DE1627465C - Verfahren zum Schmelzschweißen plattierter Stahlbleche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzschweißen plattierter Stahlbleche, deren Plaltierungen aus Metallen oder Metallegierungen bestehen, die beim Verschmelzen mit Stahl spröde intermetallische Phasen bilden, wobei zwischen den zu verschweißenden plattierten Stahlblechen ein Spalt vorhanden ist, in dem im Bereich der Plaltierungsschicht eine mindestens teilweise nicht aufschmelzende Trennschicht aus den Plattierungswerksloff bei Diffusion nicht nachteilig beeinflussendem Werkstoff angeordnet und mittels aufgeschweißten Platiierungs-Werkstoffes überdeckt ist.

Metalle, die beim Verschmelzen mit Stahl spröde intermetallische Phasen bilden, sind beispielsweise Titan, Molybdän, Tantal und einige Legierungen dieser Metalle. Alle Verschmelzungen und damit auch die Schmelzschweißungen von Stahl mil den genannten Metallen und Metallegierungen versprödcn und bilden Risse, so daß derariiso Schmelzschwcisind. Solche VetJsaShmejzungeri sind daher b_ei den Schweißungen unMfiigt zu vermeiden. Jedoiäi sind ■ auch bei mit anderen Metallen plattierten Stahlblechen Eindiffundierungen unerwünscht, weil die Festigkeit der Schweißnaht und die Korrosionsbeständigkeit des Plattierungswerkstoffes dadurch verringert werden können. Aus dem Normblatt-Entwurf DIN 8553, abgedruckt in »Blech 7« (1960X Nr. 8,

_io 5.457 _;bis£460, ,ist?es bekannt, bei Chromstahl- oder

*4vCHr^|&icfce3siäBl*Plattierungsschichten auf Stahl im Bereich der an die Plattierungsschicht angrenzenden Stahlschicht für die untere Lage der Wurzelnaht auf der Plattierungsseite einen von der Analyse des Zusatzwerkstoffes abweichenden austenitischen Zusatzwerkstoff zu verwenden (S. 458, Arbeitsgang Nr. 4). Dadurch sollen Eindiffundierungen des Stahls in den Plattierungswerkstoff weitgehend verhindert werden.

Dem gleichen Zweck dient das Verfahren nach der deutschen Patentschrift .663 132,_t bei dem die Stahlschicht" längs'der Kanten der zu vereinigenden Bleche abgetragen wird, danach die Plattierungsschichten von der plattierten Seite her mittels einer Elektrode und einem unterhalb des. Spaltes untergelegten Draht, jeweils aus "dem gleichen Werkstoff, untereinander -verschweißt werden"und anschließend die Stahlschicht mit einem Zusatzwerkstoff aus gleichem Metall oder einer _m Nickej-Chrom-Legierung ver-

schweißt wird. Wie aus der Zeichnung dieser Patentschrift hervorgeht,"wird entweder'efrrVerschmelzen

. ., des Stahles mit dem Plattierungswerkstoff nicht verhindert oder es verbleiben zwischen den miteinander zu verschweißenden Blechen im Bereich der Stahlschicht größere Hohlräume, die die Verbindung erheblich schwächen, oder beides tritt ein.

Ein im Prinzip gleiches Schweißverfahren, das sich von dem nach der deutschen Patentschrift 663 132 nur dadurch unterscheidet, daß zunächst die Stahl-

40. schicht und danach erst die Plattierungsschicht verschweißt wird, ist aus der USA-Patentschrift 2050 326 vorbekannt (vgl. Fig. 5 und zugehöriger Beschreibungstext). Hierbei ist die Nahtfuge (15) jedoch so breit-^:-ⁱ"^!'bzWi der'untergelegte Streifen (16) aus Plattierungswerkstoff so schmal — gehalten, daß ein Verschmelzen zwischen Stahlzusatzwerkstoff und Plattierungsschicht nicht verhindert werden kann.

