DE1813601C - Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen - Google Patents

Description

seiner Querbewegung befindet, und ein Wechselfeld, wenn sich der Brenner an einem beliebigen anderen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Licht- Punkt seiner Querbewegung befindet. Solange das bogenschweißen, bei dem zwei Metallstücke längs 55 Gleichfeld wirksam ist, werden die Schweißtröpfeiner kontinuierlichen Schweißnaht verbunden wer- chen in Richtung der Flanken des zu füllenden Spalts den, wobei zur Bildung der Naht eine Hohlkehle oder der Hohlkehle gelenkt. Dies gewährleistet ein oder ein Spalt, der anfänglich zwischen den Metall- ausgezeichnetes Aufbringen der Tröpfchen auf die stücken gebildet war, allmählich mit dem Metall Flanken. Solange das Wechselfeld wirksam ist, wereiner von außen, insbesondere kontinuierlich, züge- 60 den die Tröpfchen im wesentlichen in Verlängerung führten, abschmelzenden, den elektrischen Strom zu- der Drahtelektrode gehalten, weil die Tröpfchen in- !eitenden Drahtelektrode gefüllt wird, wobei das folge ihrer Trägheit der relativ hohen Frequenz der gegen die Hohlkehle gerichtete Drahtende einen von magnetischen Kraftlinien nicht zu folgen vermögen. Null abweichenden Winkel zur Hauptrichtung der Auf diese Weise wird die Schweißnaht auch in ihrem Hohlkehle einnimmt und in dem Bereich, in dem 65 übrigen Bereich richtig aufgebaut, sich durch Abschmelzen der Drahtelektrode Metall- Das erfindungsgemäße Schweißverfahren eignet

tropfchen bilden, ein magnetisches Feld erzeugt sich insbesondere für solche Fälle, bei denen dicke wird, das auf jedes Tröpfchen eine Kraft ausübt, so- Metallplatten miteinander verschweißt werden sollen

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. Bei der dargesteHten Ausführungsform, die nur

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^{sweis<: zwei} des erstrecken sich daher in Richtung der Breite der Hohlkehle 3

^{£in Teil d}™er Kraftlinien 6 kann sich über das Innere des die Platten 1 und 2 bildenden Metalls ^{5 aus}breiten, das ferromagnetisch ist, was aber nicht »bedingt notwendig ist Wenn die Platten aus einem nichtmagnetischen Metall bestehen, z. B. einer AIuminiumlegierung, verlaufen die Krafüinien (, durch ^di* Luft, was für den beabsichtigten Zweck genügt.

^{lo Da}* Ende des Drahtes 4, von dem sich die ge^schmolzenen Tröpfchen, deren weitere Bewegung ^{geführt werden so}»> lös^i. steht senkrecht ede? im wesentlichen senkrecht zur mittleren Richtung der Kraftlinien 6. Dieses Ende und die ihn verlängern-

15 den Tröpfchen, die von dem zur Erzeugung des

^B°^gens «fbiderlichen Strom durchflossln sind, unterliegen daher unter dem Einfluß des magnetisehen Feldes einer Kraft F, die senkrecht zu den Kraftlinien 6 und der Mittellinie des freien Endes des ao Drahtes 4 steht

^{Man sieht Ieic}"t ein, daß wenn die letztgenannte Mittellinie einen spitzen Winkel mit der Ha\iptrich^{tung der} Schweißnaht bildet und wenn natürlich das ™$ ⁰^ ^{Fdd de}" ^{richtigen Sinn hat}' ^{die Kraft F a5 m das Innere der} Hohlkehle 3 gerichtet ist. Die Kraft hat also die Tendenz, die geschmolzenen Tröpfchen ^{auf die} abgeschrägten Flächen der Platten 1 und 2, welche die Hohlkehle begrenzen, aufzubringen, wo-

Z^^ÄÄ«* in diesem Fall die Größe ^d<* Kraft F über derjenigen der Gegenkräfte, weiche ^{die Trö}P^fchen aus der zu füllenden Hohlkehle zu schleudern versuchen, gleichgültig welches der

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gebildet wird und die mittlere Richtung der Elek^tr°^{de4 horiz}°ntal verläuft, ist die Kraft F (bei rich- ^tigem ^" ^des magnetischen Feldes) nach oben ge-

zu

matischen Schweißtechnik, weil hierbei die zu ver-

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Bei der bevorzugten Ausführungsform nach der gesteuert sein kann, dient dazu, dem magnetischen Zeichnung, bei der relativ dicke Platten (z. B. 4 bis Feld die gewünschte Richtung zu geben.
5 cm dick) verschweißt werden sollen, wird die Naht Ein Unterbrecher 20 erlaubt es, parallel zur 11, die die Hohlkehle 3 füllen soll, durch mehrere Wicklung 7 eine zweite Wicklung 21 anzubringen, die aufeinanderfolgende und superponierte Arbeite- 5 wahlweise das vom Elektromagneten 5 hervorgerugänge erzeugt, wobei jeder Arbeitsgang eine Zick- fene magnetische Feld zu verstärken gestattet, wo-Zack-Bahn des Schweißbrenners 10 umfaßt. Eine bei die beiden Wicklungen 7 und 21 vorzugsweise auf solche Bahn besteht aus einer Folge von Quer- je einem der Schenkel des U-Kernes angeordnet sind. Schwenkbewegungen, die synchron mit einem rela- Die Richtung der Kräfte F kann in jeder getiv langsamen, kontinuierlichen Längsvorschub erfol- io wünschten Weise in Abhängigkeit von den Umstängen. Vorzugsweise wird eine leichte Verzögerung den geändert werden, indem die Neigung des Brenzwischen dem Ende einer jeden Quer-Schwenkbewe- ners 10, die Richtung der Feldlinien 6 oder die Steigung und dem Beginn der folgenden Bewegung im lung des Richtungsumkehrschalters 19 geändert wird, umgekehrten Sinn vorgesehen. Während dieser Und die Intensität der Kräfte kann leicht durch Be-Verzögerungszeit erfolgt allein der langsame Längs- 15 dienung des Potentiometers 8 und des Unterbrechervorschub, schalters 20 geändert werden.

Um diese beschriebene automatische Bewegung Bei einer praktischen Ausführung der Erfindung,

eines Schweißbrenners auf einer solchen Bahn durch- die sehr zufriedenstellend arbeitete und lediglich als

zuführen, ist es insbesondere vorteilhaft, ihn auf Beispiel genannt wird, hatten die zu verschweißenden ■

einem Schlitten 9 zu montieren, wie er in der fran- »o Platten eine Dicke von 50 mm. Sie bestanden aus

zösischen Patentschrift 1 481 246 beschrieben wor- Stahl mit 9 °/o Nickel. Das zugeführte Metall bestand

den ist. aus einer 8O°/oigen Nickellegierung, die unter der

Unter der Voraussetzung einer solchen Zick-Zack- Bezeichnung INCONEL bekannt ist. Die Frequenz

Bahn kann es vorteilhaft sein, dem magnetischen des Wechselstromes betrug 50 Hz, die Spannung

Feld nur in denjenigen Augenblicken einen konti- as 48 Volt und die Stromstärke 750 mA (was einer

nuierlichen Wert zu geben, die den Enden der Quer- Gleichstromstärke von 880 mA entspricht). Der aus

bewegungen des Brenners entsprechen, wobei der geschichteten Blechen bestehende Kern des Elektro-

Wert so gewählt wird, daß er ein optimales Anhaften magneten 5 hatte in der Abwicklung eine Länge von

des zugeführten Metalls an den Flächen der Hohl- 450 mm und einen Querschnitt von 24 X 24 mm¹,

kehle sicherstellt. Für die Zwischenstellungen des 30 Jede Wicklung 7 hatte eine axiale Länge von 30 mm

Brenners dagegen ist es besonders günstig, die Tropf- und bestand aus 470 Windungen eines Kupferdrahts

chen des Metalls in der Verlängerung der Drahtelek- mit 0,49 mm Durchmesser,

trode zu halten. Auf diese Weise ergab sich eine außerordentlich

Unter diesen Bedingungen wurde festgestellt, daß wirksame Sch weiß vorrichtung. Die gebildete Schweißdas Ersetzen des magnetischen Gleichfeldes durch 35 naht lag dicht an den Flächen der zu füllenden Hohlein elektrisches Wechselfeld sehr gute Ergebnisse kehle oder des Schlitzes an, die unter den üblichen bringt. Die Tröpfchen des zugeführten Metalls unter- Schweißbedingungen standen (Nichtbenetzbarkeit, liegen wegen des Wechselfeldes einem Schwingungs- Störfelder, schwierige Richtung usw.). Insbesondere effekt mit der Frequenz des Feldes, der schematisch ist es möglich, die zu füllenden Hohlkehlen schmaler durch den Doppelpfeil 12 in F i g. 1 angedeutet ist. 40 zu machen und so beträchtliche Einsparungen am Auf Grund ihrer Trägheit schwingen die Tröpfchen zuzuführenden Metall, an Energie und an Zeit zu praktisch nicht, aber ihre mittlere Bahn verläuft in erzielen.

der Verlängerung der Drahtelektrode, von der sie Die Erfindung ist nicht auf die speziell beschrie-

zugeführt worden sind. benen Anwendungszwecke oder Ausgestaltungen der

Der Übergang vom Gleichfeld zum Wechselfeld 45 einzelnen Teile beschränkt. Sie umfaßt im Gegenteil

kann automatisch erfolgen, insbesondere wenn ein alle möglichen Varianten, darunter insbesondere:

elektrischer Speisekreis für die Wicklung 7 verwen- Die Schweißung muß nicht in der freien Luft

det wird, wie er schematisch in F i g. 2 dargestellt ist. erfolgen, sondern kann auch unter einer speziellen

Bei diesem Kreis erfolgt die Speisung der Wick- inerten Atmosphäre (Verfahren MIG) oder einer lung 7 direkt mit Wechselstrom von einer Quelle 13 50 speziellen aktiven Atmosphäre (Verfahren MAG)

über ein Potentiometers und über Ruhekontakte erfolgen.

eines Umschalters 14, der von einem Relais 15 ge- Das magnetische Feld muß nicht senkrecht zur

steuert wird. Schweißnaht stehen, sondern kann auch parallel da-

Werai der Brenner 10 eine der beiden Endlagen zu verlaufen, wobei die beiden Schenkel des Elektroseiner Querbewegung erreicht, schließt er automa- 55 magneten 5 in der Ausführung der Fig. 1 den Bren-

tisch einen Unterbrecher 16 in dem von einer Span- ner 10 vertikal überbrücken. Die Kräfte F haben

nungsquelle 17 gespeisten Erregerkreis des Relais 15. dann eine Richtung entsprechend der Breite der zu

Der Umschalter 14 nimmt seine Arbeitsstellung ein füllenden Hohlkehle und ihr Richtungssinn kann

(nach links in F i g. 2) und die Wicklung 7 wird mit automatisch am Ende jeder der aufeinanderfolgen-Gleichstrom gespeist, der von der Quelle 13 über das 60 den Querbewegungen des Schweißbrenners derart

Potentiometers, eine Gleichrichterbrücke 18, einen umgekehrt werden, daß sichergestellt ist, daß in

Richtungsumkehrschalter 19 und die in der Arbeits- jedem Augenblick die beste Art der Aufbringung des

stellung befindlichen Kontakte des Umschalters 14 zuzuführenden Metalls auf das Grundmetall erfolgt,

zugeführt wird. Die Vorrichtungen zur Erzeugung des magneti-

Der Unterbrecher 16 öffnet sich automatisch, 65 sehen Feldes können mit dem Schweißbrenner fest

wenn der Brenner 10 seine Endlage wieder verläßt. vereinigt sein. Tn diesem Fall wird die Vorrichtung

Der Richtungsumkehrschalter 19, der von Hand in vorteilhafter Weise verkleinert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

wie eine Schweißvorrichtung zur Durchführung des Patentansprüche: Verfahrens. Es ist bekannt, zum Schweißen schmaler Nähte

1. Verfahren zum Lichtbogenschweißen, bei eine Drahtelektrode etwa senkrecht zur Längserstrekdem zwei Metallstücke längs einer kontinuier- 5 kung der Naht anzuordnen und den Lichtbogen liehen Schweißnaht verbunden werden, wobei zur durch ein magnetisches Gleichfeld zu stabilisieren, Bildung der Naht eine Hohlkehle oder ein Spalt, z. B. mit Bezug auf die Arbeitsrichtung nach vom zu der anfänglich zwischen den Metallstücken ge- lenken. Zu diesem Zweck wird an die beiden zu bildet war, allmählich mit dem Metall einer von verschweißenden Metallstücke je ein Pol eines Elekaußen, insbesondere kontinuierlich, zugeführten, io tromagneten angelegt, so daß die Magnetlinien im abschmelzenden, den elektrischen Strom zuleiten- wesentlichen in dem Spalt zwischen den Metallden Drahtelektrode gefüllt wird, wobei das gegen stücken quer zur Längserstreckung der Naht verdie Hohlkehle gerichtete Drahtende einen von laufen.

Null abweichenden Winkel zur Hauptrichtung Es ist auch bekannt, eine Elektrode in eine zwischen

der Hohlkehle einnimmt und in dem Bereich, in 15 die beiden zu verschweißenden Metallstücke gebildete dem sich durch Abschmelzen der Drahtelektrode Hohlkehle zu legen oder parallel zu dieser Hohl-Metalltröpfchen bilden, ein magnetisches Feld kehle verlaufen zu lassen und zu beiden Seiten des erzeugt wird, das auf jedes Tröpfchen eine Kraft Lichtbogens die Pole eines Elektromagneten anzuausübt, dadurch gekennzeichnet, daß ordnen, welche einen Abstand von den Metallstücken zur Bildung der Schweißnaht (11) in einer Hohl- ao haben. Auch hiermit wird der Lichtbogen stabilisiert kehle (3) oder eines Spalts großer Breite ein und in die zu verbindende Naht hinein gelenkt. Der Schweißbrenner (10) auf einer der Nahtbreite geschilderte Effekt tritt auch dann ein, wenn bei entsprechenden Zickzack-Bahn geführt wird, und Verwendung eines Schweiß-Wechselstromes ein entdaß das magnetische Feld, wenn sich der Schweiß- sprechend synchronisiertes magnetisches Wechselfeld brenner im Bereich einer der beiden Endlagen 25 verwendet wird.

seiner Querbewegung befindet, als Gleichfeld Zur Bildung der Schweißnaht in einer Hohlkehle

mit solchem Vorzeichen, daß die auf die Tropf- oder einem Spalt großer Breite ist es bekannt, den chen ausgeübte Kraft (F) sie gegen die Flanken Schweißbrenner auf einer der Nahtbreite entspreder Hohlkehle oder des Spalts führt, und für die chenden Zick-Zack-Bahn zu führen. Hierbei berei-Zwischenstellungen des Brenners als Wechsel- 30 tet es aber Schwierigkeiten, das Schweißmateria! feld ausgebildet wird. jeweils an die gewünschte Stelle zu lenken.

2. Schweißvorrichtung zur Durchführung des Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eir. Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Elektro- Verfahren zum Lichtbogenschweißen anzugeben, mü magneten mit U-förmigem Kern, dessen Schenkel- dem auch Schweißnähte großer Breite sicher mit den« enden zu beiden Seiten des Bereichs, in dem sich 35 zuzuführenden Metall zu füllen sind.

die Tröpfchen durch Abschmelzen bilden, ange- Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs

ordnet sind, gekennzeichnet durch einen Um- beschriebenen Verfahren, erfindungsgemäß dadurch

schalter (14), mit dem der Elektromagnet (5) an gelöst, daß zur Bildung der Schweißnaht in einer

eine Gleichstromquelle oder an eine Wechsel- Hohlkehle oder eines Spalts großer Breite ein stromquelle anschaltbar ist, und durch Mittel zur 40 Schweißbrenner auf einer der Nahtbreite entspre-

automatischen Betätigung des Umschalters, wenn chenden Zick-Zack-Bahn geführt wird, und daß das

der Brenner seine Querbewegungen beginnt und magnetische Feld, wenn sich der Schweißbrenner im

beendet. Bereich einer der beiden Endlagen seiner Querbewe-

3. Schweißvorrichtung nach Anspruch 2, da- gung befindet, als Gleichfeld mit solchem Vorzeidurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet 45 chen, daß die auf die Tröpfchen ausgeübte Kraft sie eine erste Spule (7) und wenigstens eine weitere gegen die Flanken der Hohlkehle oder des Spalts Spule (21) aufweist, die wahlweise parallel zur führt, und für die Zwischenstellungen des Brenners ersten Spule schaltbar ist. als Wechselfeld ausgebildet wird.

Bei diesem Verfahren wird das magnetische Feld 50 während jeder Zick-Zack-Bewegung geändert. Es ist

ein Gleichfeld, wenn sich der Brenner im Endbereich