DE2708618C3

DE2708618C3 - Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen mittels kontinuierlich brennenden Gleichstrombogen von verschiedener Polarität

Info

Publication number: DE2708618C3
Application number: DE19772708618
Authority: DE
Inventors: Arkady Leonidovič Bolotnikov; Aleksandr Ivanovič Leningrad Danilov
Original assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ PROEKTNO-KONSTRUKTORSKIJ I TECHNOLOGICESKIJ INSTITUT ELEKTROSVAROCNOGO OBORUDOVANIJA LENINGRAD SU
Current assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ PROEKTNO-KONSTRUKTORSKIJ I TECHNOLOGICESKIJ INSTITUT ELEKTROSVAROCNOGO OBORUDOVANIJA LENINGRAD SU
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1977-02-28
Publication date: 1982-02-18
Also published as: DE2708618A1; DE2708618B2

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Plasmabearbeitung von elektrisch leitenden Werkstoffen und bezieht sich auf ein Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen mittels kontinuierlich brennenden Gleichstrombögen verschiedener Polarität unter Anwendung von plasmabildendem Gas und Schutzmitteln und mit so angeordneten Lichtbögen, daß nebeneinan-

der befindliche Lichtbogen eine entgegengesetzte Polarität besitzen.

Die Erfindung ist im Bereich der Industrie vorwiegend zum Schweißen von Eisen- und Buntmetallen anwendbar, wo maximal hohe Geschwindigkeit für den gesamten Bereich der Dicken mit Hilfe der bekannten Prozesse der lichtbogenschmelzschweißung nicht zu realisieren sind. Außerdem kann die Erfindung auf verschiedenen Industriegebieten bei der Herstellung von Metallkonstruktionen sowie in einigen Fällen beim Erhitzen und Schmelzen von sich schnell bewegenden Objekten zur Anwendung gelangen.

Bekanntlich sind die Einfachlichtbogenprozesse durch verhältnismäßig niedrige Schweißgeschwindigkeiten gekennzeichnet Hierbei ergibt eine direkte is Erhöhung des Arbcitsstrorns an der Elektrode keine proportionale Zunahme der Schweißgeschwindigkeit. Es ist eine beträchtliche Überhitzung des Schmelzgutes zu verzeichnen, wodurch Verluste der Lichtbogenleistung zunehmen, die Nahtgestaltung gestört und die Qualität der Naht verschlechtert wird.

Eine Steigerung der Schweißgeschwindigkeiten unter Beibehaltung einer genügenden Nahtformung und -gute kann durch Anwendung von Mehrfachlichtbogensystemen aus abschmelzenden und nichtabschmelzenden Elektroden erzielt werden.

Bekannt ist ein Verfahren zum Mehrfachlichtbogenschweißen mit Verwendung von mehreren abschmelzenden Elektroden (Japan-Patent Nr. 7456, KL 12B 112). Um eine Zusammenwirkung von zwei nebeneinander brennenden Lichtbögen auszuschließen, weisen diese verschiedene Polarität auf und sind auf einen solchen Abstand voneinander gebracht, daß sich kein gemeinsames Schweißbad bildet

Bekannt ist auch ein Verfahren zum Mehrfachlichtbogenschweißen mittels abschmelzenden Elektroden, in dem ein solcher Abstand zwischen den Elektroden eingestellt wird, daß sich durch einzelne Lichtbögen gebildete Schmelzbäder zu einem gemeinsamen Schweißbad vereinigen (siehe Uttrachi 60 Messina JE. Thu-wire submerged are welding of line pipe, weld. J. 1968, 47, Nr. 6, 475-481). Dieses Mehrfachlichtbogenschweißverfahren wird bei der Verwendung von Schweißpulver als Schutzmittel angewendet

Für Mehrfachlichtbogenschweißverfahren mittels abschmelzenden Elektroden sind grundsätzliche Nachteile charakteristisch: Es ist unmöglich, die Menge der eingeführten Wärmeleistung und des zu schmelzenden Zusatzwerkstoffs getrennt zu regem, was bei großen Dicken beginnend mit 14—16 mm die Durchführung des so Schweißprozesses nach Schrägkanten erfordert und es riichi erlaubt, die Geometrie der Naht zu steuern.

Es ist ein Verfahren zum Mehrfachlichtbogenschweißen mittels nichtabschmelzenden Elektroden mit den Lichtbögen gleicher Polarität bekannt, welches nur im Falle einer speziellen Lichtbogenstabilisierung realisiert wird.

Bei geringen Strömen werden die Lichtbögen mittels Gasströmen stabilisiert, wogegen bei großen Strömen sich magnetische Stabilisierung erforderlich macht ω (Urheberschein Nr. 238 046, KL 21 30/10,21 30/14 vom 9.7.1969. Publikation. Klebe Wolfram, Lehnen Güther, LJemek Gerhard, Erhöhen der Schweißgeschwindigkeit beim WIG-Verfahren durch Mehrelektrodenbrenner. »Schweißen und Schneiden«, 197a 22, Nr. 10,427-431).

Die Vergrößerung des Abstandes zwischen den nichtabschmelzenden Elektroden zwecks Vermeidung der Zusammenwirkung der Lichtbögen fuhrt zur Trennung des Gesamtbades, weshalb dieses Schweißverfahren wenig effektiv wird.

Für die bekannten Mehrfachlichtbogen-Schweißverfahren mittels nichtabschmelzenden Elektroden sind folgende Nachteile charakteristisch:

1. Dadurch, daß bei allen bekannten Verfahren Lichtbogen von gleicher Polarität verwendet werden, sind die Arbeitsströme und der Bereich der zu schweißenden Dicken begrenzt

2. Als Schutzmittel sind nur inerte Gase anwendbar, was die Nomenklatur der Schweißwerkstoffe einschränkt

3. Es ist notwendig, zusätzliche Ausrüstungen zur magnetischen Stabilisierung der Lichtbogen einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißverfahren der eingangs genannten Art bei maximaler Schweißgeschwindigkeit einen im Vergleich zu bekannten Lichtbogenschweißverfahren maximalen Schweißdickenbereich ohne Kantenvorbereitung bei minimalen Gesamtkostenaufwand — einschließlich Energiekosten und Arbeitsvorbereitung — je laufenden Meter der Schweißnaht zu erzielen, wobei die Anwendbarkeit des Verfahrens für sämtliche Metalle und Legierungen, die mit Hilfe der Wärme eines elektrischen Lichtbogens verschweißt werden können, gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird beim erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß alle Lichtbögen zwischen nichtabschmelzenden Elektroden und dem Schweißstück gezündet werden, oder einen Teil der Lichtbogen zwischen den nichtschmelzenden Elektroden und dem Schweißstück und der andere Teil zwischen abschmelzenden Elektroden und dem Schweißstück gezündet werden, wobei in diesem Fall alle nichtabschmelzenden Elektroden eine gleiche Polarität haben, während alle abschmelzenden Elektroden die entgegengesetzte Polarität haben und die Ströme aller Lichtbögen und der Abstand zwischen den Lichtbögen derart eingestellt werden, daß das Verhältnis des Produktes aus den Strömen von zwei nebeneinander gelegenen Reihen von Lichtbögen zum Abstand zwischen ihnen 94 χ 10⁴A²Cm-USt

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den Wegfall der Kosten, die beim Beschneiden der Ränder entstehen, wenn zu verschweißende Bleche mit einer Dicke bis zu 20 mm durch einseitige in einem Durchgang erfolgende Stumpfschweißung und bei Blechstärken bis zu 40 mm durch eine zweiseitige Schweißnaht verbunden werden, während die mit besten Wirkungsgrad arbeitenden bekannten, ein Schutzmittel verwendeten automatischen Schweißverfahren bei einer Metallstärke von 20 mm die Verwendung einer zweiseitigen, in einem Durchgang erfolgenden Schweißnaht erfordern, während bei Metallstärken über 20 mm ein obligatorisches Einschneiden der Ränder erforderlich ist Darüber hinaus gestattet das erfindungsgemäße Verfahren in jenen Fällen, in denen die Schweißbedingungen keine Verstärkung der Schweißnaht erfordern, die Durchführung der Schweißung ohne Verwendung von Schweißwerkstoffen, was ebenfalls die Kosten je laufenden Meter verringert Zur Veranschaulichung der Bedeutung der Zündung aller Lichtbogen und des angegebenen Abstandes werden anschließend die Verhältnisse bei einem System mit drei lichtbogen erUfaitert

Bei einem Schweißsystem mit drei Lichtbögen haben

die beiden äußeren Lichtbögen, wenn die erfindungsgemäße Bedingung eingehalten wird, die abwechselnde Polarität der Lichtbögen vorgesehen ist, die gleiche Polarität, womit nach dem Gesetz zwischen der magnetischen Anziehung zwischen stromdurchflossenen Leitern diese angezogen werden. Dabei beeinträchtigt der mittlere Lichtbogen, der eine entgegengesetzte Polarität aufweist, aus dem gleichen Grunde die gegenseitige Anziehung der beiden äußeren Lichtbögen. Die Stärke der magnetischen Beeinflussung, unter deren Wirkung sich die räumliche Position der Lichtbögen verändert, hängt von der Stromgröße in jedem Lichtbogen und vom Abstand zwischen den Lichtbögen ab. Wird daher ein vorgegebener Abstandswert zwischen den Lichtbögen eingehalten, der einer ι "> bestimmten Größe des Stroms in jeden Lichtbogen zugeordnet ist, so ist es möglich, einen Zustand zu erreichen, bei welchem das System stabil wird, wobei alle Lichtbögen im Raum eine Position einnehmen, bei welcher der Ablenkwinkel gegenüber der Elektrodenachse sieben Grad nicht übersteigt. Ein Winkel von sieben Grad wurde experimentiell ermittelt, wobei sich gezeigt hat, daß die Abweichung des Lichtbogens bis zu diesem Winkel nicht die Lebensdauer der Plasmotrondüse beeinflußt und die Technologie des Schweißverfah- 2 > rens nicht nachteilig ändert.

Bei dem Mehrfachlichtbogenschweißen mittels kontinuierlich brennenden Gleichstrombögen verschiedener Polarität können als plasmabildendes Gas molekulare und inerte Gase sowie deren Gemische benutzt werden. -«> Als molekulare Gase ist die Verwendung von CO₂, H₂, N₂,0₂ bevorzugt.

Als inerte Gase ist die Verwendung von Ar und He bevorzugt.

Als plasmabildende Gasgemische ist die Verwendung i> von Ar+ He, CO₂+ Ar, Ar+ N₂, Ar+ He, Ar+ O₂ bevorzugt.

Die Zusammensetzung des plasmabildenden Gases wird von der Zusammensetzung des Schweißwerkstoffs und der Polarität der nichtabschmelzenden Elektrode bestimmt Falls die nichtabschmelzende Elektrode mit Gleichstrom umgekehrter Polarität arbeitet, so ist die Verwendung des molekularen Gases oder des Gemisches desselben mit dem inerten Gas als plasmabildendes Gas nicht empfehlenswert.

Bei dem Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen mittels kontinuierlich brennenden Gleichstrombögen verschiedener Polarität unter Anwendung von molekularen und inerten Gasen oder deren Gemische als plasmabiidende Gase erfolgt der Schutz des gemeinsamen Bades 5» mit Hilfe einer Gasatmosphäre oder einer Schweißpulverschicht

Als Schutzgasatmosphäre können molekulare und inerte Gase sowie deren Gemische benutzt werden.

Als molekulare Gase sind vorzugsweise CO₂, H2, N₂ und O₂ zu verwenden.

Als inerte Gase ist die Verwendung von Ar und He bevorzugt

Als Schutzgasgemische ist die Verwendung von CO₂+O₂,C0₂+Ar, Ar+He, Ar+O₂ bevorzugt «>

Die Zusammensetzung der Schutzgasatmosphäre wird durch die Zusammensetzung von Schweißwerkstoff und Zusatzwerkstoff bestimmt

Als Schutzmittel können alle standardisierten Schweißpulver und -pasten benutzt werden, die unter den Bedingungen der Unterpulverschweißung mittels abschmelzender Elektrode, der Schweißung auf der Pulverschicht mittels abschmelzender und nichtabschmelzender Elektrode sowie in der Schutzgasatmosphäre mittels nichtabschmelzender Elektrode entwikkelt sind und angewendet werden. Es empfiehlt sich, zum Schweißen von Kohlenstoff- und niedriglegierten Stählen hochsilizierte Manganschweißpulver, zum Schweißen von hochlegierten Stählen und Kupfer siliziumarme Schweißpulver und zum Schweißen von Aluminium Schweißpulver und -pasten auf Basis von Chloriden und Fluoriden zu verwenden.

In einzelnen Fällen empfiehlt sich die Anwendung eines kombinierten Schutzes der Naht durch Schweißpulver und Gasatmosphären.

Das vorgeschlagene Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen gewährleistet die höchste Leistung gegenüber allen anderen Lichtbogenschweißverfahren, eine bessere Nahtausbildung und -gute, Stabilität und Zuverlässigkeit im gesamten Bereich der Arbeitsströme.

Die Prozeßleistung im vorgeschlagenen Plasmaschweißverfahren wird durch die Möglichkeit zur unabhängigen Regelung einzelner und gemeinsamer Wärmeflüsse, durch den optimalen Abstand zwischen den benachbarten Lichtbögen verschiedener Polarität unter Verhältnissen eines gemeinsamen Schmelzbades gewährleistet.

Die Stabilität und Zuverlässigkeit des Schweißprozesses im gesamten Bereich der Arbeitsströme wird durch das Verhältnis des Produktes aus den Strömen von zwei benachbarten Lichtbögen zum Abstand zwischen ihnen, welches in den Grenzen > 6 ■ 10³A²Cm-' aufrechterhalten wird, sichergestellt.

Die elektromagnetische Zusammenwirkung der Lichtbögen kompensiert man durch den Wechsel ihrer Polarität und die Verwendung von plasmabildenden und Schutzmitteln.

In denjenigen Fällen, wenn aufgrund der Bedingungen der Ausbildung der Schweißverbindung gar kein Zusatzwerkstoff oder eine geringe Menge desselben erforderlich ist, empfiehlt es sich, das Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen unter Einsatz von nichtabschmelzenden Elektroden verschiedener Polarität anzuwenden. Beispielsweise beim Schweißen an den Bördeln der Kanten.

In den Fällen, wenn aufgrund der Bedingungen der Gestaltung der Schweißverbindung eine beträchtliche Menge Zusatzwerkstoff erforderlich ist, empfiehlt es sich, das Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen unter Einsatz eines Teils der nichtabschmelzenden Elektroden und eines Teils der abschmelzenden Elektroden anzuwenden. Beispielsweise beim Schweißen mit Kantenvorbereitung.

Der Zusatzwerkstoff kann im ersten und im zweiten Fall identisch mit dem Grundwerkstoff oder verschieden von ihm sein. Die Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffs wird durch technologisch und Betriebscharakteristiken der Naht bestimmt

Zum besseren Verständnis des Wesens der Erfindung sind im folgenden Ausführungsbeispiele derselben unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen angeführt; in den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen unter Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden am Beispiel der Dreifachlichtbogenschweißung von Stählen, gemäß der Erfindung,

Fig.2 Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen unter Einsatz von abschmelzenden und nichtabschmelzenden Elektroden am Beispiel der Dreifachlichtbogenschweißung von Stählen und Kupfer,

gemäß der Erfindung,

F i g. 3 Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen unter Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden am Beispiel der Dreifachlichtbogenschweißung von Al und dessen Legierungen, gemäß der ·"> Erfindung,

Fig.4 Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen unter Einsatz von abschmelzenden und nichtabschmelzenden Elektroden am Beispiel der Dreifachlichtbogenschweißung von Al und dessen Legierungen, gemäß der Erfindung.

Das Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen unter Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden am Beispiel der Dreifachlichtbogenschweißung von Stählen besteht im folgenden. ι >

Wie aus der F i g. 1 ersichtlich ist, werden die Minuspole von Gleichstromquellen 1 und 2 an jeweilige nichtabschmelzende Elektroden 3 und 4 angeschlossen. Der Pluspol einer Gleichstromquelle 5 wird an eine nichtabschmelzende Elektrode 6 angeschlossen. Die nichtabschmelzenden Elektroden 3, 4 und 6 sind untereinander isoliert. Die Pluspole der Stromquellen I₁ 2 und der Minuspole der Stromquelle 5 werden an ein Schweißstück 7 angeschlossen.

Plasmabildende Düsen 8, 9 und 10 mit zentralem -'"> Kanal 11 dienen als Mittel zur Stabilisierung von Lichtbogen 12, 13, 14. Die plasmabildenden Düsen 8, 9 und 10 sind untereinander isoliert. An die nichtabschmelzenden Elektroden 3, 4, 6 und die plasmabildenden Düsen 8, 9, 10 sind zur kontaktlosen Zündung von Schweißlichtbögen 12,13,14 Hochfrequenz-Entlader 15 angeschlossen. Der führende Lichtbogen 12, der mittlere Lichtbogen 13 und der rückwärtige Lichtbogen 14 besitzen individuelle Kanäle jeweils 16, 17, 18 für die Zuführung eines plasmabildenden Gases von Gasfla- )"i sehen 19, 20, 21. Ein Schutzgas wird von einer gemeinsamen Schutzdüse 22 fixiert und strömt durch einen Kanal 23 aus einer Gasflasche 24 ein. Wird als Schutzmittel ein Schweißpulver verwendet, so gelangt es aus einem Bunker 25 unmittelbar auf das Schweiß- ■»<· stück 7. Falls es notwendig wird, mit Zusatzwerkstoff zu schweißen, macht man von einer Vorschubvorrichtung 26 für die Zufuhr von Zusatzwerkstoff 27 Gebrauch.

Der Schweißbeginn kommt in einer bestimmten Reihenfolge zustande. Zunächst werden Lichtbogen π normaler Polarität 12 und 14 von den Elektroden 3 und 4 zum Schweißstück 7 gezündet. Der ursprüngliche Stromwert an dem Lichtbogen 12 und dem Lichtbogen 14 wird ausgehend von der Bedingung eines stabilen Brennens derselben und des Fehlens einer solchen ">" elektromagnetischen Wechselwirkung gewählt, die eine Abweichung der eickiriscnci'i Lichtbögen von der Elektrodenachse um mehr als 7° zur Folge haben kann. Hiernach zündet man bei demselben Stromwert den Lichtbogen 13 umgekehrter Polarität, und das Dreifach- ü lichtbogensystem kommt ins elektromagnetische Gleichgewicht Auf den Arbeitswert werden die Ströme an allen Lichtbogen 12, 13, 14 gleichzeitig gebracht Zum selben Zeitpunkt oder mit einer gewissen Zeitverzögerung setzt ihre Verschiebung relativ zum w Schweißstück 7 mit der Schweißgeschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung ein. die in F i g. 1 durch einen Pfeil angedeutet ist

Es ist eine Variante der gleichzeitigen Zündung aller Schweißlichtbögen möglich. Jedoch verstärkt sich in f>5 diesem Fall die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Lichtbogen und der zulässige Zündstromwert an jedem Lichtbogen muß im Vergleich zur Variante der Zündung der Schweißlichtbögen nach einem dazwischenliegenden herabgesetzt werden, was die Stabilität des Brennens der Plasmalichtbögen bei geringen Strömen verschlechtert.

Das Schweißen unter Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden wird je nach den an die Schweißverbindung gestellten Anforderung mit Zuführung oder ohne Zuführung von Zusatzwerkstoff vorgenommen. Der Zusatzwerkstoff ist nichtstromführend. Das Schmelzen des Zusatzwerkstoffs findet unmittelbar in der Brennzone eines beliebigen der Schweißlichtbögen 12,15,14 statt. Zum Schutz des Schweißbades wird ein Schutzgas, ein Schweißpulver oder ein kombinierter Schutz zugleich ans Gas und Schweißpulver angewendet.

Das Verfahren zum Plasma-Mehrfachliehibogenschweißen unter Einsatz von abschmelzenden und nichtabschmelzenden Elektroden am Beispiel der Dreifachlichtbogenschweißung von Stählen und Kupfer besteht im folgenden.

Die Minuspole der Gleichstromquellen 1 und 2 (F i g. 2) werden jeweils an die Elektroden 3 und 4 angeschlossen. Der Pluspol der Gleichstromquelle 5 wird über eine Stromführung 28 an eine abschmelzende Elektrode 29 angeschlossen, die dem Gesamtbad mit Hilfe eines Mechanismus 30 zugeführt wird. Die nichtabschmelzenden Elektroden 3,4 und die abschmelzende Elektrode 29 sind untereinander isoliert. Die Pluspole der Stromquellen 1 und 2 und der Minuspol der Stromquelle 5 werden an ein Schweißstück 31 angeschlossen.

Die plasmabildenden Düsen 8 und 10 mit den zentralen Kanälen 11 dienen als Mittel zur Stabilisierung der Lichtbögen 12 und 14. Eine Schutzdüse 32 dient für die Zuführung eines Schutzgases, das nach seiner Zusammensetzung von dem Schutzgas für die Lichtbogen 12 und 14 verschieden ist, unmittelbar zur Brennzone eines Lichtbogens 33. Die plasmabildenden Düsen 8, 10 und die Schutzdüse 32 sind untereinander Isoliert. Die Hochfrequenz-Entlader 15 werden an die nichtabschmelzenden Elektroden 3, 4 und die Düsen 8, 10, an die abschmelzende Elektrode 29 und das Schweißstück 31 zur kontaktlosen Zündung der Lichtbogen 12,14und 33 angeschlossen.

Die Plasmalichtbögen 12 und 14 besitzen individuelle Kanäle 16 bzw. 18 für die Zuführung eines plasmabildenden Gases von den Gasflaschen 21, 19. Das Schutzgas wird von der gemeinsamen Schutzdüse 22 fixiert und strömt durch den Kana! 23 aus der Gasflasche 24 ein. Das unmittelbar zur Einführungszone der abschmelzenden Elektrode 29 zugeleitete Schutzgas strömt durch einen Kana! 34 aus

jasfiasche 35 ein. Bei

Anwendung eines Schweißpulvers als Schutzmittel kommt das Schweißpulver aus dem Bunker 25 an, und gelangt unmittelbar auf das Schweißstück 31.

