Verfahren zum Zusammenschweissen von Körpern aus Metallen, insbesondere aus Leichtmetallen. Vorliegende Erfindung bezieht sieh auf ein Schweissverfahren, bei welchem eine ein reaktionsfähiges Metall enthaltende, ohne Luftzufuhr exothermisch reagierende Mi schung als Wärmequelle dient. Schweissverfahren, die sich einer exother misch reagierenden Mischung bedienen, sind in einigen Ausführungsformen bereits be kannt. Sie werden beispielsweise bei der Ver bindung von Eisenbahnschienen angewandt; in diesem Falle wird die Stossstelle mit einer Giessform umgeben, worauf in diese Form eine ausserhalb derselben ausreagierte Masse von Eisenoxyd und Aluminium gegossen wird.
Das flüssige Eisen stellt die Schweissver bindung leer, während die zum grössten Teil aus Aluminiumoxyd bestehende Sehlacke sieh im obern, Teil der Giessform sammelt. Dieses Verfahren ist selbstverständlich nur für das Verbinden von eisernen Körpern brauchbar, da die Eisenoxyd und Aluminium enthaltende Masse flüssiges Eisen liefert. Man kann sie nicht bei andern Metallen, besonders nicht bei Leichtmetallen, anwenden.
Man hat. auch Eisenrohre durch Übergiessen der Stossstelle mit derartig erhitzten Massen und nach trägliches Stauellen stumpf aneinanderge- schweisst; dabei fliesst zunächt die Sehlacke um die zu verbindenden Stellen und bildet eine Hülle, um welche das Eisen der flüssigen Mischung zum Eisstarren kommt, so dass letz teres schliesslich entfernt werden kann.
Erfindungsgemäss werden nun Körper aus Metallen, insbesondere aus Leichtmetallen, dadurch zusammengeschweisst, dass die ein ander gegenübergebrachten, zu verschwei ssenden Stellen mit einer ein reaktionsfähiges Metall enthaltenden, ohne Luftzufuhr exo thermisch reagierenden Masse umgeben. wer den, die zur Reaktion gebracht wird und, ohne selbst auszufliessen, nur die nötige Wärme zur Schweissung liefert. Im Gegensatz zur bekannten, oben erwähnten Schweissung von Eisen wird das bei der Reaktion entste hende Metall für die Schweissung nietet ver wendet, sondern lediglich die bei der Reaktion erzeugte Wärme.
Es ist. nicht in allen Fällen notwendig, dass die einander gegenüber gebrachten Stel len der zu verbindenden Körper sieh berüh ren. Eine Berührung ist namentlich dann nicht notwendig, wenn nach Erweichung oder Anschmelzen der zu verbindenden Stellen diese gegeneinander gepresst werden. Diese Arbeitsweise ist die zweckmässigste, da. man am sichersten Gewähr für eine gute Schweiss verbindung hat. Selbstverständlich kann man zwischen die zu verbindenden Stellen ein kleines Metallstück (oder mehrere) einsetzen, das dann auch zum Erweichen oder Schmel zen gebracht wird.
Wenn ein solches Zwischen stück erst nach Erweichung oder Anschmel- zen der zu verbindenden Stellen ein-esehoben wird, kann man mit seiner Hilfe die zu ver bindenden Stellen anstauehen, was besonders vorteilhaft ist, wenn die zu verschweissenden Körper sich nicht selbst gegeneinanderpres sen lassen; letzteres kann beispielsweise der Fall bei Stromschienen sein. Es ist auch mög lich, das Zwischenstück neben der Stossstelle in enger Berührung mit der exothermischen Mischung so anzuordnen, dass es zum Schmel zen kommt und zwischen die zu verschweissen den Stellen fliesst.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist ganz besonders für das Stumpfaneinanderschwei- ssen von Aluminiumstangen, -profilen, -rohren oder -seilen geeignet, wobei unter Aluminium selbstverständlich auch Aluminiumlegierun gen zu verstehen sind. Es können aber auch Werkstücke aus andern Metallen geschweisst werden, z. B. aus Magnesium, Messing u. a. m. Man kann auch ungleiche Metalle miteinander verbinden, z. B. Kupfer mit Aluminium, wo bei man dann dafür sorgt, dass dem höher schmelzenden Metall mehr Wärme zugeführt wird.
