Erfindung deshalb zwischen 0,3 und 5 sek, weil bei Schweißzeiten unter 0,3 sek der hierbei hergestellte Lichtbogen instabil ist, so daß kein genügender Einbrand des geschmolzenen Schweißmetalles zu erzielen ist. Wenn die Schweißzeit andererseits langer als 5 sek ist, nimmt die Dicke jeder Schweißnahteinheit so stark zu, daß ein Verspritzen des Schweißmetalles stattfinden kann, wenn senkrecht bzw. vertikal verlaufendeSchweißnähte oder Überkopfschweißungen durchgeführt werden. Es ist hingegen möglich, die einzelnen Schweißzeiten über das angegebene Ausmaß hinaus zu verlängern, wenn praktisch flach liegende Schweißnähte hergestellt werden sollen.

Der zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Schweißdraht oder Elektrodendraht kann entweder ein nackter Abschmelz-Elektrodendraht der beim Schutzgasschweißen üblichen Art oder ein mit KLux ummantelter Abschmelz-Elektrodendraht sein. Der Durchmesser des Elektrodendrahtes sollte vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 2,4 mm liegen, was von der Stromdichte des Lichtbogens abhängt. Wenn der Durchmesser des Elektrodendrahtes geringer oder größer ist und somit nicht im angegebenen Bereich liegt, ist man nicht in der Lage eine genügend stabilisierte Schweißnaht zu erzielen.

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Um die mechanischen Eigenschaften der fertigenSchweißung zu verbessern, sollte das erfindungsgemäße Schweißverfahren unter Verwendung von Schutzgas durchgeführt werden. Es können zahlreiche üblicheSchutzgase wie, Argon, COo oder Gemische dieser Gase verwendet werden. Das für einen bestimmten Anwendungsfall vorgesehene besondere Schutzgas kann sich in Abhängigkeit von dem Material der zu verschweißenden Platten oder Bleche, der Dicke der Platten oder Bleche, der Breite der Schweißnut, dem Durchmesser der Abschmelz-Elektroden, der Art der Abschmelz-Elektrodendrähte, der Schweißstellung und anderer variabler Faktoren von Fall zu Fall ändern. Das Schutzgas wird/jedoch normalerweise von oberhalb der Schweißnut durch eineDüse des Schweißkopfes zugeführt. Wenn andererseits die miteinander zu verschweigenden Platten oder Bleche eine größere Stärke als 50 mm aufweisen, wird das Schutzgas normalerweise durch· eine Düse des Schweißkopfes zugeführt, welche normalerweise innerhalb der Schweißnut liegt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können gute Ergebnisse bezüglich Lichtbogenstabilität, Einbrand und der Ablagerungsgeschwindigkeit des Schweißmateriales erzielt werden, wenn die Stromdichte im Bereich von 100 bis 300 A/mm² liegt. Dieser Bereich der Stromdichte basiert jedoch auf einer sprühenden oder kugelförmigen Übertragung von Metalltröpfchen für den Fall, daß die Abschmelz-Elektrode einen Durchmesser im Bereich von 0,8 bis 2,4 mm aufweist. Die Stromdichte kann daher innerhalb eines wesentlich breiteren Bereiches in Abhängigkeit vom Durchmesser des Verwendeten Abschmelz-Elektrodendrahtes verändert werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung bis hierhin praktisch vollständig erläutert worden ist, sei noch auf folgende Vorteile der Erfindung hingewiesen:

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a) Eine wirkungsvolle und befriedigende Schweißung kann in jeder Schweißstellung einschließlich vertikaler, Überkopf- oder horizontaler Schweißstellungen erzieht werden. Da zum Schweißen ein Lichtbogen mit verhältnismäßig hoher Stromdichte erzeugt wird, ist die durchschnittliche Ablagerungsgeschwindigkeit des Schweißmetalles trotz der Tatsache, daß der Lichtbogen nur intermittierend zum Einsatz kommt, verhältnismäßig groß. Die Wirksamkeit bzw. der Wirkungsgrad des vorgeschlagenen Verfahrens ist in allen Schweißstellungen deshalb wenigstens so hoch wie btl bekannten Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren beim Herstellen flach liegender Schweißnähte.

