DE2161220B2 - Verfahren zum doppelseitigen verdeckten Lichtbogenschweißen - Google Patents
Verfahren zum doppelseitigen verdeckten LichtbogenschweißenInfo
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Description
besitzt und der zweite Strom/;, eine Stromstärke
besitzt, die 1Ai bis Vs der Stromstärke des Stromes
I1 beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, aaß der Vorlaufelektrode (L)
Wechselstrom zugeführt wird und daß sich die Elektrodenanordnung mit einer Geschwindigkeit
von 50 bis 90 cm/min längs der S hweißfuge bewegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufelektrode (L)
Gleichstrom zugeführt wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lichtbogenspannung V1 an der Vorlaufelektrode
(L)
[(/,/40) + 15] V bis [(/,/40) + 25] V
beträgt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum doppelseitigen verdeckten Lichtbogenschweißen von Stumpfstoßverbindungen an Stahlblechen mit Stoßfugen von
rechtwinkliger Querschnittsfläche, bei welchem eine aus einer Vorlaufelektrode und einer dieser in der
Bewegungsi ichtung nachgeordneten Nachlaufelektrode bestenende Tandcm-Schweißelektrodenanordnung
relativ zu den Stahlblechen bewegt wird.
Ein derartiges Schweißverfahren ist bereits aus der deutschen Patentschrift 906 840 bekannt. Bei diesem
bekannten Verfahren zum elektrischen Schweißen eines Werkstückes mittels Mehrphasen-Wechselstrom
wird mit Hilfe von stromregulierenden Reaktanzen oder Drosselspulen, die in den Sekundärabgangsleitungen
der Schweißtransformatoren angeordnet sind, eine unsymmetrische Phasenverteilung zwischen
den Schweißströmen herbeigeführt, welche in entsprechender Zuordnung den beiden Elektroden und
dem Werkstück zugeführt werden, um die Nachlaufelektrode in Richtung des Schweißschrittes mit überwiegender
Vorlaufkomponente, bezogen auf die Schweißrichiung, in Vibrationen zu versetzen. Dabei
wird bei diesem bekannten Verfahren davon Gebrauch gemacht, daß die den Elektroden zugeführten
phasenverschobenen Wechselströme eine Schwächung bzw. Verstärkung des zwischen den Elektroden
herrschenden magnetischen Feldes hervorrufen, je nachdem, ob innerhalb von Wechselstromperioden in
den benachbarten Elektroden ein gleichgerici teter bzw. einander entgegengesetzter Stromverlauf
ίο herrscht. In beiden Fällen verschieben sich die entsprechenden
Lichtbogenentladungen jeweils in Richtung des schwächeren magnetischen Feldes, wodurch
es durch entsprechende Einstellung der Phasenverschiebung zwischen den Schweißströinen möglich ist,
die Lichtbogenentladungen derart zu regulieren, daß sie sich überwiegend gegenseitig anziehen oder abstoßen
oder daß dieselben von gleicher Größe sind. Die Stromstärken der in der vorlaufenden Elektrode,
der nachfolgenden Elektrode und in dem Werkstück auftretenden Ströme verhalten sich bei diesem bekannten
Verfahren in der vorstehend genannten Reihenfolge gewöhnlich wie 1:1,10 :1,20. Das bekannte
Verfahren gestattet das Erreichen von beachtlichen Schweißgeschwindigkeiten, die bei doppelt geschweißten
Stumpfstoßverbindungen zwischen 44 und 215 cm/min liegen.
Dieses bekannte Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als eine recht komplizierte elektrische
Einrichtung erforderlich ist, um den Phasenverschiebuugswinkel
zwischen den Strömen der vorlaufenden und der nachfolgenden Schweißelektrode einzustellen.
Ferner können mit Hilfe des bekannten Schweißverfahrens lediglich Bleche mit Stärken bis
zu 12 mm mit senkrecht zur Blechstirnfläche verlaufenden Kanten der Schweißfuge verschweißt werden,
während für größere Blechstärken an Stelle dieses vorteilhaften I-Stoßes eine Bearbeitung der Kanten
in der Weise erforderlich ist, daß die Schweißung einer V- oder X-Naht erfolgen kann. Bekanntlich
erfordern jedoch V- bzw. X-Stöße zu ihrer Vorbereitung einen größeren Aufwand an Zeit als I-Stöße,
die sich durch einfaches Brennschneiden im Paket und ohne besondere Kantengenauigkeitsanforderungen
herstellen lassen. Außerdem erfordern V- bzw. X-Nähte mehr Schweißmaterial als I-Nähte, so daß
das Schweißen von I-Nähten insgesamt bedeutend wirtschaftlicher ist als das Niederbringen von V-
und/oder X-Schweißungen.
Aas der deutschen Patentschrift 1013 810 ist
ferner ein Verfahren zur selbsttätigen Schweißung mit Mehrfach-Lichtbögen bekannt, bei welchem die
Vorschubgeschwindigkeit der ein gemeinsames Schmelzbad bildenden Elektroden in einem konstanten
Verhältnis gehalten werden, wobei diese Vor-Schubgeschwindigkeiten selbsttätig gemeinsam entsprechend
den Schwankungen der Spannung und/oder der Stromstärke des Bügens einer einzigen Steuerelektrode oder einer in Parallelschaltung gespeisten
Elektrodengruppe geregelt werden. Werden bei diesem bekannten Verfahren Speiseströme für die Elektroden
mit Stromstärken von mehr als 1000 A verwendet, so werden der vorderen Elektrode niedrigere
Stromstärken und Spannungen als der rückwärtigen Elektrode zugeführt.
Dieses bekannte Verfahren ist insofern nachteilig, als Nachlaufelektrodenströme, die größer sind als
die Vorlaufelektrodenströme, zu einer ungünstigen Schweißüberhöhung und damit zu einer nachteiligen
Vergrößerung des Berührungswinkels zwischen der gekrümmten Oberfläche der Schweißraupe und der
Eibene der zu schweißenden Bische führen, was in
ier nachfolgenden Beschreibung der Erfindung noch ausführlich erörtert wird.
Der Erfindung iiegt somit die Aufgabe zugrunde, sin Verfahren der eingangs angegebenen Cfattung zu
schäften, welches auf wirtschaftlich vorteilhafte und technisch einfache Weise das Verschweißen auch von
Blechen mit mehr als 12 mm Stärke bei ausgezeichneten Eigenschaften der Schweißnaht mit Hilfe von
I-Nähten gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während der Bewegung der Tandemanordnung
mit einer Relativgeschwindigkeit in dem bekannten Bereich von 50 bis 120 cm/min den Blechen
mit einer Stärke größer als 12 mm ein erster elektrischer Strom I1 durch die Vorlaufeiektrode und ein
zweiter elektrischer Strom/., durch die Nachlaufelektrode zugeführt wird, wobei der erste Shorn/,
eine Stromstärke zwischen 1000 und 2J00 A bei einer Lichtbogenspannung an der Vorlaufeiektrode
von [(/,/40) + 15] bis [/,/4O) 4- 35] V
besitzt und der zweite Strom /., eine Stromstärke besitzt,
die '/4 bis 4/s der Stromstärke des Stromes Z1
beträgt.
Der Erfindung liegt der Leitgedanke zugrunde, daß sich die Nachteile bekannter Schweißverfahren
der in Rede stehenden Gattung vermeiden und die Ausbildung der mittels einer Tandem-Elektrodenanordnung
zu erzeugenden Schwfißraupenform steuern läßt, wenn Stromstärke, Spannung und BewegimgsgeschwindigkHt
der Vorlaufeiektrode in zweckmäßiger Weise aufeinander abgestimmt werden. Dabei
beruht die Erfindung auf der synergistischen Wirkung von drei entscheidenden und sich ergänzenden
Faktoren, nämlich des Vorhandenseins eines geeigneten Stroms an der Vorlaufeiektrode bei recht hoher
Lichtbogenspannung, eines zweckmäßig zum Strom der Vorlaufeiektrode in Verhältnis gesetzten Stroms
hü der Nachlaufelektrode und dem Einhalten einer verhältnismäßig hohen Schweißgeschwindigkeit.
Der mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielbare technische Fortschritt liegt insbesondere darin,
daß mit seiner Hilfe das Schweißen auch dicker Bleche von 12 bis 30 mm Stärke mit Hilfe der wirtschaftlich
vorteilhaften I-Naht gestattet wird und es keiner komplizierten elektrischen Einrichtungen zur
Einwirkun£ auf die Phasenverschiebungswinkel zwischen den jeweiligen Elektrodenströmen bedarf. Ferner
gestattet das Verfahren nach der Erfindung die gezielte Ausbildung vorteilhafter Anlage- bzw. Berührungswinkel
und eine Steigerung der Qualität der niedergebrachten Schweißung, die mit den bekannten
Verfahren nicht erzielbar ist.
Bei der innerhalb des Verfahrens nach der Erfindung zu verwendenden Tandemelektrodenanordnung
ist es wichtig, daß der Vorlaufeiektrode ein hoher Strom bei verhältnismäßig hoher Spannung zugeführt
wird, während der Nachlaufelektrode ein solcher Strom zugeführt wird, der gewährleistet, daß die
Oberseite einer jeden Schweißüberhöhung abgeflacht wird. Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung
kann durch Zuführen eines verhältnismäßig hohen elektrischen Stromes über die Vorlaufeiektrode an
die rechtwinklige Schweißfuge eine tiefe Fugenfülerzielt werden. Dabei liegt an der Vorlaufeiektrode
eine verhältnismäßig hohe Lichtbogenspannung an, da dadurch eine breite Schweißnaht ohne Gefahr
einer Rißbildung erzielbar ist. Mittels der überraschend hohen Lichtbogenspannung an der Vor-
S laufelektrode wird bei dem Verfahren nach der Erfindung eine Verbreiterung der Schweißnaht erzielt,
wobei zugleich die Schweißgeschwindigkeit erhöht
werder. kann. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die von den Elektroden je Längeneinheit der rechtwink-
!igen Stoßverbindungsnaht abgeschmolzene Menge an Schweißmittel so genau zu wählen, daß Schweißüberhöhungen
von annehmbarem Ausmaß, beispielsweise mit einer Höhe von 3 bis 4 mm entstehen.
Die Nachlaufelektrode hat beim erfindungsgemäßen Schweißverfahren die Aufgabe, dem mittels der Vorlaufeiektrode geschmolzenen Metall so viel Wärme zuzuführen, daß die Abkühlung des geschmolzenen Metalls verlangsamt und dadurch gleichmäßig ausgebildete Schweißraupen erzielt werden. Weiterhin
Die Nachlaufelektrode hat beim erfindungsgemäßen Schweißverfahren die Aufgabe, dem mittels der Vorlaufeiektrode geschmolzenen Metall so viel Wärme zuzuführen, daß die Abkühlung des geschmolzenen Metalls verlangsamt und dadurch gleichmäßig ausgebildete Schweißraupen erzielt werden. Weiterhin
ao soll die Nachlaufelektrode de.; Berührungswinkel λ
zwischen der Oberfläche der miteinander zu verschweißenden Bleche und der gekrümmten Oberfläche
der Schweißraupen verkleinern.
Die Stromstärke des die Vorlaufeiektrode der
Tandemelektrodenanordnung durchfließenden Stromes /, ist erfindungsgemäß auf den Bereich zwischen
IOüO und 2000 A begrenzt, da beim doppelseitigen Schweißen von rechtwinkligen Stoßfugen an Stahlblechen
mit einer Stärke größer als 12 mm ein Vor-
3c laufelektrodenstrom von weniger als 1000 A keine
ausreichend tiefe Fugenfüllung bewirken kann, während andererseits ein 2000 A übersteigender Vorlaufelektrodenstrom
/j einen so hohen Lichtbogendruck erzeugen würde, daß durch Verspritzen des abgeschmolzenen
Schweißmittels die Schweißraupenqualität herabgesetzt wird.
Von überaus wichtiger Bedeutung ist beim erfindungsgemäßen Verfahren die Bemessung der Lichtbogenspannung
an der Vorlaufeiektrode der Tandemanordnung. Während die Lichtbogenspannung der
Vorlaufeiektrode in herkömmlichen Anordnungen zum verdeckten Lichtbogenschweißen lediglich 30 bis
40 V beträgt,, werden nach der Erfindung bei der Vorlaufeiektrode Lichtbogenspannungen
von [(/,/40) + 15] bis [(//40) + 35] V
verwendet. Bei einer Lichtbogenspannung an der Vorlaufeiektrode von weniger als
[(/,/40) + 15] V
ergibt sich eine zu schmale Schweißraupe bei zu starker Schv. eißüberhöhung von beispielsweise mehr
als 4 mm. Wie von der Anmelderin festgestellt, sind jedoch Schweißraupen mit einer Überhöhung von
4 mm unzweckmäßig, wobei zudem derartig stark überhöhte Schweißraupen leicht zur Bildung von
Unterschnitten bzw. Kerben führen. Andererseits tritt bei einer Lichtbogenspannung von mehr als
[(/,/40) + 35] V
an der Vorlaufeiektrode schnell eine Abflachung der
Fugenfüllung dn, so daß die beim Verschweißen dicker Stahlbleche erforderliche Einbringtiefe der
Schweiße nicht erreicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung zusammen mit graphisch dargestellten
Versuchsergebnissen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Schaltplan einer Schweißanordnung demelektrodenanordnung durch das Flußmittel hin-
zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, durchbewegt, beispielsweise in Richtung des in die
F i g. 2 ein Diagramm über die Abhängigkeit von Zeichnung eingezeichneten Richtungspfeils. Durch
Fugenfüllungstiefe und Lichtbogenspannung der Vor- Zuführen geeigneter Schweißströme durch die Tan-
laufelektrode bei dem Verfahren nach der Erfindung, 5 demelektrodenanordnung wird entlang der I-Fuge
F i g. 3 A und 3 B schematisch dargestellte Schnitte der beiden Bleche 1 bzw. 1' ein Schweißwulst 2 er-
durch Schweißraupen zur Erläuterung der wesent- zeugt,
liehen Merkmale der Erfindung, Das Ergebnis dieses Arbeitsschrittes ist in F i g. 2
F i g. 4 ein Diagramm über die Abhängigkeit von dargestellt, aus welcher deutlich zu entnehmen ist,
Schweißwulsthöhe und Vorlaufelektrodenspannung, io daß bei ansteigender Lichtbogenspannung an der
F i g. 5 ein Diagramm über die Abhängigkeit von Vorlaufelektrode die Dnrchschweißung allmählich
Berührungswinkel χ zwischen Schweißwillst und abnimmt und daß bei Ansteigen der Lichtbogenspan-Schweißgut-Stahlblech
und dem Verhältnis zwischen nung an der Vorlaufelektrode über den Wert von einem Vorlaufelektrodenstrom /, und einem Nach- g /4q->
+ ^5 V
laufelektrodenstrom /., und 15 '
laufelektrodenstrom /., und 15 '
F i g. 6 eine Schnittansicht eines Abschnittes der hinaus — in dieser Formel bedeutet I1 die in A aus-
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestell- gedrückte Stromstärke des Vorlaufelektrodcnstromes
ten Schweißverbindung zwischen zwei Stahlblechen. — die Füllungstiefe schnell abnimmt, während für
Bei Versuchen zur Ermittlung des in einem ver- die Lichtbogenspannung der Vorlaufelektrode ein
deckten Lichtbogen-Schweißverfahren bestehenden ao leichter Anstieg verzeichnet ist. Solange die Licht-Abhängigkeitsverhältnisses
zwischen der Fugenfül- bogenspannung an der Vorlaufelektrode höher ist als lungstiefe bzw. Durchschweißung und der Licht- ein bestimmter Mindestwert und den vorgenannten
bogenspannung an einer Vorlaufelektrode wurde eine Wert von
Tandemelektrodenanordnung verwendet, welche eine </j /^ + 351 y
Vorlauf- und eine Nachlaufelektrode aufwies. Für 25 *
den Versuch galten folgende Bedingungen: nicht übersteigt, sind die in Abhängigkeit von den
Schwankungen der Lichtbogenspannung an der Vor-
Nachlaufelektroden-Strom /, ... 600 A laufelektrode auftretenden Veränderungen in der
Lichtbogenspannung V2 an der Füllungstiefe praktisch vernachlässigbar klein. Die
Nachlaufelektrode 45 V 30 Lichtbogenspannung V1 an der Vorlaufelektrode
Schweißgeschwindigkeit 70 cm/min wird vorzugsweise im Bereich
Vorlaufelektroden-Strom I. 1000 bzw. 1500 A
Schweißverfahren doppelseitiges ver- zwischen [(Z1MO) + 15] und [(/,/40) + 25] V
decktes Licht- gewählt.
bogenschweißen 3S Gleichartige Versuche wurden bei verschiedenen
mit I-Fuge Schweißgeschwindigkeiten, das ist die Geschwindigkeit, mit welcher die Tandemelektrodenanordnung
Eine für die Versuche verwendete elektrische entlang der herzustellenden Schweißnaht bewegt
Schaltungsanordnung ist in F i g. 1 dargestellt. Zwei wird, durchgeführt. Bei einer Schweißgeschwindigkeit
Schweißtransformatoren 7"R1 und TR2 sind jeweils 40 von weniger als 50 cm/min wächst die Schweißwulst-
mit ihrer Primärwicklung je an eine Stromquelle mit breite nicht im richtigen Verhältnis mit der schnell
der Spannung F0 angeschlossen, während die Sekun- stärker werdenden Schweißüberhöhung. Es ereibt
därwicklung des Schweißtransformators TR1 über einen sich daraus, daß die Überhöhung an sich zu stark
Gleichrichter mit einer Vorlaufelektrode L verbunden wird, beispielsweise über 4 mm hinausgeht. Eine
ist. so daß an dieser eine Lichtbogenspannung V1 45 Schweißgeschwindigkeit über 120 cm/min ist zu
anliegt. Die Erfindung schreibt nicht unbedingt die schnell, ergibt unsaubere Schweißwülste und führt
Verwendung eines derartigen Gleichrichters vor, so beispielsweise zu Unterschnitten bzw. Keinen. Daher
daß eine Wechselstromquelle unmittelbar an eine ist bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Schweißvorlaufelektrode angeschlossen sein kann. doppelseitigen verdeckten Lichtbogen-Stumpfschwei-
Die Sekundärwicklung des anderen Schweißtransfor- 50 ßen die Schweißgeschwindigkeit im Bereich zwischen
mators TR, ist mit der Nachlaufelektrode T verbun- 50 und 120 cm/min zu wählen, voirzugsweise zwi-
den, an welcher damit eine Lichtbogenspannung V.2 sehen 50 und 90 cm/min.
anliegt. Beide Schweißtransformatoren TR1 bzw. TR., Es wurde festgestellt, daß die Ausbildung des
sind mit je einem beweglichen Kern MC ausgerüstet, Schweißwulstes im wesentlichen durch die Betriebsweicher
zum Verändern der Streureaktanz des Trans- 55 bedingungen der Vorlaufelektrode L bestimmt wird,
formators mittels einer (nicht gezeigten) geeigneten Mit Bezug auf F i g. 3 A ergibt sich, daß beim VerEinrichtung,
beispielsweise in Richtung der in der schweißen von zwei Blechen 1 bzw. 1' mit einer
Zeichnung angegebenen Richtungspfeile, betätigbar Dicke D in einem doppelseitigen Schweißverfahren
ist. Eine Veränderung der Streureaktanz hat eine ent- nach der Erfindung die Eindringtiefe D1 des Schweißsprechende Veränderung des durch die Elektrode L 60 wulstes 2 vorzugsweise wenigstens D/2 betragen
oder T fließenden Schweißstromes zur Folge. sollte. Es ist bekannt, daß mit größer werdendem
Entsprechend F i g. 1 sind zwei Stahlbleche 1 Schweißstrom an der Vorlaufelektrode L die Einbzw.
1' durch unmittelbares Aneinanderlegen der dringtiefe D1 an sich ebenfalls größer wird. Wie aus
rechtwinkligen Kanten der sich berührenden Bleche Fig.3A hervorgeht, bewirkt jedoch schon die Ermittels
einer Stoßfuge miteinander in Eingriff. Nach 6g höhung des Schweißstromes eine zu geringe Breite
dem Auftragen eines geeigneten Flußmittels F auf die des Schweißwulstes 2 bei übermäßig großer Höhe H1
I-Fuge wird eine aus einer Vorlaufelektrode L und der Schweißüberhöhung. Wie im vorstehenden bereits
einer Nachlaufelektrode Γ zusammengesetzte Tan- erläutert, ist sowohl eine zu geringe Breite des
Schweißwulstes 2 als auch eine zu starke Schweißüberhöhung nicht zweckmäßig.
Es wurde festgestellt, daß cie Breite des Schweißwulstes 2, wie in F i g. 3 A bzw 3 B dargestellt, durch
Vergrößern des Abstandes zwischen den Kanten der zu verschweißenden Bleche 1 bzw. Γ und der Vorlaufelektrode
L vergrößert werden kann, da durch Verändern des Abstandes beispielsweise von G1 in
F i g. 3 A auf G2 in F i g. 3 B das von der Elektrode abschmelzende Metall über einen breiteren Bereich
verteilt werden kann. Um auch bei vergrößertem bicKtiouenausianü einen einwandfreien Fluß des geschmolzenen
Metalls zu gewährleisten, muß die Lichtbogenspannung der Vorlaufelektrode L erhöht
werden. Tatsächlich muß bei vergrößertem Abstand zum Aufrechterhalten eines gegebenen Stromes durch
die Vorlaufelektrode L an dieser eine höhere Lichtbogenspannung herrschen als bei kleinerem Elektrodenabstand.
Es wurde außerdem festgestellt, daß durch Vergrößern des Abstandes zwischen der Schweißfuge
und der Vorlaufelektrode L die Dicke der Überhöhung verringert werden kann, beispielsweise von
H1 in Fig. 3A auf H2 in Fig. 3B. Diese Verringerung
der Schweißüberhöhurig ergibt sich als natürliche Folge der vorbeschriebenen Verbreiterung des
.Schweißwulstes 2.
In Fig. 4 ist die Dicke der Schweißüberhöhung
in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung dargestellt. Mit zunehmendem Abstand zwischen
Schweißfuge und Elektrode wächst auch die Lichtbogenspannung, vorausgesetzt, daß der der Elektrode
zugeführte Strom und die Schweißgeschwindigkeit konstant gehalten werden. Demzufolge nimmt die
Dicke der Überhöhung mit größer werdender Lichtbogenspannung ab.
Durch zweckmäßige Kombination der Lichtbogenspannung an der Vorlaufelektrode mit der Schweißgeschwindigkeit
der Tandemelektrodenanordnung und des Nachlaufelektrodenstromes kann die der Erfindung zugrunde liegende synergistische Wirkung
in zweckentsprechenderWeise erzielt werden.
Aufgabe der Nachlaufelektrode ist es, das mittels der Vorlaufelektrode abgeschmolzene Metall erneut
zu erhitzen und somit seine Abkühlung zu verlangsamen. Bei zweckmäßiger Wahl des die Nachlaufelektrode
durchfließenden Stromes können daher gleichmäßige Schweißwülste ausgebildet und gleichzeitig
ein einwandfreier Anlage- bzw. Berührungi.-winkel α erzielt werden, unter welchem, wie in F i g. 6
gezeigt, der zwischen der gekrümmten Oberfläche des Schweißwulstes 2 und der Ebene des Bleches 1
an der Basis des Schweißwulstes 2 eingeschlossene Flächenwinkel zu verstehen ist. Genauer ausgedrückt,
der Berührungswinkel α wird bestimmt und eingeschlossen von der Planarfläche des Bleches 1 und
einer an der Schnittlinie der Schweißwulstoberfläche mit der Blechoberfläche an die Oberfläche dc^
Schweißwulstes angelegten Tangentialebene und schließt den oberen Bereich der Schweißwulst 2 ein.
Ein kleiner Berührungswinkel λ verringert die Gefahr der Unterschnittbildung und verbessert die Qualität
der Schweißwulst 2.
Es wurde festgestellt, daß ein sehr kleiner Berührungswinkel ,i erzielt werden kann, wenn der die
Nachlaufelektrode durchfließende Strom /., mit ein Viertel bis vier Fünftel des VorlaufelektroderK
Stroms I1 gewählt wird, also /2 = 1U bis 4Zs /,.
Die Nachlaufelektrodenspannung V, wird beispielsweise durch Versuche, bei welchen die übrigen
Bedingungen hinsichtlich Vorlaufelektrodenspannung V1, Vorlaufelek'-.odenstrom I1 und Nachlaufelektrodenstrom
I2 erfüllt sein müssen, und in der Weise bestimmt, daß eine zufriedenstellende Schweißraupenform
erzielt wird.
Zur Bestimmung der Abhängigkeit zwischen dem Berührungswinkel <* und dem verhältnis /.,//, wurden
eine Reihe von Versuchen durchgeführt, deren Ergebnisse im Diagramm der F i g. 5 dargestellt sind.
Darin sind an der mit kreisförmigen Markierungen (O) gekennzeichneten Kurve die Ergebnisse aufgetragen,
welche mit einem Vorlaufelektrock-iistrom
,5 Z1 = 1200 A, einer Lichtbogenspannung an der Vorlaufelektrode
V1 — 55 V und einer Schweißgeschwindigkeit
S = 70 cm/min erzielt wurden, während an der mit (X) gekennzeichneten Kurve abgelesen werden
kann, welche Ergebnisse sich bei einem Vorlauiao
elektrodenstrom I1 — KK)OA, einer Lichtbogenspannung
an der Vorlaufelektrode Vx = 65 V und einer Schweißgeschwindigkeit 5' = 50 cm/min ergaben.
Aus dem Diagramm der F i g. 5 kann entnommen werden, daß der Berührungswinkel \ sehr klein ist,
a5 wenn das Verhältnis /.,//, im Bereich zwischen V4
und 1Z5 liegt, während bei einer Veränderung des
Verhältnisses /.,//, nach oben oder nach unten aus dem genannten Bereich V4 bis 4/5 heraus der Berührungswinkel
a größer wird. Genauer ausgedrückt, ist der Nachlaufelektrodenstrom I2 kleiner als ein Viertel
des Vorlaufelektrodenstroms /,, so ist die durch dta Nachlaufelektrodenstrom /., bewirkte Wiedererhitzung
unzureichend, so daß die mit einem derart niedrigen I2 erzielten Schweißwülste den Schweißen
ähnlich werden, die mit nur einer Elektrode, d. h. allein mit der Voriaufelektrode, erzielbar sind. Ein
solcher, verhältnismäßig niedriger Nachlajfelektrodenstrom
/., führt daher zu einer unregelmäßigen Ausbildung der Schweißraupe und zu einem großen
Berührungswinkel λ, wodurch sich eine erhöhte Gelahr
der Unterschnittbildung ergibt. Wird andererseits der Nachlaufelektrodenstrom L1 größer als 4/5 /,
gewählt, so wird die Wärmezufuhr übermäßig groß, ohne daß gleichzeitig auch die Schweißwulstbreite
wächst, so daß die auf eine Längeneinheit des Schweißwulstes abgeschmolzene Menge Metall zuviel
wird. Es ergibt sich eine Verdickung der Schweißü^erhö'ring
und damit ein großer Berührungswinkel <x. Em ausgezeichnetes Aussehen und eine gleichmäßigere
Form des Schweißwulstes ist insbesondere dann erzielbar, wenn der Nachlaufelektrodenstrom /,
zwei Fünftel bis drei Fünftel des Vorlaufelektrodenstromes /. ausmacht.
Im erfindungsgemäßen Schweißverfahren könner als elektrische Stromquelle für die Vorlauf- bzw
Nachlaufelektrode eine Wechselstromquelle, ein«
Gleichstromquelle mit positiver oder negativer PoIa
rität oder miteinander kombinierte Wechsel- um Gleichstromquellen vorgesehen sein.
So Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, dal
beim Verschweißen zweier metallischer Bleche ar beiden Seiten und bei Verwendung einer rechtwink
ligen Sc.nveißfuge für beide Blechseiten eine be
stimmte .Schweißgeschwindigkeit benuai werder
kann. Beim herkömmlichen verdeckten Lichtbogen
schweißen müssen zum Beschweißen voneinander°ab
gewandter Blechseiten zwei verschiedene Schweiß geschwindigkeiten benutzt werden, wobei für das Be
10
stimmen des Verhältnisses zwischen den für entgegengesetzte
Blechseiten anzuwendenden Schwe'ßgcschwindipketlen
beträchtliche Erfahrung und Geschick erforderlich sind. Durch Entbehrlichmachen
darin spezialisierter Arbeitskräfte liefert die Erfindung einen großen Beitrag zur Technik des verdeckten
Lichtbogenschweißens.
Das erfindungsgemäße Schweißverfahren wird an Hand der folgenden Ausfülirungsbeispiele näher erläutert.
Zwei Stahlbleche mit einer Zugfestigkeit von 50 kp/mm-' und der in Tabelle 1 gegebenen chemischen
Zusammensetzung, welche der japanischen Industrienorm JlSG 3106 entspricht, sowie mit einer
Dicke von 18 mm wurden mittels einer rechtwinkligen Stoßfuge unmittelbar aneinander, d. h. mit einem
Abstand von 0 mm voneinander, angeordnet und durch verdecktes Lichtbogenschweißen unter Verwendung
einer Drahtelektrode von 4,8 mm Durchmesser und niedrigem Mangangehalt mit einem Flußmittel-Zusatz,
welcher hauptsächlich aus Oxiden des Aluniiniums, Magnesiums und Siliciums sowie Kalkstein
bestand, miteinander verschweißt. Die elektrische Energiezufuhr erfolgte bei der Vorlaufelektrode mittels
einer Gleichstromquelle negativer Polarilät. bei der Nachlaufelektrode mittels einer Wechselstromquelle
(vgl. Fig. 1).
Tabelle 1 | Anteil in °/o .... | Kohlenstoff | Silicium | Mangan | Phosphor | Schwefel | Eisen |
0,18 | 0.39 | 1,45 | 0,020 | 0,023 | Rest |
Sowohl die erste als auch die zweite Seite der Schlagfestigkeit des Schweißmetalls bei Prüfung mit
Stahlbleche wurde unter denselben Schweißbedingun- as dem Charpyschen Pendelhammer E0 = 6,2 kpin. In
gen bearbeitet, nämlich: einem Druckbiegeversuch wurde festgestellt, daß die
Vorlaufelektrodenspannung 50 V Schweißnaht eine hohe Duktilität aufwies und auch
Vorlaufelektrodenstrom .. 1250 A be' einer °urcllbie8u"|..von, 18° Grad frei von R:!V
Nachlaufelektrodenspannung 45 V blldunS und anderen Mangeln war.
Nachlaufelektrodenstrom 500 A
Abstand der beiden Elektroden von- Beispiel 2
einander 30 mm
Schweißgeschwindigkeit 100 cm/min -,.-,„, ,, ,-,.., . ·.·
B 6 Zwei Fluß- bzw. Schmiedeeisenbleche mit der in
Es wurde eine zufriedenstellende Füllungstiefe 35 Tabelle 2 gegebenen chemischen Zusammensetzung,
erreicht, bei einer Schweißwulst von 20 bis 23 mm welche der japanischen Indusiiienorm JIS G 3101
Breite und 2,8 bfc 3,0 mm Höhe. Der Bcrührungs- entspricht, wurden mittels einer rechtwinkligen
winkel α der Schweißüberhöhung betrug 49 bis Schweißfuge im Abstand von 0 bis 3 mm voneinan-51
Grad, ein in hohem Maße zufriedenstellender der angeordnet und durch verdecktes Lichtbogen-Wert.
Eine Prüfung der Schweißnaht mittels Rönt- 40 schweißen unter Verwendung einer Drahtelektrode
genstrahlen ergab das Fehlen jeglicher Mängel, die von niedrigem Mangangehalt mit einer Flußmittel-Naht
besaß ausreichende Füllungsiiefe und war frei umhüllung in ähnlicher Zusammensetzung wie im
von Schweißrissen, Schlackeneinschlüssen und Lun- Beispiel 1, jedoch mit höherem Siliciumanteil, mitkerstellen.
einander verschweißt. Der Durchmesser der Vorlauf-
Die Schweißnaht wurde sodann einer Anzahl Prü- 45 elektrode betrug 6,4 mm, der der Nachlaufelektrode
fungen unterzogen und zeigte ausgezeichnete mecha- 4,8 mm. Die elektrische Energiezufuhr erfolgte bei
nische Eigenschaften: Zugfestigkeit 55 kp/mm2 und beiden Elektroden mittels einer Wechselstromquelle.
Kohlenstoff | Silicium | Mangan. | Phosphor | Schwefel | Eisen | |
Anteil in0/« | 0,19 | Spuren | 0,94 | 0,008 | 0,0032 | Rest |
Die erste und zweite Seite der Stahlbleche wurden unter den folgenden Schweißbedingungen bearbeitet:
Erste Seite (Rückseite)
Vorlaufelektrodenspannung 65 V
Vorlaufelektrodenstrom 1600 A
Nachlaufelektrodenspannung 50 V
Nachlaufelektrodenstrom 600 A
Abstand der beiden Elektroden voneinander 60 mm
Schweißgeschwindigkeit 60 cm/min
Zweite Seite (Vorderseite)
Vorlaufelektrodenspannung 67 V
60 Vorlaufelektrodenstrom 1700 A
Nachlaufelektrodenspannung 50 V
Nachlaufelektrodenstrom 600 A
Abstand der beiden Elektroden voneinander 60 mm
65 Schweißgeschwindigkeit 60 cm/rnii
Es wurden zniriedenstellende Schweißwülste ei
zielt, mit einer Schweißerhöhung von 35 bis 37 mi
Breite and einer Höhe von 3.4 bis 3,7 mm. Der Berührungswinkel
χ der Schweißüberhthung betrug 48 bis 53'Grad, ein in hohem Maße zufriedenstellender
Wert.
Die Füllungstiefe betrug 16 mm von beiden Seiten aus, wobei am inneren Ende der von den beiden
entgegengesetzten Seiten ausgehenden Füllungen eine Überlappung von etwa 4 mm bestand.
Die Schweißnaht wurde sodann einer Anzahl Prüfungen unterzogen und zeigte ausgezeichnete mechanische
Eigenschaften: Zugfestigkeit 48 kp/rnnV- und Schlagfestigkeit des Schweißmetalls bei Prüfung mit
dem Charpyschen Pendelhammer in der Umgebung
der Oberfläche des Nahtkopfes E0=8,6kpm, irr
Mittelbereich En = 9,2 kpm. In cintm Druckbiegeversuch
wurde festgestellt, daß die Schweißnaht eine hohe Duktilita't aufwies um1 auch bei Durchbiegung
frei von Rißbildung und anderen Mängeln war. Eine Prüfung der Schweißnaht mittels Röntgenstrahier
ergab das Fehlen jeglicher Mangel; die Naht besafj ausreichende Füllungstiefe und war frei von Schweißrissen,
Schlackeneinschlüssen und Lunkerstellen,
ίο Die Erfindung schafft also ein Schweißverfahren mittels dessen auch an verhältnismäßig dicken Stahlblechen einwandfreie Schweißverbindungen hergestellt werden können.
ίο Die Erfindung schafft also ein Schweißverfahren mittels dessen auch an verhältnismäßig dicken Stahlblechen einwandfreie Schweißverbindungen hergestellt werden können.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zum doppelseitigen verdeckten Lichtbogenschweißen von Stumpfstoßverbindungen
an Stahlblechen mit Stoßfugen von rechtwinkliger Querschnittsflächt, bei welchem eine
aus einer Vorlaufelektrode und einer dieser in der Bewegungsrichtung nachgeordneten Nachlaufelektrode
bestehende Tandem-Schweißelektrodenanordnung relativ zu den Stahlblechen bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
während der Bewegung der Tandemanordnung (L, T) mit einer Relativgeschwindigkeit in dem
bekannten Bereich von 50 bis 120 cm/min den Blechen (1,1') mit einer Stärke größer als 12 mm
ein erster elektrischer Strom Z1 durch die Vorlaufelektrode
(L) und ein zweiter elektrischer Strom I2 durch die Nachlaufelektrode (T) zugeführt
wird, wobei der erste Strom Z1 eine Stromstärke
zwischen 1000 und 2000 A bei einer Lichtbogenspannung an der Vorlaufelektrode
von [(/,/40) + 15] bis [(/,/40) + 35] V
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |