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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur hochfesten
Lichtbogenverschweißung von Stäben mit Blech- oder Profilteilen und auf eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens, beispielsweise zur Lichtbogenverschweißung von
T-Stößen an Maschinenbauteilen, zur Herstellung von geschweißten Einlegeteilen für
Stahlbetonkonstruktionen sowie für ähnliche Fälle, wo solche Schweißverbindungen
der Stäbe mit Blech oder Profilblech erforderlich sind.
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Es ist ein Verfahren für automatische Unterpulverschweißung von T-Stößen
der Stäbe mit Platten bekannt, z. B. aus dem Buch von A. J. B r o d s k i »Automatische
Unterpulverschweißung von T-Stößen an Einlegeteilen der vorgefertigten Stahlbetonelemente«,
Verlag Gosstrojisdat, Moskau 1961, und nach dem Sowjetischen Urheberschein 139 037.
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Das genannte Schweißverfahren sichert keine gute Schweißqualität von
T-Stößen beim Verhältnis der Plattendicke zum Durchmesser des Stabes 8/d
<0,60
und erlaubt es nicht, räumliche Schweißkonstruktionen (insbesondere
Einlegeteile der Bauart »geschlossener Tisch«) herzustellen, welche aus Stäben mit
an ihren beiden Stirnflächen angeschweißten Platten bestehen. Bis jetzt wird zur
Herstellung der obengenannten Schweißverbindungen ein arbeitsaufwendiges Verfahren
der Lichtbogenhandschweißung mit minderer Schweißqualität angewandt, das zusätzlich
erforderlich macht, in Platten Löcher vorzubohren, vorzusenken und nachfolgend die
Schweißstelle mechanisch so nachzubearbeiten, daß sie mit der Plattenaußenfläche
gleich ist.
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Diese Lichtbogenhandschweißung gewährleistet nicht die erforderliche
Qualität der geschweißten T-Stöße, da die Schweißnaht eine Rundnaht begrenzter Länge
mit beiderseitig tief vorbearbeiteten Bohrungskanten ist.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Verschweißungsvorgang
von Stäben von einem Durchmesser d mit flachen Teilen von einer Stärke 8 bei einem
Verhältnis eld < 0,60 sowie die Fertigung der obenerwähnten räumlichen
Schweißkonstruktionen zu automatisieren.
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Erfindungsgemäß wird zur Herstellung hochfester Verbindungen zwischen
Stäben und flächigen Bauteilen, insbesondere Blech- oder Profilteilen, zunächst
um das zu verschweißende Ende des Stabes eine kühlbare Form gebracht, die zum Zwecke
der leichteren Anbringbarkeit geteilt sein kann. Sodann wird das anzuschweißende
flächige Bauteil aufgelegt, wobei zwischen dem Ende des Stabes und dem flächigen
Bauteil unter Bildung eines seitlich durch die Form begrenzten, allseits geschlossenen
Raumes ein Spalt verbleibt, worauf das Bauteil mit dem Lichtbogen der auf der dem
Stab gegenüberliegenden Seite des flächigen Bauteils befindlichen Elektrode durchgeschmolzen
wird, worauf die Elektrode in die Wanne der Form hineingeführt wird und unter ständigem
Vorschub so lange abgeschmolzen wird, bis Wanne und Durchschmelzöffnung des Bauteils
zur Bildung einer glatten Oberfläche mit Schweißmaterial angefüllt sind.
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Der Vorgang des Durchschweißens eines Blechteils zur Verbindung dieses
Blechteils mit einem anderen Bauteil, welches sich auf der der Elektrode gegenüberliegenden
Seite befindet, ist an sich bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren handelt es sich
jedoch um die Herstellung von kleinflächigen, punktförmigen Schweißverbindungen,
bei denen es nicht zur Erzielung hoher Festigkeit darauf ankommt, die miteinander
zu verbindenden Teile an ihren Grenzflächen anzuschmelzen und das Schmelzbad so
lange aufrechtzuerhalten, daß eine Anlegierung mit dem Schweißmaterial erfolgt.
Das bekannte Schweißverfahren ist also von kurzer Dauer, und es genügt die Blaswirkung
des Lichtbogens, um das geschmolzene Verbindungsmaterial - gegebenenfalls auch über
einen zufällig vorhandenen Spalt zwischen den zu verbindenden Teilen - zum Haften
an den Grenzflächen der zu verbindenden Teile zu bringen.
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Bei dem vorstehend skizzierten erfindungsgemäßen Verfahren geht es
dagegen darum, durch Aufrechterhaltung eines relativ ausgedehnten Schmelzbades über
längere Zeit zu einer hochfesten Verbindung mit Anlegierung der Grenzschichten zu
kommen.
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Das obenstehend skizzierte erfindungsgemäße Verfahren wird zweckmäßig
derart durchgeführt, daß die Elektrode bzw. das Elektrodenbündel während des Abschmelzens
des Elektrodenmaterials unter dauerndem Vorschub in das Schmelzbad eingetaucht bleibt.
Der Lichtbogen verläuft auf diese Weise unter der Oberfläche des Schmelzbades und
stellt eine zuverlässige Anlegierung des oberen Teiles des zu verschweißenden Stabes
sicher. Es kann während des gesamten Schweißvorganges eine Kraftwirkung auf die
Elektroden nach unten, d. h. in das Schmelzbad hinein, ausgeübt werden. Bei Beendigung
des Schmelzvorganges, wenn also genügend Elektrodenmaterial abgeschmolzen ist, wird
die Elektrode aus dem Schmelzbad herausgeführt, wobei in der letzten Phase der Lichtbogen
oberhalb des Schmelzbades brennt und das hierbei noch schmelzende Elektrodenmaterial
eine glatte, mit der Oberfläche des flächigen Werkstückteils fluchtende Oberfläche
der Schweißverbindung sicherstellt.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zweckmäßig,
für die Elektrode oder das Elektrodenbündel eine Führungsvorrichtung vorzusehen,
desgleichen einen Niederhalter zum Anpressen des flächigen Bauteiles an die obere
Stirnfläche der Form. Die Führungseinrichtung soll dabei die Elektrode oder das
Elektrodenbündel zentrisch durch den Niederhalter auf die Mitte des Stabes hin führen.
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Anschließend soll die Erfindung durch die nähere Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels weiter erläutert werden.
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Der Stab 1 und das Blechteil 2 werden mit Hilfe einer gekühlten, -
vorzugsweise zerlegbaren Kupferform 3 und einer Anpreßvorrichtung, die als Ring
4 ausgeführt ist, zum Schweißen angeordnet. Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen
Schweißverfahrens unbedingt einzuhaltende Bedingung ist das Vorhandensein eines
Spaltes 5 zwischen der oberen Stirnfläche des Stabes 1 und dem Blechteil
2 sowie einer Aussparung 6 mit einem bestimmten Volumen in der zerlegbaren Form
3.
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Der Stab 1 wird in der zerlegbaren Form 3 eingespannt, während der
Blechteil 2 an ihre obere Fläche mechanisch oder pneumatisch angedrückt wird.
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Das Elektrodenbündel 7 wird im Elektrodenhalter 8 eingespannt, wobei
zwischen den Elektroden 7 ein (in der Zeichnung nicht gezeigtes) Einsatzstück verwandt
wird. Das Elektrodenbündel 7 wird durch die Öffnung der Führungsvorrichtung 9 geführt,
die dem Elektrodenbündel 7 die erforderliche Stabilität gibt und es auf die Achse
des an den Blechteil 2 anzuschweißenden
Stabes 1, der sich in der
zerlegbaren Form 3 befindet, zentrisch einstellt. Die Führungsvorrichtung 9, die
auch künstlich gekühlt wird, ist starr mit dem Anpreßring 4 durch Stützen
10 verbunden, die aus einem elektrisch nicht leitenden, wärmebeständigen
Werkstoff ausgeführt sind.
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Die erforderliche Größe des Spaltes 5 zwischen der Stirnfläche des
Stabes 1 und dem Blechteil 2 kann im beschriebenen Beispiel durch die Abstützvorrichtung
11 eingestellt werden.
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Der Schweißvorgang verläuft folgendermaßen: Zwischen dem Elektrodenbündel
7 und der Oberfläche des Blechteiles 2 wird der Lichtbogen 12 gezündet. Nach dem
Lichtbogenzünden wird das Elektrodenbündel 7 in das an der Oberfläche des Blechteiles
2 entstandene Schweißbad eingedrückt, wodurch der Blechteil durchgeschmolzen wird.
Dabei bildet sich im Blechteil 2 an der Stelle, wo der Lichtbogen brennt, eine Durchgangsöffnung.
Um dem kontinuierlichen Vorgang zum Durchschmelzen des Blechteiles 2 sicherzustellen,
wird das Elektrodenbündel 7 in das Schweißbad mit einer stetigen Kraft durch einen
mechanischen oder einen anderen (in der Zeichnung nicht dargestellten) Vorschubantrieb
eingedrückt.
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Das geschmolzene Metall von Blechteil 2 und Elektrodenbündel 7 füllt
den Ringspalt 5 zwischen den Wänden der Aussparung 6 der zerlegbaren Form 3 und
der Seitenfläche des in der Aussparung 6 der zerlegbaren Form 3 befindlichen Teiles
des Stabes 1 aus.
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Dann wird durch den Lichtbogen 12 die obere Stirnfläche des Stabes
1 teilweise aufgeschmolzen. Die Bildung eines geschweißten T-Stoßes zwischen dem
Stab 1 und dem Blechteil 2 erfolgt beim Aufschmelzen des Elektrodenmetalls, das
die Aussparung 6 in der zerlegbaren Form 3 sowie die im Blechteil 2 durchgeschmolzene
Durchgangsöffnung ausfüllt. In dieser Zeit der Tiefeinbrandschweißung wird das Elektrodenbündel
7 ununterbrochen und mit einer bestimmten Kraft nach unten bis zu einer vorbestimmten
Stauchgröße eingedrückt. Die Schweißung wird nach der Auffüllung der Durchgangsöffnung
mit der selbsttätigen Unterbrechung des Lichtbogens beendet, die beim Austritt des
Lichtbogens auf die Oberfläche des Blechteiles 2 erfolgt. Dabei wird auch der Vorschub
des Elektrodenbündels 7 unterbrochen, und die Durchgangsöffnung wird durch das aufgeschmolzene
Metall gefüllt, bis sie mit der Außenfläche des geschweißten Teiles 2 gleich ist.
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Das erfindungsgemäße Schweißverfahren ermöglicht es, den Schweißvorgang
zur Herstellung verschiedener Maschinenbauteile und Bauelemente zu automatisieren,
die geschweißte T-Stöße von Stäben mit Blech oder Profilteilen aufweisen.
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Dieses Verfahren der Tiefeinbrandschweißung gestattet es, die Lichtbogenhandschweißung
durch das automatische Verfahren zu ersetzen. Hierbei wird hohe Festigkeit und gleichbleibende
Qualität der Schweißverbindungen erreicht.
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Das erfindungsgemäße Schweißverfahren ist zur Zeit das einzige Verfahren,
das ermöglicht, die Herstellung von Metallteilen der Bauart »geschlossener Tisch«
zu automatisieren.
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Außerdem beseitigt das erfindungsgemäße Schweißverfahren zeitaufwendige
Nebenarbeiten (Bohren und Senken von Löchern, mechanische Bearbeitung der Plattenoberfläche
nach der Schweißung) und erhöht dadurch die Arbeitsleistung um 40 bis 60 % im Vergleich
zur Handschweißung.
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Das beschriebene Schweißverfahren kann bei der Herstellung von geschweißten
Einlegeteilen für Stahlbetonkonstruktionen der Wohn- und Betriebsgebäude, im Hochsee-
und Flußschiffbau, im Brückenbau sowie bei der Fertigung verschiedener Maschinenbauteile
komplizierter Gestalt, die geschweißte T-Stöße von Stäben verschiedenen Querschnitts
mit Platten oder flachen Elementen des Walzgutes aufweisen, eine breite Verwendung
finden.