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.
Aluminothermic welding process In the known aluminothermic connec tion welding of workpieces, especially rails, it is known to weld the cross-sections before casting z. B. by a laterally blown space in the Giessformhohl and ignited there fuel-air mixture or preheat from above through above half of the mold, a ribbon-shaped flame delivering burner.
In addition to the channels for the supply of the fuel mixture or preheating flames and the channels for the inlet and the ascent of the aluminothermically produced steel, the casting molds required to carry out this process have mold channels through which the combustion gases or preheating flames after flowing through the Form can be discharged to the outside.
In the case of the rail connection welding with preheating of the rail ends from above, it is z. B. known to use casting molds that, after being attached to the rail ends to be welded in the area of the intermediate casting gap above the rail head, have a preheating or heating system.
Form riser channel which extends entirely or partially over the width of the rail head and through which the flames emanating from the burner arranged above the casting mold ends in the gap between the molded rails.
For the guidance of the aluminothermically produced steel, these forms also have inlet channels which extend almost perpendicularly in the form and which are generally in the area above. The barren rail foot on both sides of the rail web open into the casting mold cavity and, if necessary, are also connected via gates with the casting mold cavity surrounding the rail web and rail head.
Furthermore, in the form in the region of the rails foot edges opening into the casting mold cavity and the inlet channels running almost parallel to the mold channels are arranged which emerge from the top of the mold. The main task of these channels is to enable proper heat emission from the flames that hit the riser channel from above during preheating and to remove the combustion gases from the mold. The inlet channels, the arrangement and cross-section of which are matched to the required casting conditions, are not sufficient on their own for proper preheating of these outer rail foot zones and the removal of the combustion gases.
The mold channels arranged in the casting molds for the discharge of the combustion gases or preheating flames have the disadvantage, however, that when the alumino-thermally produced steel is poured into the mold, the hot liquid steel not only closes the gap between the workpiece or rail ends but at the same time, it also fills the channels connected to the casting mold cavity and provided for the extraction of the combustion gases or the preheating flames. As a result, the workpiece zones in the area of these channels are flushed through or flushed by a hot liquid amount of steel, which in many cases is far greater than its melting requires.
As a result: undesirably wide melting zones arise in these areas, which can result in increased shrinkage stresses caused by the subsequent cooling and thus the risk of crack formation. In addition, such a larger filling of these channels with steel, which is undesirable from a welding point of view, causes an increase in the loss of welding material and thus in many cases the use of a larger portion of the weld than would be required for a proper weld.
The invention is based on the object of eliminating these disadvantages. This is achieved through an alumino-thermal welding process with preheating. The molded workpiece, laid with a gap, ends using a casting mold in which, in addition to the inlet channels, mold channels for the extraction of the preheating flames or
Combustion gases are arranged, the method according to the invention being characterized in that after the preheating of the workpiece ends to be welded, the mold channels, which are arranged in the casting mold and connected to the casting mold cavity and connected to the casting mold cavity, are completely closed by closing pieces for the extraction of the preheating flames or combustion gases or partially closed.
To carry out the method according to the invention, closure pieces with a cross-sectional shape corresponding to the channel cross-sections made of steel or iron materials can preferably be used, with those produced with the aluminothermic method. Steel coming into contact with end faces with advantage by coating with a refractory compound, such as. B. plastic molding sand or graphite, to be protected from welding. Furthermore, made of refractory material, such as.
B. from fireclay !, or from CO2-hardened molding sand, prefabricated Ver closing pieces can be used, which must be secured against high rise in the channels when pouring the steel into the mold.
For series welds, such as B. welds of rails, the preheating channels in the mold with different cross-sectional dimensions from the mold cavity can extend upwards, with z. B. in the case of rail welding, the channels emanating from the area or the edges of the rail foot form the required and from there onwards an expanded cross-section up to a certain height, so that the closure pieces adapted to the expanded cross-sections are only inserted into the channels up to the cross-sectional transitions can.
The height of the sections of the mold channels with a smaller cross-section, which are limited at the top by the locking pieces, depends on the amount of steel to be accommodated in the remaining channel cavities and used for flushing, which was found to be favorable for welding in these zones.
Difficulties arise: when the form channels have constant cross-sectional area and shape. For this case, the invention provides a device for carrying out the method, which is characterized by closure pieces with a cross-sectional shape corresponding to the channel cross-sections and with adjustable limiting pins or stops arranged in the upper part, which after the closure pieces have been inserted into the mold rest on the edge of the mold. The locking pieces can have bores into which the limiting pins are inserted depending on the desired insertion depth.
The inventive method and the Vorrich device for its implementation will be explained in more detail with reference to a drawing in a simplified representation using the example of the rail connection welding with preheating of the rail ends from above, and it shows:
1 shows the molded-in rail ends with a preheating burner arranged above the casting mold in a perspective view, FIG. 2 shows a section along the line AB in FIG. 1, FIG. 3 shows the rail ends with the casting mold and a guided closure piece according to the invention in perspective, FIG. 4 the casting mold surrounding the rail ends with inserted locking pieces according to the section CD of FIG. 3 with the reaction crucible arranged above the casting mold when the aluminothermically produced steel is poured into the mold.
According to FIGS. 1 to 4, the rail ends 1 and 2 to be welded, laid with a gap, are surrounded by a casting mold 3 open at the top, which has channels 4 extending from the area of the rail base edges, which open into the casting mold cavity 5 surrounding the rail ends and exit at the top emerge from the mold. Above the rail head goes, the casting mold cavity 5 into a riser channel 6, in or above the for the preheating of the rail ends to be welded 1 and 2, z. B. a ribbon or shower burner 7 is arranged.
Furthermore, the mold has inlet channels 8 for guiding the aluminothermically produced steel, which open into the casting mold cavity above the rail foot and via gates 9 and 10.
During preheating, according to FIGS. 1 and 2, the outgoing Flam from the preheating burner 7 beats menband through the riser channel 6 in the gap between the molded rail ends 1 and 2, wherein. The flames indicated by arrows in FIG. 2 are deflected in the area of the rail foot and, after their heat has been given off, are dissipated to the outside through the channels 4 and, to a lesser extent, through the inlet channels 8. The channels 4 arranged in the area of the rail foot edges enable sufficient preheating of these rail foot areas and the simultaneous removal of the preheating flames or combustion gases.
If the rail ends to be welded have reached the preheating temperature required, the preheating burner 7 is removed and, as shown in FIGS. 3 and 4, locking pieces 11, the end faces of which have been coated with a refractory compound, are inserted into the channels 4 until the limit pins or Stops 12 rest on the mold. The closing pieces 11 are dimensioned so that a small gap remains between the closing pieces and the channel walls in order to allow ventilation of the casting mold cavity in this area when the alumino-thermally produced steel is poured in.
The riser channel 6 is then covered by a refractory bar 13 and the steel 15 produced aluminothermically in the reaction crucible 14 is poured into the mold in a known manner. The casting stream pours onto the bolt 13, from where it is fed via the inlet channels 8 and via sections 10 and 9 to the casting mold cavity 5 surrounding the rail ends.
According to the invention, the closing pieces 11 introduced into the channels 4 and limiting the fill level of these channels ensure that only as much steel flowing around the rail zones in these areas is absorbed after its heat has been given off in these channels, as for a fusion of these zones that is favorable in terms of welding technology is required.
After the casting, the locking pieces 11, which are secured against welding, are pulled out of the mold and can thus be used again for further welds. The acceptance of the casting mold as well as the processing: the welding point he then follow in a known manner.