DE1527243C - Verwendung von Explosionskörpern zum Aufeinanderschweißen von Metallplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Aufeinanderschweißen von Flächen aufeinandergelegter Metallplatten, wobei die Schweißverbindungen auf Linienzüge beschränkt sind.

Das elektrische Widerstandsschweißen ist ein Verfahren zum Verschweißen einer Vielzahl von Metallplatten, wobei ein starker elektrischer Strom auf jeder Oberfläche der Metallplatten konzentriert, die Metallplatten durch die hierdurch auf der Kontaktfläche der Metallplatten erzeugte Joulsche Wärme erhitzt und gleichzeitig ein hoher Druck auf den Metallplatten angewendet wird.

Das elektrische Widerstandsschweißen wird in das Punktschweißen und das Nahtschweißen eingeteilt. Das erstere ist ein Verfahren zum Verschweißen einer Vielzahl von Metallplatten in Form eines Punktes durch Verwendung einer Stabelektrode, während letzteres ein Verfahren zum Verschweißen einer Vielzahl von Metallplatten in der Weise ist, daß die verschweißten Stellen miteinander überlappen, indem ein elektrischer Strom fortlaufend durch eine rallenartige Elektrode geschickt wird.

Das elektrische Widerstandsschweißen wird hauptsächlich zur Herstellung von Maschinen- und Geräter, teilen angewendet, um Dichtigkeiten zu erhalten, wie Wasserfestigkeit oder ölfestigkeit; die Dicke der wirtschaftlich verschweißbaren Metallplatten ist gewöhnlich auf 3 mm oder weniger beschränkt.

Wie schon erwähnt, ist beim elektrischen Widerstandsschweißen gleichzeitig mit Anwendung des elektrischen Stromes ein beträchtlicher Druck erforderlich. Im Falle von 2 mm dicken" Platten aus rostfreiem Stahl ist z. B. ein Druck von 1000 kg/cm² erforderlich. Daher wird die Vorrichtung, die die Elektrode trägt, komplex und groß. Wenn die Metallplatten an ihren entsprechenden Enden verschweißt werden sollen, mag dies kein Problem sein, wenn jedoch die Metallplatten mit einer großen Fläche an ihrem zentralen Teil verschweißt werden sollen, muß der Abstand zwischen dem Maschinen- oder Geräteteil und. der Elektrode groß sein, und der Struktur des Maschinen- oder Geräteteils sind Grenzen gesetzt.

Die an das elektrische Widerstandsschweißen gestellten Forderungen der Dichtigkeit und der mechanischen Festigkeit der Schweißstelle sind von sekundärer Bedeutung. Es ist daher zur Praxis geworden, wenn eine mechanische Festigkeit der Schweißstelle gefordert wird, daß zuvor verschiedene Tests auf Teststücken durchgeführt werden. Da das elektrische Widerstandsschweißen nichts anderes als ein Schmelzverschweißen darstellt, wird an der Schweißstelle eine Diffusionszone beträchtlicher Dicke gebildet; eine Verschlechterung der chemischen oder mechanischen Eigenschaft, verursacht durch Hitzesprödigkeit in der Nachbarschaft der Schweißstelle, ist unvermeidlich.

Auch wird durch die bisherigen Verschweißverfahren, wie das elektrische Widerstandsschweißen, eine Grenze hinsichtlich der Kombination der zu verschweißenden Metalle gesetzt. Zum Beispiel ist ein Verschweißen zwischen Eisen und Aluminium, Eisen und Titan od. ä. nicht möglich.

Prinzipiell ist es zwar möglich, Kupfer-, Aluminium- oder Titanplatten mit einer Weichstahlplatte zu verschweißen, doch sind die· dabei erhaltenen Ergebnisse mit einer gewissen Unsicherheit behaftet.

ίο Beim sogenannten Schmelzschweißverfahren wird der zu verschweißende Teil eines Metallstückes in einem weiten Bereich geschmolzen. Es ist hierbei unvermeidlich, die metallographische Struktur zu verändern und eine Legierungsschicht zu bilden, wodurch sich die chemischen und mechanischen Eigenschaften infolge einer Wärmeversprödung verschlechtern.

