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Verfahren zur Elektro-Schlacke- Schweissung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektro-Schlacke-Schweissung an lotrechten oder von der Lotrechten weggeneigten Flächen. Bei diesem Schweissverfahren wird so verfahren, dass zwischen den zu verschweissenden Flächen oder Wänden, die sich in lotrechter oder annähernd lotrechter
Lage befinden und voneinander so entfernt sind, dass dazwischen ein konstanter Zwischenraum von 30 - . 45 mm besteht, eine Schweissverbindung fortlaufend von unten nach oben ausgebildet wird. Im Verlauf der Schweissdauer sind die Flanken der Fuge bzw. Schweissnaht durch gekühlte Beilagleisten abgedeckt, um zu verhindern, dass das Schweissmetall und die geschmolzene Schlacke von der Schweissstelle herab- fliessen.
Das eigentliche Schweissen erfolgt derart, dass das Ende der Schweisselektrode im Verlaufe des
Schweissvorganges dauernd in die geschmolzene Schlacke taucht, die durch das Schmelzen des zuge- schütteten Schweisspulvers entsteht. Die geschmolzene Schlacke wird im Verlauf des Schweissvorganges auf konstanter oder beinahe konstanter Höhe über dem Schweissmetallspiegel gehalten.
Bei diesem an sich bekannten elektrischen Schweissverfahren musste die Zuschüttung von frischem
Schweisspulver auf eine verhältnismässig kleine Menge begrenzt werden, da die Höhe des Spiegels der er- schmolzenen Schlacke rund 60 mm nicht übersteigen durfte, gerechnet vom Spiegel des geschmolzenen
Schweiss metalles. Infolgedessen wurde frisches Schweisspulver in die Schweissstelle nur in solchem Masse zuge- schüttet, um die kleine Menge der geschmolzenen Schlacke zu ersetzen, welche im Verlauf des Schweiss- vorganges zwischen den Wänden, der Kühlbeilagleisten und des zu verschweissenden Gegenstandes über- fliesst oder aus dem Schmelzbad verdampft.
Ein Nachteil dieses elektrischen Schweissverfahrens lag bisher darin, dass die so erhaltene Schweiss- verbindung infolge der Verschlechterung der Raffinationsfähigkeiten der geschmolzenen Schlacke im Ver- lauf der Schweissung mangelnde chemische Homogenität aufweist und sich ihre mechanischen Eigen- schaften im Verlaufe des Schweissvorganges fortlaufend verschlechtern. Diese Nachteile machten sich ganzbesonders beimelektrischen Schweissprozess unter der geschmolzenen Schlacke an dickwandigen Ge- genständen aus Kohlenstoff- und legierten Stählen bemerkbar. Es war daher notwendig, die so gefertigte
Schweissverbindung thermisch nachzubehandeln, insbesondere durch Normalisationsglühung.
Doch, wenn- gleich eine solche Wärmebehandlung eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Schweiss- stelle in bestimmtem Masse bewirkte, wurde dadurch der Mangel an chemischer Homogenität nicht be- seitigt oder die Stabilität der mechanischen Eigenschaften der Schweissstelle gewährleistet, so dass selbst nach dieser thermischen Nachbehandlung die mechanischen Werte der Schweissverbindung niedriger waren als z. B. die mechanischen Werte der bei der Schweissung mit umhüllter Elektrode erhaltenen Schweissverbindung.
Es blieben somit trotz der angeführten Wärmenachbehandlung die mechanischen Eigenschaften der Schweissstelle, die nach dem bisherigen elektrischen Schweissvorgang unter geschmolzener Schlacke erhalten wurde, unter der Einwirkung der dynamischen oder andern Beanspruchung unbeständig, nament- lich wiesen die Eigenschaften der Schweissstelle Veränderungen auf, die in der technischen Praxis als Alterung bezeichnet werden.
Diese Nachteile bildeten bisher ein Hindernis für die Verbreitung dieses ansonsten sehr fortschrittlichen und produktiven Schweissvorganges, insbesondere auf dem Gebiete der Kohlenstoff- und legierten Stähle und der Werkstoffe für die Anlagen zur Arbeit mit radioaktiven Stoffen, wo sich besonders oft die Not-
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wendigkeit des Schweissens von dickwandigen Materialien mit strengen Anforderungen an die Eigen- schaften des Schweissmetalles ergibt.
Es ist ausserdem ein elektrisches Schweissverfahren zum Unter-Pulver-Lichtbogenschweissen an lot- rechten Wänden bekannt, bei welchem das Herabfliessen des geschmolzenen Metalles und Flussmittels durch ein vorzeitiges Erstarren der Schlacke an den Schweiss flanken verhindert wird, wobei das geschmol- zene Flussmittel durch Druckwirkung aus der Schweissstelle beseitigt wird und für die Beseitigung des ge- schmoIzenenFlussmitteIs eine besondere Öffnung vorgesehen ist. Der elektrische Lichtbogen brennt dann in einer im aufgeschütteten festen Schweisspulver enthaltenen Höhlung.
Ein solches Verfahren kann bei der Elektro-Schlacke-Schweissung nicht verwendet werden, weil es bei dieser Art der Schweissung uner- I lÅasslich ist, dass das Schweissdrahtende im Verlaufe des Schweissens stets in der flüssigen (geschmolzenen)
Schlacke getaucht bleibt, deren Schichtdicke während des ganzen Verlaufes der Schweissung ständig einen in bestimmten Grenzen liegenden Wert beibehalten muss.
Durch die vorliegende Erfindung werden die einleitend angeführten Mängel der Elektro-Schlacke-
Schweissung vollauf beseitigt.
Die vorliegende Erfindung beruht im wesentlichen darin, dass im Verlauf des elektrischen Schweiss- vorganges unter der geschmolzenen Schlacke zwecks Einhaltung einer ständig hohen Raffinationsfähigkeit der geschmolzenen Schlacke der Schweissstelle eine erhöhte Schweisspulvermenge zugeführt wird, u. zw. in solchem Masse, dass diese Menge wesentlich die tatsächlichen Verluste an geschmolzener Schlacke
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Schweissstelle oder durch das Verdampfen bestimmter Anteile derselben verursacht werden, wobei das An- steigen des Spiegels der geschmolzenen Schlacke über die zulässige Grenze dadurch verhindert wird, dass die überschüssige Menge der geschmolzenen Schlacke im Verlauf des Schweissvorganges z.
B. dadurch entzogen wird, dass dieselbe über die Öffnungen oder Kanten der Kühlungsbeilagleisten oder in anderer
Weise überfliesst.
Die Geschwindigkeit des Austausches der geschmolzenen Schlacke an der Schweissstelle, das ist die zusätzliche Menge an Schweisspulver, welche seinen tatsächlichen Verbrauch durch den Schweissvorgang übersteigt, wird geregelt und richtet sich einerseits nach der Menge des abgeschmolzenen Schweiss metalles und anderseits nach der Raffinationsfähigkeit der durch das Schmelzen des Schweisspulvers entstandenen Schlacke. Durch die angestellten Versuche wurde festgestellt, dass es vorteilhaft ist, in die Schweissstelle Schweisspulver in solcher Menge zuzusetzen, dass sein Gewicht im Verhältnis zum Gewicht des abgeschmolzenen Schweisselektrodenmetalles sich in den Grenzen von 0,25 bis 1, 5 zu 1 hält. Bei Verwendung von Schlacken grosser Raffinationsfähigkeit genügt der Zusatz einer kleineren Menge von Flussmittel, z.
B. wenig über die angeführte untere Grenze und umgekehrt bei Verwendung von Schlacken mit geringer Raffinationsfähigkeit wird eine grössere Flussmittelmenge zugesetzt, bis beinahe zur oberen angeführten Grenze. dass ist bis 1, 5 des Gewichtes des abgeschmolzenen Elektrodenschweissmetalles.
Versuche haben ferner aufgezeigt, dass es zwecks Verbesserung der mechanischen und anderer Eigenschaften des durch den Schweissprozess unter geschmolzener Schlacke erhaltenen Schweissmetalles gemäss der vorliegenden Erfindung vorteilhaft ist, die geschmolzene Schlacke an der Schweissstelle durch eine Schutzgasatmosphäre zu schützen, z. B. durch C02'Argon oder andere bekannte Schutzgase. Durch eine solche Schutzgasatmosphäre wird die Sättigung der geschmolzenen Schlacke mit Anteilen der Luftatmosphäre, z.
B. mit Sauerstoff, verhindert, welche'die Raffinationsfähigkeit der geschmolzenen Schlacke herabsetzen könnten.
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Schlacke-Schweissung in vollem Masse die Mängel beseitigt wurden, welche beim bisherigen bekannten Vorgang dieses Schweissverfahrens auftraten, da durch einen absichtlich herbeigeführten und geregelten Austausch der geschmolzenen Schlacke iu der Schweissstelle ihre zufriedenstellende Raffinationsfähigkeit dank ihrer ständigen Affinität zu den sich im geschmolzenen Schweiss metall befindlichen Verunreinigungen, namentlich zum aufgelösten Sauerstoff oder zu seinen chemischen Verbindungen aufrecht erhalten wird.
Auf diese Weise wird ein Schweissmetall von in der ganzen Schweisslänge gleichen, das ist konstanten Eigenschaften, welches chemisch homogen und ungewöhnlich rein ist, namentlich was die Abwesenheit von Sauerstoff und dessen Verbindungen anbelangt, erhalten. Die mechanischen Eigenschaften des nach dem erfindungsgemässen Verfahren gewonnenen Schweissmetalles sind auch ohne nachträgliche thermische Behandlung, z. B. Normalisationsglühung, sehr hoch, wobei dieselben selbst unter dem Einfluss energetischer Beanspruchung ihre Werte nicht wesentlich ändern.
Im Falle eines kombinierten Schutzes sowohl durch die geschmolzene Schlacke als auch durch eine Schutzgasatmosphare verlängert sich die Dauer der Sättigung der geschmolzenen Schlacke mit den atmosphärischen Anteilen, wodurch sich der Flussmittelverbrauch beim Schweissen verringert.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine wesentliche Vervollkommnung der an sich bekannten Elektro-Schlacke-Schweissung dermassen, dass sich dieselbe in verlässlicher Weise auch für das Schweissen dickwandiger Kohlenstoff- und legierter Stähle und insbesondere der Werkstoffe für die Einrichtungen zur Arbeit mit radioaktiven Stoffen ohne Gefahr, dass die Schweissstellen der Alterung unterliegen, durchführen lässt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Elektro-Schlacke-Schweissung, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlaufe des Schweissens in die Schweissstelle eine grössere Menge von Flussmittel zugesetzt wird als durch Verdampfen oder Überfliessen an den Wänden der Kühlbeilagplatten verloren geht und dass gleichzeitig die überschüssige Menge der geschmolzenen Schlacke von der Schweissstelle z. B. durch Überfliessen über die Kante bzw. Kanten oder über die Öffnung bzw. Öffnungen der Kühlbeilagplatten oder auf andere Weise abgeführt wird.