DE2729175A1

DE2729175A1 - Verfahren zum lichtbogenschweissen unter pulver und mittels dieses verfahrens hergestellte schweisstoesse

Info

Publication number: DE2729175A1
Application number: DE19772729175
Authority: DE
Inventors: Benedykt Matusiak; Rus Nowacki; Zbigniew Olesniewicz; Bronislaw Zochowski
Original assignee: STOCZNIA SZCZECINSKA
Current assignee: STOCZNIA SZCZECINSKA
Priority date: 1976-07-06
Filing date: 1977-06-28
Publication date: 1978-01-12
Also published as: DE2729175C3; PL121764B1; PT66765A; JPS536243A; FR2357328A1; GB1548319A; SE7707805L; PT66765B; PL190999A1; DE2729175B2

Description

PATENTANWÄLTE
ZELLENTI N

Z WE IB RÜCKE NSTR. 15
SOOO MÜNCHEN Q2

Stocznia Szczecinska im. Adolfa Warskiego 28. Juni 1977 Szczecin, Polen AS/Hu

PL 2513

Verfahren zum Lichtbogenschweißen unter Pulver und mittels dieses Verfahrens hergestellte SchweißstöBe

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen unter Pulver von Stumpfnähten mit verbreitertem Toleranzfeld des Schweißspaltes zwischen den Rändern der zu verbindenden Elemente und die Konstruktion der mittels dieses Verfahrens herstellbaren Schweißnähte, insbesondere im Schiffbau.

Bisher war das Lichtbogenschweißen unter Pulver von Stumpfnähten mit unregelmäßigem Schweißspalt mit dem Nachschweißen der ausgekreuzten Wurzelnaht, entweder von Hand mit Mantelelektroden, oder halbautomatisch bzw. automatisch unter Schutzgas mit einem quer zur Achse der Naht pendelnden Elektrodendraht verbunden, wobei der Pendelweg jeweils der Schweißspaltgröße entspricht. Um mittels dieses Verfahrens Schweißnähte herzustellen, ist es erforderlich, einige aufeinanderfolgende

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Schweißvorgänge durchzuführen, wobei unterschiedliche zusätzliche Werkstoffe und verschiedene Schweißvorrichtungen benutzt werden müssen, was zu niedrigen Leistungen und hohen Schweißkosten führt.

Eine andere zur Durchführung des Lichtbogenschweißens unter Pulver von Stumpfnähten mit einem 1 mm überschreitenden Schweißspalt strebende Lösung besteht im Schweißen mit zwei quer zur Achse der Schweißnaht angeordneten und längs dieser Schweißnaht verschiebbaren Elektrodendrähten, wobei der Abstand zwischen den Drähten in Abhängigkeit von der Größe des Abstandes zwischen den Rändern der zu verbindenden Elemente bestimmt wird, was eine Verminderung der Einbrandtiefe,insbesondere in der Achse der Schweißnaht verursacht und das Erreichen eines regelmäßigen Durchschweißens bei der Herstellung der Naht auf der anderen Seite erschwert.

Ein weiteres Verfahren zum automatischen Lichtbogenschweißen unter Pulver von Stumpfnähten ist ein Verfahren, welches nur zur Herstellung von Nähten aus Stählen mit erhöhter Beständigkeit, insbesondere aus mikrolegierten Stählen mit Zusatz von Niobium, mit einseitigem Randabschrägen und mit Teilfüllung des Raumes zwischen den Rändern bei Anwendung eines ausschließlich aus einem Schweißstahldraht hergestellter. Füllers zur Verminderung der Schweißguttemperatur in der Nähe des Lichtbogens angewandt wird. Dieser Vorgang ist wegen seiner geringen Universalität bezüglich der Arten der zu verschwei-

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ßenden Stähle und wegen der Notwendigkeit des Abschrägens der Ränder im ganzen Bereich der verwendeten Stärken ungünstig.

Bekannt ist auch ein Verfahren zum Schweißen von nicht abgeschrägten Stumpfnähten, welches unter Anwendung eines Elektrodendrahtes und eines metallischen Füllers durchgeführt wird und durch eine geringe Schweißleistung und die Notwendigkeit der Anwendung von speziellen und teuren technologischen Wurzelunterlagen und anderer Ausrüstung gekennzeichnet ist.

