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Verfahren zum aluminothermischen Zwischengussschweissen von Werkstücken, vorzugsweise Schienen, und Vorrichtung zur Ausübung der Verfahrens Es ist bekannt, Werkstücke beliebiger Form, vornehmlich Schienen, nach dem aluminothermischen Zwischengussverfahren zu verschweissen.
Dabei wird z. B. zwischen die vorgewärmten, in einer Giessform befindlichen Enden von zu schweissenden Schienen aluminothermisch erzeugter. Stahl gegossen, wobei idie Aufschmelzung des Schienenmaterials und seine porenfreie Verschwei- ssung mit dem aluminothermischen Stahl erfolgt.
Das bekannte, bisher übliche Zwischengussverfahren wird z. B. für eine Schweissung von Schienen gemäss den Fig. 1-5 so durchgeführt, dass die beiden Enden der Schienen 1 und 2 mit einer aus feuerfestem Formsand bestehenden zwei- oder mehrteiligen Giessform 3 umgeben werden. Mittels einer Anpressvorrichtung 4 werden die einzelnen Teile der Giessform 3 zusammen-und gleichzeitig an die Schienen 1 und 2 gepresst (vgl.
Fig. l und 2).
In dem Raum 7 der Giessform 3 wird durch einen Kanal 8 mittels eines Gebläses 9 ein nicht brennendes Gemisch von Propan (oder Butan, Benzin, Benzol u. a. ) mit Luft, gegebenenfalls unter zusätzlicher Beimischung von Sauerstoff, eingeblasen und in der Giessform gezündet und verbrannt. Die Verbrennungsgase entweichen durch die Steigerkanäle 10 und andere öffnungen der Form, z. B. auch durch die an den. Schienenfüssen angeordneten Kanäle 11. Nach Vorwärmung der zu schweissenden Schienenenden und nach Trocknen und Ausglühen. der Giessform 3 wird nach Entfernung des Gebläses 9 der Kanal 8 mittels eines Stopfens 12 verschlossen (Fig. 3).
In dem genau über der Giessform 3 ausgerichteten Tiegel 17 wird die aluminothermische Schweissmasse zur Reaktion gebracht und der dabei erzeugte aluminothermische Stahl durch Entfernen des'unten im Tiegel befindlichen Verichlussstiftes 13 entnommen. Der Stahl fliesst über die im oberen Teil der Giessform 3 befindliche topfartige Vertiefung 14 durch die beiden Stei- gerkanäle 10 (Fig. 4) oder durch getrennt von den Steigern angeordnete Einlaufkanäle 15 ins Innere der Giessform (Fig. 5).
Die beim aluminothermischen Prozess anfallen- de flüssige Schlacke fliesst nach dem Stahl aus dem Tiegel 17 aus und wird in dem oben in der.
Giessform liegenden Raum 16 aufgefangen.
Wenige Minuten nach dem aluminothermischen Guss wird die Giessform entfernt und es werden , dann die Steiger und Schweisswülste am Schienen, kopf im rotwarmen Zustand abgemeisselt. Der Schweissvorgang ist, damit ! beendet.
Die Durchführung dieses bekannten Verfahrens
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Wachsamkeit Ibezuglich derGiessvorganges. Bisher wird die Form fast aus- schliesslich am Orte. der Schweissung aus feuchtem, feuerfestem Sand über einem Modell gestampft. Der verwendete Sand muss hinsichtlich der Feuerfestigkeit, des Gehaltes an Ton und an Feuchtigkeit, Verteilung. der Korngrössen und der Durchlässigkeit gegenüber Gasen festgelegte Bedingungen erfüllen. Versuche, die Form vorzu. trocknen, hatten keinen Erfolg, weil beim Anpressen an die Schienen Risse eintraten, die zum Auslaufen des a-luminothermischen Stahls geführt haben.
Für eine gleichmässige Vorwärmung ist die Beschaffenheit des Brennstoffes von besonderer Bedeutung. Man kann erfahrungsgemäss nur Brennstoffe mit geringer Entzündungsgeschwin- digkeit, hoch liegendem Zündpunkt und mässiger Verbrennungstemperatur benutzen. Brennstoffe, wie Wiasserstoff oder Acetylen, d. h. solche mit niedrig liegenden Zündpunkt, hoher Entzündungsgeschwindigkeit und hoher Verbrennungstemperatur, sind für dieses Verfahren weder in Mischung mit Luft noch in Mischung mit Sauer-
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Das nachträgliche Verschliessen des Einblas- : kanals mit einem Stopfen vor dem aluminother- mischen Guss bedingt einen Zeitverlust.
