Elektrisches Schweissverfahren. Gegenstand der Erfindung ist ein elek trisches Schweissverfahren, bei dem der Schweissstrom von einer in ein Flussmittel tauchenden Elektrode durch das geschmol zene Flussmittel zum Werkstück fliesst. Die zur Schweissung erforderliche Wärme wird der Elektrode und dem Werkstück durch die überhitzte Flussmittelschmelze zugeführt.
Qualität und Art der Schweissnaht hän gen von mehreren Faktoren ab, so z. B. von der Tiefe und dem Ausmass der Schmelzung der Kanten des Werkstückes, der Zusammen setzung des Flussmittels oder Schmelze, der verwendeten Spannung und Stromstärke und der Schweissgeschwindigkeit. Wenn die ge wünschte Schweissgeschwindigkeit für eine spezielle Schweissung bestimmt ist, wird eine Schweissnaht der gewünschten Breite erzeugt. Bei gleichbleibender Stromstärke und Span nung nimmt die Breite der Naht ab, wenn die Schweissgeschwindigkeit erhöht wird.
Die Abnahme der Breite der Schweissnaht bei Er höhung der Schweissgeschwindigkeit bei gleichbleibender Spannung und Stromstärke ist also einer der Faktoren, welche die maxi male Schweissgeschwindigkeit bestimmen.
Um die Schweissgeschwindigkeit zu er höhen, muss man also den Schweissstrom ver stärken, um in der Schweisszone eine höhere Stromdichte zu erhalten. Im allgemeinen ist es jedoch nicht immer vorteilhaft, die Strom dichte zu erhöhen, weil dann insbesondere in den untern Rändern der Naht oder am Grunde der Schweissrille die Schweissung viel zu tief eindringt.
Dies ist vor allem der Fall, wenn der Grund der Schweissnaht dicht an der Unterseite des Werkstückes liegt und ebenso, wenn. relativ dünne Platten ge schweisst werden sollen, bei denen ebenfalls die Schweissung am Grunde der Naht bei hohen Stromdichten viel zu weit eindringt. Zur Vermeidung dieser Nachteile wird der Strom beim Verfahren gemäss vorliegen der Erfindung innerhalb des in der Schweiss zone geschmolzenen Materials durch mag netische Einwirkungen seitlich zur Schweiss richtung abgelenkt, um die Schweissnaht unter Verringerung ihrer Tiefe breiter zu gestalten.
Im folgenden wird die Erfitidcmg anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Schweissnaht zwischen zwei abgeschrägten Kanten zu verschweissender Platten und zeigt schematisch die Schweisseinrichtung ohne Magnet; Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die Naht nach der Linie 2-2 der Fig. 1 und zeigt schematisch einen Elektromag neten. der über der Naht in der Nähe der Schweisszone angebracht ist; Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine ähnliche Naht wie in Fig. 1 und 2, bei der Elektromagnete so wohl vor wie hinter der Schweissstelle an geordnet sind;
Fig. 4 ist ein weiterer Längs schnitt einer Naht, bei der Elektromagnete unterhalb der Platten sowohl vor als hinter der Schweissstelle angeordnet sind; Fig. 5 ist ein Querschnitt durch eine derartige Schweiss naht, bei welcher die Elektromagnete ober halb des Werkstückes zu beiden Seiten der Schweissstelle angeordnet sind; Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine derartige Schweiss naht, bei welcher die Elektromagnete unter halb der Platten zu beiden Seiten der Schweissstellen angeordnet sind;
Fig. 7 und 8 zeigen schematisch das Aussehen einer fertig gestellten Schweissnaht. die ohne respektive mit Magnetfeld in der Schweisszone ausge führt wurde.
In der nachfolgenden Beschreibung sind gleiche Teile in allen Figuren mit den glei chen Bezugszeichen bezeichnet. Die Schweiss naht 10, welche durch die beiden abgeschräg- ten Kanten der Platten 11 und 12 gebildet wird, ist mit einem Flussmittel 13 hohen elektrischen Widerstandes in pulveriger oder gekörnter Form gefüllt. Vorzugsweise wird eine derartige Menge dieses Materials ver wendet, dass es längs der Naht bei 14 auf gehäuft ist. Die Elektrode 15 ist derart in das Flussmittel eingetaucht, dass sie von den Platten 11 und 12 im Abstand ist.
