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Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Lichtbogen-Auftrag-Schweißung
mit Bandelektroden Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
automatischen Auftrag- oder Verbindungs-Lichtbogenschweißen mit einer Metallstreifenelektrode,
bei dem die Schweißzone durch ein schmelzendes Schweißmittel oder einen Schutzgasstrom
abgeschirmt ist.
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Die Praxis der Auftragschweißung auf Metall mit Hilfe von Metallichtbogen-Schweißungen
ist weitverbreitet. Die Wandstärke von Rohren oder anderen zylindrischen Gegenständen
wird ebenso wie die Dicke von Platten od. dgl. auf diese Weise verstärkt. In vielen
Fällen wird abgenutztes Metall durch eine Oberflächenverkleidung ersetzt, wobei
diese Metallzusätze außerdem Schutz gegen Hitze, Korrosion oder Abrieb gewähren
sowie hitzeabsorbierende äußere Schichten bilden.
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Bei Verwendung üblicher zylindrischer Drahtelektroden für Metallichtbogen-Schweißverfahren
zur Herstellung von Oberflächenabscheidungen ist die Anzahl der zum Abdecken einer
bestimmten Metalloberfläche erforderlichen Durchgänge durch den Durchmesser der
Elektrode und die zu bedeckende Fläche bestimmt. Werden mehrere Elektroden in seitlicher
Anordnung zur Verminderung der Anzahl der Durchgänge verwendet, entstehen Schwierigkeiten
hinsichtlich des genauen Abstandes und der Schmelzkontrolle. Außerdem wird bei der
üblichen Praxis mit gebräuchlichen zylindrischen
Elektroden für
gewöhnlich ein übermäßiger Einbrand und eine ebensolche Vermischung hervorgerufen.
Beispielsweise kann das Elektrodenmetall mit 3o bis 5o % des Metalles des Werkstückes
vermischt oder »verdünnt« werden, wodurch die Eigenschaften des Elektrodenwerkstoffes
merklich geändert werden können.
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Ein erfolgreicheres Verfahren zum Oberflächenüberziehen ist die Reihenlichtbogen-Technik,
bei welcher zwei Elektroden unter einem eingeschlossenen Winkel von 45° zueinander
geneigt sind. Ein solches Verfahren ist durch Auftragsraupen verhältnismäßig geringerVermischung
gekennzeichnet lind erfreut sich einer weiten Verbreitung. Dieses Verfahren besitzt
jedoch einen größeren Nachteil, da für die Lage des Schnittpunktes der Elektroden
relativ zur Platte äußerste Genauigkeit erforderlich ist. Jede Abweichung von der
notwendigen räumlichen Beziehung zwischen Elektrode und Werkstück wirkt sich auf
Qualität, Form und Vermischung der Auftragsraupen aus.
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Ein weiteres Verfahren, das praktisch angewendet wird, wo eine geringe
Vermischung der Schweißeng erwünscht ist, beruht auf der Verwendung einer einzelnen
Elektrode länglichen Querschnitts, z. B. einem flachen oder gebogenen Band. Beim
Schweißen mit einer solchen Elektrode wandert der Lichtbogen vor und zurück über
den Streifen, so wie er Teile der Elektrode abschmilzt, während er den Weg geringsten
Widerstandes sucht. Die Hitze des Lichtbogens umfaßt eine größere Breite seines
Wanderweges, wodurch der Einbrand und die Vermischung oder Aufschmelzung auf einem
Minimum gehalten werden. Je nach Bedarf kann die Elektrode längs oder quer oder
schräg zur Schweißrichtung gestellt werden.
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Beim Oberflächenüberziehen eines Rohres oder eines anderen zylindrischen
Gegenstandes wird das Werkstück gedreht und die Raupe spiral- oder schraubenförmig
aufgebracht, so wie sich der Schweißkopf parallel zur Drehachse mit einer Geschwindigkeit
entsprechend der Breite des Elektrodenstreifens für eine volle Drehung des Zylinders
bewegt. Im Fall vonUnterpulverschweißung wird das Schweißmittel durch einen Trichter
zugeführt und unmittelbar vor dem Lichtbogen in die Schweißzone eingeführt. Beim
Auftragschweißen auf Platten bewegt sich der Streifen über das Werkstück, wobei
der Lichtbogen unter dem Schweißmittel geführt wird, das in ähnlicher Weise vor
den Lichtbogen gebracht wird. Beim Schweißen flacher Oberflächen kann jedoch die
zu überziehende Fläche vor dem Schweißvorgang für jeden Durchgang vollständig mit
dem Schweißmittel bedeckt werden. Solche unter Verwendung von Streifenelektroden
hergestellten Schweißengen sind gesund und von annehmbarer Beschaffenheit.