Die bekannten Verfahren sind durch geringe Qualität der Erzeugnisse und hohe Anforderungen an die Vorbearbeitung der Ränder zum Schweißen gekennzeichnet, die oft die praktischen Möglichkeiten überschreiten. Sie bieten keine Lösung für das Schweißen von Stumpfnähten in nur einem Arbeitsgang, ohne vorheriges Abschrägen der Ränder von Elementen mit einer Stärke bis 30 mm und mit Teilabschrägen der Ränder von Elementen, deren Stärke größer ist.

Zur Herstellung von StumpfSchweißverbindungen betragen die erforderlichen Toleranzen im Bereich der Geradlinigkeit der zu bearbeitenden Ränder + 0,12 - + 0,24 mm, d.h. der Schweißspalt zwischen den Rändern der zu verbindenden Elemente liegt auf der ganzen Länge der Schweißverbindung zwischen 0,5 bis 1,0 nun. Bei großen Längen von zu bearbeitenden Konstruktionen, insbesondere im Schiffbau, ist es unmöglich, diese Toleranzen reproduzierbar bei Anwendung von allgemein anwendbaren und auto-

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matlslerten Warmschneldelnrlchtungen einzuhalten, wodurch zwischen den Rändern der zu verbindenden Elemente ein unregelmäßiger Raum entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen von Stumpfnähten unter Pulver anzugeben, das eine höhere Leistung und niedrige Kosten gewährleistet und bei dem es nicht nötig ist, die^. Ränder der zu verbin·¹ denden Elemente einer sehr genauen, aufwendigen und teuren Vorbearbeitung zu unterziehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht weiter darin, ein leistungsfähigeres automatisches Verfahren zum Lichtbogenschweißen unter Pulver für das Herstellen von besonders großen Schweißkonstruktionen anzugeben, ohne daß dafür kostenaufwendige spezielle Einrichtungen, welche zur genauen Vorbereitung der Ränder erforderlich sind, oder teure Schweißeinrichtungen eingesetzt werden müssen.

Das die Lösung der Aufgabe gewährleistende Wesen der Erfindung besteht in einem Verfahren zum Lichtbogenschweißen von StumpfSchweißverbindungen unter Pulver, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß in den unregelmäßigen, zwischen den Rändern der zu verbindenden Elemente entstandenen Raum ein Schüttgemisch aus Flußmittel und aus in feine Teilchen geschnittenem Schweißdraht eingeführt wird, wobei der

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Volumenanteil der beiden Bestandteile wie auch deren chemische Zusammensetzung an die Anforderungen an die Beständigkeit und die Metallurgie der mit der Art der zu verbindenden Elemente verbundenen Schweißvorgänge angepaßt werden. Nachdem der Raum zwischen den Rändern gefüllt ist, wird der Elektrolichtbogenschweißvorgang unter Pulver durchgeführt, wobei bekannte, mit einer, zwei oder mehreren mit Gleich- oder Wechsel-, oder Gleich- und Wechselstrom gespeisten Elektroden ausgerüstete Einrichtungen zum automatischen Schweißen eingesetzt werden. Die von der Stärke der zu verbindenden Elemente abhängigen Schweißkennwerte werden so gewählt, daß das verschmolzene Schüttgemisch möglichst schnell in die Nähe des Bandes, d.h. in den Unterteil der Naht gelangt, und selbstwirkend in dem Raum zwischen den Rändern der zu verbindenden Elemente die den Ausfluß des flüssigen Schweißgutmetalls verhindernde technologische Wurzelunterlage herstellt.

Wesentlich ist auch, daß die Verbindungen unabhängig von der Stärke der zu verbindenden Elemente in nur einem Arbeitsgang der Vorrichtung auf jeder Seite der Verbindung geschweißt werden.

Der Ausfluß des Schüttgemisches aus dem Raum zwischen den Rändern wird durch eine Unterlage verhindert, auf welche die zu schweißenden Elemente gelegt werden oder dadurch, daß das Gemisch durch ein von unten an den Elementen befestigtes Band gehalten wird.

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Das Schüttgemisch wird während der Arbeitsbewegung der Schweißvorrichtung durch Vermischen des Flußmittels mit dem auf feine Teilchen geschnittenen Schweißdraht hergestellt, wobei die Abmessungen dieser Teilchen einen freien Fluß des Gemisches in dem Raum zwischen den Rändern der zu verbindena_{en Elemente} ermöglichen und zwar derart, daß der natürliche Schüttwinkel des Gemisches gleich oder größer ist als der Winkel der Abschrägung, der bei Verbindungen, welche mit Tsilabschrägen der Ränder geschweiß werden, angewendet wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine nicht abgeschrägte, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Schweißnaht, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die zu schweißenden Elemente vorzugsweise voneinander weggeschoben werden, wodurch ein Abstand entsteht, dessen Größe zwischen 10 und 30% der Stärke des dünneren der zu verbindenden Elemente liegt, wobei die Maximalstärke dieser Elemente 30 mm nicht überschreitet.

Bei teilweise einseitig oder beidseitig abgeschrägten Schweißnähten, d.h. wenn die Stärke der zu verbindenden Elemente 30 mm überschreitet, besteht ein wesentliches Merkmal auch in einem vorzugsweise herzustellenden Schweißspalt, dessen Größe zwischen 5 und 15% der Stärke des dünneren der zu verbindenden Elementen liegt, wie auch in einem bei dem Teilabschrägen entstehenden Fugenrand, dessen Höhe bis 60% der Stärke dieser Elemente beträgt, wie auch in dem seitens der Unterlage oder

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des Sicherungsbandes gebildeten unteren Winkel der Abschrägung der Elemente, welcher gleich oder kleiner ist als der natürliche Schüttwinkel des Schüttgemisches.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Durchführung des automatischen Lichtbogenschweißens unter Pulver bei durch einen großen Schweißspalt und eine große Toleranz dieses Spaltes gekennzeichneten StumpfSchweißverbindungen bei hohen Schweißparametern, also bei hoher Schweißleistung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Bildung einer technologischen Wurzelunterlage, welche den Ausfluß des flüssigen Schweißgutes während des Schweißens auf der ersten Seite verhindert und eine bisher nicht erreichbare Stabilität des Schweißvorganges sichert und während der Erstarrung des Schweißgutes zu der Stabilität des Schweißspaltes beiträgt, wodurch sich während des Schweißens der Verbindung auf der zweiten Seite die Einbrandtiefe vergrößert und sich somit der Bereich der Stärke der ohne Abschrägung zu schweißenden Bleche vergrößert.

Der dank der technologischen Wurzelunterlage gebildete Schweißspalt erlaubt auch bei hohen Schweißparametern, insbesondere beim Mehrelektrodenschweißen einen richtigen Schweißwulst zu erreichen und erhöht die obere Grenze der Strombelastbarkeit der zum Lichtbogenschweißen unter Pulver anzuwendenden Flußmittel.

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Der Erfindungsgegenstand wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schweißnaht mit einem vergrößerten Schweißspalt zwischen den Rändern und einem Toleranzfeld der zum Schweißen auf einer Unterlage angeordneten Elemente,

Fig. 2 dieselbe mit einem von unten befestigten Band auf Stützen liegende Schweißnaht,

Fig. 3 eine Schweißnaht mit einem vorzugsweise erzeugten vergrößerten Schweißspalt, einem Fugenrand und einer einseitigen Abschrägung unten,zum Schweißen auf einer Unterlage angeordnet,

Fig. 4 dieselbe mit einem von unten befestigten Band auf Stützen liegende Schweißnaht,

Fig. 5 eine Schweißnaht mit einem vorzugsweise erzeugten Schweißspalt, einem Fugenrand und einer einseitigen Abschrägung an der oberen Schweißebene,

Fig. 6 dieselbe mit einem von unten befestigten Band auf Stützen liegende Schweißnaht,

Fig. 7 eine Schweißnaht mit vorzugsweise erzeugten vergrößerten Schweißspalt, einem Fugenrand und beidseitiger Randabschrägung zum Schweißen auf einer Unterlage angeordnet,

Fig. 8 dieselbe mit einem von unten befestigten Band auf Stützen liegende Schweißnaht.

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3n Abhängigkeit von der Stärke der zu verbindenden Elemente werden die Ränder bis 30 mm Stärke während des Wärmeschneidvorganges nicht abgeschrägt und mit vergrößertem Schweißspalt montiert, die Elemente mit einer 30 mm überschreitenden Stärke werden dagegen teilweise abgeschrägt, wobei in Abhängigkeit von den Montage- und technologischen Erfordernissen die Ränder ein oder zweiseitig abgeschrägt werden.

Nach der Anordnung der Elemente auf einer Unterlage oder auf Stützen werden diese zusammengeheftet oder anders gegeneinander unbeweglich befestigt. In den Raum zwischen den Rändern der zu verbindenden Elemente wird während des Schweißvorganges oder vor dem Schweißen ein Schüttgemisch eingeführt, wobei dieses Gemisch entweder während der Arbeitsbewegung der Schweißvorrichtung oder gesondert erzeugt wird.

Elektrodendrähte mit in der Regel 3 mm überschreitenden Durchmessern werden während des Schweißvorganges auf der ersten Seite längs der Achse des Schweißspaltes 3, 6 zwischen den Rändern der zum Schweißen vorbereiteten Elemente geführt. Das den Raum 11 zwischen diesen Rändern füllende Gemisch 10 wird in der Zone der direkten Einwirkung des Elektrolichtboqens geschweißt, wodurch aus dem Schüttgemisch 10 aus den unter einem Flußmittel schmelzenden Elektrodendrähtai und den verschmolzenen Rändern der zu verbindenden Elemente das Schweißgut entsteht. Die von der Stärke und von der Konstruktion der Verbindungen der zu schweißenden Elemente abhängigen Schweißparameter

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werden dabei so gewählt, daß ein Teil der Energie des Lichtbogens der ersten Elektrode eine Umwandlung des nicht gänzlich verschmolzenen, unterhalb der Zone der direkten Lichtbogeneinwirkung liegenden Gemisches in eine technologische Wurzelunterlage bewirkt, indem das gegen Ausschüttung durch eine feste Unterlage 8 gesicherte Schüttgemisch allmählich gesintert wird, wobei die zu verschweißenden Elements auf einer Unterlage liegen oder mittels eines von unten befestigten Bandes 9 gesichert werden.

Die In dem Teil der Verbindung zwischen den zu schweißenden Rändern gebildete technologische Wurzelunter lage erlaubt es, unabhängig von deren Konstruktion, die Verbindungen fortlaufend zu schweißen ohne befürchten zu müssen, daß das flüssige Schweißgut Infolge eines verbreiterten, zwischen dem Minimalspalt S . und dem MaximaLspalt S liegenden Toleranzfeldes des Spaltes zwischen den Rändern ausfließt. Die Runder von eine Stärke von 30 mm überschreitenden Elemente werden eln- oder zwelseltLg abgeschrägt, wöbeL der untere Winkel oc der Abschrägung so gebildet wird, daß er die Bildung einer den ganzen zwischen der Unterlage 8 und dem Fugenrand 7 enthaltenen Raum füllenden Hchüttgemlschsehicht, und somit auch das Entstehen einer technologischen Wurzelunterlage ermöglicht. DeL den Konstruktionen der beim Schweißen der ersten Üelte abzuschrägenden Verbindungen wird der obere Winkel der Abschrägung so gewählt, daß die so erreichte Einbrandtiefe die Ausbildung der hergestellten Schweißnaht auf der ersten Seite

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und auch die Entstehung der technologischen WurzeLunterlage in der Nähe des Bandes 9 ermöglicht. Das Schweißen der anderen Seite der Verbindung wird mittels einer Arbeitsbewegung, mit einem, zwei oder mehreren mit Gleich- oder/und Wechselstrom gespeisten Elektrodendrähten hergestellt. Die Elektrodendrähte werden längs der Achse des Schweißspaltes geführt, dtjr mit Schüttgemisch gefüllt Ist, das während des Schweißvorganges der ersten Seite zwischen den Rändern durch natürliche Schwindung zusammengepreßt>verfestigt und somit gegen Ausschüttung gesichert 1st.

Das erfindungsgemäße Schweißen wird mit Hilfe von bekannten, zum automatischen Schweißen angepaßten Vorrichtungen, mit einem, zwei oder mehreren Elektrodendra'hten durchgeführt.

Eine Anwendung des Schweißverfahrens mit gleichzeitiger Bildung des SchüttgemLsches während der Arbeltsbewegung des Automaten macht zu dLesem Zweck eLne Anpassung des Flußmittel" zufUhrsystems in den bekannten Schweißvorrichtungen erforderlich.

Das erfIndungsgemäße Verfahren ermöglicht das Schweißen von (jerad 1 in igen und ο inen großen Krümmungsradius in der unteren Lag« aufwehenden Vorbindungen, wie sie Insbesondere Im Schiffbau, bei Hera te Ii viiKj von Großkonstruktionen, Behältern und Schweißrohren auftreten.

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Claims

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PL 2513 Patentansprüche

( 1 ΛVerfahren zum Lichtbogenschweißen von Stumpfschweißnähten unter Pulver, dadurch gekennzeichnet, daß in einen unregelmäßigen, in seiner Ausformung von der Stärke der zu verbindenden Elemente abhängigen, bei der Herstellung des Schweißspaltes zwischen den Rändern der Elemente gebildeten Raum ein für tiefes Einbrennen geeignetes SchUttgemisch eingeführt wird, das in Anpassung an die Anforderungen an die Festigkeit und an die Metallurgie des Schweißvorganges aus variablen Anteilen eines Flußmittels und feingeschnittenem Schweißdraht zusammengesetzt ist, daß danach der Elektrolichtbogenschweißvorgang unter Pulver unter Verwendung bekannter, mit ein, zwei oder mehreren mit Gleich- oder Wechselstrom gespeisten Elektroden ausgerüsteter Schweißvorrichtungen derart durchgeführt wird, daß die Vorrichtung nur einmal auf jeder Seite der Verbindung der Schweißnaht entlang geführt wird und die von der Stärke der zu verbindenden Elemente abhängigen Schweißparameter so gewählt werden, daß das Schüttgemisch unter der thermischen Einwirkung des Lichtbogens so verschmilzt, daß es auf der

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Seite, die der Schweißvorrichtung abgewandt ist und auf der das Schüttgemisch entweder durch ein entlang der Schweißnaht angeordnetes Band oder durch Auflegen der zu verbindenden Elemente auf eine Unterlage gegen Ausfließen gesichert ist, schnell verfestigt und somit eine den Ausfluß des flüssigen Schweißgutmetalls verhindernde technologische Wurzelunterlage entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Raum zwischen den zu verbindenden Elementen füllende Schüttgemisch einen natürlichen Schüttwinkel aufweist, der gleich oder größer ist als der Winkel der Abschrägungen an den mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verbindenden Elementen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schuttgemisch während der Arbeitsbewegung der Schweißvorrichtung erzeugt wird.
4. Schweißverbindung, die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Schweißen vorbereiteten Ränder von zu verbindenden Elementen mit einer Stärke von bis zu 30 mm nicht abgeschrägt sind, und die Nenngröße des zwischen diesen Rändern liegenden Schweißspaltes (6) im Bereich von 10 bis 30% der Stärke des dünneren von zwei zu verbindenden Elementen liegt und das Toleranzfeld dieses Spaltes im Bereich von ± 30% der Nenngröße liegt.

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5. Schweißverbindung, die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Schweißen vorbereiteten Ränder von zu verbindenden Elementen mit einer Stärke von mehr als 30 mm ein- oder beidseitig abgeschrägt sind, daß die Nenngröße des zwischen diesen Rändern liegenden SchwelBSpaltes (6) im Bereich von 5 bis 15% derStärke des dünneren von zwei zu verbindenden Elementen liegt und der Schweißspalt (6) einen Fugenrand (7) mit einer Höhe bis zu 60% der Stärke des dünneren Elements und einen unteren Winkel der Abschrägung («(), der gleich oder kleiner ist als der natürliche Schüttwinkel des Schüttgemische, aufweist, wobei das Toleranzfeld des Schweißspaltes (6) zwischen + 30% seiner Nenngröße variiert.

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