Bei der Aasführung des Verfahrens muss man dafür sorgen, dass ein Metall, welches bei der Reaktion der wärmeliefernden Mi schung entsteht, die Schweissung nicht stört. Es ist daher zweckmässig, wenn das sich bil dende Metall (das praktisch immer Eisen ist) in der reagierenden Mischung verbleibt und nicht zum Auslaufen kommt. Zu diesem Zwecke kann man der Reaktionsmasse Stoffe zusetzen, die das gebildete Metall zurückhal ten. Als Zuschlagsstoff kommt vor allein Mg in Frage. Ein Überschuss an Eisenoxy den ist auch brauchbar. Am besten ist es aber, die reagierenden Stoffe so zu wählen, dass sie selbst eine Schlacke liefern, die das entste hende Metall zurückhält. Dies gelingt bei spielsweise mit einer Mischung von Magne sium, Aluminium und Eisenoxyden, wobei be deutend mehr Magnesium als Aluminium ver wendet wird.
Eine gute Mischung besteht z. B.. aus 20 bis 30 0/o Mg, 2 bis 7 0/o Al und 67 bis 780/o Walzensinter. Sehr bewährt hat sich eine Mischung von 2.1 bis 26 0/o Mg, 3 bis 5 0/o Al und 69 bis 73 0/o Walzensinter. Be währt hat sich auch eine Mischung von reinem Magnesium mit einem Überschuss an Eisen- oxyden. Diese Stoffe müssen selbstverständ lich in genügend feiner Verteilung vorliegen. Im allgemeinen gilt die Regel: je feiner das Pulver, desto heftiger die Reaktion. Man muss sowohl eine zu heftige als auch eine zu lang same Reaktion vermeiden.
Die Reaktionsmischung kann in bekann ter Weise zur Reaktion gebracht werden, am zweckmässigsten mit Hilfe einer Zünd- mischung, z. B. aus Kaliumchlorat, Alumi nium- und Magnesiumpulver und Schwefel.
Besonders beim Stumpfschweissen von langgestreckten Körpern aus Leichtmetallen ist es angezeigt, die einander gegenüberge brachten, zu verschweissenden Enden mit einem Rohr zu umgeben, um welches dann die Reaktionsmasse, zweckmässigerweise in Ge stalt eines Presslings, angeordnet wird. Beim Schweissen von Aluminium kann das Rohr aus Aluminium bestehen. Es schmilzt mit und kann einen Teil des Metallei für die Schweiss- verbindiuig liefern. Ein Rohr aus keramischer Masse ist auch brauchbar, aber etwas weniger günstig. Meistens ist, es erwünscht, so z. B. beim Stumpfschweissen von elektrischen Lei tungsseilen aus Aluminium, dass die Schweiss stelle einen nicht wesentlich grösseren Durch messer aufweist als das Seil selber.
Nötigen falls muss überschüssiges Metall von der Ver bindungsstelle entfernt werden, zweckmässi gerweise durch Feilen. Beim Arbeiten ohne Rohrstück über den zu verbindenden Enden ist es praktisch kaum möglich, zu verhindern, dass der Durchmesser an der Schweissstelle grösser wird als an den zusammengeschweiss ten Metallstücken. Zur Verhinderung eines zu grossen Durchmessers an der Schweissstelle oder auch um dieser eine bestimmte Form zu geben, ist es zweckmässig, ein als Kokille dienendes Rohr aus einem wesentlich höher schmelzenden Metall über die Schweissenden zu schieben, z.
