DE2212316B2 - Verfahren zum Verschweißen dicker Stahlplatten - Google Patents

Description

4.2 ■ IO V

0.6 f

4.6- H< -4.2-0.6/

dadurch

genügt und daß die Elektroden mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als 70 cm min relativ zum Stoß bewegt werden, um dem von der vorlaufenden Elektrode abgeschmol/enen Schmelzgut vor dessen Abkühlung mit Hilfe der nachfolgenden Elektrode erneut Wärme zuzuführen.

2 Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß W eichstahl- bzw. i iulV-isenpiaucii Verwendet vvero; n.

3 Verlahren nach Anspruch 1 odei 2 gekennzeichnet, daß PEi;' en aus h.v'n Stahl mit Zugfest igk η veil * N) kp miir verwendet -.vciden.

4. Verfahren nach einem der Anionic dadurch gekennzeichnet, daß in.:,ι den Platten aus h,>eh/iigicsiem Stahl in:' .. festigkeit von ;60kpmnr mn envet

der Stoßflaciie ν on 15 bis 23 mm und eine! 1 icle / der Engeln ι voi. 0.07 bis 0.2(W/ bildet

5. \ ei fahren nach einem de: Ansprüche ! bis 4. dadurch gekennzeichnet, dal·' 1 e Beziehung /wischen der ilcr '.ordere!' i E;k>r ^Ie zugcluhrten Stromstärke /,(A) und der ',in.idratw mvel der Schweißgeschwindigkei, Sicm min, in den Bereich. zwischen einer oberen Grenze. / ,.S 3¹M'' //

• "3.1 und einer unteren C lien/e. / ■ Λ 3Od Ί // ■ ^;'i,4 fällt, worin h die 1 ueenuele und // die Breüe der Stoßlläche ist.

6. Verlahren nach einem der Ansprüche 1 nis .\ dailureh gekennzeiehnel. daß die Ouei'schnitlsllache I der zum Schweißen gebildeten V-Eugc der Beziehung

ier /:\·- Biene//

11.34 A · I N.6

genügt, worin /, die Starke des dei vorderen Elektrode zugeführten Stroms in Ani| ie. /., die Stärke des der hinteren Elektrode zugeführten Stroms in Ampere und .S die Schweißgeschwindigkeit in cm min ist.

.„,d-r verschweißt werden, wöbe, wenigstens die Hail.e der 1400 A nicht unterschreitenden gesamten SchweiH-st omsiärke durch die vorlaufende Elektrode gefuhr.

^XU'rin dcririi«es Lntcrpulverschweißverfahren ist im wcscmSchcn bereits aus der OE-PS 175 74. bekannt. Bei diesen! bekannten Verfahren werden /wc. Elekd hiindcr uh: - ·:· Sr^ft

_; \bs,a..d hinu-reinandcr uh.: :. Sr^ft , ,he ι dalui Sorge getragen und. dai. das vorlauleiuie;, Elektrode heim Sehue^ien StahlKul niindeslens zum größten iei! _si,ir: lsi. bevor die nachlaulencie I lekli.ide ' ie erstarrte Schmelze dei vorlatilenden Elkd n

I i -kM-. ·*-! du. h die nacliiolgcndc E.lckirode ,,, _lMrv-^n'!'chcn· Maße wieder aufgeschmolzen _M.'a ii; eine zeitlich -.trennte Kristallisation de,

einzelnen Elektroden abgeschmolzeiien St.

55

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Die Mrlindunu betrifft ein Verfahren /um doppelseitigen l^!iiterpulversehweißen von Stahlplatten mit Dicken t von 16 bis 49 mm mit zwei hintereinander angeordneten Elektroden in einem /uge. hei welchem die miteinander zu verschweißenden Siahlplalien in einem zwei V-Eugen enthaltenden stumpfen Stoß angeordnet und die Platten beidseitig miteinander bei liewegung der Elektroden relativ zum Stoß mitein-

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•Μ Ul LlLI 1L.11..V

,. besonders na,hie,l,g ist bei diesem bekannten ν·· .,.·., mzuselun. daß mit seiner HiIIe lediglich .,,"· ^inveiß-esch'Aindi-keii von I^ cm mm erreich-5",,; ,, ._vl, ;,eh m:· der förderung ergibt, daß das _v',',„ \j,-r ν»'laufenden I lcktrode ahgeschmolzenc Sch'veißmetall zummdesi teilweise erstarrt sein muß. hev.» mitieU der nachfolgenden Elektrode die zweite >,,-',,,>, .jlinahtsehich! aufgebracht wird, wobei, wie Λ .,,. erwähnt, dafür Sor-e zu tragen lsi. daß die .■,\urrie Schmelze der vorausfiui-nden I lekirode ;„ _nur unwesentlichem Maße wieder aufgeschmolzen vs.,d wenn die zweite Nahlschichl gelegt vvird.

\us der Df-AS I 013 SlO ist ein nicht der eingangs ■ v-ebenen (iatlunu entsprechendes Schweil.Ucfahren b-'k mm bei welchem ein doppelseitiges Schweißen von zwei Blechen mit gekuppelten Bogen in zwei .\rheits''än»cii vorgenommen wird, wobei der Stoß die form eines Y aulweist, also nur emc V-Euge im Stoß enthalten ist. Be, diesem bekannten Verfahren werden die Schweißungen bei für beide verwendeten Elektroden übereinstimmenden Stromstärken von 'K)(IA für den ersten Arbeitsgang und von IK)OA Pn- den zweiten Arbeitsgang, in welchem das Ausfüllen der V-Euiie erfolgt, niedergebracht, wobei die (ieschwindiükeit derersten SchweißungO.XO m min und die der zweiten Schweißung 0.60 m mm beträgt. Diese bekannte Arbeitsweise unterscheidet sich vom Anmeldungsvorschlag grundlegend dadurch, daß sie einen Y-Sioß verwendet, wo hingegen anmeldungs-.■emäß mit Stoßen mit zwei V-Tugcn. also mil Doppcl- Y-Slößen zu arbeiten ist und ferner dadurch, daß das aus den genannten Abmessungen ermittelte Verhältnis h Il die beträchtliche Größe von 0.56 besitzt, während dieses Verhältnis beim Anmeldungssieucnsland maximal nur eine Größe von 0.4X besitzen darf.

Nachteil dieses bekannten Schweißarm zu sehen, daß rekiiiv große und damit unwirtschaftliche Eiigeiuiticrsehnittsllächen erforderlich sind, was neben einem hohen Aufwand an Arheil.-.zeit. Elektrodenmaterial und Schwcißstronienergie auch noch zu helrächilichen schweißicehmschen Nachteilen führt, da die einem großen 1 ugen-C|iierschniit /ugeführte Wärme stark dahin tendiert, sich längs den Versehmel/ungsfUiehen der Eugen /u \erteilen. was wiederum eine Verringerung der 1 indringtiefe /ur Folge hat. Ungünstige Verteilungen ties VVarmellusses im Bereich der Sehweil.ifuge führen jedoch bekanntlich /u einer Beeinträchtigung der l'cstigkeuseigenschaften einer hergestellten Schwei-IUing

Der 1 rtindunu lieut somit die Aufnähe /iiüruiule.

em Vei Iahten der eingangs genannten Art zu schaffen, welches ein wirtschaftliches und zuverlässiges Verschweißen insbesondere dicker Stahlplatteii bei hoher Schweißgeschwindigkeil. geringem Verbrauch an Schweißelektroden und ohne Beeinträchtigung der I estigkeitseigenschaften der verschweißten Platten im Bereich der Schweißverhindung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erlindungsgemäß dadurch gelösi. daß der Stoß der /u verschweißenden Platten mit einer Stoßfläclie mit einer Breite /7 von 15 bis 25 ,um und zwei V-Eugen mit einer Tiefe /ι, die gleich 0.07// bis 0,4S /7 beträgt, ausgebildet wird, wobei die Breite // der Stoßlläche in bezug auf die Dicke ι der Platten jeweils in (mm), mit der Maßgabe bestimmt wird, daß // der Beziehung

-4,2 · K)

().6f *■ 4.fi < // 1 4.2 · H) V -t- 0.6f -+ 8,6

genüg! und daßdie Elektroden miteinerGeschwindigkeit von nicht weniger als 70 cm min relativ zum Stuß hewed werden, um dem von der verlaufenden I Ick'rodc ahgeschmol/enen Schmel/gut vor dessen Abkühlung mit Hilfe der nachfolgenden Flekirode erneut Wärme zuzuführen.

Dabei hat sich herausgestellt, daß mit Hilfe des crtindungsgeniäßen Verfahrens insbesondere dann besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden, wenn Weiei■-,lahl- b/w. I kißeisenplatten miteinander verschwcilH werden.

Ferner kiinnen mit besonderem Vorteil Planen aus lioch/uglesiem Stahl mit Zugfestigkeiten von wenigstens 5D kptl nmr verwendet werden.

Im Hinblick auf eine besonders vorteilhafte Sioßgestaltung hat es sich beim erlindungsgemäßen Verlahren als besonders günstig herausgestellt, daß man den Stoß mit Platten aus hoch/ugfcstein Stahl mit einer Zugfestigkeit von 2:60 kp nmr mit einer Breite // tier Stoßlläche von 15 bis 23mm und einer Tiefe/: tier Fuge oder Fugen von 0,07 bis 0.26 11 bildet.

Ferne kiinnen besonders gute Ergebnisse dann erzielt werden, wenn dafür Sorge getragen wird, daß die Beziehung zwischen der der vorderen Elektrode /ugeführten Stromstärke/(A) und der (Quadratwurzel tier Schweißgeschwindigkeil .S' (cm min) in den Bereich /wischen einer oberen Grenze/, |i'.V = 391/; // · 73.1 und einer unteren Grenze /, [.S^- = 306/i // ! 36.4 fallt, worin h die Fugentiefe und // die Breite der Stoßlläche ist.

Im Hinblick auf eine vorteilhafte Ausgestaltung der Uuerschnittslliiehe ·■' der zum Schweißen gebildeten V-Euge kann dafür Sorge getragen werden, daß die vorsteliiMid genannte Querschtiitlsflächc .1 der Be/ie-

0.34 A ■ I X.6

genüg!, worin /, die Stärke des der vorderen Elektrode /ugeführten Stroms in Ampere. /,, die Stärke des der hinteren Elektrode zugeführten Stroms in Ampere und S die Schweißgeschwindigkeit in cm min ist.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt gegenüber dem Schweißverfahren nach der OF-PS 175 741 ist in erster Linie darin zu sehen, daß Bleche der genannten Stärken mit kleinerem Bedarf an Schweißmetall infolge überlegener Ausbildung der Schweißstelle und mit größerer Geschwindigkeit infolge dei überraschend großen Bcvvegimgsgeschwindigkeit tier Elektroden miteinander unter 40

50

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65

Bildung von Schweißnähten verschweißbar sind, die

ühcr üiiem besannen QucrsLlnii'.l huinouen sind und -'inn licht die Gefahr der R'nbiidimg beinhalten, λ ,e die /weiseliichtigcn Schwcißn -/te nach dem bekannten \ eil.direii. Gegenüber deir Schweil.Uerfahren nach del DI-AS⁰ 1 Dl > SIU hegt der technische |-oi"ischnll des crtindungsgemaßen \ertahrens in erster 1 mie dann, tlaß weit günstigere h //-\'erhälinis.,.¹ nut entsprechend günstigeren Eugeiuiuerschm·- len erzieh werden, was /u wirtschaftlichen Vorteilen im I imMick auf Arbeitsaufwand. Elektrodenverbrauch und Si rom voi biauch führt und daß das Verjähren nach tier l.rlmdiing im Gegensat/. /Li dem bekannten Vcilahren tlas Niederbringen gleichartiger Seliweißuiigen in gleicliartigeii Eugenquersclinitien gestaltet, wahrend bei tier bekannten Arbeitsweise die oberen und UHU 1 en Seilen jeweils a lit unterschiedliche Weise Liestallei und unterschiedlich verschweißt werden.

Die Eriindiinü wird im folgenden an I land von Aiisführuiiüsbei.spielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

I 1 g. 1 eine schematisierte Schnittansicht einer X-Scliwcißluge mit herkommiiclier Sluß-Ciconietrie.

1 1 g. 2 eine schematisierte Schniliansichl einet X-Schweißfuge mit eiTmdungsgemäßer Stoß-(ieomenie.

I ig. 3 emc gralische Darstellung der Be/iehungen zwischen der (.hicrschmttslläche Λ einer X-Schweißfuge /um Stoßschweißen von zwei Stahlplatten und der Dicke / der Platten.

I-i g. 4 bis 6 grafische Darstellungen der gegenseitigen Beziehungen zwischen verschiedenen Abmessungen von Schweißsiüßen mit der erfindungsgemäßen (ieomctrie.

E 1 g. 7 und X schematisierte Schnittansichten mit ,Angabe der .Abmessungen von erfindiingsgemäßen SchvvciüslolJeii mil Y- und X-I uge und

I 1 g. ^y) eine schematisierte Darstellung der elektrischen Anordnung zum I nterpulverschweißen mit Mehrfachelektrode!!.

Derin I 1 \i. 1 uezeigte X-Schweil.Vstoß mit herkömmlicher Geomelrie setzt sich aus einer schmalen Slnl.1-lläche mit der Breite //, Lind zwei V-Eugen mit großer Tiefe /ij und /i, zusammen. Bei Ph'tttn von beispielsweise 35 mm Dicke t beträgt die Breite der Stoßlläche Kimm, währ· nd die Tiefen Zi₁' und /i, der V-Eugen 12 bzw. 13 miii betragen. Die Innenwinkeln und H' tier V-I Ligen in E i g. I betragen 60 bzw. 70 . Bei den en Maßen betragen die Qucrschniltslläthen

der beiden V-Fugcn 85 b/w. I 15 mm², /um Auffüllen von Fugen mit derartig großer (Jucrsehnittsfläche sind hohe Schweißströme in der Größenordnung von 1400 bis 15(K) Λ erforderlich. Selbs! bei Anwendung derartig starker Schweißströme muß die Schweißgeschwindigkeit jedoch sehr gering gellallen sein, mit einem Höchstwert von beispielsweise etwa 30 cm min. Die Erfordernis einer so geringen Schweißgesehwindigkeit ergibt sich aus den folgenden (!runden.

Zur Erzielung einer befriedigenden Verbindung sollte die in den beiden V-Fugcn niedergelegte Schweißnaht jeweils um mehr als die Hälfte der Tiefe // in die Stoßflächc eindringen. Bei herkömmlichen Schweißverfahren mit vergleichsweise schwachen Schweißströmen betrügt die größte Eindringtiefe der Schweißnaht bestenfalls 7 mm. Dementsprechend ist die Breite H der Stoßfläche bei der herkömmlichen Stoßgeometric auf verhältnismäßig geringe Werte beschränkt, so daß also die V-Fugcn beim Schweißen von dickeren Platten zwangsläufig eine große Querschnittsfläche haben. Die einer großen V-Fuge zugefiihrte Wärme neigt dazu, sich stärker entlang der Verschmclzungsfläche der luge /u verteilen als in der Richtung der Plattendieke. woraus sich eine relativ geringe Findringtiefe ergibt. Dementsprechend muß zur Erzielung einer großen Findringtiefc eine sehr große Wärmezufuhr durch Vcrlangsamung der Schweißgeschwindigkeit herbeigeführt werden.

Fs erscheint zunächst möglich, die Eindringtiefe durch Verwendung eines starken Sehweißstroms bei relativ hoher Schweißgeschwindigkeit zu vergrößern. In der Praxis kann die Anwendung übermäßig hoher Ströme jedoch zu Schlackeneinsehlüsscn oder anderen Fehlern führen, welche das Aussehen der Schweißnaht beeinträchtigen. Fs gibt somit eine obere Grenze für die Stärke des Sehweißstroms. über welche hinaus der Strom nicht mehr zu Sch weißzwecken verwendbar ist. Außerdem ist bei einer gegebenen Spannung des Lichtbogens die Größe der zugcführtcn Wärmemenge proportional dem Verhältnis zwischen Strom / und Schweißgeschwindigkeit S. Bei einer gegebenen Wärmezufuhr ergibt sich bei einer hohen Geschwindigkeit S und einem starken Strom / eine größere Eindringtiefe als bei geringer Geschwindigkeit S und schwächcrem Strom /. Somit hat das herkömmliche Stoßschweißen mit Y- oder X-Fugc den Nachteil, daß zum Schweißen von dicken Platten hohe Schweißströme nicht anwendbar sind. Da jedoch ein schnelles Schweißen mit stärkerem Strom aus wirtschaftlichen Gründen äußerst vorteilhaft wäre, besteht ein großer Bedarf an einer diesbezüglichen Verbesserung des Stoßschweißverfahrens.

Bei dem langsamen Schweißen herkömmlicher Y- oder X-Fugenstöße mit relativ schwachem Strom tritt als weiterer Nachteil hinzu, daß die starke Wärmezufuhr auf Grund einer Vergröberuna des Korns die Kcrbschlagzähigkeit der Verbindung beeinträchtigt. Insbesondere beim Schweißen von Stählen mit hoher Zugfestigkeit von etwa 60kpmnr muß die zugeführte Wärmemenge kleiner sein als beim Schweißen von Platten aus Flußeisen, um die Verschlechterung der Kerbschlagzähigkeit auf Grund der Kornvergröberung zu vermeiden. Damit läßt sich jedoch keine große Eindringtiefe der Schweißnaht erzielen, so daß die Dicke der mit solchen Verfahren schweißbaren Platten bisher auf höchstens 25 mm beschränkt war.

De ι große Querschnitt von V-Fugcn bei X- oder X-Stoßlutien mit der herkömmlichen Geometrie erfordert eine große Schweißgutmenge zum Auffüllen. Dadurch sind herkömmliche Schweißverfahren relativ leuer.

Zusammengefaßt haben herkömmliche I 'nterpulverschweißvcrfahrcn von dickeren Stahlplatten mil Y- oder X-Stoßfuge also die folgenden Nachteile:

I. Die Schweißgcschwindigkcit ist relativ gering.
2. Die Stärke des Sehweißstroms ist nach oben begrenzt.

3. In der Frwärmiingszone tritt eine die Kerbschlagzähigkcit verschlechternde Kornvergröbcrung ein.

4. Der Verbrauch an Schweißelektroden ist sehr hoch.

Die Erfindung beseitigt die vorstehenden Nachteile und schafft ein Unlcrpulverscliweißverfahren mit

ίο M ehrfach-Elektroden für Stoßverbindungen mit einseitiger oder doppelseitiger V-Fuge von relativ kleiner Querschniüsflächc und ermöglicht so ein schnelles Schweißen mit starkem Strom.

Bei dem erfindungsgemäßen Unterpulverschweißen werden jeweils wenigstens zwei Elektroden verwendet. Mit nur einer Elektrode ist es nämlich nahezu unmöglich, dicke Platten in einem einzigen schnellen Durchgang zu schweißen, da die Mcngi: des von der einen E.lektrodc abschmelzenden Schweißguts relativ klein ist und eine mit nur einer f lcktrode in dieser Weise geschweißte Naht unbefriedigende Eigenschaften und unbefriedigendes Aussehen aufweist. F.rfolgt andererseits das Schweißen in zwei oder mehr Durchgängen, so wird es aufwendig und teuer. Demgcgenüber steht beim Schweißen mit zwei oder mehr Elektroden eine große Menge nn abschmelzendem Schweißgut zur Verfügung, so daß sich dicke Stahlplatten in einem Durchgang fertigschweißen lassen. Bei der Verwendung von zwei Elektroden bildet die in Bewegungsrichtung vordere Elektrode eine lief eindringende Schweißzone aus. während die hintere Elektrode der Schweißnaht vor deren Abkühlung zusätzliche Wärme zuführt, so daß Wärmerisse vermieden sind und eine gleichmäßige Schweißnah!

entsteht.

Ein weiteres Merkmai des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung von starken Schweißströmen. Bei herkömmlichen V-Fugcn kann die Verwendung von starken Schwcißstrimen zu Schlackeneinschlüssen oder anderen Fehlern führen, !..ei der Erfindung sind diese bei starkem Strom auftretenden Mangel dadurch vermieden, daß der Schwcißstol? eine neuartige Geometrie mit einer relativ eroßen Breite // der Stoßfläche hat.

Diese Geometrie des Stoßes für das Schweißen von dicken Platten stellt ein weiteres Merkmal der Erfindung dar. Sie zeigt eine relativ große Breite H dei Stoßfläche und eine oder zwei '/-Fugen von relativ geringer Tiefe/1. Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäßc Stoßgeometric am Stoß zweier Platten mit der Dicke t Beim Vergleich der in F i g. 2 gezeigten Sloßgcometru für Platten mit der Dicker mit der herkömmlicher Stoßgeomclrie für Platten der gleichen Dicke ist zi erkennen, daß die Breite H der Stoßfläche gemäß dei Erfindung größer ist als die entsprechende Breite H des herkömmlichen Stoßes, wogegen die Fugen gemäi der Erfindung eine geringere Tiefe /1 haben als di< herkömmlichen Fugen mit der Tiefe Zi₁ oder h[

Dadurch ist die (Juerschmtlslläclic tier V-I -uge in der erfindungsgemäl.ten Ausbildung viel klcinci als in der herkömmlichen. Beispielsweise /um Schweißen von Slahlplalten mil einer Dicke von 35 mm hai die Sloßlläche in der erfindun 'syemaßcn Ausbildung eine s Hreile von 23 mm und eiiK I iel'e h der beiden V-I ugen von jeweils 6 mm. Gegenüber dem \orsieheiulen Beispiel ties herkömmlichen Stoßes mil Fiigeniiefen von 12 und 13 mm isi die („Hiersehmllslläclic I der V-I ·.!ueη in der ciTmilungsgernäßen Ausbildung aiii ein Vierlei oder noch weniger \crrimvrl.

Die Verringerung der (.hiersehnillsllachen der V-I ugen ermöglicht ein schnelles Seilweißen, wahrend die große Breite// der Sloßfläche die (iefahr eines Durchhrennens der Platten beim Schweißen verringen. Der pro Elektrode /ugeführte Schweißslrom ist mit Rücksicht auf die Wirtschaftlichkeil der Stromquellen ebenfalls auf höchstens 2000 A begrenzt.