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Für Stumpfschweißverbindungen in dicken Metallplatten, die mehrere
Durchgänge erfordern, eignen sich flache Streifenelektroden sehr gut. Die außerordentliche
Beweglichkeit des Metallbandes ermöglicht es dem Schweißer, dieLage des Streifens
mit Bezug auf die Schweißraupe verhältnismäßig leicht zu ändern, ,,wodurch eine
vollständige Kontrolle der Breite des abgeschiedenen Metalls ermöglicht wird. Durch
Drehen des Streifens in Längsrichtung, um die Wirkung einer schmalen Elektrode zu
erzielen, läßt sich eine schmale Anfangsschicht auf dem Boden der Schweißnut abscheiden.
Durch anschließendes Drehen des Streifens können die Schichten verbreitert werden,
damit sie der Breite der Rinne entsprechen. Insbesondere bei einer nicht genauen
Zupassung kann der Streifen in einem solchen Ausmaß quer angeordnet werden, daß
eine Lichtbogenbildung durch COffnungen in nicht richtig verbundenen Metallteilen
hindurch verhindert wird.
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Der bloße Austausch einer zylindrischen Drahtelektrode gegen eine
flache Elektrode führt jedoch nicht immer zu annehmbaren Schweißengen; zu diesem
Zweck wurden Versuche durchgeführt, eine Verbesserung durch Neigen der Elektrode
in einem spitzen Winkel zum Werkstück zu erzielen, während die Elektrode langsam
um ihre Achse schwingt. Da auf diese Weise erst eine Ecke und dann die andere Ecke
der Elektrode in Lichtbogenentfernung zum Werkstück gebracht wurde, wanderte der
Lichtbogen gleichmäßiger über das Ende der Elektrode, woraus sich ein besserer Ablauf
des Schweißvorganges ergab.
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Die mechanischen Schwierigkeiten, welche durch die zur Herstellung
zuverlässiger, brauchbarer Schweißengen mit Streifenelektroden erforderliche Schwinganordnung
hervorgerufen wurden, bildeten nichtsdestoweniger ein ernstes Hindernis bei der
praktischenAnwendung solcherElektroden; deshalb ist es ein wesentliches Ziel der
vorliegenden Erfindung, eine einfachere Lösung für die zufriedenstellende Verwendung
von Streifenelektroden zu finden. Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zum automatischen Auftrag- oder Verbindungs-Lichtbogen-Schweißen mit einer Metallstreifenelektrode,
bei dem die Schweißzone durch ein schmelzendes Schweißmittel oder einen Schutzgasstrom
abgeschirmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für eine solche Elektrode ein Metallband
verwendet wird, bei welchem das Verhältnis von Breite zu Dicke mindestens 16: i,
vorzugsweise 3a: i; beträgt.
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Nach der bevorzugtenAusführungsform der vorliegenden Erfindung wird
eine blanke Elektrode in Form eines verhältnismäßig dünnenMetallstreifens von einem
Haspel zur Schweißzone mittels gezackter Antriebsrollen durch ein Führungsglied
zugeführt, in welchem ein dem Streifen entsprechender Schlitz, der jedoch etwas
größer als dieser ist, vorgesehen ist. Hierbei durchfließt der Schweißstrom einen
Kreis, in welchem das Werkstück und das Ende des abzuschmelzenden Streifens liegen.
