DE1942631C - Verfahren zum Schweißen dicker Werkstücke - Google Patents

Description

Die Erfindung bolrifi't ein Vorfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen hoher Zllhigkcit zwischen dickwandigen Werkstücken, insbesondere von solchen llber 200 mm Wanddickc, mittels elektrischer Schweißverfahren,

Es sind verschiedene elektrische Verfahren zum Schweißen von extrem dicken Werkstücken bekannt, die je nach der im Einzelfall vorliegenden Aufgabe eingesetzt werden, Wenn dio zu verschweißenden Werkstücke eine große Ausdehnung besitzen, wie sie to beispielsweise Schiffsblcche aufweisen, wird ein Verfahren benutzt, bei dem die Schweißnaht in horizontaler Lage von einer Seite her mit Hilfe von Unterlagsschienen und Zusatzmetall in geeigneter Form gefüllt wird. Mit diesem Verfahren sind durchaus ausreichende Zähigkeiten der Schweißnlihte zu erzielen, doch sind die außerordentlichen Tiefen der Schweißfugen in vielen Fällen sehr hinderlich.

In Fällen, in denen die Werkstücke eine kleinere Ausdehnung besitzen und insbesondere die Schweiß- ao naht verhältnismäßig kurz ist, wird häufig das sogenannte F.S-Verfahren (Eleklroschlacke-Schweißverfahren) angewendet, bei dem eine offene Schweißfuge in vertikaler Lage mit Schweißmetall gefüllt wird. Hierbei ist es erforderlich, durch gekühlte Backen die Schweißfuge beidseitig abzudecken, um ein Auslaufen des Schweißbades zu verhindern. Die Stromzuführung erfolgt über einen parallel zur Schweißfuge von oben eingebrachten, abschmelzenden Draht, wobei das Schweißbad durch eine Schlackeschicht abgedeckt ist.

Eine Abwandlung des ES-Verfahrens ist die sogenannte Kanalschweißung, bei der die Schweißfuge so ausgebildet wird, daß sich die zu verschweißenden Werkstücke an ihren Oberflächenbereiehen berühren und im Innern einen kanalartigen, sich parallel zur Schweißfuge erstreckenden Hohlraum bilden, der wie beim ES-Verfahren mit Schweißmetall gefüllt wird. Die beim ES-Verfahren notwendigen Backen erübrigen sich hierbei. Die beiden zuletztgenannten Scliweißvcrfahren erlauben eine verhältnismäßig einfache Verfahrensdurchführung, doch gewährleisten sie oft nicht die erforderliche Zähigkeit der Schweißnaht.

Etwas bessere Ergebnisse bringt eine andere Abwandlung des ES-Verfahrens, das sogenannte KLS-Verfahren, bei dem der abschmelzende Zusatzdraht durch ein ebenfalls abschmelzendes Drahtführungsrohr läuft, das als Stromzuführung dient. Das Drahtführungsrohr hat einen Überzug aus Mineralstoffen, die in der Lage sind, das Schweißbad metallurgisch zu beeinflussen. Das KLS-Verfahren kann entweder wie das ES-Verfahren mit Hilfe von die Schweißfuge abdichtenden Backen oder in einem Kanal wie bei der Kanalschweißung durchgeführt werden. Obwohl mit dem KI.S-Verfahren schon gute Ergebnisse erzielt werden konnten, ist doch in verschiedenen Anwendungsfällcn, vor allem, wenn eine besonders hohe Zähigkeit der Schweißnaht verlangt wird, die Qualität der Schweißung nicht immer voll befriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen zwischen dickwandigen Werkstücken zu entwickeln, das die Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist und insbesondere zu Schweißnähten hoher Zähigkeit führt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem die unter Bildung einer Schweißfuge einander zugeordneten Querschnitte in drei Vcrfahr'cnsschritten miloinandor verschweißt werden, derart, daß der zwischen den Kernbereichon der zu verbindenden Querschnitte liegende mittlere Abschnitt der Schwüißfuge in vertikaler Lage und die beiden zwischen den Randberoichen der zu verbindenden Querschnitte liegenden äußeren Abschnitte der Schwoißfuge jeweils in horizontaler Lage mit Schweißmelall gefüllt werden.

Der für die Erfindung wesentliche Gedanke ist demnach darin zu sehen, daß eines der bekannten Schweißverfahren, bei denen die Schweißfuge vertikal steht, als einer von drei Verfahrensschritlen lediglich für den mittleren Abschnitt der Schweißfuge angewandt wird, während die beiden äußeren Abschnitte in horizontaler Lage verschweißt werden. Auf diese Weise können die beiden äußeren Schweißnähte in einer handwerklich sicher zu bewältigenden Tiefe mit ausgezeichneter Qualität hergestellt werden, während für den Kernbereich die Vorteile der einfachen Verfahrensweise der vertikal arbeitenden Schweißverfahren ausgenutzt werden. Durch diese Kombination gelingt es, qualitativ hochwertige Schweißnähte an dickwandigen Werkstücken herzustellen, wobei die Nahtregionen nahe den Oberflächen als höchstbeanspruchte Teile eine ausgezeichnete Zähigkeit aufweisen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens wird der mittlere Abschnitt der Schweißfuge mittels des ELS-Verfahrens mit Schweißmetall gefüllt, während die beiden äußeren Abschnitte mittels des bekannten UP-Verfahrens (Unterpulver-Schweißverfahren) geschweißt werden. Es ist hierbei vorteilhaft, die UP-Schweißung in Mehrlagentechnik auszuführen.

In vielen Fällen kann auch mit Vorteil für die Schweißung des mittleren Abschnittes das ES-Verfahren oder die Kanalschweißung angewandt werden. Die Auswahl für die Schweißung des mittleren Abschnittes und damit des für den Kernbereich der zu verbindenden Querschnitte günstigsten Verfahrens richtet sich nach der jeweils vorliegenden Aufgabe und hängt zum Teil auch von der Form der Schweißfuge ab.

Bei einer besonders günstigen Form der Schweißfuge weist der mittlere Abschnitt einen sich parallel zur Schweißfuge erstreckenden Mehlraum auf, welcher durch Stege von den äußeren Abschnitten der Schweißfuge getrennt ist. Diese können dann beispielsweise als U-Stoi* ausgebildet sein. Eine derartig vorbereitete Schweißfuge kann beispielsweise in der Weise mit Schweißmetall gefüllt werden, daß als erster Verfahrensschritt der mittlere Abschnitt im Kernbereich der zu verschweißenden Querschnitte vertikal mittels des KLS-Verfahrens oder der Kanalschweißung und danach als Verfahrensschritte zwei und drei die beiden äußeren Abschnitte horizontal mittels des UP-Verfahrens in Mehrlagentechnik geschweißt werden. Die drei genannten Verfahrensschritte können jedoch auch in vielen Fällen in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält die Schweißfuge einen durchgehenden Spalt, der im mittleren Bereich enger ist als in der Nähe der Oberflächen der zu verschweißenden Werkstücke und an seiner engsten Stelle 20 bis 100 mm breit ist. Eine derartige Schweißfuge wird erfindungsgemäß so geschweißt, daß zuerst der mittlere Abschnitt mittels des KLS- oder des

ES-Verfuhrens mit Sehweißmctnll gefüllt wird, wobei eingesetzte Kupfersehuhe bestimmter Form uis Backen für die seitliche AbtlUmiming benutzt werden und danach die beiden Uußnrcn Abschnitte mit dem UP-Verfahren gesehweißt werden, Wenn es wünschenswert ist, die Schweißung von der einen Oberfliiche der zu verschweißenden Werkstücke zu der anderen durchgehend auszuführen, wird erflndungsgemüß zuerst einer der beiden iiußeren Abschnitte mit dem UP-Verfuhren geschweißt, sodann unter Verwendung eines Kupferschuhs der.mittlere Abschnitt der Schweißfuge mittels des KLiS- oder des ES-Vcrfnhrens in vertikaler Lage mit Schweißmetall gefüllt und schließlich der zweite iiulJcre Abschnitt wieder wie der erste mit dem UP-Vcrfahren geschweißt.

An Hand der schematischen Fig. 1 bis 3 sollen einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden.

Die Zahlen der in den rechts von den gezeichneten ao Querschnitten angegebenen Felder geben die mögliche Reihenfolge der Verfahrensschritte an. Die Breite der in den Figuren durch gestrichelte Linien begrenzten Abschnitte der Schweißiuge (mittlerer und äußere Abschnitte I, II, III) ist nur der Einfachheit as halber gleich gezeichnet worden. Diese Abschnitte können in Anpassung an die jeweils vorliegende Aufgabe verschieden breit sein.

In Fig. 1 sind mit 1 und 2 die beiden zu verschweißenden dickwandigen Werkstücke bezeichnet. Die Schweißfuge zwischen den beideri Werkstükken 1,2 ist so vorbereitet, daß sich im mittleren Abschnitt II ein parallel zur Schweißfuge (senkrecht zur Zeichenebene) verlaufender Kanal 3 befindet, der durch Stege 4 von den U-förmig ausgebildeten Schweißstößen 5, 6 in den Abschnitten I und IN getrennt ist. Der Kanal 3 wird mit Hilfe des KLS-Verfahrens oder mittels der Kanalschweißung in vertikaler Lage und die Schweißstöße 5, 6 mittels des UP-Verfahrens in Mehrlagentechnik in horizontaler Lage mit Schweißmetall gefüllt. Die hierbei mögliche Reihenfolge der drei Verfahrensschritte ist rechts angegeben.

