DE2146406A1

DE2146406A1 - Verfahren zum unterpulver-verbindungsschweissen grosser querschnitte an werkstuecken aus stahl

Info

Publication number: DE2146406A1
Application number: DE19712146406
Authority: DE
Inventors: Marjan Dipl Ing Mursic
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1971-09-16
Filing date: 1971-09-16
Publication date: 1973-03-22
Also published as: IT965339B; GB1400051A; FR2153019B1; FR2153019A1; ES406188A1; JPS4838254A; NL7211937A; DE2146406B2

Description

LiNDE AKTIENGESELLSCHAFT

(T 035) T 71/79

15. 9. 1971 Sm/kr

Verfahren zum UnterDulver-Verbindungsschweißen «roßer Querschnitte an Werkstücken aus Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterpulver-Verbindungsschweißen großer Querschnitte an Werkstücken aus Stahl mit drei

U hintereinander angeordneten, kontinuierlich vorgeschobenen und in

¹ Lichtbögen abschmelzenden Elektroden, von denen die erste zusammen mit dem Werkstück an einer Gleichstromquelle liegt und die zweite und dritte an Wechselstromquellen liegen.

Die bekannten Schweißverfahren dieser Art, d.h. Verfahren, die mit Hilfe von Vorrichtungen durchgeführt werden, bei denen drei abschmelzende Elektroden durch ausgewählte und miteinander in bestimmten Beziehungen stehende Stromquellen versorgt

!(werden (DT-AS 1 615 466).dienen in erster LLnie dazu, die Schweiß-

ü ·

309812/0555

LtNDEAKTlENGESELLSCHAFT

geschwindigkeit gegenüber anderen Unterpulverschweißverfahren, insbesondere gegenüber dem Tandemsohweißen, zu erhöhen. Hierbei wird durch die richtige Wahl der Stromquellenarten und deren Beziehungen untereinander erreicht, daß sich die Lichtbogen miteinander nicht oder nur in günstigem Sinne beeinflussen.

Es hat sich gezeigt, daß diese bekannten Verfahren nicht in jedem Falle die erwarteten Erfolge bringen. Insbesondere beim Schweißen von gegen Wärmeeinwirkungen empfindlichen hochfesten und vergüteten Stählen, insbesondere Peinkornstählen, wie sie im Schiffsbau, Behälterbau oder bei der Rohrherstellung verwendet werden, treten durch die große Wärmeeinbringung bei hohen Schweißgeschwindigkeiten leicht Qualitätseinbüßen der Schweißnaht auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Schweißverfahren so zu verbessern, daß die Schweißgeschwindigkeit ohne wesentliche Zunahme der Wärmeeinbringung gesteigert werden kann und insbesondere auch wärmeempfindliche Stähle mit hoher Geschwindigkeit geschweißt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in das Schmelzbad im Bereich des Lichtbogens der mittleren Elektrode zwei weitere, ohne Bildung von Lichtbögen abschmelzende Elektroden kontinuie: lieh eingeführt werden, welche zusammen mit dem Werkstück und einer Gleichstromquelle in Reihe geschaltet sind und mit dem Schmelzbad in dauernder Kurzschlußberührung stehen.

3098 12/0555

BAD ORIGINAL. LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

Die beiden ohne Lichtbögen im Schmelzbad abschmelzenden Elektroden werden beim erfindungsgemäßen Verfahren einerseits durch Widerstandserwärmung mit Hilfe einer zusätzlichen Stromquelle und andererseits durch die Wärme des mittleren Lichtbogens abgeschmolzen. Um diese Verfahrensführung zu erreichen, müssen die Sehweißbedingungen für die beiden zusätzlichen Elektroden so gewählt werden, daß diese stets in KurzschlußberUhrung mit dem Schmelzbad stehen, oder - anders ausgedrückt - bei diesen beiden Elektroden muß die Ausbildung von Lichtbogen verhindert werden. Es ist bekannt, daß dies durch eine entsprechend niedere Leerlaufspannung der Stromquelle und durch ein verhältnismäßig langes freies Elektrodenende erreicht werden kann. Um jedoch auch für die Stromerzeugung der beiden ohne Lichtbögen abschmelzenden Elektroden eine konventionelle Stromquelle benutzen zu können, werden beim erfindungsgemäßen Verfahren diese beiden Elektroden zusammen mit der ihnen zugeordneten Stromquelle und dem Werkstück in Reihe geschaltet, wodurch an jeder Elektrode jeweils nur etwa die Hälfte der Ausgangsspannung der Stromquelle liegt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch mit zwei getrennten Spezial-Gleichstromquellen mit entsprechend niedriger Leerlaufspannung für die beiden ohne Lichtbögen abschmelzenden Elektroden, wobei diese entgegengesetzt gepolt sind, durchgeführt werden kann.

Der wesentlichste Vorteil des erfindungsgemäßen Ver- ; falirens ist darin zu sehen, daß bei einer nur geringfügigen

21Ά6Α06

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT ^¥ -4-

Steigerung der Wärmeeinbringung gegenüber den bekannten Dreielektroden-Verfahren bereits eine Steigerung der Materialablagerung von über 60 % erreicht werden kann. Dies bedeutet umgekehrt, daß bei gleicher Materialablagerung eine erheblich geringere Wärmeeinbringung gegenüber den bekannten Verfahren erforderlich ist. Als Folge dieses Vorteils wird es möglich, mit dem erfindungsbemäßen Verfahren auch hochwärmeempfindliehe Stähle mit großer Sehweißgeschwindigkeit zu schweißen.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren die zweite und dritte der in Liohtbögen abschmelzenden Elektroden an den Ausgängen von zwei in Scott-Schaltung an einem Dreiphasennetz liegenden Transformatoren angeschlossen sind. Es ist weiterhin günstig, wenn sämtliche Elektroden in einer Reihe hintereinander geführt werden, wobei die beiden ohne Lichtbögen abschmelzenden Elektroden entweder auf beiden Seiten der mittleren der in Lichtbögen abschmelzenden Elektroden oder beide vor dieser geführt werden.

Ganz allgemein ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren die Aufgabe der ersten Elektrode (mit Lichtbogen), die Herstellung eines Schmelzbades unter Ausbildung der gewünschten Einbrandform herzustellen. Die Gruppe der in der Mitte folgenden drei Elektroden (eine mit Lichtbogen, zwei ohne Lichtbogen) dient hauptsächlich der Materialablagerung bei geringer Wärmeeinbringung, d.h. ohne wesentliche Beeinflussung des von der ersten

309812/0566

BAD

LlNDEAKTlENGESELLSCHAFf

Elektrode bestimmten Einbrandes. Die letzte Elektrode (mit Lichtbogen) hat die Nahtformung und Nahtbreitung zur Aufgabe.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Abstände der ersten und dritten in Lichtbögen abschmelzenden Elektroden von der mittleren in einem Lichtbogen abschmelzenden Elektrode - und damit auch von den beiden ohne Lichtbögen abschmelzenden Elektroden - so groß gehalten werden, daß keine nennenswerten gegenseitigen magnetischen Störungen auftreten. Der durch die beiden ohne Lichtbögen abschmelzenden Elektroden fließende Strom erzeugt kein wesentliches resultierendes Magnetfeld, da diese beiden Elektroden durch die Reihenschaltung einander entgegengesetzt gepolt sind.

Wie bereits erwähnt, ist es erforderlich, daß die beiden ohne Lichtbögen abschmelzenden Elektroden eine relativ große freie Elektrodenlänge aufweisen, da nur dann eine genügend große Widerstandserwärmung auftreten kann. Die große freie Elektrodenlänge hat jedoch das Problem der exakten Führung dieser Elektro-

!
den zur Folge, da diese in einem genau definierten Bereich des Schmelzbades eintauchen sollen. Dieses Problem wird bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, daß die Kontaktrohre, durch die diese Elektroden geführt werden, eine Verlängerung aus hitzebeständigem elektrisch nicht leitendem Werkstoff aufweisen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen

309612/0555
BAD

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

Verfahrens werden anhand der Figur beschrieben, in der schema-

tisch ein Ausführungsbe!spiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist.

In der Figur sind mit den Ziffern 1, 2, 3 drei abschmelzende Elektroden bezeichnet, die in Schweißrichtung k hintereinander angeordnet sind und unter Bildung von Lichtbögen über dem Werkstück 5 abgeschmolzen werden. Hierbei bildet sich ein Schmelzbad 6 aus, das nach Erstarrung eine Schweißraupe 7 ergibt (siehe Querschnittsskizze). Die abschmelzenden Elektroden werden von Drahtspulen 8, 9* 10 abgezogen und durch Kontaktrohre 11, 12, 13 geführt. Die beiden ersten Elektroden 1, 2 werden im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks 5 geführt, während die dritte Elektrode 3 gegenüber der Werkstückoberfläche einen Winkel von etwa 70 ° einschließt.

Die in Schweißrichtung 4 gesehen erste Elektrode 1 liegt am positiven Pol einer Gleichst romquelle l4, während die zweite Elektrode 2 und die dritte Elektrode 3 an den Ausgängen von zwei in Scott-Schaltung an einem Dreiphasennetz 15 liegenden Transformatoren 16, 17 angeschlossen sind.

Erfindungsgemäß werden im Bereich des Lichtbogens der zweiten Elektrode 2 zwei weitere abschmelzende Elektroden l8, 19 in das Schmelzbad eingeführt, wobei jedoch dia Schweißbedingungen der Elektroden 18, 19 so gewählt werden, daß sich keine Lichtbögen ausbilden können. Die Elektroden l8, 19 stehen dem-

3Ü9812/0S5.S, BAD ORIGINAL

2U6A06

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

nach in dauernder Kurzschlußberührung mit dem Schmelzbad 6 und werden teils durch Widerstandswärme, teils durch die vom Lichtbogen der Elektrode 2 erzeugte Wärme abgeschmolzen.

Die ohne Lichtbögen abschmelzenden Elektroden 18, 19 werden von Drahtspulen 20, 21 abgezogen und durch Kontaktrohre 22, 23 geführt. Beide Elektroden l8, 19 liegen an der Gleichstromquelle 24, und zwar derart, daß die Gleichstromquelle 24, die Elektrode l3, das Schmelzbad 6 und die Elektrode 19 zusamnren einen geschlossenen Stromkreis bilden. Hierdurch wird erreicht, daß einerseits an jeder der beiden Elektroden l8, 19 nur die Hälfte der Ausgangsspannung der Gleichstromquelle 24 liegt, wodurch auch mit einer konventionellen Gleichstromquelle 24 die zur Vermeidung von Lichtbögen niedrige Spannung an den Elektroden l8, 19 eingehalten werden kann, und andererseits sich die magnetischen Felder der Elektroden l8, 19 durch umgekehrte Polarität im wesentlichen aufheben, wodurch eine Störung des Lichtbogens der Elek-

freigü trode 2 vermieden wird. Um die erf order! ichen großeiiYElektrodenlängen zu erreichen und gleichzeitig eine ausreichende ElektrodenfUhrung zu gewahrleisten, besitzen die Kontakt rohre 22, 2J> an ihren dem Sclimelzbad 6 zugekehrten Seiten Führungselemente 25, aus Keramik.

Beim Einsatz der in der Figur dargestellten Anordnung werden die einzelnen Elektroden mit Vorteil so über das Werkstück 5 geführt, daß der Abstand zwischen der Elektrode 1 und der Elek-

2H6406

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

trode 2 zwischen 25 und 30 nun und derjenige zwischen der Elektrode 2 und der Elektrode 3 zwischen 12 und 16 mm liegt. Die beiden ohne Lichtbögen abschmelzenden Elektroden l8 und 19 sind an der Oberfläche des Schmelzbades 6 von der Elektrode 2 etwa 5 mm entfernt. Die Elektrode 1 hat die Aufgabe, das Material aufzuschmelzen und die gewünschte Einbrandform herzustellen. Die Gruppe der mittleren Elektroden 2, l8, 19 dient hauptsächlich der Materialablagerung, wobei durch die geschilderten günstigen magnetischen Verhältnisse der Einbrand (im Gegensatz etwa zu einer Kaltdrahtzugabe) gesichert bleibt. Die letzte Elektrode 3 hat die Aufgabe der Nahtformung und, durch ihre Neigung, der Nahtbreitung.

Die in der Figur dargestellte Anordnung hat sich hervorragend beim Schweißen von großen Querschnitten an Werkstücken aus hochfesten und vergüteten Stählen bewährt. In einem spezieller Anwendungsfa31, bei dem zwei Platten von ca. 30 mm Dicke aus einem Feinkornstahl für den Schiffsbau miteinander verschweißt wurden (V-Naht, 15 mm tief, 60 ° öffnungswinkel, 10 % Nahtüberhöhung) besaßen die Elektroden 1, 2, 3 einen Durchmesser von 5 mm und die Elektroden 18, 19 einen Durchmesser von 2,4 mm. Die Elektrode 1 lag an 32 V Gleichstrom und führte 900 A. Die Elektrode 2 führte 750 A bei 30 V und die Elektrode 3 führte 650 A bei 32 V. Durch die beiden ohne Lichtbögen abschmelzenden Elektroden l8, 19, deren freie Elektrodenlänge 100 mm betrug, floß ein GIeich-

3U9812/QSSS

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

3 „*_

strom von J>kO A, wobei die Aus gangs spannung der Gleichstromquelle 24 etwa 20 V betrug. Mit dieser Anordnung wurden durch die Elektroden 1, 2, 5 zusammen 31,5 kg/h und durch die Elektroden 18, 19 zusammen 20 kg/h, insgesamt also 51*5 kg/h Material bei einer Schweißgeschwindigkeit von 74 cm/min abgeschmolzen. (Zum Vergleich sei bemerkt, daß zur Herstellung der gleichen Schweißnaht nach einem konventionellen Dreielektroden-Verfahren eine Schweißgeschwindigkeit von maximal 46 cm/min erreicht werden kann.) Unter Zugrundelegung der genannten Daten ergab sich eine Wärmeeinbringung durch die Elektroden 1, 2, J> von 62 000 Joule/cm und durch die Elektroden l8, 19 eine solche von 6 100 Joule/cm. Dies bedeutet, daß bei einer Zunahme der Abschmelzleistung von etwa 63 % lediglich eine etwa um 10 % höhere Wärmeeinbringung notwendig war. In diesem letzteren Umstand ist der Hauptvorteil des ' erfindungsgemäßen Verfahrens beim Schweißen an wärmeempfindlichen Stählen zu sehen.

6 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnungen

309812/0555

Claims

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

(T 035) & T 71/79

15. 9. 1971 Sm/kr

P at en t ans prü ο he

Verfahren zum Unterpulver-Verbindungsschweißen großer Querschnitte von Werkstücken aus Stahl mit drei hintereinander angeordneten, kontinuierlich vorgeschobenen und in Lichtbögen abschmelzenden Elektroden, von denen die erste zusammen mit dem Werkstück an einer Gleichstromquelle liegt und die zweite und dritte an Wechselstromquellen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß in das Schmelzbad (6) im Bereich des Lichtbogens der mittleren Elektrode (2) zwei weitere, ohne Bildung von Lichtböhen abschmelzende Elektroden (l8, 19) kontinuierlich eingeführt werden, welche zusammen mit dem Werkstück (5) und einer Gleichstromquelle (24) in Reihe geschaltet sind und mit dem Schmelzbad (6) in dauernder Kurzschlußberührung stehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte der in Lichtbogen abschmelzenden Elektroden (2, 3) an die Sekundärleiter von zwei in Scott-Schaltung an einem Dreiphasennetz (15) liegenden Transformatoren {l6, 17) angeschlossen sind.
3 0981 2/05SS-^:

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

J>. Verfahren naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Elektroden in einer Reihe hintereinander geführt werden, wobei die beiden ohne Lichtbögen abschmelzenden Elektroden (18, 19) vor und hinter der mittleren in einem Lichtbogen abschmelzenden Elektrode (2), dicht außerhalb von diesem Lichtbogen, in das Schmelzbad (6) eingeführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Elektroden in einer Reihe hintereinandergeführt werden, wobei die beiden ohne Lichtbogen abschmelzenden Elektroden (l8, 19) in Schweißrichtung (4) vor der mittleren in einem Lichtbogen abschmelzenden Elektrode (2), dicht außerhalb von diesem Lichtbogen, in das Schmelzbad (6) eingeführt werden.
5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der ersten (l) und dritten (3) der in Lichtbogen abschmelzenden Elektroden von der mittleren (2) in einem Lichtbogen abschmelzenden Elektrode so groß gehalten werden, daß keine wesentlichen gegenseitigen magnetischen Störungen der Lichtbögen auftreten.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ohne Lichtbogen abschmelzenden Elektroden (l8, 19) durch Kontaktrohre (22, 23) geführt werden, die an ihrem, dem Schweißbad (6) zugekehrten Ende, Führungselemente (25, 26) aus einem hitzebeständigen, elektrisch nichtleitenden Werkstoff aufweisen.

^: 3U9812/06SS

Leerseite