DE2218571C2 - Verfahren zum Lichtbogenschweißen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen zum Erzeugen einer Schweißraupe in einer Nut und/oder Kehle der Schweißwerkstücke mittels einer Bandelektrode, die beim Schweißen in Längsrichtung der Schweißnaht bewegt wird, wobei ein von 90° abweichender Winkel zwischen der breiten Richtung der Bandelektrode und der Längsrichtung der Schweißnaht eingestellt wird.

Vorbekannte Verfahren dieser Art weisen Vorteile gegenüber solchen Verfahren auf, bei denen die Elektrode einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, das heißt entweder ein Draht oder eine Stange ist. So ist eine weniger genaue Kantenvorbereitung erforderlich; es können auch V-förmige oder verhältnismäßig schmale Nuten besser mit einer Schweißnaht versehen werden.

Dabei ist es bekannt, verschiedene Stellungen bzw.

Winkel zwischen der breiten Richtung der Bandelektrode und der Längsrichtung der Schweißnaht vorzusehen. Bei einem vorbekannten Verfahren (US-PS 28 48 593) sind diese verschiedenen Bandstellungen deshalb vorgesehen, um durch die verschiedenen Winkelstellungeq die Zwischenräume in geeigneter Weise zu überbrücken, das heißt die Projektion der Bandelektrode in Richtung der Schweißnaht wird deren Breite angepaßt, so daß eine vollständige Abdeckung der Schweißnaht ohne das unerwünschte Durchbrennen des Schweißgutes erfolgt

Bei einem weiteren vorbekannten Verfahren (Werner Schatz »Die Unterpulver-Schweißung«, Eisenberg-Pfalz, 1962, S. 232 bis 237) sind ebenfalls verschiedene Bandstellungen der Bandelektrode relativ zur Schweißnaht beschrieben, doch geht aus dieser Druckschrift nicht hervor, was mit der in Bild UO dargestellten Diagonalstellung d bezweckt werden soll, während darauf hingewiesen wird, daß die Quer- und Längsstellungen »die interessantesten schweißtechnischen Möglichkeiten bieten«, also offenbar für günstiger als die Diagonaisteiiung gehalten werden.

In vielen Fällen wird man eine möglichst gleichmäßige Schweißnaht anstreben. Um eine wirklich gute Schweißnaht herzustellen, sollte die Form derselben aber steuerbar sein. So kann es z. B. beim Zusammenschweißen zweier Materialien unterschiedlicher Dicke vorteilhaft sein, wenn die Schweißraupe auf einer Seite dicker ist als auf der anderen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß das Muster der Eindringung der Ausschweißungen und die Form einer resultierenden Schweißraupe variiert werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß durch Einstellen des Winkels zwischen der breiten Richtung der Bandelektrode und der Längsrichtung der Schweißnaht im Bereich von 45° bis weniger als 90° eine Schweißraupe mit vermehrter Materialansammlung an der einen Flanke der Nm und/oder Kehle gebildet wird.

Durch die Erfindung wird aiso ein Verfahren geschaffen, bei dem durch gezielte Veränderung des Winkels in gezielter Weise die Form der Schweißraupe verändert werden kann.

Es ist zwar grundsätzlich bekannt, daß der Lichtbogen mechanisch durch Druck auf die Schweißstelle einwirkt (William M. Conn »Die technische Physik der Lichtbogenschweißung«, Berlin-Göttingen-Heidelberg-München, 1959, S. 200 bis 204). Auch war es dem Schweißfachmann bekannt, vom Lichtbogendruck Gebrauch zu machen, um dem Absacken des Schweißgutes infolge der Schwerkraft entgegenzuwirken (Paul Schimpke und Hans A. Horn »Praktisches Handbuch der gesamten Schweißtechnik«, 2. Band: Elektrische Schweißtechnik, 4. Auflage, Berlin 1945, S. 128 bis 129). Auch war bekannt, daß die Bandstellung auf die Schweißraupenausbildung einen Einfluß hat (F. Eichhorn, G. Lohrmann und U. Dilthey »Lichtbogenverhalteri und Werkstoffübergang beim Schutzgasschweißer, mit Bandelektrode«, Industrie-Anzeiger 90 (J968) Nr. 94, S. 2077 bis 2081).

Daß aber, wie erfindungigemäß herausgefunden wurde, durch einfaches Einstellen des Winkels zwischen der breiten Richtung der Bandelektrode und der Längsrichtung der Schweißnaht die Schweißraupe in geeigneter Weise so ausgebildet werden kann, daß an der einen Flanke der Nut und/oder Kehle eine

vermehrte Materialansammlung stattfinden würde, i»t diesen Druckschriften weder direkt noch auch nur in Form von Hinweisen zu entnehmen. Vielmehr ist es das Verdienst der Erfindung, diese Zusammenhänge erkannt zu haben und dabei das Verfahren so ausgestaltet zu haben, daß die gewünschte Wirkung überhaupt und im gewünschten Maße auftritt

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung, in der beispielhaft Ausführungsformen anhand der Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Schweißvorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann;

Fig.2 bis 14 Darstellungen zur Verdeutlichung der der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien des Schweißens mit einer Bandelektrode;

F i g. 15 ein schematisches Diagramm, das die äußere Erscheinung einer Schweißraupe zeigt, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist wobei die Elektrode um einen bestimmten Winkel um ihr»· eigcr.e Längsachse verdreht ist;

Fig. 16 eine schematische perspektivische Darstellung, die zeigt wie das erfindungsgemäße Verfahren bei einer positionierten Kehlnaht bei einer T-förmigen Verbindung von Werkstücken mit verschiedener Dicke durchgeführt wird;

Fig. 17 eine schematische perspektivische Darstellung, die zeigt, wie das erfindungsgemäße Verfahren mit verdrehter Elektrode an einer Einfach-V-Nutverbindung durchgeführt wird, wobei der gezeigte Zustand während des ersten Durchgangs verwirklicht ist;