In verschiedenen Versuchen mit tier cifmdungsgemäßen Sloßgcomcttie wurde ermittelt, daß mil einer Hreile // der Sloßlläehe von 15 bis 25 mm und einer I iefe/i der Eugen von 0.07 his 0.4X // hei einer oder zwei Eugen die besten Ergebnisse erziclbar sind, linden hei einer solchen (ieomelrie zwei oder mehr Elektroden Verwendung, wobei der vorderen Elek-Iroile ein Scliweißstrom von bis /u 2000 A /ugeführl wiril und tier Gesami-Schvveißslrom für alle l.lektroden 2000 Λ übersteigt, so lassen sieh hervorragende Schweißnähte mil befriedigender Eindringliefe bei sein geringen Kosten schnell fcrligschweißeii.

/in Untersuchung der Eignung von Stoßausbildungen mit verschiedener Geometrie, jeweils mil doppelseitiger V-I-iigc. wurden verschiedene Versuche angestellt, deren Ergebnisse in der Tabelle zusammengefaßt sind.

SmUfico-	I'latlen dickc	luiien- HtTi-	Stolthrcilc	Vcrh.
mclric Versuch
Nr.	M mm I	/1 (in ml	// Imml	h.li
Vergleich	1«	I	16	0,06
Γ
F: rf in-
Cl»i Tl 12	20	-)	16	0.13
T	30	4	22	0,18
3	35	6	23	0.26
4	38	7	24	0,29
5	40	9	22	0.41
6
Veruleich	48	13		0.5')
7"

[ ιιμοη-winkt-l

90 90 90 90 90

90

Vordere	■.leklroik-	Miniere	k-klrode	Schweill-
				licschwin-
Strom	Spsinnunp	Strom	Spannung	digkcit
I, ΙΛΙ	K(V)	/„(Λ|	i',.(V)	S (cm min)
800	30	600	45	70
800	30	600	45	70
1000	30	800	45	70
1200	30	KKK)	45	70
1400	30	1000	45	70
1600	30	1200	45	70
2000	30	16(K)	45	70

Hc-

mcrkiingen

übermäßige Verdikkung

ungenügen de Hindringtiefc

l:s isl bekannt, daß man mil der herkömmlichen Sloßgeometrie entsprechend I' i g. I zwei jeweils 35 mm dicke Stahlplatten unter Anwendung eines Schweißs'.roms von 1400 bis 15(K)A mit einer (jeschwindigkei! von 30cm min verschweißen kann. Wie die in der Tabelle gezeigten Hrgebnisse erkennen lassen, kann man nach dem crfindungsger.iiißen Vertihren 35 mm dicke Platten unter Anwendung eines Ciesamtsiroms von 22(K)A mit einer Geschwindigkeit von 70 cm min schweißen. Die Erfindung ermöglicht somit durch die Verwendung der besonderen Stoßgeometrie und eines gegenüber dem herkömmlichen etwa anderthalbfachen Gesamtstroms eine Verdoppelung der Schweißgeschwindigkeit. Die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Schweißnaht hatte eine befriedigende Eindringtiefe und ein gutes Aussehen. Wie vorstehend bereits angedeutet, verringert sich beim erfindungsgemäßcn Verfahren der Elektrodenverbrauch auf etwa ein Viertel gegenüber dem herkömmlichen Verfahren.

\m Versuch Nr. 4 eier Tabelle ist eine Stoßgeometrie ferniiß der Erfindung angeführt, bei der die Stoßflächenbrcitc // bei einer Plattendicke von 35 mm gleich 23 mm isl. Diese Stoßflächenbreitc H ist nahezu doppell so groß wie die bei der herkömmlichen Stoßgeometrie für eine Platte gleicher Dicke vorgesehene. Demgemäß ist die Querschnittsfläche der V-Fugcn beim erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem herkömmlichen stark verringert, wodurch sich die der V-Fuge zugeführte Wärme vorwiegend in Richtung der Plattendicke ausbreitet, und nicht in Längsrichtung der Fuge. In dieser Weise gewährleistet die Erfindung durch die Anwendung starker Schweißströme bei hoher Schweißgeschwindigkeit eine ausreichende Eindringtiefe auch bei geringerer Wärmezufuhr.

Aus der großen Breite H der Stoßfläche ergeben sich die folgenden Vorteile. Die große Eindringtiefe im Bereich der breiten Sloßflächc verhindert die Entstehung einer grobkörnigen Struktur in dem von der Wärme beeinflußten Bereich um die Schwcißnahl herum. Ferner verursachen bei der breiten Stoßflächc gegebenenfalls vorhandene Spalte nicht gleich cir Durchbrennen bzw. einen Durchtritt von gcschmo!

409 549 22i

is?;

/enem Metall, so daß die Stoßllächen bei dieser Geometrie keiner Prä/isionsbearbeitung bedürfen Die große Breile// der Stoßfläche wirkt sieh sonnt arbeitssparend aus. Weiterhin wurde in Versuchen festgestellt, daß bei einer Plattendieke von 35 nun s und einer Breite // der Stoßfläehe von wenigstens 23 mm Schlackeneinsehlüsse für jede Kombination der Sehwcißströmc /, und /,, der vorderen und hinteren Elektrode, welche eine ausreichende Eindringtiefe ergaben, vermieden waren. |_O

Die vorstehend angeführten Vorteile einer breiten Stoßlläche sind kaum erzielbar, wenn deren Breite // weniger als 15 mm oder mehr als 25 mm betragt. Demgemäß ist die im erfindungsgemäßen Verfahren anwendbare Breite // der Stoßfläehe im wesentlichen _(S auf einen Bereich zwischen 15 und 25 mm beschränkt.

Bei den vorstehend angegebenen Beziehungen zwischen der Fugentiefe /i und der Stoßflächeiibreite // in der erfindungsgemalkn Stoßgeometrie ist ein ausgezeichnetes Aussehen der Schweißnaht bei günstigem Schweißgutauftrag erzielbar. Dabei macht es die geringe Größe der Querschnittsfläche der V-F-'uge erforderlich, die Menge des von der Elektrode /ugefiihrtcn Schweißguts gering zu halten. Dieses Erfordernis wird durch entsprechende Abstimmung der Schweißgeschwindigkeit S auf den Schweißstrom / erfüllt. Wird also zur Erzielung einer größeren Eindringlicfe ein stärkerer Schweißstrom / angewendet, so muß die Schweißgeschwindigkeit S erhöht werden. Die Beziehungen zwischen der Schweißgcsehwindigkeit und dem Schweißslrom sind jedoch allgemein hekannt. Für diese Beziehung gibt es eine untere Grenze, bei deren Untersehrcitung die Wärmezufuhr für die notwendige Eindringtiefe nicht mehr ausreicht. Diese untere Grenze ist ebenfalls bekannt. Ist das /!■//-Verhältnis kleiner als 0.07. 50 wird das für den erforderlichen Schweißgutauftrag notwendige Verhältnis /wischen Schweißstrom und -geschwindigkeit zu klein für eine ausreichende Eindringtiefe entlang der Stoßfläehe. Ist andererseits das /(///-Verhältnis größer als 0.48. so werden die Querschnittsflächcn der V-Fugen zu jxoß für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Somit ist das h //-Verhältnis der gemäß der Erfindung anwendbaren Stoßgeometric im wesentlichen auf den Bereich zwischen 0.07 und 0,48 beschränkt.

Unter Anwendung des erfindungsgcmäßen L'nterpulvcrschweißverfahrens mit Mehrfachelektrode!! lassen sich mit der beschriebenen, wenigstens eine V-Fuge aufweisenden Stoßgeometrie Stahlplatten mit Dicken \on mehr als 16mm unter geringer Wärmezufuhr sehr schnell schweißen. Die geringe Wärmezufuhr erlaubt das Schweißen von hoch/ugfeslen Stählen mit Zugfestigkeiten im Bereich von 60 kp nmr. was bisher nls sehr schwierig galt, da unter Anwendung herkömmlicher Schwemmverfahren hergestellte Schweißnähte /ur Sprödigkeit neigten. Hinsichtlich des erlindiingsgemäßen Verfahrens durchgeführte Versuche haben ergeben, daß für Stahlplatte!! aus Stählen mit Zugfestigkeiten im Bereich von 6OkPiHm¹ die Breite// der Stoßlläclien vorzugsweise /wischen 15 und 23 mm und das /1 //-Verhältnis im Bereich von 0.07 bis 0.26 liegt.

Herkömmliche Unterpulverschweißverfahren zum Fertigschweißen in einem Durchgang mit ein- oder doppelseitiger V-Fuge waren auf Platten mit Dicken bis zu etwa 35 mm beschränkt. Demgegenüber schafft die Erfindung ein Unterpiilverschweißverfahien. bei dessen Anwendung sich sehr viel dickere Platten von bis zu etwa 49 mm Dicke mit hoher Geschwindigkeit wirtschaftlich schweißen lassen.

Das mit einem Durchgang arbeitende Schweißverfahren für dicke Platten schafft eine beträchtliche Verbesserung insofern, als dickere Platten bisher durch mehrere übereinandcrliegende Aufträge in der V-Fuge geschweißt werden mußten.

Ferner ist gemäß der Erfindung die Quersehnittslläche der V-Fugen beträchtlich, beispielsweise auf ein Viertel der herkömmlichen, verringert, wie aus F-" i g. 3 hervorgeht. Dementsprechend ist der Verbrauch an Schweißelektroden und mithin der Kostenaufwand beim Schweißen dicker Platten spürbar verringert.

Die verschiedenen Parameter für das erlindungsgemäße Schweißverfahren gehen aus Fig. 4 bis (-, hervor.

Für eine gegebene Dicke / der zu schweißenden Platten wählt man je nach den Eigenschaften der zu schweißenden Platten, den gewünschten Eigenschaften der Schweißnaht und anderen damit zusammen hängenden Gegebenheiten eine geeignete Breite Il der Stoßfläehe aus dem Bereich / innerhalb des Vier ecks ABCD (F i g. 4). In diesem Viereck gibt der nicht schraffierte Teil (II) EFBGHD den Bereich an. ir dem die Breite H der Stoßfläehe der Beziehung

-4.2 ■ 10 V f 0.6 f -·■ 4.6 < li< -4.2 10 "-'ι² + 0,6f + «.6

genügt. Wählt man die Stoßgeometrie aus dem Bereich II. so ergibt sich die günstigste Abstimmung der Querschnittsflächen der V-Fugen mit der während des Schweißens von der Elektrode abgeschmolzenen Metallmenge. Der obere schraffierte Bereich III bezieht sich auf V-Fugen mit relativ kleiner Querschnittsfläche, während der untere schraffierte Bereich IV im Vergleich zu den im Bereich Il zusammengefaßten relativ große Querschnittsflächen der V-Fugen angibt. Der gestrichelt umgrenzte Bereich V entspricht dem bevorzugten Bereich für hochzugfeste Stahlplatten mit Zugfestigkeiten um 60 kp nmr.

Nach der Bestimmung des h //-Verhältnisses an Hand von F i g. 4 wird ein geeignetes /, \ S-Verhältnis an Hand von Fig. 5 ausgewählt, wobei /, der ütxi die vordere Elektrode zugeführte Strom und S die Schweißgeschwindigkut oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Elektroden relativ zu den zu schweißenden Platten ist. Für die obere und die untere Grenze von I,/\'S wurden in zahlreichen Versuchen dit folgenden Werte ermittelt:

Obere Grenze /,. |S = 391 Ii H + 73.1

Untere Grenze I₁IfS = 306 h H + 36,4

überschreitet die Beziehung /„■ | S die vorstehend! obere Grenze, so kann der Schweißgutauftrag zi dick werden. Wird andererseits die untere Grenzt der Beziehung /,/1/5 unterschritten, so kann die Ein dringtiefe der Schweißnaht zu gering werden. In derr Bereich zwischen der oberen und der unteren Grenz* ist die Beziehung /,/[ S auf die an Hand von F i g. gewählte Beziehung h/H abzustimmen.

Die aus F i g. 5 ersichtlichen Beziehungen ergeber sich aus den in der Tabelle zusammengefaßten Daten

*&■■■■

I)ie darm angeführten V-Fugen haben siimtliuli einen Winkel vein W¹. Wie sich aus verschiedenen Versuchen ergab, sind die aus Fig. 5 ersichtlichen Beziehungen für einen ziemlich weiten Bereich von Fugenwinkeln anwendbar, insbesondere fiir einen Hereich /wischen *{) und 'Ji) .

Die Stromstärke /, für die vordere l-.lektrode wird je nach den Eigenschaften und der Dick: der /u schweißenden Platten gesondert ermittelt. Ist die Stromstärke /, für die vordere Elektrode einmal festgelegt, so läßt sich die geeignete Schweißgcsehwin- «iigkeit S aufCirund der Beziehung /, ! S ermitteln.

E i g. 6 zeigt die Beziehungen zwischen der Oiierichnittsfläehe Λ der zu schweißenden V-Fugc und einem (Quotienten (/, I- I,,)/S, worin /,, die Stärke des über die zweite, hintere Elektrode /!!geführten Stroms ist Diese Tür die Erzielung einer befriedigenden Schweißnaht einzuhaltende Beziehung läßt sich durch die folgende Gleichung ausdrucken:

/„

0,34 Λ t I 8.6 .

Die geeignete Stärke des Sehweii.lstroms für die hintere Elektrode läßt sich somit an Hand der vorher ermittelten Werte für die Stromstärke /. der vorderen Iilektrodc. die Schweißgeschwindigkeit .S und die Querschnitlsfläche A der zu schweißenden V-Fuge bestimmen.

Nachstehend ist das erlindungsgemäße Verfahren an Hand von Beispielen erläutert.

Beispiel I

Mit zwei jeweils 25 mm dicken Platten aus Fhißeisen SS4I gemäß dem Japanischen Industriestandard JIS G 3101 wurde ein Stoß mit einseitiger V-Fuge gemäß Fig. 7 eingerichtet. Die Breite// der Stoßflache betrug 19 mm und die Tiefe/t der Fuge 6 mm. Die beiden Platten wurden durch Unterpulverschweißen in einem Durchgang mit der in F i g. 9 gezeigten Gleichstrom-Doppelclektrodenanordnung miteinander verbunden. Zur Verwendung kamen Flektroden mit geringem Mangangchalt in Verbindung mit einem in der Hauptsache aus Tonerde. Magnesia, kohlensaurem Kalk und Kieselerde zusammengesetzter. Flußmittel. Die Bedingungen beim Schweißen waren die folgenden:

Durchmesser der vorderen Flektrode 3.2 mm

Spannung der vorderen F.lcktrode . . . 30 V

Stromstärke der vorderen Elektrode 1200 A

Durchmesser der hinteren Elektrode 4.8 mm

Spannung an der hinteren Elektrode 45 V

Stromstärke der hinteren Elektrode.. 1 (XH) A

Abstand zwischen den Elektroden.. . 50 mm
Sch wei ßgeschwindigkcit

glat'scitig 90 cm min

fugenseitig 70 cm min

Die in dem Beispiel verwendete elektrische Anordnung ist schematisch in F i g. 9 gezeigt. Zwei Schweißtransformatoren TRl und TRl waren mit ihren Primärwi.klungen an einer Spcisespannungsquelie I>, angeschlossen. Die Sekundärwicklung des Transformators TR I war mit der vorderen Flektrode L verbunden, um diese mit der Spannung V_x zu speisen. In dem Beispiel ist die Wcchselspannungsquelle zum Schweißen direkt mit der vorderen Elektrode L verbunden, wobei jedoch zwischen dem Transformator 7'W 1 und der Flektrode/. eine Gleichrichtung vorgesehen sein kann. Die Sekundärwicklung des anderen Schweißtransformalors 7'W 2 ist mit der hinteren Elektrode 7' verbunden und speist diese mit der Span-

s niing F,. Die beiden SchwcilJtransformaloren 7'W I und 7'W 2 haben leweils einen über (nicht dargestellte) Einrichtungen in Pleilrichlung bewegbaren Kern MC /um Beeinflussen der Streureaklanz des netreffenden Transformators. In Abhängigkeit von Änderungen

ίο tier Streureaktanz ändert sieh dann die Stärke des den Elektroden /. bzw. 7' zufließenden Stroms.

In Fig. 9 sind zwei Stahlplatte^ 1 und Γ in ,t.impfem Stoß mit ihren Randflächen aneinandei jc'egl. Aul die Schweißluge wird ein Schweißpulver /■' itiifgebracht, worauf die durch die vordere und die hintere Elektrode L bzw. 7' gebildete Tandem-Elek-Irodenanordnung in Pfeilrichtung in dem Schweißpulver ent langbe wegl wird Unter Zufuhr von Sch wei IJ-strömen geeigneter Stärke über die Elektroden wird entlang der Fuge zwischen den Platten I und Γ eine Schweißnaht 2 niedergelegt.

Beim beiderseitigen Sehweißen der Naht wurde eine gegenseitige Überschneidung der Eindringtiefen von 4 mm erzielt. Der Schweißgutauftrag wies eine Breite von 20 bis 23 mm bei einer Höhe von 2.5 bis 3 mm auf. Eine Prüfung der Schweißnaht ergab, daß sie keinerlei Unterseil nitte. Überlappungen oder andere Fehler aufwies. Bei Röntgenuntersuchungen der Schweißnaht erwies sie sich ebenfalls als fehlerfrei.

Sie hatte eine ausreichende Eindringtiefe ohne Risse. Schlackeneinschlüsse oder Blasen.

Mit der erhaltenen Schweißverbindung wurden verschiedene Versuche angestellt, in denen sieh die hervorragenden mechanischen Eigenschaften clerselhen erwiesen. Die Zugfestigkeit betrug 47 kp mnr. und die Kerbschlagzähigkeit (C'harpy-Meßwert) der Schweißraupe bei OC betrug 8,2kpm. In einem Biegeversuch erwies sich, daß die Schweißnaht eine hohe Duktilität hatte und nach Biegen um 180 V(Mi Rissen und alitieren Fehlern war

Beispiel 2

Mit /wei jeweils 38 mm dicken Platten aus hoch zugfestem Stahl mit einer Zugfestigkeit von 60 kρ mnr in Lloyds Schiffsregister unter der Ikv.iehnung I 6 E angeführt, wurde der in F \ u. 8 gezeigte Stoß mti doppelseitiger V-Fuge gebildet. Die Breite der Stoß fläche betrug 24 mm und die Tiefe h der Fuger jeweils 7 mm. Die beiden Platten wurden unter Ver wendung der Wechselstrom-Doppelelektrodenan '-d llung nach Fig. 9 durch Unterpulverschweißui.g ir einem Durchgang miteinander verbunden, wohe Elektroden mit geringem Mangangehalt in Verbin dung mit einem dem im Beispiel 1 verwendeten ent sprechenden, jedoch geringe Mengen an Eegierungs elementen enthaltenden. Flußmittel verwendet wur den. Das Schweißen erfolgte unter den folgende! Bedinszuneen:

Durchmesser der vorderen Elektrode 4.0 mm

Spannung an der vorderen Elektrode 30 V

Stromstärke der vorderen Elektrode 1400 A

Durchmesser der hinteren Elektrode 4.8 mm

Spannung an der hinteren Elektrode 45 V

Stromstärke der hinteren Elektrode.. 1000 A

Abstand zwischen beiden Elektroden 60 mm

Schweißiicschwindiekcit 70 cm mir

lis u uidi.- eine befriedigende Ausbildung ϋ··ι Schweißnaht erzielt, mil einer gegenseitigen fherschneidung der beiderseitigen MndriiuMjclen \^ι|ΐι etwa 4 mm und einer SchvveiÜraupe von 25 his 27 mm Breite und 3,0 his 3,3mm Höhe. Die I.iiulrmgiiefe betrUiL MMi heiden Seiten der StoHllächc aus etwa 21 mm.

Die derart hergestellte Schweißverbindung erwies in verschiedenen t Intcrsuchungen ihre hervorragenden mechanischen Higenschaften. Die Zähigkeit betrug fiN kp mm", und die Kerhschlau/ahigkeit K'harpj¹-lVIeUvvertl des Schweißguts betrug bei 0 t' ^.hko · m

/uniichst der (iherlliiche der NaIiI und 7,2 kp m im Miltelhereich. Hei einem einseitigen Biegeversuch um ISO erwies sich die SchweiUvcrhindung ah sehr duktil und frei von Rissen und anderen fehlem Hei Inauücnscheinnahme und Röntgenuntersuchung der ScInveilUeibindung wurden keinerlei lehlei fesiüestelll. Die Naht hatte eine ausreichende liindringtiefe und war frei von Rissen, Schlackeneinsehliissen und Blasen. I Inter Anwendung des crfindungsgemaüen Verfahrens wurde somit eine hochwertige SchwciH-"verbinduni! von relativ dicken Stahlplatten er/ieli

Hier/u 7 Ulan Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I Verfahren zum doppelseitigen UnlerpulverschweiWen von Siahlplatten mn Dicken ι von 16 bis 4^C) mm mit zwei hintereinander angeordneten Elektroden in einem /uge. bei welchem die miteinander /u verschweißenden Stahlplatte!! in einem zwei V-Eugen enthaltenden stumpfen Stoß angeordnet und die Platten beidseitig miteinander bei Bewegung der Elektroden relativ /um Stoß miteinander verschweißt werden, wobei wenigstens

   li Hülle der 14(KlA nicht untorschieiienden uesmiKM! SchweiWstromstarke durch iK- vorlaufende Elektrode geführt wird, dadurch gc-L .,μι/oi ch η ct. daß der StoU der /ti verschweißenden Platten mit einer Stoßfläche nut ;.„,..,- |_jroik. // von 15 bis 25 mm und /wci V-I ugen

   :,^u _L!;;:.; π.* λ, u,- gleich ^n ^ ^,

   hemmt, ausgebildet wird, wobei die Breite 11 uer S oh lache in bezug auf die Dicke, de, Platten ,eweils in Imml. mit der Maßgabe bestimmt wird, daß // der Beziehung