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DE2633829C2 - Vorrichtung zur Herstellung einer volumenarmen Schweißnaht und Verfahren zum Verbinden von Metallteilen mittels Lichtbogen-Schmelzschweißen - Google Patents

Vorrichtung zur Herstellung einer volumenarmen Schweißnaht und Verfahren zum Verbinden von Metallteilen mittels Lichtbogen-Schmelzschweißen

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Publication number
DE2633829C2
DE2633829C2 DE2633829A DE2633829A DE2633829C2 DE 2633829 C2 DE2633829 C2 DE 2633829C2 DE 2633829 A DE2633829 A DE 2633829A DE 2633829 A DE2633829 A DE 2633829A DE 2633829 C2 DE2633829 C2 DE 2633829C2
Authority
DE
Germany
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welding
wire
boom
arc
weld
Prior art date
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Expired
Application number
DE2633829A
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English (en)
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Inventor
Gottfried Oberrohrdorf Kuhnen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
Bbc AG Brown Boveri & Cie 5401 Baden Aargau
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bbc AG Brown Boveri & Cie 5401 Baden Aargau, BBC Brown Boveri AG Switzerland filed Critical Bbc AG Brown Boveri & Cie 5401 Baden Aargau
Publication of DE2633829A1 publication Critical patent/DE2633829A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2633829C2 publication Critical patent/DE2633829C2/de
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Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Herstellung einer Schweißnaht nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Verbinden von Metallteilen nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
Zum Zusammenfügen dickwandiger metallischer Bauteile durch Schweißen werden heute aus wirtschaftlichen, wärmetechnischen und metallurgischen Gründen volumenarme Schweißnähte angestrebt. Zur Herstellung derartiger Schweißnähte sind vor allem das Metall-Lichtbogen-Schweißverfahren unter Schutzgas und das Elektroschlacke-Schweißverfahren bekannt. Die Grundlagen derartiger Verfahren sind in zahlreichen Schriften veröffentlicht (*.. !>.: C. A. Butler, R. P. Meister und M. D. Randall: »Narrow Gap Welding - A Process for All Positions«, Weld.Journ. Feb. 1969, S. 102- 108; I. D. Henderson, K. Seifert und H.-D. Steffens: »Festigkeits- und Zähigkeitsverhalten von Tiefspaltschweißnähten am Stahl 22NiMoCr37«, DVS-Berichte Nr. 32(1974). S. 321-330; L E. Stark: »Electroslag Welding with a Consumable Guide Plate and Fiberized Flux«, DVS-Berichte Nr. 32(1974), S. 155-159; LP. Wolff: »Volumenarme Nahtvorbereitung an dickwandigen Bauelementen«, DVS-Berichte Nr. 32(1974),S. 217-223).
Das Metall-Lichtbogen-Schweißverfahren unter Schutzgas ist stets mit dem Auftreten mehr oder weniger starken Verspritzens von Metallteilchen im Raum Lichtbogen/Schuizgas/Schmelzbad verbunden. Das Spritzen ist durch Lichtbogenart. Schutzgas und Schweißdrahtzusammensetzung sowie Grundwerkstoff in gewissen Grenzen beeinflußbar, jedoch nicht vollständig vermeidbar. Die entstehenden Spritzer verunreinigen das Schweißdrahtzuführungsrohr, die Sehutzgasdüse und die Werkstückflanken der Schweißnut. Ferner bilden die Oxydationsprodukte des Schmelzbades auf der Schweißraupenoberfläche fest haftende glasartige Schlackcnbeläge, die sich nur schwer entfernen lassen und ein kontinuierliches Schweißen in mehreren Lagen ausschließen. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage gestellt. Verunreinigte Drahtzuführungsorgane bedeuten schlechten Kontakt der Stromzuführung und ungleichmäßigen Drahtvorschub. Mit Spritzern behaftete Schutzgasdüsen führen zu Wirbelbildung und Störung
der Schutzgasatmosphäre im Bereich des Sciimelzbades. Spritzer an den Werkstückflanken der Schweißnut verursachen Einschlüsse und mangelhafte Bindung zwischen Grundwerkstoff und Schweißgut. Schließlich führen Schlackenbeiäge auf den Schweißratipen zu Einschlüssen zwischen den einzelnen Lagen. Mit diesem Verfahren können qualitativ hochwertige Schweißnähte nur unter fortwährendem Reinigen und Entfernen der Spritzer und Schlacken erzielt werden.
Beim Elektroschlatke-Schweißverfahren wird in bekannter Weise die durch den elektrischen Widerstand in einem leitenden Schlackenbad erzeugte Wärme zum Schmelzen der Grund- und Zusatzwerkstoffe ausgenutzt. Zur Einleitung dieses Vorgangs muß jedoch beim Schweißbeginn zunächst ein Lichtbogen gezogen und eine ausreichende Menge an Schlackenbildnern aufgeschmolzen und in den ieitfähigen Zustand gebracht werden. Andererseits muß am Ende des Schweißvorganges das Schlackenbad über dem Schmelzbad durch künstliche Mittel aufrecht erhalten werdri, um die Schweißnaht vollständig abzuschließen. Der zeitliche Ablauf sowie die Geometrie dieser einleitenden und abschließenden Vorgänge bedingt daher das Anbringen von Anlauf- und Auslaufblechen, die in Zonen verlegt werden müssen, die nach oder während des Schweißens mechanisch entfernt werden können. Dies stellt eine schwerwiegende Einschränkung dieses Verfahrens dar und bedingt vornehmlich bei Rundnähten aufwendige Nacharbeiten und Ausbesserungen mittels anderer Schweißverfahren. jegliches Unterbrechen des Schweißvorganges vervielfacht die vorerwähnten Schwierigkeiten, da jedesmal neu angefahren werden muß. Zudem ist ein vollständiges Aufschmelzen von Schlackenbildnern und Grundwerkstoff oft nicht möglich, was zu einer Qualitätsminderung der Schweißnaht führt. Das Elektroschlacke-Schweißverfahren arbeitet mit vergleichsweise niedrigen Aufwärm- und Abkühlungsgeschw'ndigkeiten des Schmelzgutes sowie der benachbarten wärmebeeinflußten Zonen des Grundwerkstoffes. Dies bewirkt verhältnismäßig grobkörniges Gefüge im Bereich der Schweißnaht. Um die gegenüber dem Grundwerkstoff teilweise schlechteren mechanischen Eigenschaften zu beseitigen, ist ein nachträgliches Normalglühen oder Vergüten der fertig geschweißten Werkstücke notwendig. Besonders bei komplizierten Werkstücken führt dies zu Verzug, der mit teuren Richtarbeiten beseitigt werden muß.
Von der Anwendui'gs- und Erzeugnisseite her betrachtet besteht das Bedürfnis nach Herstellung möglichst betriebssicherer Großbauteile, die bei Überschreitung eines bestimmten Grenzvolumens vorteilhafterweise aus metallurgischen Gründen und bezüglich Werkstoffgüte aus kleineren Schmiede- bzw. Gußteilen zusammengeschweißt werden. Insbesondere ist der Wunsch vorhanden, voluminöse Rotationskörper des Großmaschinenbaus aus einzelnen, der Materialprüfung besser zugänglichen, betriebsrisikosicheren, metallurgisch besser beherrschbaren Einzelteilen zusammenzusetzen und zu monolithischen Werkstücken zu verschweißen. Derartige Anwendungen erfordern Schweißnähte höchster Qualitätsgüte bei größtmöglicher Wirtschaftlichkeit, um gegenüber anderen Herstellungsmethoden erfolgreich bestehen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißvorrichtung zi:1 Erzeugung volumenarmer Nähte höchster Qualität sowie ein Verbindungsverfahren anzugeben, wobei bei hoher Wirtschaftlichkeit einschlußfreie, feinkörnig ' Verbindungen erhalten wer-
den, die nicht nachtraglich normalisiert oder vergütet werden müssen. Die Erfindung soll ferner die Herstellung hochbeanspruchter, komplizierter voluminöser Werkstücke aus Einzelteilen ermöglichen und insbesondere das Verbinden von Körpern gestatten, die nur auf einer Seite für den Schweißprozeß zugänglich sind. Das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltene Erzeugnis soll gegenüber mit anderen Mitteln hergestellten Bauteilen eine Verbesserung und Verbilligung des Endproduktes ergeben sowie die Auswahl geeigneter Werkstoffe und Werkstoffkombinationen auf eine breitere Grundlage stellen.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und des Anspruchs 7 angegebenen Merkmale gelöst.
Der für die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie für das entsprechende Verfahren maßgebende Leitgedanke besteht darin, die zu verbindenden Werkstückteile an ihren Stirnseiten mechanisch so zu bearbeiten, daß beim Zusammenschieben auf der nicht zuganglichen Seite zwei sich berührende, die Geometrie festlegende Stoßflächen vorliegen, die von außen her nach einem der vorstehend genannten Verfahren mittels einer Grundnaht verbunden werden. Zur Ausführung dieser ersten Verbindung eignen sich insbesondere Elektronenstrahl-, Plasma-, Laserstrahl- oder Argonarc-Schweißverfahren mit oder ohne Zusatzwerkstoff. Anschließend wird der durch die Werkstückflanken gebildete Engspalt durch eine Mehrlagenschweißung nach dem Unterpulverschweißverfahren geschlossen. Dabei brennt der Lichtbogen stabilisiert und spritzerfrei unter einer Pulverschicht, die gleichzeitig den Schutz gegen schädliche Atmosphäre und die Desoxydation sowie die Schlackenbildung für den einwandfreien metallurgischen Ablauf des Prozesses übernimmt. Die Vorrichtung und das Verfahren werden in besonders vorteilhafter Weise bei der Fertigung großer Rotorkörper für den Maschinenbau angewendet, wobei die Sch'veißung nur von einer Seite her erfolgen kann (Kein wurzelseitiges Nachschweißen mögüch).
Die Erfindung wird anhand der nachfolgp.nden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeiopiele beschrieben. Dabei zeigt
F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch die zu verbindenden Werkstückteile im Bereich der Schweißnaht,
Fig.2 eine schemaiische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus der Schweißvorrichtung und des Ablaufs des Schweißvorganges,
Fig. 3a, 3b Auf- und Seitenriß des der Schweißnaht zugewandten (unteren) Teils der Drahtzuführungszan-
F i g. 4a, 4b, 4c Auf- und Seitenriß sowie einen Schnitt des der Schweißnaht abgewandten (oberen; Teils der Drahtzuführungszange,
F i g. 5 den Hochdruckrotor einer Dampfturbine,
F i g. 6 den Niedrrdruckrotor einer Dampfturbine,
F i g. 7 den Rotor eines Turbogenerators.
In Fig. i ist der Querschnitt durch die zu verbindenden Werkstückteile im Bereich der Schweißnaht schematisch dargestellt. Die Werkstückteile und ihre diesbezüglichen, einander gegenüberstehenden, zu verschweißenden Flank»-;! sind mit 1 und 2 bzw. mit la und 2a bezeichnet. Auf der der Schweißung nicht zugänglichen Seite (beispielsweise Innenseite von Hohlkörpern) stoßen die Werkstückteile 1 und 2 stirnseitig aneinander, wobei ihre bearbeiteten Berührungsflächen zur Ausrichtung dienen und die Form des fertigen
Werkstückes festlegen. An dieser durch das Tiefenmaß »t« bestimmten Berührungsfläche werden die Werkstückteile 1 und 2 durch eine Grundnaht 3 nach dem Elektronenstrahl-, Plasma-, Laserstrahl- oder Argonarc-Schweißverfahren verbunden. Der durch die Werk- stückflanken la und 2a gebildete Engspalt 4 der Breite »b« wird hierauf nach dem Unterpulverschweißverfahren derart geschlossen, daß Schweißraupen 7 gelegt werden, die sich abwechselnd an die Werkstückflanke la bzw. 2a anlegen und sich jeweils im mittleren Drittel to des Engspaltes 4 überlappen. Durch die jeweilige Achsenlage 5 bzw. 6 des Schweißdrahtes 8 (F i g. 2 und 3b) mit dem Schwenkbereich « wird dafür gesorgt, daß gleichzeitig nur je eine der Werkstückflanken (la oder 2a) während des Schweißvorganges aufgeschmolzen wird. Dadurch wird ein Vorteilhaftes Gefüge erzielt und die Spannungen beim Abkühlen in erträglichen Grenzen gehalten. Je nach Anteil der Legierungselemente des Grundwerkstoffs werden die Werkstückteile
I und 2 in geeigneter Weise auf 2000C bis 350° C vorgewärmt, wobei bekannte Formeln (z. B. nach Dearden und O'Neill) zur Anwendung kommen.
Die Breite »b« des Engspaltes 4 wird vorzugsweise gleich dem 4fachen Durchmesser »d« des Schweißdrahtes 8 (Fig.2 und 3a) gewählt. Durch die schwenkbare -r> Lagerung der Drahtzuführungszange 9 (F i g. 2) genau in der Mitte des Engspaltes 4 und die entsprechende Fixierung der Achsenlagen 5 bzw. 6 hat der Lichtbogen 14 (Fig.2) immer einen für den jeweiligen Anwendungsfall konstanten, frei wählbaren Abstand von den Werkstückflanken la bzw. 2a. Dadurch wird die Menge des an der jeweiligen Flanke la oder 2a aufgeschmolzenen Grundwerkstoffs sowie die Zusammensetzung des Schmelzgutes über den gesamten Nahtquerschnitt konstant gehalten. Der Effekt der inneren Vergütung « bei Mehrlagenschweißung wird durch diese Arbeitsweise optimal ausgenutzt, so daß weder im Schmelzgut noch in den benachbarten Wärmeeinflußzonen grobkörniges Primärgefüge erhalten bleibt bzw. entsteht.
Die Stromdichte beträgt vorzugsweise 50 A/mm2 ·«> bezogen auf den Querschnitt des Schweißdrahtes 8 (Fig.2 und 3b). Die entsprechende Streckenenergie gemessen in kj pro cm zurückgelegten Weges in Richtung der Schweißgeschwindigkeit beträgt dabei vorzugsweise 8,5 kj/cm für einen Drahtdurchmesser *s von 23 mm. I2JkJ/cm für einen solchen von 3.0 mm und 22.0 kj für einen von 4,0 mm.
Fig.2 zeigt eine schematische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus der Schweißvorrichtung und des Ablaufs des Schweißvorganges. Das aus einem Vorratsbehälter stammende Schweißpulver 11 wird über das. einen schmalen Querschnitt aufweisende Pulverzuführungsrohr 12 auf den Grund des durch Werkstücktei! 1 und 2 gebildeten Engspaltes geleitet Der von der Drahtvorratsrolle 10 stammende Schweißdraht 8 wird der Schweißstelle über die schmale Drahtzuführungszange 9 zugeführt. Zwischen Schweißdraht 8 und Werkstück 1/2 wird unter der Pulverschicht im Engspaltgrund der verdeckte Lichtbogen 14 gebildet Zufolge der Drehung des Werkstückes 1/2 und des der Drehgeschwindigkeit proportionalen Vorschubes des Schweißdrahtes bildet sich die Schweißraupe 7 aus, die von der Schlackenraupe 15 überdeckt ist welche das Schweißgut vor Oxydation und Gasaufnahme aus der Atmosphäre schützt Das überschüssige Schweißpulver
II wird durch das Pulverabsaugrohr 13 pneumatisch abgesaugt und in bekannter Weise in den Prozess zurückgeführt Der Schweißvorgang wird so geführt daß nach erfolgter Erstarrung und Abkühlung die Schlackenraupe 15 sich von selbst von der Schweißraupe löst, zufolge ihrer Sprödigkeit in einzelne Stücke zerbricht und selbsttätig vom Werkstück 1/2 abfällt. Irgendwelche Nacharbeiten zur Reinigung der Schweißraupe 7 sind nicht erforderlich. Der Obergang von der Achsenlage I zur Achsenlage Il des Schweißdrahtes (5 bzw. 6 in Fig. 1) und umgekehrt wird nach Erreichen einer vollen Umdrehung des Werkstückes 1/2 jeweils am Umfang um einige cm versetzt angeordnet. Dadurch wird vermieden, daß alle Übergänge in derselben Radialebene liegen, wodurch die Anhäufung geringfügiger Gefügeunregelmäßigkeiten vermieden wird.
