CH619385A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweissplattieren eines metallischen Werkstücks gemäss dem Obergriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 zur Ausführung des Verfahrens. 15 Ein derartiges Schweissplattieren wird im allgemeinen derart durchgeführt, dass der Lichtbogen und das geschmolzene Metall ganz von einer Schicht eines geeigneten Schweisspulvers bedeckt sind. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise dazu verwendet, die Innenfläche eines zylindrischen Gefässes 20 mit einer korrosionsfesten Legierung, etwa rostfreiem Stahl, zu plattieren. Dies kann derart ausgeführt werden, dass der Schweisskopf benachbart einem Ende des zu plattierenden Gefässes angeordnet und das Gefäss dann gleichzeitig rotiert und linear vorbewegt wird, so dass die resultierende Schweissraupe 25 spiralförmig ist, wobei sich benachbarte Schweissraupen überlappen, so dass sie eine im wesentlichen gleichmässig dicke Be-schichtung auf der Innenfläche des Gefässes bilden.

Zahlreichen Problemen wurde bei der Entwicklung einer Technik begegnet, die das Aufbringen einer Plattierungs-30 schicht mit hoher Qualität unter Verwendung eines Elektrodenbandes als Plattierungsmaterialquelle zu ermöglichen. Unter dem Begriff Band wird hierbei irgendeine Quelle aus Schweissmaterial verstanden, bei der die Bandbreite wesentlich grösser als die Dicke des Bandes ist. Solche Streifen kön-35 nen eine Breite in der Grössenordnung von 5—15 cm und eine Dicke von 0,05-0,9 cm aufweisen. Unter den zahlreichen Problemen existieren insbesondere diejenigen, eine gleichmässige Dicke der Plattierschicht zu erzeugen, eine im wesentlichen aussparungsfreie Plattierschicht zu erhalten und eine annehm-40 bare Plattiergeschwindigkeit zu erzielen, wobei ein besonderes Problem darin besteht, eine aussparungsfreie Verbindungszone zwischen benachbarten Schweissraupen zu erzielen, die eine Stärke aufweist, die wenigstens so gross wie diejenige der Schweissraupen selbst ist. Die Unmöglichkeit des Erzielens ei-45 ner zufriedenstellenden Verbindungszone zwischen benachbarten Schweissraupen führt oft zu der Notwendigkeit, zurückzugehen und eine zusätzliche Menge an Schweissmaterial in diesem Bereich auf die Plattierungsoberfläche aufzubringen. Ein derartiger zusätzlicher Vorgang ist natürlich unerwünscht, da 50 hierdurch zusätzliche Zeit und zusätzliches Material notwendig ist, um eine solche Ausbesserungsarbeit vorzunehmen.

Es wurden viele Versuche unternommen, um die oben aufgeführten und weitere Probleme zu lösen, die mit der Entwicklung des Plattierens mit Elektrodenbändern mit verdecktem 55 Lichtbogen aufgetreten sind. Jedoch verschlechterten sich mit zunehmender Breite der Bänder die Schweissraupenoberflä-chen und die Kanten der Schweissraupen wesentlich. Es war daher unmöglich, fehlerlose Plattierungsschichten mit hoher Qualität zu erhalten, da merkliche Vertiefungen oder Aus-60 nehmungen und Schlackeneinschlüsse im Übergangs- oder Verbindungsbereich zwischen benachbarten Schweissraupen auftraten.

Gemäss der US-PS 3 584 181 soll der nachteilige Effekt des umlaufenden Magnetfeldes um das Elektrodenband, das 65 durch den Schweissstrom erzeugt wird, ausgeschaltet werden, indem ein Magnetfeld durch das Elektrodenband und das Werkstück in Richtung von dem Elektrodenband zum Werkstück erzeugt wird.

3

619 385

Gemäss der US-PS 3 659 075 wird ferner vorgeschlagen, zwischen dem Werkstück und dem Elektrodenband Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes anzuordnen, das eine Ebene maximaler Feldstärke aufweist, die durch das Werkstück in einem Punkt in dem Platiierbereich verläuft, um eine seitlich gerichtete Kraft auf dem Lichtbogen zu erzeugen, um den Lichtbogen über das Werkstück zu bewegen. Gemäss der US-PS 3 882 298 soll ein stationäres Magnetfeld mittels Elektromagneten erzeugt werden, die ein Paar von Polen von entgegengesetzter Polarität besitzen, die an gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenbandes angeordnet sind. Es wurde jedoch festgestellt, dass selbst unter Durchführung dieser bekannten Massnahmen zum Vergrössern der Plattiergeschwindigkeit und Verbessern der Schweissraupenqualität die aufgebrachten Schweissraupen noch Ungleichförmigkeiten und Einschlüsse aufweisen und Probleme bezüglich der Erzielung von einwandfreien Übergangsbereichen zwischen benachbarten Schweissraupen bestehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die das Erzeugen von Schweissraupen mit sehr guter Qualität, gleichmässiger Dicke und fehlerfreier Übergangsbereiche zwischen benachbarten Schweissraupen ermöglichen.