Bei Verwendung einer eisenhaltigen Metallstreifenelektrode zum Auftragschweißen
beträgt die Veimischung etwa io %-, während die Vermischung bei Zusätzen von Kupferlegierungsstreifen
nur etwa 4 bis 5; Olo beträgt. Die ausgewählte Breite der Streifenelektrode hängt
von der Fläche
des Werkstückes ab, auf welcher das Oberflächenmetall
abgeschieden werden soll. Diese Breite kann zwischen o,63 und 2,54,cm schwanken,
braucht jedoch nicht hierauf beschränkt zu sein, vorausgesetzt, daß das Verhältnis
von Breite zu Dicke des Streifens einen kritischen Wert von mindestens 16:1 besitzt.
Die ausgewählte Dicke der Elektrode kann ebenfalls geändert werden. Anwendung fanden
sowohl Kupferstreifen von o,71 mm Dicke als auch Flußstahlstreifen von o,51 und
o,89 mm Dicke sowie auch Streifen aus rostsicherem Stahl von o,61 mm Dicke.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Unterpulverschweißungen beschränkt,
sondern schließt auch das Schweißverfahren mit ein, bei welchem der Lichtbogen durch
ein geeignetes Gas abgeschirmt ist. Auch andere derartige Abwandlungen, wie sie
zwischen zwei solchen Schweißverfahren bestehen, kommen in Betracht. Das Schweißmittel
für Unterpulverschweißung hat jedoch einen unerwartet günstigen Einfluß auf den
Schweißlichtbogen bei der praktischen Durchführung der Erfindung, da es unerwünschte
Verdrehungen des Lichtbogens verhindert.
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Obgleich in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Streifenelektrode
in ihrem Querschnitt rechteckig ist, kann der Querschnitt des Streifens auch eine
andere Form besitzen, wie z. B. Bogen oder Prismen, die einer wirksameren Durchwanderung
des Unterpulverflußmittels dienen. Ferner kann eine U- oder prismenförmige Elektrode
für Stumpfschweißungen verwendet werden, indem der Streifen in einer nicht vertikalen
Lage mit der Spitze des Prismas nach unten zugeführt wird, damit die prismatische
Form -der Schweißnut entspricht.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den beiliegenden Darstellungen
von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung zu ersehen. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht der Schweißvorrichtung mit einer streifenförmigen Elektrode
zur Durchführung des. Verfahrens nach der Erfindung, Fig.2 eine vergrößerte, perspektivische
Teilansicht eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 eine Teilansicht einer
Stumpfschweißvorrichtung, Fig. 4 eine Querschnittansicht eines Y -Streifens, der
in einer abgewandelten Elektrodenführung geformt wurde, Fig. 5 eine Ansicht, teilweise
im Grundriß und teilweise im Querschnitt, die zeigt, wie der Streifen mit Bezug
auf die Schweißnut ausgerichtet werden kann, Fig. 6 eine Teilansicht, teils im Aufriß
und teils im Schnitt einer abgewandelten, gasgeschützten Schweißvorrichtung, Fig.7
einen schematischen Seitenaufriß einer Streifenelektrode, die zum Schweißen einer
zylindrischen Oberfläche so angeordnet ist, daß dieElektrode mehr oder weniger senkrecht
zur Oberfläche steht, und Fig. 8 eine ähnlicheAnsicht, wobei die Elektrode eine
Tangente zu der zylindrischen Oberfläche des Werkstücks bildet.
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Wie in Fig. 1 veranschaulicht, ist ein sich selbst antreibender Wagen
1o so angeordnet, daß er sich auf dem zu schweißenden Werkstück 1.2 bewegt oder
auf einer dicht daneben liegenden Schiene. Der Wagen ist mit einer Haspel 14 mit
einer BandoderStreifen-Elektrode 16 versehen, die demLichtbogen mittels motorgetriebener
Zuführrollen 18 zugeführt wird, die ebenfalls auf dem Wagen 1o angeordnet sind.
Ein Trichter 2o, der ein granuliertes Schweißmittel enthält, ist außerdem auf dem
Wagen vorgesehen, um eine Schicht dieses Materials vor dem Streifen 16 auf der Oberfläche
22 des Werkstückes W abzulagern, das einen Teil des zu überziehenden oder zu schweißenden
Metalls bildet. Wie in Fig. 6 .gezeigt, kann ein solcher Trichter auch eine entsprechend
abgewandelte wassergekühlte Düse 24 der gasgeschützten Bauart aufweisen, um einen
Strom eines Lichtbogenschutzgases, wie Argon und/oder Helium, um das Ende der Elektrode
16 herumzuführen.
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Ganz allgemein wird nach dem Verfahren ein Lichtbogen zwischen dem
blanken Streifen 16 aus Metall und der Oberfläche 22 des zu schweißenden Metallkörpers
W gezündet und dieser Streifen fortlaufend in rechtwinkligerRichtung demLichtbogen
zugeführt, während das Ende des Streifens vom Lichtbogen gleichmäßig über die Breite
und fortschreitend in der Länge des Streifens geschmolzen wird. Wie in den Fig.
1 bis 3 gezeigt, findet das Metallichtbogenschweißen des Streifens unter einer Decke
23 aus granuliertem Schweißmittel statt, das auf der Werkstücksoberfläche durch
ein Rohr 25 des Trichters 2o hindurch abgelagert wurde. Wie in Fig.6 gezeigt, vollzieht
sich der Schweißvorgang unter einem Strom Seines geeigneten Gases, wie z.B.Argon,
welches dieLuft vomLichtbogenA abhält und auf diese Weise das zu schmelzende Metall
vor Verunreinigungen schützt. Zur Anwendung der Erfindung kann jedes Schutzgas verwendet
werden, welches das oder die speziellen zu schweißenden Metalle schützt.
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Bei durchgeführten Versuchen wurden sowohl Kupfer- als auch Stahlstreifenelektroden
der Schweißzone mittels eines Schweißkopfes 28 zugeführt, der mit gezähnten Antriebsrollen
18 versehen war, um den Streifen 16 durch das Rohr zu führen. Hierbei wurden zwei
Rollensätze verwendet, und zwar einer zum Zuführen flacher Streifen und der andere
(nicht veranschaulicht) zum Formen und Zuführen eines Streifens 3o von in diesem
Fäll prismatischem Querschnitt (Füg. 4). Mit diesem ergab sich ein außergewöhnlich
guter elektrischer Kontakt zwischen dem sich bewegenden Streifen und dem Kontaktteil
32 wegen der dabei stattfindenden Krümmung. Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt,
weist der Kopf 28 in räumlichem Abstand voneinander obere und untere Elektrodenführungen
34 und 36 auf, zwischen welchen die Zu führrollen 18 vorgesehen sind, welche den
Streifen 16 ergreifen und durch diesen Kopf hindurchführen.
Eine
gespaltene Kupferröhre 26 mit einem rechteckigen Schlitz, etwas größer im Querschnitt
als der Elektrodenstreifen, dient dem Abstützen des Streifens in dem Raum. zwischen
den Zugrollen 18 und der unteren Elektrodenführung 36. Der Kopf 28 ist einstellbar
auf dem Wagen angebracht, um die Neigung und Richtung der Elektrode in gewünschter
Weise einstellen zu können.
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Mit Kupferstreifenelektroden hergestellte Oberflächenabscheidungen:
Als Elektrode wurde ein flacher, extra weichgeglühter desoxydierterKupferstreifen
von 1,9 cm Breite und 0,71 mm Dicke verwendet, der auf Spulen erhältlich ist. Bei
Aufrechterhaltung nur eines kleinen Abstandes zwischen den Zuführrollen und dem
Zuführschlitz, wie in Fig. 2 gezeigt, wurde der weiche Kupferstreifen ohne Verwerfungen
zugeführt. Die Schweißraupen wurden auf einer Flußstahlplatte unter Einhaltung solcher
Schweißbedingungen abgeschieden, daß eine minimaleVermischung mit der Kupferauflage
stattfand.
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Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Schweißungen
mit einer Vermischung von 4 bis 5 0/a, vergleichbar mit solchen der Reihenlichtbogentechnik,
ließen sich ohne das Erfordernis der genauen Kontrolle der räumlichen Beziehungen
erreichen, die beim Reihenlichtbogenschweißen notwendig sind.
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2. Die Schweißungen waren gesund und zeigten ein brauchbares Oberflächenaussehen.
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3. Vielbahnige Oberflächenauftragungen wurden durch Legen einer Reihe
von Schweißraupen 4o in entsprechendem Abstand (Fig.2) und anschließendes Ausfüllen
der Zwischenräume 38 mit einer zweiten Reihe einzelner Schweißraupen hergestellt.
Die ersten Reihen wurden mit negativ gepolter Elektrode aufgebracht, um die Vermischung
herabzusetzen. Die zweiten Reihen wurden mit positiv gepolter Elektrode aufgetragen,
um die benachbarten Raupen am Rand aufzuschmelzen und die Grundplatte voll abzudecken.
Hierbei wurde gefunden, daß aufeinanderfolgende; aneinandergrenzende und sich überlappende
Schweißraupen nicht beide in zufriedenstellender Weise entweder nur mit negativer
oder nur mit positiver Elektrode aufgetragen werden konnten, weil die sich überlappenden
Schweißraupen entweder die vorhergehenden Schweißraupen nicht anschmolzen oder der
Einbrand in. die Grundplatte zu stark war. Diese Abhängigkeit der Einbrandtiefe
von der Polung ist an sich bekannt.
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4. Die Wirkungen der Schweißbedingungen entsprachen, wie festgestellt
wurde, im allgemeinen den Wirkungen dieser Bedingungen beim üblichen Schweißen mit
einer Elektrode. Besondere Wirkungen, die sich beim Schweißen mit dem für die Versuche
verwendetenKupferstreifen ergaben, sind folgende: a) Stromstärken-Optimum: 35o Amp.
Unter 350 Amp. zeigten die Schweißsteuerung und die Schweißraupen eine geringere
Gleichförmigkeit. Über 35o Amp. waren die Schweißung und die Schweißraupe gleichförmig,
doch erhöhte sich der Einbrand erheblich. Bei Elektrode am :Minuspol war der Einbrand
gering, umgekehrt war er bei Einzelraupen übermäßig stark.
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b) Spannungsoptimum: 3o bis 35 Volt. Mit abnehmender Spannung wurde
die Schweißraupenbreite geringer und der Einbrand größer. Bei Erhöhung der Spannung
auf über 35 Volt neigte der Schweißvorgang dazu, unruhig zu werden, wodurch die
Raupenoberfläche rauh wurde.
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c) Arbeitsgeschwindigkeits-Optimum : 15,2 cm/ min. Bei größerer Geschwindigkeit
nahm der Einbrand zu.
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d) Neigung der Elektrode gegenüber der Senkrechten. Der Winkel der
Elektrode gegen die Senkrechte hatte bis zu 18° keinen erkennbaren Einfluß auf die
Form der Schweißung oder den Einbrand.
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5. Die Raupen mit- brauchbarem Oberflächenaussehen und verhältnismäßig
geringer Vermischung enthielten, wie sich bei Querschnittsprüfungen ergab, 4 bis
5 % Eisen; andere lagen zwischen 6 und 13 °/a Eisen. Beobachtungen von Schweißergebnissen
von Streifenelektroden auf flachen Grundplatten gemäß der Erfindung ließen erkennen,
daß Umfangsauftragungen auf zylindrischen Werkstücken mit ziemlich großem Durchmesser,
wie z. B. Bremstrommeln oder Trockenrollen, durchaus möglich sind. Der Elektrodenverbrauch
für Schweißungen geringerer Vermischung, die bei 35o Amp., 31 Volt und Gleichstrom
mit der Elektrode am Minuspol durchgeführt wurden, betrug q.26 gr/min bei einer
Geschwindigkeit von 15,2 cm/min und 318 gr/min bei einer Geschwindigkeit von
20,3 cm/min.
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Die vorstehenden Angaben wurden alle mit Kupferstreifen ein und derselben
Größe und gleichen Verhältnisses der Breite zur Dicke durchgeführt. Andere Eigenschaften,
wie z. B. höhere Geschwindigkeit, geringere Vermischung oder breitere Schweißungen,
lassen sich mit Hilfe von Streifen anderer Größe erzielen.
