DE2827206C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogen-Auftragschweißen mit Band-Elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs I sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In der US-PS 40 27 135 ist eine Vorrichtung beschrieben, mit der eine zweckmäßige Verbindung zwischen benachbarten Schweißraupen mit Hilfe eines pulsierenden Magnetfeldes am freien Ende der Band-Elektrode erzeugt wird. Das Magnetfeld wird von zwei magnetischen Polstücken erzeugt, die auf beiden Seiten der Schweißraupe ein wenig zum hinteren Ende der Band-Elektrode versetzt angeordnet sind. Als Elektromagnete werden sie derart gepulst, daß sich ein pulsierendes Magnetfeld ergibt, das dem Magnetfeld überlagert ist, das auf der Rückseite der Band-Elektrode durch den Schweißstrom erzeugt wird. Das sich ändernde Magnetfeld verursacht eine Krafteinwirkung auf das geschmolzene Flußmittel, daß das flüssige Schweißraupenmaterial bedeckt, so daß beide bewegt oder gerührt werden. Dieses Rühren des geschmolzenen Materials verhindert die Bildung eines Kanals zwischen benachbarten Schweißraupen, so daß es nicht notwendig ist. diese Kanäle manuell /u füllen.

Ein streifenweises Auftragschweißen wird häufig im Inneren von Gefäßen, beispielsweise einem Gefäß aus Kohlenstoffstahl vorgenommen, indem dieses mit einem rostfreien Stahl innen ausgekleidet wird. Hierbei wird ein Schweißkopf an einem Punkt im Inneren des Gefäßes angeordnet, das Gefäß anschließend gedreht und eine spiralförmige Schweißraupe im Inneren des Gefäßes durch entsprechende Axialbewegung des Kopfes aufgeschweißt Wenn der Schweißkopf bisher nabe an einen Flansch des Gefäßes herankam, wurde der Vorgang unterbrochen und die restliche Plattierung wurde manuell ausgeführt, was jedoch sehr zeitaufwendig und teuer ist Andererseits ist dies jedoch notwendig, da der Flansch ein Hindernis bildet der das Auftrag-Nchweißen bis ganz an die Kante des Flansches verhindert

Ferner ist das Auftragschweißen bei Zylindern mit relativ kleinem Durchmesser, etwa der Innenseite von Rohrleitungen, schwierig, da der Durchmesser nicht groß genug ist um sowohl den Schweißkopf als auch die Spule der Band-Elektrode aufzunehmen. In solchen Fällen wird der Schweißkopf in den Zylinder eingeführt während die Band-Elektrode von einer Spule von außerhalb in die Leitung geführt wird. Hierzu muß die Band-Elektrode spiralförmig geführt werden, wozu genügend Raum vorhanden sein muß, so daß hierdurch eine untere Grenze für die Größe der Zylinder gebildet wird.

Aus der DD-PS 70 958 ist es bekannt zum Auftragschweißen in Bohrungen die Band-Elektrode schräg zu stellen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lichtbogen-Auftragschweißen unter Pulvc· mit abschmelzender Band-Elektrode und mit einem elektromagnetischen Feld im Bereich des Schmelzbades zu * rhaffen, die es ermöglichen, eine Auftragschweißschicht bis zum Anschluß an eine vom Werkstück abstehende Wand heranzuführen.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 4 gelöst

An einer vom Werkstück abstehenden Wand wirkt somit diese Wand selbst als magnetischer Pol, wodurch die Notwendigkeit eines getrennten magnetischen Polstücks ausgeschaltet wird, das so angeordnet ist, daß es das Auftragschweißen bis zu der Kante der Wand verhindert.

Da die Band-Elektrode vorzugsweise in einem Winkel zur Ebene des Elektrodenbandes zugeführt wird, kann man nicht nur im Bereich von höheren Wänden auftragschweißen, sonder.i es wird auch der Raum, der durch die Spirale eingenommen wird, die erforderlich ist. um die Ebene der Band-Elektrode aus der Ebene der Spule in die Etene des Schweißkopfes zu drehen, reduziert wodurch die untere Grenze für die Größe von zylinderförmtgen Werkstucken verringert wird, die auftraggeschweißt werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren dargestelhen Ausführungsbeispiele näher erläutert.

F i g. I zeigt eine Stirnansicht einer bekannten Auftragschweißvorrichtung nach der US-PS 40 27 135.

F i g. 2 zeigt eine bekannte Auftragschweißvorrichtung für einen engen Zylinder.

F i g. 3 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

F i g. 4 zeigt die Verwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Auftragschweißen eines engen Zylinders.

F i g. 5 zeigt eine Art der Montierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die bekannte Vorrichtung ein Gehäuse 46, das Mittel zum Zuführen einer Band-Elektrode 14 zu einem Werkstück 10 aufweist. Ein Schweißstrom wird durch die Band-Elektrode 14 zu dem Werkstück 10 geführt und das Auftragschweißen wird bewirkt. Elektromagnete 24 und 26 werden durch

Signale gepulst, mit 3£.icc, die Spulc.i 30 bzw. 32 gespeist werden, und ein flüssiges Flußmittel (nicht dargestellt) wird durch das magnetische Feld bewegt, wodurch das darunter befindliche aufgebrachte flüssige Metall bewegt wird. Die Vorrichtung und das Werkstück 10 werden relativ zueinander bewegt, so daß das Metall in °inem Streifen senkrecht zur Ebene von F i g. 1 aufgebracht wird.

So kann F i g. 1 eine Ebene durch die Achse eines Zylinders sein, wobsi der Zylinder ein auftragzuschweißendes Gefäß ist Die Vorrichtung wird dann stationär gehalten oder langsam längs der Achse des Zylinders bewegt, während der Zylinder rotiert wird, wobei eine spiralförmige Schweißraupe auf dem Inneren des Gefäßes aufgebracht wird. Bei derartigen Gefäßen sind jedoch häufig Flansche 20 vorhanden, die ein vollständiges Auftragschweißen des Inneren des Gefäßes verhindern, da der Flansch 20 den Vorschub des Elektromagneten 24, der Spule 30 und eines Teils des Gehäuses 46 verhindert wodurch das Auftragschwei-Ben in der durch den Flansch 20 gebildeten Ecke nicht vorgennm.nen werden kann. Hierbei isi es üblich, das Auftragschweißen manuell unter Verwendunr einer Stabelektrode zu vervollständigen. Die Schweißzeit für eine solche Maßnahme ist jedoch dreißigmal größer als die Schweißzeit für einen vergleichbaren Bereich unter Verwendung der automatisch arbeitenden Vorrichtung.

F i g. 2 zeigt ein Beispiel eines engen Zylinders, der umfänglich auftraggeschweißt wird. Aufgrund seiner Größe ist es nicht möglich, die gesamte Vorrichtung einschließlich der Spule 42 der Band-Elektrode und den zugeordneten in der Zeichnung nicht dargestellten Teilen, wie einen Bandzuführmotor und ein Untersetzungsgetriebe in das innere des Werkstücks 34. einen Zylinder, der im Schnitt durch seine Achse dargestellt ist. einzuführen. Nur der Schweißkopf 36 wird im Innern des Werkstücks 34 angeordnet, wobei seine Lage durch einen Arm 40 kontrolliert wird, der mit anderen nicht dargestellten Positioniereinrichtungen verbunden ist. Um die Band-Elektrode 38 von der Spule 42 zu dem Schweißkopf ."» zu führen, ist es notwendig, daß die Ebene der Band-Elektrode 38 aus derjenigen, in der es sich befindet, wenn es die Spule 42 verläßt, in diejenige gedreht wird die es am Schweißkopf 36 annimmt. Diese Drehung führt zu einer Spirale im Innern des Zylinders 34. Die Kombination der Größe des Schweißkopfes mit dem Raum, dsr für d^:e Spirale der Bind-Elektrode 38 erforderlich ist. setzt die untere Grenze fur den Durchmesser des Zylinders, der auf diese Weise plattiert werden kann. Der Raum, der für die Spirale erforderlich ist. hängt natürlich von de" Breite der Band-Elektrode ab. je schmaler die Band-Elektrode ist. desto kleiner ist der Raum, drr für die Spira'e erforderlich ist. Auf der anderen Seite ist eine breite Band-Elektrode wünschenswert, da dann das Auftragschweißen mit größerer Geschwindigkeit vos genommen werden kann. Wenn dementsprechend der Zylinder einen relativ geringen Durchmesser hat. ist <-\ entweder notwendig, mit einem sehr schmalen Streifen zu plattieren oder eine Stabelektrode hierzu zu verwenden.

Fig. ! zeigt sine Ausführungsform gemäß der Erfindung, mit der ein Werkstück 64 auflraggeschweißt werden kann, das; eine Wand, etwa einen Flansch 44, aufweist, der normalerweise das Auftragschweißen in den durch das Werkstück 64 und seinen Flansch 44 gebildeten Winkel verhindert. Eine Zuführeinrichtung 54 für die Bancl-HleUrode 56. die ähnlich zu der Einrichtung 46 von Fig 1 ausgebildet ist, führt dieses zum Werkstück 64. Durch die Vorrichtung wird ein Flußmittel 58 in dem Schweißbereich aufgebracht, das zu geschmolzenem Rußmittel 60 wird und die Schmelze G2 aus Meta!! schützt Ein Elektromagnet 68 mit einer Spule 70 ist ähnlich wie die Elektromagnete 24 und 26 und die Spulen 30 und 32 von F i g. 1 vorgesehen. Die Schmelze 62 wird benachbart einer vorher aufgebrachten Schweißraupe 66 gebildet, wobei ein relativ weicher Verbund zwischen der Schmelze 62 und der Schweißraupe 66 durch ein pulsierendes Magnetfeld geschaffen wird.

Die Band-Elektrode 56 ist zur Wand 44 in einem Winkel der Ebene der Band-Elektrode 56 geneigt angeordnet. Dies ermöglicht es, die Vorrichtung bis in den Winkel zu führen, jedoch ist die Neigung alleine nicht ausreichend, um in der Nähe der Schmelze ein magnetisches Polstück vorzusehen, während ein magnetischer Pol ein Erfordernis bei dem Verfahren der US-PS 40 27 135 ist Es wird ein Teil 52 zum Übertragen eines magnetischen Flusses in die Wand 44 vorgesehen, die normalerweise ferromagnetisch ist. Es wurde gefunden daß die Übertragung des FIl.. es in die Wand 44 in dem dargestellten Bereich dazu füjrt. daß die Wand 44 zu einem komplementären Pol zu dem Polstück 68 wird. Der auf diese Weise gebildete Pol befindet sich auf der Seite der Band-Elektrode 56. die dem magnetischen Polstück 68 gegenüberliegt.

Es wird angenommen, daß die geeignete Positionierung des Pols folgendermaßen bewirkt wird: Der

»ι magnetische Fluß wird in die Wand 44 übertragen, da der Luftspalt zwischen dem Teil 52 und der ferromagnetischen Wand 44 im Verhältnis zu demjenigen zwischen dem Teil 52 und dem Polstück 68 klein ist. (Alle Teile des Kopfes 54. abgesehen von den Polstücken 52 und 68.

π bestehen aus nichtmagnetischem Material.) Es scheint daher, daß die Linien des magnetischen Flusses um die Flußmittelschicht 60 herum durch den Kohlenstoffstahl im Flansch 44 und im Werkstück 64 verkürzt sind. Jedoch bewirkt die Schweißhitze. daß das Flußmittel schmilzt, während ein Flußmittel verwendet wird, das eine relativ hohe magnetische Permeabilität im geschmolzenen Zustand aufweist. Weiterhin erhöht die Hitze des Schweißvorgangs die Temperatur des Werkstücks im Bereich der Schweißung auf eine

■π Temperatur, die hoch genug ist. so daß das Werkstück nicht mehr ferromagnetisch ist; daher wird die Permeabilität des Werkstücks verringert und die Permeabilität des Flußmittels derart vergrößert, daß der Weg des größ'en Teils des magnetischen Flusses vom

>i> Teil 52 durch den Flansch 44 zu dem geschmolzenen Flußmittel 60 und von diesem zu dem Polstück 68 verläuft Das pulsierende magnetische Feld, das durch Spulen 50 und 70 hervorgerufen wird, besitzt eine Komponente quer zur Oberfläche des geschmolzenen

>> Flutmi.ieis 60 und die Änderung des magnetischen Flusses bewegt das Flußmittel 60. das seinerseits das flüssige Metall 62 rühi t. wodurch ein zufnedens; sllendcr (ihcrpang zwischen benachbarten Schweißraupen erzeugt wird. Die Anordnung des Polstücks 68 ist wichtig.

m> da es wünschenswert ist. daß eine beträchtliche transversale Komponente des Magnetfeldes in den Übcrgangsbemchen existiert und daß das Polstück 68 nicht zu nahe in Niedertemperaturbereiche mit '--oher Permeabilität des Werkstückes 64 gebracht wird. Daher

h'i ist eine vorherige Einstellung der Lage des Polstückes 68 zweckmäßig, um dir Ausbildung der Verbindurgsbcreiche zu optimieren.

Die genannte Anordnung der Fland-lilektrode gemäß

clrr Erfindung kann ferner vorteilhaft zum Auftragschweißen von Zylindern mil kleinen Durchmessern verwendet werden. Wie im Zusammenhang mit Fig. 2 erwähnt wurde, stellt der Raum, der für die Spirale der Band-Elektrode notwendig ist. eine untere Grenze für die Größe eines mit einer Vorrichtung auftragschweißbaren Zylinders dar. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, reduziert die Neigung der Band-Elektrode den Radius, der für die Spirale erforderlich ist. wodurch die Grenze bezüglich des Zylinderdurchmessers verringert wird. F i g. 4 zeigt einen Schweißkopf 76, der ähnlich zu dem Schweißkopf 54 von F i g. 3 ausgebildet und innerhalb eines auftragzuschweißenden Zylinders 72 angeordnet ist. Ein Polstück 78, das ähnlich dem Polstück 68 von F i g. 3 ist, wird verwendet, während ein Ansatz 74 am Teil 75 (entsprechend dem Teil 52 von F i g. 3) für Fälle angebracht ist, in denen kein Winkel als Polstück verwendet wird. Ein Arm 82 entspricht dem Arm 40 von Fig. 2. während die Spule 84 der Spule 42 entspricht. Wie sich aus Fig.4 ergibt, wird für das Drehen der Band-Elektrode bei geneigter Elektrode wenig Raum notwendig. Eine 15°-Neigung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt, jedoch können auch andere Neigungen verwendet werden, und bei zunehmend engen Zylindern kann mit zunehmender Neigung auftraggeschweißt werden.

Gemäß Fig.5 ist eine Spule 86 der Band-Elektrode 87 auf einem Spulenarm 88 angeordnet, der fest mit einer Welle 90 verbunden ist. Die Welle 90 ist in einer Hülse 91 drehbar, die mit einem Arm 92 zum Positionieren verbunden ist, und ferner ist die Welle 90 fest mit einer Platte 94 verbunden. Eine Führung 96, die dazu dient, die Band-Elektrode 87 in den Schweißkopf 98 zu führen, ist auf der Platte 94 ebenso wie ein Arm 100 zum Hallen des Schweißkopfes 98 befestigt.

Zum Auftragschweißen von großen Zylindern, etwa von Druckgefäßes wird der Arm 92 durch geeignete Positioniermittel in das Innere des Druckgefäßes bewegt. Ein genügender Raum existier! in großen Druckgefäßen, um die Spule 86 und den Rest der Vorrichtung aufzunehmen. Wenn ein Winkel auftraggeschwciOt werden soll, wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird die Vorrichtung wie dargestellt angeordnet, und der Winkel in der vorstehenden Weise plattiert. Wenn die Vorrichtung 3us dem Winkel herausgezogen wird, wird der Ansatz 74 von Fig. 4 hinzugefügt, während die allgemeine Anordnung der Vorrichtung entsprechend derjenigen von F i g. 5 bleibt, mit der Ausnahme, daß das vertikale Teil nicht als Polstück verwendet wird. Wenn das Auftragschweißen in einem Winkel vorgenommen werden soll, der entgegengesetzt gerichtet ist, wird die Welle 90 gedreht, wodurch der Spulenarm 88 und die Platte 94 um die Achse der Welle 90 gedreht werden, wobei die Spule 86 und der Schweißkopf entsprechend angehoben werden. Auf diese Weise brauchen die Mittet, die zum Positionieren des Arms 92 dienen, zum Auftragschweißen eines gegenüberliegenden Winkels nicht netf orientiert zu werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Lichtbogen-Auftragschweißen unter Pulver mit abschmelzender Band-Elektrode und mii einem elektromagnetischen Feld im Bereich des Schmelzbades, dadurcö gekennzeichnet, daß beim Auftragschweißen neben einer vom Werkstück (64) abstehenden Wand (44) diese Wand als zweiter magnetischer Pol verwendet wird, indem der magnetische Fluß über diese Wand geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rußmittel mh relativ hoher Permeabilität im geschmolzenen Zustand verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Band-Elektrode (54) in ihrer Ebene von der Wand weggeneigt gehalten wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der neben einer Wand (44) zu laufen kommende Polschuh (52) so geformt ist. daß der MagnctfluS auf die Wand übergeht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß einer der magnetischen Pole (52, 75) mit einem Ansatz (74) versehbar ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Klektrodenband (86) zusammen mit den magnetischen Polen um eine Achse senkrecht zu einem Positionierann (92) der Vorrichtung drehbar ist. w

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Halten des Elektrodenbandes (56,84) schräg zur Oberfläche des Werkstücks (64,72) vocgesehtii sind.