Aluminothermisches Schweissverfahren Bei der bekannten aluminothermischen Verbin dungsschweissung von Werkstücken, insbesondere von Schienen, ist es bekannt, die Schweissquerschnitte vor dem Guss z. B. durch ein seitlich in den Giessformhohl raum eingeblasenes und dort zur Entzündung gebrachtes Brennstoff-Luft-Gemisch oder von oben her durch ober halb der Giessform angeordnete, eine bandförmige Flamme liefernde Brenner vorzuwärmen.
Die zur Durchführung dieses Verfahrens erforderli- chen Giessformen weissen dabei neben den Kanälen für die Zufuhr der Brennstoffgemische bzw. Vorwärme- flammen und den Kanälen für den Einlauf und das Aufsteigen des aluminothermisch erzeugten Stahles Formenkanäle auf, durch die die Verbrennungsgase bzw. Vorwärmeflammen nach Durchströmen der Form nach aussen abgeführt werden.
Bei der Schienenverbindungsschweissung mit Vor- wärmung der Schienenenden von oben her ist es z. B. bekannt, Giessformen zu verwenden, die nach Ansetzen an die zu schweissenden Schienenenden im Bereich der Zwischengusslücke oberhalb des Schienenkopfes einen Vorwärme- bzw.
Steigerkanal bilden, der sich ganz oder teilweise über die Breite des Schienenkopfes erstreckt und durch den das von dem oberhalb den Giessform angeordneten Brenner ausgehende Flammen band in die Lücke zwischen die eingeförmten Schienen enden schlägt.
Diese Formen weisen weiterhin für die Führung des aluminothermisch erzeugten Stahles nahezu sich senkrecht in der Form erstreckende Einlaufkanäle auf, die im allgemeinen im Bereich oberhalb. ödes Schienen fusses beiderseits .des Schienensteges in den Giessform hohlraum münden und gegebenenfalls ausserdem über Anschnitte mit dem den Schienensteg und -kopf um gebenden Giessformhohlraum in Verbindung stehen.
Ferner sind in der Form im Bereich der Schienen fusskanten in den Giessformhohlraum mündende und den Einlaufkanälen nahezu parallel verlaufende Formen kanäle angeordnet, die oben aus der Form austreten. Diese Kanäle haben im wesentlichen die Aufgabe, eine einwandfreie Wärmeabgabe der bei der Vorwärmung von oben her in den Steigerkanal schlagenden Flammen in diesen Bereichen zu ermöglichen und :die Verbren nungsgase aus der Form abzuführen. Die Einlauf kanäle, die in ihrer Anordnung und in ihrem Quer schnitt auf die erforderlichen Giessbedingungen abge stimmt sind, reichen dabei allein für eine einwandfreie Vorwärmung dieser äusseren Schienenfusszonen und der Abfuhr der Verbrennungsgase nicht aus.
Die in den Giessformen für die Abfuhr der Verbrennungsgase bzw. Vorwärmeflammen angeordneten Formenkanäle haben jedoch den Nachteil, dass beim Einguss des alumino- thermisch erzeugten Stahles @in die Form der heiss flüssige Stahl nicht nur die Lücke zwischen den Werk stück- bzw. Schienenenden, sondern gleichzeitig auch die mit dem Giessformhohlraum verbundenen Kanäle, die für den Abzug der Verbrennungsgase bzw. der Vorwärmeflammen vorgesehen sind, füllt. Hierdurch wenden die Werkstückzonen im Bereich dieser Kanäle von einer heissflüssigen Stahlmenge durch- bzw. um spült, :die in vielen Fällen weit grösser ist, als deren Aufschmelzung erfordert.
Dadurch :entstehen in diesen Bereichen unerwünscht breite Aufschmelzzonen, die durch die nachfolgende Abkühlung bedingte, erhöhte Schrumpfspannungen und damit die Gefahr der Riss bildung zur Folge haben können. Ausserdem bedingt eine solche schweisstechnische unerwünschte, grössere Füllung dieser Kanäle mit Stahl eine Vergrösserung der Schweissgutverluste und damit in vielen Fällen die Verwendung einer grösseren Schweissportion, als für eine ordnungsgemässe Schweissung erforderlich sein würde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen. Dies gelingt durch ein alumino- thermisches Schweissverfahren mit Vorwärmung den mit einer Lücke verlegten, eingeformten Werkstück enden unter Verwendung einer Giessform, in der ausser den Einlaufkanälen Formenkanäle für den Abzug der Vorwärmeflammen bzw.
Verbrennungsgase angeordnet sind, wobei das Verfahren gemäss der Erfindung da durch gekennzeichnet ist, dass nach der Vorwärmun;g der zu schweissenden Werkstückenden, die für den Abzug der Vorwärmeflammen bzw. Verbrennungsgase in der Giessform angeordneten und mit dem Giessform hohlraum verbundenen Formenkanäle durch Verschluss stücke ganz oder teilweise verschlossen werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfah rens können vorzugsweise Verschlussstücke mit einer den Kanalquerschnitten entsprechenden Querschnitts- form aus Stahl- oder Eisenwerkstoffen verwendet wer den, wobei -die mit dem aluminothermisch erzeugten. Stahl in Berührung kommenden Stirnflächen mit Vor- teil durch Bestreichen mit einer feuerfesten Masse, wie z. B. plastischen Formsand oder Graphit, vor An schweissen geschützt werden. Ferner können auch aus feuerfestem Material, wie z.
B. aus Schamott!, oder aus CO2-gehärtetem Formsand, vorgefertigte Ver schlussstücke verwendet werden, die jedoch gegen Hoch steigen in den Kanälen beim Einguss des Stahles in die Form gesichert werden müssen.
Bei Serienschweissungen, wie z. B. von Schienen schweissungen, können die der Vorwärmung dienenden Kanäle in der Giessform mit unterschiedlichen Quer schnittsabmessungen vom Giessformhohlraum aus nach oben verlaufen, wobei z. B. bei den Schienenschweiss formen die von dem Bereich oder Schienenfusskanten ausgehenden Kanäle bis zu einer bestimmten Höhe den erforderlichen und von :da ab einen erweiterten Querschnitt aufweisen, so dass die den erweiterten Querschnitten angepassten Verschlussstücke zwangläufig nur bis zu den Querschnittsübergängen in die Kanäle eingeführt werden können.
Die Höhe der mit geringerem Querschnitt verlaufenden Abschnitte der Formenkanäle, die nach oben durch die Verschlussstücke begrenzt werden, richtet sich dabei nach der in den verbliebenen Kanalhohlräumen aufzunehmenden, der Spülung dienenden Stahlmenge, die für eine Aufschmel zung dieser Zonen als schweisstechnisch günstig er mittelt wurde.
Schwierigkeiten ergeben sich :dann, wenn die For menkanäle gleichbleibende Querschnittsfläche und -form aufweisen. Für diesen Fall sieht die Erfindung zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung vor, die gekennzeichnet ist durch Verschlussstücke mit einer den Kanalquerschnitten entsprechenden Querschnitts- form und mit im oberen Teil angeordneten, verstell baren Begrenzungsstiften bzw. Anschlägen, die nach Einführen der Verschlussstücke in die Form auf dem Formrand aufliegen. Die Verschlussstücke können dabei Bohrungen aufweisen, in welche je nach erwünschter Einführtiefe die Begrenzungsstifte eingeschoben werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrich tung zu dessen Durchführung soll anhand einer Zeich nung in vereinfachter Darstellung am Beispiel der Schienenverbindungsschweissung mit Vorwärmung der Schienenenden von oben her näher erläutert werden, und es zeigt:
Fig. 1 die eingeformten Schienenenden mit einem oberhalb der Giessform angeordneten Vorwärmebrennen in perspektivischer Ansicht, Fig. 2 einen Schnitt gemäss der Linie A-B der Fig. 1, Fig. 3 die Schienenenden mit Giessform und ein geführten, erfindungsgemässen Verschlussstücken in der Perspektive, Fig. 4 die die Schienenenden umgebende Giessform mit eingeführten Verschlussstücken gemäss dem Schnitt C-D der Fig. 3 mit oberhalb der Giessform angeordne- tem Reaktionstiegel beim Einguss des aluminothermisch :erzeugten Stahles in die Form.
Gemäss den Fig. 1 bis 4 werden die zu schweissenden, mit einer Lücke verlegten Schienenenden 1 und 2 mit einer oben offenen Giessform 3 umgeben, die vom Bereich der Schienenfusskanten ausgehende Kanäle 4 aufweist, die in den die Schienenenden umgebenden Giessformhohlraum 5 münden und oben aus der Form austreten. Oberhalb des Schienenkopfes geht, der Giess formhohlraum 5 in einen Steigerkanal 6 über, in bzw. über dem für die Vorwärmung der zu schweissenden Schienenenden 1 und 2, z. B. ein Band- bzw. Brause- brenner 7, angeordnet ist.
Ferner weist die Form für die Führung des aluminothermisch erzeugten Stahles Einlaufkanäle 8 auf, die oberhalb des Schienenfusses und über Anschnitte 9 und 10 in den Giessformhohlraum münden.
Bei der Vorwärmung schlägt gemäss den Fig. 1 und 2 das vom Vorwärmebrenner 7 ausgehende Flam menband durch den Steigerkanal 6 in die Lücke zwi schen die eingeformten Schienenenden 1 und 2, wobei. die in der Fig. 2 durch Pfeile angedeuteten Flammen im Bereich .des Schienenfusses umgelenkt und nach Abgab:, ihrer Wärme durch die Kanäle 4 und zu einem geringen Teil durch die Einlaufkanäle 8 nach aussen abgeführt werden. Die im Bereich der Schienenfuss kanten angeordneten Kanäle 4 ermöglichen dabei eine ausreichende Vorwärmung dieser Schienenfussbereiche und die gleichzeitige Abfuhr der Vorwärmeflammen bzw. Verbrennungsgase.
Haben die zu schweissenden Schienenenden die er forderliche Vorwärmetemperatur erreicht, wird der Vor wärmebrenner 7 entfernt und in die Kanäle 4 werden gemäss den Fig. 3 und 4 Verschlussstücke 11, deren Stirnflächen mit einer feuerfesten Masse bestrichen wurden, so weit eingeführt, bis die Begrenzungsstifte bzw. Anschläge 12 auf der Form aufliegen. Die Ver schlussstücke 11 sind dabei so bemessen, dass .ein geringer Spalt zwischen Verschlussstücken und Kanalwandungen bestehen bleibt, um eine Entlüftung des Giessformhohl raumes in diesem Bereich beim Einguss des alumino- thermisch erzeugten Stahles zu ermöglichen.
Anschliessend wird der Steigerkanal 6 durch -einen feuerfesten Riegel 13 abgedeckt und der Einguss des in dem Reaktionstiegel 14 aluminothermisch erzeugten Stahles 15 in die Form -in bekannter Weise durchgeführt. Der Giessstrahl ergiesst sich dabei auf den Riegel 13, von wo er über die Einlaufkanäle 8 und über An schnitte 10 und 9 dem die Schienenenden umgebenden Giessformhohlraum 5 zugeführt wird.
Erfindungsgemäss bewirken dabei die in die Kanäle 4 eingeführten und die Füllhöhe dieser Kanäle bagrenzenden Verschlussstücke 11, dass nur so viel die Schienenzonen in diesen Berei chen umspülender Stahl nach Abgabe seiner Wärme in diesen Kanälen aufgenommen wird, wie zu einer schweisstechnisch günstigen Aufschmelzung @dieser Zo nen erforderlich ist.
Nach dem Guss werden die gegen Anschweissen gesicherten Verschlussstücke 11 aus der Form heraus gezogen und sind damit wieder für den Einsatz bei weiteren Schweissungen verwendbar. Die Abnahme der Giessform sowie die Bearbeitung :der Schweissstelle er folgen anschliessend in bekannter Weise.