DE2309619A1

DE2309619A1 - Unterlage zum schliessen des wurzelspaltes zweier zu verschweissender werkstuecke

Info

Publication number: DE2309619A1
Application number: DE19732309619
Authority: DE
Inventors: Richard W Reynolds
Original assignee: Welding Research Inc
Current assignee: Welding Research Inc
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1973-02-27
Publication date: 1973-09-27
Also published as: FR2187488B1; GB1350058A; JPS5135534B2; US3777114A; JPS4914341A; FR2187488A1

Description

Dr. W. P. Radt

DipL-Ing. E. E. Finkener 2 3 O 9 6 1 9

Dipl-Ing. W. Ernesti

Patentanwälte Welding Research, Inc.

463 Bochum Chicago, Illinois /USA

Heinrich-König-Strafe 12 ° ^T *

Fernsprecher 415 SO, 4 23 27 ———————————ι—————

Telegrammadresse: Radrpatent BoAum

73 109
EEF/US

Unterlage zum Schließen des Wurzelspaltes zweier zu verschweißender Werkstücke

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die beim Lichtbogenschweißen Verwendung finden soll und zum Schliessen des Wurzelspaltes der Fuge zwischen zwei zu verschweissenden Werkstücken dient, um eine gut ausgebildete Wurzelraupe zu erhalten. Die Unterlage ist mit Mitteln zum Verhindern der Oxydation in dem die Wurzel der Verbindung umgebenden Bereich versehen und kann sowohl beim Schweißen von kurvenförmigen, als auch von ebenen Werkstücken benutzt und beim Inertgas-Lichtbogenschweißen von Metallen eingesetzt werden.

Beim Inertgas-Lichtbogenschweißen von dicken Metallplatten war es bisher notwendig, die Kanten der Werkstücke zu bearbeiten, so daß eine sich nach oben erweiternde V-förmige Fuge gebildet wurde, und sich die beiden Platten an der Wurzel entweder berührten oder einen geringen Abstand voneinander hatten. Es ist ferner bekannt, eine sogenannte Kupferunterlage zu benutzen, die unterhalb der V-förmigen Fuge gegen die zu schweißenden Flatten gelegt wurde. Diese Kupferunterlage kann mit einer Bille versehen werden, die unterhalb der Schweißnaht verläuft. Beim Inertgas-Schweißen wird ein Schweißdraht aus einem zu dem Werkstoff, aus dem die zu schweißenden Werkstücke bestehen, passenden Material erhitzt und durch den Lichtbogen aufgeschmolzen, der zwischen dem Ende des Schweißdrahtes und der Wurzel des V-förmigen Spaltes zwischen den beiden Platten ge-

309839/0841

bildet wird. Der Schweißdraht wird dabei der Schweißstelle über eine Haspel mittels eines geeigneten Antriebes zugeführt=

Während des Schweißens der ersten Lage wird der Lichtbogen zwischen dem Zusatzdraht und dem Metall an der Wurzel des Einschnittes erzeugt und das geschmolzene Material des Schweißdrahtes füllt den Raum zwischen den beiden Platten aus; dabei tropft es häufig in die schmale Rille, die in Längsrichtung in der Kupferunterlage angebracht ist. Die Fuge wird nach und nach mit dem Material des Schweißdrahtes ausgefüllt, indem eine Reihe verschiedener Lagen längs des Bodens des Einschnittes geschweißt werden. Der Spalt zwischen den beiden Platten wird somit nach und nach durch das von dem Schweißdraht abgeschmolzene Material in übereinandergelegten Lagen ausgefüllt; die Schweißung ist beendet, wenn der Spalt vollständig gefüllt ist. Nach Beendigung der Schweißung wird die Kupferunterlage entfernt und kann erneut für weitere Schweißungen verwendet werden.

Das Schweißen dicker Platten nach dieser Methode ist stets ein langwieriger und aufwendiger Arbeitsgang gewesen, insbesondere wegen der großen Menge des Metalls, das in die V-förmige Fuge eingebracht werden muß. Um die Gesamtschweißzeit und die Menge des benötigten Schweißwerkstoffes zu verringern und damit gleichzeitig die Eigenschaften im Schweißbereich durch Verringerung der dem Werkstück zugeführten Wärmemenge und Verkleinern der durch die Wärme beaufschlagten Zone zu verbessern, wurde ein Schweißverfahren entwickelt, bei dem eine Vorbereitung der Kanten der zu schweißenden Werkstücke durch Bildung einer V-förmigen Fuge nicht mehr erforderlich ist, sondern bei dem die Kanten von zwei dicken Platten stumpf zusammengeschweißt werden und in einem Abstand von nur etwa 6 mm voneinander entfernt angeordnet sind. Bei diesem Ver-

309839/084?

fahren werden meistens zwei Schweißstäbe gleichzeitig benutzt, von denen der eine eine Schweißraupe längs der unteren Kante einer der Platten und ein zweiter eine Schweißraupe längs der unteren Kante der zweiten Platte legt und die beiden Schweißraupen innerhalb der Fuge ineinander übergehen und verschmelzen, so daß eine feste Verbindung zwischen den beiden Platten erzielt wird. Wegen des Abstandes zwischen den beiden Platten ist es unbedingt notwendig, daß eine Unterlage mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit benutzt wird, so daß ein Lichtbogen zwischen dem Schweißdraht und der Schweißstelle, also rund um die unteren Kanten der beiden Platten, zu den entsprechenden verbrauchbaren Zusatzdrähten erzeugt werden kann. Ohne eine derartige Unterlage würde das Material., das von den Enden der Schweißdrähte abgeschmolzen wird, durch den Spalt tropfen, so daß eine gute Würzelschweißung nicht möglich wäre. Darüber hinaus würde der Lichtbogen entlang der Kante der Platte nach oben wandern. Da die zu schweißenden Werkstücke häufig eine unregelmäßige Form oder zylindrische oder kugelförmige Oberflächen haben oder die Schweißnähte keine geraden Linien sind, ist es äußerst schwierig, Kupferunterlagen zu benutzen, da diese für jede durchzuführende Schweißung passend bearbeitet werden müssen, um ihre Form der der Werkstücke anzupassen. Es ist ferner notwendig, ein Flußmittel unter der Wurzel der Schweißnaht anzuordnen, um eine Oxydation und die damit verbundene Zerstörung des Materials zu vermeiden.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, eine geeignete Unterlage für Schweißverbindungen zu entwickeln, bei denen der Spalt zwischen den stumpf ausgebildeten Kanten der zu schweißenden Werkstücke größer ist als der Abstand, über den das geschmolzene Metall durch Oberflächenspannung gehalten werden könnte. Die Erfindung bezweckt auch die einfache Ausbildung von Unter-

309839/0847

lagen für unregelmäßig geformte Schweißnähte und Schweißnähte an gebogenen Körpern. Ferner soll die Möglichkeit bestehen, hinter der Schweißnaht ein Flußmittel anzuordnen, um Oxydationen an der Schweißstelle zu vermeiden. Auch soll die Unterlage als verbrauchbare Unterlage ausgebildet werden können, die ein Teil der Schweißnaht wird. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur Λ eine perspektivische Darstellung einer unter zwei Werkstücken angeordneten Unterlage und

Figur 2 eine Darstellung im Querschnitt.

Die zu schweißenden Platten 4 und 5» die durch die enge Schweißfuge 6 voneinander getrennt sind, sind auf den Figuren 1 und 2 durch strichpunktierte Linien angedeutet. Das schmale flache Ende eines Schweißkopfes 8, durch das der verbrauchbare Draht 9 dem Boden der Fuge zugeführt wird, "bewegt sich während des Schweißens in Längsrichtung der Fuge. Eine Anzahl von metallischen Plättchen 3> <li^e beispielsweise eine Stärke von 2,5 mm und Kantenlänge von 12 mm haben, werden hintereinander in ein Bett aus einem Flußmittel 2 gelegt und das Flußmittel und die Metallplättchen mittels eines biegsamen Bandes 1 gehalten, dessen in Längsrichtung verlaufende Anlageflächen mit einer Klebeschicht 7 versehen sind, so daß das Band unterhalb der Fuge gegen die Werkstücke gedrückt werden kann und daran haftet, wobei das Flußmittel und die Metallplättchen in einem durch das Band gebildeten Hohlraum unterhalb der Fuge gehalten werden. Das Flußmittel kann eine beliebige Verbindung aus chemisch desoxydierendem Material sein, die

309839/0847

2309613

frei von organischen Verunreinigungen ist. Das Material bewirkt, daß sauerstoff- und wasserstoffhaltige Stoffe von dem geschmolzenen Material während des Schmelzens und der Verfestigung im Verlauf der Bildung der ersten Schweißlagen ferngehalten werden. Die metallischen Einlagen, d.h. die Metallplättchen 3, dienen dazu, den Spalt am Boden der Fuge zwischen den beiden Werkstücken zu verschließen. Da das Band biegsam ist und die metallische Unterlage aus Plättchen mit kleinen Abmessungen besteht, kann das als Unterlage dienende Band auch an kurvenförmig verlaufende Fugen oder kurvenförmige Oberflächen angepaßt und dazu benutzt werden, verhältnismäßig breite Fugen am Boden zu verschließen, so daß aufgeschmolzene Tropfen des Drahtes daran gehindert werden, durch den Spalt hindurchzufallen. Das Material, aus dem die Metallplättchen bestehen, wird im Schweißbereich während des Schweißens aufgeschmolzen, verfestigt sich und bildet eine gute Wurzel.

Figur 2 ist ein Querschnitt durch die Werkstücke 4- und 5» die durch die Fuge 6 voneinander getrennt sind und zeigt den Schweißkopf 8, der in der Fuge zentriert ist, mit dem verbrauchbaren Draht 9t der auf die linke Ecke gerichtet ist, die durch die Platte 4· und das die Unterlage bildende Metallplättchen 3 gebildet wird.

Quer durch die Fuge wird zwischen dem Ende des Drahtes und dem Bereich 10 an der durch das Werkstück und das Metallplättchen gebildeten Ecke ein elektrischer Lichtbogen 12 erzeugt. Die intensive Wärmeentwicklung des Lichtbogens schmelzt den Draht und das Metall an der Oberfläche des Materials in der Ecke auf und es wird an dieser Stelle durch das von dem Draht abschmelzende Metall eine Schweißraupe gebildet, wenn der Lichtbogen längs der Fuge weiterbewegt wird. Die schon gebildete Schweißraupe 11 auf der gegenüberliegenden Seite der Fuge hat die in

309839/0847

Figur 2 angedeutete Form. Die auf der gegenüberliegenden linken Seite sich bildende Raupe überlappt die rechte Eaupe und verbindet sich mit dieser zu einer festen durchgehenden Wurzelnaht, die sich über den Boden der Fuge erstreckt, so daß nach zwei Durchgängen, und zwar einem entlang der rechten und einem längs der linken Kante,der Boden der Fuge vollständig mit festem leitenden Material verschlossen ist. Weitere Lagen von Schweißraupen folgen, wobei der Lichtbogen an den Kanten des Bodens der Fuge zwischen dem Schweißdraht und der Ecke gebildet wird, die durch die höchste Raupe und die am nächsten liegende Fläche der Platte 4 bzw. 5 gebildet wirdo Dann werden weitere Lagen von Schweißraupen aufgebracht bis die Fuge vollständig geschlossen ist, wobei die Schweißeinrichtung automatisch für jeden Schweißdurchgang durch selbsttätige Kontrolleinrichtungen angehoben wird, die die Länge des Lichtbogens auf einem vorher festgelegten Wert halten.

Es sind Versuche gemacht worden, bei denen Eisenpulver anstelle von Metallplättchen oder nur eine biegsame Unterlage aus feuerbeständigem Material benutzt wurden; dabei hat sich herausgestellt, daß zwischen den pulverförmigen Eisenteilchen und dem Schweißdraht kein Lichtbogen aufrechterhalten werden konnte. Der Grund liegt in der äußerst geringen Leitfähigkeit von pulverförmigen Eisenteilchen "bzw. dem feuerbeständigen Material. Ferner wurde festgestellt, daß es, um einen Lichtbogen in einer Ecke zu erzeugen, notwendig ist, Stücke aus leitfähigem Metall zu benutzen. Mit pulverförmigen Eisen als Unterlage würde der Draht sich lediglich in das pulverförmige Eisen eindrücken und ein geeigneter Lichtbogen würde nicht erzeugt.

Pat ent ansprüche 309839/0847

Claims

tentansprüche

Λ,) Schweißunterlage zum Schließen des Wurzelspaltes

er Fuge zwischen zwei durch Lichtbogenschweißung miteinander zu verbindenden Werkstücken, dadurch gekennzeichnet , daß die Unterlage aus einem biegsamen Band (1), das mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Vertiefung im mittleren Bereich versehen ist, in der ein feuerbeständiges Flußmittel (2) angeordnet ist, sowie Metallplättchen (3) besteht, die hintereinanderliegend auf die Oberfläche des Flußmittels aufgelegt sind und daß die zur Anlage an die Werkstücke (4, 5) bestimmten Flächen des Bandes mit einem durch Andrücken haftenden Material (7) versehen sind, auf das entfernbare Deck- und Schutzmittel aufgebracht sind.
2. Schweißunterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerbeständige Flußmittel (2) eine Verbindung aus chemisch desoxydierenden Stoffen ist, die frei von organischen Verunreinigungen sind.
3. Schweißunterlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplättchen (3) eine geringe Länge haben, so daß die Unterlage einer kurvenförmigen oder geraden Form der zu schweißenden Werkstücke angepaßt werden kann.

309839/0847

Leerseite