B. bei Aluminium ein Eisen rohr, das zweckmässigerweise einen nach Durchführung der Schweissung und Entfer nung der ausreagierten, wärmespendenden Mischung leicht zu öffnenden Längsfalz auf weist. Wenn es sich nicht um das Stumpf schweissen von langgestreckten Körpern ein- fachen Querschnittes wie Stangen, Seilen und Rohren handelt, sondern um andere Schwei ssungen, wie T-Stückschweissungen, nimmt man selbstverständlich an Stelle eines Rohres eine andere zweckentsprechende kokillenartige Umhüllung.
Handelt es sich um das Stumpfaneinander- schweissen von Rohren oder Hohlseilen, z. B. aus Aluminium, bei denen der Hohlraum durchgehend bleiben muss, so kann man in die zu verbindenden Enden ein Rohrstück aus höher schmelzendem Stoff einschieben.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Aus führungsbeispiel, und zwar zeigt Abb. 1 im Längsschnitt zwei zusammenzuschweissende Enden eines Aluminiumseiles mit aufgescho benem Pressling aus exothermisch reagieren der Masse, während Abb. 2 einen Querschnitt längs der Linie Il A der Abb. 1 darstellt. Die Seilenden 1 und 2 sind in den zylinder- förmigen Pressling 3 eingeführt.
Dieser ent hält das Eisenrohr 4, welches das in der Reaktionsmasse entstehende Metall von der Verbindungsstelle fernhält und eine wesent liche Vergrösserung des Durchmessers an der Schweissstelle verhindert. 5 ist ein Längsfalz, der das Entfernen des Eisenrohres nach er folgter Schweissung erleichtert. 6 ist ein An schlag (eingesetzter Ring aus Aluminium), der zur genauen Zentrierung der Schweiss stelle dient. 7 ist. eine aus Magnesium, Alu minium und Walzensinter bestehende Reak tionsmasse, die unter hohem Druck zusam mengepresst ist. Mit 8 ist eine Zündmischung bezeichnet, die mit Hilfe des Abreissstreifens 9 zur Entzündung gebracht werden kann und dann die Reaktion der Masse 7 auslöst. 10 ist ein Rohr aus Pappe mit zwei Deckeln 11. Die Pfeile zeigen die Richtung des Stauch druckes.
Zu sicherer Lagerung und sicherem Trans port ist es empfehlenswert, die Abreissbänder und den Pressling durch eine Hülle zu schüt zen, die sie gleichzeitig gegen Feuchtigkeits zutritt schützt. Die Fügen, durch welche Feuchtigkeit eindringen könnte, kann man mit Paraffin dichten. Es ist schon darauf hingewiesen worden, dass man die sicherste Verbindung erhält wenn die angeschmolzenen Verbindungsenden gegeneinander gestaucht werden. Zu diesem Zwecke benützt man vorteilhafterweise ein Stauchgerät, das zwei Backenpaare aufweist, in welche die zu verbindenden Enden ge klemmt werden und die vor Zündung der Reaktionsmasse schon unter Federspannung stehen und so das Bestreben haben, sich ein ander zu nähern. Sobald die Verbindungs stellen genügend erweicht sind, erfolgt dann eine selbsttätige Stauchung durch die Backen paare.
Das Stauchgerät kann so leicht gebaut sein, dass es z. B. für die Ausführung der Schweissung an Freileitungsseilen aus Alumi nium an diesen aufgehängt werden kann.
Das Verfahren nach der Erfindung kann auch sinngemäss für das gleichzeitige Ver schweissen von mehr als zwei Körpern dienen. Man kann auch T-stückartige Verbindungen herstellen, z. B. Abzweigungen an elektri schen Leitern. Gegenüber den bekannten Schweissverfah ren bietet das erfindungsgemässe Verfahren zum Teil sehr erhebliche Vorteile. Es ist nicht notwendig, wie bei den bekannten Schweissun gen, über eine kleine Giessereieinrichtung zu verfügen. Ein ausserordentlich wichtiges An wendungsgebiet ist das Verschweissen von elektrischen Leitern im Freien, inbesondere von Hochspannungsfreileitungen, da es ge nügt, ein handliches Stauchgerät und die nötige Anzahl Presslinge mitzunehmen.
Wenn die Schweissungen an der schon am \Mast befestigten Leitung vorzunehmen sind, ist ein anderes Verfahren kaum ausführbar. Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt ferner die Verbindung von Teilen verhält nismässig grossen Querschnittes, biei welchen eine elektrische Stumpfschweissung nur mit Hilfe von äusserst starken Maschinen mög- lieh wäre und die Gasschmelzschweissung praktisch nicht mehr in Frage kommt.
Das Verfahren kann von einem ungelern ten Arbeiter ausgeführt werden.
Method for welding together bodies made of metals, in particular light metals. The present invention relates to a welding process in which a mixture containing a reactive metal and exothermic reacting without air supply serves as a heat source. Welding processes which use an exothermic mixture reacting are already known in some embodiments. They are used, for example, in the connection of railroad tracks; In this case, the joint is surrounded with a casting mold, whereupon a mass of iron oxide and aluminum that has reacted outside the same is poured into this mold.
The liquid iron empties the welding connection, while the optic varnish, consisting mainly of aluminum oxide, collects in the upper part of the mold. This method is of course only useful for joining iron bodies, since the mass containing iron oxide and aluminum provides liquid iron. It cannot be used with other metals, especially light metals.
One has. also iron pipes are butt-welded to one another by pouring masses heated in this way over the joint and butt-welding after subsequent damming; the lacquer initially flows around the areas to be connected and forms a shell around which the iron in the liquid mixture becomes frozen so that the latter can finally be removed.
According to the invention, bodies made of metals, in particular light metals, are welded together in that the points to be welded opposite one another are surrounded by a compound containing a reactive metal, which reacts exothermally without the supply of air. who is made to react and only provides the heat required for welding without flowing out. In contrast to the well-known, above-mentioned welding of iron, the metal produced in the reaction is riveted for the weld, but only the heat generated during the reaction.
It is. it is not necessary in all cases that the points of the bodies to be connected that are placed opposite one another touch. In particular, contact is not necessary if, after the points to be connected have softened or melted, they are pressed against one another. This way of working is the most expedient since. the safest way to guarantee a good welded connection. Of course, you can insert a small piece of metal (or several) between the points to be connected, which is then also brought to soften or melt.
If such an intermediate piece is only lifted in after the places to be connected have softened or melted, it can be used to accumulate the places to be connected, which is particularly advantageous if the bodies to be welded cannot be pressed against one another themselves; the latter can be the case with busbars, for example. It is also possible, please include to arrange the intermediate piece next to the joint in close contact with the exothermic mixture in such a way that it melts and flows between the points to be welded.
The method according to the invention is very particularly suitable for the butt welding of aluminum rods, profiles, tubes or ropes, with aluminum naturally also being understood to mean aluminum alloys. However, workpieces made of other metals can also be welded, e.g. B. made of magnesium, brass and. a. m. You can also combine dissimilar metals, e.g. B. copper with aluminum, where one then ensures that more heat is supplied to the higher melting metal.
When carrying out the process, it must be ensured that a metal, which is formed during the reaction of the heat-supplying mixture, does not interfere with the weld. It is therefore useful if the metal forming (which is practically always iron) remains in the reacting mixture and does not leak. For this purpose, substances can be added to the reaction mass that hold back the metal that has formed. Mg is the only additive in question. An excess of iron oxides can also be used. However, it is best to choose the reacting substances in such a way that they themselves produce a slag that holds back the resulting metal. This is achieved, for example, with a mixture of magnesium, aluminum and iron oxides, with significantly more magnesium than aluminum being used.
A good mix consists e.g. B. from 20 to 30% Mg, 2 to 7% Al and 67 to 780% roller sintering. A mixture of 2.1 to 26% Mg, 3 to 5% Al and 69 to 73% roller sintering has proven very useful. A mixture of pure magnesium with an excess of iron oxides has also proven successful. These substances must of course be present in a sufficiently fine distribution. In general, the following rule applies: the finer the powder, the more violent the reaction. You have to avoid reacting too violently or too slowly.
