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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum aluminothermischen Zwischengussschweissen von Schienen, wobei die zu verbindenden, mit einer feuerfesten Giessform umgebenen Schienenenden vor dem Einguss des aluminothermisch erzeugten Stahles in die Giessform erhitzt werden.
Es ist bekannt, die bei dem aluminothermischen Zwischengussschweissen von Schienen zu verbindenden, eingeformten Schienenenden vor dem Verguss zu erhitzen. So wird z. B. in der deutschen Patentschrift Nr. 1046449 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum aluminothermischen Zwischengussschweissen von Werkstücken, vorzugsweise Schienen, beschrieben, bei dem die Vorwärmung der von Formkörpern (Giessformen) umgebenen Schienenenden durch von oben in den Steigerkanal der Giessform schlagende Flammen erfolgt. Gemäss der Zeitschrift "Schweissen und Schneiden" (Heft 9/66, S. 431/432) ist dabei unter Vorwärmung eine Erhitzung der Schienenstösse auf etwa 10000C zu verstehen, bevor über 20000C heisser, in die Giessform eingeleiteter, aluminothermisch erzeugter Stahl die Schienenenden zusammenschmilzt.
Bei den bekannten Verfahren zum aluminothermischen Zwischengussschweissen von Schienen wird die Vorwärmung der Schienenenden auf etwa 1000 C, die z. B. bei Schienen mit einem Meter-Gewicht von zirka 50 kg in 5 bis 25 min erfolgen kann, als grundlegende verfahrensmässige Bedingung zur Erzielung einwandfreier Schweissungen angesehen. Eine Vorwärmung unter diese Temperaturgrenze gilt als unzulässig, vielmehr wurden zur Unterstützung der Aufschmelzwirkung des nach der Vorwärmung in die Giessform eingegossenen heissflüssigen Stahls noch höhere Vorwärmetemperaturen empfohlen.
Die hohe Vorwärmung, die einerseits die erforderliche Aufschmelzung der Schienenenden fördert, hat, wie es sich gezeigt hat, anderseits jedoch den Nachteil, dass die der Schweissstelle benachbarten Zonen der Schienen ebenfalls auf Temperaturen erhitzt bzw. gehalten werden, die Gefügeumwandlungen bzw. Gefügebeeinflussungen zur Folge haben. Hiedurch entstehen an die Schweissung anschliessende Grobkorn- und Feinkornzonen, die gegenüber dem wärmemässig unbeeinflussten Schienenmaterial wesentliche Härte- und Zähigkeitsunterschiede aufweisen. Diese Unterschiede können Ursache für eine Buckel- und Dellenbildung sein, wobei jedoch die Verminderung der Zähigkeit durch Grobkornbildung in den an die Schweissung anschliessenden Zonen sich besonders ungünstig auswirkt, da hiedurch die Bruchsicherheit beeinträchtigt werden kann.
Zugunsten einer guten Aufschmelzung wurden diese bekannten, mit einer hohen Vorwärmung verbundenen Nachteile bisher als unvermeidbar hingenommen.
Zur Vermeidung der mit der hohen Vorwärmung verbundenen Nachteile und auch zur Verkürzung der mit der Durchführung einer Schweissung verbundenen Zeit wurde auch versucht, auf die Vorwärmung ganz zu verzichten und die zur Aufschmelzung notwendige Temperaturerhöhung der Schienenenden allein durch den heissflüssigen aluminothermisch erzeugten Stahl herbeizuführen. Dies bedingt eine grössere Menge an aluminothermisch erzeugtem Stahl, da ein Teil der heissflüssigen Schmelze zur Erhitzung der Schienenenden auf Schweisstemperatur verbraucht wird.
Zur Durchführung dieses Verfahrens ist gemäss der deutschen Auslegeschrift 1201156 eine Giessform für die aluminothermische Schienenschweissung mit im Bereich der äusseren Schienenfusskanten sich nach oben erstreckenden Steigerkanalaustritten und einem den Boden des Eingusstrichters bildenden, oberhalb des Schienenkopfes angeordneten Riegel bekannt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Eingusstrichter von den Steigerkanalaustritten getrennt ist.
Bei diesem Verfahren zur Verschweissung von Schienen, bei dem die Vorwärmung und Aufschmelzung der Schienenenden allein durch den aluminothermisch erzeugten Stahl erfolgt, werden die der Schweissung benachbarten Zonen ebenfalls auf hohe Temperaturen erhitzt, jedoch wird die Wärme an die angrenzenden kalten Schienenbereiche sehr schnell abgeführt. Dies hat zur Folge, dass einerseits die Breite der wärmebeeinflussten Zone in gewünschter Weise vermindert wird, sich aber anderseits Abschreckgefüge ausbilden können, die wegen Bruchgefahr unter allen Umständen vermieden werden müssen.
Zur Durchführung dieses Verfahrens werden ferner zur Erzeugung der Stahlschmelze mit möglichst hohem Wärmeinhalt hochreaktive aluminothermische Gemische benutzt, die jedoch schlecht beherrschbar sind, so dass Teile des in Reaktion befindlichen Gemisches sowie Reaktionsprodukte aus dem Reaktionstiegel in verstärktem Masse herausgeschleudert werden. Neben der Beeinträchtigung des Arbeitsablaufes können sich ausserdem Änderungen in der Zusammensetzung der gewünschten Schmelze ergeben. Ausserdem ist eine Aufschmelzung der Schienenenden trotz einer grösseren Schweissportion nicht immer mit Sicherheit in dem erforderlichen Masse erzielbar, insbesondere wenn niedrigere Schienentemperaturen vorliegen. Sind ausserdem die Schienen mit Feuchtigkeit behaftet, führt dies zu Porenbildung.
Aus all diesen Gründen hat sich dieses Verfahren wegen der damit verbundenen Nachteile in der Praxis nicht eingeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum aluminothermischen Zwischengussschweissen von Schienen unter Verwendung der genannten Nachteile bei Ausnutzung der mit den bekannten Verfahren verbundenen Vorteile zu schaffen, bei dem also schädliche Gefügeausbildungen vermieden bzw. vermindert und die Schweissungen in kürzeren Zeiten ausgeführt werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Verfahren zum aluminothermischen Zwischengussschweissen von Schienen, wobei die zu verbindenden, mit feuerfesten Giessformen umgebenen Schienenenden vor dem Einguss des aluminothermisch erzeugten Stahls in die Giessform erhitzt werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die zu verschweissenden Schienenenden innerhalb eines Zeitraumes von bis zu 2 min auf eine Temperatur zwischen etwa 300 und etwa 7000C vorgewärmt werden.
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Erfindungsgemäss darf die Vorwärmedauer zur Erhitzung der Schienenenden nicht mehr als 2 min betragen, wobei die erzielte Temperatur innerhalb des erfindungsgemässen Temperaturbereiches im wesentlichen von den verwendeten Brennern und Brennstoff/Sauerstoff-bzw. Brennstoff/Luft-Gemischen abhängig ist. Die Schweissportion muss dabei in ihrer Grösse so bemessen und zusammengesetzt sein, dass einerseits bei der Vorwärmetemperatur von 3000C bei Vermeidung einer Abschreckwirkung eine Aufschmelzung mit Sicherheit erreicht wird und anderseits bei der Vorwärmetemperatur von 7000C schädliche Grobkorn- und Feinkornzonen im Schienenwerkstoff in den der Schweissung benachbarten Zonen vermieden werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass bei Gewährleistung einer einwandfreien Aufschmelzung der Schienenenden nachteilige Gefügeumwandlungen bzw. Gefügebeeinflussungen vermindert bzw. vermieden werden, wodurch die Schweisssicherheit im Gleis bedeutend erhöht wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die Kurzvorwärmung von bis zu 2 min die bisher für die Schweissungen im Gleis benötigte Zeit bedeutend vermindert werden kann, so dass der Zugverkehr in erheblich geringerem Masse gestört wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren soll durch das folgende Beispiel noch näher erläutert werden :
Beispiel : Die Enden der zu verschweissenden, ausgerichteten Schienen mit einem Meter-Gewicht von 50 kg werden mit einer Lücke von 24 mm verlegt und mit einer vorgefertigten, trockenen, feuerfesten Giessform umgeben, die gegen die Schiene mit plastischen Formstoffen, wie z. B. angefeuchtetem Sand, abgedichtet wird. Nach dem Ansetzen der Giessform wird der für die Reaktion benötigte Tiegel oberhalb der Giessform angeordnet und nach Verschliessen des unteren Auslaufs mit der für die Schweissung bestimmten aluminothermischen Schweissmasse gefüllt. Man verwendet zweckmässig soviel aluminothermisches Gemisch, wie etwa 0, 15 bis 0, 25 Gew.-Teilen, bezogen auf das Meter-Gewicht der Schienen, entspricht.
In vorliegendem Falle werden 10 kg Gemisch verwendet. Anschliessend erfolgt die Vorwärmung der Schienenenden vorzugsweise durch von oben in den Steigerkanal der Giessform schlagende Flammen, die durch Verbrennung eines Propan-Sauerstoff-Gemisches erzeugt werden.
Nach Beendigung der Vorwärmung wird die aluminothermische Schweissmasse im Reaktionstiegel entzündet und nach Beendigung der Reaktion nach Öffnung des unteren Auslaufes durch Hochschlagen des Abstichstiftes die Stahlschmelze in die Form geleitet, wo sie die Schienenenden aufschmilzt und miteinander verbindet. Nach Verfestigung des eingegossenen Stahls wird die Giessform entfernt und die Schweissstelle in bekannter Weise bearbeitet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum aluminothermischen Zwischengussschweissen von Schienen, wobei die zu verbindenden, mit feuerfesten Giessformen umgebenen Schienenenden vor dem Einguss des aluminothermisch erzeugten Stahls
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Schienenenden innerhalb eines Zeitraumes von bis zu 2 min auf eine Temperatur zwischen etwa 300 und etwa 7000C vorgewärmt werden.
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