GUNZELMANN, Karl-Heinz (Händelstr. 12, Nürnberg, 90491, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Verschweißen von Rotorwellen oder scheibenförmigen Rotorwellensegmenten (20, 21) miteinander, vorzugs- weise im Turbinen- und Generatorbau, dadurch gekennzeichnet, dass ein MSG-Engspalt-Schweißverfahren eingesetzt wird, wobei die Schweißelektrode (3) sich umlaufend (1) parallel zur Wel¬ lenoberfläche (22, 23) mit einer Drahtvorschubgeschwindigkeit (vi) bewegt und zwischen einer ersten und einer zweiten Naht- flanke (10, 11) der zu verbindenden Stirnflächen/-bereichen (10, 11) der Rotorwellen (20, 21) mit einer vorgegebenen Pendelfrequenz bzw. Pendelgeschwindigkeit (v8) hin- und herpendelt, dass die Schweißelektrode (3) bei den Umkehrpunkten zwischen den jeweiligen Nahtflanken (10, 11) für eine vorgegebene Flankenhaltezeit (t) verweilt, und dass die Lichtbogenleistung (P) im Bereich der Nahtflanken (10, 11), insbesondere aber nicht ausschließlich während der Flankenhaltezeit (t) erhöht wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenleistung (P) mit Hilfe einer umschaltbaren Schweißstromquelle (Q) erhöht wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenleistung (P) so variabel einstellbar ist, dass die Kombination von niedrigenergetischen Lichtbogenarten, z.B. Kurzlichtbogen oder AC-Lichtbogen mit Hochleistungslichtbogenarten, z.B. Sprühlichtbogen oder hochpulsmodu- liertem Lichtbogen ermöglicht wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer der eingestellten Lichtbogenart der Sig¬ nalverlauf des Stroms der Schweißelektrode (3) zum Regeln des Schweißprozesses ausgewertet wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge nnzeichnet, dass der Pendelwinkel (a) und/oder die Flan- kenhaltezeit (t) unabhängig von einander regelbar sind, wobei der Pendelwinkel abhängig ist von der Fugenbreite und der er¬ zeugten Schweißenergie im Flankenbereich und die Flankenhal- tezeit (t) abhängig ist von der Haltezeit durch erlaubtem Wärmeeintrag und der Schweißgeschwindigkeit. 6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtvorschubgeschwindigkeit (v) -der Schweißelektrode (3) direkt · abhängig von der jeweils einge- stellten Lichtbogenleistung (P) ist. |
Verfahren zum Verschweißen von Rotorwellen und/oder Rotorwellensegmenten (Scheiben) im Turbinen- und Generatorbau
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von Rotorwellen und/oder Rotorwellensegmenten (Scheiben) im Turbinen- und Generatorbau
Beim Verbindungsschweißen von Rotorwellen im Turbinen- und Generatorbau wird die Metall-Schutzgas (MSG) - Engspalt- Schweißtechnologie verwendet, um geschmiedete Wellenteil ¬ stücke zu einem Gesamtrotor zusammenzusetzen.
Die richtige Wärmeführung · hat · entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften · des Wellenstahls nach dem Schweißen und gegebe ¬ nenfalls nach der entsprechenden Wärmenachbehandlung. Ähnliche Anforderungen werden z.B. auch beim Schweißen von hochfesten Feinkornbaustählen gestellt. Geringe Streckenenergie und reproduzierbarer Flankeneinbrand sind primär die quali ¬ tätsrelevanten Parameter.
Eine hohe Schweißvorschubgeschwindigkeit (entspricht geringer Streckenenergie) , insbesondere bei pendelnder Drahtelektrode, und geringe Verweilzeiten beeinflussen die Nahtausbildung an den Flanken des Schweißguts.
Es können dabei vor allem Einbrandkerben mit bevorzugter Schlackeansammlung an den Flanken entstehen. Schlackeneinschlüsse und Einbrandkerben erhöhen das Qualitätsrisiko. Wei ¬ terhin kann es passieren, dass sich an der Flanke ein hochgezogener Schmelzradius mit einer badewannenförmigen Oberflächenkontur zwischen den beiden Flanken/Hohlkehle nicht einstellt .
Zum Wiederaufschmelzen von Schlackeresten und Einbrandkerben ist an diesen Stellen ausreichende Lichtbogen- bzw. Wärmeleistung erforderlich. Längere Verweilzeiten bieten diese Möglichkeit, erhöhen jedoch die Streckenenergie, was bei die ¬ sen Stählen eine geringere Zähigkeit und Festigkeit ergibt und somit qualitätsmindernd wirkt. Die Möglichkeiten der Pendelraupen-Technik, den Verlauf von Schweißstrom und Schweißspannung als Sensorsignal für den Flankeneinbrand und zur Nahtverfolgung zu nutzen, werden bereits genutzt. Die Auswertung dieser Signale ist bei bestimm ¬ ten Lichtbogenarten (z.B. Kurzlichtbogen) sehr schwer und zum Teil nicht ausreichend erfolgreich.
Bei wärmeempfindlichen Werkstoffen wird heute fast ausschließlich in nicht gependelter Strichraupentechnik geschweißt, weil hierdurch die Einstellung der gewünschten Streckenenergie über die Lichtbogenparameter einfach erreichbar ist. Die Schweißnahtflanke wird nur verlassen, wenn eine weitere Raupe neben der ersten geschweißt wird. Im Allgemei ¬ nen erfolgt die Einstellung der Lichtbogenposition visuell durch den Schweißer und ist daher stark von dessen Fähigkei- ten abhängig. Bei hohen Anforderungen und langen Schweißzeiten birgt dies Qualitätsrisiken.
Das mechanisierte MSG-Engspaltschweißen m Pendelraupentechnik lässt sich derzeit für wärmeempfindliche Werkstoffe nur dann nutzen, wenn geringe Abschmelzleistungen/Schweißleis ¬ tungen mit verminderter Wirtschaftlichkeit akzeptiert werden
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das MSG-Engspaltschweißen mit Pendelraupentechnik auch bei Werkstoffen nutzen zu können, die bisher eine nur niedrige Streckenenergie erlaubten.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Aus führungs formen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Das Verfahren zum Verschweißen von Rotorwellen miteinander ermöglicht durch das Erhöhen der Lichtbogenleistung im Bereich der Nahtflanken einen guten Einbrand der Schweißnaht und eine optimale Ausformung der Naht in Form einer Hohlkehle. Eine Hohlkehle ist der radiusförmige Übergang von der Schweißnahtoberfläche zur Fugenflanke. Die Erhöhung der
Schweißgeschwindigkeit für geringe Streckenenergie erfordert kurze Verweilzeiten bzw. Haltezeiten des pendelnden Lichtbogens an den Fugenflanken. Das Defizit an Schmelzenergie wäh ¬ rend kurzer Verweilzeiten wird durch kurzzeitige Erhöhung der Lichtbogenleistung an den Flanken ausgeglichen und die Sicherheit gegen Flankenbindefehler verbessert. Somit wird Ver- weilzeit durch Lichtbogenenergie substituiert, um guten Ein- brand und optimale Nahtformung (Hohlkehle) zu erhalten
Bevorzugt wird die Lichtbogenleistung mit Hilfe einer umschaltbaren Schweißstromquelle eingestellt, wodurch eine Op- timierung der Schweißnahtqualität erzielt wird.
Bevorzugt ist die Lichtbogenleistung der Schweißstromquelle so variabel einstellbar, dass die Kombination von niedrigenergetischen Lichtbogenarten, z.B. Kurzlichtbogen oder AC- Lichtbogen mit Hochleistungslichtbogenarten, z.B. Sprühlichtbogen oder hochpulsmoduliertem Lichtbogen ermöglicht wird. Hierfür sind spezielle, schnell umschaltbare Schweißstrom ¬ quellen erforderlich, die die erforderliche Prozessdynamik sowohl elektrisch als auch mechanisch zur Verfügung stellen. Dadurch werden die Qualität und die Wirtschaftlichkeit der Verschweißung erhöht.