b) Wenn die Lichtbogenstromdichte in einem Bereich von

2
100 bis 300 k/mm, liegt, kann eine Schweißnaht auch in vertikaler oder Überkopifcbellung hergestellt werden, ohne daß Metalltröpfchen ausspritzen, da die Herstellung der Schweißnaht durch EinstellunWder intermittierenden Schweißzeiten und der dazwischen liegenden Unterbrecherzeiten gesteuert werden kann.

c) Da der Lichtbogen ein Sprühlichtbogen oder ein Metallkügelchen enthaltender Lichtbogen hoher Stromdichte ist, erzielt man einen befriedigenden Einbrand. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine einzige Schweißnaht oder Teilschweißnaht bei jedem Durchgang bzw. jedem Schritt gebildet, so daß die Einbrandschwierigkeiten der bekannten Verfahren, bei denen eine einzige Schweißnaht mittels einerVielzahl von Schritten oder Durchgängen hergestellt wird, nicht auftreten.

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d) Durch die vorliegende Erfindung kann die Wärmezufuhr gegenüber bekannten Schweißverfahren verringert werden. Gemäß der Erfindung wird der zum Schweißen verwendete Lichtbogen nur intermittierend erzeugt, wodurch die für das gesamteVerfahren erforderliche Wärmezufuhr zwangsläufig verringert werden kann. Die pro Schweißnahtlänge erforderliche durchschnittliche Wärmezufuhr kann deshalb gegenüber bekannten Lichtbogenschweißverfahren gesenkt werden. Insgesamt gesehen, kann ganäß der Erfindung mit einem Strom hoher Dichte bei verringerte Wärmezufuhr geschw.ei-'ßt werden, so daß die Erfindung auch zum Schweißen von Stählen hoher Zugfestigkeit verwendbar ist, weil bei derartigen Stählen die Wärmezufuhr beschränkt sein muß.

e) Das Wachstum kristalliner Partikel des abgelagerten Schweißmetalles erfolgt praktisch für jede Schweißnahteinheit getrennt, so daß man die durchschnittliche Größe der kristallinen Partikel verringern kann. Da außerdem die Schweißnahteinheit bei der Herstellung der nächstfolgenden Schweißnahteinheit auf eine nahe dem Schmelzpunkt liegende Temperatur erneut erhitzt wird, besteht, die Tendenz, daß die kristallinen Partikel sehr klein werden. Somit kann man gemäß der Erfindung Schweißmetall mit sehr feiner kristalliner Partikelstruktur erhalten, wodurch die Kerbschlagfestigkeit verbessert wird. Wegen der besonderen Wärmezufuhrcharakteristik kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit guten Ergebnissen zum Schweißen hoch-eugfester Stähle in jeder beliebigen Schweißstellung angewendet werden.

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Aus all diesen Gründen ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, in befriedigender Weise dicke Plattender Bleche miteinander zu verschweißen, was mit bekannten Verfahren überhaupt oder nur sehr unvollkommen möglich ist.

Zur weiteren Erläuterung.der Erfindung dienen die nachstehenden Beispiele, wobei alle Prozent- und!eileangaben als Angaben bezüglich Gewichtsprozent oder Gewichtsteile anzusehen sind, soweit im einzelnen Falle nichts Abweichendes angegeben ist.

Beispiel I

Es wurden zwei 32 mm dicke Platten aus SM-50-Stahl über Schweißnuten gemäß Tabelle 2 bei vertikaler Anordnung oder Überkopfanordnung der Schweißnaht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verschweißt. Der Schweißstrom war in jedem "Falle ein Gleichstrom (R. P.) mit einer Stromstärke im Bereich von 260 bis 4-50 A und einer Spannung im Bereich von 27bis 38 V. Oszilloskopische Darstellungen des Schweißstromes zeigten, daß die Wellengrundform eine Schweißzeit von 1 sek und eine Unterbrecherzeit von 1/2 sek besaß. Das Schutzgas bestand aus 85 % Argon und 15 % OOp und wurde in einer Menge von 30 l/min zugeführt. Die Schweißgeschwindigkeiten bzw. die FortschieLtgeschwindigkeit des Schweißkopfes lag im Bereich von 10 bis 20 cm/min und die verwendete Elektrode bestand aus einem mit Flux beschichteten Abschmelz-Elektrodendraht (DWS-50), der zum Schweiße/n von Flußstahl verwendbar ist. Der Elektrodendraht besaß einen Durchmesser im Bereich von 1,2 bis 2,4 mm.

