DE60120525T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschutzgasschweissen mit abschmelzender Elektrode - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lichtbogen-Schutzgas-Schweißen unter Verwendung einer abschmelzenden Elektrode. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lichtbogen-Schutzgas-Schweißen unter Verwendung einer abschmelzenden Elektrode, bei denen eine geeignete Dichteverteilung der Lichtbogenwärmezufuhr in einer Fuge eines Grundmetalls erfolgt, um eine zufrieden stellende Festigkeit eines Schweißmetalls zu gewährleisten.
• Um Schweißdefekte wie Bindefehler in der Wurzel einer Fuge oder die Bildung von konvexen Schweißtropfen in der Fuge beim Wurzelschweißen oder mehrlagigem Schweißen einer sehr engen Fuge einer Metallverbindung zu vermeiden, die eine V- oder Y-förmige Form mit einem Fugenwinkel von etwa 30° oder eine I- oder U-förmiger Form mit einem Abstand von etwa 5 mm hat, ist es notwendig, eine effektive Dichteverteilung der Lichtbogenwärmezufuhr sicherzustellen.
• Ein Verfahren zum Lichtbogen-Schutzgas-Schweißen unter Verwendung einer abschmelzenden Elektrode, das in seiner Wirksamkeit exzellente Eigenschaften hat, weil eine breite Munddicke durch einen einfachen Vorgang erzeugt wird, ist nicht ohne Ausnahme. Hohe Lichtbogenleistung, die den Boden der Fuge bei einem Kopf an geschmolzenem Metall mit exzessiv schwerem Gewicht schmelzen kann, ist notwendig und erfordert einen hohen elektrischen Strom.
• Beim MIG-Schweißen, das ein inertes Gas wie Argon als Schutzgas benutzt oder ein gemischtes Gas, bei dem ein oxidierendes Gas wie O₂ von 2 bis 5 % und CO₂ von weniger als 20 % als Hauptbestandteil vorhanden ist und das oxidierende Gas zu dem inerten Gas addiert wird, kann solche Anforderungen nicht erfüllen. Dies kommt daher, dass das MIG-Schweißen grundsätzlich auf das Sparen von Strom und Wärmeleistung ausgerichtet ist und weil der Bedingungsbereich, der ein fehlerfreies Wurzelschweißen einer Fuge zulässt, eng ist.
• Andererseits ist das MIG-Schweißen in Bezug auf die Schweißtropfen sehr effektiv. Stabiles und feines Schmelzen ist unabdingbar zur Sicherstellung der Benetzungseigenschaft am Fuß der Schweißtropfen. Der Kathoden-Reinigungsvorgang beim MIG-Schweißen, der in einem weiten Bereich des Schutzgases erstaunlich sicher ist, ist ebenfalls maßgebend für ein stabiles und feines Schmelzen des Fußes.
• Beim MAG-Schweißen, bei dem als oxidierendes Gas normalerweise Ar + 20 CO₂ als Schutzgas verwendet wird, ist der Bedingungsbereich für ein fehlerloses Wurzelschweißen einer Fuge sehr eng. Aus diesem Grunde ist ein CO₂- Schweißen unter Benutzung von 100 % CO₂ gefordert.
• Es ist jedoch bekannt, dass sich bei Benutzung eines oxidierenden Schutzgases die Festigkeit des geschweißten Metalls verschlechtert. Aus diesem Grunde ist eine Erniedrigung des Mischungsverhältnisses des oxidierenden Gases wie 0₂ und CO₂ erforderlich, um eine ausreichende Festigkeit des geschweißten Metalls sicherzustellen.
• Die vorliegende Erfindung geht aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
• Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Lichtbogen-Schutzgas-Schweißen unter Verwendung einer abschmelzenden Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung;
• 2 eine grafische Darstellung, die die Beziehungen zwischen einer CO₂-Konzentration in einem Schutzgas in einer Lichtbogenregion und der absorbierten Energie eines Schweißmetalls zeigt, wenn CO_{2 zu dem Schutzgas hinzuge} fügt wird, wobei das Schutzgas ein einfaches Ar-Gas ist und ein Verfahren zum Lichtbogen-Schutzgas-Schweißen unter Verwendung einer abschmelzenden Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird;
• 3 ein vergrößerter Querschnitt einer Fuge eines Grundmetalls, das in dem Beispiel 1 benutzt wird;
• 4(a) bis (g) Darstellungen, die eine Position der Spitze eines Schweißdrahtes und das Verhalten eines Lichtbogens während des Schweißens zeigen;
• 5A und 5B Darstellungen von Lichtbogenströmen, Lichtbogenspannungen und Spannungen zwischen einem Grundmetall und einer Kontaktspitze bzw. Positionen einer Schweißdrahtspitze zeigen; und
• 6A bis 6C Darstellungen, die Spannungen einer Schweißstromquelle, Lichtbogenspannungen, Lichtbogenströme, Positionen einer Schweißdrahtspitze und elektrische Eingangsleistung zeigen, und zwar
  – in dem Fall, dass das Lichtbogenschweißen ohne Änderung der Spannungscharakteristik einer elektrischen Schweißstromquelle durchgeführt wurde,
  – in dem Fall, dass das Lichtbogenschweißen durchgeführt wurde, während die Spannungscharakteristik der elektrischen Schweißstromquelle synchron mit einem entsprechenden CO₂-Gas-Zusatz verändert wurde, und
  – in dem Fall, dass das Lichtbogenschweißen durchgeführt wurde, während einerseits die Spannungscharakteristik der elektrischen Schweißstromquelle synchron mit einem CO₂-Gas-Zusatz geändert wurde, und andererseits mit einem Impulszyklus mit einer Phasenverschiebung von 0,125 Sekunden gegenüber dem CO₂-Gas-Zusatzzyklus.
• US-A-3.484.575 beschreibt, wie beobachtet werden kann, wie sich ein Lichtbogenstrom abhängig von Änderungen in der Schutzgaszusammensetzung verändert.
• US-A-3.309.491 und DE-A-2265065 beschreiben Verfahren zum Lichtbogen-Schutzgas-Schweißen unter Verwendung von abschmelzenden Elektroden.
• Gemäß einem breiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Lichtbogen-Schutzgas-Schweißen unter Verwendung einer abschmelzenden Elektrode mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen: intermittierendes Zufügen einer anderen Gasart mit einer von der Lichtbogen-Strom-Spannungs-Charakteristik des Schutzgases abweichenden Charakteristik zu dem Schutzgas, intermittierendes Ändern eines Lichtbogenstromes proportional zu einer intermit tierenden Änderung der chemischen Zusammensetzung des Schutzgases in einer Lichtbogenregion und Verschieben eines Lichtbogenpunktes an einer Spitze eines Schweißdrahtes entlang einer Fuge definiert durch ein Grundmaterial in Richtung auf den Boden der Fuge und von dieser fort, wobei die Variation des Lichtbogenstromes durch Ändern der externen Charakteristik einer elektrischen Schweißstromquelle synchron mit dem intermittierenden Zusatz der anderen Gasart zu dem Schutzgas erhöht oder erniedrigt wird, wodurch eine Verschiebungsamplitude des Lichtbogenpunktes in der Fuge erhöht oder erniedrigt wird.
• Vorzugsweise ist das Schutzgas oder die andere Gasart ein oxidierendes Gas oder ein Heliumgas.
• Gemäß einem anderen breiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Lichtbogenschutzgasschweißen unter Verwendung einer abschmelzenden Elektrode vorgesehen mit einem Schweißbrenner, einem Drahtzuführabschnitt zum kontinuierlichen Zuführen eines Schweißdrahtes zum Schweißbrenner, einem Schutzgaszuführabschnitt zum Zuführen eines Schutzgases zum Schweißbrenner, einer elektrischen Schweißstromquelle und einem weiteren Schutzgaszuführabschnitt zum intermittierenden Zusetzen einer anderen Gasart mit einer von der Lichtbogen-Strom-Spannungs-Charakteristik des Schutzgases abweichenden Charakteristik zu dem Schutzgas, bei der zwischen der elektrischen Schweißstromquelle und einem Flusssteuerabschnitt für die andere Gasart eine Schnittstelle vorgesehen ist, die in der Lage ist, eine Änderung der externen Charakteristik der elektrischen Schweißstromquelle mit dem intermittierenden Zusatz der anderen Gasart zu synchronisieren, wodurch die Variation eines Lichtbogenstromes erhöht oder erniedrigt und eine Verschiebungsamplitude des Lichtbogenpunktes erhöht oder erniedrigt wird, der an der Spitze des Schweißdrahtes entsteht, wenn dieser in einer Fuge einen Schweißvorgang durchführt.
• Wie in 1 gezeigt, wird zum Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zu einem Schutzgas aus einer Schutzgasquelle 1 ein anderes Gas mit einer gegenüber dem Schutzgas abweichenden Lichtbogen-Strom-Spannungs-Charakteristik aus einer Quelle 2 für ein anderes Gas intermittierend hinzugefügt, und die chemische Zusammensetzung eines Schutzgases 1a in einer Lichtbogenregion 3 wird intermittierend verändert.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei kontinuierlicher Zuführung eines Schweißdrahtes 4 mit konstanter Rate in einem Schweißbrenner 6 durch einen Drahtzuführabschnitt 5 eine andere Gasart 2 intermittierend zu einem Schutzgas 1 hinzugefügt und die chemische Zusammensetzung des Schutzgases 1a wird intermittierend im Bereich der Erzeugung eines Lichtbogens 3 verändert, während der Lichtbogenschweißvorgang im Bereich des Schutzgases 1a in dem Schweißbrenner 6 durchgeführt wird.
• Ein Lichtbogenstrom wird durch eine Lichtbogen-Strom-Spannungs-Charakteristik gesteuert, die von der Art des Schutzgases 1a und der externen Charakteristik der elektrischen Schweißstromquelle 7 abhängt.
• Wird eine andere Gasart 2 mit einer höheren Lichtbogen-Spannungs-Charakteristik bei gleicher Lichtbogenlänge verwendet, wird bei Zusatz dieser anderen Gasart 2 der Lichtbogenstrom erniedrigt. Da der Schweißdraht 4 durch den Drahtzuführabschnitt 5 mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt wird, senkt sich die Spitze 4a des Schweißdrahtes 4 zur Seite des Schweißmetalls 8, das heißt zum Boden einer Fuge 9a des Grundmetalls 9. Sobald der Zusatz der anderen Gasart 2 beendet ist, erhöht sich der Lichtbogenstrom und die Spitze 4a des Schweißdrahtes 4 steigt wieder in die Position, die eingenommen wurde, bevor die andere Gasart 2 zugesetzt wurde.
• Wird eine andere Gasart mit einer niedrigeren Lichtbogen-Spannung bei gleicher Lichtbogenlänge verwendet, so ändern sich die Eigenschaften in umgekehrter Weise.
• Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Lichtbogenstrom intermittierend proportional zu einer intermittierend geänderten chemischen Zusammensetzung eines Schutzgases 1a im Bereich des Lichtbogens 3 und eines Lichtbogenpunktes verändert, der sich an der Spitze 4a des Schweißdrahtes 4 befindet, und dieser wird innerhalb der Fuge 9a des Grundmetalls 9 auf und ab verschoben. Diese Auf- und Abwärtsverschiebung des Lichtbogenpunktes entlang der Fuge 9a führt zu wirksamen Dichteverteilungen der Lichtbogenwärmeinnerhalb der Fuge 9a.
• Wenn der Lichtbogenpunkt am Boden der Fuge 9a des Grundmetalls 9 verschoben wird, so ist die Lichtbogenwärme-Eingangsbedingung zum Beispiel gleich der einer konzentrierten Wärmequelle, die bei Benutzung von 100 % CO₂ als Schutzgas erhalten wird, und dies bedeutet eine ausreichend starke Lichtbogenleistung gegenüber einem Kopf von geschmolzenem Metall mit exzessiv schwerem Gewicht. Der Boden der Nut 9a wird hierdurch durch entsprechende Wärmeenergie stabil geschmolzen. Ein Lichtbogenschweißverfahren mit so genannter großer Wärmeeingangsleistung ist somit unnötig, und eine übermäßig große Wärmeeingangsleistung wird somit vermieden.
• Ein Zustand, bei dem die Spitze 4a des Schweißdrahtes 4 sich zu der Oberflächenseite der Fuge 9a bewegt, ist gleich einer der Bedingungen des MIG-Schweißens, das in Bezug auf Schweißtropfen als effektiv angesehen wird. Dementsprechend ist die erzielte Wärmemenge die gleiche, wie sie durch eine Kathodenreinigungsaktion beim MIG-Schweißen gestreut wird. Ein feines Schmelzen tritt auf und die Benetzungseigenschaften am Fuß der Schweißtropfen werden sichergestellt.
• Bei der vorliegenden Erfindung kann die Wärmezufuhrkonzentration und Streuung des Lichtbogens 3 in der Fuge 9a des Grundmetalls 9 durch den intermittierenden Zusatz einer unterschiedlichen Gasart 2 gesteuert werden, und hierdurch werden innerhalb der Fuge 9 effektive und geeignete Dichteverteilungen der Lichtbogenwärmezufuhr realisiert. Obgleich übermäßig große Wärmeeingangsleistungen vermieden werden, ergibt sich ein Schmelzen des Grundmetalls 9. Zusätzlich kann die Wärmedichte während des Schweißens im Ganzen reduziert werden. Die geschmolzene Region und die durch Wärme beeinträchtigte Zone können ebenfalls minimiert werden. Dementsprechend werden verschiedene Eigenschaften des Grundmetalls 9 nicht beeinträchtigt, und es kann die metallische Struktur stabil erhalten werden. Deformationen und bleibende Spannungen können ebenfalls reduziert werden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein einfaches oder zusammengesetztes Inertgas wie Heliumgas oder Argongas, oder ein zusammengesetztes Gas verwendet, in dem ein Inertgas die Hauptkomponente bildet und ein oxidierendes Gas wie O₂- oder CO₂- , oder N₂-Gas zugesetzt und als Schutzgas 1 verwendet wird. Der Anteil des zugesetzten Gases kann innerhalb des Bereiches vom MIG- oder MAG-Schweißen liegen oder kann oberhalb des Bereiches des üblichen MAG-Schweißens liegen. Ein einfaches oder zusammengesetztes Gas wie ein oxidierendes Gas O₂ oder CO₂ kann als Schutzgas 1 verwendet werden.
• Ein einfaches oder zusammengesetztes Gas, das eine höhere oder niedrigere Lichtbogenspannung bei gleicher Lichtbogenlänge wie das Schutzgas 1 zeigt, wird als die andere Gasart 2 mit einer anderen Lichtbogen-Strom-Spannungs-Charakteristik als die des Schutzgases 1 angewendet; zum Beispiel in dem Fall, wo ein einfaches oder zusammengesetztes Inertgas oder Kompositionsgas verwendet wird, das ein Inertgas als Hauptkomponente aufweist, wo ein einfaches oxidierendes Gas wie O₂-Gas oder CO₂-Gas oder N₂-Gas oder eine Komposition damit verwendet wird, weiter, wo ein Kompositionsgas, bei dem diese Gase einem Inertgas im Vergleich zu einem Schutzgas in einer größeren Menge zugesetzt werden als sie dem Schutzgas zugesetzt werden. In dem Fall, wo das Schutzgas 1 ein einfaches oxidierendes Gas wie O₂-Gas oder CO₂-Gas oder eine Komposition damit ist, wo es ein einfaches Inertgas wie Helium oder Argon, oder ein Kompositionsgas damit ist, weiter ein Kompositionsgas, in dem ein Inertgas die Hauptkomponente bildet und ein oxidierendes Gas wie O₂-Gas oder CO₂-Gas, oder N₂-Gas im Vergleich zu einem Schutzgas, dem diese Gase zugesetzt werden, in kleinerer Menge zugesetzt wird.
• In dem Fall, wo ein oxidierendes Gas wie O₂-Gas oder CO₂-Gas als Schutzgas 1 verwendet wird sowie die andere Gasart 2, sind Festigkeitsverschlechterungen des Schweißmetalls 8 zu befürchten. Da jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung eine andere Gasart 2 intermittierend zu dem Schutzgas 1 hinzugefügt wird, wird der mittlere Gasdruck (Gaskonzentration) des oxidierenden Gases genügend reduziert, so dass eine Festigkeitsverschlechterung des Schweißmetalls 8 vermieden wird. Die Festigkeit des Schweißmetalls 8 kann in zufrieden stellender Weise aufrechterhalten werden.
• Wie aus 2 hervorgeht, wird im Falle einer CO₂-Gaskonzentration von weniger als 20 % die Festigkeit des Schweißmetalls sicher aufrechterhalten. Ein intermittierendes Zusetzen von CO₂-Gas bei einer Gaskonzentration von weniger als 20 % wird bei einer Betriebsweise durchgeführt, bei der die Fließgeschwindigkeit des CO₂-Gases ein Viertel der Fließgeschwindigkeit des Ar-Gases beträgt.
• Wie aus 1 hervorgeht, wird die Fließgeschwindigkeit der anderen Gasart 2 durch einen Fließsteuerabschnitt 10 gesteuert. Der Fließsteuerabschnitt 10 sorgt dafür, dass die andere Gasart 2 intermittierend zu dem Schutzgas 1 hinzugefügt wird. Zusätzlich überwacht der Fließsteuerabschnitt 10 ein Reduzierventil und Flussmesser 11, die in jeder der Leitungen für das Schutzgas 1 und die andere Gasart 2 angeordnet sind, so dass der Fließsteuerabschnitt 10 die andere Gasart 2 und das Schutzgas 1 mit entsprechenden Fließgeschwindigkeiten zusammenführt.
• Vorzugsweise wird die andere Gasart 2 teilweise einem nahen Abschnitt der Spitze 4a des Schweißdrahtes 4 zugeführt, an dem sich der Lichtbogenpunkt 3 befindet. Dies wird als wichtig angesehen in Bezug darauf, dass die Eigenschaften des Grundmetalls 10 stabil erhalten bleiben.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die externe Charakteristik der elektrischen Schweißstromquelle 7 synchron mit dem intermittierenden Zusatz der anderen Gasart 2 zum Schutzgas 1 verändert werden, wodurch der Lichtbogenstrom erhöht oder erniedrigt werden kann. Durch die Erhöhung oder Erniedrigung des Lichtbogenstromes wird die Verschiebungsamplitude des Lichtbogenpunktes in der Fuge 9a des Basismetalls 9 erhöht oder reduziert. Dementsprechend sind die Dichteverteilungen der Lichtbogenwärmezufuhr in der Fuge 9a besser angepasst.
• Ist die externe Eigenschaft der elektrischen Schweißstromquelle 7 zum Beispiel eine Impulsspannung, so kann bei einer Synchronisation der Impulsspannungsänderung mit einer Änderung der Menge der anderen Gasart 2 der Lichtbogenstrom erhöht oder erniedrigt werden, wenn die Spitze der Impulsspannung während des Zusatzes der anderen Gasart 2 auftritt.
• Die Mittel und die Art der Synchronisierung der Eigenschaften der externen Schweißstromquelle 7 mit dem intermittierenden Zusatz der anderen Gasart 2 sind nicht auf spezielle Lösungen beschränkt. Wie zum Beispiel in 1 gezeigt wird, kann der Fließsteuerabschnitt 10 über eine Schnittstelle 12 mit der elektrischen Schweißstromquelle 7 verbunden werden. Die Steuerung des Fließsteuerabschnittes 10 kann mit den Impulsbedingungen der elektrischen Schweißstromquelle 7 synchronisiert werden.
• Das folgende Beispiel bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung, sondern liefert nützliche Hintergrundinformationen zum Verständnis der vorliegenden Erfindung:
• (Beispiel 1)
• Ein CO₂-Gas wird als andere Gasart mit einer Fließgeschwindigkeit von 3 bis 7 l/min. in einem Intervall von 0,25 sec. intermittierend zu einem Schutzgas wie einem einfachen Ar-Gas mit einer Fließgeschwindigkeit von 20 l/min. hinzugefügt. Das Schweißen erfolgte in einer V-förmigen Fuge mit einem Winkel von 30° in schweißbarem Stahl, wie in 3 gezeigt. Wie üblich, wird eine elektrische Stromquelle mit konstanter Spannung als elektrische Schweißstromquelle verwendet. Der Schweißdraht hat einen Durchmesser von 1,6 mm bei einer Schweißgeschwindigkeit von 45 cm/min.
• Als eines der Teile dient eine Kontaktspitze 13, wie in 1 gezeigt, und diese ist in einem Schweißbrenner 6 angeordnet. Die Position der Schweißdrahtspitze ist in 1 mit dem Bezugszeichen Z versehen.
• 4(a) entspricht einem Zustand, bei dem das Schweißen nur mit einem Ar-Gas durchgeführt wird. Dem Schutzgas wurde kein CO₂-Gas hinzugefügt. Der Lichtbogen erstreckt sich breit in die Fuge.
• Wird ein CO₂-Gas zum Schutzgas hinzugefügt, senkt sich die Schweißdrahtspitze anschließend bis auf den Boden der Fuge in der Reihenfolge der 4(b) bis (e). Dieses Phänomen wird durch die folgende Theorie erklärt.
• Wenn das CO₂-Gas zu dem Schutzgas hinzugefügt wird, wie in 5A gezeigt, erhöht sich die Lichtbogenspannung, da das CO₂-Gas eine andere Lichtbogen-Strom-Spannungs-Charakteristik hat und eine höhere Lichtbogenspannung bei gleicher Lichtbogenlänge als das Ar-Gas aufweist. Da sich bei einer elektrischen Stromversorgung mit konstanter Spannung die Spannung nur geringfügig ändert, bewirkt die Erhöhung der Lichtbogenspannung eine Spannungserniedrigung an dem in der Fuge angeordneten Schweißdraht. Der Lichtbogenstrom vermindert sich wie in 5A gezeigt. Als Ergebnis vermindert sich der geschmolzene Anteil an Schweißdraht, und, wie 5B bestätigt, bewegt sich die Schweißdrahtspitze nach unten.
• Wie in den 4(c) und (d) gezeigt, wird der Lichtbogen an der kürzesten Distanz von einer der Fugenwände erzeugt und ein Tropfen bewegt sich zur entgegen gesetzten Seite des Lichtbogens unter der Elastizität des Lichtbogens, siehe 4(c). Als Resultat ist der Abstand zwischen dem Tropfen und der rechten Seite der Fugenwand die kürzeste und der Lichtbogen wird auf der rechten Seite der Fugenwände erzeugt. Dementsprechend bewegt sich der Tropfen unter der Elastizität des Lichtbogens weiter zur entgegen gesetzten Seite des Lichtbogens, siehe 4(d). Da die Bewegung sich wiederholt, wenn die Bewegung des Lichtbogens als Ganzes gesehen wird, wird der Lichtbogen gleichmäßig in der Fuge verteilt, so dass ein einseitiges Schmelzen nicht auftritt und die Fugenwände zufrieden stellend geschmolzen werden.
• Wenn das CO₂-Gas abgeschaltet wird, wie in 4(f) gezeigt, wird der Lichtbogen am Boden der Fuge breit erzeugt, weil als Schutzgas nur Ar-Gas verwendet wird. Wie 5A zeigt, erhöht sich der Lichtbogenstrom beim Abfall der Lichtbogenspannung und die Schweißdrahtspitze bewegt sich dementsprechend nach oben in der Reihenfolge der 4(f), (g) und (a). Dies wird auch in 5B bestätigt. Wenn die Schweißdrahtspitze zurück geht zu der Anfangsposition nach 4(a) werden konkave Schweißtropfen mit ausreichender Benetzungseigenschaft gebildet. Dies erfolgt aufgrund des Kathodenreinigungsvorganges und kommt daher, dass der Lichtbogen über den anfänglichen Lichtbogenpunkt nach 4(a) erzeugt wird.
• Wie oben beschrieben, wurden Konzentration und Verteilung der Lichtbogenwärmezufuhr in der Fuge durch intermittierenden Zusatz einer anderen Gasart gesteuert, so dass wirksame und geeignete Verteilungen der Lichtbogenwärmezufuhr in der Fuge erzeugt wurden. Das Schmelzen in der Fuge wurde in genü gender Weise sichergestellt und eine Wärmedichte als Ganzes während des Schweißvorganges wurde erniedrigt. Außerdem wurden der geschmolzene Bereich und die wärmebeeinträchtigte Zone minimiert. Zusätzlich konnte der mittlere Gasdruck (Gaskonzentration) des CO₂-Gases ausreichend niedrig gehalten und die Schweißmetallfestigkeit konnte zufrieden stellend aufrechterhalten werden.
• Beispiele eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Lichtbogen-Schutzgas-Schweißen unter Verwendung einer abschmelzenden Elektrode und einer entsprechenden Vorrichtung werden in den nachfolgenden Beispielen beschrieben:
• (Beispiel 2)
• Eine Konstantspannung-Charakteristik mit variierender Nichtlast-Spannung wie einem Impuls wurde als externe Eigenschaft einer elektrischen Schweißstromquelle ausgewählt. Ähnlich wie im Beispiel 1 wurde der Schweißvorgang durchgeführt, während die Konstantspannung-Charakteristik geändert wurde synchron mit dem CO₂-Zusatz. Die Lichtbogenströme und die Positionen der Schweißdrahtspitze wurden mit denen im Beispiel 1 verglichen, bei dem die Spannungscharakteristik der Schweißstromquelle nicht verändert wurde. Die Resultate sind in den Darstellungen der 6A, 6B und 6C gezeigt.
• 6A zeigt die Spannungen einer elektrischen Schweißstromquelle, Lichtbogenspannungen, Lichtbogenströme, Positionen der Schweißdrahtspitze und die elektrische Eingangsleistung ausgedrückt in elektrischem Strom x Spannung während des Gleichstrom-Lichtbogenschweißens, bei dem das Schweißen ohne Änderung der Spannung der elektrischen Schweißstromquelle erfolgte. 6B zeigt die Spannungen einer elektrischen Schweißstromquelle, Lichtbogenspannungen, Lichtbogenströme, Positionen der Schweißdrahtspitze und die elektrische Eingangsleistung während des Schweißvorganges, wobei die Spannungscharakteristik der elektrischen Schweißstromquelle eine Impulsspannung mit einem Zyklus von 0,25 sec. ist, die gleiche wie bei dem Zyklus mit einem CO₂-Gaszusatz. Die Spannungscharakteristik wurde synchron mit dem CO₂-Gaszusatz entsprechend dem Additionszyklus verändert. 6C zeigt Spannungen einer elektrischen Schweißstromquelle, Lichtbogenspannungen, Lichtbogenströme, Positionen der Schweißdrahtspitze und elektrische Eingangsleistung während eines Schweißvorganges, bei dem die Spannungscharakteristik der elektrischen Schweißstromquelle eine Impulsspannung mit einem Zyklus von 0,25 sec. war, und zwar gleich dem Zyklus eines CO₂-Gaszusatzes, und die Spannungscharakteristik wurde synchron mit dem CO₂-Gaszusatz geändert, und bei dem andererseits der Impulszyklus eine Phasenverschiebung von 0,125 sec. gegenüber dem Zyklus mit dem CO₂-Gaszusatz hatte.
• Ein Vergleich der 6A bis 6C ergab Folgendes: In dem Fall, wo ein Spannungsimpulszyklus der elektrischen Schweißstromquelle mit dem Zusatzzyklus mit dem CO₂-Gas übereinstimmte (6B), das heißt das CO₂-Gas wurde bei der Spitze des Spannungsimpulses hinzugesetzt, bewegte sich die höchste Position der Schweißdrahtspitze in der Fuge zum Boden der Fuge, aber die Veränderung der Schweißdrahtspitze erniedrigte sich im Vergleich zu der direkten Lichtbogenschweißung (6A). Wenn das CO₂-Gas abgeschaltet wurde, bewegte sich die Schweißdrahtspitze in eine obere Position in der Fuge, und die elektrische Leistung, ausgedrückt in elektrischem Strom x Spannung, gelangte effektiv nicht bis zum Boden der Fuge.
• Andererseits, wenn der Spannungsimpuls der elektrischen Schweißstromquelle synchron zu dem CO₂-Gaszusatz verändert wurde und eine vorbestimmte Phasenverschiebung auf den Impulszyklus angewandt wurde (6C), wurden sowohl die höchste als auch die niedrigste Position der Schweißdrahtspitze in der Fuge zum Boden der Fuge bewegt im Vergleich mit dem Gleichstrom-Lichtbogenschweißvorgang (6A) und die Verschiebungsamplitude (ΔZ) wurde maximiert. Wenn sich die Schweißdrahtspitze am Boden der Fuge für 3,5 bis 3,7 sec. befand, war die elektrische Eingangsleistung größer als im Fall der 6A und 6B. Die Wärme wurde effektiv in den Boden eingeführt und ihr Eindringen am Boden wurde aufrechterhalten.
• Aus diesen Tatsachen geht hervor, dass die Verschiebungsamplitude des Lichtbogenpunktes in der Fuge vergrößert werden kann durch die Veränderung einer externen Eigenschaft einer elektrischen Schweißstromquelle, wenn diese mit einem intermittierenden Zusatz einer anderen Gasart zu einem Schutzgas synchron erfolgt, und durch Erhöhen der Variation des Lichtbogenstromes. Dementsprechend können geeignete Dichteverteilungen der Lichtbogenwärmezufuhr in der Fuge erzielt werden.
• Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt ist. Verschiedene Modifikationen sind innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Patentansprüche möglich.

Claims (3)

1. Verfahren zum Lichtbogenschutzgasschweißen unter Verwendung einer abschmelzenden Elektrode mit den Verfahrensschritten: intermittierendes Zufügen einer anderen Gasart (2) mit einer von der Lichtbogen-Strom-Spannungs-Charakteristik des Schutzgases (1) abweichenden Charakteristik zu dem Schutzgas, intermittierendes Ändern eines Lichtbogenstromes proportional zu einer intermittierenden Änderung der chemischen Zusammensetzung des Schutzgases (1a) in einer Lichtbogenregion und Verschieben eines Lichtbogenpunktes an einer Spitze (4a) eines Schweißdrahtes (4) definiert durch ein Grundmaterial (9) entlang einer Fuge (9a) in Richtung auf den Boden der Fuge (9a) und von diesem fort, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation des Lichtbogenstromes durch Ändern der externen Charakteristik einer elektrischen Schweißstromquelle (7) synchron mit dem intermittierenden Zusatz der anderen Gasart zu dem Schutzgas erhöht oder erniedrigt wird, wodurch eine Verschiebungsamplitude des Lichtbogenpunktes in der Fuge erhöht oder erniedrigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas oder die andere Gasart ein oxidierendes Gas oder ein Heliumgas ist.
3. Vorrichtung zum Lichtbogenschutzgasschweißen unter Verwendung einer abschmelzenden Elektrode mit einem Schweißbrenner (6), einem Drahtzuführabschnitt (5) zum kontinuierlichen Zuführen eines Schweißdrahtes (4) zum Schweißbrenner, einem Schutzgaszuführabschnitt zum Zuführen eines Schutzgases (1) zum Schweißbrenner, einer elektrischen Schweißstromquelle (7) und einem weiteren Schutzgaszuführabschnitt zum intermittierenden Zusetzen einer anderen Gasart (2) mit einer von der Lichtbogen-Strom-Spannungs-Charakteristik des Schutzgases abweichenden Charakteristik zu dem Schutzgas, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektrischen Schweißstromquelle und einem Flusssteuerabschnitt (10) für die andere Gasart eine Schnittstelle (12) vorgesehen ist, die in der Lage ist, eine Änderung der externen Charakteristik der elektrischen Schweißstromquelle mit dem intermittierenden Zusatz der anderen Gasart zu synchronisieren, wodurch die Variation eines Lichtbogenstromes erhöht oder erniedrigt und eine Verschiebungsamplitude des Lichtbogenpunktes erhöht oder erniedrigt wird, der an der Spitze (4a) des Schweißdrahtes entsteht, wenn dieser in einer Fuge (9a) einen Schweißvorgang durchführt.