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Einrichtung zur Herstellung von Tulpennahtflanken Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Herstellung von Tulpennahtflanken (J-Form) an Metallplatten
mit einem Flämmbrenner mit Heizdüsen und einer Flämmsauerstoffdüse, die gegenüber
der zu bearbeitenden Fläche nach Aufprallwinkel, Seitenwinkel und Nahtspaltwinkel
anstellbar ist.
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Beim Schweißen von Platten von etwa 25 mm oder mehr Dicke ist es üblich,
die Plattenkanten z. B. als Einzelabschrägung, Doppelabschrägung, Einzelabschrägung
und Nase, Doppelabschrägung und Nase und als J-förmige Tulpennahtflanken auszuführen.
Unter diesen verschiedenen Arten ist die J-förmige Nut vom Schweißstandpunkt am
meisten erwünscht, da ihre Umrißform einen geringsten Aufwand an Schweißmetall und
Schweißzeit gestattet.
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Zum Herstellen von J-förmigen Tulpennahtflanken ist es bekannt, zwei
eng aneinander anliegende Sauerstoffströme auf verschiedene Stellen des zu bearbeitenden
Werkstückes auftreffen zu lassen. Der Brenner ist dazu mit einer etwas außermittig
angeordneten Düse mit rundem Austrittsquerschnitt und einer weiteren rechteckigen
Schlitzdüse versehen. Durch die unterschiedliche Querschnittsform der Düsen und
den verschiedenen Abstand von der Längsachse des Brenners wird ein J-förmiges Kantenprofil
erreicht. Es ist ferner bekannt, eine Tulpennahtflanke dadurch zu erreichen, daß
zuerst entlang der herzustellenden Flanke eine kehlförmige Nut erzeugt wird und
dann die Materialkante in etwa tangential zu der Nut mittels eines Schneidbrenners
abgeschnitten wird.
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Ein weiterer bekannter Vorschlag sieht die Verwendung einer einzigen
Düse mit rundem Austrittsquerschnitt unter bestimmten Anstellwinkeln vor.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die Flämmsauerstoffdüse mit
einem flachen Austrittsquerschnitt auszubilden, aus dem ein Sauerstoffstrahl mit
über die Düsenbreite gleichmäßiger Geschwindigkeitsverteilung austritt. Dadurch
ist es möglich, die Tulpennahtflanken in einfacher Weise in genauer Form herzustellen.
Darüber hinaus sind mittels dieser Einrichtung hergestellte Nuten glatt, und der
Schweißer kann alle Fehler in der Platte wahrnehmen.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Aufprallwinkel
A 10 bis 25°, vorzugsweise 15 bis 20°, der SeitenwinkelB 0 bis 8°, vorzugsweise
2 bis 4°, und der Nahtspaltwinkel C -4 bis 10°, vorzugsweise -2 bis 8°, beträgt.
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Die Anwendung dieser bestimmten Winkel ergibt eine besonders günstige
Tulpennahtflankenform. Auf der Stirnseite von Tulpennahtflanken entsteht über eine
gewisse Länge ein Abschnitt, in dem die erwünschte Flankenform noch nicht erreicht
ist. Um über die gesamte Länge eine gleichmäßig gute Flankenform zu erreichen, wird
ferner vorgeschlagen, die zu bearbeitende Metallplatte auf ihrer Stirnseite mit
einem leicht lösbar angebrachten, z. B. angeschweißten und nach Gebrauch zu entfernenden
Startvorsatz zu versehen.
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Ein Problem beim Herstellen von Tulpennahtflanken ist das Abführen
der sich bildenden Schlacke. Bei zur Bearbeitung horizontal angeordneten Blechen
fließt die Schlacke nach unten weg, wenn sich die stehenbleibende Nase oben befindet.
Bei senkrecht angeordneten Blechen dagegen fließt die Schlacke seitlich über die
Kanten der Tulpennaht und beschädigt diese.
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Um diesen Nachteil zu beheben, wird ferner vorgeschlagen, beim Herstellen
von Tulpennahtflanken an der oberen Stirnseite von vertikal angeordneten Metallplatten
eine zusätzliche, vorzugsweise einstellbare Düse für einen Luftstrahl zum Entfernen
von Schlacke zuzuordnen. Die Verwendung von Luft an Stelle von Wasser hat den Vorteil,
daß die Verschlackung größer wird, d. h. der Oxydanteil des flüssigen Metalls erhöht
wird. Je höher der Oxydanteil ist, desto geringer ist die Haftung der Schlacke am
Werkstück. Außerdem fallen bei Verwendung von Luft die Verunreinigungen und Verschmutzungen
fort,
die bei der Schlackengranulierung mittels Wasser entstehen.
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Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt
F i g. 1 bis 3 schematisch Grundriß-, Seiten- und Endansichten der maßgebenden Einstellungen
der Düse und des Luftstrahles für vertikale J-Nutung und F i g. 4 eine perspektivische
Ansicht des Gerätes mit einer Düse, die zur Durchführung einer oberen J-Nutung an
vertikalen Blechen eingestellt ist.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung weist einen Flämmbrenner 125 auf,
dessen Austrittsdüse einen flachen Querschnitt hat, aus dem ein Sauerstoffstrahl
mit über die Düsenbreite gleichmäßiger Geschwindigkeit austritt. Ist die Geschwindigkeit
des Sauerstoffs über die Breite des Stromes ungleichmäßig, ist die Seitenwandung
der J-Nut nicht gleichmäßig glatt.
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Der Aufprallwinkel A (vgl. F i g. 2), das ist der Winkel, unter dem
der Sauerstoffstrom auf die Werkstückoberfläche aufprallt, beträgt etwa 10 bis 25°,
vorzugsweise etwa 15 bis 20°. Ist dieser Winkel kleiner als 10°, dann befindet sich
die Reaktionszone zu weit vorn vor der Düse. Ist dieser Winkel zu groß, besteht
ein Bestreben des aufprallenden Sauerstoffstromes, einen Rückstau von geschmolzenem
Metall und Schlacke hervorzurufen, was zu einer rauhen Fertigoberfläche führt.
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Der Seitenwinkel B (vgl. F i g. 1) beträgt zwischen etwa 0 und 8°,
vorzugsweise zwischen etwa 2 bis 4°, um hierdurch den sich ausweitenden Sauerstoffstrom
auszugleichen. Demgemäß wird die Düse immer leicht von der Nase der J-Nut weggerichtet.
Würde die Düse z. B. parallel zur Oberseite einer horizontal eingestellten Platte
sein, könnte der sich ausweitende Sauerstoffstrom die Nase zerstören oder zu einem
überbreiten Radius am Grund der J-Nut führen. Der Nahtspaltwinkel C, das ist der
Winkel zwischen der langen Seite der Brennerdüse und der Außenfläche der Plattenkante,
ist (vgl. F i g. 3) für den Grad der Verjüngung der Seitenwand der J-Nut maßgebend.
Dieser Verjüngungsgrad liegt vorzugsweise zwischen etwa 0 und 8°. Um diese Verjüngung
zu erzielen, muß der Nahtspaltwinkel zwischen etwa -4 und 10°, vorzugsweise zwischen
etwa -2 und 8°, eingestellt sein.
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Wichtig für die Anordnung des Brenners gegenüber dem Werkstück ist
außerdem der Abstand a (vgl. F i g. 3), der die Breite der Nase, die an der
Plattenkante nach der J-Nutung verbleibt, bestimmt. Die Dicke dieser Nase liegt
für gewöhnlich zwischen etwa 5 und 8 mm, je nach der Dicke der Platte.
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Die Geschwindigkeit, mit der die Düse entlang der Plattenkante bewegt
wird, ist konstant. Sie beeinflußt weitgehend den Querschnitt der J-Nut. Zwischen
der Vorschubgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des aus der Düse austretenden
Sauerstoffstrahles besteht ein enger Zusammenhang. Eine Vergrößerung der Sauerstoffgeschwindigkeit
führt zu einem flacheren, eine Verminderung zu einem tieferen Querschnitt.
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Die aufgeführte Tabelle zeigt die bevorzugten Arbeitsbedingungen für
verschiedene Dicken von mit J-Nuten zu versehenden Platten. Soll z. B. eine J-Nut
in einer etwa 5 cm dicken Platte hergestellt werden, so wird eine Düse verwendet,
die eine Schlitzbreite von etwa 26 mm aufweist. Die Düse wird derart eingestellt,
daß der Aufprallwinkel 18°, der Seitenwinkel 4°, der Nahtspaltwinkel 4° und der
Schlitzabstand etwa 26 mm betragen. Die Vorschubgeschwindigkeit wird so gewählt,
daß bei einer Sauerstoffzufuhr von etwa 52 ms/Std. der gewünschte Querschnitt erreicht
wird und beträgt bei dem Beispiel etwa 62 cm/Min.
| Platte Düsen- Schneid- Ge- Aufprall- Seiten- Nahtspalt- Schlitz- |
| schlitzbreite sauerstoff schwindigkeit winket A winket
B winket C abstand a |
| cm cm m3/h cm/Min. Grad Grad Grad cm |
| Horizontale Platte |
| 3,8 1,5 46 112 15 4 2 1,1 |
| 5,0 2,6 52 61 18 4 4 1,3 |
| 6,3 3,2 120 102 18 4 4 1,6 |
| 7,6 5,4 140 68 15 2 4 1,3 |
| 8,8 5,4 140 68 15 2 4 1,3 |
| 10,1 6,4 196 68 18 2 8 2,5 |
| Vertikale Platte |
| 3,8 1,5 40 145 20 3 4 0,6 |
| 5,0 2,5 52 92 18 2 2 1,1 |
| 6,3 3,2 120 102 18 4 4 1,3 |
| 7;6 5,4 140 69 15 2 4 1,3 |
| 8,8 5,4 140 64 17 3 2 1,6 |
| 10,1 6,1 196 76 18 4 4 1,3 |
Bei Beginn einer J-Nut entsteht ein Abschnitt, in dem die Nut noch nicht ihre endgültige
Tiefe erreicht. Deshalb ist es, um sicherzustellen, daß eine gleichförmige Nut für
die volle Länge der Plattenkante erzielt wird, erforderlich, einen- Vorsatz T zu
verwenden, wie F i g. 4 dies veranschaulicht. Der Vorsatz T, leicht an die Kante
der Platte P angeschweißt, hat genügende Länge, um zu gewährleisten, daß eine Nut
voller Tiefe hergestellt wird, bevor die Platte selbst erreicht wird. Eine Länge
von etwa 30 bis 45 cm, je nach Plattendicke, ist im allgemeinen ausreichend. Nachdem
die J-Nut vollendet ist, wird der Vorsatz entfernt.
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F i g. 4 zeigt ein Gerät, das sich für vertikale J-Nutung eignet.
Die Winkel und der Schlitzabstand bleiben jeweils bestehen und sind von der Ausrichtung
der Platte unabhängig. Der einzige Unterschied ist, daß, wenn vertikale Platten
mit J-Nuten versehen werden, ein Luftstrahl 129 für die Schlackenentfernung erforderlich
ist. Wird eine horizontale Platte
mit einer J-Nut versehen, fließt
die geschmolzene Schlacke infolge ihrer Schwerkraft nach abwärts und vom Nasenabschnitt
weg. Der abwärts gerichtete Winkel der Luftstrahlen sollte annähernd derselbe wie
der Aufprallwinkel der Düse sein, etwa 15° betragen, über die Kante der Platte blasen
und unmittelbar auf die Nasenabschnittsecke der Plattenkante aufprallen. Der Abstand
(F i g. 1) der Front- oder Stirnseite der Luftstrahldüse vorn vor der Außenfläche
der Düse sollte derart sein, daß der Luftstrom das Schlackenbad etwas vorn vor der
Reaktionszone angreift. Der Luftstrom wird dann weit genug vorn vor der Düse sein,
um hierdurch die Reaktion nicht zu stören, aber der Düse nahe genug sein, um die
Schlacke abzuhalten, über den Vorsatz herüberzufließen.
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Nach F i g. 4 ist ein Wagen 112 auf Schienen 111 für Bewegung in Längsrichtung
gelagert. Der Wagen 112 trägt ein überhängendes Teil 114, an dem eine Welle 113
fest angebracht ist. Am unteren Ende der Welle 113 ist ein Längsteil 117 fest angebracht,
an dem eine Klammer 118 schwenkbar befestigt ist. Eine Welle 119 ist in der Klammer
118 gelagert. Am unteren Ende der Welle 119 ist ein Lagerarm 123 gelenkig gelagert,
an dem ein Brenner 125 bewegbar angebracht ist. Außerdem ist am Längenteil 117 eine
aus Ritzel und Zahnstange bestehende Einrichtung 127 vorgesehen, an der eine Luftstrahldüse
129 befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform werden Einstellungen des Aufprallwinkels
dadurch bewirkt, daß der Brenner um den Bolzen 120 geschwenkt wird, des Seitenwinkels,
daß der Brenner um den Bolzen 110 geschwenkt wird, sowie des Nahtspaltwinkels, daß
Brenner und Lagerarm 123 um den Bolzen 130 geschwenkt werden.