DE1790168C - Verfahren zum elektrischen Schweißen unter Schlacke - Google Patents

Description

Die Erlindung bezieht sich Huf ein Verfahren zum Fig. 8 sehemalische Darstellungen von drei auf elektrischen Schweißen unter Schlacke mit einer in verschiedene Weise erhaltenen Schweißungen, den Schweißspalt zwischen die zu verschweißenden Beim Schweißen nach bekunnten Verfahren wird Stücke ragenden, in die Schlaekenschmclze getauch- gemliß F i g. I und 2 zwischen die miteinander zu ton Elektrode in Form einer Stahlplatte. BoI diesem 5 verschweißenden Stücke I und 1', also in den Verfahren fallen die Schweißungen einwandfrei aus, Schweißspalt, eine Elektrode in Form der Stahlwenn die Breite der Platte, also ihre Dimension in platte 3 eingeführt, die unten in die flüssige Schlacke Richtung der SchweißspaltlUngc, nicht übermäßig taucht und dabei schmilzt, so daß eine Schweißnaht 4 groß ist. Muß jedoch mit Rücksicht auf die Abmes- entsteht, An seinen Enden ist der Spalt durch wasser- l sungen der miteinander zu verschweißenden Stücke io gekühlte Abschlußstlicke 2 und 2' verschlossen, die f die Platte eine große Breite erhalten, dann ent- aus dem gleichen Material wie die Stücke 1 und I' I stehen Schwierigkeiten in Hinblick auf die Eindring- bestehen. Fig. 1, («) zeigt einen Fall, wo die Länge f tiefe des von der schmelzenden Platte gelieferten des Sehweißspaltes und demgemäß ebenfalls die [ Schweißgutes. Es zeigt sich nümiich. daß in diesen Breite der Platte 3 relativ klein ist, Fig. 1, (b) da- > Fällen die Eindringtiefe im mittleren Bereich des 15 gegen einen Fall, wo die Länge des Schweißspaltes ■ Sehweißspalts kleiner wird als in den seitlichen Be- und entsprechend die Elcktrodenbreitc relativ groß j reichen, so daß die Güte der Schweißung im tnitt- ist. Weilerhin zeigen Fig. 2, («) und (b) Schnitte leren Bereich mangelhaft ist. Im extremen Fall kann durch die Schweißungen, wie sie sich ergeben, wenn es sogar geschehen, daß die Eindringtiefe im mitt- gemäß Fig. 1, («) und (/») geschweißt worden ist. leren Bereich auf Null sinkt. Das geschweißte Werk- ao Dabei zeigt sich, daß in diesen beiden Fällen die stück wird in solchem Falle Ausschuß. Denn da ge- Schweißungen verschieden ausfallen, wie in rade der mittlere Bereich der Schweißnaht praktisch Fig. 2, (o) und (/>) dargestellt ist. Im Falle der unzugänglich ist, läßt sich der Mangel durch Nach- Fig. I, (α) und 2, (0) hat die Schweißnaht ihre arheit nicht beheben. größte Dicke in der Eiektrodenmitte und wird nach Der vorstehende Sachverhalt wird weiter unten 25 den Enden allmählich dünner. Im Falle der noch näher erläutert und auch zeichnerisch darge- Fig. 1, (b) und 2, (b) erreicht dagegen die Ein stellt werden. dringtiefe des Schweißgutes ein Minimum in der Elek-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, der Er- trodenmitte und je ein Maximum im Bereich zwischeinung, daß die Eindringtiefe des Schweißgutes sehen der Mitte und den beiden Enden, beim Schweißen mit Elektroden in Form von Platten 30 Die Kurve nach Fig. 3, (α) veranschaulicht diese großer Breite im mittleren Bereich unzureichend klein Tendenz. Dort ist die Elektrodenbreite W als Abszisse wird, zu begegnen, also ein Verfahren zu schaffen, und der Quotient PfIP₁ als Ordinate aufgetragen, bei dem die Güte der Schweißung auch unter den Wie die Größen P₁ und /', definiert sind, ist in genannten Bedingungen erhalten bleibt. Zur Lösung F i g. 3, (b) angegeben. P, ist also die prozentuale dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Elektrode 35 Eindringtiefe im Bereich zwischen der Elektrodenvor, die mindestens in demjenigen Bereich, der beim mitte und den Elektrodenenden, /', dagegen die pro-Schmelzen verbraucht wird, in eine Anzahl von zentuale Eindringtiefe in der Elektrodenmitte, durch Spalte getrennten Abschnitten geteilt ist, von Nimmt ·".=": pemäß Fig. 3 eine Breite W im Bedenen — in Richtung der Schweißspaftläiige gerech- reich W <Ξ W₁ an, so ergibt sich eine Eindringtiefe net — jeder einer Teilstrecke des Schweißspaltes zu- 40 der Schweißnaht gemäß Fi(J⁰ (a)· Im Bereich geordnet ist, wobei die Abschnitte außerhalb der Ver- H ,. W_x ergibt sich dotecen οπκ Form gemäß brauchszone elektrisch rrl'emanJ-·. . .- .A.·» :ij. Fig. 2, (b). Wird die Elektrodcnhuiic nocii wese.ii * *'■' ^₁.:!.:.u.Ι, :.];■! J. Jn «Jtese Maßnahme die lieh giötLr, so wird die Eindringticie P₁ des Schw IU Eindringtiefe des Schweißgutes in die miteinander zu gutes in die zu verbindenden Stücke in der Elektroverbindenden Stücke auch dann, wenn die Gesamt- 45 denmitte extrem klein und im Bereich W ^ W., sogar länge des Schweißspaltes beträchtlich ist, hinreichend Null, was bedeutet, daß die Stücke in diesem groß wird, um eine einwandfreie Schweißung zu er- Bereich nicht miteinander verschweißt worden halten. sind, also eine unvollkommene Schweißung entin der Zeichnung dienen Fig. 1 bis 3 zur Erläu- standen ist.

terung des Standes der Technik und Fig. 4 bis 8 50 Durdi Versuche wurde gefunden, daß, wenn die

zur Erläuterung der Erfindung Größe W_x annähernd 300 mm beträgt und mit einer

Es zeigen Elektrodenbreite von 550 mm gearbeitet wird, sich

Fig. 1 und 2 im Querschnitt das eingangs kurz /', 22°/o und P_t■-- 68%> ergibt. Dies bedeutet,

erläuterte bekannte Verfahren vor und nach dem daß P/7P₍; ungefähr den Wert 3 annimmt. Wenn die

Schweißen, 55 Elektrodenbrcite noch größer wird, sinkt die Ein-

Fi g. 3 eine Kurve zur Veranschaulichiing der Be- dringtiefe im mittleren Elektrodenbereich extrem

zieluing /wischen der Schweißspaltlänge und der stark ab mit der Folge unvollständigen Schrnelzens.

Findringtiefe an verschiedenen Stellen des Schweiß- Das unvollständige Schmelzen an den Schweißstük-

spaltcs, kcn bedeutet einen schwerwiegenden Schaden, der

F i g. 4 einen VertikalschniU durch eine erste Aus- 60 nach dem Schweißen kaum mehr beseitigt werden

führungsform einer zur Durchführung des Verfah- kann.

rens nach dor Erfindung geeigneten Vorrichtung, Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung

F i g. 5 und 6 Querschnitte nach Linie V-V in nach F i g. 4 bis 6 ist angenommen, daß mit einer ein-

F i g. 4 vor und nach dem Schweißen, zigen Elektrode von etwa 500 mm Breite geschweißt

Fi g. 7 eine der Fi g. 4 entsprechende Darstellung 65 wird, die in der Mitte im Bereich des beim Schweißen

durch eine zweite Ausführungsform einer zur Durch- zu verbrauchenden Teils zweigeteilt ist. In Fig. 4

führung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten und 5 ragt eine als Elektrode dienende Stahlplatte 7

Vorrichtuni» und in einen Schwcißspalt 12 und ist von den zu ver-

schweißenden Stücken 5, 5' umschlossen, die einander gegenüberstehen und ».wischen sicli den Schweißspult bilden, Wiederum sind wtissergekühlte AbschlußsUicke 6, 6' vorgesehen. Die Platte 7 ist in zwei Abschnitte Ta und 7/) geteilt, die in Elektrodenmiltij durch einen Spalt d getrennt sind, und zwar über den Bereich der Elektrode, der beim Sehweilten verbraucht wird, während die Abschnitte im oberen Bereich miteinander kurzgeschlossen sind, Die Elektrode ist un eine Schweißstronu|uelle 8 angeschlossen, jq Die Schicht ⁴J stellt geschmolzene Schlucke, die Schicht 10 flüssiges Schwermetall und die Schicht M niedergeschlagenes Schweißgut dar.