Gute Schweißungen wurden bei drei Versuchen (1,2 und 3) mit I-förmiger Schweißnut und drei Versuchen (5, 6 und 7) mit V-förmiger Schweißnut erzielt. Hingegen wurde ein schlech

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ter Einbrand beim Versuch Hr. 4 mit I-förmiger Schweißnut und bei den Versuchen 8 und 9 mit V-förmiger Schweißnut beobachtet.

Tabelle 2

Schweißnut Ir.	1	2	3 -	4	5	6	7	8	9
Obere Breite der Nut (mm)	4	8	15	17	8,6	13	15	17	17
Wurzelbreite der Nut (mm)	4	8	15 '	17	2	2	10	10	15
Durchmesser der nackten Ab- sehmelz-Elektrode	1,2	1	,6 2,4	2,4	1,2	1,6	2	,4 2,4	2,4
Schweißnut winkel	O	O	O	O	12	20	10	12	3

Fig. 6 zeigt die Herstellung der Schweißnähte der Versuche 2, 4, 6, 8 und 9. Das mikrofotografische Bild aus Fig. 7 ist nach einem Schnitt durch die Schweißnut gemäß Versuch Nr. 2 aufgenommen worden.

Der Grund dafür, daß beim Versuch Nr. 4 der Einbrand ungenügend bzw. mangelhaft ist, besteht darin, daß die Schweiß- ■ nut verhältnismäßig breit ist und der Lichtbogen die Seitenwände der Nut nicht anschmelzen konnte. Ber schlechte Einbrand bei dem Versuch Nr. 8 und 9 ist darauf zu/rückzuführen, daß die obere Breite jeder Schweißnut T@rhältnismäßig groß ist und daß das geschmolzene Metall sich in den oberen Teil der Seitenwände der Schweißnut nicht ausreichend einarbeiten und einschmelzen konnte.

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Wenn hingegen die Breite einer I-förmigen Schweißnut geringer als 4 mm ist, bildet sich, der Lichtbogen an einer Stelle zwischen der Elektrodenspitze und einer der Seitenwände der Schweißnut, so daß der Lichtbogen sich nicht zwischen dem Boden der Schweißnut und der Elektrodenspitze bildet, was normal wäre, so daß ein ungenügender Einbrand am Boden der Schweißnut und gegenüber der anderen Seitenwand der Schweißnut erfolgt.

Beispiel II

Es wurden zwei 32 mm dicke Platten oder Bleche aus Stahl mit I-förmigen Schweißnuten mit Abmessungen gemäß Tabelle 2 in vertikaler Stellung gemäß der vorliegenden Erfindung miteinander verschweißt. Die verwendeten Elektroden bestanden aus nacktem Abschmelz-Elektrodendraht (MGS-50), die zum Schweißen von Stahl mit einer hohen Zugfestigkeit von 50 kg/mm verwendet werden können. Der Drahtdurchmesser betrug 1,6 mm. Die iibrigenSchweißbedingungen waren dieselben, wie in Tabelle 3 angegeben.

Zu Vergleichsswecken wurden Proben unter Verwendung üblicher Sprühlichtbogen-Schweißbedingungen bei flacher Anordnung der Schweißnaht hergestellt.

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Tabelle 5■

Sehweißstrom

Sehweißge-

^ Schweiß- Unter- Durch- Zugfe- Bruchstel- Ergebnis

Btromstärke Spinmmg sehwindigkeit zeit brecher- schnitt- stig- Ie des Kerb-(A)-Gleich-(Y) (cm/min) (sein) zeit liehe keit schlag-

strom (sek) Wärmezu- der Versuches

fuhr ¥erb. _P (kg/m) ' CkJ/cm) (kg/mm )

I	300	30.	15
II	300	30	15
III	300	30	10
X?	300	29	30

1,0

1	,2	20	,0	56	,5	Werkstück	6,
0	»8	21	,6	55	,4	Werkstück	7,
1	,0	27	,0	53	$8	Werkstück	6,
	■a«	17	Λ	53	,8	Werkstück	6,

ι ro

CD tsJ OO

Aus Tabelle 3 ist zu erkennen, daß keine großen Unterschiede bezüglich der Zugfestigkeit und der Kerbschlagfestigkeit der gemäß der vorliegenden Erfindung und der gemäß bekannten Verfahren hergestellten Verbindungsstellen oder Schweißnähten festzustellen sind.

Beispiel III

Da das erfindungsgemäße Sehweißverfahren teilweise dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine verhältnismäßig geringe Wärmezufuhr verwendet, kann es auch zum Verschweißen hochzugfester Stähle verwendet werden. Tabelle 4· zeigt Ergebnisse eines Kerb schlagversuche s bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbindungen. Zu diesem Zweck wurden zwei 25 mm dicke ΗΪ-80-Stahlplatten lh senkrechter Stellung zusammengeschweißt. Der Schweißstrom war Gleichstrom (E. P.) mit einer Stromstärke von 500 A und einer Spannung von 29 V. Die Schweißnut war in jedem Falle I-fÖrmig und besaß eine Breite von 8 mm« Das verwendete Schutzgas bestand aus Argon mit 2 Vol. % Sauerstoff und wurde in einer Menge von 30 1/min zugeführt. Die Schweißzeit betrug jeweils 0,8 sek und die zwischen den einzelnen Schweißzeiten liegende Unterbrecherzeit jeweils 0,5 sek. Der Schweißkopf wurde mit einer Geschwindigkeit von 15 cm/min vorwärtsbewegt. Als Elektrode wurde ein Abschmelz-Elektrodendraht mit einem Durchmesser von 1,6 mm verwendet, der zum Schweißen von ΗΪ-80-Stahl geeignet ist (M&S-75).

Dann wurde eine Kontrollprobe bei flacher Anordnung der Schweißnaht nach einem üblichen Verfahren unter Verwendung eines Gleichstromschweißstromes (E. P.) mit einer Stromstärke von 300 A und einer Spannung von 29 V bei einer Schweißgeschwindigkeit von 20 cm/min hergestellt. Die

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Schweißnut war X-förmig mit einem. Nutwinkel von 60, und einem Verhältnis von 2 : 1. Als Schutzgas wurde Argon mit einem Zuschlag von 2VoI. % Sauerstoff in einer Zufuhrmenge von 25 l/min verwendet.

Die Wärmezufuhr betrug beim erfindungsgemäßen Verfahren bei vertikaler Anordnung der Schweißnaht 21.400 J/cm, während die Wärmezufuhr beim bekannten Schweißverfahren mit flacher Anordnung der Schweißnaht" 26.100 J/cm betragen mußte. Das bedeutet, daß die Wärmezufuhr beim erfindungsgemäßen Verfahren geringer als beim bekannten Verfahren war. Trotzdem waren die gemäß der Erfindung miteinander verschweißten ΗΥ-80-Stahlplatten befriedigend zusammengeschweißt, wobei die Kerbschlagfestigkeit noch erhöht war, wie Tabelle 4 zeigt.

Tabelle 4

Schweißstelle Durchschnitt- Zugfestig- Bruchstelle Ergebnisse des

liehe Wärmezu- keit der Kerbschi agv er suche s

fuhr (kJ/cm) Verbindung bei -50 0

(kg/mm²) (/)

Erfindungsgemäßes Überkopf-

Schweißverfahren schweißung

Übliches Schweiß- I¹IaCh-

■verf ahren schweißung

78,5 Werkstück
78,2 Werkstück

7,
6,

O I

KD CZ) K) OO

Beispiel IY

Es wurden zwei jeweils 32 mm dicke Platten aus SM-50-Stahl über eine I-förmige Schweißnut in einer Breite von 8 mm unter Anwendung eines Schweißstromes mit P-artiger Wellenform unter Anwendung der nachstehend angegebenen Schweißbedingungen miteinander verschwel—ßt. Dabei erhielt man einen jeweils ruhig und gleichmäßig zündenden Schweißlichtbogen mit verbessertem Schweißeinbrand in beide Seitenwände der Schweißnut. Gegenüber dem mit der Grundwellenform des Schweißstromes arbeitenden erfindungsgemäßen Verfahren ergab sich eine merkliche.Verringerung des Aufspritzens von Schweißmetall. Die Biegeversuche zeigten einen Widerstand bis zu 180°.

Es wurde eine Elektrode aus Abschmelz-Elektrodendraht mit einem Durchmesser von 1,6 mm benutzt, die mit einem Flux ummantelt war (DWS-50-Elektrode). Als Schutzgas benutzte man ein Gemisch aus Ar + 15 Vol. % CK^, das in einer Menge von 30 l/min zugeführt wurde. DieSchweißung wurde in fünffacher Schweißschicht unter Verwendung eines Gleichstromschweißstromes (R. P.) mit einer Stromstärke von 300 A und einer Spannung von 30 V durchgeführt. Die einzelnen Schweißzeiten betrugen jeweils 2,0 sek. Mir die Unterbrecherzeit wurde ein Leit- oder Zündschweißstrom (Gleichstrom E. P.) mit einer Stromstärke von 30 A und einer Spannung von 14 V für Zeiten vonijeweils 2,5 sek angelegt. Die Schweißgeschwindigkeit oetrug 15 cm/min.

Beispiel Y

Um die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens zu zeigen, wurde das erfindungsgemäße Verfahren mit einem

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üblichen Spruhschweißverf ahr en, das zum Schweißen einer flach liegenden Schweißnaht verwendet wurde, verglichen. Die Ergebnisse dieser Vergleiche sind in Verbindung mit einem üblichen Verfahren mit kurzem Lichtbogen bei senkrechter Schweißung in den Tabellen 5 und 6 aufgeführt.

Tabelle

	•	Verfahren mit kurzem Lichtbogen	Sprüh-Lichtbogen- verfahren
	Erfindungs gemäßes Ver fahren	MG-52 ' 1,2 mm	MGS-50 1 ,6 τη τη
Abschmelζ- ΕΙ ektrode	DVS-50 1,6 mm	150 A-19 V 17 cm/min	300 A-29 V 30 cm/min
Schweiß strom	300 A -29 V 15 cm/min	GO2	Ar + 2 % CO2
Schutzgas	Ar + 15 % GO2	vertikal	flach ·
Lage der Schweißnaht	vertikal	kontinu ierlich	kontinuierlich
Schweißzeit-,, , Unterbre- Q s „. cherzeit 'y	32 g/min	76 g/min
Ablagerung ,pro Zeitein-51 g/min heit

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	Verfahren gemäß der Erfindung	3	waren 19 Ψ& dick.	Sprüh-Li chtb ο g en- verfahren
!Tabelle 6	vertikal	23	Verfahren mit kurzem Lichtbogen	flach
Me verwendet en Platten	Fig. 8 (a)		vertikal	Fig. 8 (c)
	Querschnitt s- fläche der ? Schweißnut 152 mm	Fig. 8 (b)	247 mm*"
Schweiß- stellung	Anzahl der Durchgänge	24-0 mm2	8
Form der Schweißung	Zum Schwei ßen von 1 m benötigte Zeit *	8-	25
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einen Weit für

* gibt/das Volumen von 1 m Schweißnut, multipliziert mit 7,8 und dividiert durch die pro Zeiteinheit abgelagerte Menge, an.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß die Zeit zum Herstellen einer 1 m langen Schweißnaht beim erfindungsgemäßen Verfahren praktisch gleich groß wie beimiüblichen Sprüh-Lichtbogenverfahren und wesentlich geringer als bei bekannten Verfahren mit kurzem Lichtbogen ist. Hingegen erreicht man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch denselben Wirkungsgrad der Schweißung bei vertikaler Schweißstellung, wie mit dem bekannten Verfahren mit kurzem Lichtbogen, während eine derartige Qualität mit dem bekannten Sprüh-Lichtbogenverfahren nicht zu erzielen ist*

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Obwohl gemäß Beispiel IV die Schweißzeiten jeweils 1 sek und die Unterbreeherzeiten jeweils 0,5 sek betrugen, können durch Verlängern der einzelnen Schweißzeiten und Verringern der einzelnen Unterbrecherzeiten Werkstücke, die nicht hitzeempfindlich sind, befriedigend miteinander verschweißt werden, wobei man gleichzeitig die Menge des abgelagerten Schweißmetalles pro Zeiteinheit erhöhen kann. Dieselben Ergebnisse kann man auch erzielen, wenn man die Breite der Schweißnut verringert, wobei der Wirkungsgrad bzw. die Wirksamkeit des Schweißverfahrens noch verbessert wird.

Wie vorstehend beschrieben, betrifft die Erfindung ein Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren mit Abschmelzelektrode, wobei zueinander ausgerichtete Platten oder Bleche über eine schmale Schweißnut in jeder beliebigen Schweißstellung unter Anwendung eines intermittierend erzeugten Lichtbogens,mit einer Stromstärke von 100 bis 300 A/ma. miteinander derart verschweißt werden können, daß das geschmolzene Schweißmetall von der Elektrode in die Schweißnut durch Sprühen oder in Kiigelchenform überführt wird. Die Stromdichte kann jedoch in Abhängigkeit vom Durchmesser des verwendeten Abschmelz-Elektrodendrahtes verändert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Verschweißen dicker Platten oder Bleche über jede beliebige schmale Schweißnut durch Einstellen der Schweißzeiten und der dazwischenliegenden Unterbrecherzeiten und außerdem durch Verändern der Umgebungsbedingungen, unter denen der Schweißvorgang durchgeführt wird, angewendet werden. Somit erhält man gute Schweißungen &oher Qualität in jeder Schweißstellung mit hohem Wirkungsgrad. Somit unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren von bekannten Lichtbogenschweißverfahren bezüglich der angewendeten Verfahrensschritte und der allgemeinen Verwendbarkeit.

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Claims (8)

1. Patentansprüche :

   Elektrisches Liohtbogensohweißverfahren zum Herstellen mehrlagiger Schweißnähte unter Verwendung von Schutzgas und einer Abschmelzelektrode, wobei die aneinander zu schweißenden Kanten von zwei Platten oder Bleohen derart zu einander angeordnet werden, daß zwischen ihnen eine schmale Schweißnut mit I-förmigem, V-förmigem oder X-förmigem Querschnitt verbleibt, woraufhin unter Verwendung der Abschmelzelektrode und des Schutzgases in die Sohweißnut Sohweißmaterial abgelagert wird, d a durohgekennzeiohnet ,daß unter Verwendung eines Sohweißstromes mit reohteokigem Wellenoharakter geschweißt wird, der durch die Elektrode und die Schweißnaht derart hindurch^geleitet wird, daß in sich wiederholenden Intervallen Sohweißbögen mit einer Stromdichte von 100 bis 300 A/mm zwischen der Spitze der Abschmelzelektrode und der Sohweißnut bzw· der bereits teilweise hergestellten Schweißnaht für jeweils 0,3 bis 5 see erzeugt und diese Sohweißliohtbögen zwisohen-durch für eine Zeitdauer von jeweils 0,2 bis 3 see· ausge lösoht werden, so daß während der Schweißzeit gesohmolzene Metalltropfen oder Metalltröpfohen in die Sohweißnut übertragen werden und die Übertragung von geschmolzenem Metall während der Unterbreoherzeit unterbrochen wird·
2. 2.) Verfahren naoh Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu versohw®ißend®n Platten oder Bleche an ifrxvn aneinander zu Kanten eine Stärke von wenigstens 12 mm

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3. 3·) Verfahren naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet» daß die miteinander zu verschweißenden Platten oder Bleche derart zueinander angeordnet werden, daß zwischen ihnen eine Schweißnut alt einer Breite von 4 "bis 15 mm bei I-förmigem Querschnitt und "bei V-förmigem oder X-fÖrmigem Querschnitt mit einer Breite von O bis 15 mm an der ,engsten Stelle und von 4 bis 15 mm an der weitesten Stelle verbleibt.
4. 4·) "Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Überkopfverfahren gesohweißt wird·
5. 5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sohweißstrom und die Sohweißspannung während der Unterbrecherzeit auf Null reduziert werden.
6. 6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Unterbreoherzeit dem eine rechteckige Wellenform aufweisenden Schweißstrom eynohron eine derartige Hoohfrequenzspannung Überlagert wird, daß vor dem erneu-ten Zünden eines Sohweißliohtbogens ein Hoohfrequenzentladungslichtbogen vorhanden ist,
7. 7.) Verfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Unterbreoherzeit der Schweißstrom und die Sohweißspannung auf Werte gesenkt werden, die unter den Maximalwerten, bei denen der Schweißlichtbogen gezündet wird, liegen, so daß zwischen

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   der Spitze der Abschmelzelektrode und der in der Schweißnut befindlichen Schweißnaht ein Iieit-oder Zündlieht "bogen entsteht, der das Zünden oder erneute Einschalten des Schweißlichtbogens erleichtert, wenn Stromstärke und Spannung wieder auf den maximalen Wert zurückkehren·
8. 8.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohweißnut im Querschnitt"I-förmig ist.

   9·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohweißnut im Querschnitt V- oder X-förmig ist·

   10·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verschweißenden Platten oder Bleche aus hoohzugfestera Stahl bestehen·

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   L e e r s e i t e