DE2759881C2

DE2759881C2 - Verfahren zum Lichtbogen-Verbindungsschweißen von Stumpfstößen

Info

Publication number: DE2759881C2
Application number: DE19772759881
Authority: DE
Inventors: Isao Kure Asano
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1976-03-15
Filing date: 1977-03-14
Publication date: 1983-04-14

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogen-Verbindungsschweißen von Stu.npfstößen mit tiefen, engen Fugen unter Schutzgas-Zuführung vor und hinter der Schweißstelle.

Aus der US-PS 33 28 556 ist bereits ein derartiges Verfahren bekannt, bei dem die Zuführung von Schutzgas unmittelbar vor und hinter der Schweißstelle erfolgt, um die gesamte Schweißzone wirksam über einen längeren Bereich der Schweißfuge hinweg gegen schädliche Frcmdeinflüsse zu schützen. Ein unverformter, gerader Schweißdraht wird kontinuierlich über ein mittleres Schweißdrahtrohr zugeführt. In Schweißrichtung jeweils vor und hinter diesem Schweißdrahtrohr ist je ein Schutzgasrohr angeordnet, die jeweils in einem J0 gewissen Absland oberhalb der Schweißstelle enden und durch die Inertgas mit vorgegebenem Durchsatz bis zur Schweißstelle strömt, um das geschmolzene Metall gegen die Atmosphäre abzuschirmen. Aufgrund der hohen Oberflächenspannungen des geschmolzenen Metalls entstehen Schweißraupen mit flächigen Ein/.elsegmcnten von elliptischer Form. Die Reaktion zwischen dem geschmolzenen Metall und den angrenzenden Stoßflächen führt wegen der ungenügenden Benetzbarkeit dieser Stoßflächen durch das geschmol- *o zene Metall zu der Gefahr von Einbrandkerbeii und Schlackeneinschlüssen.

Ferner ist es aus der US-PS 38 06 694 zum kontinuierlichen Schweißen von Großrohren bereits bekannt, ein Schutzgas in Schweißrichtung vor der «5 Schweißstelle auf das geschmolzene Metall derart gerichtet einzublasen, daß das Schmelzbad zurückgedrückt und ein unerwünschtes Verfließen der Schmelze durch diesen Schutzgasstrom verhindert wird. Eine im Hinblick auf die Reaktion mit den Seitenwänden der Werkstücke besonders geeignete Formgebung der Schweißraupen in tiefen Schweißfugen ist jedoch bei diesem bekannten Vorgehen weder beabsichtigt noch möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, bei dem das Schutzgas nicht nur zum Schutz der Schweißzone gegen Einflüsse durch die Atmosphäre, sondern zur Vermeidung von SchweißfehleM und zum Erhalt einer tieferen Einbrandtiefe auch zur Änderung der Form des Schweißbades selbst dient.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den schematischen Längsschnitt einer bekannten Schweißeinrichtung mit Schweißraupe; Fig. 2 den Stoß zweier Werkstücke mit mehreren

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65 Schweißraupen im Querschnitt H-Il der Fig. 1;

F i g. 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgernäße Vorrichtung in der Schnittlinie 111-111 der F i g. 4;

F i g. 4 einen Längsschnitt diiich die Vorrichtung nach Fig. 3 mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schweißraupe in der Schnittlinie IV-IV der F i g. 3;

Fig. 5 bis 7 verschiedene Ausführungen von Schutzgasrohren im Querschnitt;

Fig.8 mehrere Lagen von Schweißraupen mit dargestellter Einbrandtiefe im Querschnitt;

Fig.9 einen Axialschnitt durch eine Gasdüse für die Schutzgasrohre.

Fig. 1 zeigt ein Schweißbad und einen Lichtbogen beim MIG-Schweißen. Ein Schweißbad 92 befindet sich unter der Schweißelektrode 1 und verläuft leicht schräg in bezug auf die Schweißvorschubrichtung. Mit fortschreitendem Schweißen weiden Schweißraupen 93 gebildet, die ununterbrochene erstarrte Metallagen sind und dem Schweißbad gegen die Schweißvorschubrichtung folgen.

Geschmolzenes Metall nimmt aufgrund hoher Oberflächenspannung einen elliptischen Querschnitt an (vgl. Fig. 1). Der von der Oberfläche der Schweißraupe und der Oberfläche einer darunterliegenden Schicht 94 gebildete Winkel Θ ist größer als 90°, wodurch sich eine schlechte Benetzbarkeit ergibt. Bei dem Beispiel nach Fig. 2, das ein Querschnitt 11-11 nach Fig. 1 ist, ergibt sich zwischen der Schweißraupe 93 und dem Metall 95 schlechte Benetzbarkeit, was die Gefahr von Einbrandkerben und Schlackeneinschlüssen in Ecken a mit sich bringt.

Bisher erfolgte die Schutzgaszufuhr durch einen Durchgang 107 um ein Schweißdrahtkontaktrohr 96 (vgl. Fig. 1) oder durch einen den Durchgang 107 umgebenden zweiten Durchgang 107a, so daß die Sehweißzone ausreichend gegen die Atmosphäre abgedeckt ist. Ziel der Schutzgaszufuhr bei den bisher vorgeschlagenen .Schweißverfahren ist es, die Schweißzone vor dem Eindringen von Luft zu schützen, und nicht, auf das Schweißbad einzuwirken: es ist also nich: beabsichtigt, daß das Schutzgas das Schweißbad in gewissem Umfang beeinflußt.

Bei der Schwcißcinrichtung nach Fig. 3 hat das Schweißdrahtrohr 96 Rechteckquerschnitt und nimmt eine durch das Rohr vorgeschobene Schweißelektrode auf. Das Schweißdrahtrohr 96 hat hohe elektrische Leitfähigkeit; die Schweißelektrode, die wellenförmig, plastisch und elastisch verformt wurde, wird von oben durch die öffnung 96a ununterbrochen zugeführt. Es werden mit einem am Elektrodenunterende, das quer zu der Schweißfuge hin- und hergeht, erzeugten Lichtbogen Schweißraupen gebildet, wobei die Schweißelektrode verbraucht wird.

Nach Fig.4 ist eine Primärgasdüse 97 in engem Kontakt mit dem Schweißdrahtrohr an dessen Vorderseite (in Schweißrichtung gesehen) angeordnet. Ein Schutzgasdurchlaß hat nach F i g. 4 länglichen Rechteckquerschnitt oder besteht aus mehreren Gasdurchlässen, die nach Fig. 6 als Block ausgebildet sind. Es können auch nach F i g. 7 zwei oder mehr Rohre in Blockform zusammengefaßt sein. Kühlwasserrohre 98 sind in engem Kontakt mit dem Schweißdrahtrohr hinter diesem (in Schweißvorschubrichtung gesehen) angeordnet, und eine Sekundärgasdüse 99 ist noch weiter hinten hinter dem Kühlwasserrohr 98 in engem Koniakt mit diesem angeordnet. Die Form der Sekundärgasdüse 99 gleicht derjenigen der Primärgasdiise 97. Die Gasdurchlässe der Düsen können entsprechend einer der

F i g. 5 —7 ausgebildet sein.

Ferner kann jeweils vor und hinter dem vorderen und dem hinteren Schutzgasrohr 97 und 99 je ein - nicht dargestelltes - Gasabzugsrohr vorgesehen sein, wodurch sich die genaue Dosierung der Gese sowie auch die von den Schutzgasströmen auf das Schmelzbad ausgeübten Einwirkungen noch besser steuern lassen. Alle Rohre 96; 97, 98 und 99 können von einem Mantel aus wärmefestem Isolationsmaterial umgeben sein.

Es wird jetzt ein Schweißbad erläutert, das mit dieser Schweißel.-.richtung erzeugt wird. Der Querschnittsaufbau eines mit bisherigen Schweißeinrichtungen gebildeten Schmelzbads 100 einer durch Schutzgas gegen Luft geschützten SchweiEzone ist strichpunktiert angegeben. Wie dargestellt, ist jedoch das Schutzgasrohr 99 in einem vorbestimmten Abstand hinter dem Schweißdrahtrohr % angeordnet, so daß das Schweißbad 101 unter dem Gasdruck aus dem Schutzgasrohr 99 zu einem konkaven Querschniusumriß 100a verteilt wird. Ferner ist das vordere Schutzgasrohi 97 in einer vorbestimmten Entfernung zum Schweißdrahtrohr 96 angeordnet, so daß das Schweißbad von dem Schutzgas zurückgeschoben wird, wodurch der konkave Querschnittsumriß 100a (vgl. F ig. S) erhalten wird. Eine befriedigende Einbrandtiefe 104 wird hierbei zwischen geschmolzenem Metall und der unteren Lage 102 sowie dem Grundmetall erzielt, wobei sich keine Einbrandkerben und Schlackeneinschlüsse ergeben. Aui diese Weise werden mit fortlaufendem Düsenvorschub Schweißraupen 105 ohne Fehlerstellen gebildet.

Die Schutzgasrohre 97 und 99 können zwei oder mehrere Ausströmdüsen 106,, 106₂, 106j in F i g. 9 aufweisen, die das eingeblasene Schutzgas ablenken, wodurch die Schweißbadoberfläche wirksam zurückgeschoben oder das Schweißbad verteilt wird. Alternativ sind die Gasdurchsätze durch diese Gasdüsen änderbar, wodurch das Verformen des Schweißbades vereinfacht

Der Abstand e zwischen der Achse des Schweißdrahtrohrs 96 und uer des vorderen Schutzgasrohrs 97 ist kleiner als der Abstand zwischen der Achse des Schweißdrahtrohrs 96 und der des hinteren Schutzgasrohrs 99.

Das Kühlwasserrohr 98 braucht nicht unbedingt in der gezeigten Weise angeordnet zu sein, sondern kann auch das Schweißdrahtrohr % umgeben, so daß die Abstände /"und e geeignet zu wählen sind. Bevorzugt sind das vordere Schutzgastohr 97, das Schweißdrahtrohr 96, das Kühlwasserrohr 98 und das hintere Schutzgasrohr 99 in engem Kontakt miteinander angeordnet, wodurch ihre Wärmeabstrahlung und Wärmeleitfähigkeit erhöht und die Größe der Schweißeinrichtung reduziert wird.

Bei dem beschriebenen Vorgehen ergeben sich folgende Vorteile:

1. Es wird ein Schweißverfahren zum Schweißen mit schmaler Schweißfuge geschaffen, bei dem die Oberfläche des Schweißbads durch das Schutzgas,

ίο das durch eine in Vorschubrichtung des Schweißdrahtrohrs hinter diesem angeordnete Sekundärgasdüse eingeblasen wird, zurückgeschoben wird, und geschmolzenes Metall im Schweißbad wird durch das aus der vor dem Kontaktrohr angeordne-

ii ten Primärgasdüse eingeblasene Schutzgas zurückgeschoben.

2. Es wird ferner eine Schweißeinrichtung zum Schweißen mit schmaler Schweißfuge geschaffen, bei der eine oder mehrere Primärgasdüsen vor einem Schweißdrahtrohr angeordnet sind, während ein Kühlwasserrohr hinter dem Schweißdrahtrohr in enger Berührung damit und ein oder mehrere Sekundärgasdüsen hinter dem Kühlwasserrohr angeordnet sind.

3. Die Schweißeinrichtung umfaßt zwei oder mehr Primärgasdüsen mit unterschiedlichen Einblasrichtungen für das Schutzgas sowie Sekundärgasdüsen mit unterschiedlichen Einblasrichtungen für das Schutzgas.

J" 4. Die Schweißeinrichtung ist so ausgebildet, daß der Abstand der Achse eines Schweißdrahtrohrs zur Achse der Sekundärgasdüse größer als der Abstand der Achse des Schweißdrahtrohrs zu der Achse der Primärgasdüse ist.

Bei der Schweißeinrichtung und den-, Schweißverfahren nach der Erfindung wird die Oberfläche einej Schweißbads in geeigneter Weise verteilt und zurückge-" schoben, wodurch eine konkave Schweißbadfläche

■") gebildet wird; es wird eine ausreichende oder geeignete Einbrandtiefe für das Grundmetall und eine darunter befindliche Lage erzielt; das Auftreten von Schlackeneinschlüssen, Einbrandkerben, Fehlstellen wird minimiert; die Schweißeinrichtung hat geringe Größe;

4> Normallagenschweißen ist leicht durchführbar; Horizontallagenschweißen und Schweißen in anderen Schweißlagen ist ebenfalls mit Hilfe des durch die schmale Schweißfuge gut zurückgehaltenen Schweißbades leicht durchführbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Lichtbogen-Verbindungsschweißen von Stumpfstößen mit tiefen, engen Fugen unter Schutzgas-Zuführung vor und hinter der Schweißstelle, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzbad durch das in Schweißrichtung gesehen vor der Schweißstelle eingeblasene Schutzgas zurückgedrückt und durch das in Schweißrichtung gesehen hinter der Schweißstelle eingeblasene Schutzgas zu einem konkaven Querschnittsprofil (lOOaJverteilt wird.