The reaction mixture can be made to react in a known manner, most conveniently with the aid of an ignition mixture, e.g. B. from potassium chlorate, aluminum and magnesium powder and sulfur.
Especially when butt welding elongated bodies made of light metals, it is advisable to surround the opposite ends to be welded with a tube, around which the reaction mass, conveniently in the form of a compact, is arranged. When welding aluminum, the tube can be made of aluminum. It melts with it and can supply part of the metal for the welded joints. A tube made of ceramic mass is also useful, but a little less inexpensive. Most of the time it is desirable, e.g. B. when butt welding electrical Lei processing ropes made of aluminum that the welding point does not have a significantly larger diameter than the rope itself.
If necessary, excess metal must be removed from the connection point, expediently by filing. When working without a pipe section over the ends to be connected, it is practically hardly possible to prevent the diameter at the weld point from becoming larger than at the metal pieces welded together. To prevent too large a diameter at the welding point or to give it a certain shape, it is advisable to slide a tube made of a metal with a much higher melting point over the weld ends, e.g.
B. in aluminum an iron pipe, which conveniently has an easy-to-open longitudinal fold after welding and removal of the reacted, heat-giving mixture. If it is not a matter of butt welding of elongated bodies of simple cross-section such as rods, ropes and pipes, but of other welds, such as T-piece welds, one naturally uses another appropriate mold-like casing instead of a pipe.
Is it a matter of butt-welding pipes or hollow cables, e.g. B. made of aluminum, in which the cavity must remain continuous, so you can insert a piece of pipe made of higher melting material into the ends to be connected.
The drawing illustrates an exemplary embodiment, namely Fig. 1 shows in a longitudinal section two ends of an aluminum cable to be welded together with pushed-on compact from exothermic reacting the mass, while Fig. 2 shows a cross section along the line II A of Fig. 1. The rope ends 1 and 2 are inserted into the cylindrical pellet 3.
This ent holds the iron pipe 4, which keeps the metal formed in the reaction mass away from the junction and prevents a wesent union enlargement of the diameter at the weld. 5 is a longitudinal fold, which makes it easier to remove the iron pipe after welding. 6 is a stop (inserted ring made of aluminum), which is used to precisely center the welding point. 7 is. a reaction mass consisting of magnesium, aluminum and roller sintering, which is pressed together under high pressure. With 8 an ignition mixture is designated, which can be caused to ignite with the aid of the tear-off strip 9 and then triggers the reaction of the mass 7. 10 is a tube made of cardboard with two lids 11. The arrows show the direction of the upsetting pressure.
For safe storage and safe transport, it is advisable to protect the tear-off tapes and the compact with a cover that also protects them against the ingress of moisture. The joints through which moisture could penetrate can be sealed with paraffin. It has already been pointed out that the safest connection is obtained when the fused connection ends are compressed against each other. For this purpose, an upsetting device is advantageously used, which has two pairs of jaws, in which the ends to be connected are clamped and which are already under spring tension before the reaction mass is ignited and thus strive to approach one another. As soon as the connection points are sufficiently softened, there is then an automatic compression by the jaw pairs.
The upsetting device can be so light that it can be used, for. B. for the execution of the welding on overhead cables made of aluminum can be suspended from this.
The method according to the invention can also be used for the simultaneous welding of more than two bodies. You can also make tee-like connections, e.g. B. branches on electrical conductors rule. Compared to the known welding methods, the method according to the invention offers very considerable advantages in some cases. It is not necessary, as is the case with the known welding conditions, to have a small foundry facility. An extremely important field of application is the welding of electrical conductors in the open air, especially high-voltage overhead lines, since it is sufficient to take a handy compression device and the required number of pressed parts with you.
If the welds are to be carried out on the line that is already attached to the mast, another method is hardly possible. The method according to the invention also allows the connection of parts with a relatively large cross section, in which an electric butt welding would only be possible with the help of extremely powerful machines and gas fusion welding is practically no longer an option.
The procedure can be performed by an unskilled worker.