Fig. 18 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 17, wobei jedoch der Zustand bei dem zweiten Durchgang gezeigt ist;

F i g. 19 und 20 schematische perspektivische Darstellungen, die zeigen, wie das erfindungsgemäße Verfahren bei einer nicht-positionierten Kehlnahtschweißung durchgeführt "'ird, während die Elektrode verdreht ist; F i g. 21 und 22 schematische perspektivische Darstellungen, die zeigen, wie das erfindungsgemäße Verfahren mit einem doppelten Durchgang an einer Verbindung durchgeführt wird, die zwischen einem oberen und einem unteren zu verschweißenden Werkstück durchgeführt wird, wobei die Verbindun&skante an dem oberen Werkstück geneigt ist und die Schweißung in einer horizontalen Schweißposition durchgeführt wird; F i g. 23 und 24 schematische Diagramme, die zeigen, wie das erfindungsgemäßt Verfahren mit mehrfachen Schweißdurchgängen an einer Einfach-U-Nutverbindung durchgeführt wird;

F i g. 25 eine schematische perspektivische Darstellung, die zeigt, wie das erfindungsgemäße Verfahren durch Verwendung einer Elektrode mit kreisförmigem Querschnitt bekannter Art und zweier Elektroden mit rechteckigem Querschnitt bei einer Einfach-V-Nutverbindung durchgeführt wird; und

F i g. 26(A) bis 26(G) schematische Diagramme, die vorbereitete Verbindungsstellen und Schweißraupenformen zeigen, die zur Veranschaulichung verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.

In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile. Ferner wird zur Vereinfachung eine Elektrode mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt, wie sie hier verwendet und gezeigt ist, so daß ihre Breite mehr als das Fünffache ihrer Dicke.

beträgt, im folgenden als Bandelektrode bezeichnet

Zunächst wird eine elektrische Lichtbogenschweißvorrichtung beschrieben, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann (F i g. I),
Die in F i g, 1 schematisch gezeigte Schweißvorrichtung weist einen vierrädrigen Wagen 10 auf, auf dessen oberer Fläche ein Führungstisch 11 montiert ist Ein Ständer 12 ist mit einem Ende drehbar mit einer Gleitplatte 13 verbunden, so daß der Ständer 12 in der

,o Richtung senkrecht zu der Fahrrichtung des Wagens 10 bewegbar ist Das andere Ende des Ständers 12 ist mit einem zylindrischen Lager 14 versehen, das um die Achse des Ständers 12 drehbar ist Von diesem Lager 14 erstreckt sich ein Tragarm 15, um drehbar eine Elektrodenzufuhrtrommel 16 zu tragen.

Der Ständer 12 ist an einer mittleren Position starr mit einem Träger 17 verbunden, der mit einem Ende starr mit einer Elektrodenzufuhrvorrichtung 18 und an dem anderen Ende starr mit einem Steuerkasten 19 verbunden ist, in dem verschiedene Steuerschaltungselemente und Instrumentenmeßeinriciiungen untergebracht sind.

Die Elektrodenzufuhrvorrichtung 18 weist einen Antriebsmotor 20 und zwei Klemmwalzen 21a und 216 auf, deren axiale Länge etwas größer als die Breite einer Bandeleka-ode 30 ist, und von denen eine von dem Antriebsmotor 20 angetrieben werden kann. Die Elektrodenzufuhrvorrichtung 18 weist ferner eine Elektrodenpositionierung 22 und eine Elektrodenführung 23 auf, die oberhalb respektive unterhalb der Klemmwalzen 21a und 21 6 angeordnet sind, und die beide von einem geeigneten Rahmen getragen sind, der zum Anschließen des Antriebsmotors 20 an das Ende des Trägers 17 verwendet werden kann.

Der Elektrodenpositionierer 22 stellt sicher, daß eine Verschiebung der Bandelektrode 30 in einer Richtung seitlich zu der Längsrichtung der Bandelektrode 30 verhindert wird. Er wird aus zwei einstellbaren Gleitteilen 22a und 22b, die jeweils einen Vorsprung 22c oder 22d haben und in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse der Bandelektrode 30 bewegbar sind, gebildet, wobei die Bewegung von jedem Gleitteil 22a und 226 mit Hilfe eines von Hand drehbaren Knopfes eingestellt wird. Es ist nur der Knopf 22c gezeigt, der dem Gleitteil 226 zugeordnet ist Es ist zu beachten, daß die Einstellung des Abstandes zwischen den beiden Vorsprüngen 22c und 22c/ von der Breite der Bandelektrode 30 abhängt, das bei einem vorgegebenen Schweißverfahren verwendet wird.

Die Elektrodenführung 23 dient gleichzeitig als Richtvorrichtung zum Geraderichten der Bandelektrode 30, wenn die letztere durch diese Vorrichtung hindurchtritt, und als Führung, um die Spitze der Bar.deltfctrode 30 zu der Schweißlinie hin zu führen, so daß die Breitenrichtung der Bandelektrode 30 im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu der Schweißnaht steht Zu diesem Zweck weist die Elektrodenführung 23 einen rechteckigen Körper 23a mit einem im wesentlichen eckigen, C-förmigen Querschnitt und mit einer Führungsnut 236 auf, die sich über die gesamte Länge des rechteckigen Körpers 23a erstreckt Ferner ist eine Druckplatte 23c lose in der Führungsnut 236 aufgenommen und wird normalerweise durch eine Blattfeder 23c/ unter Druck gehalten, so daß sie die Bandelei '.rode 30 zum Nutengrund der Führungsnut drückt. Die Blattfeder 23c/wird von einem Brückenglied 23e, das an dem rechteckigen Körper 23a . über der Nut 236 befestigt ist, mit einem einstellbaren

■ Schrauber.teil 23/ getragen, der dazu verwendet wird, die Federkraft der Blattfeder 23c/ und damit die Andruckkraft, die auf die Bandelektrode 30 aufgebracht werden soll, einzustellen. Der rechteckige Körper 23a der Elektrodenführung 23 kann an seinen seitlichen Seitenflächen mit zwei Einstellgliedern, beispielsweise in der Art von Schrauben, versehen sein, von denen nur eine bei 23g gezeigt ist, um die Bandelektrode 30 in der Führungsnut 236 in Stellung zu bringen, während die Bandelektrode 30 durch diese hindurch geführt wird. _t0

Die elektrische Schaltung, die bei der Schweißvorrichtung nach F i g. 1 zum Aufbau eines Lichtbogens zwischen der Elektrodenspitze und dem zu schweißenden Werkstück 40 verwendet wird, kann in bekannter Weise aufgebaut sein und wird daher nicht beschrieben. Die elektrische Schaltung ist im allgemeinen in dem Steuerkasten 19 untergebracht. Es ist jedoch eine getrennte Schweißstromquelle 24 gezeigt, die dazu verwendet wird, die Schweiöspannung zwischen der Bandelektrode 30 und den zu schweißenden Werkstükken 40 zuzuführen, während sie einen Schweißstrom von nicht weniger als 50 A/mm² über dem Spalt zwischen der Elektrodenspitze und den Werkstücken zuführt.

Es ist zu beachten, daß die in F i g. 1 gezeigte Schweißvorrichtung insbesondere für ein Lichtbogenschweißverfahren für eine flache Schweißposition entworfen ist. Zum Lichtbogenschweißen in verschiedenen Stellungen können jedoch offenbar eine Reihe von Abwandlungen vorgenommen werden, da die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung in derselben Weise wie herkömmliche Vorrichtungen aufgebaut sein kann, mit der Ausnahme, daß die Elektrodenzufuhrvorrichtung wie oben beschrieben ausgeführt ist.

Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll zunächst das Prinzip des Schweißverfahrens beschrieben werden, wobei der Winkel zwischen Breitenrichtung der Bandelektrode und der Längsrichtung der Schweißnaht jedoch noch 90° beträgt. In F i g. 2 sind zwei Werkstücke 40a und 406 gezeigt, bei denen jeweils eine Kante abgeschnitten ist, und die aneinander anstoßen, so daß eine Einfach-V-Nut 41 gebildet wird, wie durch die unterbrochene Linie dargestellt ist. Die Einfach-V-Nutverbindung 41 wird lichtbogengeschweißt, während die Bandelektrode 30 mit Hilfe der Klemmrollen 21a und 216 kontinuierlich zugeführt wird, wobei die Drehung von einer der Rollen durch ein elektrisches Signal gesteuert wird, das von dem Steuerkasten 19 an den Antriebsmotor der Elektrodenzufuhrvorrichtung 18 abgegeben wird. In dieser Zeit wird ein Lichtbogen zwischen der Elektrodenspitze 30a und den Werkstücken 40a und 406 in bekannter Weise eingestellt In diesem Fall ist die Bandelektrode 30 vorzugsweise 03 bis l,5mal so breit wie die Nutenbreite der Einfach-V-Nutverbindung 41.

Wie F i g. 3 zeigt, wird auch noch ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht, wenn die Bandelektrode 30 geringfügig in seitlicher Richtung bezüglich der Nut verschoben ist Ist dagegen, wie in F i g. 4 gezeigt ist, die Breite der Bandeiektrode 30 größer als das 1^fache der Nutenbreite, so wird der obere Teil der Nutenflächen unnötig geschmolzen. Beträgt die Breite dagegen weniger als die Hälfte der Nutenbreite, so bleiben die oberen Teile der Nutenflächen ungeschmolzen, wie dies in F ig. 5 gezeigt ist es

Das Schweißen kann auch unter Verwendung einer Abstützplatte (Fig.6) vorgenommen werden. Auch bei einer Doppelt-V-Nutschweißstelle kann das Verfahren angewendet werden (F i g. 7).

F i g. 8 zeigt eine Kehlnahtschweißung in einer flachen Schweißposition. Das Verfahren kann ebenso in einer horizontalen Schweißposition an Werkstücken mit einer Schweißstelle, wie dies in F i g. 9 gezeigt ist, oder an Werkstücken mit einer Schweißstelle mit gegenüberliegenden Nuten, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist, durchgeführt werden. Ferner kann das Verfahren bei einer flachen Schweißposition bei einem nicht-positionierten Kehlnahtschweißverfahren durchgeführt werden, wie es in F i g. 11 bei einer Schweißstelle in Form eines umgekehrten T gezeigt ist. Weiter kann das Verfahren auch bei dem Kehlnahtschweißen in einer vertikalen Schweißposition angewendet werden, wie in Fig. 12 gezeigt ist, wobei ein Segment 50 verwendet wird, um das Abtropfen einer resultierenden Schweißraupe, die noch nicht vollständig fest geworden ist, zu verhindern.

in Fig. 13 ist gezeigt, daß das Verfahren in einer Tandemsequenz dadurch ausgeführt werden kann, das zwei Bandelektroden 306 und 30c verwendet werden, die in einem geeigenten Abstand voneinander in Richtung der Schweißung angeordnet sind. Im folgenden soll nun das erfindungsgemäße Lichtbogenschweißverfahren beschrieben werden, bei dem wenigstens eine Bandelektrode um ihre Längsachse entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um einen bestimmten Winkel im Bereich von 45" bis 90°, vorzugsweise 75°, verdreht ist. Wenn die Bandelektrode um ein solches Maß verdreht wird, daß der spitze Winkel, der zwischen der breiten Richtung der Bandelektrode, die sich unter einem rechten Winkel zur Schweißnaht erstreckt, und der Schweißrichtung oder der Schweißnaht im Bereich von mehr als 45° bis weniger als 90°, vorzugsweise bei 75° liegt, wobei der spitze Winkel durch «, wenn die Bandelektrode im Uhrzeigersinn verdreht wird, und durch β gekennzeichnet ist, wenn sie im Gegenuhrzeigersinn verdreht wird, ist die Form der resultierenden Schweißraupe so, wie in Fig. 15 gezeigt ist. Dabei ist die Raupenkontur, die sich nach einer Beobachtung oft in der Richtung parallel zu der Schweißlinie an der Hinterseite einer Elektrode ausbildet, wenn die letztere einen kreisförmigen Querschnitt hat, in der Richtung seitlich zu der Schweißlinie an der hinteren Seite des Elektrodenbandes gegenüber der Schweißrichtung versetzt. Der Grund dafür liegt darin, daß die Lichtbogenkraft F'des Lichtbogens, der zwischen den Flanken der Elektrodenspitze der Bandelektrode 30 und den Werkstücken 40a und 406 erzeugt wird, nicht auf die Schweißstelle hin wirkt, sondern in einer Richtung im wesentlich r-n unter einem rechten Winkel zu einer ebenen Fläche der Bandelektrode an der hinteren Seite, während die Elektrode in Schweißrichtung weiter bewegt wird, so daß die Tiefe der Eindringung im allgemeinen klein und ** die Raupenform wie oben beschrieben ist Im Vergleich dazu hat bei einem Verfahren ähnlicher Art mit einer Elektrode mit kreisförmigem Querschnitt die Lichtbogenkraft Fdie Tendenz, in Richtung auf die Schweißstelle in einer radial nach außen wirkenden Art einzuwirken, wie in Fig. 14 gezeigt ist, während sie in der entgegengesetzten Richtung zu der Schweißrichtung fließt, so daß die Tiefe der Eindringung am tieferen Grund der Schweißstelle groß und am oberen Teil der Schweißstelle klein werden kann, wobei sich die Raupenform ergibt, wie sie in F ΐ g. 14 gezeigt und oben beschrieben ist
Wenn folglich die Bandelektrode um einen gewissen -

spitzen Winkel, wie oben beschrieben wurde, verdreht wird, können im wesentlichen dieselben Vorteile wie bei dem herkömmlichen Verfahren erzielt werden, bei dem der Winkel der Orientierung der Elektrode und/oder die Position der Elektrode variieii werden. Insbesondere beim Schweißen mit mehreren Durchgängen kann dieses Verfahren, bei dem die Bandelektrode verdreht wird, <"in vereinfachtes Schweißverfahren mit einer erheblichen Verbesserung der Schweißbarkeit sicherstellen.

Dennoch kann das Verfahren, bei dem die Bandelektrode verdreht wird, auch bei einer Schweißung mit einem einzigen Durchgang angewendet werden. Das ist ein Vorteil, der besonders dann geschätzt wird, wenn die Werkstücke verschiedene Dicken haben, so daß es erwünscht ist, daß die resultierende Schweißraupe in einer solchen Weise verschoben ist, daß der größte Teil der Ausschweißung auf der Seite des Werkstückes mit der größeren Dicke zentriert ist. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 16 gezeigt.

In Fig. 16 sind zwei Werkstücke 40a'und 406' mit verschiedener Dicke gezeigt. Die Dicke des Werkstükkes 40a'ist größer als die des anderen Werkstückes 406". Beide Werkstücke sind so angeordnet, daß sie im wesentlichen eine Schweißstelle in Form eines umgekehrten T darstellen, während die Bandelektrode um einen Winkel« während der Schweißung verdreht wird, so daß eine der beiden gegenüberliegenden Seiten der Bandelektrode, die neben dem Werkstück 40a'mit der größeren Dicke liegt, als Vorderkante gegenüber der Schweißrichtung wirkt, wie durch den Pfeil X angedeutet ist. Es ist ersichtlich, daß bei diesem Verfahren eine Schweißraupe mit einer größeren Schenkellänge an der Seite des dickeren Werkstückes 40a'und einer kleineren Schenkellänge an der Seite des dünneren Werkstückes 406' erzielt werden kann. Es ist zu beachten, daß zur Erzielung des gleichen Resultats mit einem herkömmlichen Verfahren ähnlicher Art eine genaue Steuerung und Aufrechterhaltung des Orientierungswinkels des Lichtbogens und/oder der Position der Elektrode gegenüber der vertikalen Linie unter einem rechten Winkel zu der Schweißlinie erforderlich ist.

Verschiedene Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Bandelektrode verdreht wird, werden im folgenden im Zusammenhang mit Schweißverfahren mit mehreren Durchgängen unter Bezugnahme auf die F i g. 17 bis 25 beschrieben.

Die Fig. 17 und 18 zeigen den Zustand, bei dem die Einfach-V-Nutenschweißstelle 41 eine Nutenbreite hat, die so groß ist, daß eine Schweißung in einem Durchgang kein zufriedenstellendes Resultat ergibt. Daher wird in zwei Durchgängen geschweißt, wobei F i g. 17 den ersten Durchgang und F i g. 18 den zweiten Durchgang oder abschließenden Durchgang zeigt Während des ersten Durchgangs wird die Bandelektrode 30 um einen spitzen Winkel β im Gegenuhrzeigersinn um die Längsachse der Bandelektrode verdreht, so daß eine der gegenüberliegenden Seiten der Bandelektrode, die neben dem Werkstück 4Oa liegt, als nachlaufende Kante wirkt, während die andere neben dem Werkstück 406 als führende Kante in bezug auf die Schweißrichtung wirkt Nachdem der erste Durchgang abgeschlossen ist, ist daher die entstandene Schweißraupe in solch einer Weise geformt, daß, wie in F i g. 17 gezeigt ist, eine Spitze der resultierenden Schweißraupe 42a auf der oberen Extremkät des Werkstückes 406 liegt, während die andere Spitze auf einem Zwischenbereich zwischen dem obersten Teil des Werkstückes 40a und dem untersten Teil des Werkstückes 40a liegt. Mit anderen Worten ist die Länge des Schenkels der resultierenden Schweißraupe 42a an dem Werkstück 406 größer als der, der zu dem Werkstück 40a gehört.

Während des zweiten oder abschließenden Durchganges wird, wie in F ί g. 18 gezeigt ist, die Bandelektrode 30 im Uhrzeigersinn um einen spitzen Winkel <x der die gleiche Größe wie der Winkel β hat, gedreht, so daß nach Beendigung des abschließenden Durchganges die resultierende Schweißraupe 426 zu dem Werkstück 40a hin in einem solchen Sinn verschoben ist, der der Verschiebung entgegengesetzt ist, die bei der Schweißraupe 42a im ersten Durchgang erzeugt wurde. Insgesamt ist ersichtlich, daß eine vielschichtige Schweißung mit einer genügenden Eindringung der Ausschweißung erzielt werden kann, wie in Fig. 18 gezeigt ist. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Schweißung mit mehreren Durchgängen angewendet werden soll, muß daher lediglich die Bandelektrode entweder im Uhrzeigersinn uucr im Gcgcriührzeigersinn verdreht werden, jedesmal, wenn ein einziger Durchgang abgeschlossen ist. Dies erfordert kein kompliziertes Vorgehen.

Im Gegensatz dazu müssen beim herkömmlichen Verfahren ähnlicher Art, während die Schweißbedingungen alle genau beibehalten werden müssen, der Orientierungswinkel des Lichtbogens und die Position der Elektrode gegenüber der vertikalen Linie senkrecht zu der Schweißnaht jedesmal neu eingestellt werden, wenn ein einzelner Durchgang abgeschlossen ist.

Die F i g. 20 und 19 zeigen, wie eine nicht-positionierte Kehlnahtschweißung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an einer Schweißstelle in Form eines umgekehrten T zwischen den Werkstücken 40a und 406 durchgeführt wird. Insbesondere ist in Fig. 19 die Bandelektrode 30 um den Winkel β verdreht, so daß eine der gegenüberliegenden Seiten der Bandelektrode 30, die neben dem Werkstück 406 liegt, als Vorderkante gegenüber der Schweißnciuung wirkt, so daß die resultierende Schweißraupe zu dem Werkstück 406 hin verschoben ist.

Im Gegensatz dazu ist, wenn die Bandelektrode 30 um den Winkel<x verdreht wird (F i g. 20), so daß die andere Seite der Bandelektrode, die neben dem Werkstück 40a liegt, als Vorderkante gegenüber der Schweißrichtung wirkt, die resultierende Schweißraupe zu dem Werkstück 40a hin verschoben.

Wenn die in den Fig. 19 und 20 gezeigten Verfahrensschritte abwechselnd während dem ersten bzw. dem zweiten Durchgang ausgeführt werden, ist es im Hinblick auf die vorhergehende Beschreibung ersichtlich, daß eine Kehlnahtschweißung mit zwei Schenkeln mit großen Schenkellängen erzielt werden kann, ohne daß die Schweißung von Schweißfehlern wie Unterschneidungen und Überlappungen begleitet ist Die Eindringung des geschmolzenen Metalles ist zufriedenstellend. Im Gegensatz dazu müssen bei einem herkömmlichen Verfahren ähnlicher Art, bei dem die Elektrode mit kreisförmigem Querschnitt verwendet wird, während die Schweißbedingungen streng eingehalten werden, der Orientieningswinkel des Lichtbogens und die Position der Elektrode gegenüber der vertikalen linie senkrecht zu der Schweißrichtung erneut eingestellt werden, jedesmal wenn beim Schweißen mit mehreren Durchgängen ein einzelner Durchgang abgeschlossen ist

Die F i g. 21 und 22 zeigen, wie das erfindungsgemäße Verfahren bei zwei Werkstücken 40a und 406

durchgeführt wird, von denen eines eine abgeschrägte Kante hat, so daß sich eine Nutenfläche ergibt. Beide Werkstücke sind senkrecht angeordnet und ergeben eine Nutenschweißstelle mit zwei Nutenflächen 40c und 40</. Die Flächen der Werkstücke 40a und 40f>, die bei dem Nutengrund liegen, werden durch eine Abstützplatte 60 in bekannter Weise abgestützt.

Wie in Fig.22 gezeigt ist, wird eine erste Raupe durch Verdrehen der Bandelektrode 30 um den Winkel β während des ersten Durchganges gebildet, so daß eine der gegenüberliegenden Seiten der Bandelektrode, die neben der Nutenfläche 4Od des unteren Werkstückes 406 liegt, als führende Kante bezüglich der Schweißrichtung wirkt. Eine zweite Raupe, die nach der ersten Raupe hergestellt wird, wird durch Verdrehen der Bandelektrode 30 um den Winkel λ während des zweiten oder abschließenden Durchganges ausgebildet, so daß die andere Seile der Bandelektrode neben der Nutenfläche 40c des oberen Werkstückes 40a als führende Kante demgegenüber wirkt. Die zweite Raupe wird dazu verwendet, eine Nut auszufüllen, die zwischen der Nutenfläche 40c und der Außenfläche der ersten Raupe während des vorhergehenden Durchganges gebildet wird.

Selbst in dem Verfahren gemäß den Fig.20 und 21 sind ähnlich wie bei dem erfindungsgemäßen, oben beschriebenen, nichtpositionierten Kehlnaht-Schweißverfahren eine strenge Steuerung und eine Aufrechterhaltung des Orientierungswinkels des Lichtbogens, der Position der Elektrode und der Schweißbedingung während jedes Durchganges nicht so sehr erforderlich, wie es bei dem herkömmlichen Verfahren notwendig ist, um solche Schweißfehler wie Unterschneidungen und Überlappungen zu eliminieren.

Die F i g. 23 und 24 zeigen, wie das erfindungsgemäße Verfahren an einer Einfach-U-Nutschweißstelle durchgeführt wird, die zwischen den Werkstücken 40a und 40ft gebildet ist. Diese Schweißung wird in mehreren Durchgängen, beispielsweise 23 Durchgängen, in einer flachen Schweißposition durchgeführt. In diesem Fall muß bei Beendigung jedes Durchganges während der gesamten Schweißdauer die Bandelektrode 30 abwechselnd im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn im wesentlichen so verdreht werden, wie oben beschrieben wurde.

Es ist jedoch zu beachten, daß bei dem abschließenden Durchgang die Bandelektrode 30 unter einem rechten Winkel zu der Schweißlinie stehen kann, je nach der Form der vielschichtigen Schweißraupe, die vor dem abschließenden Durchgang ausgebildet worden ist. Alternativ kann ohne Verdrehen der Bandelektrode in abwechselnden Richtungen während einigen Durchgängen geschweißt werden, während die Bandelektrode in der entgegengesetzten Richtung während der restlichen Durchgänge je nach der Form der Nutschweißstelle verdreht wird.

Bei einem herkömmlichen Schweißverfahren ähnlicher Art zum Schweißen einer Einfach-U-Nutschweißstelle mit großer Nuttiefe treten oft leicht Bruchstellen auf, die durch die Form jeder während des entsprechenden Durchganges erzeugten Schweißraupe erzeugt werden. Zusätzlich oder alternativ treten auch leicht andere Schweißfehler auf Grund eines Schlackeneinschlusses während der Schweißung auf. Aus diesem Grund ist bei dem herkömmlichen Verfahren eine genaue Handhabung des Schweißinstrumentes erforderlich, so daß der Orientierungswinkel des Lichtbogens, die Position der Elektrode und die Schweißbedingungen während der Schweißung streng gesteuert und aufrechterhalter» werden.

Da der Lichtbogen zwischen den Flanken der Elektrodenspitze des Elektrodenbandes und den Nutenflächen der Nutenschweißstelle gleichförmig erzeugt wird, werden demgegenüber bei dem erfindungsgemäßen Verfahren solche Schweißraupen eliminiert, die mit Bruchstellen und/oder Schlackeneinschlüssen behaftet sind, ohne daß eine so genaue Handhabung des ίο Schweißinstrumentes erforderlich ist, wie es bei dem herkömmlichen Verfahren notwendig war.

Es ist ferner zu beachten, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch unter Verwendung einer Bandelektrode in Kombination mit der Elektrode mit kreisförmigem Querschnitt durchgeführt werden kann, die weitgehend bei bisherigen Lichtbogenschweißverfahren verwendet wurde. Dies wird in F i g. 25 gezeigt.

F i g. 25 verdeutlicht ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem drei Elektroden verwendet werden. Eine der Elektroden i»i üii ucf

Vorderseite bezüglich der

Schweißrichtung X angeordnet und ist eine herkömmliche Elektrode mit kreisförmigem Querschnitt, während die restlichen Elektroden Bandelektroden sind. Es ist hier zu beachten, daß eine dazwischenliegende Bandelektrode 3Od, die unter gleichem Abstand sowohl von der Elektrode 30/" als auch von der Bandelektrode 3Oe, der hinteren Elektrode, angeordnet ist, um einen gewissen Winkel entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn verdreht ist. Die hintere Bandelektrode 3Oe ist demgegenüber um den gleichen Winkel in der entgegengesetzten Richtung verdreht Bei der Anordnung dieser Elektroden 3Od 3Oe und 3Oi wie oben beschrieben ist, ist die vordere Elektrode 30/7ür die tiefe Eindringung an dem Bodenabschnitt der Nutenschweißstelle verantwortlich, während die mittlere und die hintere Elektrode 3Od bzw. 30c für eine genügende Eindringung an den Nutenflächen der Nut verantwortlich sind. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine gleichförmige Schweißraupe mit guter Eindringung erzielt werden.

Es ist zu beachten, daß selbst bei dem Verfahren nach F i g. 25 keine strenge Steuerung und Aufrechterhaltung des Orientierungswinkels des Lichtbogens, der Elektrodenposition und der Schweißbedingungen erforderlich ist, wie oben beschrieben wurde. Auch dieses Verfahren kann in einer beliebigen anderen Schweißposition außer der gezeigten flachen Schweißposition mit Ausnahme beim Schweißen über Kopf ausgeführt werden. Auch kann es beim nicht-positionierten Kehlnahtschweißen angewendet werden.

Aus der vorgehenden Beschreibung des erfindungsgemäßen, elektrischen Lichtbogenschweißverfahrens ist ersichtlich, daß die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine komplizierte Handhabung des Schweißinstrumentes erfordert, wie es bei dem herkömmlichen Verfahren ähnlicher Art erforderlich war, wie ebenfalls beschrieben wurde. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird sie nun noch anhand von Beispielen beschrieben.

Beispiel I

Das Lichtbogenschweißen wurde nach dem Verfahren von F i g. 16 unter den folgenden Schweißbedingungen bei der Kehlnaht mit der Form und den Abmessungen, wie in Fig.26(J) gezeigt ist, durchgeführt

Schweißbedingungen:

	Vordere	Hintere	Phasenwinkel zwischen	mm 1,6 x 20 mm	125 mm
	Elektrode	: Elektrode	diesen Elektroden 120° beträgt	1800 A
Stromversorgung:	Wechselstrom, wobei die Diffe		37 V	15°
	renz im	1,6 X 20
	2000 A	55 cm/min, synchronisiert
Abmessungen der	38 V
Bandelektroden:
Schweißströme:
Bogenspannungen:
Schweißgeschwin	15°
digkeit:
Abstand zwischen
den Band-
ehktroden:
Verdrehuiigs-
winkel:

Ergebnisse

Obwohl die Tiefe der Eindringung etwas klein war, hat die resultierende Schweißraupe eine befriedigende Form für diese Art von Schweißung. Dies wird durch die Darstellung mit Hilfe der gestrichelten Linie in F i g. 26(A) gezeigt. Wenn die Schweißstromdichte etwas erhöht wird, ist jedoch offensichtlich, daß die Schweißraupe mit genügender Eindringung erzielt werden kann.

Beispiel Il

Die Lichtbogenschweißung wurde gemäß dem Verfahren der Fig. 17 und 18 unter den folgenden Schweißbedingungen bei einer Nutenschweißstelle mit der Form und den Abmessungen, wie in Fig.26(B) gezeigt ist, durchgeführt. Es ist zu beachten, daß vor diesem Lichtbogenschweißen zum Ausfüllen der Tiefe der Nut von Hand in vier Durchgängen lichtbogengeschweißt wurde, wie durch die ausgezogene Linie dargestellt ist

Schweißbedingungen:

1. und

2. Durchgang

3. bis

6. Durchgang

Beispiel III

Das Lichtbogenschweißen wurde nach dem Verfahren der Fig. 19 und 70 unter den folgenden Schweißbedingungen bei der Kehlnaht mit der Form und den Abmessungen, wie in Fig. 26(C) gezeig' ist, durchgeführt.

Schweißbedingungen:

1. Durchgang

2. Durchgang

Stromversorgung:	Gleichstrom (R.P.)	12	Wechselstrom
Abmessungen der Elektroden:	1,2 x 11 mm	1,2 x 8 min
Schweißströme:	1000 A	600 A
Bogenspannungen:	33 V	31 V
Schweißgeschwin digkeiten:	80 cm/min	100 cm/min
Verdrehungs winkel:	15°	15°
25 Maximale erwünschte Schenkellänge:	mm

Ergebnisse

Trotz der unregelmäßigen Eindringung des geschmolzenen Metalls in das obere Werkstück wird angenommen, daß keine Rissebildung auf Grund dieser unregelmäßigen Eindringung auftritt. In der Tat hat eine Gesamtpriifung der resultierenden Schweißraupe gezeigt, daß eine ausreichende Schweißung für eine nicht-positiomerte Kehlnahtschweißung erzeugt wurde. Jedenfalls ist der Grund für die unregelmäßige Eindringung, daß das Elektrodenband während des ersten Durchganges etv. is verschoben war. Dies kann jedoch leicht ausgeglichen werden.

Beispiel !V

Das Lichtbogenschweißen wurde nach de¹'.·« Verfahren der F i g. 23 und 24 unter den folgenden Schweißbedingungen an der Nutschweißstelle mit der Form und den Abmessungen, wie in Fig.26(D) gezeigt ist, durch eine Schweißung in mehreren Durchgängen ausgeführt

Stromversorgung:

Abmessungen der
Bandelektrode:

Schweißstrom:
Bogenspannung:

Schweißgeschwindigkeit:

Verdrehungswinkel:

Wechselstrom Wechselstrom 50 Schweißbedingungen:

1,2 x 20 mm 1200A
35 V

40 cm/min 45°

ebenso BOOA 36 V

40 cm/min 45°

1. bis

4. Durchgang

5. bis

19. Durchgang

Ergebnisse

Trotz einer unregelmäßigen Eindringung in die Nutenfläche des rechten Werkstückes hat sich die in die Nutenfläche des linken Werkstückes für diese Art von Lichtbogenschweißung als befriedigend gezeigt Selbstverständlich hat die resultierende Schweißraupe keine Schlackeneinschlüsse.

Stromversorgung:
Abmessungen der
Bandelektrode:

Schweißströme:
so Bogenspannung:

Schweißgeschwindigkeit:

Verdrehungsgj winkel:

Wechselstrom Wechselstrom

1,2 X 8 mm

700A

40V

35 cm/min

45° außer beim
1. Durchgang,
wo der Winkel
0° betrug

1,2 x 8 mm

700A

40V

40 cm/min
45°

Ergebnisse

Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Schweißung in einer Nut mit kleinerer Nutenbreite durchgeführt wurde, während die Elektrode in die Nut eingeführt war, blieb der Verdrehungswinkel während der gesamten Dauer der SchweiBung nicht gleich, und aus diesem Grund war die Eindringung in die beiden Nutenflächen unregelmäßig. Es wurden jedoch keine Rissebildung, Gas- und Schlackeneinschlüsse beobachtet. Ferner wies der Schweißabschnitt eine ausreichende mechanische Festigkeit auf. In jedem Fall würde sich, wenn der

10

Verdrehungswinkel bei jedem Durchgang genau bestimmt ist, eine ausreichende Schweißung ohne erheblich unregelmäßige Eindringung ergeben.

Beispiel V

Das Lichtbogenschweißen wurde mit dem Verfahren von Fig.25 unter den folgenden Schw^ißbedingungen an der Nutschweißstelle mit der Form und den Abmessungen, wie in Fig.26(N) gezeigt ist, durchgeführt

Schweißbedingungen:

	Vordere	Hintere
	Elektrode	Elektrode
Stromversorgung:	Gleichstrom	Wechselstrom
	(R.P.)
Abmessungen der
Bandelektrode:	-	1,2 x 15 mm
Durchmesser der
Elektrode:	3,2 mm	-
Schweißströme:	670 A	1950 A
Bogenspannung:	30 V	45 V
Abstand zwischen
den Elektroden:		130 mm
Schweißgeschwin
digkeit:	40 cm/min,	synchronisiert
Verdrehungs
winkel:	_	0°

Während der Schweißung war die Stromdichte der Bandelektrode genügend viel höher als die der Elektrode mit dem kreisförmigen Querschnitt

Ergebnisse

Wie durch die gestrichelte Linie in Fig.26(E) dargestellt ist, konnte eine ausreichende Schweißung mit einer schönen Schweißraupenform und einer befriedigenden Eindringungsbreite erzielt werden, was iß id Sd

für diese Art von Schweißung ideal ist. Selbstverständ- 50 führt lieh wurde kein Schweißfehler im Inneren der resultierenden Schweißraupe beobachtet

Beispiel VI

Das Lichtbogenschweißen wurde nach dem Verfahren von F i g. 25 unter den folgenden Schweißbedingungen bei der Nutenschweißstelle mit der Form und den Abmessungen, wie in Fig.26(F) gezeigt ist, durchge-

Schweißbedingungen:

	1. Elektrode	2. Elektrode	190 mm	15°	3. Elektrode
Stromversorgung:	Gleichstrom	Wechselstrom	, synchronisiert	Wechselstrom
	(R.P.)
Abmessungen der Band
elektroden:	1,2 x 8 mm	1,2 X 20 mm	1,2 X 15 mm
Schweißströme:	1100 A	2000 A	185OA
Bogenspannungen:	30 V	39 V	40V
Abstand zwischen den
Bandelektroden:		125 mm
Verdrehungswinkel:	0°	15°
Schweißgeschwindigkeit:	50,5 cm/min

Ergebnisse

Obwohl eine unregelmäßige Eindringung wegen einer übermäßig hohen Stromdichte der ersten Bandelektrode stattfand, wurde kein Schweißfehler im Innere der resultierenden Schweißung beobachtet Die Tiefe der resultierenden Schweißung war Ober den gesamter Nutenflächen ausreichend. Selbstverständlich gibt es beim praktischen Gebrauch dieser resultierenden Schweißnaht keine Beanstandungen. in

Beispiel VII

Erfindungsgemäß wurde die Lichtbogenschweißung durch Verwendung von zwei Bandelektroden an Schweißstellen mit gegenüberliegenden Nuten ausge- ΐϊ führt, die die Form und die Abmessungen hatten, wie in F ig. 26(G) gezeigt ist

ScnweiDbcuingungcn: Während des Durchganges auf der Vorderseite

Vordere Elektrode

Hintere Elektrode

Stromversorgung: Wechselstrom Wechselstrom Abmessungen der Bandelektroden: 1,2 x 15 mm 1,6 x 20 mm Schweißströme: 1800 A 1600 A Bog^nspannungen: 37 V 40 V

Verdrehungs winkel:	15°	15°
Abstand zwischen den Bandelektroden:		125 mm
Schweißgeschwin digkeit:	100 cm/min,	synchronisiert
während des Durchganges auf der	' Rückseite
	Hintere Elektrode
Vordere Elektrode

Stromversorgung: Wechselstrom Wechselstrom Abmessungen der Bandelektroden: 1,2 x 15 mm 1,6 x 20 mm

	Vordere	Hintere
	Elektrode	Elektrode
Schweißströme:	1680A	1600A
Bogenspannungen:	39 V	40V
Verdrehungs-
winkel:	15°	15°
Abstand zwischen
den
Bandelektroden:		125 mm
Schweißgeschwin
digkeit:	100 cm/min, synchronisiert

Ergebnisse

Trotz der Verwendung einer Vielzahl von Bandelektroden haben die beiden Schweißraupen, die bei den Durchgängen auf der Vorderseite und auf der Rückseite gebildet wurden, eine befriedigende vOrm mit ausreichender Eindringung. Diese Schweißraupen waren an dem Bodenabschnitt der Schweißstelle genügend miteinander verbunden, wie in Fig.26(G) gezeigt ist Keine Gaseinschlüsse und Rissebildung wurde beobachtet

Bei Ausführung des Verfahrens sollte darauf geachtet werden, daß die Stromdichte nicht weniger als 50 A/mm² beträgt Bei kleineren Werten der Stromdichte ist die Stabilität des Lichtbogens nicht mehr sichergestellt so daß sich eine nicht genügend gute Eindringung und/oder eine größere Menge an verbrauchter Elektrode zeigt Wenn die Stromdichte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kleiner als 50 A/mm² ist wird insbesondere, obwohl die Elektrodenspitze unter einem unstabilen Lichtbogen schmilzt während sie nach der Form der Nut geformt ist die Schmelzgeschwindigkeit niedrig sein, wobei die Tiefe der Eindringung im wesentlichen die gleiche ist wie sie bei einem herkömmlichen Schweißverfahren mit oberflächlich aufgebautem Lichtbogen erreicht wird.

An dem Verfahren können verschiedene Änderungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann es beim Herstellen anderer Schweißnähte, als sie bisher erwähnt wurden, angewendet werden, solange mit einem Lichtbogen geschweißt wird. Ferner ist zu beachten, daß unter das Lichtbogenschweißen auch das Schweißen mit verdecktem Lichtbogen fallen soll.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Lichtbogenschweißen zum Erzeugen einer Schweißraupe in einer Nut und/oder Kehle der Schweißwerkstücke mittels einer Bandelektrode, die beim Schweißen in Längsrichtung der Schweißnaht bewegt wird, wobei ein von 90° abweichender Winkel zwischen der Breitenrichtung der Bandelektrode und der Längsrichtung der Schweißnaht eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellen des Winkels (ä) im Bereich von 45° bis weniger als 90" eine Schweißraupe mit vermehrter Materialansammlung an der einen Flanke der Nut und/oder Kehle gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (<x) 75" beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man nacheinander mit abwechselnd nach der einen und anderen Seite der Längsrichtung der Schweißnaht um den Winkel (α, β) verdrehter Bandelektrode schweißt und dadurch zwei oder mehr Schichten des Schweißgutes mit abwechselnd an der einen und anderen Ranke vermehrter Materialansammlung Qbereinanderlegt

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Bandelektrode (30, 30c, 3Od) mindestens fünfmal so groß ist wie deren Dicke.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Bandelektroden (30c; 30ü/ in festem Abstand hintereinander verbunden und mit unterschied*'"hem Einstellwinkel (α, β) zur Schweißnaht entlang der Schweißnaht geführt werden, um mindestens zr-»i Schweißraupen mit unterschiedlicher Schweißgutverteilung zu erzeugen.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißstromdichte 50 A/mm² beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schweißen von Werkstücken verschiedener Dicke der Winkel (λ) so gewählt ist, daß die in Schweißrichtung hinten liegende Breitseite der Bandelektrode (30) zum dickeren Werkstück weist, um an diesem die größere Materialansammlung und Eindringungstiefe zu erreichen.