DE2249716B2 - Verfahren zum Einseiten-Schweißen von Stahl mit Schweißfugen-Unterlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einseiten-Schweißen von Stahl mit einer Unterlage aus Trägermaterial und einem darauf befindlichen Formkörper.

Für die Abstützung des Schmelzbades beim wurzelseitigen Lichtbogenschweißen von Stählen von der Oberseite werden Unterlagen verwendet, die von der Unterseite der zu verbindenden Bleche gegen die Nahtfuge gedrückt werden. Bekannt sind ausgenutete Kupferschienen, die sowohl ohne als auch mit geschmolzenen Schweißpulvern sowie Metallpulvern Verwendung finden. Ferner sind Blechschienen mit pul verförmigen Füllungen sowie Preßmassen in ein- und mehrschichtigem Aufbau und Bonder aus Glasfasern sur Anwendung gelangt. Diese Unterlagen werden hydraulisch, magnetisch oder mit Hilfe von Klebstoffen an die Unterseite der Nahtfuge gedrückt.

Alle Verfahren, die von der Unterseite mit Pulvern oder Glasfaserbändern arbeiten, haben den Nachteil, daß wegen der Hohlräume die Unterseite der Raupe beim Aufschmelzen der Körner bzw. der Fasern ungleichmäßig ausgebildet wird, weil sich das Volumen bei diesen Materialien wegen der Zwischenräume beim Schmelzprozeß ungleichmäßig verändert, bereits kleine Variationen des Luftspaltes, die ir. der Praxis unvermeidlich sind, bewirken eine ungleichmäßige Ausbildung der Unterraupe.

Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, sind Preß massen, die aus Oxiden der Alkali, Erdalkali sowie der Erdmetalle bestehen, in unterschiedlicher Zusammensetzung auch in mehrschichtigem Aufbau verwendet worden. Als Trägermateria! dienen «v^en.n und flexible Materialien, wie z. B. Glasfasern in Form von Bändern Auch ist bekannt, das Schweißbad durch keramische Formkörper von der Unterseite abzustützen.

Bei allen diesen Variationen ist die Gefahr nicht ausgeschlossen, daß Unterraupen mit Unregelmäßigkeiten. Poren und Bindefehlern entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe einer Unterlage einseitig schweißen zu können, die regelmäßig geformte, glatte, von Poren und Bindefehlcrn freie Unterraupen zu erzielen gestattet.

Es hat sich gezeigt, daß kompaktes Normalglas wie Fensterglas, das unter die Nahtfuge gedruckt ist, sich hervorragend als Unterlage für die Einseiten-Schweißung eignet. Es entstehen trotz kleiner variabler Luftspalte einwandfreie Unterraupen.

Bei der Wurzelschweißung von hochbeanspruchten Rohren ist bereits der Vorschlag gemacht worden, zur Abstützung des Schweißbades und zur Verhinderung eines Luftzutrittes in den Wurzelbereich des Rohres Quarzglasringe gut sitzend einzubringen (Schweißen und Schneiden, 1961, S. 160). Bei diesem Vorschlag wird es als wesentlich angesehen, daß die Ringe in der Lage sind, sehr starke örtliche Wärmeeinwirkungen auszuhalten. Aus diesem Grunde sind die Ringe aus Quarzglas.

Demgegenüber schlägt die Erfindung für das Einseiten-Schweißen die Verwendung von Formkörpern aus Normalglas vor. Bedenken, daß gerade Normalglas wegen seines im Vergleich zu Stahl niedrigeren Schmelzintervalls und seiner Eigenschaft, bei einseitiger plötzlicher Erwärmung (Einseiten-Schweißen) zu zerspringen, denkbar ungeeignet sein würde, erwiesen sich als unbegründet. Die Erfindung zeigt die Möglichkeit auf, Normalglas, dessen Faustformel meist (wenn auch wissenschaftlich unexakt) mit NaO · CaO · 6S1O2 angegeben wird, beim Einseiten-Schweißen als Unterlage zu verwenden.

Erfindungsgemäß wird somit beim Einseiten-Schweißen von Stahl so verfahren, daß die Wurzelschweißung auf einer Unterlage aus einem erschmolzenen kompakten Körper aus Normalglas durchgeführt wird, dessen Abmessungen an die Nahtverhältnisse angepaßt sind. Die Unterlage aus Normalglas kann als Schiene oder als Quader ausgebildet sein, die je nach Schweißnahtlänge hintereinander der Schweißfuge unterlegt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden als Trägermaterial flexible Unterlagen verwendet, die mit den aufgebrachten Formkörpern in Form von

Coils unter der Nahtfuge abgerollt werden.

In einer besonders zweckmäßigen Ausföhrungsform wird als Trägermaterial eine Haltewinkel for dfe Formkörper aufweisende Kupferschiene verwendet. Durch die Haltewinkel werden die Formkörper gut in ihrer s Uage gehalten, wobei das Material Kupfer zudem den Vorteil der guten Wärmeableitung bietet.

Es ist besonders empfehlenswert, die Wurzellage mit verdecktem oder offenem Lichtbogen, gegebenenfalls durch mehrere Lichtbogen wie bei der Tandemschweißung, einzubringen.

Größere Luftspalte (z. B. über 1 mm) können vorteilhaft durch das Einlegen von blanken Metallstäben, Drahtkorn, Stahlkies oder Metallpulver, die vor dem Schwetßprozeß oder während des Schweißprozesses in die Nahtfuge eingelegt werden, überbrückt werden.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird mit einer strahlungsdurchlässigen Glasunterlage gearbeitet, wobei das Wärmeeinbringen während des Schweißens nach der auf der Wurzelseite wahrnehmbaren Strahlung des Schweißvorganges bzw. Sehweißgutes steuerbar ist. Vorzugsweise werden die Breite und Überhöhung der Unterraupe und/oder magnetisch die Richtung des Lichtbogens und/oder die Schüt.höhe des Metallpulvers während des Schweißprozesses mit mindestens einem strahlungsempfindlichen Meßwertaufnehmer auf der Naht-Unterseite über ein Stellglied gesteuert. Zweckmäßigerweise wird mit einer Glasunterlage gearbeitet, die im sichtbaren Bereich strahlungsdurchlässig ist, wobei die Steuerung des Schweißvorgangs manuell vorgenommen wird.

Durch Einlagerung von kleinen Haftmagneten in das Band bzw. in die Glasquader besteht auf einfache Weise die Möglichkeit, das Band auf der Blechunterseite zu halten und nach erfolgtem Schweißprozeß durch einen Abziehvorgang die aufgeschmolzene Glasschicht zu entfernen. Als Befestigung für Bänder und Schienen, die mit Glaskörper versehen sind, kommen Magnete, hydraulische und mechanische Vorrichtungen sowie Klebsto^ in Frage.

Allgemein können als Abstützmaterialien für die Normalglasquader oder Normalglasschienen Kupferunterlagen, Blechschienen oder flexib'e Bänder Verwendung finden.

Die Steuerung der Schweißparameter über die Breite und Überhöhung, selbst größerer Spaltbreiten, läßt sich bewirken durch Messung über einen strahlungsempfindlichen Meßwcrtnehmer (entweder von der Seite, von unten oder über ein Spiegelsystem). Der Meßwertaufnehmer kann entsprechend der Schweißbrennerbewegung unter den Glasunterlagen geführt werden; bei stationären Anlagen kann mit mehreren stationären MeCcwertaufnahmen gearbeitet werden, die sich mit fortschreitendem Schweiöproseß nacheinander abfragen lassen. Ein stärkeres Durchfallen der Unterraupe macht sich in einer höheren Strahlungsintensität bemerkbar, die Ober den Meßwertaufnehmer und ein entsprechendes Stellglied eine Reduzierung der Stromstärke, Erhöhung der Spannung oder Schweißgeschwindigkeit, hervorruft.

Über eine solche Steuerung können Wurzellagen mit max. möglicher Energie eingebracht werden, d* a>'f diese Weise ein Durchfallen der Schweißraupe durch variable Luftspalte über die Steuerung des Wärmeeinbringens vermieden wird. Wegen des hohen Energieeinbringens entstehen keine Bindefehler.

Diese Verfahrenstechnik ist sowohl geeignet für das Schweißen von ebenen und gekrümmten Blechen, wie z. B. bei der Kessel- und Rohrschweißung. wenn der Glaskörper eine dem Blech entsprechende Krümmung aufweist. Im Pipelinebau, wo es darauf ankommt, die Wurzellage mit möglichst hoher Geschwindigkeit und entsprechend dick einzubringen, um einen schnellen Vorbau zu ermöglichen, ist dieses Verfahren den bisher üblichen, dem Wurzeldureh.-,;hweißen mit Zellulose-Elektroden, und dem Schutzgas Schweißen ohne Unterlagen erheblich überlegen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von aus Glas bestehenden Unterlagen für das Einseiten-Schweißen dargestellt, und in weiteren Zeichnungen ist eine Anordnung verschiedener Lichtbogen-Schweißverfahren während des Schweißens gezeigt. Ee zeigt

F i g. 1, Γ ein Beispiel für flexible Unterlagen, wobei einzelne kurze Glasstücke 1 auf einer flexiblen Unterlage befestigt sind. In Fi g. Γ ist die Unterlage teilweise aufgerollt zu sehen. Als Halteorgane sind Permanentmagnete 13 vorgesehen;

F i g. 2, 2' eine Glasplatte als starre Unterlage in Seitenansicht (F i g. 2), und Querschnitt (F i g. 2') mit Halteschiene 2.

F i g. 3 bis 7 die einseitige Ve.-bindungsschweißung von zwei Blechen 12 mittels Elektroden J.

Unter der Nahtfläche sind erfindungsgemäß Unterlagen angeordnet und zwar in F i g. 3 eine aus Glas 1, in F i g. 4 eine aus Glas 1 mit Haltewinkel 2, und in F i g. 5 eine aus Glas 1, Haltewinkel 2, zu denen ein Meßkopf 7 angeordnet ist. der über einen Regler 8 mit dem Automaten verbunden ist.

Gemäß den F i g. 3 bis 7 ist in der Fuge ein Schweißpulver 4 eingefüllt. Bei F i g. 5 ist jedoch unter dem Schweißpulver 4 noch Metallpulver 9 angeordnet. Eine kleine, unter der Nahtfuge verlaufende Rinne kann vorgesehen sein. In F i g. 7 sind zwischen Glas 1 und Kupferschiene 3 noch Kupferlitzen 10 angeordnet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einseiten-Schweißen von Stahl mit einer Unterlage aus Trägermaterial und einem darauf befindlichen Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß kompaktes Normalglas, wie Fensterglas, als Formkörper (i) verwendet wird,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Formkörper eine Schiene oder eine Vielzahl von Quadern verwendet wird,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial flexible Unterlagen verwendet werden, die mit den aufgebrachten Formkörpern in Form von Coils unter der Nahtfuge abgerollt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial eine Haltewinkel für die Formkörper aufweisende Kupferschiene verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wurzellage mit verdecktem oder offenem Lichtbogen, gegebenenfalls durch mehrere Lichtbogen, wie bei Tandemschweißung, eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überbrückung von Spalten Metalldrähte, Drahtkorn, Metallpulver, Stahlkies oder ähnliche Materialien (9) vor dem Schweißproz?ß oder während des Schweißprozesses in die Nahtfuge eingebracht werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß mit einer strahlungsdurchlässigen Glasunterlage gearbeitet und das Wäriiieeinbringen während des Schweißens nach der auf der Wurzelseite wahrnehmbaren Strahlung des Schweißvorganges bzw. Schweißgutes gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite und Überhöhung der Unterraupe uncVoder magnetisch die Richtung des Lichtbogens und/oder die Schütthöhe des Metailpulvers während des Schweißprozesses mit mindestens einem strahlungsempfindlichen Meßwertaufnehmer (7) auf der Naht-Unterseite über ein Stellglied gesteuert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Glasunterlage gearbeitet wird, die im sichtbaren Bereich strahlungsdurchlässig ist, und daß die Steuerung des Schweißvorganges manuell vorgenommen wird.