Bei den bisher geschilderten bekannten Verfahren ist somit die eingangs genannte Forderung der unbedingten Vermeidung von Verschmelzungen von Plattierungswerkstoff mit Stahl nicht erfüllt. Es sind daher Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen für titanplattierte Stahlbleche entwickelt worden, bei denen eine Verschmelzung von Titan mit Stahl vermieden wird. Diese Verfahren sind beschrieben und zeichnerisch dargestellt 1. in einem Aufsatz von Kazuo Komatsu und Koichi Nakoano in »Kinzoku« (Metall), 32 (1962) 20, S. 35-39 und 2. in dem Katalog »Titanium Clad Steel« der Firma Nihon seikojo, S. 10 und 11 und zerfallen im wesentlichen in zwei Arten von Schweißverbindungen. Bei der einen Art dieser Verfahren, bei der allerdings nicht im Bereich der Plattierungsschicht eine mindestens teilweise nicht aufschmelzende Trennschicht aus den Plattierungswerkstoff bei Diffusion nicht nachteilig beeinflussendem Werkstoff angeordnet und mittels aufgeschweißten Plattierungswerkstoffes überdeckt ist, wird an den miteinander zu verschweißenden Kanten

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dietiStahlschicht "inoieiner.i ausreichenden nBreitej-' femt nridrgleichzeitig an^der -"der^PIattieruhgsschiciit abgewandteir.ySeite~&agefaßt.i>Bie-'-^o ^freigelegten Platriemngsschiehten^er .'ZuVryerbnidenden v'Bleche werden jdann nach der nctoigen^;iäumlfGhen^An'GTdi nung zueinander stümpf--initeinänder^<versch^eißt.'^:Iri die-dadurch entstandene nutartige; Ausnehmung -zwischen den Stahischichten-wird-'inach.Glätten.xlerTTi¹ tan-Schweißnaht.-an. der .Stahlseile :ein- ausfüllender und mit Schweißfasen'iversehener^Stahlstreifen-.einger •paßt .und· an- beiden Seiten-.-mlt^der. Stahlschicht-der •plattierten- Stahlbleche '-verschweißt. »Hierbei; darf die Schmelzzorie;der Wurzellage·auf.-^keinen Fall· an.'die Plättierungsschicht heranreichen. Es bleibt dadurch r.-' ein unverschweißter Spalt, der die Festigkeifder Ver? 15 bindung verringert. Aus diesem Grunde.muß zum Ausgleich noch eine die. beiden Schweißnähte überdeckende. StahUasche aufgesetzt werden, die durch Kehlnähte, mit den Stahlschichten verschweißt wird. **-· Damit die Lasche anliegt, :müssen vorstehende' Naht-•teile yorher. "abgearbeitet werden: Dieses Verfahren erfordert umfangreiche: Vorbereitungen: Eine •Stahllasche und ein einzupassender Stahlstreifen müssen gesondert angefertigt werden. Außerdem führt. die ' Anordnung mehrerer Schweißnähte dicht nebenein^ 25^ ander zu einem großen Verbrauch an "Schweißgut" und Schweißzeit und bringt Nahtanhäufungen mit sich, die beträchtliche Schrumpfungen zur Folge haben (vgl. die unter 1. genannte Literaturstelle, Abb. 3b.

Die zweite Art dieser bekannten Verfahren entsprechend der unter 2. genannten Literaturstelle, S. 11, erstes Bild von unten, stellt, bezogen auf die Plattierungs- und die Stahlschicht, die genaue Umkehrung des vorhergehend beschriebenen Schweißverfahrens dar. Dabei wird die Plättierungsschicht an den zu verschweißenden Kanten entfernt und somit als erstes die Stahlschicht stumpf verschweißt. Die entstandene nutartige Ausnehmung wird mit einem Streifen aus Plattierungswerkstoff ausgefüllt, die Stoßfugen an der Oberfläche verschweißt und geglättet und danach eine die beiden Stoßfugen überdekkende Lasche aus Plattierungswerkstoff aufgesetzt und durch Kehlnähte verschweißt.