Die Stromquelle 16 ist über 17 und 18 sowohl mit dem Werkstück, als auch mit der Elektrode verbunden. L in den Stromkreis bei Beginn der Schweisseng zu schliessen, wird geeignetes Material, wie Stahlspäne, zwischen die Elek troden 15 und die Platten 11 und 12 ge bracht.
Der zwischen der Elektrode und dem Werkstück fliessende Strom heizt das Lena.ch- barte Flussmittel 13 so. dass es schmilzt und selbst die Stromleitung übernimmt. Hier durch wird dem Ende der Elektrode 15 und den Kanten der Platten 11 und 12 die zum Schmelzen nötige Wärme zugeführt. Das von der Elektrode abgeschmolzene Metall ver schmilzt mit den Kanten der Platten.
h) dem Umfang, in dem die Elektrode 15 abschmilzt, wird sie nachgeliefert und nach einer bestimmten Zeit längs der Naht 10 durch tLs Flussmittel 13 mit gleichförmiger Ge schwindigkeit be\vegt. Auf diese Weise wird das Flussmittel 13 an aufeinander folgen den Stellen der Naht geschmolzen, wird über hitzt und leichtflüssig, wie bei 19 in Fig. 2 angedeutet,
wobei die Flüssigkeitsströmung eine wirksame Durchmischung des geschmol zenen Metalles mit dem Flussmittel auslöst und Verunreinigungen aus dem Metall aus- w7ischt, bevor es sich verfestigt und die bei den Platten miteinander verbindet.
Das Fort schreiten der Schweisseng ist in Fig. 2 da.r- @resIellt. Die Elektrode<B>1.5</B> wird relativ zum h Werkstück in Richtung des Pfeils _4 bewegt.
Das Flussmittel 1:3 ist vor der -Elektrode 15 in dem noch nicht geschweissten Teil der Naht in pulverigem oder gekörntem Zu stande, während in dem schon geschweissten Teil 21 das gescbniolzene Flussmittel in der Schmelze aufgestiegen und oben auf der Schweissnaht bei 22 erstarrt ist. Der L\ber- schuss 14 an Flussmittel bleibt ungeschmol- zen und bedeckt die erstarrte Schicht 22.
Durch ein magnetisches Feld wird der Strom in der Schweisszone 19 gelenkt. Hier durch wird es möglich, die Tiefe des Schmelzvorganges an den untern Kanten der Naht oder am Grund der durch die ge genüberliegenden Kanten der Platten gebil deten Rille zu vermindern, so da,ss höhere Stromdichten und Schweissgeschwindigkeiten ohne Verschlechterung der Qualität der Schweissnaht wirksam und sicher angewen det werden können.
In Fig. 2 ist ein aus .der Wicklung 24 und einem Kern 25 bestehender Elektromag net in der Nähe der Elektrode 15 an der schon geschweissten Seite 21 der Naht an geordnet. Der Kern 25 ist oberhalb der Schweisszone 19 angeordnet und mit einem spitzen Winkel in bezug auf die Platten 11 und 12: ,gegen die Elektrode 15 geneigt. Um den Magneten so dicht wie möglich an die Platten 11 und 12 heran zu bekommen, ist sein unteres Ende abgesollrägt.
Die Stromlinien in dem geschmolzenen Flussmittel und ,geschmolzenem Metall sind durch die :gepunkteten Linien 2!6 angedeutet und erstrecken sich von der Elektrode 15 nach unten und rückwä;
rts.. Die von dem Magneten ausgehenden Kraftlinien, die durch die ge strichelten Linien<B>2,7</B> angedeutet sind, gehen ,von dem Kern. 25 nach unten und schneiden annähernd senkrecht die Stromlinien: 26. Wenn für die Schweissung Wechselstrom verwendet wird, die Wicklung 24 des Magnetes dagegen über 28 und 29 mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, verschiebt das praktisch gleichförmige Kraftfeld des Magnetes den Wechselstrom in dem flüssigen Material ab wechselnd nach beiden Seiten.