Erfindungsgemäss weisen dazu das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs genannten Art die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 4 angeführten Merkmale auf.

Dadurch wird erzielt, dass das Magnetfeld eine Bewegung des geschmolzenen Schweisspulvers und des Plattiermaterials im Bereich unmittelbar hinter dem Lichtbogen bewirkt. Eine derartige Bewegung des geschmolzenen Metallbades sichert eine genügende Zufuhr von flüssigem Metall in dem Bereich der Schweissraupenüberlappung, wodurch ein ausnehmungs-freier Ubergangsbereich erzeugt wird, der eine Stärke aufweist, die wenigstens so gross wie die Stärke des Hauptteils der aufgebrachten Schweissraupen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte fragmentarische, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Plattiervorrichtung, wobei vordere und hintere Schweisspul-verzuführungen und ein Schlackenbrecher zum Zwecke der Übersichtlichkeit weggelassen und einige der hierbei verwendeten Zubehöreinrichtungen schematisch dargestellt sind;

Fig. 2 und 3 sind vereinfachte Ansichten der Plattiervorrichtung, die die relative Anordnung der Polstücke der Elektromagnete in Bezug auf ein verbrauchbares Elektrodenband benachbart einer Schweissraupe und das Bad aus geschmolzenem Metall bzw. Schweisspulver zeigen, wobei Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung von der Hinterseite des Elektrodenbandes und Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung darstellt;

Fig. 4 zeigt grafisch eine bevorzugte Spannungsform zum Anlegen an die Spulen der Elektromagnete, ebenso wie die daraus resultierende Stromwellenform;

Fig. 5a zeigt das Plattierergebnis beim Aufbringen einer Schweissraupe überlappend mit einer benachbarten Schweissraupe unter Verwendung der Vorrichtung ohne Betreiben der Elektromagnete;

Fig. 5b zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 5a unter Betreiben der Elektromagnete;

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht der Plattiervorrichtung mit der Anordnung von vorderen und hinteren Schüttrinnen für Schweisspulver in Bezug auf das Elektrodenband, die Werkstückoberfläche, das aufgebrachte Plattierungsmaterial, sowie des Sch weisspul vers;

Fig. 7 zeigt eine Ansicht der Vorderseite der Vorrichtung mit der relativen Anordnung der vorderen Schüttrinne;

Fig. 8 zeigt ähnlich wie Fig. 7 eine Ansicht von der Hinterseite der Vorrichtung mit der relativen Position der hinteren Schüttrinne;

Fig. 9a und 9b zeigen schematisch die Verhältnisse, die benachbart dem Lichtbogen am unteren Ende des Elektrodenbandes existieren, nachdem die Vorrichtung eine längere Zeit kontinuierlich betrieben worden ist, wobei Fig. 9a die Verhältnisse ohne einen Schlackenbrecher und Fig. 9b diese mit einem Schlackenbrecher darstellt, und

Fig. 10 zeigt eine Ansicht des Schlackenbrechers von der Vorderseite des Elektrodenbandes.

In den Fig. 1 bis 3, in denen Einzelheiten der Plattiervorrichtung dargestellt sind, sind die hinteren und vorderen Schmelzflussführungen nicht dargestellt, um die Position der Elektromagneten relativ zum Werkstück und zum Elektrodenband besser veranschaulichen zu können. Ein zu plattierendes Werkstück 10, das die Innenwand eines zylindrischen Druck-gefässes aus ferritischem Stahl sein kann, ist durch nicht dargestellte Mittel zum Verschieben oder Rotieren in Richtung des Pfeils 12 beweglich, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist. Ein Band 14, beispielsweise aus einer korrosionsbeständigen Legierung, wie rostfreier Stahl vom Typ 308, ist als Plattiermaterial vorgesehen und durch geeignete (nicht dargestellte) Mittel oberhalb des Werkstücks 10 montiert. Das Band 14 kann kontinuierlich abwärts auf das Werkstück 10 zu durch ein Paar von Zuführrollen 16 belegt werden. Das Band 14 ist mit dem positiven Pol eines Schweissgleichrichters 18 verbunden, dessen negativer Pol mit dem Werkstück 10 verbunden ist. Zum Zweck der Beschreibung der Anordnung der Elektromagneten und anderer Teile der Vorrichtung wird die Seite des Elektrodenbandes 14, das in die Bewegungsrichtung des Werkstücks 10, angezeigt durch den Pfeil 12, zeigt, im folgenden als Rückseite des Bandes bezeichnet. Entsprechend wird die andere Seite des Bandes als Vorderseite bezeichnet. Ein Paar von Elektromagneten 20, 22 sind hinter der Hinterseite des Elektrodenbandes 14 und benachbart den gegen überliegenden Seitenkanten des Bandes angeordnet, so dass die Polflächen der Elektromagneten 20, 22 sich unmittelbar benachbart von dem Bereich befinden, in dem geschmolzenes Metall und geschmolzenes Flussmittel, herrührend von dem Schweissvorgang, ist, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Jeder der Elektromagneten 20, 22 weist einen Eisenkern 24 bzw. 26 auf, der sich senkrecht abwärts erstreckt und dann in einem 90°-Bogen abgebogen ist, so dass die gegenübergestellten Polflächen einander in einer Stellung gerade oberhalb der Werkstückoberfläche einander zugekehrt sind.

Das Anordnen der Pole der Elektromagnete ist im einzelnen in den Fig. 2 und 3 für eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der ein etwa 10 cm breites Elektrodenband 14 verwendet wird und das sich ergebende aufgebrachte Plattiermaterial 28 eine Dicke von etwa 0,5 cm besitzt. In diesen Figuren ist der magnetische Pol 20, der über einer benachbarten Schweissraupe 28 angeordnet ist, ein Nordpol, wobei das untere Ende hiervon etwa 1,9 cm von der Oberfläche des Werkstücks 10 und die Polfläche etwa 1,9 cm von der Kante des Elektrodenbandes entfernt angeordnet ist. Der Südpol 22 ist etwa 1,9 cm von der Kante des Elektrodenbandes angeordnet, während seine Höhe über dem Werkstück etwas geringer, und zwar 1,6 cm, ist. Der geringe Unterschied in der Höhe der Polflächen dient dazu, geringe Unregelmässigkeiten des magnetischen Feldes aufgrund der etwas verschiedenen Bedingungen auszugleichen, die an der Seite des Bandes existieren, die in der vorherigen Schweissraupe zu verankern ist. Jeder der Eisenkerne 24, 26 der Elektromagneten ist mit einer Spule 30, 32 mit einer geeigneten Anzahl von Wicklungen versehen, durch die der Magnetisierungsstrom schliesst, der aus einer Gleichstromquelle stammt. Die Wicklungen sind in entgegengesetzten Richtungen auf den Eisenkernen 24, 26 angebracht, so dass der Fluss des magnetisierenden Stroms durch die Wick5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

619 385

4

lungen die gewünschten Pole mit entgegengesetzter Polarität erzeugt. Hierbei wird es bevorzugt, die Spulen an eine Spannung in Form einer pulsierenden Rechteckwelle, wie allgemein in Fig. 4 gezeigt, zu legen. Wie ebenfalls aus Fig. 4 ersichtlich ist, steigt der bei einer derartigen Spannungswellenform resultierende Strom bis zu einem Maximalwert und sinkt dann auf einen Minimalwert ab, der vorzugsweise geringfügig grösser als Null ist, worauf er erneut anzusteigen beginnt. Die Vorteilhaf-tigkeit eines derartigen resultierenden pulsierenden Magnetfeldes wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Gemäss den Fig. 6, 7 und 8 ist die Vorrichtung mit vorderen und hinteren Schüttrinnen 34 bzw. 36 zum Zuführen eines körnigen Schweisspulvers zu dem Bereich des Lichtbogens 38 versehen. Die Anordnung dieser Schüttrinnen, insbesondere der hinteren Schüttrinne 36 ist äusserst kritisch, um eine Schweissraupe der gewünschten hohen Qualität zu erhalten. Die Parameter und andere Faktoren, die zur Bestimmung der genauen Anordnung der Schüttrinnen eingehen, werden nachfolgend näher beschrieben.