Während dieser Zeit können sich die vorgewärmten Schie-
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neu'unerwünscht abkühlen. Auch kann die beim folgenden aluminothermischen Guss eintretende Berührung des flüssigen Stahls mit dem Ende des meist kalten Verschlussstopfens Anlass zur Po-
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Es wurde nun gefunden, dass es mittels eines neuen sogenannten Schnellverfahrens möglich ist, die für eine Zwischengussschweissung erforderliche Zeit durch Veränderung und Vereinfachung der Geräte, durch Veränderung der Vorwärmung
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vermindern.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum aluminothermischen Zwischengussschweissen von Werkstücken, vorzugsweise Schienen, bei dem die von Formikörpsrn umgebenen Werkstückenden vorgewärmt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass an einem andern Ort vorgefertigte, aus feuerfestem Material bestehende Formkörper mittels einer Schnellspannvorrichtung, zweckmässig unter Zwischenschaltung eines Einsatzkastens an die zu schweissenden Werkstückenden angepresst werden und die Vorwärmung durch von oben in einen Steigerkanal schlagende Flammen erfolgt.
Die z. B. nach dem Kohlensäure-Erstarrungsverfahren hergestellten Giessformen werden zusammen mit einem Polster aus schmiegsamer Masse, z. B. Formsandbrei, Asbest oder Glaswolle, in aus Blech oder Stahlguss bestehenden Formkästen derart eingebettet, dass die schmiegsame Masse zwischen Formkastenwand und Giessformen liegt. Durch die Anordnung dieses Polsters können die Giessformen genügend fest gegen die zu schweissenden Schienen gepresst werden. Treten dabei Risse auf, so verhindert der hinter den Giessformen liegende Polster ein Auslaufen des aluminothermischen Stahls. Die Rückseiten der Giessformen können erfindungsgemäss durch eine Glasur oder andere wasserabstossende Mittel geschützt werden.
Eine weitere Möglichkeit der Isolierung der Giessformen gegen Feuchtigkeit be-
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vor ihrem Einbetten in die Formkasten mit einem aus dünnem Stahlblech oder beliebigen andern Werkstoffen hergestellten, genau der Giessform angepassten Hilfskasten umgeben wird. Dieser Hilfskasten hält die einzelnen Teile der Giessform zusammen und bildet gleichzeitig bei der Verwendung eines feuchten Polsters einen Schutz gegen das Durchdringen von Wasser. Der Hilfskasten wird nach erfolgtem Guss zusammen mit dem Formkasten abgenommen und kann genau wie dieser immer wieder verwendet werden.
Um die serienmässig z. B. nach dem Kohlsnsäu- re-Erstarrungsverfahren hergestellten Giessformen auch bei abweichenden Abmessungen, z. B. abgefahrenen Schienen, verwenden zu können, sind sie erfindungsgemäss am Schie, nenkopf g, eteilt, Durch einfache Bearbeitung, wie z. B. Schmirgeln oder Raspeln können sie der Abfahrung des Schie- nenkopfes entsprechend in ihren Massen verändert werden.
Die zwei- oder mehrteilige, aus feuerfesten Materialien, z. B. hochgebrannter Schamotte, bestehende und eine grosse Standfestigkeit besitzende Giessform kann ohne die Gefahr einer Rissbildung unter Fortfall der oben beschriebenen Form- bzw. Hilfskästen an die zu schweissenden Schienen angepresst werden.
Erfindungsgemäss sind die hochgebrannte Giessform bzw. deren Hälften oder Teile mit Nuten oder Erhöhungen bzw. abgeflachten Kanten versehen, in die zur Abdichtung gegenüber den zu schweissenden Schienen in bekannter Weise beliebige Dichtungsmittel, wie Formsandbrei, feuerfester Kitt u. a. eingestrichen werden. Mittels einer ein- oder anzulegenden schmiegsamen Asbestschnur kann gleichfalls eine Abdichtung vorgenommen werden.
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aus zwei seitengleichen Stücken bestehen, können infolge grosser Abriebfestigkeit des Materials nicht in der oben beschriebenen'Weise nachgearbeitet oder der Schienenform angepasst werden.
Erfindungsgemäss wird beim ischweissen von bereits abgefahrenen Schienen der Abnutzung des Schie- nenkopfes dadurch Rechnung getragen, dass die nach oben offene Giessform durch feuerfeste Massen oder Riegel mit seitlicher Führung, die in dafür vorgesehene Nuten oder Aussparungen der Giessform passen, teilweise so verschlossen wird, dass der Abschluss der Giessform gegen die abgenutzte Fahrfläche des Schienenkopfes von oben her erfolgt. Je nach dem vorhandenen Grad der Abnutzung der Schiene rutschen die Riegel mehr oder weniger tief, bis zwischen Riegel und Fahrfläche ein Abstand von nur wenigen Millimetern besteht. Zuletzt werden die Riegel von aussen durch Abdichtung mit feuchtem, feuerfestem
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Der bisher benutzte und bereits weiter oben beschriebene Anpresser für die Giessform besteht aus mehreren Einzelteilen.
Seine Handhabung ist zeitraubend'und erfordert meist zwei Arbeitskräf- te. Erfindungsgemäss wird dieser Anpresser für die Giessform durch einen einfacheren, von einem Mann zu bedienenden ersetzt. Entsprechend der wahlweisen Verwendung von nach dem Kohlen- säure-Erstarrungsverfahren oder andern beliebigen Verfahren hergestellten Giessformen einerseits
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z. B. Schamotte-Giessformen, anderseits, kommen zwei verschiedene Ausführungen zur Anwendung :
Der Anpresser für die nach dem Kohlensäure- Erstarrungsverfahren oder andern beliebigen Verfahren hergestellten Giessformen besteht aus einem Stück mit federndem Bügel.
Die eine Haalt- te des Formkastens mit Hilfskasten und eingesetzter Giessform wird durch Zweipunktanlage, die andere durch Einpunlktanlage mittels Handrad in kürzester Zeit an die Schienen gepresst. Der
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schmiegsame Polster zwischen der Rückwand des Formkastens und der Giessform sorgt für eine gleichmässige Verteilung des punktförmig angreifenden Drucks auf die gesamten, an den. Schienen anliegenden Giessformflächen.
Der Anpresser für die aus feuerfestem Material, z. B. hochgebrannter Schamotte, bestehenden Giessformen besteht aus zwei voneinander getrennten seitengleichen und unabhängigen Teilen, bei dem jeder Teil die Anpressung einer Giessformhälfte an die zu schweissenden Schienen übernimmt. Gegen ein bei der Vorwärmung oder dem Guss gegebenenfalls eintretendes Zerplatzen sind die ein- oder mehrteiligen Giessformen durch Einsetzen in aus Stahlblech bestehende Stützrah- men gesichert. Diese Stützrahmen verteilen die punktförmig aufgebrachte Anpressung auf eine grössere Aussenfläche der Giessform.
Jeder Teil des Anpressers wird z. B. durch eine den Schienenkopf umfassende Kappe mit Hilfe von Schrauben, Keil od. dgl. an der Schiene befe- stigt. Seitlich an der Kappe befindet sich ein drehbar angeordneter Schwenkarm, der vor die eine Hälfte der Giessform geklappt wird. Mittels einer am Ende des Schwenkarms befindlichen Druckschraube od. dgl. wird der Stützrahmen mit der Giessform an die Schiene gedrückt. Die beiden Giessformen können zeitlich nacheinander angepresst werden, so dass ein Mann die gesamten V orlbereitungsar. beiten für die Schweissung vornehmen kann. Die beiden Anpresser haben auf ihren Befestigungskappen zylindrische oder beliebig geformte Ansätze, auf die wahlweise entweder die Halterung für den Brenner oder die Stütze für den Tiegel aufgeschoben wird.
Es wurde weiterhin gefunden, und das ist auch ein integrierender Bestandteil der Erfindung, dass
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Luft-Gemische dann eine sehr kurzzeitige, genügend gleichmässige, alle Erfordernisse erfüllende Vorwärmung der aluminothermisch zu schwei- ssenden Schienenenden erzielt wird, wenn die Vorwärmeflamme von oben her durch den oder die über dem Schienenkopf in der Giessform befindlichen Steigerlkanä1e brennt. Man benutzt hiezu vorteilhafterweise sogenannte Brause-Brenner, deren Austrittsdüsen je nach der Querschnittsgestalt des Steigerkanals reihenförmig angeordnet sind.
Dieses erfindungsgemässe Vorwärmeverfahren eignet sich ganz besonders. gut bei Verwendung vorgefertigter, z. B. aus zwei oder mehr Teilen bestehender Giessformen. Die Zeit zur Vorwärmung beträgt, wie eingehende Versuche zeigten, weniger als die Hälfte der bisher üblichen Zeit. Ein weiterer Vorteil ist der, dass nach erfolgter Vorwärmung keine Kanäle abzudichten sind, da die Austrittsöffnungen aller Kanäle oben in der Form liegen.
Der Giessvorgang vollzieht sich bei dem neuen Verfahren durch Zwischenschalten eines mit feu- erfestem Material ausgekleideten, mit Ausflussöff- nungen bzw. Ausflusstülle versehenen Giesstopfes, der sich zwischen Reaktionstiegel und Giessform befindet und den aluminothermisch erzeugten
Stahl den Einlaufkanälen zuführt. Durch die An- ordnung des Giesstopfes wird erreicht, dass noch während der Vorwärmung der Reaktionstiegel bereits ausgerichtet und der Tiegelinhalt zur
Reaktion gebracht werden kann. Somit geht'kei- ne der durch die Vorwärmung In die Giessform eingebrachten Wärme verloren.
Der Giesstopf kann entweder durch eine beliebige Verbindung mit dem Anpresser verbunden werden oder auch an den oben beschriebenen
Stützrahmen für die Giessform angebracht wer- den. Es ist auch vorteilhaft, statt des Giesstopfes eine einfache, schalenartige, feuerfeste und mit geringen Kosten serienmässig herzustellende Rinne zu benutzen. Sie kann bei Unbrauchbarkeit leicht ersetzt werden.
Zur beschleunigten Abwicklung des SchweissVorganges wird die dem aluminothermischen Stahl folgende Schlacke nach Durchgang durch den Giesstopf sofort in einen an der Schweisseinrichtung beliebig angeordneten Schlackenbehälter abgeleitet und zusammen mit diesem entfernt.
Die nach beendeter Schweissung bisher erforderliche, von Hand zu leistende Abarbeitung der Steiger und der oberen und seitlichen Schweisswülste am Schienenkopf kann durch eine nur einige Minuten dauernde maschinelle Schleift. arbeit ersetzt werden, wenn der über dem Schienenkopf liegende Steiger so verkleinert wird, dass er nur noch wenige Millimeter hoch ist.
Dieses wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass unmittelbar vor dem Einguss des aluminothermischen Stahls, d. h. nach Entfernung des Brenners, die zur Vorwärmung erforderliche und gleichzeitig als Steiger dienende obere öffnung der Giessform mit einem vorteilhafterweise vorgewärmten feuerfesten Riegel verschlossen wird, der so geformt ist, dass der einlaufende aluminothermische Stahl nur noch einen kleinen, zu einer guten Verschwei- ssung des Schienenkopfes jedoch ausreichenden Wulst von wenigen Millimetern Stärke oberhalb des Schienenkopfes bilden kann.
Die seitlichen Kopf'wülste werden ebenfalls verkleinert, indem schon bei der Herstellung der Giessformen die dafür vorgesehenen Hohlräume schwächer ausgeführt sind. Es hat sich gezeigt, dass trotz dieser vorgenommenen Änderungen die Vorwärmung nicht verschlechtert wird bzw. ver- längert wird. Die Aufgaben des nunmehr verschlossenen Kopfsteigers, wie Entgasung der Giessform, Herausspülen von losgelöste Formteilchen u. a. übernehmen die in jeder Formenhälfte vorhandenen Einlaufkanäle, die zweckmässigerweise durch die ganze Giessformhälfte geführt werden. Diese Kanäle sind in der Mitte zwischen den beiden Luftpfeifen angeordnet und enden auf der Oberkante des Schienenfusses.
Fernerhin ist in
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diesem Kanal ein seitlicher Abfluss zur Unterkan, te des Schienenkopfes hin vorhanden.
Das erfindungsgemässe Verfahren soll an Hand der Fig. 6-12 an einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert werden.
Die beiden vorgefertigten, gegebenenfalls aus den Teilen 3a, 3b und 3c bestehenden, nach dem Kohlensäure-Erstarrungsverfahren oder beliebigen andern Verfahren hergestellten trockenen Giessformhälften werden entweder direkt zusammen mit dem Polster 18 aus schmiegsamer Masse in die beiden Formkastenhälften 5 gedrückt oder vor dem Einsetzen vorteilhafterweise mit dem Hilfsformkasten 27 umgeben. Mittels Formanpresser 4 werden die Formkastenhäl : ften 5 durch Betätigung des Handrades 4a punktförmig an die Schienenenden 1 und 2 gepresst. Der zwischen den Giessformteilen 3a-3c und der Rückwand des Formkastens liegende schmiegsame Polster 18 lässt eine exakte Anpressung zu.
Anschliessend wird die Form in üblicher Weise mit Formsandbrei oder Lehm gegen die Schienen abgedichtet.
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10aeingeführt. Dieser wird durch einen dreibeinarti- gen Bock 26 gehalten. Zwei Beine 26a greifen in Ösen des Formanpressers 4 ein, während das dritte Bein 26b auf der Schiene aufliegt. Damit wird erreicht, dass die Brennermitte sich stets mit der Mitte des Steigers 10a deckt. Die vom Brenner ausgehende Flamme bestreicht den Schienenkopf gerade in der Zone ihrer höchsten Temperatur. Der Schienensteg wird nur von einem schmalen Flammenband bestrichen. Das gesamte Flammenband erweitert sich nach unten und trifft mit bereits abgeschwächter Temperatur den Schienen-
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Abführung der Verbrennungsgase aus der Form erfolgt durch die Kanäle 11 und 15.
Kurz vor Beendigung des Vorwärmevorganges wird der Giesskopf 16a aus der Vorwärmestellung (in Fig. 6 strichpunktiert) in Giessstellung gebracht. Der Brenner 9a wird entfernt, während die aluminothermische Reaktion im Tiegel 17 abläuft. Der aluminothermische Stahl wird nach Beendigung der Reaktion in bekannter Weise durch Entfernen des Tiegelverschlussstiftes 13 zum Ausfliessen gebracht. Der flüssige Stahl gelangt über den Giesstopf 16a über die beiden Ausflussöffnungen 16b durch die Einlaufkanäle 15 ins Innere 7 der Giessform 3a-3c. Es ist auch möglich, statt des Giess topfes 16a einen Giesstopf 28 mit Ausflusstülle zu verwenden, der am Formkasten 5 angehängt wird.
Hiebei fliesst der Stahl einseitig durch einen der beiden Einlaufkanäle 15 in den Hohlraum 7 der Giessform 3a3c. Die Schlacke fliesst seitwärts in, den an den Formkasten 5 angehängten Schlackenkasten 24 ab, der dann sofort entfernt wird. Anschliessend wird die Giessform 3 -3c abgenommen und die Sohweiss- stelle in an sich bekannter Weise bearbeitet.
Das erfindungsgemässe Verfahren unter Verwendung feuerfester hochgebrannter Giessformen, z. B. aus Schamotte, soll anhand der Fig. 13-17 näher erläutert werden.
Vor dem Ansetzen dei Giessformhälften 3a und 3b werden die beiden Teile 22a und 22b des Formanpressers so am
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den in die Horizontale heruntergeklappten Schwenkarme sich mit den Druckpunkten bzw. - flächen ungefähr auf Stossmitte befinden. Nach diesem Einrichten werden die Schwenkarme um ihre auf den Befestigungskappen liegenden Drehpunkte hochgeklappt. Nunmehr werden die beiden Giessformhälften 3a und 3b lose in die beiden Stützrahmen 23a und 23b eingesetzt und zusammen mit diesen gleichzeitig oder nacheinander an die zu verschweissenden Schienen 1 und 2 'durch Herunterklappen der Schwenkarme der Formanpresserteile 22a und 22b und Betätigung der Druckschrauben angepresst.
Anschliessend wer-
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gegenabgeflachten Kanten 30 oder durch Einlegen einer Asbestschnur abgedichtet. In die oberhalb des Schienenkopfes innerhalb der Giessform liegenden z. B. schwalbenschwanzartigen oder beliebig geformten Nuten oder Aussparungen werden aus feuerfestem Material bestehende Körper oder Rie-
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zungsgrad der Schienen entsprechend mehr oder weniger tief in die Giessformhälften hineingedrückt werden.
Anschliessend wird die Halterung 31 für den Brenner auf den Stutzen des Formanpresserteils 22a oder 22b aufgeschoben und durch Verstellschrauben oder mit andern Mitteln befestigt. Auf dem andern Formanpresserteil wird in gleicher Weise die Stütze 20 für den vorbereiteten Reaktionstiegel 17 befestigt und für die Schweissung ausgerichtet. Zwischen Tiegel und Giessform wird die Giessrinne 25 angeordnet.
Nach beendeter Vorwärmung wird die Brennereintrittsöffnung 10a durch einen ebenfalls vorgewärmten feuerfesten Körper oder Riegel 21 derart verschlossen, dass sich zwischen der Schienenoberfläche und dem eingesetzten Körper nur noch ein Hohlraum von wenigen Millimetern Höhe befindet. Die dorthin fliessende Menge aluminothermischen Stahls reicht jedoch aus, um eine
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rials zu erreichen. Statt des Einsetzens der beiden Abdichtungsriegel 19 und des Steigerverschlussriegels 21 kann auch nach beendeter Vorwärmung ein gemeinsames Verschlussstück 32 eingesetzt werden.
Der aluminothermische Stahl fliesst über die Giess rinne 25 einseitig durch einen der beiden
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den Abzweigkanal 15a unterhalb des Schienenkopfes in die Form gelangt. Man kann auch den
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Abzweig zum Schienenfuss weglassen. Der in. der Form hochsteigende Stahl füllt auch den über dem Schienenkopf liegenden sehr schmalen Raum zwischen eingeschobenem Körper oder Riegel 21 bzw. Verschlussstück 27 und Oberkante Schienenkopf aus, ohne dass ein grösserer nachträglich zu entfernender Steiger entsteht. Die seitlichen Kopfwülste können nach kurzer Abkühlungszeit maschinell abgeschliffen werden. Die Möglichkeit eines Zugverkehrs über die Schweissstelle besteht jedoch schon vor der Nachbearbeitung.
Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich ganz besonders gut bei der Verschweissung von Schienen. Vorgefertigte Giessformen, verkürzte Vorwärmung, Vereinfachung und Gewichtserleichterung des Geräts setzen bei ihrer gemeinsamen Anwendung die für eine Zwischengussschwei- ssung erforderliche Zeit um mehr als die Hälfte herab, so dass jetzt während sehr kurzer Sperrpausen im Bahnbetrieb Zwischengussschweissungen durchgeführt werden können, ausserdem tritt eine Schonung der menschlichen Arbeitskraft ein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum aluminothermischen Zwischengussschweissen von Werkstücken, vorzugsweise Schienen, bei dem die von Formkörpern umgebenen Werkstückenden vorgewärmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass an einem andern Ort vorgefertigte, aus feuerfestem Material bestehende Formkörper mittels einer Schnellspannvorrichtung zweckmässig unter Zwischensch ! a1. - tung eines Einsatzkastens an die zu schweissen- den Werkstückenden angepresst werden und die Vorwärmung durch von oben in einen Steigerkanal schlagende Flammen erfolgt.
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Method for the aluminothermic inter-cast welding of workpieces, preferably rails, and device for performing the method It is known to weld workpieces of any shape, primarily rails, using the aluminothermic inter-cast process.
It is z. B. between the preheated, located in a mold ends of rails to be welded aluminothermically generated. Cast steel, the melting of the rail material and its pore-free welding with the aluminothermic steel.
The known, hitherto common intermediate casting process is z. B. for a welding of rails according to FIGS. 1-5 carried out so that the two ends of the rails 1 and 2 are surrounded by a two-part or multi-part casting mold 3 made of refractory molding sand. By means of a pressing device 4, the individual parts of the casting mold 3 are pressed together and simultaneously against the rails 1 and 2 (cf.
Fig. 1 and 2).
In the space 7 of the mold 3, a non-burning mixture of propane (or butane, gasoline, benzene, etc.) with air, optionally with additional admixture of oxygen, is blown in through a channel 8 by means of a fan 9 and ignited and burned in the mold. The combustion gases escape through the riser ducts 10 and other openings in the mold, e.g. B. also by the. Channels 11 arranged on the rails feet. After preheating the rail ends to be welded and after drying and annealing. of the mold 3, after removal of the blower 9, the channel 8 is closed by means of a plug 12 (FIG. 3).
In the crucible 17 aligned exactly above the casting mold 3, the aluminothermic welding compound is made to react and the aluminothermic steel produced in the process is removed by removing the locking pin 13 located at the bottom of the crucible. The steel flows over the pot-like recess 14 located in the upper part of the casting mold 3 through the two riser channels 10 (FIG. 4) or through inlet channels 15 arranged separately from the risers into the interior of the casting mold (FIG. 5).
The liquid slag resulting from the aluminothermic process flows out of the crucible 17 after the steel and is in the above in the.
Casting mold lying space 16 caught.
A few minutes after the aluminothermic casting, the casting mold is removed and then the risers and welding beads on the rails are chiseled off while the head is warm and red. The welding process is so! completed.
The implementation of this known method
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Vigilance in relation to the casting process. So far the form has been almost exclusively in place. the weld from moist, refractory sand stamped over a model. The sand used must be in terms of fire resistance, the content of clay and moisture, distribution. the grain sizes and the permeability to gases meet specified conditions. Try to advance the shape. dry, were unsuccessful because cracks occurred when pressed against the rails, which led to the leakage of the alumino-thermal steel.
The nature of the fuel is of particular importance for even preheating. Experience has shown that one can only use fuels with a low ignition speed, high ignition point and moderate combustion temperature. Fuels such as hydrogen or acetylene, d. H. those with a low ignition point, high ignition rate and high combustion temperature are not suitable for this process, neither in mixture with air nor in mixture with acid
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The subsequent closing of the injection channel with a plug before the aluminothermic casting causes a loss of time.
During this time, the preheated slides can
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cool down undesirably. The contact of the liquid steel with the end of the usually cold plug that occurs during the following aluminothermic casting can also give rise to po-
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It has now been found that, by means of a new so-called rapid process, it is possible to reduce the time required for inter-cast welding by changing and simplifying the equipment by changing the preheating
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Reduce.
The invention therefore relates to a method for aluminothermic inter-cast welding of workpieces, preferably rails, in which the workpiece ends surrounded by molded bodies are preheated, which is characterized in that molded bodies made of refractory material prefabricated at another location by means of a quick-action clamping device, advantageously with the interposition of a Insert box to be pressed against the workpiece ends to be welded and the preheating takes place by flames striking from above into a riser duct.
The z. B. made by the carbonic acid solidification process molds are together with a cushion of pliable mass, z. B. molding sand slurry, asbestos or glass wool, embedded in molding boxes made of sheet metal or cast steel in such a way that the pliable mass lies between the molding box wall and the casting molds. Due to the arrangement of this pad, the molds can be pressed sufficiently firmly against the rails to be welded. If cracks occur, the padding behind the molds prevents the aluminothermic steel from leaking. According to the invention, the backs of the casting molds can be protected by a glaze or other water-repellent means.
Another possibility of isolating the molds against moisture is
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is surrounded before embedding in the molding box with an auxiliary box made of thin sheet steel or any other material, precisely adapted to the casting mold. This auxiliary box holds the individual parts of the casting mold together and at the same time provides protection against the penetration of water when a damp cushion is used. The auxiliary box is removed together with the molding box after the casting and can be used again and again just like this.
To the standard z. B. molds produced by the Kohlsäu- re solidification process even with different dimensions, z. B. worn rails to be able to use, they are according to the invention on the Schie, nenkopf g, divided, By simple editing, such. B. sanding or rasping, their dimensions can be changed according to the movement of the rail head.
The two-part or multi-part, made of refractory materials, e.g. B. fired fireclay, existing and a high stability possessing casting mold can be pressed against the rails to be welded without the risk of cracking while eliminating the mold or auxiliary boxes described above.
According to the invention, the high-fired casting mold or its halves or parts are provided with grooves or elevations or flattened edges, into which any sealing means such as molding sand paste, refractory putty and the like for sealing against the rails to be welded in a known manner. a. be painted. A seal can also be made by means of a flexible asbestos cord that is to be inserted or laid on.
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consist of two pieces on the same side, cannot be reworked in the manner described above or adapted to the rail shape due to the high abrasion resistance of the material.
According to the invention, when welding rails that have already been worn, the wear and tear of the rail head is taken into account in that the upwardly open casting mold is partially closed by refractory masses or bolts with lateral guides that fit into grooves or recesses in the casting mold provided for this purpose the end of the casting mold against the worn running surface of the rail head takes place from above. Depending on the degree of wear and tear on the rail, the bolts slide more or less deeply until there is a distance of only a few millimeters between the bolt and the driving surface. Finally, the bars are sealed from the outside with moist, fireproof
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The previously used presser for the casting mold and already described above consists of several individual parts.
Its handling is time-consuming and usually requires two workers. According to the invention, this presser for the casting mold is replaced by a simpler one that can be operated by one person. Corresponding to the optional use of casting molds produced according to the carbonic acid solidification process or any other process
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z. B. fireclay molds, on the other hand, two different designs are used:
The pressing device for the casting molds produced by the carbonic acid solidification process or any other process consists of one piece with a resilient bracket.
One holder of the molding box with auxiliary box and inserted mold is pressed onto the rails in a very short time by a two-point system, the other by a single-point system using a handwheel. Of the
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Pliable padding between the back wall of the molding box and the casting mold ensures an even distribution of the pressure acting on the whole, on the. Mold surfaces adjacent to rails.
The presser for the refractory material, such. B. high-fired fireclay, existing molds consists of two separate, identical and independent parts, in which each part takes over the pressing of a mold half against the rails to be welded. The one-part or multi-part casting molds are secured against any bursting that may occur during preheating or casting by inserting them into support frames made of sheet steel. These support frames distribute the pressure applied at points over a larger outer surface of the casting mold.
Each part of the presser is z. B. by a cap encompassing the rail head with the help of screws, wedge or the like. Fastened to the rail. On the side of the cap there is a rotatably arranged swivel arm that is folded in front of one half of the mold. The support frame with the casting mold is pressed against the rail by means of a pressure screw or the like located at the end of the swivel arm. The two molds can be pressed one after the other, so that one man can do the entire preparation. prepare for the welding. The two clamps have cylindrical or any shape lugs on their fastening caps, onto which either the holder for the burner or the support for the crucible can be pushed.
It was further found, and that is also an integral part of the invention, that
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Air mixtures, a very brief, sufficiently uniform preheating of the aluminothermically welded rail ends that meets all requirements is achieved when the preheating flame burns from above through the riser duct or ducts located above the rail head in the casting mold. So-called shower burners are advantageously used for this purpose, the outlet nozzles of which are arranged in rows depending on the cross-sectional shape of the riser duct.
This preheating method according to the invention is particularly suitable. good when using prefabricated, z. B. from two or more parts of existing molds. As detailed tests have shown, the time for preheating is less than half of the time previously usual. Another advantage is that after preheating, no channels need to be sealed, since the outlet openings of all channels are at the top of the mold.
In the new process, the pouring process takes place by interposing a pouring pot lined with refractory material and provided with outflow openings or outflow spouts, which is located between the reaction crucible and the casting mold and which is produced aluminothermically
Steel feeds the inlet channels. The arrangement of the pouring pot ensures that the reaction crucible is already aligned and the crucible content is ready for use while it is being preheated
Reaction can be brought about. Thus, none of the heat introduced into the casting mold by preheating is lost.
The pouring pot can either be connected to the pressing device by any connection or to the one described above
Support frame for the mold are attached. It is also advantageous to use a simple, bowl-like, fireproof channel that can be mass-produced at low cost instead of the pouring pot. It can easily be replaced if it is unusable.
To accelerate the welding process, the slag following the aluminothermic steel is immediately diverted after passing through the pouring pot into a slag container that can be arranged anywhere on the welding device and removed together with it.
The manual processing of the risers and the upper and side weld beads on the rail head, which had previously been required after the welding process was completed, can be carried out by machine grinding that takes only a few minutes. work can be replaced when the riser above the rail head is reduced in size so that it is only a few millimeters high.
This is achieved according to the invention in that immediately before the aluminothermic steel is poured in, i. H. After removing the burner, the upper opening of the casting mold, which is required for preheating and also serves as a riser, is closed with an advantageously preheated refractory bolt, which is shaped so that the incoming aluminothermic steel only has a small, for a good welding of the rail head but can form a sufficient bead of a few millimeters thick above the rail head.
The lateral head bulges are also made smaller, in that the cavities provided for them are made weaker during the manufacture of the casting molds. It has been shown that, in spite of these changes, the preheating is not worsened or is prolonged. The tasks of the now closed head climber, such as degassing the casting mold, flushing out detached mold particles and the like. a. take over the inlet channels in each mold half, which are expediently guided through the entire mold half. These channels are arranged in the middle between the two air pipes and end on the upper edge of the rail base.
