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Titel: ttVerfahren und Einrichtung zum Elektro-Schlacke-Schweißen"
muß vom Schweißgut, das von der oder den Elektroden abschnilzt, geiüllt werden.
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Die Elektroden werden von meist gebogenen Führungstücken, auch. Rüssel
genannt, in die Fuge eingeleitet. Die Rüssel müssen stabil ausgeführt sein, da sie
das Geraderichten der Elektroden im Spalt übernehmen, und da Schwankungen der.Lage
der Elektroden im Spalt zu unsymmetrischem Einbrand in die Flanken der Fügeteile
führen. Dieser Stabilität wegen können die Rüssel nicht beliebig schmal sein. Außerdem
muß zwischen dem Rüssel eini#rseits und den Flanken der Fügeteile andererseits noch
ein gewisser Luftspalt als Sicherheit bleiben, da die Rüssel die Schweißspannung
gegen das Werkstück führen; berühren die Rüssel die Flanken, so entsteht ein Kurzschluß,
der wegen der Konstantspannungskennlinie der Stromquelle einen sehr hohen 11,-arzschlußstrom
und ein sofortiges Unterbrechen des Schweißens zur Folge hat. Aus diesen Gründen
werden,Luftspalte unter 20 mm beim Elektro-Schlacke-Schweißen höchstens'im Ausnahmefall
bei dünnen-Blechen-vorgegeben.
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Derart breite Luftspalte führen aber zu Konsequenzeny die diesem an-sich
so wirtschaftlichen Schweißverfahren sehr abträglich sein können. Zunächst einmal
wird im Vergleich zu anderen Verfahren eine beträchtliche Menge Zusatzwerkstoff
gebraucht, dessen Preis verhältnismäßig hoch ist. Sodann wird die mögliche Schweißgeschwindigkeit
dadurch hergbgesetzt. Der Prozeß des Blektro-Schlacke-Schweißeug verläuft nämlich
nur innerhalb bestimmter Grenzen des Schweißstromes
stabil. Uberschreitet
der Schweißstrom die*obere Grenze, so beginnt das Schlackenbad zu spritzen.'Da aber
der Strom die je Zeiteinheit abschmelzende Menge Zusatzwerkstoff bestimmt, so ist
damit auch eine obere Grenze der Schweißgeschwiödigkeit g*geben.
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Diese obere Grenze der Schweißgeschwindigkeit steigt mit abnehmendem
Luftspalt, der jedoch aus den oben geschilderten Gründen kaum kleiner als etwa 2o
mm gemacht werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt diesen Nachteil.
Es handelt sich dabei um ein Verfahren zum Elektro-Schlacke-Schweißen, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß die abschmelzenden Elektroden von der Seite durch die das
Schlackenbad abdeckenden und die Naht formenden Backen in das Schlackenbad vorgeschoben
werden.
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Bei den bisher bekannten Verfahren des Elektro-Schlacke-Schweißens
wurden die Elektroden stets von oben her in das Schlackenbad geführt. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren befindet sich in der das Schlakkenbad seitlich ab deckenden Backe eine
Öffnung, die etwas größere 'Abmessungen als die verwendete klektrode besitzt. Durch
diese öffnung w4rd die Elektrode in das Schmelzbad vorgeschoben, wo sie in an sich
bQkannter Weise abschmilzt und den Spalt auszufüllen beginnt. Mit fortschreitendem
Schweißen werden die Backen einschließlich der Elektroden längs der Fuge aufwärts
bewegt, wie es auch bisher beim Blektro-Schlacke-Schweißen üblich war. Die flüssige
Schlacke kann durch die Öffnung auch dann nicht austreten, wenn sie diese gänzlich
überflutet, weil die bewegte Elektrode die Schlacke durch Reibung mitnimmt und zur#ckdrängt.
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Der wesentliche Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren
und dem bisher beim Elektro-Schlacke-Schweißen bekannten Vorgehen liegt darin, daß
nunmehr keinerlei Rüssel gebraucht wird. Aus diesem Grunde kann der Spalt zwischen
den Fügeteilen wesentlich reduziert werden, beispielsweise auf lo mm oder weniger.
Da jedoch-die maximal anwendbare Stromstärke bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
keineswegs geringer ist als bei dem bisher üblichen Elektro-Szhlacke-Schweißen,
steigt mit dem geringeren Luftspalt die Schweißgeschwindigkeit erheblich an.
Eine
unmittelbare Felge der erhöhten-Schweißgeschwindigkeit ist eine Abnahme der in das
Verkstück fließenden Wärmemenge und damit eine wesentlich schmalere Wärmeeinflußzone,
deren Grobkorn in Vielen derjenigen Anwendungsfälle zu Schwierigkeiten führt, in
denen z. B. wegen der Abmessungen des Werkstückä ein nachträgliches Normalisieren
nicht mehr möglich ist. Dieser Vorteil des erfindungsgemäßen Jerfahrens kommt besonders
dann zur Geltung, wennvon jeder Seite, d. h. also durch Spde der beiden Schweißbacken
wenigstens je eine hlektrode dem Schlackenbad zugeführt wird. Richtet man dabei
die Elektroden so schräg nach unten, daß ihre abschmelzenderl Enden sich in der
Nähe der Backen befinden, so kann man dadurch die Wärmeabfuhr aus dem Szhmelibad
in die gekUhlten Backen kompensieren und in Verbindung mit der insgesamt geringeren
je Längeneinheit der Naht erzeugten-Wärmemenge einen über die ganze Blechdicke gleichmäßigen
Einbrand erzielen. Da dieser Einbrand wegen-der hohen Schweißgeschwindigkeit zudem
noch klein ist) wird das Schweißgut der Naht vorzugsweise aus' den abschmelzenden
Elektroden und nur geringen Teil aus aufgeschmolzenem Grundwerkstoff gebildet. Es
besitzt deswegen hervorragende Eigenschaften und insbesondere eine große Kerbschlagzähigkeit.
Daaußerdemnoch die Wärmeeinflußzone schmal'ist, liefert das erfindungsgemäße Schweißverfahren
Schweißverbindungen von einer solchen Qualität, wie sie mit dem bisher üblichen
Elektro-Schlacke-Schweißen nicht erreichbar ist.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Tatsache,
daß man auch noch dünnere Bleche, die bisher nur mit einer einzigen Elektrode geschweißt
werden konnten, nunmehr auch mit zwei Elektroden schweißen kann, weil keine Rüssel
notwendig sind, die sich gegenseitig stören. Dadurch läßt sich die Schweißgeschwindigkeit
noch weiter steigern.
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Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß als abschmelzende
Elektroden, welche durch die Backen in das Schmelzbad vorgeschoben werden, solche
mit einem rechteckigen Querschnitt (Band) verwendet werden. Diese --Variante des
Verfahrens bringt den wesentlichen Vorteil, daß der Schweißstrom sich über eine
größere Strecke der Blechdicke gleichmäßig verteilt, wodurch die Gleichmäßigkeit
des Einbrandes noch besser gewährleistet wird. Dies ist besonders-' dann der Fall,
wenn die rechteckige Elektrode dünn ist. Es hat sich
nämlich herausgestellt,
daß die rechteckige Elektrode nicht auf ihrer ganzen Breite gleichzeitig abschmilzt,
sondern daß diejenige Stelle, an der gerade das Abschmelzen stattfindet, über die
Breitenrichtung der Elektrode wandert, Ist die Elektrode dick und schmal, so wandert
die Abschmelzstelle nur langsam, und der Einbraüd ändert sich örtlich und zeitlich.
Ist dagegen die Elekt#rode dünn und breit, so erfolgt die Wanderung so rascho' daß
weder eine örtliche noch eine zeitliche Änderung des Einbrandes zu-beobachten ist.
Hinzu kommt, daß die Temperatur des Schlackenbades ebenfalls keinen merkbaren örtlichen
und zeitlichen Änderungen unterworfen ist, wodurch der ganze Prozeß erheblich an
Stabilität gewinnt. Der Schweißvorgang vollzieht sich in diesem Fall ohne jegliche
Störungen.
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Als besonders vorteilhaft hat.sich ein Verhältnis der Breite zur Dicke
der-E-lektrode von wenigstens 10, vorzugsweise 15 bis 30 erwiesen.
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Das Durchschieben der Elektroden durch die Backen, die das Schlackenbad
abdecken und die Naht formen, gesenieht durch Öffnungen (Löcher oder gehlitze) in
den Backen. Es ist wesentlich für das einwandfreie Funktionieren des erfindungsgemäßen
Verfahrens, daß zumindest der obere Rand der Löcher oder Schlitze sich soweit oben
in den Backen befindet, daß an dieser Stelle die Schlacke noch nicht an den gekühlten
Backen erstarrt ist. Andernfalls würde die bereits erstarrte Schlacke beim Hochschieben
der Backe im Zuge des Schweißens von der Elektrode zerrissen v;erden, was eine rauhe
Oberfläche der Schweißnaht zur Folge hätte. Zum erfindungsgemäßen Gedanken gehört
deshalb eine Einrichtung zur Durchführung derart, daß in den Backen Öffnungen zum
Vorschieben der Elektroden vorhanden sind, deren obere Kante sich beim Schweißen
in einem Bereich befindet, in dem die Schlacke noch nicht an den Backen erstarrt
ist. Um einen Kurzschluß zu vermeiden, ist eine Isolierschicht zwischen den Backen
und dem Werk-Stück, beispielsweise aus Asbest, erforderlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet durch das Fortfallen der Rüssel
noch einen weiteren ausserordentlicheri Vorteil. Es Ist nämlich dabei möglich, in
der Fuge, beispielsweise in deren i/"itte, ein Ab-
standsstück, z. B. ein
Flacheisen anzuordnen, das an beiden Seiten an den Fugenflanken anliegt. Dieses
Abstandsstück garantiert das
Ausbleiben jeglichen Querschrumpfes,
was bei den bisher üblichen Verfahren des Eiektro-Schlacke-Schweißens nur durch
Anschweißen schwerer Bügel, und auch damit nur unvollkommen zu erreichen wär. Im
allgemeinen wurde im Laufe des Schweißens der Spalt zwischen den Fügeteilen immer
enger, was zu unangenehmen Folgerungen führen konnte, beispielsweise bei einem ungewollten
Unterbrechen des Schweißens, wobei der Querschrumpf die Fuge von 30 auf
10 mm und weniger verengen kann, so daß u. U. vor dem Weiterschweißen
kostspielige Maßnahmen erforderlich wurden. Bei Verwenden des erwähnten Abstandstückes,
das im Schmelzbad mit abschmilzt und noch zusätzliches Schweißgut liefert, kann
dieser Ubelstand nicht auftreten. Die Anordnung eines solchen Abstandstückes gehört
deshalb mit zum Gegenstand der Erfindung, da sie nur dadurch ermöglicht wird.
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Die Erfindung soll an einem Beispiel näher erläutert werden. Figur
1
stellt einen Querschnitt durch die Naht- bzw. Fugenmitte dar.
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1 ist das noch nicht geschweißte Fügeteil, 2 die bereits geschweißte
Naht; darüber liegt.das Schmelzbad 3 aus flüssigem Stahl, das vom Schlackenbad
4 bedeckt ist. Das Schmelzbad 3 und das B--hlackenbad 4 werden von den beiden
wassergekühlten Kupferbacken 5 und 6 gehalten, -in denen sich die
Schlitze 7 und Ü befinden, durch welche die in diesem Fall rechteckigen Elektroden
9 und la in das Schlackenbad 4 vorgeschoben werden. Die Elektroden werden
von den Motoren 11 und 12 mittels der Antriebsrollen 13 und 14 mit
konstanter Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile bewegt. Sie erhalten den»Schweißstrom
über die Schleifkontakte 15 und 16 und die Kabel 17 und lc'v,
die mit dernicht gezeichneten Stromquelle verbunden sind. Der Schweißstrom fließt
von den Enden der Elektroden 9 und la durch das Schlackenbad zum Schweißbad
3, von dort zum Werkstück und über ein Kabel zur Stromquelle zurück. Mit fortschreitender
Schweißung wird die ganze Anordnung längs der Fuge zwischen den Fügeteilen aufwärts
bewegt.-Das Abstandstück 19 zwischen den Fügeteilen hält den Spalt in der
gewünschten Breite. Es ist im Schlackenbad 4 bereits bis zum Punkt 20 abgeschmolzen.
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Figur 2 ist die Aufsicht auf die Figur 1. Dabei sind
1 und la die beiden Fügeteile, zwischen denen sich ein Spalt von la mm Breite
befindet, der beidseitig durch die.wassergekühlten Kupferbacken 5 und
6
abgedeckt ist, durch deren Schlitze 7 und. 8 die ca.
1 mm dicken
Elektroden 9 und lo hindurchtreten. Das
Abstandstück 19 verhindert die Querschrumpiung.