Wie am besten aus den Fig. 6 und 10 ersichtlich ist, ist eine Schlackenbrecheranordnung 40 unterhalb der vorderen Schüttrinne 34 angeordnet. Der Schlackenbrecher besitzt eine Reihe von mit Abstand zueinander angeordneten parallelen Platten 42, die senkrecht zum Elektrodenband getragen sind und sich wenigstens über die Breite des Bandes erstrecken. Bei der dargestellten Ausführungsform sind diese Platten winkelförmig ausgebildet und in geeigneter Weise, etwa durch Schweissen, mit einer Trägerklammer 44 verbunden, die seinerseits mit einem Gehäuse 46 verbunden ist. Die Aussen-kante der Winkelplatten ist etwa 0,95 cm sowohl von der Werkstückoberfläche als auch von der Vorderseite des Elektrodenbandes 14 entfernt angeordnet. Die Vorteile der Schlackenbrecheranordnung werden ebenfalls nachfolgend im Zusammenhang mit dem Plattiervorgartg beschrieben.

Im Betrieb wird eine Gleichspannung zwischen dem Werkstück 10 und dem Band 14 durch den Schweissgleich-richter 18 angelegt, wodurch ein Lichtbogen 38 zwischen diesen beiden Teilen erzeugt wird. Der Lichtbogen bewirkt, dass die Unterkante des Bandes 14 schmilzt und das geschmolzene Material in einem allgemein linearen Plattierungsbereich auf dem Werkstück auf der Hinterseite des Elektrodenbandes aufgebracht wird, um die Schweissraupe 28 auf dem Werkstück zu bilden. Das aufgebrachte Schweissmaterial bildet ein Schmelzbad 48 aus Schweissmaterial im Bereich unmittelbar hinter der Hinterseite des Elektrodenbandes. Das geschmolzene Metallbad ist von einer Schicht aus geschmolzener. Schlacke (geschmolzenem Schweisspulver) 50 bedeckt, die ihrerseits aus einer Schicht 52 aus ungeschmolzenem Schweisspulver bedeckt ist. Die geschmolzene Schlacke bildet natürlich nach der Verfestigung eine feste Schlackenschicht 54 auf der aufgebrachten Schweissraupe in einigem Abstand von der Hinterseite des Elektrodenbandes. In Fig. 6 sind die Verhältnisse der verschiedenen Bereiche für eine besondere Anwendung dargestellt, wobei ein 10 cm (4 inch) breites und 0,06 cm dickes Band verwendet wird, um eine etwa 0,5 cm dicke Schweissraupe auf der Werkstückoberfläche aufzubringen. Das Bad 48 aus geschmolzenem Metall erstreckt sich dabei geringfügig auch zur Vorderseite des Elektrodenbandes 14 und auf der Rückseite des Bandes bis zu einer Entfernung von etwa 1,9 cm bis zum Punkt 56, wo die Verfestigung einzutreten beginnt und die Grenzlinie 58 zwischen geschmolzenem und festem Metall sich aufwärts erstreckt und in einem Punkt 60 etwa 6,35 cm hinter der Hinterseite des Elektrodenstreifens 14 endet. Das Bad 50 aus geschmolzener Schlacke, das sich oberhalb des Metallbades befindet, erstreckt sich entsprechend geringfügig auch auf der Vorderseite des Elektrodenbandes und ferner auf der Rückseite hiervon, wo es sich zu verfestigen beginnt und eine Schicht aus fester Schlacke 54 bildet, während der Übergang zur festen Schlacke bei dem Punkt 60 im wesentlichen abgeschlossen ist, an dem auch das geschmolzene Metallbad sich vollständig verfestigt hat. Wie sich aus der Zeichnung in einer etwas übertriebenen Form ergibt, ist die Dicke der verfestigten Schweissraupe 28 zusammen mit der festen Schlacke 54 etwas grösser als die Dicke der gleichen Bestandteile im geschmolzenen Zustand aufgrund ihrer Ausdehnung während der Verfestigung. Während des Schweissplattie-rens wird das Elektrodenband 14 kontinuierlich abwärts zum Werkstück 10 durch die Zuführrollen 16 gefördert, um eine kontinuierliche Quelle an Plattiermaterial zu erzeugen.