Man vermutet zunächst, daß die so in die Abschnitte .7« und 7/) geteilte Elektrode 7 wegen der kurzschließenden Verbindung im oberen Bereich sich nicht anders verhüll als die übliche Einzelelektrode. Jedoch ergibt sich, daß die Form des zwischen die Stücke 5, 5' eingedrungenen Materials eine maximale Menge in der Mitte der Schweißstückbreile entwikkelt, und zwar mit allmählichem Abfall nach beiden Enden (F i g. 6). Sollte gleichwohl unvollkommenes Schmelzen eintreten, dann nur an den Außenflächen der Stücke 5, 5', also an Stellen, wo Nacharbeiten leicht möglich ist. Außerdem kann man dafür sorgen, as daß ein solches unvollkommenes Schmelzen außerhalb der Stücke 5, 5' auftritt, nämlich dadurch, daß man die Nutentiefe der Abschlußstücke 6. 6' vergrößert.

Macht man die Breite d des Spaltes zwischen den getrennten Elektrodenabschnitten 7 a, Tb übermäßig groß, dann nimmt der Verlauf der Eindringtiefe wieder dieselbe Gestalt an wie bei einer ungeteilten Elektrode. Die richtige Spaltbreite d muß also durch Versuch ermittelt werden. Versuche haben ergeben, daß enu. [H-(Jf.'¹?'-* Spaltbreite unter -Mwa 20 mm liegt.

Das Dbige Beispiel erläutert den Fall, daß die Elektrode wegen der großen Elektrodenbreue Ή: zwei Abschnitte geteilt ist. wenn mit einer einzigen Elektrode geschweißt wird. Die gleiche Wirkung ist aber auch u-nn e'zielbar, wenn die Elektrode in "ichr a!> /wi-i ^bvv-ii.ii' 1· geteilt wird. Gleiches gilt fin ·ίο·ι Fail, daii mn mehreren Elektroden geschweißt wnii und jede eine große Breite hat.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 besteht die Elektrode aus zwei Blechen 14, 15, von denen jedes verhältnismäßig schmal ist und beispielsweise eine Breite von 250 mm hat. Die Bleche sind durch einen Leiter 16 und Bolzen 17, 17' im oberen Bereich elektrisch miteinander verbunden. Mit dieser Ausfüh- so rungsform wird die gleiche Wirkung erzielt wie in der Ausführungsform nach F i g. 4 bis 6.

Es soll hier eine theoretische Erwägung versucht werden, um zu erklären, weshalb sich ein Unterschied in der Form der Schweißnaht ergibt, wenn man einmal mit einer Elektrode schweißt, die in ihrem zum Verbrauch bestimmten Bereich geteilt ist. oder auch mit zwei schmalen Elektroden, die oben elektrisch verbunden sind, und zum anderen mit einer einzigen breiten Elektrode, wie sie sonst benutzt wird. Dieser Unterschied beruhi auf den sich überlagernden Wirkungen von Differenzen im Bereich der Endteile der Elektroden sowie einer Kühlwirkung gemäß der Stellung im Schweißspalt zwischen den Schweißstükken. Dies sei an Hand von Fi g. 8 näher erklärt. Dort zeigt F i g. 8, (a) eine Form von Schweißgut im Schweißspalt beim Schweißen mit einer einzigen Elektrode von geringer Breite wie in Fig. 1, («), also in dem FnII, daß die zu verbindenden Stücke relativ schmnl sind. Fig, 8, φ) veranschaulicht, welche Form das Metall im Schweißspalt annimmt, wenn mit einer einzigen Elektrode großer Breite geschweißt wird, wie in Fig. I, (/>), weil die SchwuißMücke relativ dick sind, Fig. MO schließlich veranschaulicht, welche Form das Metall im Schweißspalt annimmt, wenn mit einer einzigen Elektrode zwei relativ dicke Schweißstücke verschweißt werden und die Elektrode gemäß der Erfindung in der Mitte geteilt ist, also gemäß F i g. 4 oder 7.