Das neuere als Kaltschweißverfahren bekannte Friktionsschweißen und das Schweißen mit Ultra-

ao schallwellen erfordert komplizierte bzw. große Vorrichtungen; beide Verfahren sind zum Verschweißen großformatiger Gegenstände nicht anwendbar.

Aus den »C.J.R.P.-Annalen«, Band XI, S. 177 bis 184, ist ein Verfahren zum Verschweißen mit Hilfe von Explosivstoffen bekannt, wobei die Teile zum Verschweißen ohne Ausbildung eines Winkels oder Zwischenraums direkt übereinandergelegt werden. Bei diesem Verfahren sind jedoch große Mengen an Explosivstoff erforderlich, da eine Verschweißung der ganzen Platten durchgeführt werden soll, so daß . besondere Sicherheitsvorkehrungen ergriffen werden müssen. Eine Lehre zur Verwendung von schnurförmigen Explosionskörpem zum Linienschweißen ist nicht vorgesehen.

In der USA.-Patentschrift 2 367 206 wird ein Verfahren zum Verbinden von Metallrohren mittels einer Sprengkapsel in Schnurform vorgeschlagen, wodurch eine Verbindung von Metallrohren und -stäben erzielt wird, die jedoch rein mechanisch ist. Durch die Wirkung des Sprengkörpers werden die Rohrteile teilweise deformiert, so daß zwischen dem Rohr oder' Stab und beispielsweise einer Muffe eine feste Verbindung infolge des mechanischen Ineinandergreifens der deformierten Teile erreicht wird. Eine metallurgische Verschweißung von Metallstücken ist nicht vorgesehen.

In der »Wissenschaftlichen Zeitschrift der Technischen Hochschule Otto von Guericke«, Magdeburg, Jahrgang VI, Heft 4, S. 485 bis 493 (1963), wird'auf die Herstellung von Schweißverbindungen durch Explosionskörper aufmerksam gemacht, wobei an den Schweißflächen saubere Oberflächen vorhanden sein sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Aufeinanderschweißen von Metallplatten auf möglichst einfache Art und unter Berücksichtigung der spezifischen Eigenarten der bekannten Schweißverfahren zu ermöglichen.

Als Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß > für das Aufeinanderschweißen von Flächen aufeinandergelegter Metallplatten die Verwendung von Explosionskörpern in Schnurform vorgeschlagen, wobei die Schweißverbindungen auf Linienzüge beschränkt sind.

So wird erfindungsgemäß so verfahren, daß die zu verschweißenden Metallflächen gereinigt, die Metallplatten ohne Ausbildung eines Zwischenraumes oder Winkels direkt übereinandergelegt werden, und ein

gleichsweise groß ist, oder für den Fall, daß das Auflagemetall eine geringe Duktilität aufweist. F i g. 2 zeigt die Verwendung eines Explosivkörpers 1 mit ebener Bodenfläche für den Fall, daß die Gesamtdicke der Auflagemetalle 2 und 3, die das Unterlagemetall 4 überlappen, vergleichsweise gering ist, oder für den Fall, daß das Auflagemetall eine hohe Duktilität aufweist. Wie aus F i g. 3 und 4 ersichtlich, sind nach dem Schweißen die Auflagemetalle 2 und 3

kleiden. Das Auftreten von durch die Detonationsfront der Explosivstoffe hervorgerufenen Stoßeinbuchtungen auf den Oberflächen der zu verschweißenden Metallplatten wird vermieden.

Die erfindungsgemäße Anwendung des Explosionsschweißens läuft auf ein kaltes Druckschweißverfahren hinaus, im Gegensatz zu den bekannten Schmelzschweißverfahren der Technik. Deshalb beträgt die

schnurförmiger Explosionskörper mit einer zumindest flachen Bodenfläche wird auf die eine Seite der Metallplatten dem gewünschten Schweißnahtverlauf entsprechend aufgelegt und gezündet. . Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Explosivkörpern in Schnurform kann das Nahtschweißen von Metallplatten unter Verwendung einer sehr geringen Explosivstoff menge erfolgen; die Einhaltung eines bestimmten Abstandes oder Winkels

zwischen den zu verschweißenden Metallplatten ist io sowie das Unterlagemetall 4 nach unten gedrückt nicht erforderlich, so daß sich das Schweißen von und untereinander verbunden, was an den Grenz-Linienzügen stark vereinfachen läßt; Materialien ge- flächen der einzelnen Metallplatten durch Zickzackringer Schweißarbeit können fest verschweißt wer- linien angedeutet ist. In F i g. 4 ist zur Verdeutlichung den. Es ist z. B. möglich, chemische Apparaturen das Auflagemetall 2 nach dem Verschweißen teil- und Lagerbehälter in einfacher Weise direkt mit 15 weise abgehoben dargestellt.

einem korrosionsbeständigen Metallmaterial auszu- Die in F i g. 1 schematisch angedeutete Einbuch

tung des Explosivkörperbodens hat in vorteilhafter Weise die Form eines Bogens oder Winkels, wie durch (ä) und (b) in F i g. 5 gezeigt wird. Bei Verwendung eines Explosivkörpers mit Einbuchtung des Bodens ist es vorteilhaft, wenn die maximale Tiefe h der Einbuchtung weniger als die Hälfte der Höhe H des Explosivkörpers beträgt. Bei winkelförmiger Einbuchtung des Bodens ist es zudem vorteilhaft, wenn

Dicke der an der Schweißstelle erzeugten Diffusions- 25 der Öffnungswinkel zwischen 90 und 180° liegt. Soschicht nur etwa einige Molekularschichten, ein so- wohl bei bogenförmiger als auch bei winkelförmiger genannter Wärmeeffekt ist im ganzen nicht zu beob- Einbuchtung ist die Wirkung der Einbuchtung nur achten. Durch die Erfindung kann nicht nur eine voll- gering, wenn die Breite d der Einbuchtung nicht mehr ständige Dichtigkeit an der Schweißverbindung, son- als die Hälfte der Gesamtbreite D des Explosivdern auch eine entsprechende mechanische Festigkeit 30 körperbodens ausmacht.

erhalten werden, die gegenüber den anderen Ver- Da erfindungsgemäß ein dünner schnurförmiger

fahren zum Verschweißen besser und überlegen'ist, -Explosivkörper verwendet wird, muß die Zusammenda erfindungsgemäß keine Wärmeversprödung ein- setzung des Explosivstoffes derart sein, daß sich auch treten kann. noch bei Explosivkörpern geringer Querschnittsfläche

Die Verwendung des zum Explosionsschweißens^s mit Hilfe eines Zünders eine empfindliche Zündung zu welchem die Erfindung anregt, läßt sich nicht nur erreichen läßt. Bei ebenen Platten, gebogenen Piatauf ebene Platten, sondern auch auf Gebilde anderer ten, Rohren und anderen Strukturen beliebiger GeStruktur anwenden. An jeder beliebigen Stelle läßt stalt muß der Explosivkörper eine angemessene Biegsich jede Form von Schweißnaht frei wählen. Selbst- samkeit aufweisen und sich leicht je nach der Gestalt verständlich ist nicht die Ausrüstung für große Kraft- 40 des zu verschweißenden Materials verformen lassen, quellen oder eine entsprechende mechanische Aus- Der Explosivkörper muß ferner die bei einer solchen röstung notwendig wie bei den Schweißverfahren der Verformung angenommene Gestalt beibehalten.
Technik bisher. Es ist nur eine kleine Kraftquelle zur Die geeignete Explosivstoffzusammensetzung wird

Zündung des Sprengsatzes notwendig. Die Anpas- erhalten, wenn man die bekannten Explosivstoffe sung der Ausrüstung an bestimmte Formen ist ver- 45 Pentaerithrittetranitrat (im Anschluß hieran der nachlässigbar. Kürze halber mit »PETN« bezeichnet), Hexogen

Die durch die erfindungsgemäße Verwendung von oder Tetryl, die gegenüber einem Zünder höchst Explosionskörpern in Schnurform erzielten Vorteile empfindlich sind, als Grundsubstanz verwendet und beim Linienschweißen sind auch darin zu sehen, daß ein Bindemittel sowie ein Erweichungsmittel und ein praktisch keine Beschränkung der Anwendbarkeit 50 Haftmittel zusetzt. Unter einem Erweichungsmittel der Verfahrensweise gegeben ist. ist hier ein Material zu verstehen, das eine gute Ver-

Die Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 und 2 sind Querschnitte, die die erfindungsgemäße Anwendung des Explosivstoff-Schweißverfahrens erläutern;

arbeitbarkeit ergibt. Zu diesen Materialien gehören im wesentlichen die folgenden:

F i g. 3 und 4 zeigen den Zustand der Metallplatten nach der Durchführung der Schweißung;

F i g. 5 bis 8 zeigen Querschnitte von erfindungsgemäß verwendeten Explosivkörpern, und

F i g. 9 bis 14 zeigen Beispiele für die praktische Anwendung.

In der F i g. 1 weist der Explosivkörper 1 eine eingebuchtete Bodenfläche auf für den Fall, daß die Gesamtdicke der Metallplatten 2 und 3, die im An-Schluß hieran als »Auflagemetall« bezeichnet werden "' ' und die Metallplatte 4, die im Anschluß hieran als »Unterlagemetall« bezeichnet wird, überlappen, verGruppe der pflanzlichen öle:

Kiefern- bzw. Fichtenholzteer
Kiefern- bzw. Fichtennadelöl
Kolophonium

- Gruppe der fetten öle:
Stearinsäure

Minerälölgruppe:

Verarbeitungsöl
Mineralkautschuk (Elaterit)
Vaseline
Kohlenteer

5 6

Synthetische Materialien: tische Harze werden solche verwendet, die biegsam

/-„„,„„,„ι,„„ sind, wie z. B. weiches Polyvinylchlorid, das eine

Cumaronharz . , .,, . _TT. . ^J, ^J . , ..,. .,

Phenolharz geeignete Menge eines Weichmachers enthalt. Als

Styrolharz, sowie andere synthetische Harze, Mischpolymerisate werden ebenfalls solche verwende eine niedrige Erweichungstemperatur ^s det, die biegsam sind, wie z. B. Nitnlkautschuk, der ufwe'se & r _aus Kautschuk und synthetischem Harz besteht, au Die F ig. 6 und 7 sind Querschnitte von Explosiv-Unter einem Haftmittel ist ein Material zu ver- körpern, die durch Umhüllung der in F i g. 5 (a) stehen, das der Explosivstoffzusammensetzung zur und 5 (b) gezeigten bloßen Explosivkörper erhalten Erzielung gute Gesamteigenschaften sowie guter io worden sind.

Form- und Verarbeitungseigenschaften einverleibt Bei einer Einbuchtung nach F i g. 6 (α) und (b) ist

wird. Zu solchen Stoffen gehören Estergummi, KoIo- durch Umkleidung mit einem Umhüllungsmaterial

phonium, Terpenharz, Phenolharz u. dgl. die Pufferwirkung gering, während bei dem ebenen

Obgleich sich die Menge des mit dem Bindemittel Boden nach F i g. 7 (a) und (b) eine bemerkenswerte

vermischten Erweichungsmittels je nach der ge- i₅ hohe Pufferwirkung erzielt wird, und die Konzen-

wünschten Biegsamkeit richtet, ist es am geeignetsten, tration des Stoßdruckes geringer ist.

etwa 0,5 bis 2 Teile Erweichungsmittel je Teil Paraf- Auch wenn ein Explosivkörper mit ebenem Boden

fin zu verwenden. Zur Erzielung einer besseren Ver- in der in F i g. 8 gezeigten Weise umhüllt wird, wird

mischung mit dem Explosivstoff kann in geeigneter der Stoßdruck gleichmäßig auf die Fläche verteilt,

Weise ein Haftmittel zugegeben werden, doch reicht 20 die dem Boden des Explosivkörpers gegenübersteht,

es auch aus, weniger als 0,5 Teile Haftmittel je 1 Teil Es ist möglich, die Aufsetzfläche der Explosiv-

der Gesamtmenge von Bindemittel und Erweichungs- körper in der in F i g. 6, 7 und 8 gezeigten Weise mit

mittel zu verwenden. »Flossen« 7 aus dem Umhüllungsmaterial zu ver-

Die Menge dieser mit dem Explosivstoff zu ver- größern und an deren Boden ein Klebematerial oder

mischenden Zusätze beträgt in geeigneter Weise 25 einen doppelseitigen Klebestreifen 8 anzubringen.

15 bis 45 °/o der Gesamtmenge nach dem Vermischen. F i g. 9 zeigt ein Verfahren zum Verschweißen von

Je höher die Menge der Zusätze, desto mehr wird sich überlappenden Metallplatten 2, 3 mit Hilfe ge-

die Explosivität vermindert, und je niedriger die radliniger schnurförmiger Explosivkörper 1, während

Menge der Zusätze, desto mehr vermindern sich bei der Ausführung nach F i g. 10 der schnurförmige

Biegsamkeit und Formbarkeit des Gemisches. , 30 Explosivkörper 1 in Zickzackform auf die zu ver-

Zur Herstellung der Explosivstoffzusammensetzung schweißenden Metallplatten 2, 3 aufgesetzt worden

werden das Bindemittel, das Erweichungsmittel und ist, was die mechanische Festigkeit der geschweißten

das Haftmittel vorzugsweise geschmolzen und mit- Teile erhöht,

einander vermischt. . Fig. 11 zeigt das Überlappungsverschweißen von

Nach dem Abkühlen auf eine Temperatur, bei der 35 drei Metallplatten 2, 3 und 4, Fig. 12 von vier Me-

für den Explosivstoff keine Gefahr mehr besteht, tallplatten 2, 3, 4 und 5. Der Explosivkörper 1 wird

wird der Explosivstoff zugesetzt. derart über die überlappten Teile der Metall-

Das Schweißen hoch duktiler Auflagemetalle, wie platten 2, 3 und 4 gelegt und von den — in der Aluminium, läßt sich in wirksamer Weise und mit Zeichnung durch Pfeile angedeuteten — Enden des zufriedenstellenderen Ergebnissen durchführen, wenn 40 Explosivkörpers 1 aus gezündet, daß die durch die die Sprengkraft mit Hilfe eines Phlegmatisierungs- Detonation des Explosivstoffes erzeugte Stoßfront mittels verringert worden ist. Als Phlegmatisierungs- nicht auf die Schneidkantenoberfläche der Metallmittel werden anorganische Nitrate, wie z. B. Ka- platte 2 bzw. 2 und 3 aufprallt, liumnitrat, Bariumnitrat u.dgl., verwendet. In ge- Fig. 13 zeigt ein Verfahren zum Auskleiden eines eigneter Weise werden 40 % oder weniger des Explo- 45 Zylinders 2 mit einer Auflagemetallschicht 3. Die sivstoffes durch das Phlegmatisierungsmittel ersetzt. Explosivkörper werden in Ringform 1 und in gerad-

Die bei der Detonation des Explosivstoffes unter liniger Form 1' parallel zur Zylinderachse auf dem hohem Druck entstehenden heißen Gase wirken Auflagemetall 3 angeordnet. Die Initialzündung wird direkt auf die Oberfläche des Auflagemetalls ein und an einem Ende der in geradliniger Form angeordrufen Oberflächenschädigungen hervor. Weiterhin 50 neten Explosivkörper 1' bewirkt, hat der beschriebene Explosivstoff den Nachteil, daß F i g. 14 zeigt ein Beispiel, wie mit Hilfe der er klebt und bei der Handhabung leicht zerreißt. Zur schnurförmigen Explosivkörper ein Plattierschweißen Ausschaltung dieser Nachteile wird der Explosiv- durchgeführt werden kann. Der Explosivkörper 1 ist körper mit Umhüllungsmaterialien, wie z.B. Natur- in Form eines rechtwinkligen Gitters auf dem Aufoder synthetischem Kautschuk, synthetischen Harzen 55 lagemetall 3 angeordnet, das über dem Unterlageoder Mischpolymerisaten, überzogen. Diese Umhül- metall 2 liegt. Die Initialzündung mit Hilfe eines lungsmaterialien üben bei der Detonation des Explo- Zünders wird von einer Ecke aus (s. Pfeil) durchsivstoffes auch eine Pufferwirkung aus. Als synthe- geführt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verwendung von Explosionskörpern in Schnurform zum Aufeinanderschweißen der Flächen aufeinandergelegter Metallplatten, wobei die Schweißverbindungen auf Linienzüge beschränkt sind.