Der Schweißbeginn erfolgt in einer bestimmten Reihenfolge. In erster Linie werden die Lichtbogen normaler Polarität 12 und 14 gezündet, die von den nichtabschmelzenden Elektroden 3, 4 zum Schweißstück 31 hin brennen. Der ursprüngliche Stromwert an den Lichtbögen 12 und 14 wird ausgehend von der Bedingung eines stabilen Brennens derselben und des Fehlens einer solchen elektromagnetischen Wechselwirkung gewählt, die zu einer Abweichung der Schweißlichtbögen von der Elektrodenachse um mehr als 7° führt Dann wird mit Hilfe einer Hochfrequenzentladung der Lichtbogen 33 von der abschmelzenden Elektrode 29 zum Schweißstück 31 hin gezündet, und

der Vorschubmechanismus 30 für die Zuführung der abschmelzenden Elektrode 29 wird eingeschaltet. Das Lichtbogenzünden durch Schluß zwischen Elektrode und Schweißstück ist nur unter der Bedingung möglich, wenn den Kurzschlußstrom begrenzende Einrichtungen verwendet werden. Nach der Zündung sämtlicher Lichtbogen kommt das Mehrfachlichtbogensystem ins elektromagnetische Gleichgewicht, und gleichzeitig wird der Strom an allen Lichtbogen 12, 14, 33 auf den Arbeitswert gebracht. Zum selben Zeitpunkt oder mit einer gewissen Zeitverzögerung setzt ihre Verschiebung relativ zum Schweißstück 31 mit der Schweißgeschwindigkeit beispielsweise in entgegengesetzter Richtung ein, die in F i g. 2 durch einen Pfeil angedeutet ist.

Es ist eine Variante der gleichzeitigen Zündung aller Schweißlichtbögen 12, 14, 33 mit Hilfe der Hochfrequenz-Entlader 15 möglich. Das Zünden des Lichtbogens 33 zwischen der abschmelzenden Elektrode 29 und dem Schweißstück 31 durch Schluß zwischen Elektrode und Schweißstück ist nur unter der Bedingung möglich, wenn den Kurzschlußstrom begrenzende Einrichtungen verwendet werden. Jedoch verstärkt sich bei dieser Variante die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Lichtbogen und der zulässige Zündstromwert an jedem Lichtbogen muß im Vergleich zur oben behandelten Variante der Zündung der Schweißlichtbögen nach einem dazwischenliegenden herabgesetzt werden, was die Stabilität des Brennens der Lichtbögen bei geringen Strömen verschlechtert.

Die Variante mit der anfänglichen Zündung des Lichtbogens zwischen der abschmelzenden Elektrode und dem Schweißstück läßt das Schweißbogenzünden mit Hilfe des Kurzschlusses zu, erfordert jedoch die Verwendung von Einrichtung zur Programmsteuerung des Schweißprozesses, der ein stabiles Brennen des Schweißlichtbogens bei niedrigen Zündstromwerten im Augenblick des Schweißbeginns gewährleistet.

Das Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen unter Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden am Beispiel der Dreifachlichtbogenschweißung von Al und dessen Legierungen wird nach einem in F i g. 3 gezeichneten Schema durchgeführt, weiches dem von F i g. 1 ähnlich ist und den einzigen Unterschied hat, daß in diesem Falle die Fiuspole der Gleichstromquellen 1 und 2 jeweils an die nichtabschmeizenden Elektroden 3 und 4 angeschlossen werden, der Minuspol der Gleichstromquelle 5 an die nichtabschmelzende Elektrode 6 gelegt wird und die Minuspole der Quellen 1, 2 und der Pluspol der Quelle 5 an das Schweißstück 7 angeschlossen werden.

Das Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschv/sißen ijTitpr Einsatz von abschmelzenden und nichtabschmelzenden Elektroden am Beispiel der Dreifachlichtbogenschweißung von Al und dessen Legierungen wird nach einem in Fig.4 dargestellten Schema durchgeführt, welches dem von F i g. 2 ähnlich ist In diesem Fall ist die Polarität der abschmelzenden und nichtabschmelzenden Elektroden ebenfalls gegen die umgekehrte gewechselt

Zur Realisierung des Plasma-Mehrfachlichtbogen-Schweißens mittels Lichtbögen verschiedener Polarität in Übereinstimmung mit den vorstehend beschriebenen Beispielen ist die unerläßliche Bedingung die Bildung eines kontinuierlichen Schweißbades.

Zur Erfüllung dieser Bedingung müssen die Lichtbögen in einem ausreichend nahen Abstand voneinander angeordnet werden. Hierbei soll die Größe des Verhältnisses des Produktes aus Strömen von nebeneinander brennenden Lichtbogen zum Abstand zwischen ihnen > 6 · 10³A²Cm-' betragen, d.h., es wird die Beziehung

= 6 ■ 1O³A²Cm"

ι ο

eingehalten, wobei /ι und h die Stromwerte der nebeneinander brennenden Lichtbögen und 1 den Abstand zwischen den Achsen derselben Lichtbogen bedeuten.

Die Größe 6 · 10³A²Cm^-1 ist minimal zulässig und wird durch Besonderheiten der Schweißung von geringen Dicken bestimmt.

Beispiel 1

Schweißung eines Trägers von rechteckigem Querschnitt aus zwei U-Trägern

Der Prozeß wird nach dem in F i g. 1 angeführten Schema realisiert. Gemäß den Arbeitsbedingungen des Trägers muß eine der Stoßverbindungen unbedingt eine Nahtverstärkung aufweisen. Die zweite Stoßverbindung ist ohne Nahtverstärkung zugelassen. Die Verbindungen stellen für einen Durchgang vorgesehene einseitige Verbindungen ohne Kantenabschrägung dar. Der Schweißwerkstoff hat die folgende Zusammensetzung, o/o:

C < 0,12;Si = 0,17-0,37;Mn = 1,4-1.80; Cr < 0,30; Ni < 0,30; Cu < 0,30; S = 0,04; O = 0,035; der Rest ist Fe.

Die Dicke der Schweißkanten beträgt 8 mm.

Das Schweißen ohne Verstärkung wird nach dem in F i g. 1 angeführten Schema realisiert und unter den Bedingungen durchgeführt, wenn Lichtbogen von verschiedener Polarität zwischen nichtabschmelzenden Elektroden und Schweißstück gezündet werden. Die Zahl der nichtabschmelzenden Elektroden ist drei. Der führende und der rückwärtige Lichtbogen haben normale Polung. Der mittlere Lichtbogen hat umgekehrte Polarität.

Das plasmabildende Gas des führenden und des rückwärtigen Lichtbogens normaler Polarität ist Kohlendioxidgas (CO2), das des mittleren Lichtbogens ist Argon (Ar). Der Verbrauch des plasmabildenden Gases CO: in dem führenden und dem rückwärtigen Lichtbogen beträgt 260 l/h.

Der Verbrauch des plasmabildenden Gases Ar in dem mittleren Lichtbogen ist gleich 200 l/h.

Als Schutzmittel wird Kohlendioxidgas CO2 verwendet.

Der Verbrauch des Schutzgases beträgt 2000 I/h.

Als Schutzmittel ist die Verwendung eines Schweißpulvers der folgenden oder einer ähnlichen Zusammensetzung in % möglich:

SiO₂ = 41,0-44,0; MnO = 34,0-38,0;CaO < 63; MgO = 5,0-73; A₂O₃ < 43;CaF₂ = 4,0-53; Fe₂O₃ < 2,0; S < 0,15; P < 0,12.

Durch die Verwendung des Schweißpulvers wird eine Verbesserung des qualitätsgerechten Nahtaussehens erreicht

Der Arbeitsstrom des führenden Lichtbogens normaler Polarität ist gleich 1150A, der Arbeitsstrom des rückwärtigen Lichtbogens ist gleich 980 A, der Arbeits-

strom des mittleren Lichtbogens ist gleich 780 A.

Der Abstand zwischen den Achsen der Lichtbögen normaler und umgekehrter Polarität beträgt 37 mm. Das kleinere Verhältnis des Produkts aus den Strömen zweier benachbarter Lichtbögen zum Abstand zwischen den Achsen beträgt 20,7 · 10JA²Cm-¹.

Die Schweißgeschwindigkeit ist gleich 390 m/h. Bei Anwendung des Gemisches CO2+O2 als plasmabildendes Gas in dem führenden und dem rückwärtigen Lichtbogen normaler Polarität werden Ablösen der Schlacke und Aussehen der Naht verbessert Hierbei bleiben die übrigsn Schweißparameter unverändert

Die Ausbildung der Schweißverbindung kommt durch Aufschmelzen des Schweißwerkstoffes zustande. Zum Ausgleich der Abbrand- und anderen Verluste von Metall wird ein Zusatzwerkstoff der folgenden Zusammensetzung zugeführt, in %:

Beispiel 2

C = 0,05-0,11; Mn = 1,80-2,10; Si Cr < 0,20,-Ni < 0,25; S < 0,025; P < 0,030; der Rest ist Fe.

0,7-0,95;

Das Schweißen einer Stoßverbindang mit unbedingt notwendiger Verstärkung wird nach dem in F i g. 2 angeführten Schema realisiert und unter den Bedingungen durchgeführt, wenn die Lichtbogen von verschiedener Polarität zwischen nichtabschmelzenden Elektroden und Schweißstück (Träger) sowie abschmelzender Elektrode und Schweißstück (Träger) gezündet werden. Die Zahl der nichtabschmelzenden Elektroden ist zwei, die der abschmelzenden Elektroden ist eins. Die Lichtbögen zwischen den nichtabschmelzenden Elektroden und dem Schweißstück haben normale Polarität. Der Lichtbogen zwischen der abschmelzenden Elektrode und dsm Schweißstück hat umgekehrte Polarität Die Zusammensetzungen und Verbrauchswerte des plasmabildenden Gases, die Zusammensetzungen und Verbrauchwerte der Schutzmittel sind dieselben wie auch im Falle der Schweißung einer Stoßverbindung ohne Nahtverstärkung.

Der Durchmesser der abschmelzenden Elektrode ist 3 mm.

Die Zusammensetzung der abschmelzenden Elektrode in %:

C < 0,10; Mn = 1,40-1,70; Si = 0,65-0,85; Cr < 0,20; Ni < 0,25; S < 0,025; P < 0,030; der Rest ist Fe.

Der Arbeitsstrom des führenden Lichtbogens normaler Polarität ist gleich 1150 A, der Arbeitsstrom des rückwärtigen Lichtbogens normaler Polarität ist gleich 980 A und der Arbeitsstrom des mittleren Lichtbogens, der zwischen der abschmelzenden Elektrode und dem Schweißstück (Träger) brennt, ist gleich 850 A.

Der Abstand zwischen den Achsew der Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität beträgt 37 mm.

Das kleinere Verhältnis des Produktes aus den Strömen zweier benachbarter Lichtbögen zum Abstand zwischen den Achsen beträgt 22,5 · 10³A²Cm-¹.

Die Schweißgeschwindigkeit ist 440 m/h.

Beim Schweißen unter den Bedingungen, wenn ein Teil der Lichtbögen zwischen nichtabschmelzenden Elektroden und Schweißstück (Träger) und der andere Teil der Lichtbogen zwischen abschmelzenden Elektroden und Schweißstück (Träger) gezündet wird, ist ein Spalt zwischen den Schweißkanten in Grenzen 1 — 1,5 mm zugelassen.

Schweißen von Gefäßen aus korrosionsbeständigem Stahl von 20 mm Dicke

Durch die Herstellungstechnologie ist einseitige Schweißung von Stoßverbindungen in einem Durchgang ohne Abschrägung und mit Abschrägung der Kanten vorgesehen. Beim Schweißen ohne Kantenabschrägung ist die Verstärkung der Naht nicht zugelas- sen.

Die Zusammensetzung des Schweißwerkstoffs in %:

C < 0,08;Cr = 17,O-19,O;Ni = 9,0-11,0; Si < 0,80; Mn < 1,20; S < 0,020; P < 0,035. Der Rest ist Fe.

Das Schweißen einer Stoßverbindung ohne Kantenabschrägung wird nach dem in F i g. 1 angeführten Schema realisiert und unter den Bedingungen durchgeführt, wenn Lichtbogen von verschiedener Polarität

■?<> zwischen nichtabschmelzenden Elektroden und Schweißstück (Gefäß) gezündet werden. Die Zahl der nichtabschmelzenden Elektroden ist drei. Der führende und der rückwärtige Lichtbogen haben normale Polarität Der mittlere Lichtbogen hat umgekehrte Polarität

Als plasmabildendes Gas der Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität dient Argon. Der Verbrauch des plasmabildenden Gases in jedem Lichtbogen ist gleich 180 l/h.

3» Das Schutzmittel ist Argon. Der Verbrauch von Argon für Schutzzwecke beträgt 1200 l/h.

Der Arbeitsstrom des führenden Lichtbogens normaler Polarität ist gleich 1100 A, der Arbeitsstrom des rückwärtigen Lichtbogens normaler Polarität ist gleich 950A, der Arbeitsstrom des mittleren Lichtbogens umgekehrter Polarität ist gleich 730 A.

Der Abstand zwischen den Achsen der Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität beträgt 37 mm. Das kleinere Verhältnis des Produktes aus den Strömen

ίο zweier benachbarter Lichtbogen zum Abstand zwischen den Achsen beträgt 18,7 ■ 10³A²Cm-¹. Die Schweißgeschwindigkeit ist 55 m/h. Bei Anwendung des Gemisches 95% Ar+5% H2 als plasmabildendes Gas in Lichtbögen normaler Polarität

4^r> kann die Schweißgeschwindigkeit um 50—60% erhöht werden. Die übrigen Parameter des Prozesses bleiben dabei unverändert.

Bei Anwendung von Kohlendioxidgas CO2 als plasmabildendes Gas in Lichtbögen normaler Polarität

5« kann die Schweißgeschwindigkeit um das 1,5—2fache erhöht werden. Hierbei bleiben die übrigen Parameter des Prozesses unverändert.

Die Verwendung von Kohlendioxidgas für Lichtbogen normaler Polarität als plasmabildendes Gas and als

« Schutzmittel erhöht die Schweißgeschwindigkeit um das 2—2,5fache, verschlechtert jedoch das qualitätsgerechte Nahtaussehen. Das Kohlendioxidgas als plasmabildendes Mittel für Lichtbögen normaler Polarität und als Schutzmittel ist zweckmäßigerweise in dem Falle zu

mi verwenden, wenn an das Nahtaussehen keine strengen Anforderungen gestellt werden.

Der Schutz des Nahtwerkstoffes bei Anwendung vor Kohlendioxidgas als plasmabildendes Mittel für Lichtbögen normaler Polarität führt zur Verbesserung des

μ Nahtaussehens. In diesem Fall ist es möglich, der Verbrauch des plasmabildenden Gases CO2 an derr führenden und dem rückwärtigen Lichtbogen normale! Polarität beträchtlich zu erhöhen und die Durch

schmelztiefe bis zu 20% ohne Veränderung der übrigen Parameter des Prozesses zu vergrößern. Die für diese Zwecke annehmbare Zusammensetzung des Schweißpulvers in %:

SiO₂ = 19,0 - 24,0; MnO ^ 0,5; CaO=3,0 - 9,0; MgO=9,0-13,0; Al₂O₃=27,0 - 32,0;
Na₂O und K₂O=2,0 - 3,0; CaF₂=25,0 - 33,0;
Fe₂O₃ < 1,0; S < 0,08; P < 0,05.

Die Ausbildung der Schweißverbindung erfolgt nur durch Ausschmelzen des Schweißwerkstoffs.

Das Schweißen einer Stoßverbindung mit Kantenabschrägung wird nach dem in F i g. 2 angeführten Schema realisiert und wird unter den Bedingungen durchgeführt, wenn Lichtbogen von verschiedener Polarität zwischen nichtabschmelzenden Elektroden und Schweißstück (Gefäß) sowie abschmelzender Elektrode und Schweißstück (Gefäb) gezündet werden. Die Zahl der nichtabschmelzenden Elektroden ist zwei, die der abschmelzenden Elektroden eins.

Die Lichtbogen zwischen den nichtabschmelzenden Elektroden und dem Schweißstück (Gefäß) haben normale Polarität. Der Lichtbogen zwischen der abschmelzenden Elektrode und dem Schweißstück hat umgekehrte Polarität.

Die Zusammensetzungen und Verbrauchswerte des plasmabildenden Gases, die Zusammensetzungen und Verbrauchswerte der Schutzmittel sind dieselben wie auch im Falle der Schweißung einer Stoßverbindung ohne Kantenabschrägung. j«

Der Durchmesser der abschmelzenden Elektrode ist 5 mm.

Die Zusammensetzung der abschmelzenden Elektrode in %:

C < 0,08; Mn =1,0-2,0; Si = 0,3-0,8; ^J5

Cr = 18,0-20,0;Ni = 9,0-11,0;Ti = 0,5-0,8;
S < 0,018; P < 0,025; Mo = 2,0 - 3,0;
der Rest ist Fe.

Der Arbeitsstrom des führenden Lichtbogens normaler Polarität 1100 A, der Arbeitsstrom des rückwärtigen Lichtbogens normaler Polarität 950 A und der Arbeitsstrom des mittleren Lichtbogens 790 A.

Der Abstand zwischen den Achsen der Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität beträgt 37 mm.

Das kleinere Verhältnis des Produktes aus den Strömen zweier benachbarter Lichtbogen zum Abstand zwischen den Achsen beträgt 20,3 · 10³A²Cm-'.

Die Schweißgeschwindigkeit ist 67 m/h.

Die Schweißgeschwindigkeit kann bei Anwendung von molekularen Gasen oder Gasgemischen aus inerten und molekularen Gasen als plasmabildendes Mittel sowie bei Anwendung von Schweißpulver als Schutzmittel erhöht werden.

Hierbei wird eine 4 — 6fache Erhöhung der Geschwindigkeit erreicht.

Beispiel 3

Schweißen von Kokillen für Vakuumlichtbogen- und
Elektroschlacke-Umschmelzen

Gemäß den Arbeitsbedingungen werden die Kokillen für das Vakuumlichtbogen-Umschmelzen aus Chrombronze und für das Elektroschlacke-Umschmelzen aus Kupfer hergestellt. Die Dicke der Schweißkanten 40 mm.

Das Schweißen der Stoßverbindung einer Kokille für das Vakuumlichtbogen-Umschmelzen wird nach dem in

hO F i g. 1 dargestellten Schema realisiert und unter den Bedingungen durchgeführt, wenn Lichtbogen von verschiedener Polarität zwischen nichtabschmelzenden Elektroden und Schweißstück (Kokille) gezündet werden. Die Zahl der nichtabschmelzenden Elektroden ist drei. Der führende und der rückwärtige Lichtbogen haben normale Polarität, der mittlere Lichtbogen hat umgekehrte Polarität.

Die Schweißung erfolgt ohne Kantenabschrägung. Der Schweißwerkstoff hat die folgende Zusammensetzung in %:

Cr=0,4-0,7; Fe<0,06; Pb<0,005;
Zn<0,015;Mn<0,002;Si<0,05;
P < 0,01; der Rest ist Cu.

Als plasmabildendes Gas für Lichtbögen normaler und umgekehrter Polarität dient Argon. Der Verbrauch des plasmabildenden Gases in jedem Lichtbogen beträgt 260 l/h. Das Schutzmittel ist Argon. Der Verbrauch von Argon für Schutzzwecke beträgt 900 l/h.

Der Arbeitssirom des führenden Lichtbogens normaler Polarität ist gleich 1100 A, der Arbeitsstrom des rückwärtigen Lichtbogens normaler Polarität ist gleich 950A, der Arbeitsstrom des mittleren Lichtbogens umgekehrter Polarität ist gleich 730 A.

Der Abstand zwischen den Achsen der Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität beträgt 37 mm. Das kleinere Verhältnis des Produktes aus den Strömen zweier benachbarter Lichtbogen zum Abstand zwischen den Achsen beträgt 18,7 · 1O³A²Cm-".

Die Schweißgeschwindigkeit ist gleich 11,0 m/h. Als plasmabildendes Mittel für Lichtbogen normaler Polarität und als Schutzmittel ist die Verwendung von Stickstoff (N₂) möglich. Hierbei ist eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit um das 2fache ohne Veränderung der übrigen Schweißdaten möglich.

Als plasmabildendes Mittel für Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität ist die Verwendung des Gemisches 30% Ar+ 70% He zweckmäßig, während der Nahtschutz zweckmäßigerweise mit Argon erfolgt. Hierbei wird eine hohe Schweißgeschwindigkeit beibehalten und die Qualität der Verbindungen verbessert.

Dem höchsten Vakuum halten Nähte stand, deren Schweißung unter Anwendung des Gemisches 30% Ar+ 70% He als plasmabildendes Mittel für Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität und eines Schweißpulvers als Schutzmittel der folgenden Zusammensetzung durchgeführt wird, in %:

SiO₂ = 30,0 - 32,0; Al₂O₃ = 20,0 - 22,0;
MnO = 2,5-3,5;CaF₂ = 20,0-24,0;
MgO = 16,0-18,0;CaO = 5,0-6,5;
FeO₂ + Fe₂O₃<l,0;S<0,15;P<0,l.

Die Ausbildung der Naht kommt aufgrund des Grundwerkstoffes (Schweißwerkstoff) und des Zusatzmaterials zustande. Der Verbrauch des Zusatzwerkstoffs mit Rücksicht auf Abbrandverluste und Verspritzen ist minimal. Die Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffs entspricht dem Grundwerkstoff (Schweißwerkstoff).

Das Schweißen mit Kantenabschrägung von Kokillen für das Elektroschlacke-Umschmelzen aus bis 0,06% Sauerstoff enthaltendem Kupfer wird nach dem Fi g. 2 dargestellten Schema realisiert und unter den Bedingungen durchgeführt, wenn Lichtbogen von verschiedener Polarität zwischen nichtabschmelzenden Elektroden und Schweißstück (Kokille) sowie abschmelzender Elektrode und Schweißstück (Kokille) gezündet werden.

Die Zahl der nichtabschmelzenden Elektroden ist zwei. Die Zahl der abschmelzenden Elektroden ist eins.

Die Lichtbogen zwischen den nichtabschmelzenden Elektroden und dem Schweißstück haben normale Polarität, und der Lichtbogen zwischen der abschmelzenden Elektrode und dem Schweißstück hat umgekehrte Polarität

Die Zusammensetzungen und Verbrauchswerte des plasmabildenden Gases sowie die der Schutzmittel sind dieselben wie auch im Falle der Schweißung mit drei nichtabschmelzenden Elektroden.

Der Durchmesser der abschmelzenden Elektrode ist 5 mm.

Die Zusammensetzung der abschmelzenden Elektrode in %:

Si = 3,5;Mn=l,5;Zn<l,0;

Fe < 0,03; Pb < 0,03; P < 0,05;

Ni < 0,1; Bi < 0,002; der Rest ist Cu.

Der Arbeitsstrom des führenden Lichtbogens normaler Polarität 1100 A, der Arbeitsstrom des rückwärtigen Lichtbogens normaler Polarität 950 A, der Arbeitsstrom des mittleren Lichtbogens 790 A.

Der Abstand zwischen den Achsen der Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität beträgt 37 mm. > > Das kleinere Verhältnis des Produktes aus den Strömen zweier benachbarter Lichtbogen zum Abstand zwischen den Achsen beträgt 20,3 · 10³ A² cm-'. Die Schweißgeschwindigkeit ist gleich 15 m/h. Die Schweißgeschwindigkeit wird bei Anwendung von plasmabildenden und Schutzmitteln aus molekularen Gasen, beispielsweise N2, einem Gemisch von inerten Gasen, beispielsweise Ar+ He sowie bei gemeinsamer Anwendung von molekularen, inerten Gasen und deren Gemischen in Kombination mit Schweißpulver erhöht. Hierbei kann si eine 4 —6fache Erhöhung der Geschwindigkeit erreicht werden.

Beispiel 4

Schweißen von Tieftemperaturausrüstungen mit einer Dicke der Schweißkanten von 30 mm

Der Prozeß wird nach dem in Fig.3 angeführten Schema realisiert. Die Zusammensetzung des Schweißwerkstoffs ist die folgende, in %: 1 >

Cu < 0,02; Mg < 0,05; Mn < 0,025; Fe < 0,3;
Zn < 0,3; Ti < 0,1; der Rest ist Al.

Das Schweißen wird unter den Bedingungen durchgeführt, wenn Lichtbogen von verschiedener Polarität ■> <> zwischen nichtabschmelzenden Elektroden und Schweißstück gezündet werden. Die Zahl der nichtabschmelzenden Elektroden ist drei. Der führende und rückwärtige Lichtbogen haben umgekehrte Polarität, und der mittlere Lichtbogen hat normale Polarität. ">">

Als plasmabildendes Gas für alle Lichtbogen dient das Gemisch von Argon mit Helium (Ar+ He). Der Verbrauch von Argon im Gemisch 45 l/h, der Verbrauch von Helium im Gemisch 135 l/h. Als Schutzmittel wird Argon verwendet. Der Verbrauch von Argon für den wi Schutz des Bades ist gleich 1800 l/h.

Der Arbeitsstrom des führenden Lichtbogens umgekehrter Polarität ist gleich 820 A, der Arbeitsstrom des rückwärtigen Lichtbogens umgekehrter Polarität ist gleich 710 Λ, der Arbeitsstrom des mittleren Lichtbo- h> gens normaler Polarität ist gleich 430 A.

Der Abstand zwischen den Achsen der Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität beträgt 32 mm.

Das kleinere Verhältnis des Produktes aus den Strömen zweier benachbarter Lichtbögen zum Abstand zwischen den Achsen beträgt 9,5 · 10³ A² cm -'.

Die Schweißgeschwindigkeit ist 20 m/h.

Die Schweißverbindung wird durch Aufschmelzen des Grundwerkstoffs geformt Abbrand- und Verspritzungsverluste werden durch einen Draht der folgenden Zusammensetzung kompensiert in %:

Al = 99,97;Fe = 0,015;
Si=O₁OlO; Cu=0,005.

Die Schweißgeschwindigkeit kann um 15-20% erhöht werden, wenn in das plasmabildende Mittel eines Lichtbogens normaler Polarität ein molekulares Gas im Gemisch mit Argon (Ar+O₂) eingeführt wird. Hierbei bleiben die übrigen Parameter unverändert

Unter den Bedingungen, wenn als plasmabildendes Mittel der Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität das Gemisch Ar+He dient, kann der Schutz des Nahtwerkstoffs durch ein Schweißpulver der folgenden Zusammensetzung zustandegebracht werden, in %:

KCl = 50; NaCl = 28; LiCI = 14; NaF = 8.

In diesem Fall löst das Schweißpulver die Oxidhäute und raffiniert das Metall, jedoch ist ein zusätzlicher Arbeitsgang zur Entfernung der Schweißpulverreste in warmem Wasser erforderlich.

Bei der Führung eines Schweißprozesses, bei dem das plasmabildende Mittel der Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität aus Argon allein besteht, während die Naht durch Schweißpulver der vorstehend angegebenen Zusammensetzung geschützt wird, wird zum besseren Schutz zusätzlich die Verwendung des Schutzgases Argon empfohlen. Hierbei kann die Schweißpulverschicht verringert werden, oder sie kann als Paste derselben Zusammensetzung aufgetragen werden. >

Das Schweißen der Tieftemperaturausrüstungen unter den Bedingungen, wenn Lichtbogen von verschiedener Polarität zwischen nichtabschmelzenden Elektroden und Schweißstück sowie zwischen abschmelzenden Elektroden und Schweißstück gezündet werden, wird nach dem in F i g. 4 angeführten Schema realisiert und mit abgeschrägten Kanten durchgeführt. Die Zusammensetzung und die Dicke des Werkstoffs sind denen beim Schweißen mittels nichtabschmelzenden Elektroden ähnlich.

Die Zahl der nichtabschmelzenden Elektroden ist zwei.

Die Zahl der abschmelzenden Elektroden ist eins.

Die nichtabschmelzenden Elektroden haben umgekehrte Polarität, während die abschmelzende Elektrode normale Polarität hat.

Als plasmabildendes Gas in den Lichtbogen umgekehrter Polarität dient Argon. Der Verbrauch von Argon 220 l/h. Das Schutzmittel ist inert und besteht aus Argon. Der Verbrauch von Argon 1800 l/h. Der Arbeitsstrom des führenden Lichtbogens 820 A, der Arbeitsstrom des rückwärtigen Lichtbogens 760 A, der Arbeitsstrom des mittleren Lichtbogens 520 A.

Das kleinere Verhältnis des Produktes aus den Strömen zweier benachbarter Lichtbogen zum Abstand zwischen den Achsen beträgt 12,3 · 10'A² cm-'.

Die Schweißgeschwindigkeit beträgt 38 m/h. Die Schweißverbindung wird durch Aufschmelzen des

Grundwerkstoffs und der abschmelzenden Elektrode identischer Zusammensetzung geformt Die Verwendung des Gemisches Ar+He als plasmabildendes Gas führt zum Zuwachs der Schweißgeschwindigkeit um 30% bei den unveränderten übrigen Parametern des Prozesses.

Als Schutzmittel ist das Gasgemisch ΑΓ+Ο2 oder ein Schweißpulver anwendbar, dessen Zusammensetzung oben angeführt wurde. Die Verwendung von Ar als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen umgekehrter Polarität und von Ar+O₂ für den Schutz führt zu einer

Erhöhung der Schweißgeschwindigkeil und zur Strahlübertragung im Lichtbogen zwischen abschmelzender Elektrode und Schweißstück.

Die Verwendung als plasmabildendes Gas von Argon oder des Gemisches Ar+He in Kombination mit einem Schweißpulver gestattet es, oxidfreie Schweißverbindungen herzustellen. Hierbei wird ein zusätzlicher Arbeitsgang für die Entfernung der Schweißpulverreste durch Waschen der Erzeugnisse in warmem Wasser eingeführt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Plasma-Mehrfachlichtbogenschweißen mittels kontinuierlich brennenden Gleichstrombögen verschiedener Polarität unter Anwendung von plasmabildendem Gas und Schutzmitteln und mit so angeordneten Lichtbögen, daß nebeneinander befindliche Lichtbögen eine entgegengesetzte Polarität besitzen, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß alle Lichtbögen (12,13,14) zwischen nichtabschmelzenden Elektroden (3, 4, 6) und dem Schweißstück (7) gezündet werden, oder einen Teil der Lichtbögen (12, 14) zwischen den nichtabschmelzenden Elektroden (3, 4) und dem is Schweißstfick (31) und der andere Teil (33) zwischen abschmelzenden Elektroden (29) und dem Schweißstfick (31) gezündet werden, wobei in diesem Fall alle nichtabschmelzenden Elektroden eine gleiche Polarität haben, während alle abschmelzenden EJektro- den die entgegengesetzte Polarität haben und die Ströme aller Lichtbögen und der Abstand zwischen den Lichtbogen derart eingestellt werden, daß das Verhältnis des Produktes aus den Strömen von zwei nebeneinander gelegenen Reihen von Lichtbogen zum Abstand zwischen ihnen 9,5 χ 10⁴ A² cm -' ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzmittel ein molekulares Gas, vorzugsweise Kohlendioxidgas (CO₂) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzmittel ein inertes Gas, vorzugsweise Argon (Ar) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzmittel ein Gemisch aus einem molekularen-und einem inerten Gas verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzmittel ein Schweißpulver verwendet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 1, 3 oder 1, 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzmittel zusätzlich ein Schweißpulver verwendet wird.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1,2 oder 1,3 oder 1, 4 oder 1, 5, dadurch gekennzeichnet, daß als plasmabildendes Gas für Lichtbogen normaler Polarität ein molekulares Gas, vorzugsweise Kohlendioxidgas (CO2) verwendet wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 1,3 oder 1,4 oder 1, 5, dadurch gekennzeichnet, daß als plasmabildendes Gas ein inertes Gas, vorzugsweise Argon (Ar) verwendet wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 1, 3 oder 1,4 oder 1,5, dadurch gekennzeichnet, daß als plasmabildendes Gas ein Gemisch eines molekularen und eines inerten Gases verwendet wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 1, 3 oder 1, 4 oder 1, 5, bei dem die abschmelzenden Elektroden eine Zusammensetzung haben, die der Zusammensetzung des Schweißwerkstoffs ähnlich ist.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 1, 3 oder 1, 4 oder 1, 5, bei dem die abschmelzenden Elektroden eine Zusammensetzung haben, die von der Zusammensetzung des Schweißstücks verschieden ist.

12. Verfahren zum Schweißen von niedriglegierten Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden als plasmabildendes Gas und als Schutzgas an den Lichtbögen normaler Polarität Kohlendioxidgas und an den Lichtbögen umgekehrter Polarität als plasmabildendes Gas Argon verwendet wird.

13. Verfahren zum Schweißen von niedriglegierten Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden als plasmabildendes Gas an den Lichtbogen normaler Polarität das Gemisch CO₂+O2, im Schutzmittel CO₂ und an den Lichtbögen umgekehrter Polarität Ar verwendet werden.

14. Verfahren zum Schweißen von nichtrostenden Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden als plasmabildendes Gas an den Lichtbogen normaler Polarität, umgekehrter Polarität und im Schutzmittel Argon verwendet wird.

15. Verfahren zum Schweißen von nichtrostenden Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität das Gemisch Ar+H₂, an den Lichtbögen umgekehrter Polarität Ar und im Schutzmittel Ar verwendet werden.

16. Verfahren zum Schweißen von nichtrostenden Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität CO₂, an den Lichtbögen umgekehrter Polarität Ar und im Schutzmittel CO₂ verwendet werden.

17. Verfahren zum Schweißen von niedriglegierten und nichtrostenden Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nichtabschmelzenden Elektroden als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität CO₂, an den Lichtbögen umgekehrter Polarität Ar und als Schutzmittel Schweißpulver verwendet werden.

18. Verfahren zum Schweißen von Kupfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden als plasmabildendes Gas an den Lichtbogen normaler Polarität, umgekehrter Polarität und im Schutzmittel Ar verwendet wird.

19. Verfahren zum Schweißen von Kupfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden an den Lichtbögen normaler Polarität als plasmabildendes Gas sowie im Schutzmittel N₂ und an den Lichtbogen umgekehrter Polarität Ar verwendet werden.

20. Verfahren zum Schweißen von Kupfer und Aluminium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden an den Lichtbogen normaler Polarität und umgekehrter Polarität als plasmabildendes Gas das Gemisch Ar+ He und im Schutzmittel Ar verwendet werden.

21. Verfahren zum Schweißen von Kupfer und Aluminium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden als plasmabildendes Gas an den Lichtbogen normaler und umgekehrter Polarität das Gemisch Ar+ He und für das Schutzmittel ein Schweißpulver verwendet werden.

22. Verfahren zum Schweißen von Aluminium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden als plasmabildendes- Gas an den Lichtbögen normaler Polarität das Gemisch Ar+O₂, an den Lichtbögen umgekehrter Polarität Ar und im Schutzmittel Ar verwendet werden.

23. Verfahren zum Schweißen von Aluminium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von nur nichtabschmelzenden Elektroden als ι ο plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler und umgekehrter Polarität Argon und als Schutzmittel Argon und Schweißpulver verwendet werden.

24. Verfahren zum Schweißen von niedriglegierten Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- is net, daß beim Einsatz von abschmelzenden und nichtabschmelzenden Elektroden normaler Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität und im Schuf mittel CO2 verwendet wird.

25. Verfahren zum Schweißen von niedriglegierten Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden normaler Polarität als plasmabil- dendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität das Gemisch CO₂+ O₂ und im Schutzmittel CO₂ verwendet werden.

26. Verfahren zum Schweißen von nichtrostenden Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden normaler Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität und im Schutzmittel Argon verwendet wird. -

27. Verfahren zum Schweißen von nichtrostenden Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden normaler Polarität als plasmabilden- des Gas an den Lichtbögen normaler Polarität das Gemisch Ar-I-H₂ und im Schutzmittel Ar verwendet werden.

28. Verfahren zum Schweißen von nichtrostenden Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden normaler Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität und im Schutzmittel CO₂ verwendet wird. so

29. Verfahren zum Schweißen von nichtrostenden und niedriglegierten Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden normaler Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität CO₂ und für das Schutzmittel ein Schweißpulver verwendet werden.

30. Verfahren zum Schweißen von Kupfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden normaler Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität und im Schutzmittel Argon verwendet wird.

31. Verfahren zum Schweißen von Kupfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität und von nichtabschmelzeaden Elektroden normaler Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität und im Schutzmittel N₂ verwendet wird.

32. Verfahren zum Schweißen von Kupfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden normaler Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität das Gemisch Ar+He und im Schutzmittel Ar verwendet wei den.

33. Verfahren zum Schweißen von Kupfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsau von abschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden normaler Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen normaler Polarität das Gemisch Ar+He und für das Schutzmittel ein Schweißpulver verwendet werden.

34. Verfahren zum Schweißen von Aluminium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden normaler Polarität und nichtabschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen umgekehrter Polarität und im Schutzmittel Argon verwendet wird.

35. Verfahren zum Schweißen von Aluminium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden normaler Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen umgekehrter Polarität das Gemisch Ar+He und im Schutzmittel Ar verwendet werden.

36. Verfahren zum Schweißen von Aluminium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden normaler Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen umgekehrter Polarität Ar und im Schutzmittel das Gemisch Ar+O₂ verwendet werden.

37. Verfahren zum Schweißen von Aluminium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden normaler Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen umgekehrter Polarität das Gemisch Ar+He und für das Schutzmittel ein Schweißpulver verwendet wird.

38. Verfahren zum Schweißen von Aluminium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von abschmelzenden Elektroden normaler Polarität und von nichtabschmelzenden Elektroden umgekehrter Polarität als plasmabildendes Gas an den Lichtbögen umgekehrter Polarität Ar und als Schutzmittel Ar und Schweißpulver verwendet werden.