DE965732C

DE965732C - Verfahren zum Schutzgaslichtbogenschweissen mit einer abschmelzenden Drahtelektrode und mit konstantem Vorschub

Info

Publication number: DE965732C
Application number: DEU3670A
Authority: DE
Inventors: Donald Wilbur Roth; George Macgillivray Skinner
Original assignee: Union Carbide and Carbon Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1955-01-10
Filing date: 1955-12-30
Publication date: 1957-06-19

Description

Verfahren zum Schutzgaslichtbogenschweißen mit einer abschmelzenden Drahtelektrode und mit konstantem Vorschub Die Erfindung bezieht sich auf das Schutzgaslichtbogenschweißen mit einer nicht abschmelzenden Drahtelektrode, die mit konstanter Geschwindigkeit vorgeschoben wird.
Beim Lichtbogenschweißen mit inertem Schutzgas, bei welchem eine Drahtelektrode verwendet wird, hat es sich als schwierig erwiesen, die Drahtabschmelzgeschwindigkeit zu steuern, und zwar insbesondere beim Schweißen von Stahl mit negativer Elektrode, da sich hierbei häufig- ein übermäßiger Aufbau von Schweißmetall ohne ausreichenden Einbrand ergibt.
Die wesentlichen Ziele der Erfindung sind daher, eine Steuerung der Drahtabschmelzgeschwindigkeit weitgehend unabhängig vom Lichtbogen zu ermöglichen und den erforderlichen Einbrand irr Werkstück zu erzielen.
Nach der Erfindung wird ein zweiter, von demselben Gasstrom geschützter Lichtbogen zwischen dem Schweißbad und einer nicht abschmelzenden Elektrode gebildet, die in unmittelbarer Nähe der abschmelzenden Elektrode angeordnet ist, wobei diese mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die Ab,schm,olzgeschwindigkeit zugeführt wird, wodurch der Lichtbogen dieser abschmelzenden Elektrode abwechselnd gelöscht und neu gezündet wird.
Beide Elektroden können parallel mit der gleichen Stromquelle oder auch unabhängig voneinander mit verschiedenen Stromquellen verbunden sein. Bei Verwendung verschiedener Stromquellen kamt der Lichtbogen der nicht abschmelzenden Elektrode das -Werkstück vorheizen, um einen besseren Einbrand zu erzielen und um außerdem einen Lichtbogen unabhängig von .dem Lichtbogen vier abschmelzenden Elektrode aufrechtzuerhalten, so daß der Draht mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt werden kann, wie sie zur Erzielung der gewünschten Schweißraupenhöhe erforderlich ist.
Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den Darstellungen eines Ausführungsbeispieles sowie aus der folgenden Beschreibung zu entnehmen. Es zeigt Fig. i eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher die nicht abschmelzende Elektrode und die Drahtelektrode elektrisch miteinander verbunden sind, und Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, bei welcher die beiden Lichtbogen mit gleicher Polarität, aber von verschiedenen Generatoren gespeist werden.
Die Steuerung der Drahtabschrne,lzgeschwindigkeit läßt sich durch eine direkte elektrische Verbindung der nicht abschmelzenden und der abschmelzenden Elektrode erreichen, wie aus Fig. i hervorgeht. Dieses Arbeitsverfahren wird mit der in Fig. i schematisch dargestellten Vorrichtung ausgeführt, in welcher ein Brenner i eine elektrisch leitende Kappe 2 und eine Düse 3 mit einer Gaseinlaßöffnung q. aufweist. An. der Kappe 2 ist eine Stromzuführung 5 fest angebracht, die als Führungsrohr für eine Drahtelektrode 6, die ihrerseits mit Hilfe entsprechender Mittel von einem Haspel 7 zugeführt wird, sowie als leitende Abstützung für eine wassergekühlte Elektrode 8 dient, die mit einer Einlaßöffnung g und. einem Auslaß io für das Kühlwasser versehen ist. Der von einer Schweißstromquelle i i zwischen dem Werkstück 12 und der Kappe 2 zugeführte elektrische Strom dient der Aufrechterhaltung der Lichtbögen zwischen dem Werkstück und jeder der beiden Elektroden, während Schutzgas durch die Einlaßöffnung q. eingelassen wird, um eine schützende Hülle 13 über der Schweißzone zu bilden. Bei diesem Arbeitsverfahren bestehen die Lichtbögen nicht gleichzeitig an beiden Elektroden, sondern abwechselnd an einer der beiden Elektroden. Diese Wechsel erfolgen jedoch ausreichend schnell, so daß die Lichtbögen als gemeinsam auftretend erscheinen.
Der Lichtbogen der nicht abschmelzenden Elektrode bleibt bestehen, bis die Drahtelektrode, die mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Abschmelzgeschwindigkeit zugeführt wird, das Werkstück berührt. Die Gesamtmenge des Stromes, die jetzt durch den Draht geht, schmilzt diesen zurück, bis der Abstand unter dein Draht zu lang für die verfügbare Spannung wird, um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Die Entladung geht dann auf die nicht abschmelzende Elektrode über. Der Arbeitszyklus des Drahtlichtbogens ist durch Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit veränderlich. Als nicht abschmelzende Elektrode wurde sowohl Wolfram, rein oder thoriert, als auch eine wassergekühlte Kupferelektrode verwendet; Wolfram wurde für Gleichstrom am Minuspol verwendet und wassergekühltes Kupfer am Pluspol. Beide waren beim Arbeiten mit Wechselstrom brauchbar. Ein Beispiel für die Zufuhrgeschwindigkeitssteuerung beim Schweißen von Stahl unter gleichbleibenden Arbeitsbedingungen ergab sich bei einer Vorrichtung, bei welcher sich die wassergekühlte Kupferelektrode an erster Stelle befand. Bei Verwendung eines positiv gepolten Stahlschweißdrahtes niedrigen Kohlenstoffgehalts von 1,6 mm Durchmesser und einem Lichtbogenstrom von q.oo Ampere Gleichstrom wurde die Drahtzufuhrgeschwindigkeit bis 5o8 cm/min geändert. Die Schweißraupe auf Stahlplatten war fortlaufend und gleichförmig bei einer Raupendicke, die von der Drahtzufuhrgeschwindigkeit abhängt.
Ferner ließen sich eine selbsttätige Steuerung des Abschmelzvorganges und gute Schweißergebnisse mit Gleichstrom bei der Verwendung einer negativ gepolten Wolframelektrode erzielen, doch wurde die Elektrode durch Metallspritzer etwas verschmutzt, was eine geringe Unstabilität des Lichtbogens bewirkte und zum Elektrodenverlust beitrug.
Das Arbeiten mit positiver und wassergekühlter Elektrode wird für vorteilhafter gehalten, und zwar wegen der dem gasgeschützten Metallichtbogen dann innewohnenden größeren Stabilität und weil außerdem Argon, das einen kleinen Anteil, z. B. 5°/a, Sauerstoff enthält, in vorteilhafter Weise verwendet werden kann, ohne daß ein übermäßiges Angreifen der wassergekühlten, nicht abschmelzenden Kupferelektrode auftritt. Das Schutzgas kann auch andere aktive Gase, z. B. Kohlendioxyd, enthalten.
Eine selbsttätige Steuerung der Schweißraupenform wurde auch bei dem Schweißen mit zwei Lichtbögen gleicher Polarität von verschiedener Stromquellen i i i und. i i i' in der in Fig. 2 veranschaulichten Weise erreicht. Die nicht abschmelzende und die Drahtelektrode ioß und io6 wurden in eine einzige Gasdüse eingeführt, die gegen die beiden leitenden Kappen io2, io2' isoliert war. Diese Anordnung wurde bei Gleichstrom und positiven Elektroden für Stahl verwendet. Die nicht abschmelzende Elektrode io8 war eine wassergekühlte Kupferelektrode, die hinsichtlich der Arbeitsrichtung an erster Stelle angebracht war. Die Abschmelzgeschwindigkeit des Stahldrahtes io6 niedrigen Kohlenstoffgehaltes von 1,6 mm Durchmesser und der Schweißraupeneinbrand waren charakteristisch allein für den gasgeschützten Metallichtbogen, und die Schweißraupenbreite entsprach allein derjenigen der nicht abschmelzenden Elektrode. Die Kombination der Lichtbögen brachte die gewünschte Steigerung des Verhältnisses von Breite zu Höhe der Schweißraupe und rief einen besseren übergang an den: Kanten der Raupe hervor. Bei- der Vorrichtung wurden 325 Ampere Gleichstrom mit positiver Elektrode für den Drahtlichtbogen und q.oo Ampere Gleichstrom mit positiver Elektrode für den wassergekühlten Elektrodenlichtbogen bei reiner Argonabschirmung verwendet, wobei die Lichtbögen allein und gemeinsam arbeiteten.
Die nicht abschmelzende Elektrode kann außerdem auch in der hinteren oder nachheizenden Stellung bei bestimmten Schweißbedingungen, wie z. B. höheren Schweißgeschwindigkeiten, verwendet werden. Bei dieser Anordnung erfolgt das Zünden des Lichtbogens der nicht abschmelzenden Elektrode nach Erlöschen des Lichtbogens der abschmelzenden Elektrode in zuverlässigerer Weise.

Die nachstehende Tabelle gibt einen Vergleich zwischen Drahtelektrode, nicht abschmelzender Elektrode u.nd-denkombinierten Schweißlichtbogen:

Verfahren

Schweißraupe

Schweißraupen-

Einbrand Breite) oberfläche

mm Höhe .

Drahtelektrode . . 2,5 3,3 unregelmäßig

wassergekühltes

Kupfer ....... 0,5 - -

nicht abschmel-

zend

abschmelzend) 2,2 1 5,9 befriedigend

*) Ein Verhältnis größer als ¢ ist erwünscht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Schutzgaslichtbogenschweißen mit einer abschmelzenden Drahtelektrode, die mit konstanter Geschwindigkeit vorgeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, von demselben Gasstrom geschützter Lichtbogen zwischen dem Schweißbad und einer nicht abschmelzenden Elektrode gebildet wird, die in unmittelbarer Nähe der abschmelzenden Elektrode angeordnet ist, wobei diese mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die Abschmelzgeschwindigkeit zugeführt wird, wodurch der Lichtbogen dieser abschmelzenden Elektrode abwechselnd gelöscht und wieder neu gezündet wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden. Elektroden von derselben Schwe.ißstromquelle gespeist werden, wodurch abwechselnd erst an einer Elektrode und dann an der anderen Elektrode ein Lichtbogen gezündet wird.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden von verschiedenen Schweißstromquellen gespeist werden, wodurch der Lichtbogen der nicht abschmelzenden Elektrode unabhängig vom Lichtbogen der abschmelzenden Drahtelektrode aufrechterhalten wird. q..
Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden längs der Schweißnaht hintereinander angeordnet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht abschmelzende Elektrode als vordere Elektrode angeordnet ist, wodurch das Werkstück jeweils vor dem durch die abschmelzende Elektrode hervorgerufenen Schmelzbad vorgeheizt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht abschmelzende Elektrode als hintere Elektrode angeordnet ist, wodurch die Schweißraupe nacherhitzt und das erneute Zünden des Lichtbogens der abschmelzenden Elektrode erleichtert wird.