Die Verschie bung der Stromlinien bedingt eine Erhöhung der Temperatur an den betreffenden Stellen der Schmelze. Auf diese Weise wird an den Stellen des Stromweges, wo zusätzlich Wärme zugeführt wird, der Widerstand ver mindert. Gleichzeitig sinkt die Temperatur an den Stellen, wo der Strom ohne Beeinflus sung durch den Magnet fliessen würde, so dass dort der Widerstand steigt. Da -die Leit fähigkeit durch die Wärmeentwicklung steigt, wird die Verschiebung der Strom linien durch das Magnetfeld erleichtert.
Durch die abwechselnde Verschiebung der Stromlinien nach beiden Seiten wird der Stromweg beträchtlich verbreitert. Der Ge samtwiderstand der Schmelzzone bleibt prak tisch unverändert. Trotzdem wird die Er wärmung innerhalb der Schmelzzone derart verändert, dass die Tiefe der Schmelzung an den untern Teilen der Kanten vermindert wird und die Energiedichte dort im Verhält nis zu denjenigen Teilen der Platten, welche die Schweissrille umgeben, geringer ist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Arbeits weise, bei welcher der Elektromagnet in der Nähe der Elektrode 15 über der schon fer tigen Schweissnaht angeordnet ist, bewirkt sein Feld eine Verminderung der Schweiss nahttiefe an dem untern Teil der Platten kanten und dafür wird die Schweissnaht an den übrigen Teilen der Kanten gegen die Oberfläche der Naht hin verbreitert.
Auf diese Weise lässt sich die Tiefe der Schweissnaht wirksam regeln und ihre Breite vergrössern. Die von der Stärke des magne tischen Feldes abhängige Verschiebung der Stromlinien wird durch Veränderung des durch die Wicklung 24 des Elektromagnetes fliessenden Stromes und seine Lage im Ver hältnis zum Werkstück geregelt. Die Polari tät des Elektromagnetes ist ohne Einfluss, es wird das gleiche Ergebnis erhalten, wenn das untere Ende des Kernes 25 ein Nord- öder Südpol ist.
Der Elektromagnet ist so angeordnet, dass die magnetischen Kraftlinien die Stromlinien in der Schmelzzone 19 schneiden.
So zum Beispiel sind in Fig. 3 zwei Elektromagnete 30 und 31 dargestellt, welche oberhalb der Naht und parallel zu ihr an der schon geschweissten Seite 21 wie an der noch nicht geschweissten Seite 20 angeordnet sind. Die Elektromagnete 30 und 31 können über den Leiter 34 in Serie mit der Stromquelle durch die Leiter 35 und 36 verbinden sein.
Man kann auch die Elektromagnete 30 und 31, wie in Eig. 4 aalgedeutet, in ;glei cher Weise unterhalb des Werkstückes an ordnen.
Der gleiche Erfolg wird erreicht durch ein Magnetfeld, welches senkrecht zur Schweissrichtung steht. Die Magnete können hierbei isowohl unterhalb wie oberhalb des Werkstückes angeordnet werden. Fig. 5 zeigt eine derartige Anordnung, bei der die Elek tromagnete 30 und 31 oberhalb der Platten 11 und 12 zu beiden Seiten der Schweissnaht 10 nahe der Schweisszone 19 angeordnet sind. 39 ist eine Stützstange, die unterhalb der Schweissnaht angeordnet ist.
Oft. ist es vorteilhaft, die Elektromagnete unterhalb des MTerkstricl@es anzuordnen. Diese Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt. Die Elektromagnete 30 und 31. sind senk recht zur Naht 10 beiderseits der Schweiss zone 19 vorgesehen. Obwohl die Kerne 40 und 41 dieser Elektromagnele einen gewis sen Abstand von den Platten 11 und 1? auf v: eisen, kann es mitunter vorteilhaft sein, dass die Kerne die Unterseite der Platten lose be rühren.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn kein Stützstab verwendet werden kann, weil die Stromlinien in das. Gebiet des stärksten 3lla-net.feldes kommen-, weint die Schmelzung droht, zu tief in die untern Teile der Naht einzudringen. Auf diese Weise ist es mög lich, automatisch die Tiefe der Schmelzung am Boden der Naht zu regeln bezw. zu be grenzen.
Beim Schweissen einer<B>1,27</B> ein dicken Platte mit einer Geschwindigkeit von 30 cmrmin. wurde bei 40 Volt und 880 Amp. des Schweissstromes ohne 'Magnetfeld eine vertikale Tiefe der Schweissnaht von 0,913 ein und eine Breite der Naht von 1,8:i ein gefunden.' Bei Verwendung eines Gleichstrommagnetes nach der in Fig. \? ge zeigten Arbeitsweise liess sich die Tiefe der Schweissnaht auf 0,36 cm verringern und da für die Breite auf 2.4 ein erhöhen.
Bei der Seliweissung von Stahlplatten von ungefähr 0,48 ein Dicke erzeugte ein Strom von 400 Amp. eine Eindringtiefe ain Boden der Naht, welche für Platten dieser Dicke schon zu gross ist.
Bei Anwendung eines Mag netfeldes, welches die Eindringtiefe der Sehweissung an der untern Seite der Platten verringert, ist es ,jedoch möglich, Schweiss ströme bis- zu 1100 Amp. ohne unzulässig starke Eindringitng ztt verwenden; finit die sen hohen Schweissstromstärken lässt sich die Schweissgeschwindigkeit erheblich vergrössern.
Die Wirkung, welche durch ein Magnet feld bei dem oben beschriebenen Schweissver fahren eintritt, ist vollständig von derjenigen verschieden, die ein Magnetfeld bei der Licht bogenschweissung ausübt. Wie auch immer das magnetische Feld bei einer Lichtbogen schweissung angewendet wurde, niemals konnte man auf diese Weise die Breite einer Lichtbogenschweissung vergrössern oder die Eindringtiefe in den untern Teilen der Schweissnaht verringern. Bei der elektrischen Lichtbogensehweissung siieht man mittels eines Magnetfeldes die Breite der entstehen den Schweissnaht zu vermindern und ihre Tiefe am Grunde der Schweissnaht zu er höhen.
Unter den in dem ersten Beispiel an gegebenen Bedingungen vermindert die Ver wendung eines Magnetfeldes bei elektrischer Lichtbogenschweissung mit blanken Schweiss stäben die Breite der Schweissnaht von 2 cm auf 1.3 ein und erhöht die Eindringtiefe der Schweissnaht in das Material von 0,71 auf 0,74 cm. Anderseits ist es unmöglich ge wesen bei einem Schweissverfahren, bei dem die zum Schweissen erforderliche Wärme durch ein überhitztes Flussmittel der Schweiss zone zugeführt wird, mittels eines Magnet feldes die Eindringtiefe am Grunde der Schweissnaht zu erhöhen oder ihre Breite zu vermindern.
Es ist selbstverständlich. da.ss ein Fluss mittel verwendet wird, in welchem die bei hohen Temperaturen zwischen den Bestand teilen möglichen chemischen Reaktionen schon so weit vollendet sind, da,ss es - che- iniseh inert ist und während des Schweiss prozesses keine schädlichen Gase entwickelt. Weiterhin soll die Leichtflüssigkeit des ge schmolzenen Flussmittels bei der Schweiss temperatur derart sein. dass es nicht vom ge schmolzenen Metall mitgerissen wird.
Die Hauptbestandteile des Flussmittels sind vor- zugSweise Kieselsäure und ein oder mehrere Silikate der Erdalkalimetalle und Alumi- niumoxyd, welche in geeigneter Weise, z. B. in einem elektrischen Ofen. vorher zusain- mengeselimolzen worden sind. Ein Halogen salz, wie Calciumfluorid, kann der l1ischung vor oder nach der Schmelzung der übrigen Bestandteile zugegeben werden.
Die ge schmolzene Mischung wird möglichst schnell abgekühlt, so dass das Material glasigen Bruch aufweist. Ferner soll das Material nach dem Kühlen und Mahlen praktisch frei von Eisenoxyd sein, welches nicht mit Be standteilen der Mischung verbunden ist und frei von anderem Material, wie Karbonaten oder Feuchtigkeit, welche schädliche Gase oder Dämpfe bei Schweisstemperaturen ent wickeln.
Die Zusammensetzung in Gewichts prozent eines Flussmittels, das bei der Durch führung des Verfahrens mit Erfolg verwen det worden ist, war folgende:
EMI0005.0008
I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV
<tb> Ca0 <SEP> 29,5 <SEP> 31,24 <SEP> 29,18 <SEP> 40,12
<tb> %Mg0 <SEP> 8,7 <SEP> 11,01 <SEP> 8,26 <SEP> 0,89
<tb> Si02 <SEP> 56,4 <SEP> 52,40 <SEP> 57,48 <SEP> 52,94
<tb> %A120, <SEP> 5,4 <SEP> 4,11 <SEP> 4,86 <SEP> 5,80
<tb> r' <SEP> e@0, <SEP> niedrig <SEP> 0,13 <SEP> 0,24 <SEP> 0,23 Vor Gebrauch wurde je ein Teil Calcium- fluorid auf 16 Gewichtsteile eines der ge nannten Flussmittel zugefügt.
Das charakteristische Aussehen von Schweissnähten, die in der oben beschriebenen Weise einmal mit und einmal ohne ein Mag netfeld erhalten werden, sind schematisch in Fig. 7 und 8 dargestellt. Die gestrichelten Linien 42 in diesen Figuren deuten die ur sprünglichen ganten der Platten 11 und 12 an, welche zur Vorbereitung der Schweissung abgeschrägt worden waren. Bei der in Fig. 7 dargestellten Schweissnaht 43, welche ohne Magnetfeld hergestellt wurde, kann man er kennen, dass die Seiten relativ steil sind.
Die Breite der Schweissnaht ist am obern Rande der Platten 11 und 12 nur wenig grösser als die Breite der ursprünglichen Rinne. Bei der mit einem Magnetfeld hergestellten Schweiss naht 44 in Fig. 8 sind die Seitenränder weniger steil als bei der in Fig. 7 dargestell ten Schweissnaht. Die Eindringtiefe am Bo den der Naht ist in Fig. 8 geringer als in Fi. 7.
Die Ablenkung der Stromlinien wäh rend des Schweässprozeisses hat bei der in Fig. 8 dargestellten Schweissnaht eine grö ssere Eindringung in der Nähe der obern Plattenränder und eine grössere Breite der Schweissnaht in ihrer gesamten Tiefe be- wirkt.
Ein charakteristisches Merkmal von Schweissnähten, die an flachen oder ge krümmten Platten mittels eines Magnetfeldes erzeugt wurden, ist die deutlich erkennbare Lippenbildung 45 an den ganten der Schweissnaht in der Nähe der obern Fläche der Platten 46 und 47.
An Stelle von Elektromagneten lassen sich auch starke permanente Magnete ver senden, um die Stromlinien des Wechsel stromes in der Schmelze abzulenken. Ein per manenter Magnet aus Kobaltstahl wird bei spielsweise in vielen Fällen ein genügend starkes Feld erzeugen, um die Eindringtiefe der Schweissnaht im untern Teil der Schweiss rille zu regeln. Die Feldstärke eines per- manenten Magnetes wird; durch .die Ver- ändierung @seiner Lagegeregelt.
Bei Verwendung von Wechselstrom zur Schweissung kann die Regelung der Ein dringtiefe der Schweissnaht in den untern Teil auch mittels eines mit Wechselstrom ge speisten Elektromagnetes erfolgen. Die Wick lung des Elektromagnetes kann unmittelbar mit dem Schweissstrom verbunden werden. Ebenso kann ein gleichförmiges oder wech selndes Magnetfeld bei der Verwendung von Gleichstrom zum Schweissen benutzt werden.
Electric welding process. The subject of the invention is an electrical welding process in which the welding current flows from an electrode immersed in a flux through the melted flux to the workpiece. The heat required for welding is supplied to the electrode and the workpiece by the overheated flux melt.
The quality and type of weld seam depend on several factors, such as: B. the depth and the extent of the melting of the edges of the workpiece, the composition of the flux or melt, the voltage and current strength used and the welding speed. If the desired welding speed is determined for a specific weld, a weld of the desired width is produced. If the current strength and voltage remain the same, the width of the seam decreases when the welding speed is increased.
The decrease in the width of the weld seam when the welding speed increases while the voltage and current strength remain constant is one of the factors that determine the maximum welding speed.
In order to increase the welding speed, you have to strengthen the welding current in order to obtain a higher current density in the welding zone. In general, however, it is not always advantageous to increase the current density, because then the weld penetrates far too deeply, especially in the lower edges of the seam or at the bottom of the welding groove.
This is especially the case when the bottom of the weld seam is close to the underside of the workpiece and also when. relatively thin plates are to be welded, in which the weld at the bottom of the seam also penetrates far too far at high current densities. To avoid these disadvantages, the current in the method according to the present invention is deflected laterally to the welding direction within the material melted in the welding zone by magnetic effects in order to make the weld seam wider while reducing its depth.
In the following, the Erfitidcmg is explained using the drawing, for example.
1 is a cross section through a weld seam between two beveled edges of plates to be welded and shows schematically the welding device without a magnet; Fig. 2 is a longitudinal section through the seam along the line 2-2 of Fig. 1 and shows schematically an electric magnet. which is attached over the seam near the welding zone; Fig. 3 is a longitudinal section through a similar seam as in Fig. 1 and 2, in which the electromagnets are arranged in front of as well as behind the welding point;
Fig. 4 is another longitudinal section of a seam in which electromagnets are arranged below the plates both in front of and behind the weld; Fig. 5 is a cross section through such a weld seam, in which the electromagnets are arranged above half of the workpiece on both sides of the weld; 6 is a cross section through such a weld seam in which the electromagnets are arranged under half of the plates on both sides of the welds;
7 and 8 show schematically the appearance of a finished weld seam. which was carried out without or with a magnetic field in the welding zone.
In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals in all figures. The weld seam 10, which is formed by the two beveled edges of the plates 11 and 12, is filled with a flux 13 of high electrical resistance in powdery or granular form. Preferably, such an amount of this material is used that it is piled up along the seam at 14. The electrode 15 is immersed in the flux in such a way that it is at a distance from the plates 11 and 12.
The power source 16 is connected via 17 and 18 both to the workpiece and to the electrode. L to close the circuit at the beginning of the Schweisseng, suitable material, such as steel filings, between the electrodes 15 and the plates 11 and 12 is placed.
The current flowing between the electrode and the workpiece heats the Lena.ch-bared flux 13 in this way. that it melts and takes over the power line itself. Here by the end of the electrode 15 and the edges of the plates 11 and 12, the heat necessary for melting is supplied. The metal melted from the electrode melts together with the edges of the plates.
h) the extent to which the electrode 15 melts, it is replenished and after a certain time moved along the seam 10 by the flux 13 at a uniform speed. In this way, the flux 13 is melted at successive points of the seam, is overheated and slightly liquid, as indicated at 19 in Fig. 2,
whereby the liquid flow triggers an effective intermixing of the molten metal with the flux and wipes out impurities from the metal before it solidifies and bonds the plates with one another.
The progress of the welding is shown in Fig. 2 da.r- @resIellt. The electrode <B> 1.5 </B> is moved relative to the workpiece in the direction of arrow _4.
The flux 1: 3 is in front of the electrode 15 in the not yet welded part of the seam in powdery or granular state, while in the already welded part 21 the melted flux rose in the melt and solidified on top of the weld seam at 22. The excess solder 14 of flux remains unmelted and covers the solidified layer 22.
The current in the welding zone 19 is directed by a magnetic field. This makes it possible to reduce the depth of the melting process at the lower edges of the seam or at the bottom of the groove formed by the opposite edges of the plates, so that higher current densities and welding speeds without deteriorating the quality of the weld seam effectively and safely can be used.
In Fig. 2 is from. The winding 24 and a core 25 existing Elektromag net in the vicinity of the electrode 15 on the already welded side 21 of the seam arranged. The core 25 is arranged above the welding zone 19 and is inclined towards the electrode 15 at an acute angle in relation to the plates 11 and 12 :. In order to get the magnet as close as possible to the plates 11 and 12, its lower end is beveled.
The streamlines in the molten flux and molten metal are indicated by the: dotted lines 2! 6 and extend downward and backward from the electrode 15;
rts .. The lines of force emanating from the magnet, which are indicated by the dashed lines <B> 2,7 </B>, go from the core. 25 downwards and intersect the streamlines approximately vertically: 26. If alternating current is used for the welding, whereas the winding 24 of the magnet is connected to a direct current source via 28 and 29, the practically uniform force field of the magnet shifts the alternating current in the liquid material alternating to both sides.
The shift in the streamlines causes an increase in temperature at the relevant points in the melt. In this way, the resistance is reduced ver at the points in the current path where additional heat is supplied. At the same time, the temperature drops at the points where the current would flow through the magnet without being influenced, so that the resistance increases there. Since the conductivity increases due to the development of heat, the shifting of the current lines is facilitated by the magnetic field.
The flow path is considerably widened by the alternating shifting of the streamlines to both sides. The total resistance of the melting zone remains practically unchanged. Nevertheless, the heating within the melting zone is changed in such a way that the depth of the melting is reduced at the lower parts of the edges and the energy density there in relation to those parts of the plates that surround the welding groove is lower.
In the working manner shown in Fig. 2, in which the electromagnet is arranged near the electrode 15 over the already fer term weld, its field causes a reduction in the weld seam depth on the lower part of the plates edges and the weld is on the remaining parts of the edges widened towards the surface of the seam.
In this way, the depth of the weld seam can be effectively regulated and its width increased. The dependent on the strength of the magnetic field displacement of the streamlines is regulated by changing the current flowing through the winding 24 of the electromagnet and its position in relation to the workpiece. The polarity of the electromagnet has no influence; the same result is obtained if the lower end of the core 25 is a north or south pole.
The electromagnet is arranged so that the magnetic lines of force intersect the streamlines in the melting zone 19.
For example, two electromagnets 30 and 31 are shown in FIG. 3, which are arranged above the seam and parallel to it on the already welded side 21 and on the not yet welded side 20. The electromagnets 30 and 31 can be connected in series with the power source through the conductors 35 and 36 via the conductor 34.
You can also use the electromagnets 30 and 31, as in Eig. 4 aalgedeutet, arrange in the same way below the workpiece.
The same success is achieved with a magnetic field that is perpendicular to the welding direction. The magnets can be arranged both below and above the workpiece. Fig. 5 shows such an arrangement in which the elec tromagnets 30 and 31 are arranged above the plates 11 and 12 on both sides of the weld seam 10 near the welding zone 19. 39 is a support rod which is arranged below the weld seam.
Often. it is advantageous to arrange the electromagnets below the MTerkstricl @ es. This embodiment is shown in FIG. The electromagnets 30 and 31 are provided perpendicular to the seam 10 on both sides of the welding zone 19. Although the cores 40 and 41 of these electromagnets a certain distance from the plates 11 and 1? on iron, it can sometimes be advantageous that the cores loosely touch the underside of the plates.
This is particularly advantageous when a support rod cannot be used, because the streamlines come into the area of the strongest 3lla-net.field - the melting threatens to penetrate too deeply into the lower parts of the seam. In this way, it is possible, please include, to automatically regulate the depth of the melt at the bottom of the seam respectively. to limit.
When welding a <B> 1.27 </B> thick plate at a speed of 30 cm / min. At 40 volts and 880 amps of the welding current without a 'magnetic field, a vertical depth of the weld seam of 0.913 in and a width of the seam of 1.8: i in.' When using a DC magnet as shown in Fig. \? As shown, the depth of the weld seam could be reduced to 0.36 cm and increased to 2.4 for the width.
When welding steel plates of about 0.48 a thickness, a current of 400 amp. Produced a penetration depth at the bottom of the seam which is already too great for plates of this thickness.
When using a magnetic field, which reduces the depth of penetration of the welding on the lower side of the plates, it is possible, however, to use welding currents of up to 1100 amps without impermissibly strong penetration; finite these high welding currents, the welding speed can be increased considerably.
The effect that occurs through a magnetic field in the welding process described above is completely different from that which a magnetic field exerts in the arc welding. However the magnetic field was used in an arc weld, it was never possible to increase the width of an arc weld or reduce the penetration depth in the lower parts of the weld seam in this way. In the case of electric arc welding, a magnetic field is used to reduce the width of the weld seam and to increase its depth at the bottom of the weld seam.
Under the conditions given in the first example, the use of a magnetic field for electric arc welding with bare welding rods reduces the width of the weld from 2 cm to 1.3 and increases the penetration depth of the weld into the material from 0.71 to 0.74 cm . On the other hand, in a welding process in which the heat required for welding is supplied to the welding zone by an overheated flux, it has been impossible to use a magnetic field to increase the penetration depth at the bottom of the weld seam or to reduce its width.
It goes without saying. that a flux is used in which the chemical reactions that are possible between the components at high temperatures are already so far completed that it is chemically inert and does not develop any harmful gases during the welding process. Furthermore, the light liquid of the molten flux should be such at the welding temperature. so that it is not carried away by the molten metal.
The main components of the flux are preferably silicic acid and one or more silicates of the alkaline earth metals and aluminum oxide, which can be used in a suitable manner, e.g. B. in an electric furnace. have been melted together beforehand. A halogen salt, such as calcium fluoride, can be added to the mixture before or after the remaining ingredients have melted.
The molten mixture is cooled as quickly as possible so that the material has a glassy break. Furthermore, the material should be practically free of iron oxide after cooling and grinding, which is not associated with Be constituents of the mixture and free of other material, such as carbonates or moisture, which develop harmful gases or vapors at welding temperatures.
The weight percent composition of a flux that was successfully used in carrying out the process was as follows:
EMI0005.0008
I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV
<tb> Ca0 <SEP> 29.5 <SEP> 31.24 <SEP> 29.18 <SEP> 40.12
<tb>% Mg0 <SEP> 8.7 <SEP> 11.01 <SEP> 8.26 <SEP> 0.89
<tb> Si02 <SEP> 56.4 <SEP> 52.40 <SEP> 57.48 <SEP> 52.94
<tb>% A120, <SEP> 5.4 <SEP> 4.11 <SEP> 4.86 <SEP> 5.80
<tb> r '<SEP> e @ 0, <SEP> low <SEP> 0.13 <SEP> 0.24 <SEP> 0.23 Before use, one part of calcium fluoride per 16 parts by weight of one of the named Flux added.
The characteristic appearance of weld seams, which are obtained in the manner described above once with and once without a magnetic field, are shown schematically in FIGS. 7 and 8. The dashed lines 42 in these figures indicate the original ganten of the plates 11 and 12, which had been beveled in preparation for the weld. In the case of the weld seam 43 shown in FIG. 7, which was produced without a magnetic field, it can be seen that the sides are relatively steep.
The width of the weld seam on the upper edge of the plates 11 and 12 is only slightly greater than the width of the original groove. In the weld seam 44 produced with a magnetic field in FIG. 8, the side edges are less steep than in the weld seam illustrated in FIG. 7. The depth of penetration at the bottom of the seam is less in Fig. 8 than in Fi. 7th
The deflection of the streamlines during the welding process has resulted in the weld seam shown in FIG. 8 greater penetration in the vicinity of the upper plate edges and a greater width of the weld seam in its entire depth.
A characteristic feature of weld seams that were produced on flat or curved plates by means of a magnetic field is the clearly recognizable lip formation 45 on the edges of the weld seam near the upper surface of the plates 46 and 47.
Instead of electromagnets, strong permanent magnets can also be sent to deflect the streamlines of the alternating current in the melt. In many cases, for example, a permanent magnet made of cobalt steel will generate a sufficiently strong field to regulate the penetration depth of the weld seam in the lower part of the welding groove. The field strength of a permanent magnet is; by changing @ its position controlled.
When using alternating current for welding, the control of the penetration depth of the weld seam in the lower part can also be done by means of an electromagnet fed with alternating current. The winding of the electromagnet can be connected directly to the welding current. Likewise, a uniform or alternating magnetic field can be used when using direct current for welding.