In Fig.3a, 3b und Fig.4a—4c sind der Aufriß, der Seitenriß und ein Schnitt der Drahtzuführungszange 9 (Fig.2)dargestellt. Dabei zeigt Fi%.3$>;-3bden unteren; der Schweißnaht zugewandten Teil der Zange, während F i g. 4a—c den der Schweißnaht abgewandten Teil, der in geeigneter Weise an der hier nicht gezeichneten, dem Drahtnachschub dienenden Apparatur der Schweißmaschine befestigt ist, darstellt. Die Drahtzuführungszange 9 besteht aus einem Ausleger 16, welcher an seinem unteren, der Schweißnaht zugewandten Ende eine Führungsrille 19 mit kreisförmiger Ausrundung gleichen DurchnvVers wie der Schweißdraht 8 aufweist. Im mittleren Teil des Auslegers 16 sind an diesem Laschen 21 befestigt, die den drehbar gelagerten Hebelarm 17 tragen an welchem o.m unteren Entfe seinerseits der mit einer Führungsrille 20 analog derjenigen (19) des Auslegers 16 versehene Gleitschuh 18 drehbar gelagert befestigt ist. Um die Dimension »b« des Engspaltes 4 (Fig. 1) möglichst klein halten zu können, sind der untere Teil des Auslegers 16 und der Gleitschuh 18 in einer axialen Breite (bezüglich Längsachse des Werkstückes 1/2) ausgeführt, die die Dicke »da des Schweißdrahtes 8 nicht überschreitet. Die radialen Abmessungen des auf die axiale Breite »d« abgesetzten Teils des Auslegers 16 und des Gleitschuhs 18 (Masse »L« bzw. »I«) werden in vorteilhafter Weise so gehalten daß gilt:
L > ]0d
l> 5d
Der Gleitschuh 18 wird über den Hebelarm 17 mittels Feder 23, deren Spannung durch die Stellschraube 29 den Betriebsverhältnissen angepaßt werden kann, an den über das Leitrohr 22 zugeführten Schweißdraht 8 angepreßt, so daß die Lage des letzteren eindvdtig durch die Führungsrillen 19 und 20 festgelegt ist und für die Stromzuleitung ein einwandfreier Kontakt gewährleistet ist Der Ausleger 16 ist mittels Stifte 28 und Griffschraube 24 über die Spannplatte 25 an der Tragplatte 26 festgeklemmt die ihrerseits wieder am durchbohrten Tragbolzen 27 befestigt ist Der obere Teil des Hebelarms 17 kann sich in dem von Spannplatte 25 und Tragplatte 26 begrenzten inneren Raum frei bewegen. Die Stromzuführung erfolgt über den Ausleger 16 und die Führungsrille 19. Der Ausleger 16 wird an seinem unteren, der Schweißnaht zugewandten Ende vorteilhafterweise mit einem als Kühlfahne ausgebildeten Nocken 30 versehen, welcher gegenüber der Tiefe der Führungsrille 19 zurückversetzt ist, um jeglichen Kontakt mit dem Schweißdraht 8 zu vermeiden. Der Nocken 30 schützt den Ausleger 16 vor Überhitzung und verhindert das Abtropfen flüssigen Auslegerwerkstoffs in das Schweißbad im Falle des Überschlagens des Lichtbogens auf die Kontaktstelle
(Führungsrille 19) zufolge Störung des Schweißdrahtvorschubes. Aus Gründen elektrischer Leitfähigkeit kann der Ausleger 16 in Kupfer ausgeführt werden. In besonders vorteilhafter Weise besteht der Ausleger 16 aus nicht magnetisierbarer) Stahl U-förmigen Querschni·;-, wobei zwecks Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Raum zwischen den Schenkeln des U-förmigen Profils vorzugsweise mit einer Kupferleiste ausgefüllt ist. Die außenliegenden Teile der Drahtzuführungszange 9 (Fig.2) sind vorzugsweise mit einer temperaturbeständigen Isolierung versehen, wobei in besonders vorteilhafter Weise Oxydkeramik zur Anwendung kommt.
F i g. 5, F i g. 6 und F i g. 7 zeigen Anwendungsbeispiele für das anhand der Fig. 1 bis 4 beschriebene Schweißverfahren bzw. die zu dessen Durchführung
das Verbinden von rotationssymmetrischen Körpern des Großmaschinenbaus. Es versteht sich von selbst, daß das erfindungsgemäße Verfahren und die vorstehend erläuterte Vorrichtung auch auf Körper anderer geometrischen Formen anwendbar sind, insbesondere läßt sich das Verfahren auf dickwandige Metallteile anwenden, die nur von einer Seite zugänglich sind und daher nicht wurzelseitig nachgeschweißt werden können. Darunter fallen Platten, Bleche, Rohre, Scheiben, Hohlzylinder aus niedrig wie hochlegierten metallischen Werkstoffen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet stellt die Fr tigung von Rotorkörpern energieumwandelnder Maschinen dar, die aus einzelnen Rotationskörpern mit Hohlräumen oder stirnseitigen Eindrehungen aufgebaut sind. Eine vorzugsweise Ausführung geht dabei von scheiben- und hohlzylinderförmigen Schmiedestücken aus. die üum Bau von Rotoren für Dampf- und Gasturbinen, für Verdichter sowie für Turbogeneratoren Verwendung finden. Besonders geeignete, zu verbindende Werkstückteile stellen Scheiben gleicher Festigkeit oder gleicher Dicke dar.
Fig. 5 zeigt einen Hochdruckrotor einer 1160 MW-Dampfturbine von 9000 mm Länge und einem Gewicht von 75 000 kp. Der mittlere Teil des Rotors ist aus Scheiben gleicher Dicke 31, die am äußeren Umfang auf beiden Seiten einen stirnseitigen Wulst tragen (auch als Scheiben mit stirnseitigen Eindrehungen aufzufassen), zusammengesetzt. Als axialen Abschluß dienen die in je einen Wellenstummel 32 übergehenden Schmiedestükke.
In Fig. 6 ist in analoger Weise ein aus Scheiben
gleicner Festigkeil und entsprechenden Wellensttim-
meln aufgebauter Niederdruckrotor einer 320 MW- ^* W ■ ■ F» t Ψ r9 Ptl ψ F» £· lf/>fi ^* ^f M ρ FT» IT" t O F^ t9 f\ I 9 t^r 9 Al i^ff» Φ» f # f^ Vl * ψ *■ r> f
von 48 000 kp durgestellt. Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen der F i g. 5.
F i g. 7 zeigt schließlich den prinzipiellen Aufbau eines aus Trommeln (Hohlzylinder) 33 und Wellensiummdn 32 aufgebauten geschweißten Rotors für einen Turbogenerator.
Mit der erfindungsgemäßen neuen Vorrichtung und
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Verbinden von Metallteilen mittels volunienarmer Schweißnähte hoher Qualitätsanforderungen insbesondere für alle jene Anwendungsfälle ermöglicht, bei denen aus konstruktiven Gründen nicht wurzelseilig nuchge schweißt werden kann. Die Vorrichtung arbeitel mit hoher Wirtschaftlichkeit und liefert einschlußfreies, feinkörniges Gefüge an der Verbindungsstelle der Werkstückteile, wobei sich eine nachträgliche Nornialglühung oder Vergütung erübrigt.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Herstellung einer volumenarmen Schweißnaht mittels Lichtbogen-Schmelzschweißen nach dem Engspalt-Unterpulverschweißverfahren, bestehend aus Mitteln zum Nachschub und zur Führung des Schweißdrahtes sowie zur Zuführung des Schweißpulvers, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkzeug eine quer zur Vorschubrichtung um den Winkel « schwenkbare und fest einstellbare Drahtzuführungszange (9) vorgesehen ist, die aus einem mit in Längsachse verlaufender Führungsrille (19) versehenen Ausleger (IiS) aus einem Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht, in welchem über zwei Laschen (21) ein frei drehbarer Hebelarm (17) mit schwenkbarem und ebenfalls mit einer Führungsrille (20) verseheneE Gleitschuh (18) gelagert ist, wobei der Schweißdraht (8) über ein zwischen Ausleger (i6) und Hebelarm (17) angebrachtes Leitrohr (22) der Kontaktstelle zugeführt und mittels einer über Hebelarm (17) und Gleitschuh (18) wirkenden, mittels einer Schraube (29) einstellbaren Feder (23)
in die Führungsrille (19) des Aaslegers (16) gepreßt wird, daß ferner der Ausleger (16) und der Hebelarm (17) mittels einer Griffschraube (24) und einer Spannplatte (25) an einem in seiner Längsachse durchbohrten Tragbolzen (27) befestigt und durch Stifte (28) geschert sind.
2. Vorrichtung nach Ansprurii 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Auslegers (16) und des Gleitschuhs (18) im Bereich der »ührungsrillen (19, 20) gleich der Dicke c/des SchweiUdrahtes (8) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe /des Gleitschuhs (18) J5 mindestens fünffache Drahtdicke c/und die Höhe L des auf eine Breite von d abgesetzten Teils des Auslegers (16) mindestens zehnfache Drahtdicke d beträgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn *o zeichnet, daß der Ausleger (16) mit einem als Kühlfahne ausgebildeten, gegenüber der Tiefe der Führungsrille (19) zurückversetzten Nocken (30) versehen ist, der den Werkstoff des Auslegers (16) vor Überhitzung schützt und bei Überschlagen des «5 Lichtbogens auf die Kontaktstelle zufolge Störung des Schweißdrahtvorschubes das Abtropfen flüssigen Auslegerwerkstoffs in das Schweißbad verhindert.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche I —4, dadurch gekennzeichnet, daß die außen liegenden Teile der Drahtzuführungszange (9) mit einer temperaturbeständigen Isolierung versehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturbeständige Isolierung aus Oxydkeramik besteht.
7. Verfahren zum Verbinden von Metallteilen mittels Lichtbogen-Schmelzschweißen durch eine volumenarme Schweißnaht (Engspaltschweißen). wobei die zu verbindenden und einen Engspalt (4) bildenden Werkstückteile (1, 2) zunächst an ihrer Stoßfuge durch eine mittels Elektronenstrahl-, Plasma-, Laserstrahl- oder Argonarc-Sehweißverfahren erzeugte Grundnaht (3) mit oder ohne *5 Zusatzwerkstoff verschweißt werden und hierauf die durch den Engspalt (4) gebildeten Werkstückflanken (la, 2a) durch abwechselnd sich an die eine und an die andere Flanke anlegende Schweißraupen (7) nach dem Unterpulverschweißverfahren verbunden werden, durchgeführt mit einer Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schweißraupe (7) der Unterpulverschweißung so gelegt wird, daß sie die darunterliegende im mittleren Drittel des Engspaltes (4) überlappt und jeweils nur eine der Werkstückflanken (la, 23,JzUm Aufschmelzen bringt, daß die Breite b des Engspaltes (4) gleich vier Mal dem Durchmesser des zur Verwendung kommenden Schweißdrahtes (8) und die Stromdichte im Schweißdraht (8) während des Unterpulverschweißens 50 A/mm2 beträgt und daß die Schweißgeschwindigkeit so bemessen wird, daß die Streckenenergie bei einem Drahtdurchmesser von 23 mm 8,5 kj/cm, bei einem Drahtdurchmesser von 3,0 mm 123 kj/cm und bei einem Drahtdurchmesser von 4,0 mm 22,0 kj/cm beträgt.
DE2633829A 1976-07-02 1976-07-28 Vorrichtung zur Herstellung einer volumenarmen Schweißnaht und Verfahren zum Verbinden von Metallteilen mittels Lichtbogen-Schmelzschweißen Expired DE2633829C2 (de)

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