DE69808388T2

DE69808388T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Hochfrequenz-pulslichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE69808388T2
Application number: DE69808388T
Authority: DE
Inventors: Takao Funamoto; Masayasu Nihei; Jin Onuki; Akira Onuma; Izumi Sakurai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2018-07-08
Also published as: JP3284930B2; EP0890407A1; US6225598B1; EP0890407B1; DE69808388D1; KR19990013670A; JPH1128568A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißen sowie eine Anwendung davon.
Es ist bekannt, daß bei herkömmlichen Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißverfahren bei zunehmendem Spitzenwert des Hochfrequenz-Impulsstroms die Abschreckkraft durch eine elektromagnetische Kraft größer wird und folglich die Steifigkeit und der Druck eines Lichtbogens stark zunehmen. Es wird auch behauptet, daß Schwingungswirkungen des Hochfrequenz-Spitzenimpulsstroms die Korngröße eines Schweißabschnitts verringern und Gaseinschlüsse verkleinern können. Der Schweißstrom bei tatsächlichen Schweißarbeiten ist jedoch infolge der Induktivität L eines Schweißkabels, wie in Fig. 12 dargestellt ist, ein welliger Strom, und es tritt daher der Nachteil auf, daß die Wirkung des Hochfrequenz- Impulsstroms nicht in ausreichendem Maße erhalten werden kann. Weiterhin wird bei einem herkömmlichen Gleichstrom-TIG-Lichtbogen-Schweißverfahren durch eine Gaseinschlußkraft bei Verwendung eines Mischgases aus Argon und Wasserstoff für das Schutzgas eine Steifigkeit (ein Richtungssinn) des Lichtbogens erhalten. Dieser steife Lichtbogen wird zum mit einer sehr schmalen Randfuge erfolgenden Schweißen von austenitischen Edelstählen verwendet. Dieses Schweißverfahren kann jedoch nicht zum Schweißen ferritischer Edelstähle oder ferritischer Stähle verwendet werden, weil eine Wasserstoffversprödung auftritt. Weiterhin kann dieses Schweißverfahren nicht zum Schweißen von Aluminium oder Legierungen auf Aluminiumbasis verwendet werden, weil Wasserstoff Gaseinschlüsse hervorruft. Andererseits kann das herkömmliche Impulsschweißen auch wegen einer mangelnden Reinigungswirkung nicht auf das Aluminiumschweißen angewendet werden.
Lichtbogen-Schweißverfahren und -Vorrichtungen, bei denen ein Hochfrequenz- Impulsstrom verwendet wird, sind in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 53- 119758, in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 54-131548 und in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 59-92169 offenbart.
In der Vergangenheit trat beim Lichtbogen-Schweißverfahren eine geringe Lichtbogensteifigkeit auf, und es war folglich schwierig, ein Schweißen mit einer schmalen Schweißrandfuge und ein Schweißen mit einer tiefen Schmelzeindringung auszuführen.
In US-A-4 861 965 und DE-A-42 33 818 sind jeweils Verfahren zum Lichtbogenschweißen offenbart, bei denen nach dem Hauptschweißimpuls ein Impuls verwendet wird, der eine zum Hauptschweißimpuls entgegengesetzte Polarität aufweist, um den Lichtbogen besser zu richten.
Es wird gemäß der vorliegenden Erfindung angestrebt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hochfrequenz-Impulsschweißen bereitzustellen, wobei die Wirkung der Induktivität des Schweißkabels beseitigt oder zumindest verringert ist und ein sehr steifer Lichtbogen und eine Reinigungswirkung erhalten werden können.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zum Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißen vorgesehen, wobei zwischen einer nahe einem zu verschweißenden Teil eines Grundmetalls angeordneten abschmelzenden oder nicht abschmelzenden Elektrode und dem Grundmetall mit einem Hauptimpulsstrom ein Lichtbogen erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptimpulsstrom eine Stromflußzeit von 5 bis 100 us pro Impuls aufweist und daß dann, wenn der Hauptimpulsstrom von EIN nach AUS geschaltet wird, zwischen der Elektrode und dem Grundmetall ein Gegenimpulsstrom mit einer zur Polarität des Hauptimpulsstroms entgegengesetzten Polarität angelegt wird, um die Änderungsgeschwindigkeit vom Spitzenwert des Hauptimpulsstroms zum Spitzenwert des Gegenimpulsstroms auf mindestens 50 A/us zu legen, so daß der Gegenimpuls unmittelbar auf den Hauptimpuls folgt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißen vorgesehen, wobei zwischen einer nahe einem zu verschweißenden Teil eines Grundmetalls angeordneten nicht abschmelzenden Elektrode und dem Grundmetall mit einem Hauptimpulsstrom ein Lichtbogen erzeugt wird, während ein Zusatzdraht zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptimpulsstrom eine Stromflußzeit von 5 bis 100 us pro Impuls aufweist und daß dann, wenn der Hauptimpulsstrom von EIN nach AUS geschaltet wird, zwischen der Elektrode und dem Grundmetall ein Gegenimpulsstrom mit einer zur Polarität des Hauptimpulsstroms entgegengesetzten Polarität angelegt wird, um die Änderungsgeschwindigkeit vom Spitzenwert des Hauptimpulsstroms zum Spitzenwert des Gegenimpulsstroms auf mindestens 50 A/us zu legen, so daß der Gegenimpuls unmittelbar auf den Hauptimpuls folgt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißen vorgesehen, mit der eine Schweißung dadurch erfolgt, daß zwischen einer nahe einem zu verschweißenden Teil eines Grundmetalls angeordneten abschmelzenden oder nicht abschmelzenden Elektrode und dem Grundmetall mit einem Hauptimpulsstrom ein Lichtbogen erzeugt wird, wobei die Vorrichtung eine Schweißenergiequelle zum Zuführen des Hauptimpulsstroms und einen Hochfrequenzwandler zum Wandeln eines Gleichstroms in einen Hochfrequenzimpuls-Schweißstrom mit einer zur Polarität des Gleichstroms entgegengesetzten Polarität aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit zum Anlegen eines Gegenimpulsstroms mit einer zur Polarität des Hauptimpulsstroms entgegengesetzten Polarität zwischen der Elektrode und dem Grundmetall unmittelbar im Anschluß an den Hauptimpuls aufweist, um die Änderungsgeschwindigkeit vom Spitzenwert des Hauptimpulsstroms zum Spitzenwert des Gegenimpulsstroms nicht kleiner als 50 A/us zu machen, wenn der Hauptimpulsstrom von EIN nach AUS geschaltet wird, wobei der Hauptimpulsstrom eine Stromflußzeit von 50 bis 100 us pro Impuls aufweist.