Nimmt man an, daß kein Unterschied in tier Kiihlwirkung in Abhängigkeit von der Stellung in der Richtung der Schweißspaltbreite zwischen den zu verschweißenden Stücken besteht und zum Schweißen eine Plattenelektrode von rechteckigem Querschnitt und von im Vergleich zur Plattcndicke großer Breite verwendet wird, dann ist die Stromdichte, in Richtung der Breite der Elektrode gerechnet, nicht gleichförmig. Insbesondere nimmt sie zu den Randbereichen der Elektrode hin zu. Infolgedessen erreicht das Maß der Eindringung des Schweißgulex in der Elektrodenniitte ein Minimum, während es an den Seiten, also den Randbereichen maximal wird. Diese Tendenz prägt sich um so stärker aus. je breiter die Elektrode wird. Unterschiede in der Kühlwirkung in Abhängigkeit von der Stellung in bezug auf die zu verschweißenden Stücke haben jedoch zur Folge, daß das in den Schweißspalt eingebrachte Metall im wesentlichen die durch die volle Linie in F i g. 8, (a) angedeutete Form annimmt. Das heißt, daß die Eindringung an den beiden Stirntlächen der zu verschweißenden Stücke infolge ucr kühlenden Wirkung der kalten metallenen Stirnflächen der Schweißstücke abnimmt. Im Falle einer relativ schmalen Elektrode, also bei einem verhältnismäßig kurzen Schwcißspi.it. ' .■;· J«. k'.:hli';iü. FfTekt der Stirnflächen der SchweihstiicKC in geringem Abstand von dei Elek'., i.'.:r>v. '.·; u.»i, m> daß su:ü die durch die ollen Lnir.n v. Fi" 8 in) angedeuk—: For v> e:-'ilH. Handel: es ■'. · Ί dagegen u;n '-■■·-· :■ iat^:»' tr-eitL· Elckbo'ie, dann '.:!u :.·'·· - /-iv· kung der zu verschweißenden Stücke nur bis in Gebiete, die sich nicht bis zur Elektrodenmitte hin erstrecken. Die Eindringung erreicht daher ein Maximum in diesen Gebieten, in der Elektrodenmitte dagegen ein Minimum.

Wenn andererseits die Mitte einer Elektrode von großer Breite erfindungsgemäß in Abschnitte geteilt ist, dann entsteht beim Lindringen eine Form gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 8, (c). Dies beruht auf der oben dargestellten Randwirkung an der Elektrode, der sich die Kühlwirkung durch die zu verschweißenden Stücke überlagert. Dazu kommt in diesem Falle, daß wegen der relativ großen Schweißbreite der Stücke diese Wirkung sich von außen kommend nur bis in die Nähe der Mitte erstreckt. Im ganzen ergibt sich, daß das Maß der Eindringung im Randbereich der Stücke etwas abnimmt, wie in Fig. 8, (c) dargestellt ist, dagegen ein Maximum in der Mitte der Stücke erreicht. Der Grund dafür, daß in jedem Falle der Fig. 8, (<i), (b) und (c) die gestrichelte Linie nicht mit der voll ausgezogeneu Linie im inneren Bereich der Schweißstücke zusammenfällt, wo die Kühlwirkung der Stirnflächen der Schweißstücke nicht mehr merklich wirksam ist. ist in der zusätzlichen Kühlwirkung innerhalb des Metalls der Schweißstücke zu suchen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum elektrischen Schweißen unter Schlacke mit einer in den Schwcißspalt zwischen die zu verschweißenden Stücke ragenden, in die Schlackenschmelzc gelauchten Elektrode in Form einer Stahlplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die !Elektrode (7«, Tb; 14, 15) min destens in demjenigen Bereich, der beim Schmelzen¹ verbraucht wird, in eine Anzahl von durcl Spalte (d) getrennten Abschnitten geteilt ist. vor denen — in Richtung der Schweißspaltlänge gerechnet — jeder einer Teilstrecke des Schweiß spalles zugeordnet ist, wobei die Abschnittt außerhalb der \ irbrauchszonc elektrisch mitein ander verbunden sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen