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Verfahren und Vorrichtung zum Auftragschweißen mit abschmelzender
Bandelektrode Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragschweißen
mit abschmelzefrder Bandelektrode, wobei zusätzlich vorzugsweise metallische Zuschlagstoffe
in zerkleinerter Form i Schweißbad aufgeschmolzen werden.
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Beim maschinellen Auftragschweißen, insbesondere von korrosionsfesten
Legierungen, ist darauf zu achten, daß nur eine geringe Schicht des Grundwerkstoffs
aufgeschmolzen und mit dem Schweißgut vermischt wird. Nur so kann eine ungünstige
Beeinflussung der Auftragschicht durch Bestandteile des Grundwerkstoffs - beispielseise
Kohlenstoff - vermieden werden.
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Es wurden daher eine Reihe von Verfahren entwickelt, um Auftragschichten
mit möglichst geringem Einbrand und demzufolge niedrigem Vermischungsgrad mit dem
Grundwerkstoff zu erzielen, Eines dieser bekannten Verfahren ist das Auftragschweißen
unter Pulver mit abschmelzender Bandelektrode, bei dem normalerweise eine Bandelektrode
mit den Abmessungen
60 x 0,5 nuj in einem durch eine Schlackenpulverschicht
abgedeckten Lichtbogen abgeschmolzen wird, Das Verfahren gewährleistet bei nur leicht
welliger Eibrza linie zwar eine verhältnismäßig gleichmäßige Vermischung des Schweißgutes
mit dem aufgeschmolzenen Grundwerkstoff, weist aber den Nachteil auf, daß die maximale
Abschmelzleistung bei normalen Schweißbrandabmessungen und 100 % Einschaltdauer
nur etwa 15 kg/h beträgt0 Höhere AbscYimelzleistunen sind zwar möglich, haben jedoch
einen tieferen Einbrand und damit ein ungünstigeres Vermischungsverhältnis mit dem
Grundwerkstoff zur Folge.
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In jüngster Zeit sind außerdem noch das Lichtbogen-Schutzgasschweißen
mit abschmelzender Bandelektrode von geringer Breite (Abmessungen: 15 # 20 x 0,5
mm) und das Elektroschlacke-Bandauftragschweißen mit abschmelzender Bandelektrode
in waagerechter Lae bekanntgeworden.
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Das letztere Verfahren soll im Vergleich zu dem Unter-Pulver-Bandschweißen
geringere Einbrandti efen und damit eine minimale Vermischung des Schweißgutes mit
dem Grundwerkstoff gewährleisten.
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Eine genaue Beurteilung der beiden Varianten des Unter-Pulver-Auftragschweißens
mit abschmelzender bandelektrode ist nicht möglich, da sich beide Verfahren in der
Praxis noch nicht eingeführt haben.
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Ein weiteres bekanntes Verfahren ist aas Auftragschweißen unter Pulver
mit abschmelzender Bandelektrode und Kaltbandzusatz. Iiit diesem Verfahren lassen
sich infolge
des Kaltbandzusatzes höhere Abschmelzleistungen verwirklichten
als mit den eingangs beschriebenen Unter-Pulver-Auftragschweißverfahren.
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DEr Nachteil des "Kaltband-Verfahrens" bestent darin, daß während
des Schweißvorgangs der Abstand zwischen dem Schweißkopf und dem Werkstück mit großer
Genauigkeit konstant gehalten werden muß, damit das kaltband immer an der gleichen
Stelle in das Schweißbad eintaucht.
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Aus dem gleichen Grund ist es erforderlich, das Schweißband und das
Kaltband exakt zu richten.
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Wegen des hohen apparativen Aufwandes und der schwierigen Handhabung
hat das "Kaltband-Verfahren" bisher kaum Anwendung gefunden, obwohl es gute Einbrandverhältnisse
gewälirleis leistet.
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Zum beicannten Stand der Tecnnik gehört auch das Auftragschweißen
unter Schutzgas mit abschmelzender, gependelter Drahtelektrode und Kaltdrahtzusatz.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht ebenfalls in seiner schwierigen Handhabung
und den zu seiner Durchführung erforderlichen hohen apparativen Aufwand.
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Das Verfahren ist außerdem mit dem Nachteil behaftet, daß durch die
Pendelbewegung der Drahtelektrode Einbrandrillen entstehen, in denen örtlich durch
stärkere Vermischung des Schweißgutes mit aufgeschmolzenem Grundwerkstoff rißanfälligere
Zonen vorliegen können Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Auftragschweißen zu entwickeln, welches hDhe AD-schmelzleistungen ermöglicht und
gute Einbrandverhältnisse, d.h. geringen Einbrand, gewährleistet. Das Verfahren
soll außerdem einfach zu handhaben sein,
Gleichzeitig soll eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, die verhältnismäßig
wenig aufwendig ist.
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ich der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Zuschlagstoffe während des Schweißvorgangs oberhalb der Schlackenschicht, durch
welche das Schweißbad nach außen hin abgedeckt wird, auf die - in Bewegungsrichtung
des Schweißvorgangs gesehen - rückwärtige Breitseite des durch den Schweißstrom
magnetisierten Schweißbandes aufgegeben, die an dem Schweißband haftenden Zuschlagstoffe
von diesem durch die Schlackeschicht hindurchgezogen und dem Schweißbad zugeführt
werden.
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Vom Verbindungsschweißen mit Netallpulverzusatz her ist die Methode
bekannt, das Metallpulver vor Aufbringen der Schlackeschicht in die Schweißnaht-Fuge
zu streuen.
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Ein derartiges Schweißverfahren ist beispielsweise in der Zeitschrift
WELDIG JOURNAL, Oktober 1971, S. 689/7cd0 beschrieben (vgl. Fig. 20 mit zugehörigem
Text auf S. 697 und Fig. 1). Das Metallpulver wird dabei von Hand auf die zu bearbeitende
Fläche aufgebracht.
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Demgegenüber werden bei dem Verfahren der Erfindung die Zuschlagstoffe
zweckmäßigerweise in Pulverform oberhalb der bereits vorhandenen Schlackeschicht
unmittelbar auf die Breitseite des Schweißbandes gestreut. Infolge des durch den
Schweißstrom hervorgerufenen Magnetfeldes haften die Zuschlagstoffe am Schweißband;
die Haftung ist dabei so stark, daß die Zuschlagstoffe vom Schweißband bei dessen
Bewegung zum Schweißbad hin durch die die Schweißnaht bedeckende Schlackeschicht
hindurchgezogen werden.
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Durch Messung der Gewichtszunahme von Schweißproben und Untersuchung
der Schlackeschicht wurde festgestellt, daß die aufgegebenen Zuschlagstoffe praktisch
vollständig in den Schweißnaht-Werkstoff einlegiert werden.
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Selbst bei extrem hohen Mengen von über 40 kg/h Zusatz an Zuschlagstoffen
bei einer Schweißbadmenge von 15 - 20 kg/h erfolgt ein einwandfreier, verlustloser
Transport der aufgegebenen Zuschlagstoffe zum SchweißbadO In Ausgestaltung des Verfahrens
der Erfindung werden die Zuschlagstoffe in zeitlich veränderlicher Menge auf das
Schweißband aufgegeben.
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Zweckmäßig können die Zuschlagstoffe auch in über den Querschnitt
des Schweißbandes unterschiedlich verteilter Menge auf dieses aufgegeben werden.
Es kann auch vorteilhaft sein, die beiden vorgenannten Arten der Zuschlagstoff-Aufgabe
zu kombinieren.
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Es wurde festgestellt, daß der Lichtbogen beim Unter-Pulver-Schweißen
durch die auf die Breitseite des Schweißbandes aufgegebenen Zuschlagstoffe beeinflußt
wird. Durch zeitlich und/oder über den Querscirnitt veränderliches Aufstreuen der
Zuschlagstoffe wird die Lichtbogenbewegung entlang der Schweißband-Breite beeinflußt
bzw. gesteuert, Beim Elektroschlackeschweißen mit absohmelzender Bandelektrode und
Zuschlagstoff-Zugabe kann durch entsprechende Verteilung der Zuschlagstoffe der
Stromübergang beeinflußt werden.
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Beispielsweise entsteht durch seitliche Zugabe der Zuschlagstoffe
an den Schweißnaht-Rändern infolge der Anhäufung an Zusatzwerkstoffen ein bevorzugter
Stronüoergang, was an den betreffenden Stellen einen tieferen Einbrand zur Folge
hat.
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Das Verfahren der Erfindung wird zweckmäßig in der Weise durchgeführt,
daß das Gewichtsverhältnis von abgeschmolzenem Schweißband zu aufgeschmolzenen Zuschlagstoffen
zwischen 1:1 und 1:3, vorzugsweise bei etwa 1:2 liegt.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in erster Linie
dadurch gekennzeichnet, daß für die Aufgabe der Zuschlagstoffe auf aas in Richtung
des Schweißoades angetriebenen Schweißbandes eine Dosiereinrichtung vorgesehen ist
und mit dieser zusarmenwirkende Zuführungsrohre vorhanden sind, deren Austrittsöffnungen
der rückwärtigen Breitseite des Schweißbandes gegenüberliegen.
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Die Dosierung der Zuschlagstoffe erfolgt dabei vorzugsweise mittels
einer Walze, die für jedes Zuführungsrohr getrennte, über den Walzenumfang verteilte
Dosierbohrungen besitzt.
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Die den einzelnen Zufünrungsroaren zugeordneten Dosierbohrungen können
gegeneinander versetzt angeordnet sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeicnnung dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert.
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Es zeigen.
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7 . 1 schematisch den Aufbau der Scriweiß-Vorrichbung, welche zum
Aufbringen einer korrosionsbeständigen Schicht auf eine Stahlplatte eingesetzt wird,
einem
2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig, 3 eine Draufsicht *eX auf die
rückwärtige Breita - d seite des Schweißbandes mit verschiedenartiger Verteilung-der
aufgebrachten Zuschlagstoffe und Fig, 4 eine Draufsicht auf die rückwärtige Breitseite
des Schweißbandes mit seitlich aufgegebenen Zuschlagstoffen.
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Auf das Werkstück 1 wird nach dem Unter-Pulver-BanÜauf--tragsschweißverfahren
mit Hilfe des im Schweißbad 2 abschmelzenden Schweißbandes 3 und des auf dieses
aufgegebeinen Metallpulvers 4 die Auftragschicht 5 aufgebracht.
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Das Metallpulver 4 wird unterhalb des aus zwei Führungsschienen 6,
6' bestehenden Führungskopfes mit Hilfe von sechs nebeneinanderliegenden, über die
Breitseite des Schweißbandes 3 verteilten Zuführungsröhren 7 aufgestreut, deren
Austrittsöffnungen der rückwärtigen Breitseite des Schweißbandes 3 gegenüberliegen
(Fig. 2).
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Das infolge magnetischer Kräfte an dem Schweißband haf--tende Metallpulver
wird mit diesem praktisch verlustlos durch die die Auftragschicht 5 abdeckende Schlacken-Allver-Schicht
8 hindurchgezogen und im SchweißbaKd 2 in den Nahtwerkstoff einlegiert.
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Das auf einer Vorratstrommel 9 gespeicherte Schweißband wird mittels
zweier zusammenwirkender, motorgetriebener Druckrollen 10 dem Führungskopf 6, 6'
zugeführt.
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Die Zugabe des Metallpulvers 4 erfolgt mit Hilfe einer Dosiereinrichtung
11, die im wesentlichen aus dem Vorratsteil
12, den geneigt angeordneten
Versch1ublechen 13 und der um eine waagerechte Achse drehbar gelagerten Walze 14
besteht, Diese weist auf ihrem Umfang vier Dosierbohrungen 14 auf.
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Durch verschiedenartige Anordnung, d.h. Lage auf dem Walzenumfang,
und verschiedenartige Ausbildung (Tiefe, Form) der Dosierbohrungen kann die Lage
des Hetallpulvers 4 auf dem Schweißband 3 beeinflußt werden. Die Aufgabe kann beispielsweise
so erfolgen, daß das Metallpulver punktförmig oder streifenfdrmig (in J)iagonalstreifen
oder Längsstreifen) auf dem Schweißband haftet (Fig. 3, 4).
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Die seitliche Anhäufung an Zusatzwerkstoffen führt beim Elektroschlackeschweißen
zu einem bevorzugten Stromübergang und damit zu einem tieferen Einbrand an den betreffenden
Stellen (Fig. 4).
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Das Schlackenpulver 8 wird aus zwei Vorratsbehältern 15 und 16 zugeführt,
denen Schlacken-Zuführrohre 158 bzw.
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16 nachgeschaltet sind. Die Austrittsöffnungen der Rohre liegen vor
bzw. hinter dem Schweißband 3. Die durch den Vorratsbehälter 15' bewirkte.Aufschüttung
darf eine bestimmte Höhe nicht überschreiten, damit das Metallpulter 4 ungehindert
auf das Schweißband 3 aufgegeben werden kann.
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Der gesamte, im wesentlichen aus den Teilen 6, tjt, 9, 10, 11, 15
und 16 bestehende Schweißkopf ist an einem Träger 17 befestigt, der über Führungsrollen
18 in einer Führung 19 gelagert ist und in dieser - beispielsweise mittels eines
Getriebemotors (nicht dargestellt) - in horizontaler Richtung bewegt werden kann.
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Die Führung 19 kann an dem ortsfesten Ständer 20 mittels eines geeigneten
Antriebs (der in dem Ständer angeordnet sein kann) in vertikaler Richtung auf und
ab bewegt werden, Das Verfahren der Ereindung läßt zur Zeit eine Gesamtibschmlzleistung
von 60 kg/h zu; die Abschmelzleistung beträgt damit etwa das 4- bis 5-fache der
Leistung des bekannten Unter-Pulver-Bandschweißverfahrens. Beim Unter-Pulver-Bandschweißen
gemäß der Brfindung it Zusatz von Zuschlagstoffen erscheint eine weitere Steigerung
der Abschmelzleistung möglich, wenn man geeignete Schlakkenpulver, breitere Schweißbänder
und entsprechende Stromquellen verwendet.
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trotz der-hohen Abschmelzleistung und der dazu erforderlichen hohen
Schweißstrom- und Spannungswerte wurde bei Versuchen-bei einer Gesamtschichtdicke
von 5 - 7 mm ein gleichmsßiger und geringer Einbrand von etwa 0,5 -1 mm Tiefe erzielt.
Der geringe Einbrand tann damit erklärt werden, daß nur ein Teil der Lichtbogenenergie
zum Aufschmelzen des Grundwerkstoffs zur Verfügung steht; die restliche Energie
wird zum Aufschmelzen der Zuschlagstoffe benötigt. Die Gleichmäßigkeit des Einbrandes
wurde offensichtlich durch die Lichtbogensteuerung mitbewirkt.
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Neben der hohen Abschmelzleistung und den günstigen Einbrandverhältnissen
besitzt das Verfahren der Erfindung weitere Vorteile.
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Die Kosten für 1kg Zuschlagstoffe, die - entsprechend der gewünschten
Legierung - aus mehreren Komponenten gemischt wird, z*Be für eine Legierung mit
20 % Cr und 10 % Ni:
292 g Ferrochrompulver mit 71,5 P Or-Gehalt
104 g Nickelpulver mit 99 % Ni-Gehalt 604 g Eisenpulver mit 100 % Fe-Gehalt 1.000
g (20 ffi ar + 10 % Ni)-Pulver sind wesentlich geringer als die Kosten für 1 kg
18/8 Cr Ni-Schweißband handelsüblicher Qualität.
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Eine weitere Kostensenkung kann dadurch erzielt werden, daß anstelle
des t8/8 Cr Ni-Schweißbandes normales Stahlband verwendet wird und die gesamten
Legie'rungsbeatandteile mit den Zuschlagstoffen zugeführt werden.
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Beim BandachweiBen mit Zusatz von Zuschlagstoffen kann durch Verändern
der Komponenten die gewünschte Begterungsqualität exakt erreicht werden. Der Abbrand
Von Begierungselementen bzw. die Änderung der Beziehung durch Vermischung mit dem
Grundwerkstoff können somit einfach ausgeglichen werden, was bei anderen Schweißverfahren
nur durch Herstellen eines speziellen Drahtes bzw. Schweißbandes möglich ist.