Bevorzugt kann durch Messen und Auswerten des Signalverlaufs von Schweißstrom und/oder Schweißspannung der Schweißprozess geregelt werden und somit Änderungen der Schweißparameter zur Erhöhung der Schweißnahtqualität ausgeglichen werden.
Bevorzugt werden durch Einstellen des Pendelwinkels und der Flankenhaltezeit die Verschweißparameter an unterschiedliche Wellenmaterialien angepasst. Die erzielten Schweißnähte mit dem typischen gleichmäßigen Nahtaufbau erfüllen höchste Qualitätsanforderungen. Die vergleichsweise niedrige Energieeinbringung beim MSG-Engspalt- schweißen bringt insbesondere für wärmeempfindliche Werkstof- fe wie Feinkornbaustähle und Chrom-Nickel-Stähle weitere Vor ¬ teile.
Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert. Es zeigt :
Figur 1: Zwei mit Hilfe einer Schweißvorrichtung verbundene
Wellen im Querschnitt und in Aufsicht
In Figur 1 sind zwei Wellen 20, 21 mit jeweils Halterungen 31, 32, 33, 34 für Turbinenschaufeln (nicht dargestellt) dargestellt, die mittels einer Schweißvorrichtung mit einer als Drahtelektrode ausgebildeten Schweißelektrode 3 und einer Schweißstromquelle Q miteinander an ihren jeweiligen Stirnbereichen 10, 11 verschweißbar sind.
Die Schweißvorrichtung verwendet das MSG-Engspalt-Schweiß- verfahren (MSG=Metall-Schutzgas ) , bei dem sich die einen Lichtbogen erzeugende Schweißelektrode 3 umlaufend in Vor ¬ schubrichtung 1 im Wesentlichen parallel zur Wellenoberflä- chen 22, 23 mit einer Drahtvorschubgeschwindigkeit v bewegt. Die Schweißelektrode 3 pendelt zwischen der ersten und zwei ¬ ten Nahtflanke 10, 11 der zu verbindenden Stirnflächen/- bereichen 10, 11 der Rotorwellen 20, 21 hin- und her und erzeugt so die Schweißnaht 5 mit der entsprechenden Ausformung der Schweißraupe 6.
Die Schweißelektrode 3 verweilt bei den Umkehrpunkten im Be ¬ reich der zwischen den jeweiligen Nahtflanken 10, 11 für eine vorgegebene Flankenhaltezeit t. Dabei wird im Bereich der Nahtflanken 10, 11, insbesondere aber nicht ausschließlich während der Flankenhaltezeit t die Lichtbogenleistung P er ¬ höht. Dies geschieht bevorzugt mit Hilfe einer in der Leis ¬ tung umschaltbaren Schweißstromquelle Q. Die Lichtbogenleistung P ist bevorzugt so variabel einstell ¬ bar, dass die Kombination von niedrigenergetischen Lichtbogenarten, z.B. Kurzlichtbogen oder AC-Lichtbogen, mit Hoch- leistungslichtbogenarten, z.B. Sprühlichtbogen oder hochpuls- moduliertem Lichtbogen, ermöglicht wird.
Zumindest bei einer der eingestellten Lichtbogenarten wird der Signalverlauf von Schweißstrom und/oder Schweißspannung der Schweißelektrode 3 zum Regeln des Schweißprozesses ausge ¬ wertet wird.
Der Pendelwinkel a, d.h. das Verhältnis der Vorschubgeschwin ¬ digkeit vi und der Pendelgeschwindigkeit bzw. Pendelfrequenz v8 und die Flankenhaltezeit t sind individuell regelbar und an die Umgebungsbedingungen anpassbar.
Die Drahtvorschubgeschwindigkeit vi -der Schweißelektrode 3 ist bevorzugt direkt · abhängig von der jeweils eingestellten Lichtbogenleistung P.
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