Zwei Varianten dieser Verfahrensart sind noch in der unter 1. genannten Literaturstelle beschrieben und dort in den A b b. 3 a und 3 c dargestellt. Nach A b b. 3 c wird dabei der eingepaßte Streifen aus Plattierungswerkstoff überhaupt nicht verschweißt und nach A b b. 3 a wird eine beidseitig gekröpfte, die nutartige Ausnehmung ausfüllende und überlappend überdeckende Lasche aus Plattiermetall eingepaßt, die ebenfalls mittels Kehlnählen verschweißt wird. Alle drei Ausführungsbeispiele dieser bekannten Schweißverbindung sind sehr aufwendig. Die durch die Laschen hervorgerufenen Vorsprünge auf der plattierten Seite sind für die meisten Verwendungszwecke plattierten Materials sehr hinderlich und schließen viele Anwendungsmöglichkeiten aus. Ferner bleibt ein größerer Bereich zwischen der Plattierungsschicht und der Stahlschicht unverbunden, was die Festigkeit der Schweißverbindung stark beeinträchtigt. Eine Verformung der so geschweißten plattierten Bleche ist weitgehend ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schweißverfahren zu entwickeln, das die vorbeschriebenen Nachteile nicht aufweist. Die Lösung dieser Auf'-ube bestellt darin, daß zunächst \on der Seile der-die ■ Plattiefuäg iräggöde
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~" "Gute Erfolge werden mit einer Trennschicht aus keramischen Stoff, vorzugsweise aus gesinterter Tonerde, erzielt, jedoch ist es besonders vorteilhaft, wenn die Trennschicht aus dem Plattierungswerkstoff besteht.

Beim Verschweißen der aufplattierten Schichten kann die erwünschte schnelle Wärmeableitung dadurch unterstützt werden, daß die zuvor gelegte Wurzellage der Stahlschicht gekühlt wird, was auf einfache Weise beispielsweise durch Besprühen mit Wasser erreicht werden kann.

Ein festes Verklemmen der Trennschicht aus Plattierungswerkstoff zwischen den Plattierungsschichten, das beispielsweise durch Hämmern, Pressen oder durch Nahtschrumpfung erfolgen kann, bewirkt ebenfalls eine schnelle Wärmeableitung.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Schnitt dargestellt, die nachfolgend näher beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 die zur Schweißung vorbereiteten plattierten Stahlbleche,

F i g. 2 die Schweißung der Wurzellage,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit eingelegten Rundstäben aus gesinterter Tonerde als Trennschicht,

F i g. 4 bis 8 verschiedene Verfahrensschritte an Ausführungsbeispielen mit eingelegtem Rundstab aus dem Plattierungswerkstoff als Trennschicht.

Zwischen den mit der Plättierungsschicht 1 versehenen Stahlblechen 2 befindet sich, wie F i g. 1 zeigt, ein Spalt 3, der den schweißlechnischen Normen entspricht und die Schweißlagen aufnehmen soll. In den Spalt 3 wird, entsprechend F i g. 2, der rippenarlige Vorsprung 4 einer wassergekühlten Schiene 5, die aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer, besteht, bis zur Anlage der ganzen Schiene 5 an den Plattierungsschichten 1, eingeführt. Die Höhe des Vorsprungs 4 entspricht mindestens der Dicke der Plättierungsschicht 1. Bei der anschließenden Schweißung der Wurzellage 6 aus Stahl kann die Schweißschmelzc nicht bis zur Plaltierungsschicht 1 gelangen.

Zi"ί" Forlführune des Verfahrens können aemäß

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der Erfindung mehrere Wege beschriften werden. Bei lichkeit eines Durchschmelzens des Rundstabes 9 ausdem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 werden: Rund- schließt. An Stelle des Verklemmens oderzur zusätzstäbe7 aus gesinterter Tonerde im Grenzbereich zwir liehen Wärmeableitung kann, wie in Fig. 5 dargeschen der Plattierungsschicht 1 und den · Stahlbier stellt ist^· ein !Besprühen mit Wasser vermittels einer chen2 und an .-der Wurzellage 6 anliegend angeord- 5 Wasserbrause 11 erfolgen. Ein :solches-Besprühen net, die beim Schweißen einer Decklage 8 oder meh- . kann selbstverständlich auch bei dem Ausführungsrerer Decklagen aus dem" Plattierungswerkstoff als beispiel gemäß Fig. 3 angewendet werden.
Trennschicht. ein Verschmelzen von Plattierungs- - Wie der eingelegte und in Fig. 6 dargestellte werkstoff mit Stahl verhindern. Die Schweißung der Rundstab 9 durch Nahtschrumpfung verklemmt und Decklage8 erfolgt unter einem Schutzgasschleier, ίο gleichzeitig verformt wird, veranschaulicht Fig. 7. Das gilt auch für alle Schweißungen im Rahmen des Hierdurch ergibt sich eine größere Anlagefläche zwi-Verfahrens, bei denen ohne Anwendung von Schutz- sehen dem Rundstab 9 und den Plattierungsschichgas eine Oxydation der Plattierungsschicht 1 zu be- ten 1 und dementsprechend eine schnellere Wärmefürchten sein würde. . ableitung beim nachfolgenden Verschweißen der aufin den folgenden Ausführungsbeispielen ist an 15 plattierten Schichten mittels einer Decklage 8 oder Stelle der Rundstäbe 7 aus gesinterter Tonerde ein mehrerer Decklagen 12, wie Fig. 8 zeigt Bei der Rundstab 9 aus <iem Plattierungswerkstoff angeord- Untersuchung von Schweißverbindungen nach dem net. Dieser wird vorteilhafterweise fest zwischen den letztgenannten Verfahren ist festgestellt worden, daß Plattierungsschichten 1 .,verklemmt, beispielsweise durch den hohen Klemmdruck infolge Nahtschrumpdurch Hämmern oder Pressen vermittels eines Werk- 20 fung eine teilweise Preßverschweißung des Rundstazeugs 10, wie in Fig.'4 veranschaulicht ist Die dabei bes9 mit den Plattierungsschichten 1 in dem nicht erzielten Anpreßstellen, ermöglichen eine schnelle aufgeschmolzenen Bereich stattfindet, was die Fesrig-Wärmeäbleitung aus .dem-Rundstab 9, die die Mög- keit der Schweißverbindung noch erhöht ζ.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ■ 1. Verfahren zum Schmelzschweißen plattierter Stahlbleche, deren Plattierungen aus Metallen oder Metallegierungen bestehen, die beim Verschmelzen mit Stahl spröde intermetallische Phasen bilden, wobei zwischen den zu verschweißenden plattierten Stahlblechen ein Spalt vorhanden ist, in dejn=^;_%Beiei,db.~}der;*-Plattierungsschicht eine minae4ais:''teäweise3ni,cht aufsönmel^Äde. Trennschicht aus den Plattierungswerkstoff bei Diffusion¹ fiicßCnacTiteilig" &feiöflusseridemiWei& stoff angeordnet und- -mittels aufgeschweißten Plattierungswerkstoff "überdeckt ist; dadurch gekennzeichnet, daß zunächst^VQn;der Seite der die Plattierung _r(l)-tragenden Stahlschicht (2) her emeansich'im^efefehder an'die Plättierungsschicht (1) angrenzenden Stahlschicht (2) bekannte Wurzellage (6) unter Verwendung einer den Spalt (3) im Bereich der Plattierungsschicht (1) ausfüllenden zum Begrenzen des niedergeschmolzenen Werkstoffes auf einen vorgesehenen Bereich an sich bekannten, vorzugsweise gekühlten Schiene (5) aus einem Werkstoff hoher Warmeleitfähigkeit eingebracht wird, danach die Schiene (5) entfernt, die Trennschicht (7, 9) in dem Spalt (3) unter Verwendung einer bereits unterhalb des Spaltes bekannten Form eines Rundstabes oder in Form mehrerer Rundstäbe oder eines-oder-mebrerer -Stäbe-Feiner anderen Form angebracht .und, wie bei ersterera. bekannt^ über,_T schweißt wird!'"' ■ -■■·. ■■ · ·
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschweißen der Plattierungsschichten (I) die Wurzellage (6) Vorzugsweise durch Besprühen mit Wasser gekühlt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht durch Hämmern, Pressen oder Nähtschrumpfung zwisehen den Piattierungsschichten (1) verklemmt wird.