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Verfahren zum Schweissen von Blechen, Walzstäben, Rohren u. dgl.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Schweissen von Längsnähten bzw. langgestreckten
Teilen von Blechen, Walzstäben, Rohren u. dgl., bei welchem eine Vorspannung an das zu schweissende Werkstück angelegt wird.
Beim Schweissen von Werkstücken treten die bekannten Schrumpfspannungen auf, die zu bleibenden Form-, Lage-und Spannungs- änderungen führen. Die wesentliche Ursache für die Entstehung dieser Schrumpfspannungen ist die bei Erhitzen der Schweisszone auftretende warmplastische Verdichtung, als deren Folge sich die sogenannten Zwängschrumpfspannungen ausbilden. Diese können die Beanspruchbarkeit des
Bauteiles herabsetzen, zu Rissbildungen führen und fallweise umständliche Nacharbeiten erforderlich machen.
Man hat bereits Druckvorspannungen beim
Schweissen querschrumpfbehinderter Nähte angewendet, wobei man das zu schweissende Werkstück in Richtung quer (senkrecht) zur Schweissnaht unter Druckspannung setzte. Es wurde dadurch eine Abschwächung der Auswirkung der Zugschrumpfspannungen erreicht, eine völlige Beseitigung dieser Auswirkungen ist aber mit diesem Verfahren nicht möglich gewesen.
Gemäss der Erfindung soll das Auftreten von Zugschrumpfspannungen selbst verhindertwerden, so dass die bekannten Nachteile, die sich aus Zugschrumpfspannungen ergeben, von selbst wegfallen.
Das Verfahren besteht darin, dass vor Beginn der Erhitzung der Schweisszone eine Zugspannung in Richtung der Schweissnaht erzeugt und die Schweissung während des Bestehens dieser Zugspannung durchgeführt wird.
Das Verfahren ist nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert, u. zw. zeigen die Fig. 1-4 diagramatisch die Spannungsverhältnisse beim Schweissen zweier Bleche nach der bisher üblichen Methode, die Fig. 5-8 diagramatisch die Spannungsverhältnisse beim Schweissen der selben Bleche gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren.
Die Fig. 9 veranschaulicht die Anordnung zweier aneinandergestossener, zur Schweissverbindung bestimmter Bleche.
In den Fig. 1-8 bedeutet 1 und l'je ein Blechstück und 2 die Zone, längs welcher eine Schweissarbeit, z. B. eine Verbindungsschweissung vorgenommen werden soll.
Die kalten Blechstücke 1 und 1', an welchen mit der Arbeit noch nicht begonnen wurde, sind gemäss Fig. 1 spannungslos, was durch die Diagrammlinie 3 versinnbildlicht ist. Werden die Blechstücke im Bereiche der Zone 2 erhitzt, so erhält diese Zone die Tendenz sich zu verlängern, also zu dehnen. Es bilden sich nun die in Fig. 2 durch die Linie 3, 3', 3 versinnbildlichten Spannungsverhältnisse, also in der Zone 2 eine Druckspannung 3'und in den übrigen, nicht erhitzten Teilen der Bleche, Zugspannungen 3.
Wird die Erhitzung fortgesetzt, so tritt bei Erreichung der Hellglut in der Zone 2 der bildsame Zustand ein, so dass unter dem Einfluss der entstandenen Druckspannung eine warmplastische Verdichtung des Materials im Bereiche der Zone 2 auftritt, bei der die Druckspannungen ohne Längen- änderung der Zone 2 sich abbauen. Das Material der Zone 2 wird nämlich verdichtet, wodurch die Spannungen verschwinden. Diese Materialverdichtung im Bereiche der Zone 2 isteine bleibende.
Während dieses in Fig. 3 versinnbildlichten Zustandes erfolgt die Schweissung, nach deren Vollendung die fertiggeschweissten Bleche erkalten.
In erkaltetem Zustande bilden sich dann die in Fig. 4 versinnbildlichten Spannungsverhältnisse heraus, nämlich infolge Verkürzung der erkalteten Zone 2 von der Länge a auf die
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auf die Länge b'. Die Zugspannung im Bereiche der Zone 2 baut sich ab, wodurch diese Zone spannungslos wird, während in den umliegenden Zonen der Bleche die Zugspannung 4 ansteigt.
Bei Erreichung der Hellglut bleibt dieser in Fig. 6 versinnbildlichte Zustand erhalten, wie Fig. 7 zeigt, die die Spannungsverhältnisse bei Hellglut ersichtlich machen. Bei Hellglut der Zone 2 wird dann die Schweissung vorgenommen, worauf das Werkstück erkaltet. Hiebet verkürzt sich die Zone wieder auf ihre ursprüngliche Länge b und die Spannungsverhältnisse sind, wie Fig. 8 erkennen lässt, die gleichen, wie sie vor Beginn der Arbeit waren, also die gleichen, wie sie die Fig. 5 versinnbildlicht.
Bei hinreichend hoher Zugspannung p treten daher weder Form-, Lage-oder innere Spannungs- änderungen im geschweissten Werkstück auf.
Während bei der bisherigen Schweissart gemäss Fig. 1-4 die warmplastische Verdichtung, die bei Hellglut in der Schweisszone auftritt, die Umkehrbarkeit der "Längung bei Erwärmen"in "Kürzung bei Erkalten"störte, ist dies beim er- findungsgemässen Verfahren nicht mehr der Fall, da durch dieses die schädliche warmplastische Verdichtung nicht eintritt, daher auch beim Erkalten die sogenanntenZwängschrumpfspannungen nicht auftreten können.
Steht die Schweisszone unter entsprechendhoher Zugspannung, so wird die temperaturbedingte Verlängerung der Schweisszone erleichtert.
Die Fig. 9 veranschaulicht beispielsweise zwei stumpf aneinandergestossene Bleche 7 und 8, die längs der Stossfuge 9-9'miteinander durch Schweissung verbunden werden sollen. Gemäss der Verfahren werden diese vor Beginn der Schweissarbeit, z. B. in Backen d eingeklemmt und unter Zug in Richtung der Pfeile p versetzt und die Schweissung während des Bestehens dieser Zugspannung vorgenommen. Erst nach völligem Erkalten wird die Zugspannung aufgelassen.
Diese Zugspannungen können aufmechanischem Wege im zu schweissenden Werkstück erzeugt werden oder aber auf thermischem Wege.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Schweissen von Blechen, Walzstäben, Rohren u. dgl., bei welchem eine Vorspannung an das zu schweissende Werkstück angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn der Erhitzung der Schweisszone eine Zugspannung in Richtung der Schweissnaht erzeugt und die Schweissarbeit während des Bestehens
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