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Mit Flußstahl- und rostsicheren Stahlstreifen hergestellte Oberflächenabscheidungen:
Zur Bestimmung der ungefähren Schweißbedingungen wurden. vorläufige Auftragschweißungen
mit Flußstahlbändern, wie sie beim Zusammenbinden schweren Gutes für Transporte
verwendet werden, .auf Flußstahlplatten hergestellt. Hierbei wurden Versuche mit
zwei Streifengrößen durchgeführt, und zwar 1,9 cm breit und 0,51 mm dick bzw. 1,9
cm breit und o,89 mm dick, was in der Querschnittsfläche runden Elektroden von etwa
3,57 mm bzw. 4,76 mm j Durchmesser entspricht.
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Schweißungen mit gutem Oberflächenaussehen wurden mit den Streifen
beider Größen über einen ziemlich weiten Bereich der Schweißbedingungen erzielt:
Querschnittsuntersuchungen ergaben, daß i sich bei richtiger Wahl von Leistung und
Arbeitsgeschwindigkeit ein verhältnismäßig niedriges Ausmaß an Vermischung ergab.
Allgemein lagen die besten Schweißbedingungen bei 3oo bis 4oo Amp., 28 bis
30 Volt und einer Arbeitsgeschwindigkeit i von 20,3 bis
30,5 cm/min.
Um die Grundlage für einen Vergleich der Vermischung
von mit Streifenelektroden hergestellten Abscheidungen aus .rostfreiem Stahl mit
solchen nach dem Verfahren mit Reihenlichtbogen hergestellten zu bekommen, wurden
eine Anzahl von Auftragungen unter Verwendung eines rostsicheren Stahlstreifens
mit 1811/a Cr = 8% Ni von 1,g cm Breite und o,61 mm Dicke hergestellt. Der Streifen
hatte ungefähr die gleiche Querschnittsfläche wie eine zylindrische Elektrode von
3,97 mm Durchmesser. Es wurde gefunden, daß sich eine gute Stabilität mit
Schweißströmen von 325 bis 55o Amp., 28 bis 35 Volt und einer Arbeitsgeschwindigkeit
von 15,2 bis 20,3 cm/min erzielen ließ. Im Hinblick auf eine niedrige Vermischung
kam man zu den besten Ergebnissen bei ungefähr 35o Amp. Gleichstrom mit Minuspol
an der Elektrode, 3o Volt und Arbeitsgeschwindigkeiten von 15,2 bis 20,3
cm/min. Die Vermischung der besten dieser Abscheidungen lagen in der Größenordnung
von g bis 1211/o.
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Der Elektrodenverbrauch für Schweißungen geringer Vermischung bei
35o Amp. Gleichstrom direkter Polarität und 30 Volt betrug bei einer Arbeitsgeschwindigkeit
von 15,2 cm/min 218 gr/min und bei 20,3 cm/min 172 gr/min.
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Die Ergebnisse der Schweißungen mit rostsicherem Stahl mit 18% Cr
= 811/a Ni unter Verwendung von Streifen von 1,9 cm Breite und o,61 mm Dicke können
wie folgt zusammengefaßt werden: 1. Sehweißungen mit einer Vermischung von g bis
1211/a, d. h. viel geringer als jene, die sich mit Einzelelektroden erzielen lassen,
wurden ohne die Notwendigkeit einer engen räumlichen Kontrolle wie beim Schweißen.
mit mehreren Lichtbogen erreicht. 2. Die Schweißungen waren gesund; die Oberflächenqualität
entsprach der beim Schweißen mit mehreren Lichtbogen erzielten.
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3. Die Abscheidung, vielstreifiger Aufträgflächen .ließ sich mit Hilfe
der Überlappungstechnik durchführen.
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q.. Besondere, sich aus dem Schweißen mit den für die Versuche verwendeten
Streifen aus rostsicherem Stahl ergebende Wirkungen waren die folgenden: a) Stromstärken-Optimum
: 35o Amp., Gleichstrom mit negativ gepolter Elektrode. Unter 35o Amp. waren die
Schweißungen nicht gleichfö.rmig. Bei Erhöhung der Stromstärke auf über 35o Amp.
erhielten die Schweißungen ihre Gleichförmigkeit zurück, doch war der Einbrand größer.
Der geringste Einbrand wurde mit Gleichstrom an negativer Elektrode erzielt, dein
Wechselstrom und Gleichstrom mit Elektrode am Pluspol folgten.
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'b) Spannungs-Optimum : 30 bis 33 Volt. Bei ab-
nehmender
Spannung wurden die Schweißraupen schmaler, und der Einbrand nahm zu. Bei einer
Erhöhung der Spannung auf über 35 Volt wurde der Schweißvorgang zu unruhig und die:Schweißung
rauh.
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c) Arbeitsgeschwindigkeits-Optimum : I5,2 bis 20,3 cm/min.
Bei größerer Geschwindigkeit nahm der Einbrand zu. Eine Geschwindigkeit von 15,2
cm/min war nm Hinblick auf die Vermischung etwas besser als 2o,3 cm/min.
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d) Neigung der Elektrode gegenüber der Senkrechten. Wie mit dem Kupferstreifen
ergaben sich kleine Unterschiede in Qualität oder Form der Schweißung beim geneigten
Zuführen der Elektrode in einem. zur Senkrechten nach vorn oder nach rückwärts abweichendere
Winkel.
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Schweißungen mit einer Vermischung, die mit derjenigen vergleichbar
ist, die mit dem Reihenlichtbogenverfahren erzielt wurde, ließen sich nach der Erfindung
mit Streifenelektroden herstellen. Mit Kupferstreifen lag die Vermischung in der
Größenordnung von 511/o, wie es durch den Eisengehalt bestimmt wurde. Mit Streifen
aus rostsicherem Stahl betrug der Gesamtverlust an Legierungsgehalt viel weniger
als beim Schweißen mit Drahtelektroden.. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren nur
eine einzige Elektrode verwendet wird, werden Änderungen hinsichtlich des Abstandes
zwischen der Werkstücksoberfläche und dem abschmelzenden Ende der Elektrode über
-die Lichtbogenspannungskontrolle vollständig kompensiert ,und ändern nicht die
Schweiß-Charakteristik wie beim Reihenlichtbogenschweißen, bei welchem die Korrektur
solcher Änderungen im Abstand infolge des zusammenlaufenden Weges der beiden Elektroden
!die Entfernung .zwischen den abschmelzenden Enden beeinflußt und damit das elektrische
Gleichgewicht des Elektrode-zu-Elektrode-Lichtbogens gegenüber dem Elektrode-zu-Werkstück-Lichtbogen.
Diese Eigenschaft des neuen. Verfahrens ist von größter praktischer Bedeutung, weil
sie den verhältnismäßig großen Nachteil des Reihenlichtbogenverfahrens beseitigt
.und zugleich Möglichkeiten .bietet, die für Reihenlichtbogen, insbesondere aus
mechanischen Gründen, nicht in Betracht kommen.
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Andere Anwendungsmöglichkeiten für Streifenelektroden, welche den
Vorteil der Andersartigkeit ihrer Abschmelzcharakteristiken im Vergleich zu üblichen
zylindrischen Elektroden ausnutzen, sind a) zum Stumpfschweißen von rostigen oder
öligen Blechen, wofür der Streifen parallel zur Schweißrichtung ausgerichtet werden
kann, damit die Längsdimension des Querschnitts ausgenutzt wird (Fig. 3), so daß
.die Schweißhitze je Schweißlängeneinheit über einen größeren Zeitraum verteilt
wird als mit zylindrischen Elektroden; b) zum Schweißen im Falle einer ungenauen
Zupassung, wofür der Streifen 16, wie in Fig. 5 gezeigt, unter einem ausreichenden
Winkel zur Schweißnut angeordnet werden kann; um hierdurch die Löcher zu überbrücken,
wodurch eine dürchbrandfreie Schweißung ermöglicht wird.
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Das Verhältnis von Breite zu Dicke des Streifens liegt vorzugsweise
in der Größenordnung von 32 : 1, während das größte Verhältnis von Breite zu Dicke,
das bei den bisherigen bekannten Verfahren unter Anwendung von Streifenelektroden
benutzt wurde, nie 16 : 1 erreichte. Die Notwendigkeit für Schwingbewegungen des
Streifens, wie sie
bei früheren Streifenverfahren unerläßlich war,
wird durch ein größeres Verhältnis der Breite zur Dicke vermieden. Außerdem können
bei Anwendung eines relativ großen Verhältnisses von Breite zu Dicke Streifen von
weniger als 2,54 cm Breite bei dem Verfahren nach der Erfindung erfolgreich Anwendung
finden.
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Des weiteren wurde eine Reihe von Schweißungen hergestellt, um das
Mindestverhältnis von Breite zu Dicke für Streifenelektroden zu bestimmen, welche
die Vorteile des Streifens für Oberflächenabscheidungen gewährleisten. Diese Schweißungen
wurden auf Flußstahlplatten mittels Streifen von 0,94 mm Dicke und unterschiedlichen
Breiten vorgenommen. Die ausgewählten Breiten und die entsprechenden Verhältnisse
von Breite zu Dicke waren:
| Breite in cm Verhältnis von Breite zu Dicke |
| x,9i 20: x |
| 459 16,7: _ |
| 1,27 13,3: r |
| 0,95 ro : z |
| o,64 6,7: z |
Solche Schweißungen wurden bei den üblichen Stromdichten und einer Arbeitsgeschwindigkeit
von 17,8 cm/min vorgenommen. Obgleich der Einbrand infolge der Streifenbreite von
0,95 cm, mit einem Verhältnis von io : i, flach blieb, weil das Verhältnis
von Breite zu Dicke unter etwa 16: i sank, wurden die Schweißungen rauher und weniger
gleichförmig im Aussehen. Um die optimalen Eigenschaften von niedrigem Einbrand,
Gleichförmigkeit und Glätte der abgeschiedenen Oberflächenschweißung zu erzielen,
wird vorzugsweise die untere Grenze des Verhältnisses von Breite zu Dicke auf 16:
i beschränkt. Zusätzlich zur Rauheit erzeugt der Streifen geringerer Breite eine
verhältnismäßig hohe Raupe relativ zur Breite, was wiederum ein beträchtliches Überlappen
der parallelen Schweißraupen bedingt, um die gesamte Oberfläche einer Platte ohne
Furchenbildung zu bedecken.. Bei einer breiteren Abschcidung :ist es nur erforderlich,
einen geringen Teil der vorhergehenden Raupe zu bedecken, um eine ziemlich gleichmäßige
Gesamtoberfläche zu gewährleisten. Wie oben angegeben, ist ein geringer Einbrand
beim Oberflächenabdecken von außerordentlicher Wichtigkeit, um den Verlust von Legierungsbestandteilen
in der O.berflächenauftragung .zu verhüten. Dieser Verlust ist unvermeidbar, wenn
der Einbrand übermäßig stark ist.
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Obgleich andere Faktoren, wie die Streifenzuführgeschwündigkeit, nicht
durch den Streifen mit einem Verhältnis der Breite zur Dicke von mehr als 16 : i
beeinflußt werden, .unterstützen die vorstehenden Darlegungen den kritischen Charakter
des in . der vorliegenden Erfindung umfaßten Bereiches.
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Den Stumpfschweißungen ähnliche Auftragungen wurden in Nuten, die
in 1,2,7 cm dicke Platten geschnitten wurden, mit der Streifenelektrode sowohl in
Längs- als auch in Querrichtung hergestellt. Die Schweißraupen waren von gutem Oberflächenaussehen
und gesund, jedoch war der Einbrand in allen Fällen zu gering, um auch die Wurzel
der Prismenbasis durchzuschmelzen unter Zurücklassung einer kleinen Menge geschmolzenen
oder teilweise geschmolzenen Schweißmittels am Boden der Schweißung. Hieraus ergibt
sich, daß das vorliegende Verfahren in den Fällen anwendbar ist, wo geringerer Einbrand
erwünscht ist, wie z. B. beim Oberflächenverkleiden und Stumpfschweißen, wo der
Basisabstand zu breit ist für das herkömmliche Verfahren mit zylindrischen Elektroden.
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Die Erfindung schließt des weiteren die Verwendung entweder eines
gebogenen oder auch eines flachen Streifens S' ein, der entweder senkrecht (Fig.
7) oder tangential (Fig. 8) zu der zylindrischen Oberfläche C eines Werkstückes
O oder unter Winkeln von bis i8° in beiden Richtungen gegenüber der Vertikalen (Fig.
7) zugeführt wird.