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Einspann -Vorrichtung für Lichtbogen-Schweißelektroden, vorzugsweise
für Schlepp-Schweißelektroden, im Schweißkopf unter Anwendung von Schwingungen Die
Erfindung betrifft eine Einspann-Vorrichtung für Lichtbogen-Schweißelektroden, vorzugsweise
für Schlepp-Schweißelektroden, im E'lektrodenhalter bzw. im Schweißkopf unter Anwendung
von Schwingungen, und die Erfindung besteht darin, daß im -Elektrodenhalter bzw.
im Schweißkopf ein Ultraschallerzeuger mit Übertragungsstab angeordnet ist, mit
dem die Elektrode formschlüssig in einer Vertiefung verbunden ist, und daß die Elektrode
an einem napfförmigen Gehäuse eingespannt ist, welches in an sich bekannter Weise
in Achsrichtung schwimmend gelagert ist.
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Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die auf den Schweißvorgang
günstig wirkenden Ultraschallwellen in besonders einfacher und sicherer Weise auf
dem Schweißstab und damit auf das Schweißbad übertragen werden.
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Es sind bereits schwimmende Einspann-Vorrichtungen für Punktschweißelektroden
bekannt, welche eine Ultraschallvibration in Längsachse zulassen, z. f3. in Form
von Membranen. Es ist weiterhin auch schon die Ultraschallbeaufschlagung des Schweißbades
beim Lichtbogenschweißen bekannt, wobei jedoch entweder das Bad oder der Lichtbogen
in Schwingungen versetzt werden; auch Vibrationen der Elektrode selbst sind bereits
vorgeschlagen worden. Die erfindungsgemäß inITitraschallschwingungvibrierende Elektrode
bewirkt jedoch erhebliche Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren, wie später
dargelegt wird.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schweißstab-Haltevorrichtung in ihrer Stellung zum Werkstück, Fig. 2 einen Schnitt
gemäß Linie 2-2 der Fig. 3, Fig. 3 eine Ansicht von unten auf die Schweißstab-Haltevorrichtung
nach Fig. 1 und 2, Fig.4 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 5 einen Schnitt gemäß Linie 5-5 der Fig. 4, Fig. 6 eine Ansicht von unten auf
die Haltevorrichtung gemäß Fig. 4 und 5, Fig.7 einen Teilschnitt durch den unteren
Teil eines bekannten Schweißstabes, Fig.8 einen Teilschnitt durch das untere Ende
eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Schweißstabes.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, 2 und 3 bedeutet 2 den Elektrodenhalter
bzw. Schweißkopf, der von einem Bügel 4 gehalten ist, der an irgendeinem horizontal
beweglichen, nicht dargestellten Wagen befestigt sein kann. Der Kopf 2 ist mit einem
Übertragungsstab 6 versehen, der sich vom Kopf aus nach unten erstreckt und an seinem
unteren Ende mit einem Kupferschuh 7 versehen ist, an dem eine Aufnahmebohrung 8
angeordnet ist, in die das obere Ende einer Elektrode 10 paßt.
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Um die Übertragung der Schallenergie vom Kupferschuh 7 zur Elektrode
10 zu verbessern, ist der Raum zwischen der Wand der Aussparung 8 und dem Stab 10
mit einem Stoff 8' von hohem spezifischem Gewicht ausgefüllt. Die so gebildete Verbindung
ist bekannt unter dem Namen »Siliziumfettdichtung«. Der Ausdruck »Dichtung;<
ist hier in dem Sinne gebraucht, daß ein Kontakt- und ein Übertragungsmedium vorhanden
und nicht etwa irgendein Teil abgedichtet ist, um den Austritt einer Flüssigkeit
oder eines Gases zu verhüten.
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Die Elektrode 10 ist an ihrem oberen Ende fest eingespannt mittels
dreier Schrauben 30 in einem übertragungsnapf 12, der seinerseits schwimmend an
drei sich nach unten erstreckenden Haltestangen 14 gehalten ist, die mit ihren oberen
Enden im Schweißkopf 2 befestigt sind. Diese Stangen sind parallel zum Übertragungsstab
6 und im Winkelabstand von ungefähr 120° zueinander angeordnet. Eine Dreiecksplatte
16 erstreckt sich nach außen vom Rand des Übertragun;
gsnapfes 12
aus und ist mit Öffnungen versehen, in denen die Stangen 14 gleiten können. Diese
Platte dient als Anschlag für drei Buchsenpaare 18, und zwar ist auf jeder Stange
ein Paar in der Art angeordnet, daß sich die Buchsen zu beiden Seiten der Platte
befinden.
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Eine zweite, in ihrer Form der Platte 16 entsprechende Platte 20 ist
oberhalb fest mit den Haltestangen 14 durch Paare von Muttern 22 verbunden, die
auf die Stangen aufgeschraubt sind und die Platte zwischen sich festhalten, wie
dies aus den Fig.1 und 2 erkennbar ist. Die unteren Muttern dieser Paare dienen
als Anschlag für die oberen Enden von drei Schraubenfedern 24, von denen je eine
auf einer Haltestange angebracht ist. Die unteren Enden dieser Federn stützen sich
jeweils gegen eine der Buchsen 18 ab. Unterhalb der unteren Buchsen 18 ist auf den
Haltestangen 14 jeweils eine weitere Feder 26 vorgesehen. Diese Federn stützen sich
mit ihren oberen Enden gegen die Buchsen 18 und mit ihren unteren Enden gegen Muttern
28 ab, die auf die Haltestangen 14 aufgeschraubt sind. Die Federn sind zwischen
den Buchsen 18 und den betreffenden Muttern, zwischen denen sie angeordnet sind,
gespannt, und zwischen ihnen ist der Übertragungsnapf 12 und damit die Elektrode
10, die mit dem Übertragungsnapf durch drei radiale Schrauben 30 verbunden ist,
in schwimmender Aufhängung gehalten.
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Die Federanordnungen des Halters dienen dazu, die Elektrode nachgiebig
in bezug auf das Werkstück und den Übertragungsstab 6 zu halten, durch den die Ultraschallvibrationen
auf die Elektrode- übertragen werden.
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Die Haltestangen 14 sind mit dem unteren Ende des Übertragungsgehäuses
mit Hilfe einer mittels Schrauben 35 befestigten Platte 33 starr verbunden.
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In Fig. 1 sind das Werkstück, an dem die Schweißung 32 vorgenommen
werden soll, mit 34 und die Nahtfuge, in welcher der Schweißstab sich bewegt, mit
34' bezeichnet.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, 5 und 6 ist mit 36 ein Schweißkopf
und mit 38 ein Übertragungsstab bezeichnet, die in ihrem Aufbau den entsprechenden
Teilen der Fig.1. und 2 ähnlich sind. Hier ist eine Platte 40 mit dem unteren Ende
des Kopfes 36 durch Schrauben 42 verbunden und weist einen nach unten ragenden,
mit Gewinde versehenen Ringansatz 44 auf, auf den eine ein Innengewinde aufweisende
Haltehülse 46 aufgeschraubt ist. Diese beiden rohrförmigen Teile dienen zur Aufnahme
des oberen Teils eines weiteren Übertragungsnapfes 48, der schwimmend zwischen den
Federn 50 und 52 gehalten ist. Das obere Ende des Übertragungsnapfes 48 weist einen
sich nach außen erstreckenden Ringflansch 54 auf, der gegen das untere Ende des
Ringansatzes 44 anschlagen kann und so die Aufwärtsbewegung des Übertragungsnapfes
48 begrenzt.
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Das untere Ende des Übertragungsnapfes 48 ist durch eine Platte 56
befestigt, die ein Schweißstab 58 durchdringt. Dieser Schweißstab ist durch drei
Schrauben 60 starr gehalten, die radial in einer mit der Unterseite der Platte 56
verbundenen Platte 62 angeordnet sind.
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Ähnlich wie in der Ausführungsform nach Fig. 1, 2 und 3 ist das untere
Ende des Übertragungsstabes mit einem Kupferschuh 64 versehen, der eine Aufnahmebohrung
66 für das obere Ende der Elektrode und für eine Siliziumfe:ttdichtung 66' aufweist.
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Der Übertragungsnapf 48 ist mit Hilfe der zwei Schraubenfedern 50
und 52 schwimmend gehalten, wobei die Feder 52 zwischen der Platte 40 und der oberen
Seite des Ringflansches 54 des Übertragungsnapfes 48 und die Feder 50 zwischen der
entgegengesetzten Seite des Ringflansches 54 und einem den Übertragungsnapf 48 umgebenden
Ring 67 gehalten ist, der gegen einen sich nach innen zu erstreckenden Ringflansch
68 am unteren Ende der Haltehülse 46 anliegt.
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Die in Fig. 8 gezeigte Elektrode stellt eine Nickelschleppelektrode
dar, wie sie gemäß der Erfindung -verwendet wird, und die Elektrode weist einen
inneren Draht 70 und einen äußeren Flußmantel 72 auf, der ein schlechterer Wärmeleiter
als der Schweißdraht 70 ist und auf die Oberfläche des Drahtes aufgebracht ist.
Wie aus dieser Form des Schweißstabes klar hervorgeht, ist der am Ende des Schweißstabes
sich beim Schweißen bildende Krater viel tiefer als bei den zur Zeit verwendeten
Elektroden, und dies bedeutet, daß das geschmolzene Metall sofort nach seiner Bieldung
entfernt wird und daß keine großer, durch Schwerkraft abfallenden Tropfen auftreten.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei der Bildung von großen Tropfen Kurzschlüsse vorkommen
können, durch die die Schweißung unterbrochen wird, was wiederum zu einem ungleichen
Auftrag und zur Bildung von porösen Schweißraupen führt.
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Bei der in Fig. 7 dargestellten Elektrode, die nicht mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung verschweißt wurde, ist das Schweißmetall bei 76 und der Flußmantel bei
78 dargestellt. Aus der Zeichnung ergibt sich, daß der so gebildete Krater 80 im
Vergleich zu dem Krater nach Fig. 8 nur eine geringe Tiefe aufweist.
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Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung wird der Halter horizontal
im Abstand von dem zu schweißendenWerkstück bewegt und trägt die Nickelschleppschweißelektrode,
die das Werkstück berührt und über dieses unter einem Winkel von etwa 30° zur Oberfläche
des Werkstückes-entlang bewegt wird. Während sich nun der Kopf über das Werkstück
und entlang der Nahtfuge 34' bewegt, wird er Ultraschallwellen von einem in ihm
angeordneten Übertrager von der Größenordnung von ungefähr 20000 Schwingungen pro
Sekunde unterworfen. Diese Schwingungen verursachen in bekannter Weise eine erhebliche
Verbesserung der Schweißung insofern, als kein Gas oder Flußmittel im Schweißbad.
eingeschlossen wird, so daß eine Schweißnaht ohne poröse Stellen und von hoher Festigkeit
und Korrosionsbeständigkeit infolge des viel feineren Korns entsteht. Durch die
Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Nickelschleppschweißelektrode
wurde festgestellt, daß das Korn um ungefähr 50% feiner wurde. Es wurde ferner festgestellt,
daß Nickelschleppelektroden hängenbleiben können, wenn keime Schallwellen benutzt
werden, während dies ei Verwendung von Schallwellen nicht eintritt. Wie in Fig.
7 dargestellt, ist die Höhlung am unteren Ende des Stabes nahe dem Ende der Elektrode
mehr oder weniger hohlkegelig ausgebildet, wenn kein Ultraschall auftritt, während
bei Verwendung von Schall die Höhlung bis zu einer erheblichen Tiefe, vom Ende -der
Elektrode an gerechnet, reicht und der Grund der Höhlung einen spitz zulaufenden,
sich von der Mitte des Grundes aus nach vorn erstreckenden Ansatz gemäß Fig. 8 aufweist.
Diese Ausbildung kommt daher, daß bei Anwendung von Schallwellen das Metall im Augenblick
des Schmelzens entfernt wird, wodurch es weniger spritzt und mit größerer Gleichmäßigkeit
aufgebracht wird.
Die Einrichtung zum Zuführen des elektrischen
Stroms zum Halter ist nicht dargestellt, und die Zuführung kann durch beliebige
Mittel, beispielsweise Kabel, erfolgen.