Während des Plattierens fliesst ein Strom durch die Spulen 30, 32 der Polstücke 20, 22 der Elektromagnete. Die angelegte Spannung besitzt dabei vorzugsweise eine Rechteckwellenform, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, jedoch lassen sich auch andere pulsierende Spannungen etwa in Sägezahnform mit befriedigenden Ergebnissen verwenden. Die Position der Magnetpolflächen in Bezug auf das Elektrodenband und das aufgebrachte Material ist entsprechend den obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den Fig. 1, 2 und 3 und entsprechend der Umrissform 62 von Fig. 6. Ein Teil der Magnetfeldlinien, die von dem Nordpol 20 zum Südpol 22 verlaufen, erstrecken sich abwärts in den Bereich der geschmolzenen Schlacke 50 des geschmolzenen Plattiermaterials 48 und des Grundmetalls 10. Diese Feldlinien erzeugen eine Kraft in der geschmolzenen Schlacke 50 und in dem geschmolzenen Plattiermaterial 48, die eine Bewegung in diesem Bereich erzeugt. Diese Bewegung besteht aus einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung, deren Frequenz abhängig von der Pulsierfrequenz der Spannung an den Elektromagneten ist. Eine geeignete Frequenz besteht aus etwa zwei Perioden pro Sekunde. Die genaue Frequenz, bei der optimale Resultate für eine bestimmte Anwendung erzielt werden, wird am besten durch Experimente bestimmt. Hier sei ausgeführt, dass der primäre Effekt der magnetischen Feldlinien im Bereich des geschmolzenen Metallbades 48, das manchmal auch als Schweisskraterbereich angesprochen wird, eine Einwirkung auf die Schicht aus geschmolzenem Schweisspulver 50 besteht, das magnetische Eigenschaften besitzt, wenn es sich im geschmolzenen Zustand befindet. Geeignete Schweisspulver dieses Typs sind kommerziell erhältlich und werden daher nicht im einzelnen aufgeführt. Dementsprechend ist es primär die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des geschmolzenen Schweisspulvers 50 auf das geschmolzene Metall 48, die ihrerseits eine Bewegung der Oberfläche des geschmolzenen Metallbades 48 bewirkt. Die vorteilhaften Wirkungen der in dieser Position hinter der Hinterseite des Elektrodenbandes 14 angeordneten Elektromagnete ergibt sich am besten aus den Fig. 5a und 5b, wobei Fig. 5a das Ergebnis zeigt, wenn eine Schweissraupe überlappend mit einer benachbarten Schweissraupe mit der vorliegenden Vorrichtung ohne Inbetriebnahme der Elektromagnete 20, 22 aufgebracht wird. Fig. 5b zeigt das Ergebnis des gleichen Vorgangs unter Inbetriebnahme der Elektromagnete. Gemäss Fig. 5a wurde die erste Schweissraupe 64 auf das Werkstück 10 aufgebracht, wonach das Elektrodenband in Form eines 10 cm breiten Streifens zum Aufbringen einer zweiten überlappenden Schweissraupe 66 derart angeordnet wurde, dass die entsprechende Bandkante die Kante der ersten Schweissraupe 64 um etwa 0,6 cm überlappte. Die zweite Schweissraupe 66, die ohne Verwendung der Elektromagnete aufgebracht wurde, ist nicht breiter als 10 cm, wobei der Verbindungsbereich zwischen den beiden benachbarten Schweissraupen 64, 66 einen langgestreckten Krater 68 aufweist, der sich über die gesamte Länge des Verbindungsbereichs erstreckt. Von diesem Krater wird angenommen, dass er durch eine Ausdehnung des Schweissbo-gens von der Kante des Bandes erzeugt wird, wenn dieser das Elektrodenband im Verbindungsbereich abschmilzt. Dieser Krater entsteht ohne Rücksicht auf die Grösse der Überlap-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

619 385

pung des Elektrodenbandes 14 mit der ersten Schweissraupe 64. Um daher eine einheitlich dicke Plattierung auf dem Werkstück von Fig. 5a zu erhalten, wäre es notwendig, zurückzugehen und eine Verstärkungsschweissraupe in dem langgestreckten Krater 68 anzubringen.

In Fig. 5b ist das Elektrodenband 14 wiederum vor dem Abschmelzen einer Überlappung von etwa 0,6 cm bezüglich des Randes der ersten Schweissnaht 64 angeordnet. Wie weiter oben beschrieben, besitzt der Lichtbogen die Tendenz, sich über die Kante des Bandes hinaus zu erstrecken und einen Krater 68 im Randbereich der ersten Schweissraupe 64 zu erzeugen. Wenn jedoch die Elektromagnete in Betrieb sind, wird die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des flüssigen Schweisspulvers und die daraus resultierende Bewegung des flüssigen Metallbades, das eine Menge des flüssigen Metalls in den durch den Lichtbogen gebildeten Krater fliesst und diesen Bereich mit Schweissmaterial 70 wieder auffüllt. Die Gesamtbreite der resultierenden Schweissraupe bei diesem Beispiel ist etwa 11,1 cm mit einer gleichen Breite von etwa 0,5 cm, die sich über den Rand des Elektrodenbandes 14 an beiden Seiten hiervon hinaus erstreckt. Wie aus dieser Figur ersichtlicht ist, ist im Verbindungsbereich zwischen zwei benachbarten Schweissraupen eine Überlappung 72 vorhanden, die sogar geringfügig dicker als die nominale Dicke der Plattierschicht im mittleren Bereich der Schweissraupe sein kann. Eine derartige Verstärkung der Überlappung im Verbindungsbereich kann durch Änderung der Anordnung und/oder der Stärke der Elektromagnete gesteuert werden. Zusätzlich zu der Ausschaltung der Kraterbildung an der Schweissraupenüberlappung ergibt die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Oberflächenmaterials in dem geschmolzenen Metallbad eine sehr gleich-mässige hohe Qualität der Schweissraupenoberfläche.