Furthermore, in
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This channel has a lateral drain to the lower edge of the rail head.
The method according to the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 6-12 using an exemplary embodiment.
The two prefabricated dry casting mold halves, optionally consisting of parts 3a, 3b and 3c, produced by the carbonic acid solidification process or any other process, are either pressed directly into the two mold box halves 5 together with the cushion 18 made of pliable mass or, advantageously, with them prior to insertion the auxiliary molding box 27 surround. The molding box halves 5 are pressed against the rail ends 1 and 2 at points by actuating the handwheel 4a by means of the pressure press 4. The pliable cushion 18 lying between the mold parts 3a-3c and the rear wall of the molding box allows exact contact pressure.
The mold is then sealed against the rails in the usual way with molding sand paste or clay.
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10a introduced. This is held by a tripod-like bracket 26. Two legs 26a engage in eyelets of the compression molding device 4, while the third leg 26b rests on the rail. This ensures that the burner center always coincides with the center of the riser 10a. The flame emanating from the burner sweeps the rail head in the zone of its highest temperature. The rail web is only covered by a narrow band of flames. The entire band of flames expands downwards and, with the temperature already reduced, hits the rail
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The combustion gases are discharged from the mold through channels 11 and 15.
Shortly before the end of the preheating process, the pouring head 16a is brought from the preheating position (dash-dotted lines in FIG. 6) into the pouring position. The burner 9a is removed while the aluminothermic reaction takes place in the crucible 17. After the reaction has ended, the aluminothermic steel is made to flow out in a known manner by removing the crucible locking pin 13. The liquid steel reaches the interior 7 of the casting mold 3a-3c via the pouring pot 16a via the two outflow openings 16b through the inlet channels 15. It is also possible, instead of the pouring pot 16a, to use a pouring pot 28 with a spout that is attached to the molding box 5.
Here, the steel flows on one side through one of the two inlet channels 15 into the cavity 7 of the casting mold 3a3c. The slag flows sideways into the slag box 24 attached to the molding box 5, which is then removed immediately. The casting mold 3 -3c is then removed and the welding point is processed in a manner known per se.
The inventive method using refractory high-fired casting molds, for. B. made of chamotte will be explained in more detail with reference to Figs. 13-17.
Before the casting mold halves 3a and 3b are attached, the two parts 22a and 22b of the mold presser are so on
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the swivel arms folded down to the horizontal with the pressure points or areas are approximately in the middle of the joint. After this setup, the swivel arms are folded up around their pivot points lying on the fastening caps. Now the two mold halves 3a and 3b are loosely inserted into the two support frames 23a and 23b and pressed together with them simultaneously or one after the other to the rails 1 and 2 'to be welded by folding down the pivot arms of the compression molding parts 22a and 22b and actuating the pressure screws.
Then
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against flattened edges 30 or sealed by inserting an asbestos cord. In the above the rail head within the mold z. B. dovetail-like or arbitrarily shaped grooves or recesses are made of refractory material body or Rie-
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degree of the rails are pressed more or less deeply into the mold halves.
The holder 31 for the burner is then pushed onto the socket of the compression molding part 22a or 22b and fastened by adjusting screws or by other means. In the same way, the support 20 for the prepared reaction crucible 17 is attached to the other compression molding part and aligned for the welding. The pouring channel 25 is arranged between the crucible and the casting mold.
After the preheating has ended, the burner inlet opening 10a is closed by a likewise preheated refractory body or bolt 21 in such a way that there is only a hollow space of a few millimeters in height between the rail surface and the inserted body. However, the amount of aluminothermic steel flowing there is sufficient to produce a
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rials to achieve. Instead of inserting the two sealing bars 19 and the riser locking bar 21, a common locking piece 32 can also be used after the preheating has ended.
The aluminothermic steel flows on one side via the pouring channel 25 through one of the two
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the branch channel 15a reaches the mold below the rail head. You can also do that
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Omit the branch to the rail foot. The steel rising in the form also fills the very narrow space lying above the rail head between the inserted body or bolt 21 or locking piece 27 and the upper edge of the rail head, without creating a larger riser to be removed later. The lateral head bulges can be machine ground after a short cooling time. There is, however, the possibility of train traffic over the welding point before post-processing.
The method according to the invention is particularly suitable for welding rails. Prefabricated casting molds, shortened preheating, simplification and weight reduction of the device when used together reduce the time required for an inter-cast welding by more than half, so that inter-cast welds can now be carried out during very short pauses in railway operations human labor.
PATENT CLAIMS:
1. A method for aluminothermic inter-cast welding of workpieces, preferably rails, in which the workpiece ends surrounded by molded bodies are preheated, characterized in that molded bodies made of refractory material prefabricated at another location by means of a quick-release device, expediently under interim! a1. - an insert box to be pressed against the workpiece ends to be welded and the preheating takes place by flames striking from above into a riser duct.