DE1927613A1 - Elektrisches Lichtbogenschweissverfahren - Google Patents

Description

ESSENER SCHWEISSLLEKTRODEIMiERK G.H.B.K.

und FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT IiIT BESCHRÄNKTER KAFTUKG in Essen

"Elektrisches Lichtbogenschweißverfahren"

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Lichtbogenschweißverfahren, bei dem eine Gegenlage zum Stützen des Schweißbades verwendet wird, insbesondere zum Schweißen der Wurzellage beim Mehrlagenschweißen von vorwiegend dickwandigen Werkstücken _r

Das Schweißen der Uurzellage bzw. der ersten Lage beim Zusammenschweißen zweier Werkstücke nach dem elektrischen Lichtbogenschweißverfahren erfordert neben guter Handfertigkeit das Einhalten gleichbleibender und verhältnismäßig enger Spalte. Um eine einwandfreie Nahtwurzel zu erlangen, muß die Wurzellage trotzdem in den meisten Fällen ausgearbeitet v/erden. Das Ausarbeiten und Nachschweißen verursacht zusätzliche Kosten.

Um diesen Nachteil zu begegnen, sind schon eine Reihe verschiedener Unter- oder Gegenlagen verwendet und ausprobiert worden. Zu diesen Unterlagen gehören wassergekühlte und ungekühlte Kupferschienen. Die mit der Verwendung dieser Schienen verbundenen großen Nachteile sind ein unvermeidbares Eindiffundieren von Kupfer in die Schweißnaht und infolge der großen Abkühlungsgeschwindigkeit unerwünschte Gefügeveränderungen in der Naht.

Des weiteren sind Unterlagen aus Stahlblech bekannt, die jedoch den Nachteil haben, sich mit dem Werkstück zu verbinden und dadurch Kerbwirkungen zu verursachen. Oft ist es erforderlich, diese Unterleg-Streifen wieder zu entfernen.

Die genannten Nachteile versuchte raan zu umgehen, indem man beispielsweise mit Glasfasern versehene Klebebänder als Nahtunterlage verwendete. Diese waren den an sie gestellten Anforderungen jedoch nicht gewachsen. Infolge der hohen Schweiß-

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temperaturen lösen sie sich von Uerkstück oder werden durchgebrannt .

Ueiter ist bekannt, Schweißpulver zum Stützen des Schweißbades zu verwenden oder auch eine Tonerde-Schicht auf lietallbünder aufzubringen, die dann als Unterlage dienen. Die dair.it gemachten Erfahrungen waren ebenfalls nicht zufriedenstellend. Insbesondere ist die Verwendung von pulverfönaigen Hassen für die sogenannte Zwangslagenschweißung meistens nicht ruöglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schweißverfahren zu schaffen, bei dem die Wurzellage nicht ausgearbeitet zu werden braucht und das die vorher aufgeführten Nachteile nicht P mehr auf v/eist.

Diese Aufgabe wurde durch ein Schweißverfahren gelöst, bei der.; mindestens ein aus einen keramischen Stoff bestehender Formkörper so in die vorbereitete Schweißnahtfuge eingelegt bzw. gegen sie gelegt wird, daß ein Teil des Formkörpers durch die entstehende Eitze der in üblicher Weise ausgeführten Schweißung aufschmilzt.

Das neue Verfahren ergibt überraschenderweise an der dem Formkörper zugewandten Seite vollkommen glatte sowie in jeder . Hinsicht einwandfreie Schweißnähte und ist zudem für fast alle | vorkommenden Schweißfälle einsetzbar.

Ein weiterer zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß bei diesem Verfahren eine größere Spaltbreite eingestellt werden kann und daher die ersten Lagen mit dickeren Elektroden als sonst üblich geschweißt werden können. Da der öffnungswinkel der Schweißnahtfuge kleiner gehalten v/erden kann, werden Schweißgut und Schweißzeit eingespart. Außerdem treten geringere Uahtschrumpfungen und weniger Schweißeigenspannungen auf.

Da Jas Ausarbeiten der ITaht und das erneute Einbringen des

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entfernten Cchweißgutes ein Vielfaches der eingelegten Formkörper kostet, sind mit diesem £ eiweißverfahren erhebliche Linnparungen su erzielen.

Jic Anwendung des neuen Schweißverfahrens beschränkt sich nicht auf die Lichtbogenhan^r!schweißung nit umhüllten Elektroden, sondern erstreckt sich auch auf die bekannten teil- oder vollniechanisierten Schweißverfahren, z.B. Unterpulver-Llektro-Schlacke- und Schutzgasschweißung. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung für Llektro-Schlacke-Senkrecht-* schweißungen. i:ei diesem Verfahren werden dadurch liehrlagenschweißungen ermöglicht, durch die bessere Schweißnahtgefüge orcielbar sind.

In üer Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der verwendeten Formkörper iiv Verbindung mit verschiedenen Schweißnahtfugen dargestellt. Es seigen:

rig. 1 eine vorbereitete X-Kahtfuge im Schnitt mit

einem eingelegten Formkörper,

rig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fic. 3, i u. 5 eine vorbereitete K-, V- und X-Uahtfuge mit

einem jeweils anders ausgeführten Formkörper,

Fig. 3 einen weiteren Formkörper im Querschnitt und

Fig. 7 eine Anordnung für die Auftragschweißung einer

Uerksttickkante.

Fig. 1 und 2 seigen im Querschnitt in wesentlichen dreieckformige Formkörper 1, die in die X-fcrmige Kahtfuge eines größeren, gelcrüramten Bauteiles an dessen konvexer Seite 2 eingelegt sine. Die Formkörper 1 sind mit Bohrungen 3 versehen und auf einen Draht 4 aufgezogen, durch den sie in ihrer Lage gehalten sind. Die fertige Wurzellage ist durch eine gestrichelte Linie 5 angedeutet. Daraus ist ersichtlich, daß die dem Schweißbar zugewandte Kante 6 des Formkörpers 1 während des

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Schweißens der Wurzellage 5 aufschmilzt. Nach Fertigstellung der Wurzellage 5 werden die Formkörper 1 wieder entfernt. Die an der Naht anhaftenden Reste des aufgeschmolzenen keramischen Ilaterials können leicht entfernt v/erden. Die Wurzellage 5 ist an dieser Seite vollkommen glatt und bedarf keiner Nachbear~ beitung. Die Schweißung der weiteren Lagen kann somit an beiden Seiten sofort in üblicher Weise weiter durchgeführt werden. Aus Fig. 1 1st weiter ersichtlich, daß für die Schweißnahtfuge ein sehr kleiner Winkel und ein verhältnismäßig großer Wurzelspalt gewählt worden sind. Die Strichpunktlinien 7 zeigen demgegenüber die Konturen der Schweißnahtfuge, die bei dem bisher verv/endeten Schweißverfahren hergestellt werden mußte. Dabei war, wie deutlich "erkennbar ist, der Wurzelspalt wesentlich schmaler, dagegen v/ar das aufzuwendende Schweißvolumen erheblich größer.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem es sich um den Anschluß eines Querträgers 8 an einen Längsträger 9 mittels einer K-Naht handelt, ist ein einen rechteckigen Querschnitt aufweisender Formkörper Io in die Schweißnahtfuge eingelegt. Die Kontur der Wurzellage ist hier mit 11 bezeichnet.

Der in Fig. 4 gezeigte, für das Schweißen der Wurzellage 12 einer V-Kaht verwendete Formkörper 13 v/eist eine Rille 14 auf. Die fertige Schweißnaht weist bei diesem Ausführungsbeispiel in etwa die äußere Kontur dieser Rille auf und ist außerdem von glatter Oberflächenbeschaffenheit. Eine Rille entsprechend der Rille 14 ist jedoch nicht für alle ähnlich gelagerten Schweißfälle erforderlich.

Der in Fig. 5 dargestellte Formkörper 15, der einen Kreisquer7 schnitt aufweist und ebenfalls für das Schweißen einer, X-Haht verwendet wird, ist ebenso wie der in Fig. 6 dargestellte Formkörper, der Im wesentlichen den Querschnitt eines unregelmäßigen Dreiecks aufweist, vielseitig anwendbar.

Fig. 7 zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgenäßen Verfahrens, die für das Auftragschweißen gegeben ist;

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eine Nachbehandlung der aufgetragenen Schweißraupe fällt dabei weitgehend fort.

Die Befestigung der Formkörper kann neben dem bereits genannten Verwenden eines Drahtes mit bekannten Mitteln wie Haftmagneten, Zwingen, Bändern und ähnlichen Mitteln, auch im Zusammenwirken mit untergelegten Schienen, vorgenommen werden. Selbstverstandlieh können Stützelemente auch an den Werkstücken angeheftet v/erden. Die Formkörper können auch mit Haken oder anderen Kupplungselementen versehen sein, die ein Verbinden der Formkörper miteinander bewirken.

Als besonders geeignet hat sich eine Ilasse für die Formkörper erwiesen, die im wesentlichen aus Aluminiumoxid (AI2O3) und Siliziumdioxid (SiO2> besteht. Als Rohstoffe für die Herstellung der Formkörper können wechselnde !!engen von Tonerde, Silikaten, Quarz, Zirkonoxid und anderer Oxide mit hohem Schmelzpunkt verwendet werden. Nach entsprechender Aufbereitung der Ilasse kann die Formgebung durch Pressen, Stampfen, Gießen, Spritzen oder Tauchen mit anschließender Trocknung und Glühbehandlung erfolgen. Durch Veränderung der Zusammensetzung und/oder der Struktur der Formkörper kann das Schmelzverhalten dem angewandten Schweißverfahren und dem zu schweißenden Uerkstoff angepaßt werden. So ist es z.B. möglich, durch Erhöhung des AI2O3 - Gehaltes den Schmelzpunkt der Formkörper zu erhöhen und dadurch die Schweißraupe in der Wurzel flacher auszubilden.

Andererseits kann es erwünscht sein, eine weiter durchgeschmolzene Wurzelnaht zu erzielen. Hierfür sind Formkörper geeignet/ deren Schmelzpunkt niedriger liegt. Durch Senken des AI2O3 _ Gehaltes bei gleichzeitiger Erhöhung des SiC>2 - Gehaltes kann die gewünschte Wirkung erreicht werden.

Eine Anpassung des Schmelzverhaltens kann auch durch anderweitige Zusätze zu der Masse der Formkörper, z. B. durch Silikate mit höheren Anteilen von Na20 bzw. K2O bewirkt werden.

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Geeignete Formkörper wurden beispielsweise aus einer Ilischung von Schamotte-Hehl mit Kaolin, Ton, Tonerde, Quarzmehl und Kalifeläspat durch Pressen, Troclaien und Brennen hergestellt.

Die Formkörper weisen somit als chemische Bestandteile ira wesentlichen Aluminiumoxid (AI2O3) und Sili2iumoxid (SiO2) auf. Für das Schweißen von Stahl hat sich ein Anteil von etwa 4o - 7o % Al2^Q3r vorzugsweise 45 - 55 %, Rest in wesentlichen SiO2f als vorteilhaft erwiesen. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens erstreckt sich im wesentlichen auf Stahl und Stahl-Legierungen.

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Claims (6)

1. Patentansprüche;

   Elektrisches Lichtbogenschweißverfahren, bei dem eine Gegenlage zum Stützen des Schweißbades verwendet wird, insbesondere zum Schweißen der Wurzellage beim Mehrlagenschweißen von vorwiegend diclcwandigen Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein aus einem keramischen Stoff bestehender Formkörper so in die vorbereitete Schweißnahtfuge eingelegt bzw. gegen sie gelegt wird, daß "ein Teil des Formkörpers durch die entstehende Hitze der in üblicher Weise ausgeführten Schweißung aufschmilzt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzverhalten der Formkörper durch änderung ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder Struktur jeweils den zu schweißenden Werkstoffen und den angewandten Schweißverfahren angepaßt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Formkörper in LJahtrichtung aneinandergereiht werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper im Querschnitt der geometrischen Form der vorbereiteten Schweißnahtfuge entsprechend ausgebildet werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper mit Ansatzaitteln für ein Andrücken der Formkörper an die Werkstücke und/oder ein Verbinden der Formkörper miteinander bewirkende Kupplungs- oder Stützelemente versehen v/erden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper in ihrer Längsrichtung mit durchgehenden Bohrungen versehen vrerden.

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