Ein weiterer Vorteil, der mit der Verwendung der Elektromagnete verbunden ist, besteht in dem Wegfall von ungewünschten Effekten aufgrund des umlaufenden Magnetfeldes um das Elektrodenband, das durch den Schweissstrom induziert wird, der durch das Elektrodenband zu dem Werkstück fliesst. Die Anwesenheit dieses umlaufenden Magnetfeldes wurde bereits in der US-PS 3 584 181 beschrieben. In Fig. 3 ist dieses Magnetfeld mit der Bezugsziffer 74 bezeichnet, wobei die Feldlinien im Uhrzeigersinn um das Elektrodenband 14 verlaufen. Entsprechend der Wahl der Nord- und Südpole der Elektromagneten 20 und 22, wie sie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt sind, führt zu magnetischen Feldlinien, die von den Polen ausgehen und vom Nordpol zum Südpol in einer Richtung entgegengesetzt zu den Feldlinien des umlaufenden Magnetfeldes verlaufen, die auf der Hinterseite des Elektrodenbandes vorhanden sind, wodurch ungewünschte Effekte aufgrund dieses Magnetfeldes im Bereich des flüssigen Metalls ausgeschaltet werden. Um die ganzen Vorteile des Magnetfeldes, das durch die Elektromagneten erzeugt wird, ausnutzen zu können, wird bevorzugt, dass alle hauptsächlichen Bauteile des Schweisskopfes im Bereich des Magnetfeldes aus einem nichtmagnetischen Material bestehen.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 das Zuführen des körnigen Schweisspulvers in den Abschmelzbereich des Elektrodenbandes und den Bereich des flüssigen Metalls beschrieben. Die Anordnung der vorderen Schüttrinne 34 ist nicht kritisch. Der Zweck dieser Schüttrinne besteht darin, die Zufuhr einer genügenden Menge von Schweisspulver zur Vorderseite des Bandes 14 zu ermöglichen, um ein komplettes Untertauchen des Lichtbogens 38 zu jeder Zeit zu ermöglichen. In der in den Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsform besitzt die Schüttrinne eine schnauzenartige Öffnung 78 einer Länge von etwa 7,6 cm und einer Breite von etwa 0,8 cm. Diese Öffnung ist etwa 3,8 cm von der Oberfläche des Werkstücks 10 und etwa 3,2 cm vom Elektrodenband 14 entfernt angeordnet und tritt aus einer

Frontplatte 74 aus, die um einen Winkel (b) von etwa 45° orientiert ist, um den Materialfluss, der hieraus austritt, gegen den Lichtbogen 38 zu richten.

Die Anordnung der hinteren Schüttrinne ist ausserordentlich wichtig zum Steuern der Schweisspulverlast im Bereich des flüssigen Metallbades auf der Hinterseite des Elektrodenbandes 14, Die hintere Schüttrinne 36 besitzt eine schnauzenartige Einrichtung mit einer langgestreckten rechteckigen Öffnung 80 von etwa 0,8 cm Breite und 10 cm Länge. Dieser düsenartige Austritt ist an dem Schweisskopfgehäuse 46 mittels geeigneter Klammern 82 befestigt, so dass der Abgabewinkel dieses Austritts in einem Winkel (a) zwischen der horizontalen und der unteren Kante der rechteckigen Austrittsöffnung in Abmessungen angeordnet ist, wie sie durch die Buchstaben «z» und «y» in Fig. 6 definiert sind. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, steigt die Höhe des Schweisspulvers, das durch die hintere Schüttrinne 36 abgegeben wird, von einer ersten Tiefe «x» unmittelbar hinter dem Elektrodenband 14 im wesentlichen linear zu einer zweiten Tiefe «y» an der Unterkante der Schüttrinne 36. Dieser Anstieg in der Schweisspulvertiefe findet auf einer Länge «z» gemessen von dem Elektrodenband 14 bis zur Unterkante der Schüttrinne 36 statt. Der Abstand «z» ist derart gewählt, dass der grössere Teil des flüssigen Metallbades 48 sich in dem Bereich zwischen dem Elektrodenband und dem Punkt befindet, bis zu dem sich der Abstand «z» erstreckt. In dem dargestellten Beispiel, in dem ein 10 cm breites Band verwendet wird, befindet sich der Punkt 60, an dem das flüssige Schmelzbad endet, etwa 6,35 cm von dem Elektrodenstreifen 14 entfernt, wobei der Abstand «z» etwa 3,5 cm von der Rückseite des Bandes ist. Der Winkel a, unter dem die hintere Schüttrinne in Bezug auf die Horizontale angeordnet ist, beträgt in der dargestellten Ausführungsform etwa 43 °. Dieser Winkel kann ebenso wie die Abmessung «w», die die Breite der Schüttrinnenöffnung darstellt, und die Abmessungen «x», «y» und «z» bei verschiedenen Anwendungszwecken beispielsweise unterschiedlichen Bandbreiten, anderen Plattie-rungsdicken, anderen Schweisspulverdichten usw. variieren. Der wichtige Punkt ist hierbei die sehr viel verbesserte Gleichmässigkeit der Schweissraupendichte, die als Ergebnis der geringeren Schweisspulverlast im Bereich geschmolzenen Materials benachbart dem Elektrodenband und der mit der Abnahme der Dicke des geschmolzenen Metalls ansteigenden Schweisspulverlast ergibt.

Zusätzlich zur wachsenden Stärke des Schweisspulvers über dem Bereich des geschmolzenen Plattiermetalls ist — wie aus Fig. 8 ersichtlich — die hintere Schüttrinne 36 derart gestaltet, dass die Austrittsöffnung 80 an der einer vorher aufgebrachten Schweissraupe benachbarten Seite etwas höher. Eine derartige Anordnung liefert eine Schweisspulverlast im Bereich benachbart dem Schweissraupenverbindungsbereich, die optimale Resultate liefert. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Abstand 82 etwa 3,28 cm und der Abstand 84 auf der anderen Seite der hinteren Schüttrinne etwa 2,86 cm.

Fig. 9a zeigt den Zustand, der im Bereich des Lichtbogens beim Betrieb der Vorrichtung bei kontinuierlicher, über einen längeren Zeitraum andauernden Benutzung existiert. Hierbei wird eine Schlackenformation 86 aus geschmolzenen Schweiss-pulverteilchen von einer Dicke von etwa 0,08 bis 0,16 cm in Form eines Mantels an der Vorderseite des Lichtbogens bzw. des Elektrodenbandes gebildet. Dieser Mantel kann sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Elektrodenbandes 14 erstrecken und die Schweisspulverzuführung in den Bereich des Lichtbogens 38 an dessen Vorderseite blockieren sowie ein Herausschlagen des Lichtbogens aus der Schicht aus Schweisspulver ergeben, wodurch die Vorrichtung beschädigt werden kann. Fig. 9b zeigt den gleichen Bereich der Vorrichtung unter entsprechenden Betriebsbedingungen, wobei die Schlacken-

5

10

IS

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

619 385

6

brechereinrichtung 40 vorgesehen ist. Hierbei ergibt sich, dass der Schlackenbrecher dazu dient, die Bildung eines Mantels 86 gemäss Fig. 9a zu verhindern, indem die Anhäufung auf einen schmalen Bereich 88 begrenzt wird. Durch die Anordnung des Schlackenbrechers können die geschmolzenen Schweisspulver-teilchen, die aus dem Bereich nahe dem unteren Ende des Elektrodenbandes stammen, kein Hindernis oder keinen blok-kierenden Mantel bilden, so dass das Schweisspulver frei in den Bereich an der Vorderseite des Elektrodenbandes 14 flies-sen kann, während der Lichtbogen 38 in dem körnigen Schweisspulver untergetaucht bleibt. Auf diese Weise kann das Schweissplattieren des Grundmaterials kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit vorgenommen werden, ohne dass die Notwendigkeit besteht, den Vorgang zu unterbrechen, um manuell agglomerierte, geschmolzene Schweisspulverteilchen von der Vorderseite des Elektrodenbandes zu entfernen.

Praktisches Beispiel Eine einschichtige Schweissplattierung wurde auf einen Zylinder aus Stahl als Grundmaterial entsprechend der vorliegenden Vorrichtung unter Verwendung einer Bandelektrode s aus rostfreiem Stahl vom Typ 308 mit einer Breite von 10 cm und einer Dicke von 0,08 cm aufgebracht. Das Werkstück wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 25,4 cm/Min. vorgeschoben, während ein Strom von 2200 A bei einer Gleichspannung von 27 V verwendet wurde, wobei der Abbrand des io Elektrodenbandes etwa 183 cm/Min. betrug. Die aufgebrachte Schweissraupe hatte eine Breite von 11,1 cm und eine Dicke von 0,48 cm.

An die Spulen der Elektromagneten wurde eine pulsierende Rechteck-Gleichspannung von 16 V mit zwei Rechtis eck-Impulsen pro Sekunde angelegt, wobei sich ein Höchstwert für den magnetisierenden Strom von 8 A ergab.

s

3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

619 385

1. Verfahren zum Schweissplattieren eines metallischen Werkstücks, bei welchem Verfahren das Werkstück in Längsrichtung relativ zu einem Elektrodenband bewegt und ein Lichtbogen zwischen dem unteren Ende des Elektrodenbandes und dem Werkstück erzeugt wird, um das Elektrodenband abzuschmelzen und eine Plattierungsschicht auf dem bewegten Werkstück auf der einen Seite des Elektrodenbandes zu erzeugen, wobei sich die Plattierungsschicht in geschmolzenem Zustand bis zu einer bestimmten Entfernung vom Elektrodenband befindet, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bewegung des Werkstücks Schweisspulver benachbart zum Lichtbogen zugeführt und ein magnetisches Feld im Bereich des geschmolzenen Plattierungsmaterials erzeugt wird, dessen Feldlinien sich angenähert parallel zur Oberfläche des Werkstücks erstrecken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld derart erzeugt wird, dass die Feldlinien von einem Nordpol benachbart der einen Kante des Elektrodenbandes zu einem Südpol benachbart der anderen Kante des Elektrodenbandes verlaufen.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld derart erzeugt wird, dass auf der Seite des Elektrodenbandes benachbart dem Bereich des geschmolzenen Plattierungsmaterials die Feldlinien zwischen dem Nord- und dem Südpol in entgegengesetzter Richtung zu den Feldlinien verlaufen, die um das Elektrodenband durch den zwischen dem Elektrodenband und dem Werkstück fliessenden Strom erzeugt werden.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem das Plattierungsmaterial enthaltenden Elektrodenband (14), mit Mitteln zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück (10) und dem Elektrodenband (14), mit einer Gleichstromquelle (18), die mit dem Werkstück (10) und dem Elektrodenband (14) zum Erzeugen eines Lichtbogens (38) zwischen diesen verbunden ist, und mit Elektromagneten (20, 22), deren entgegengesetzte Polarität aufweisende Pole an gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenbandes (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (34, 36) zum Aufbringen von Schweisspulver vor und hinter dem Elektrodenband (14) zum Bedecken des Lichtbogenbereichs und wenigstens eines Teils des flüssigen, abgeschmolzenen Plattiermaterials derart vorgesehen sind, dass die Schichtdicke des Schweisspulvers ausreicht, um eine Schicht (50) aus geschmolzenem Schweisspulver, die den Bereich des geschmolzenen Metalls (48) bedeckt, zu erzeugen, über der sich eine Schicht (52) aus ungeschmolzenem Schweisspulver befindet, die von der flachen Seite des Elektrodenbandes (14) abgestützt wird, und dass die Elektromagnete (20, 22) benachbart dem Bereich des geschmolzenen Schweisspulvers (50) und des geschmolzenen Metalls mit einander gegenüberliegenden Polflächen derart angeordnet sind, dass die magnetischen Feldlinien zwischen den Polen angenähert parallel zur Oberfläche des Werkstücks (10) verlaufen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität der Pole der Elektromagnete (20, 22) derart gewählt ist, dass die Feldlinien zwischen den Polen den Feldlinien entgegenwirken, die aufgrund des Schweissstromes das Elektrodenband (14) umgeben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete (20, 22) einen Kern (24, 26) und eine über dem Kern angeordnete Spule (30, 32) aufweisen, wobei die Spulen an eine pulsierende Stromquelle angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle eine solche Rechteck-Spannung besitzt, dass der Strom nie unter Null fällt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenband (14) aus austeniti-schem Stahl besteht, der im wesentlichen nichtmagnetisch ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Bauteile im Plattierungsbereich 5 aus nichtmagnetischem Material hergestellt sind.

10