Vorzugsweise besteht der Wandler aus Halbleitern in der Art von IGBT-Elementen oder dergleichen. Vorzugsweise sind die Schweißenergiequelle und der Wandler getrennt und unter Verwendung eines dazwischen angeordneten Schweißkabels oder Koaxialkabels verbunden.
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung daher möglich, ein Verfahren und eine Verwendung zum Hochfrequenz-Impulsschweißen bereitzustellen, wobei sich eine ausgezeichnete Steifigkeit (ein ausgezeichneter Richtungssinn) und eine ausgezeichnete Stabilität des Lichtbogens ergeben und wodurch insbesondere verhindert werden kann, daß der Lichtbogen Seitenwände sehr schmaler Schweißrandfugen mit einem 6 mm unterschreitenden Zwischenraum brennt, und wodurch ein Schweißen mit einer tiefen Schmelzeindringung und ein Hochgeschwindigkeitsschweißen von Aluminium oder Legierungen auf Aluminiumbasis erreicht werden können. Zusätzlich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine stumpfgeschweißte Struktur und einen Eisenbahnwagenaufbau durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen.
Die vorliegende Erfindung kann auch einen aus Kohlenstoffstahl oder einem niedrig legierten Stahl bestehenden Aufbau, der durch Stumpfschweißen mit einer schmalen Schweißrandfuge hergestellt wird, und ein Kernkraftwerk, bei dem die stumpfgeschweißten Strukturen verwendet werden, bereitstellen.
Bei den erwähnten Erscheinungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Änderungsgeschwindigkeit vom Spitzenwert des Hauptimpulsstroms zum Spitzenwert des Gegenimpulsstroms nicht kleiner als 50 A/us. Diese Geschwindigkeit ist vorzugsweise nicht kleiner als 100 A/us, und eine Geschwindigkeit von mehr als 200 A/us ist besonders bevorzugt.
Dazu wird die Schweißspannung auf eine Spannung gelegt, die nicht kleiner als 60 V und vorzugsweise nicht kleiner als 80 V ist. Die Schweißspannung wird vorzugsweise auf eine Spannung innerhalb eines Bereichs von 60 bis 200 V gelegt, und die Schweißspannung innerhalb eines Bereichs von 80 bis 160 V ist besonders bevorzugt.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verfahren zum TIG-Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißen mit einer sehr schmalen Schweißrandfuge mit einer Schweißrandbreite von weniger als 6 mm zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und einem Grundmetall durch einen Hauptimpulsstrom ein gerichteter Lichtbogen erzeugt wird, um einen Seitenwand-Lichtbogen zu verhindern und den Lichtbogen in der schmalen Schweißrandfuge stabil aufrechtzuerhalten.
Ein Verfahren zum Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißen von Aluminium oder einer Legierung auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Reinigungswirkung und ein gerichteter Lichtbogen durch geeignetes Wählen eines Stromfluß-Zeitverhältnisses zwischen dem Hauptimpulsstrom und dem Gegenimpulsstrom oder eines Spitzenstromverhältnisses zwischen dem Hauptimpulsstrom und dem Gegenimpulsstrom erzeugt werden, um ein Schweißen mit einer tiefen Schmelzeindringung und ein Hochgeschwindigkeitsschweißen zu ermöglichen.
Es ist bevorzugt, daß während eines Zeitraums zwischen dem Gegenimpulsstrom und dem Hauptimpulsstrom ein Stromunterbrechungszeitraum vorgesehen wird. Es ist auch bevorzugt, daß während eines Zeitraums zwischen dem Gegenimpulsstrom und dem Hauptimpulsstrom ein Grundstrom fließt, der kleiner ist als der Hauptimpulsstrom.
Es ist bevorzugt, daß die Spitzenwerte des Hauptimpulsstroms und des Grundstroms oder deren Stromflußzeiten periodisch geändert werden. Es ist bevorzugt, daß, der Hauptimpulsstrom mit einer Frequenz im Bereich von mehreren Hz bis zu mehreren Zehn Hz geändert wird und die Metallschmelze bewegt wird, um dadurch ein Kornwachstum zu verhindern.
Es ist bevorzugt, daß der Gegenimpulsstrom, der Grundstrom und der Stromflußzeitraum sowie der Stromunterbrechungszeitraum unabhängig geändert werden können. Bei einem Verfahren zum Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißen von Aluminium oder einer Legierung auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, daß eine Reinigungswirkung und ein gerichteter Lichtbogen durch Ändern des Stromfluß-Zeitverhältnisses zwischen dem Hauptimpulsstrom und dem Gegenimpulsstrom oder des Spitzenstromverhältnisses zwischen dem Hauptimpulsstrom und dem Gegenimpulsstrom erzeugt werden, um ein Schweißen mit einer tiefen Schmelzeindringung und ein Hochgeschwindigkeitsschweißen zu ermöglichen.
Es ist bevorzugt, daß die Anstiegszeit und die Abfallszeit des Hauptimpulsstroms 50 us nicht überschreiten.
Es ist bevorzugt, daß die Schweißenergiequelle und der Hochfrequenzwandler getrennt sind und unter Verwendung eines Schweißkabels oder eines Koaxialkabels verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung ist durch eine aus Aluminium und einer Legierung auf Aluminiumbasis hergestellte stumpfgeschweißte Struktur gekennzeichnet, wobei die Strukturteile, die die stumpfgeschweißte Struktur bilden, durch Bilden eines Schweißmetalls aus Aluminium oder einer Legierung auf Aluminiumbasis innerhalb einer I-förmigen Schweißfuge mit einem 6 mm nicht übersteigenden Spalt zusammengefügt sind.
Die vorliegende Erfindung ist durch einen aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Eisenbahnwagenaufbau gekennzeichnet, wobei alle Strukturteile oder ein Teil von ihnen, die den Eisenbahnwagenaufbau bilden, durch Schweißen mit einer I-förmigen Schweißfüge mit einem 6 mm nicht übersteigenden Spalt zusammengefügt sind.
Die vorliegende Erfindung ist durch eine aus einem Kohlenstoffstahl oder einem niedrig legierten Stahl hergestellte stumpfgeschweißte Struktur gekennzeichnet, wobei die Strukturteile, die die stumpfgeschweißte Struktur bilden, durch Bilden eines Schweißmetalls aus dem Kohlenstoffstahl oder dem niedrig legierten Stahl innerhalb einer I-förmigen Schweißfuge mit einem 6 mm nicht übersteigenden Spalt zusammengefügt sind und auf eine Entspannungs-Temperierbehandlung nach dem Schweißen verzichtet wird.
Die vorliegende Erfindung ist durch ein Kernkraftwerk gekennzeichnet, welches einen Kernreaktor, eine Dampfturbine, einen Kondensator, einen Kondensatdemineralisator und die Bestandteile verbindende Rohre, welche aus Kohlenstoffstahl oder einem niedrig legierten Stahl bestehen, aufweist, wobei die Rohre eine stumpfgeschweißte Struktur aufweisen und durch Bilden eines Schweißmetalls aus dem Kohlenstoffstahl und dem niedrig legierten Stahl innerhalb einer I-förmigen Schweißfuge mit einem 6 mm nicht übersteigenden Spalt zusammengefügt sind und auf eine Entspannungs-Temperierbehandlung nach dem Sehweißen verzichtet wird.
Fig. 12 ist ein schematisches Diagramm, in dem ein herkömmliches Impulsschweißen dargestellt ist. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Schweißenergiequelle, das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Transistor zum Umwandeln der Schweißenergie in einen Hochfrequenz-Impulsstrom, und das Bezugszeichen 9 bezeichnet die schwebende Induktivität eines Schweißkabels. Ein Schweißstrom, der durch die Schaltung fließt, wenn der Transistor 8 eingeschaltet ist, sei I, die Versorgungsspannung der Schweißeinrichtung sei E1, die Lichtbogenspannung sei E2, und die Einschaltspannung des Transistors sei E3. Hierbei gilt unter der Annahme, daß die Lichtbogenspannung ein durch eine Schweißbedingung festgelegter konstanter Wert ist und nicht vom Schweißstrom abhängt, die folgende Gleichung, wenn die Widerstandskomponente vernachlässigt wird:
E1 - E2 - E3 = L(dI/dt)
Daher gilt die folgende Gleichung:
I = [(E1 - E2 - E3]/L]·t
Es ist anhand der Gleichung verständlich, daß der Schweißstrom nicht steil ansteigt, sondern vielmehr mit konstanter Geschwindigkeit linear ansteigt. Wenn angenommen wird, daß die Spannung der Schweißenergiequelle, die Spannung der Schweißlast und die Einschaltspannung des Transistors unveränderlich sind, ist die Stromerhöhung umgekehrt proportional zur Induktivität L. Wenn der Transistor ausgeschaltet wird, nimmt der Strom mit nahezu dem gleichen Gradient wie beim Ansteigen ab. Das heißt, daß bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine der Lichtbogenlast zugeführte Spannung erhöht wird, um den Anstieg des Impulsstroms steiler zu machen, wie der Gleichung entnommen werden kann, und daß eine Spannung (ein Strom) in Gegenrichtung (durch Umkehren der Polarität) angelegt wird, um den in der Hauptrichtung fließenden Strom zu unterbrechen und den Abfall des Impulsstroms steiler zu machen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Weiterhin wird hinsichtlich des Abfalls des in Gegenrichtung fließenden Stroms die Wirkung größer, wenn die Spannung in Gegenrichtung höher wird oder die Zeit t2 für die Gegenrichtung länger wird, falls die in Gegenrichtung angelegte Spannung konstant ist. Hinsichtlich des Umkehrens der Polarität sei bemerkt, daß die Polarität durch Umschalten der Richtung des Anlegens der Spannung unter Verwendung von vier IGBT-Elementen umgekehrt wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Bei Schweißarbeiten zur Wartung an einem Ort, wie dem Schweißen eines Kühlrohrs in einem Kernkraftwerk, nimmt der Abstand zwischen dem Schweißgerät und der Position des Ausführens der Schweißarbeiten manchmal 50 bis 100 m an. Weil in diesem Fall die Wirkung der Induktivität des Kabels bei einem herkömmlichen Hochfrequenz-Impulsschweißen zu groß ist, wird der Hochfrequenz-Impulsstrom zu einer gewellten Stromwellenform, wie in Fig. 13 dargestellt ist, und die Wirkung des Hochfrequenz-Impulsstroms wird kaum erhalten. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Problem durch Erhöhen der Lastspannung und durch Umkehren der Polarität gelöst werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wirkung der Induktivität des Kabels jedoch zusätzlich durch Trennen der Schweißenergiequelle und des Hochfrequenzimpuls-Wandlerabschnitts, wodurch der Wandlerabschnitt in die Nähe des Schweißarbeitsplatzes versetzt wird, und durch Verbinden der Schweißenergiequelle und des Wandlerabschnitts unter Verwendung eines Koaxialkabels verringert. Wenn ein Grundmetall die negative Polarität annimmt (während des Fließens des Stroms in Gegenrichtung), wird das Grundmetall gereinigt, weil positive Ionen mit dem Grundmetall zusammenstoßen und den Oxidfilm entfernen. Weil die Eindringtiefe jedoch während dieses Zeitraums geringer wird, wird die Zeit t2 des Fließens des Stroms in Gegenrichtung (das Grundmetall liegt auf der negativen Polarität) vorzugsweise, außer für das Schweißen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, auf einen geringeren Wert gelegt. Es ist daher erforderlich, die Zeit t2 des Fließens des Stroms auf einen Wert innerhalb eines Bereichs zu legen, in dem eine optimale Wellenform durch Beobachten der Abnutzung der Elektrode oder dergleichen erhalten werden kann.
Falls bei einem kontinuierlichen Impulsstrom eines sich wiederholenden Hauptimpulsstroms, Gegenimpulsstroms, Hauptimpulsstroms, Gegenimpulsstroms usw. der Spitzenstrom erhöht wird, kann der durchschnittliche Strom nicht verringert werden, weil der durchschnittliche Strom entsprechend der Erhöhung des Spitzenstroms auch ansteigt. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Stromunterbrechungsperiode zwischen dem Hauptimpulsstrom und dem Gegenimpulsstrom bereitgestellt. Der durchschnittliche Strom kann selbst dann verringert werden, wenn der Spitzenstrom erhöht wird, indem der Zeitraum verlängert wird. Dieses Verfahren ist beim Schweißen einer dünnen Platte, wobei das Schweißen mit einem kleinen Strom ausgeführt wird, und hinsichtlich der Steifigkeit und der Stabilität des Lichtbogens beim Schweißen mit einer sehr schmalen Randfuge wirksam.
Wenn in Fig. 2 der Hauptimpulsstrom, der Gegenstrom und die Stromflußzeiten auf feste Werte gelegt werden und während t3 zwischen dem Strom in Gegenrichtung und dem nächsten Hauptimpuls ein kleiner Strom (ein Grundstrom) fließt, nimmt der durchschnittliche Strom zu. Das heißt, daß der durchschnittliche Strom durch Ändern der Grundstroms geändert werden kann. Im allgemeinen ist beim Schweißen dicker Platten ein hoher durchschnittlicher Strom erforderlich. Falls der hohe durchschnittliche Strom jedoch nur durch Erhöhen des Spitzenstroms erhalten wird, werden die Kosten der Vorrichtung hoch. Es ist daher möglich, dicke Platten durch Hinzufügen des Grundstroms im Zeitraum t3 zu schweißen, um den durchschnittlichen Strom zu erhöhen.
Falls die Struktur eines Verbindungsabschnitts zu großen Körnern ausgewachsen ist, gibt es einige Fälle, in denen die Grenze zwischen dem Grundmetall und dem Verbindungsabschnitt durch Ultraschallwellenuntersuchung nicht klar erkannt werden kann, woraus sich bei der Untersuchung Probleme ergeben. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ändern des Hauptimpulsstroms, des Grundstroms oder der Stromflußzeit des Hauptimpulsstroms oder des Grundstroms mit einer Periode im Bereich einiger Hz bis einiger Zehn Hz der durchschnittliche Lichtbogendruck (der durchschnittliche Lichtbogenstrom) geändert, um die Metallschmelze zu bewegen und das Kornwachstum zu verhindern. Beim Lichtbogenschweißen mit einer sehr schmalen Randfuge mit einem 6 mm unterschreitenden Spalt kann das Schweißen mit einem Wärmeeintrag ausgeführt werden, der etwa halb so groß ist wie derjenige beim Lichtbogenschweißen mit einer üblichen schmalen Randfuge mit einem 8 mm messenden Spalt. Es ist jedoch erforderlich, daß der Lichtbogenstrom mit einem kleinen Wärmeeintrag in der sehr schmalen Schweißrandfuge gehalten werden kann. Ein Verfahren zum Schweißen mit einer sehr schmalen Randfuge besteht darin, daß ein Lichtbogen durch eine einschließende Kraft eines Mischgases von Argon und Wasserstoff steif konzentriert wird, um Seitenwand-Lichtbögen zu verringern (in manchen Fällen wird Heliumgas eingemischt, die Wirkung ist jedoch wegen der schwachen einschließenden Kraft gering). Das Verfahren kann jedoch nicht für Stahl oder eine ferritische Legierung verwendet werden, weil Wasserstoff als Schutzgas verwendet wird und eine Wasserstoffversprödung bewirkt. Bei dem Verfahren eines Schweißens mit einer sehr schmalen Randfuge gemäß der vorliegenden Erfindung kann der durchschnittliche Strom unter Verwendung einer Hochfrequenzimpuls-Lichtbogen-Schweißwellenform selbst dann verringert werden und der Spizenstrom erhöht werden, wenn die Induktivität des Kabels hoch ist. Daher wird der Lichtbogen versteift, und der gerichtete Lichtbogen kann selbst beim Schweißen mit einer sehr schmalen Randfuge und einem kleinen Wärmeeintrag (Schweißstrom) stabil gehalten werden. Weiterhin kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf das Schweißen von Stahl oder einer ferritischen Legierung angewendet werden, weil keine Wasserstoffversprödung hervorgerufen wird.
Das herkömmliche Impulsschweißen kann wegen der mangelnden Reinigungswirkung und durch Wasserstoff verursachter Gaseinschlüsse nicht für das Schweißen von Aluminium verwendet werden. Andererseits kann das Impulsschweißen gemäß der vorliegenden Erfindung für das Schweißen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet werden, weil die Polarität abwechselnd umgekehrt wird und der Oxidfilm durch die Reinigungswirkung von Argon entfernt werden kann, wenn die Polarität des geschweißten Grundmetalls zur negativen Polarität umgekehrt wird. Es ist zusätzlich möglich, ein Schweißen mit einer tiefen Schmelzeindringung und ein Hochgeschwindigkeitsschweißen durch die Wirkung der Steifigkeit (des Richtungssinns) des Hochfrequenzimpuls-Lichtbogens und durch geeignetes Auswählen des Stromfluß-Zeitverhältnisses zwischen der positiven Polarität und der negativen Polarität oder des Spitzenstromverhältnisses zwischen der positiven Polarität und der negativen Polarität auszuführen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm des Aufbaus einer Hochfrequenzimpuls- Schweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm, in dem eine Wellenform eines gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Hochfrequenz-Stromimpulses dargestellt ist;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm, in dem eine Wellenform eines anderen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Hochfrequenz-Stromimpulses dargestellt ist;
Fig. 4 eine schematische Ansicht des Gesamtaufbaus einer weiteren Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Ansicht eines gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Schweißbrenners;
Fig. 6 ein Diagramm, in dem der Aufbau einer Wellenform-Steuerenergiequelle einer Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
Fig. 7 ein schematisches Diagramm eines Kernkraftwerks;
Fig. 8 ein schematisches Diagramm einer Modifikation einer Wellenform eines gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Hochfrequenz-Stromimpulses;
Fig. 9 ein schematisches Diagramm einer weiteren Modifikation einer Wellenform eines gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Hochfrequenz-Stromimpulses;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer geschweißten Struktur von Bienenwabenplatten;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer geschweißten Struktur eines Eisenbahnwagenaufbaus;
Fig. 12 ein Diagramm, in dem der Aufbau eines Beispiels einer Impulsschweißvorrichtung nach einem herkömmlichen Verfahren dargestellt ist; und
Fig. 13 ein schematisches Diagramm, in dem eine Wellenform des Hochfrequenz- Impulsstroms nach dem herkömmlichen Verfahren dargestellt ist.

[Ausführungsbeispiel 1]

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, in dem der Aufbau einer Hochfrequenzimpuls-Schweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, in dem eine Wellenform eines Hochfrequenz-Stromimpulses gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält die Impulsschweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Energiequelle 1 in der Art einer Energiequelle mit einem hohen Ansprechvermögen vom Wechselrichtertyp, analogen Typ, Zerhackertyp oder dergleichen, einen Gleichstrom-Hochfrequenzimpuls- Wandlerabschnitt 2 zum Umwandeln eines Gleichstroms in einen Hochfrequenz-Impulsstrom, wobei der Wandlerabschnitt aus vier IGBT-Schaltelementen besteht, Koaxialkabel 4, die die Schweißenergiequelle 1 mit der Gleichstrom-Energiequelle und dem Hochfrequenzimpuls-Wandlerabschnitt 2 verbinden, eine Steuereinheit 3 zum Steuern der Schweißenergiequelle und des Gleichstrom-Hochfrequenzimpuls-Wandlerabschnitts und ein Steuerkabel 7 zum Anlegen eines Signals an die Basen der IGBT-Elemente.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird nachstehend beschrieben. Wenn eine Hauptimpuls-Steuersignalspannung aus Fig. 2 von der Steuereinheit 3 an die Basen der IGBT-Elemente T2 und T3 angelegt wird, werden die IGBT-Elemente eingeschaltet, und es fließt ein Schweißstrom i der Reihe nach von T2 durch ein Grundmetall von (durch Lichtbogenschweißen) miteinander zu verbindenden Gegenständen 6, einen Schweißbrenner 5, T3 und zurück zum Anschluß negativer Polarität. Wenn eine Gegenimpuls-Steuersignalspannung aus Fig. 2 an die Basen der IGBT-Elemente T1 und T4 angelegt wird und die IGBI-Elemente eingeschaltet werden, fließt ein Schweißstrom i der Reihe nach von T1 durch den Schweißbrenner 5, das Grundmetall der (durch Lichtbogenschweißen) miteinander zu verbindenden Gegenstände 6, T4 und zurück zum Anschluß negativer Polarität. Daher wird die Polarität am Schweißabschnitt umgekehrt. Durch periodisches Ausführen dieses Vorgangs kann eine kontinuierliche Hochfrequenzimpuls-Stromwellenform mit einem steilen Abfall als die ideale Stromwellenform erhalten werden, die im schematischen Diagramm aus Fig. 2 dargestellt ist. Die Stromfluß-Zeiträume t1, t2, t3 und ein Spitzenstrom in der Wellenform werden durch Ändern der Einstellwerte der Signale der Steuereinheit festgelegt. Ein Beispiel der Anwendung der Vorrichtung auf ein Schweißen einer sehr schmalen Randfuge wird nachstehend beschrieben. Ein Schweißtest wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt Die miteinander zu verbindenden Gegenstände 6 waren Platten aus Kohlenstoffstahl mit einem Durchmesser von 30 mm. Die anderen Schweißbedingungen waren die folgenden: Spaltbreite der I-förmigen Schweißfuge: 3 mm (mit einem Abschrägungswinkel von 3 Grad), Schutzgas: Argon, Wolframelektrode: flache Elektrode, Schweißzusatzdraht (Kohlenstoffstahl): 0,9 mm Durchmesser, Schweißspannung: 120 V, Spitzenstrom: 500 A und Stromfluß-Zeitraum t1 : 20 us (5 bis 100 us). Der Gegenimpulsstrom betrug maximal 500 A, und der Stromfluß-Zeitraum t2 des Gegenimpulsstroms war auf 4 us (1 bis 50 us) gelegt, so daß die Schweißstrom-Wellenform bei der Betrachtung eine optimale Wellenform war. Stromfluß-Zeitraum t3 : 25 us (10 bis 200 us), Schweißgeschwindigkeit: 260 cm/min, Länge des den Gleichstrom-Hochfrequenzimpuls-Wandlerabschnitt und die Schweißenergiequelle verbindenden Koaxialkabels: 50 m, und Länge des den Gleichstrom-Hochfrequenzimpuls-Wandlerabschnitt und den Schweißbrenner verbindenden Kabels: 2 m. Das Ergebnis des Schweißens unter den erwähnten Bedingungen bestand darin, daß der Lichtbogen steif (gerichtet) war und stabil in der schmalen Randfuge blieb und ein gutes Schweißerlebnis erhalten wurde. Die Stromänderungsgeschwindigkeit während der Anstiegszeit und der Abfallszeit des Impulses betrug bei dieser Ausführungsform 200 bis 300 A/us. Der Gegenimpulsstrom betrug in etwa die Hälfte des Hauptimpulsstroms. Es wurde auch ein Schweißtest nach dem herkömmlichen Verfahren ausgeführt, es war jedoch nicht möglich, die Teststücke unter Verwendung eines Schutzgases zu verschweißen, das ausschließlich aus Argon bestand, weil Seitenwand-Lichtbögen auftraten. Weiterhin wurde ein Schweißtest nach dem herkömmlichen Verfahren ausgeführt, bei dem das Schutzgas zu einem Mischgas aus Argon und 50% Helium geändert wurde, der Lichtbogen wurde jedoch instabil, wenn seine Länge schwankte, und es trat wegen eines schmalen geeigneten Bereichs der Länge des Lichtbogens ein Fehler beim Zusammenfügen auf. Weiterhin wurde eine Reihe von Tests nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt, wobei auf verschiedene Arten die Spaltbreite der I-förmigen Schweißfuge geändert wurde, wobei das Ergebnis zeigte, daß das Schweißen einer 2,5 mm messenden Schweißfuge (bei einem Abschrägungswinkel von 3 Grad) und eine Plattendicke von bis zu 30 mm möglich waren.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, in dem eine in der Praxis auftretende, Stromwellenform dargestellt ist Die Bezugszeichen in der Figur geben die gleichen entsprechenden Stromfluß-Zeiträume wie in Fig. 2 an. Jeder Spitzenstrom und jeder Gegenimpulsstrom besteht aus mehreren Wellenformen, während jeder der Ströme in Fig. 2 eine rechteckige Wellenform aufweist.
In Fig. 4 ist der Aufbau einer Hochfrequenzimpuls-TIG-Schweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein TIG-Schweißbrenner 5 und eine. TIG- Drahtzuführeinheit 13 sind an einem beweglichen Wagen 14 angebracht, der sich am Rand eines zu schweißenden Rohrgegenstands 6 bewegt. Argongas zum Schützen des Lichtbogenabschnitts wird dem Schweißbrenner 5 zugeführt. Eine Kühlwasser-Umwälzungseinheit 12 ist eine Kühleinheit zum Verhindern des Überhitzens einer Schweißenergiequelle 1 mit einer Wechselspannung von 200 V, einer Halbleitereinheit eines Gleichstrom-Hochfrequenzimpuls-Wandlerabschnitts 2 und des Schweißbrenners 5. Kühlwasser wird durch ein Koaxialkabel 4 umgewälzt, wodurch eine Wasserströmung erzeugt werden kann. Die Steuerung des Hochfrequenz-Impulsstroms wird dadurch ausgeführt, daß ein Steuersignal der Schweißenergiequelle 1 die Halbleiter des Gleichstrom-Hochfrequenzimpuls-Wandlerabschnitts 2 durch ein Steuersignalkabel 7 steuert.
Fig. 5 zeigt den Aufbau einer Hochfrequenzimpuls-MIG-Schweißvorrichtung. Der Aufbau der Hochfrequenzimpuls-MIG-Schweißvorrichtung gleicht demjenigen aus Fig. 4 abgesehen von einem MIG-Schweißbrenner 10 und einer MIG-Drahtzuführeinheit 15. Ein automatisches Schweißen kann durch Anbringen des MIG-Schweißbrenners 10 vorgenommen werden.
Fig. 6 ist ein Diagramm, in dem der Aufbau einer Wellenformsteuerungs-Energiequelle dargestellt ist. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Kabel, dessen Induktivität dadurch verringert ist, daß in geringem Abstand ein positives und ein negatives Kabel angebracht sind, deren Länge etwa 50 m beträgt, und das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Addierer zum Ausführen einer Rückkopplungssteuerung des durchschnittlichen Stroms durch Ändern des Stromfluß-Zeitraums t3. Die Stromrückkopplung wird für das TIG- Schweißen verwendet, und die Spannungsrückkopplung wird für das MIG-Schweißen verwendet.

[Ausführungsbeispiel 2]

Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm, in dem das System eines BWR-Kraftwerks mit einer Stumpfschweißstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 30 einen Kernreaktor, die Bezugszahl 31 eine Turbine, die Bezugszahl 32 einen Kondensator, die Bezugszahl 33 einen Kondensatdemineralisator, die Bezugszahl 34 eine Niederdruck-Kondensatwasserpumpe, die Bezugszahl 35 eine Speisewasser-Umwälzleitung, die Bezugszahl 36 einen Detektor für die elektrische Leitfähigkeit, die Bezugszahl 37 eine Meßeinrichtung für die Konzentration gelösten Sauerstoffs, die Bezugszahl 38 einen Injektor für Sauerstoff oder ein Inertgas oder ein Alkalimittel, die Bezugszahl 39 ein pH-Meßgerät, die Bezugszahl 40 eine Speisewasserheizung und die Bezugszahl 41 ein Reaktorwasser-Reinigungssystem. Aus austenitischem Stahl SUS 304L oder SUS 316L hergestellte Rohre werden für die Rohrleitungen des Primärkühlsystems des Kernreaktors 30 verwendet, aus Kohlenstoffstahl oder einem niedrig legierten Stahl hergestellte Rohre werden jedoch für die anderen Rohrleitungen verwendet. Gemäß dieser Ausführungsform wurden aus dem Kohlenstoffstahl oder dem niedrig legierten Stahl hergestellte Rohre jedoch mit der gleichen Schweißfuge und mit dem gleichen Schweißverfahren wie gemäß der Ausführungsform 1 verbunden. Das Ergebnis bestand darin, daß auf die Entspannungs-Temperierbehandlung nach dem Schweißen verzichtet werden konnte. Das heißt, daß die Restspannungen so gering waren, daß die Rohre nach dem Schweißen unverändert verwendet werden konnten.
Weiterhin wurden die Rohre des Primärkühlsystems nach dem gleichen Verfahren wie gemäß der nachstehend zu beschriebenen Ausführungsform 3 geschweißt.

[Ausführungsbeispiel 3]

Wenn in der Struktur eines Verbindungsabschnitts große Körner wachsen, gibt es einige Fälle, in denen die Grenze zwischen dem Grundmetall und dem Verbindungsabschnitt durch Ultraschallwellenuntersuchung nicht klar erkannt werden kann. Das Verhindern des Kornwachstums wird nachstehend als ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Schweißtest wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt. Schweißverfahren: TIG-Schweißen mit Drahtzufuhr. Grundmetall: austenitische Stähle SUS 304L und SUS 316L, Plattendicke: 30 mm, V-förmige Schweißfuge: Abschrägungswinkel von 30 Grad und Schweißspannung: 120 V. Während der Schweißspitzenstrom und die Schweißdauer bei 600 A bzw. 79 us gehalten wurden, wurden die Stromfluß-Zeiträume alternierend zwischen t1 : 50 us, t2 : 4 us, t3 : 25 us und t1 : 20 us, t2 : 4 us, t3: 55 us umgeschaltet. Das Ergebnis des Schweißens bestand darin, daß der durchschnittliche Strom (der durchschnittliche Lichtbogendruck) synchron mit der Schaltperiode geändert wurde und daß das geschmolzene Schweißmetall entsprechend der Änderung gerührt wurde, wodurch das Kornwachstum des Schweißmetalls verhindert wurde. Die Stromänderungsgeschwindigkeit in der Anstiegszeit und der Abfallszeit des Impulses ähnelte gemäß dieser Ausführungsform derjenigen gemäß Ausführungsform 1. Der Gegenstrom betrug die Hälfte des Spitzenstroms. Schwingungen des Hochfrequenz-Impulsstroms begünstigten auch das Verhindern des Kornwachstums. Ein Untersuchungsergebnis des unter den angegebenen Bedingungen geschweißten Teststücks bestand darin, daß der Verbindungsabschnitt und das Grundmetall klarer unterschieden werden konnten als jene, die durch das herkömmliche TIG-Schweißverfahren geschweißt worden waren. Der erwähnte Test wurde unter Ändern des Stromfluß-Zeitraums (t1) des Hauptspitzenstroms zum Ändern des durchschnittlichen Stroms (durchschnittlichen Lichtbogendrucks) ausgeführt, während der Schaltzeitraum konstant gehalten wurde. Die gleiche Wirkung kann jedoch durch periodisches Ändern des Grundstroms im Stromfluß-Zeitraum t3 oder des Spitzenwerts des Hauptstroms erhalten werden.

[Ausführungsbeispiel 4]

Ein Beispiel des Schweißens mit einer Tiefschmelzeindringung in Aluminium wird nachstehend beschrieben. Weil die Polarität der Hochfrequenzimpuls-Stromwellenform gemäß der vorliegenden Erfindung umgekehrt wird, kann Aluminium geschweißt werden, weil das Grundmetall gereinigt wird und der Oxidfilm durch positive Argonionen entfernt wird, wenn das zu verbindende Grundmetall negative Polarität aufweist. Der Reinigungseffekt ist größer, weil der Zeitraum länger ist, wenn das Grundmetall negative Polarität aufweist. Die Eindringtiefe ist jedoch gering, und die Verschleißrate einer Wolframelektrode ist hoch. Daher kann die Eindringtiefe durch Verkürzen des Zeitraums, in dem das Grundmetall negative Polarität aufweist, und durch Verlängern des Zeitraums, in dem es positive Polarität aufweist, innerhalb eines Bereichs, in dem es geschweißt werden kann, erhöht werden. Ein Schweißtest wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt. Zu verbindendes Grundmetall: Aluminiumplatte, Plattendicke: 6 mm, Verbindung: I-Stumpfverbindung, Elektrode: Wolframelektrode mit einem Durchmesser von 4 mm, Schweißspannung: 120 V, Schweißspitzenstrom: 500 A. Die Stromfluß-Zeiträume betrugen t1 : 30 us, t2 : 3 us, t3 : 20 us, und die Schweißgeschwindigkeit betrug 200 cm/min. Das Schweißergebnis zeigte, daß das Schweißen durch einen einmaligen Durchgang mit guten Wulsten auf der Rückseite vorgenommen werden konnte. Die Stromänderungsgeschwindigkeit in der Anstiegszeit und der Abfallszeit des Impulses ähnelte bei dieser Ausführungsform derjenigen bei der zuvor beschriebenen. Ein herkömmliches Wechselstromschweißen mit der Reinigungswirkung kann durch Verringern der Schweißgeschwindigkeit auf 150 cm/min ausgeführt werden. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß die Wulste breiter werden und der durch Wärme beeinflußte Abschnitt breiter wird. Weiterhin wurde ein Schweißtest ausgeführt, indem die Energiequelle auf eine konstante Spannung gesetzt wurde und die Wolframelektrode gegen einen Wolframdraht ausgetauscht wurde. Das Ergebnis zeigte, daß ein schnelles Schweißen mit der gleichen Geschwindigkeit vorgenommen werden konnte wie vorstehend beschrieben ist.

[Ausführungsbeispiel 5]

Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, in der eine Schweißstruktur von Bienenwabenplatten dargestellt ist, die für einen Eisenbahnwagenaufbau verwendet werden, welcher durch das gleiche Verfahren wie in Ausführungsform 4 stumpfgeschweißt wird. Die Bienenwabenplatte wird durch Verbinden einer aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Oberflächenplatte 51, eines aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Kernelements 52 und eines Rahmenelements 56 aus einer Aluminiumlegierung mit einem Lötmaterial hergestellt. Die Bienenwabenplatten wurden durch die Rahmenelemente 56 durch Bilden geschweißter Abschnitte 55 mit einer schmalen Fuge auf der Vorderseite und der Rückseite unter Verwendung eines Schweißbrenners 54 unter der gleichen Schweißbedingung wie vorstehend beschrieben verbunden. Gemäß dieser Ausführungsform wurden die Bienenwabenplatten durch MIG-Schweißen verbunden. Das verwendete Füllmittel hatte die gleiche Zusammensetzung wie das Grundmetall, die Schweißfuge war I-förmig, und der Spalt der Schweißfuge war 3 mm breit.
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines durch das Schweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Eisenbahnwagenaufbaus. Der Hauptwagenaufbau besteht aus Deckenplatten 60, Wagenaufbau-Seitenwänden 61 und Bodenplatten des Wagenaufbaus, und diese Elemente werden durch das Schweißverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform an Schweißabschnitten 63 geschweißt und zusammengesetzt. Die Gesamtlänge des Wagenaufbaus beträgt 25 m.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch den steifen (gerichteten) Lichtbogen, der durch die elektromagnetische Hochfrequenz-Einschlußkraft ohne die Wirkung der Induktivität des Schweißkabels erhalten wird, ein Schweißen schmaler Fugen stabil ausgeführt werden, ohne daß zum Schutz ein wasserstoffhaltiges Mischgas, welches eine Wasserstoffversprödung hervorruft, verwendet wird. Überdies können durch die Reinigungswirkung des in der Polarität umgekehrten Stroms ein tief eindringendes Schweißen von Aluminium und ein Hochgeschwindigkeitsschweißen ausgeführt werden.
Weil die Wirkung der Induktivität des Schweißkabels selbst an einem Ort nicht auftritt, der von der Schweißenergiequelle 50 m entfernt ist, kann die vorliegende Erfindung auf ein fernbedientes Wartungsschweißen eines Rohrs in einem Kernkraftwerk angewendet werden.
Weil das Kornwachstum durch Ändern des durchschnittlichen Stroms (des Lichtbogendrucks) mit mehreren Hz verhindert werden kann, können das Grundmetall und der verbundene Abschnitt durch Ultraschallwellenuntersuchung nicht klar erkannt werden, und die Ultraschallwellenuntersuchung kann dementsprechend nicht leicht vorgenommen werden. Die Wirkung des Hochfrequenzimpulses kann selbst dann erhalten werden, wenn die vorliegende Erfindung auf ein Kohlenoxidgas-Lichtbogenschweißen oder ein geschütztes Metallichtbogenschweißen angewendet wird.

Claims

1. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißverfahren, wobei zwischen einer nahe einem zu verschweißenden Teil eines Grundmetalls (6) angeordneten abschmelzenden oder nicht abschmelzenden Elektrode (5) und dem Grundmetall (6) mit einem Hauptimpulsstrom ein Lichtbogen erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß der Hauptimpulsstrom eine Stromflußzeit von 5 bis 100 us pro Impuls aufweist und daß dann, wenn der Hauptimpulsstrom von EIN nach AUS geschoben wird, zwischen die Elektrode (5) und das Grundmetall (6) ein Gegenimpulsstrom mit einer zur Polarität des Hauptimpulsstroms entgegengesetzten Polarität angelegt wird, um die Änderungsgeschwindigkeit vom Spitzenwert des Hauptimpulsstroms zum Spitzenwert des Gegenimpulsstroms nicht kleiner als 50 A/us zu machen, so daß der Gegenimpuls unmittelbar auf den Hauptimpuls folgt.

2. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, zwischen dem Gegenimpulsstrom und dem nachfolgenden Hauptimpulsstrom eine Stromunterbrechungsperiode vorgesehen wird.

3. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei während einer Periode zwischen dem Gegenimpulsstrom und dem nachfolgenden Hauptimpulsstrom ein Grundstrom angelegt wird, der kleiner ist als der Hauptimpulsstrom.

4. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 3, wobei die Spitzenwerte des Haupt- und des Gegenimpulsstroms oder deren Stromflußzeiten periodisch geändert werden.

5. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hauptimpulsstrom mit einer Periode im Bereich von mehreren Hz bis zu mehreren 10 Hz geändert wird, um die Metallschmelze zu bewegen und dadurch Kornwachstum zu verhindern.

6. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen einer nahe einem zu schweißenden Teil eines Grundmetalls (6) angeordneten nichtabschmelzenden Elektrode (5) und dem Grundmetall (6) mit einem Hauptimpulsstrom ein Lichtbogen erzeugt und dabei ein Zusatzdraht (13, 15) zugeführt wird.

7. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißverfahren, wobei unter Anwendung des Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eine Stumpfschweißung an einer I-förmigen Nut durchgeführt wird, die einen Spalt mit einer Breite von nicht mehr als 6 mm aufweist.

8. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Anstiegs- und Abfallszeit des Hauptimpulsstroms nicht länger ist als 50 us.

9. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißvorrichtung, mit der eine Schweißung dadurch erfolgt, daß zwischen einer nahe einem zu verschweißenden Teil eines Grundmetalls (6) angeordneten abschmelzenden oder nicht abschmelzenden Elektrode (5) und dem Grundmetall (6) mit einem Hauptimpulsstrom ein Lichtbogen erzeugt wird, wobei die Vorrichtung eine Schweißenergiequelle (1) zur Zuführung des Hauptimpulsstroms und einen Hochfrequenz-Wechselrichter (2) zum Wandeln eines Gleichstroms in einen Hochfrequenzimpuls-Schweißstrom mit einer zur Polarität des Gleichstroms entgegengesetzten Polarität aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit (3) zum Anlegen eines Gegenimpulsstroms mit einer zur Polarität des Hauptimpulsstroms entgegengesetzten Polarität zwischen der Elektrode (5) und dem Grundmetall (6) unmittelbar im Anschluß an den Hauptimpuls aufweist, um die Änderungsgeschwindigkeit vom Spitzenwert des Hauptimpulsstroms zum Spitzenwert des Gegenimpulsstroms nicht kleiner als 50 A/us zu machen, wenn der Hauptimpulsstrom von EIN nach AUS geschoben wird, wobei der Hauptimpuls eine Stromflußzeit von 5 bis 100 us pro Impuls aufweist.

10. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Schweißenergiequelle und der Hochfrequenz-Wechselrichter getrennt und über ein Schweißkabel oder ein Koaxialkabel (4) miteinander verbunden sind.

11. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Steuereinheit eine Einrichtung zur Erzeugung einer Stromunterbrechungsperiode zwischen dem Hauptimpulsstrom und dem Gegenimpulsstrom oder zur Erzeugung eines Grundstroms, der kleiner ist als der Hauptimpulsstrom, aufweist.

12. Hochfrequenzimpuls-Lichtbogenschweißvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Hauptimpulsstrom, der Gegenimpulsstrom, der Grundstrom, die Stromflußdauer und die Stromunterbrechungsperiode unabhängig veränderbar sind.

13. Verfahren zum Stumpfschweißen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei die Stumpfschweißung unter Anwendung des Schweißverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erfolgt.

14. Verfahren zum Schweißen eines aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Eisenbahnwagenaufbaus (60, 61, 62, 64), wobei die Schweißung unter Anwendung des Schweißverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erfolgt.

15. Verfahren zum Stumpfschweißen von Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl, wobei die Stumpfschweißung unter Anwendung des Schweißverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erfolgt.

16. Verfahren zum Stumpfschweißen von Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl nach Anspruch 15, wobei eine Entspannungs-Temperierbehandlung nach dem Stumpfschweißen weggelassen wird.

17. Verfahren zur Herstellung eines Kernkraftwerks, das einen Kernreaktor (30), eine Dampfturbine (31), einen Kondensator (32), eine Kondensat-Demineralisiereinrichtung (33) und diese Bauteile miteinander verbindende Rohre (35) aufweist, wobei die Rohre aus Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl bestehen, und wobei die Rohre einen stumpf geschweißten Aufbau aufweisen und unter Anwendung des Schweißverfahrens nach Anspruch 15 oder 16 zusammengefügt werden.