In F i g. 2 ist die Schweißfuge zwischen den beiden Werkstücken 7, 8 ein offener Spalt 9, der in seinem mittleren Teil 20 bis 100 mm breit ist. Im Bereich der äußeren Abschnitte I und III sind in die Schweißfuge Kupferschuhe 10,11 mit Kühlkanälen 12,13 eingesetzt, wobei einer der Kupferschuhe beweglich ausgebildet sein kann. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als erster Verfahrensschritt der mittlere Abschnitt II geschweißt und danach, nachdem die Kupferschuhe 10,11 entfernt worden sind, die äußeren Abschnitte I und III. Zur Ausführung des ersten Verfahrensschrittes eignen sich das KLS- oder das ES-Verfahren, während der zweite und dritte Verfahrensschritt mit Hilfe des UP-Verfahrens in horizontaler Lage durchgeführt wird.

Die F i g. 3 zeigt einen Sonderfall des erfinduncsgemäßen Verfahrens, der angewandt wird, wenn die Schweißfuge von Oberfläche zu Oberfläche der Werkstücke 14,15 aufeinanderfolgend mit Schweißnietall gefüllt werden soll. Der erste Verfahrensschritt, das Schweißen des Abschnittes I mit dem UP-Vcrfahren ist in der Figur bereits als ausgeführte Schweißnaht 16 dargestellt, während die Schweißfuge durch den eingebrachten Kupferschuh 17, der beweglich ausgebildet sein kann, mit Kühlkanal iK gerude für den zweiten Verfnhrcnsschntt vorbereitet ist, Für diesen zweiten Verfuhrcnssehriit ist wieder das KLS- oder das nS-Verfnhren vorgesehen, wobei sieh die Schweißfuge in vertikaler Lage befindet, Diese Verfahrensweise eignet sieh besonders für RundnUhtc, beispielsweise im dickwandigen rohriihnliehen Werkstücken.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen hoher Zähigkeit zwischen dickwandigen Werkstücken, insbesondere solchen von über 200 mm Wanddicke, mittels elektrischer Schweißverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Bildung einer Schweißfuge einander zugeordneten Querschnitte in drei Verfahrensschritten miteinander verschweißt werden, derart, daß der zwischen den Kernbereichen der zu verbindenden Querschnitte liegende mittlere Abschnitt (II) der Schweißfuge in vertikaler Lage und die beiden zwischen den Randbereichen der zu verbindenden Querschnitte liegenden äußeren Abschnitte (I, III) der Schweißfuge jeweils in horizontaler Lage mit Schweißmetall gefüllt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt (II) der Schweißfuge mittels des KLS-Verfahrens und die beiden äußeren Abschnitte (I, III) der Schweißfuge mittels des UP-Verfahrcns, gegebenenfalls in Mehrlagentcchnik, mit Schweißmetall gefüllt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt (II) der Schweißfuge mittels der Kanalschweißung und die beiden äußeren Abschnitte (I, III) der Schweißfuge mittels des UP-Verfahrens, gegebenenfalls in Mehrlagentechnik, mit Schweißmetall gefüllt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt (II) der Schweißfuge mittels des ES-Verfahrens und die beiden äußeren Abschnitte (I, III) der Schweißfuge mittels des UP-Verfahrens, gegebenenfalls in Mehrlagentechnik, mit Schweißmetall gefüllt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schweißfuge bildenden Querschnitte der zu verschweißenden Werkstücke (1,2) so bearbeitet werden, daß der mittlere Abschnitt (II) der Schweißfuge die Form eines sich parallel zur Schweißfuge erstreckenden Hohlraumes (3) aufweist, welcher durch Stege (4) von den beiden, beispielsweise als U-Stoß (5,6) vorbereiteten, äußeren Abschnitten (I, III) der Schweißfuge getrennt ist.

(-.. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der mittlere Abschnitt (II) der Schweißfuge und danach die beiden äußeren Abschnitte (L III) der Schweißfuge mit Schweißmetall gefüllt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Füllung des mittleren Abschnitts (II) der Schweißfuge die beiden äußeren Abschnitte (I, III) der Schweißfuge mit Schwcißmetall gefüllt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schweißfuge bildenden Querschnitte der zu verschweißenden Werkstücke (7,8) so bearbeitet weiden, daß die Schweißfuge als durchgehender Spalt (9) ohne Stege an ihrer engsten Stelle 20 bis 100 mm breit ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der mittlere: Abschnitt (U) der Schweißfuge und danach die äußeren Abschnitte (I, III) der Schweißfuge mit Schweißmctall gefüllt werden, wobei während der Füllung des mittleren Abschnitts (II) in die äußeren Abschnitte (I, IU) als seitliche Abdämmung die-

nende Kupferschuhc (10,11), von denen einer gegebenenfalls beweglich ausgebildet ist, eingesetzt werden.

10. Verfahren nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der eine (I) der beiden äußeren Abschnitte der Schweißfuge, danach der mittlere Abschnitt (II) der Schweißfuge und abschließend der andere (III) der beiden äußeren Abschnitte der Schweißfuge mit Schweißmetall gefüllt werden, wobei während der Füllung des mittleren Abschnitts (II) in den noch nicht gefüllten äußeren Abschnitt (III) als seitliche Abdämmung ein gegebenenfalls beweglicher Kupferschuh (17) eingesetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen