DE2252878A1

DE2252878A1 - Verfahren zur verhinderung einer rissbildung bei einseitigem selbsttaetigen verschweissen von stahlplatten o. dgl

Info

Publication number: DE2252878A1
Application number: DE19722252878
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Terai
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1971-11-01
Filing date: 1972-10-27
Publication date: 1973-05-10
Also published as: AU4775372A; DD103402A5; JPS5222932B2; BR7207596D0; DE2252878C3; FR2158355B1; NL7214710A; FR2158355A1; RO60329A; AR200390A1; BG27731A3; GB1405117A; CA983127A; SE398992B; IT966843B; AU467208B2; DE2252878B2; ES408446A1; BE790827A; JPS4851832A

Description

Kawasaki Jukokyo Kabushiki Kaisha
3Jo. 14, Higashi-kawasaki-cho 2 chome, Ikuta-ku, Kobe-shi, Hyogo, Japan

24. Oktober 1972 IG/Rö

Verfahren zur Yerhinderang einer Rißbildung bei einseitigem selbsttätigen Yersohweißen von Stahlplatten oder dergleichen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zar Yerhinderang einer Rißbildang bei einseitigem selbsttätigem Verschweißen von Stahlplatten oder dergleichen.

Die rasche Entwicklang der japanischen Schiffsbauindustrie

geht zam Teil zurück aaf die schnelle Entwicklang der Schweißtechnik, insbesondere aaf das selbsttätige einseitige Verschweißen, wodurch eine wesentliche Ersparnis beim Zusammensetzen von Schiffsrumpfen in Docks und Hellingen erreicht wird.

Im Zusammenhang mit dem einseitigen Verschweißen sind verschiedene technische Probleme einer Lösung zugeführt. Derzeit wird das einseitige Schweißen in Japan an allen in Bau befindlichen Schiffsrümpfen verwendet und dient zur Erhöhung der Arbeitsproduktivität« Hierbei wird doch noch ein wesentlicher Nachteil in Kauf genommen, nämlich sich im engen Bereich der Schweißlinie zwischen zwei zu verschweißenden Platten bildenden Hisse. Eine Art der typischen Risse, beobachtet in der Schweißraupe beim einseitigen selbsttätigen Verschweissen wie bisher bekannt, ist in Pig, 1 dargestellt und blieb in der Mehrzahl der Pälle nahe der Enßzone der Schweißlinie. Deshalb wird dieser Riß ein "Endriß" genannt. Die Bildung

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_ ρ —

des Risses wird darauf zurückgeführt, daß eine hohe Hitzequelle oder hohe elektrische Leistung vorliegt, die notwendig ist, um relativ dicke Platten beim einseitigen Verschweißen miteinander zu verbinden. Hierbei wird in den Platten eine hohe thermische Spannung während des Schweissens erzeugt, und dies verursacht eine hohe Schubkraft nahe der Endzone der Schweißlinie.

Zur Verhinderung solcher Risse sind zwar an sich zwei Verfahren bekannt. Das eine Verfahren sieht im Endbereich ein vorläufiges Heftschweißen über die Länge von etwa 3/100 mm vor, entweder ausgeführt durch Handschweißung oder halbautomatisches Schweißen, um hierbei einen Spanneffekt in der Endzone hervorzurufen und ihren Widerstand gegen Drehdeformation auf einen höchsten Wert zu bringen. Diese Arbeitsweise muß jedoch an beiden Oberflächen der Platten ausgeführt werden, wenn die notwendige Effektivität zur Verhinderung der Bißbildung erreicht werden soll. Deshalb wird es aber notwendig, die" Platten in eine aufrechte Lage zu stellen, um dann an der rückwärtigen Fläche der Platte aber nur auf einem Abstand von 3/ΤΌ0 mm die Schweißung durchzuführen, was schwierig ist, oder ea muß das sogenannte Überkopfschweißen bei der rückwärtigen Fläche der zu verschweißenden Platten zum Einsatz kommen. Dies erschwert das Schweißen, erfordert einen zusätzlichen Aufwand und zusätzliche Zeit.

Das zweite bekannte Verfahren zur Verhinderung von Rissen sieht vor, daß beide Hälften der Schweißlinie dem automatischen Schweißen mit abwechselnd entgegensetzten Richtungen von den äußeren Rändern der Schweißlinie zur Mitte hin unterworfen wird, wobei beide Enden der Schweißung in der Mttelzone der Schweißlinie sich treffen. Zwar ist dieses Verfahren recht wirksam, um· die Bildung von Rissen in Endbereichen zu verhindern, da die feinen auf eine thermische Beanspruchung zurückzuführenden Risse nicht in dem Endbereich der Schweißlinie vorhanden sind. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß die Bildung einer rückwärtigen Schweißraupe in der JVIittelzone

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einen Mangel darstellt. Weiter ist nachteilig, daß die Wirksamkeit des Schweißverfahrens relativ niedrig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden, die Wirksamkeit des Schweißverfahrens zu erhöhen und beim einseitigen selbsttätigen Verschweißen von Stahlplatten die Bildung von Endrissen zu unterdrücken, wobei auch vorhergehende oder zusätzliche Arbeitsschritte nicht notwendig sind. In diesem Zusammenhang sind noch folgende Überlegungen anzustellen: Schweißrisse in Stahlplatten gehen auf metallurgische und dynamische Ursachen zurück, mit Ausnahme bei SpezialStählen» Ein endseitiger Riß wird beim handelsüblichen einseitigen selbsttätigen Schweißen somit durch die Schubkraft erzeugt, welche auf die hohe elektrische leistung des Schweißapparates und auf die Bildung einer riß-.fähigen I£ikrostruktur zurückgeht. Deshalb kann die Rißbildung, wenn die zu verschweißenden Stahlplatten eine kurze Schweißlinie von etwa 2 m haben, durch Verbesserung der metalluugL-schen Gestalt der Schweißraupe erreicht werden, wenn 'die Schubkraft gering ist.

Wenn eine Mehrzahl von Elektroden, wie einzeln an sich bekannt und in Pig. 2 dargestellt, z. B. Elektroden 1, 2, 3» in vor-bestimmten Abständen,entlang der Schweißlinie zur Bildung einer rückwärtigen Schweißraupe angeordnet sind, kann die Rißbildung dadurch vermieden werden, daß nacheinander folgende Verschweißungen mit Hilfe einer Anfangsschweißung 5 der rückwärtigen Raupe abgefedert werden, wobei diese Schweißung 5 mit einer Schicht von Schlacke 4 oder dergleichen bedeckt ist, um die volle Erstreckung beizubehalten. Die Ergebnisse einer Untersuchung hinsichtlich der gegenseitigen Intervallwerte zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 relativ zu denjenigen zwischen der zweiten Elektrode 2 und der dritten Elektrode 3, wenn eine relativ kurze Schweißlinie (2 m) verwendet wird, ist in Pig. 3 dargestellt, wobei die Rißbildung durch einen schraffierten Bereich dargestellt ist.

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Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß man den Schweißriß vermeiden kann, wenn man die Intervalle zwischen den Elektroden 1, 2 and 3 einstellt, wenn eine kurze Schweißlinie vorliegt.

Jedoch ist dieses Verfahren nicht wirksam, um Schweißrisse zu vermeiden, wenn eine relativ lange Schweißlinie vorliegt und die Schubkraft relativ groß ist. Auch gestützt auf zusätzliche Versuche, wird erfindungsgemäß eine wesentliche Verbesserung bei Anwendung eines neuen Verfahrens erreicht, um in einseitigen selbsttätigen Schweißverfahren die Bildung von Rissen zu verhindern, beruhend auf der erfinderischen Erkenntnis, .daß das Maß der Deformation durch Aufbringen einer äußeren Spannkraft verringert werden kann, welche auf den Bereich der Schweißlinie zwischen den zu verschweißenden Gegenständen und während des Verschweißens aufgebracht wird, und daß man ferner die Gestalt der Schweißraupe dadurch verbessern kann, daß man den Abstand zwischen benachbarten Elek- · trodenpaaren einstellbar ausgebildet, welche in Reihe angeordnet sind;und hierbei diesen Bereich vergrößern kann und somit die Rissebildung vermeidet.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, wobei Fig. 1 und 2 bekannte Ausbildungen, Fig. 3-9 Ausführungen gemäß der Erfindung betreffen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Schweißraupe mit typischen Endrissen, verursacht durch bekannte einseitige Schweißverfahren.

Fig. 2 eine schematische, geschnittene Seitenansicht einer

bekannten Anordnung mit einer Mehrzahl von in Abstand zueinander angeordneten Schv/eißelektroden entlang der Schweißlinie im einseitigen Schweißverfahren.

Fig. 3 eine grafische Darstellung der experimentellen Beziehung zwischen dem Bereich, in dem Risse gebildet sind und den Abständen, sowie anderen Abständen zwischen

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- 5 benachbarten Elektroden, jedoch für eine icarze Schweißlinie.

Pig. 4 eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung zum

Aufbringen einer äußeren Spannkraft auf den Endbereich einer Schweißlinie.

Pig. 5 eine schematische Draufsicht einer abgeänderten Anordnung zum Aufbringen einer äußeren Kraft auf dien Endbereich einer Schweißlinie.

Pig. 6 einen Aufriß der Anordnung gemäß !ig. 5.

Pig. 7 eine schematische Draufsicht einer abgewandelten Anordnung, um eine äußere Kraft auf den Endbereich der Schweißlinie aufzubringen.

Pig. 8 eine Seitenansicht der Anordnung der Pig. 7 und

Pig. 9 eine grafische Darstellung mit Wechselbeziehungen hinsichtlich des Rißbereiches, gemäß dem erfinderischen Verfahren, wobei eine äußere Spannkraft, am Endbereich der Schweißlinie aufgebracht ist und zwischen Paaren von Schweißelektroden die Abstände einstellbar sind bzw. in besonderer Weise erfindungsgemäß eingestellt warden.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, um die gewünschte äußere Kraft auf den Endbereich der Schweißlinie aufzubringen, Pig. 4, verwendet ein Paar von mit Nasen, Vorsprüngen, Lappen oder einem dieser Bauteile versehene Platten die an den Endbereich hinsichtlich der Schweißlinie befestigt sind, welche zwischen einem Paar von aneinander anstoßenden Stahlplatten 7 verläuft. Ein Paar von hydraulischen Hebeln bzw. Zylinder 9 oder ähnliche Befestigpungsteile werden· benutzt, um eine Kraft auf beide äußere-Eänder der Nasenplatten oder dergleichen aufzubringen, um letztere gegenseitig einwärts zu. spannen und die Kraft an den Stahlplatten 7 im Endbereich aufrechtzuerhalten. In abweichender Weise kann

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eine Spannzelle und ein Keilbauteil zur Erreichung dieser Wirkung eingesetzt werden. Die Höhe der Schubkraft bzw. der Spannkraft wird gemessen, und die Schweißnaht wird hergestellt, indem die gewünschte Einspannkraft an der Endzone hinsichtlich der Schweißlinie 10 aufgebracht wird und zur gleichen Zeit das Intervall bzw. der Abstand zwischen den Schweißelektroden justiert wird, wodurch (wie nicht dargestellt) der Bereich vergrößert wird, in welchem die Rißbildung verhindert werden kann. Die Ergebnisse sind in Fig. 9 dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, daß der Bereich, in dem die Rißbildung verhindert werden kann, vergrößert wird und daß man die Bildung von Rissen im Endbereich der Schweißlinie vollkommen unterdrücken kann, indem eine äußere Spann- oder Haltekraft aufgebracht wird von z. B. 4 bis 10 Tonnen wie beispielsweise für diesen Einzelversuch angegeben. Diese Spannkraft wird an der Endzone des Schweißens aufgebracht, und gleichzeitig wird das Intervall bzw. der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode als auch zwischen der zweiten und der dritten Elektrode justiert bzv/. eingestellt.

Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren, um die äußere Spannoder Haltekraft auf den Endbereich der Schweißnaht aufzubringen, wird in Fig. 5 und 6 gezeigt, wobei ein Paar von mit Naaen,VorSprüngeη oder dergleichen versehenen Platten 8 an den Endbereich der Schweißlinie 10 befestigt werden und als Verlängerung des Endbereiches der Schweißnaht dienen. Ein Paar von Hubeinheiten oder ähnlichen hydraulischen Bauteilen, abgestützt am feschinenrahmen, dient zum Aufbringen einer Spannkraft auf die Endbereiche der Schweißlinie 10 zwischen den Stahlplatten 7.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren ist in Fig. 7 und 8 dargestellt, wobei ein Paar von mit Hasen, Lappen, Voraprüngen oder dergleichen versehenen Platte 8 an den Endbereich der Schweißlinie 10 befestigt ist, welche zwischen einem Paar von Stahlplatten 7 verläuft. Eine Mehrzahl von

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hydraalischen Habwerkzeagen oder dergleichen, abgestützt am Maschinenrahmen, drücken einwärts gegen vertikal angeordnete Habplatten, die ihrerseits an der Stahlplatte 7 befestigt sind and hiervon anter rechtem Winkel abstehen-* Hierbei' wird zwischen den Stahlplatten 7 eine.Kraft erzeugt, welche die gewünschte Spannkraft in bezug auf den Endbereich der Schweißlinie 10 erzeugt.

Zwar sind erfindungsgemäß verschiedene Beispiele "zeichnerisch dargestellt, um die Einspannkraft auf den Endbereich hinsichtlich der Schweißlinie aufzubringen, jedoch liegt es im Rahmen der Erfindung, ;je nach Einzelfall, abweichende Verfahrensschritte zu verwenden.

Hieraus ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß beim einseitigen automatischen Schweißverfahren eine Reihe von Schweißelektroden zum Einsatz kommt, in vorbestimmten Abständen und daß außerdem eine äußere Spannkraft auf den Endbereich der Schweißlinie aufgebracht wird und wobei die Abstände zwischen den benachbarten zwei Elektroden verändert werden, gemäß dem erfinderischen Verfahren, um den Bereich zu vergrößern, in welchem Schweißrisse vermieden werden können, und daß hierbei die Rißbildung im Ehdbereich der Schweißlinie sicher unterdrückt wird. Dieses Verfahren ist auch insofern vorteilhaft, als aufwendige Anordnungen oder Vorarbeiten, z. B. das aufrechte Hinstellen von Stahlplatten, vermieden wird. Jedenfalls wird vermieden, die Schweißrichtung umzukehren, und es entfällt eine Nachbehandlung der Schweißnaht oder der Schweißplatten. Erfindungsgemäß wird sowohl an Kosten als auch am Arbeitsaufwand gespart.

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Claims

Kawasaki Jukokyo Kabushiki Kaisha No. 14, Higashi-kawasaki-cho 2 chome, Ikuta-ku, Kobe-shi, Hyogo, Japan 24. Oktober 1972 IG/RÖ Patentansprüche

1. Verfahren zur Verhinderung einer Rißbildung bei einseitigem selbsttätigem Schweißen von Stahlplatten und dergleichen, gekennzeichnet durch die Verbindung folgender Merkmale:

a) Es wird eine äußere Spannkraft auf diese Platten oder dergleichen in der Nähe des Endbereiches einer zwischen

den zu verschweißenden Platten liegenden Schweißlinie aufgebracht.

b) Die Abstände zwischen jeweiligen Elektroden einer Mehrzahl bzw. einer Reihe von Elektroden, die über bzw.

entlang der Schweißlinie angeordnet sind und wobei die Elektroden relativ zur Schweißlinie bewegbar sind, werden relativ zueinander verstellt bzw. eingestellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Käsen, VorspSüngen oder dergleichen versehene Platten(8 )

an jeweiligen Seiten der zu verschweißenden Platten befestigt sind, wobei ihre entgegengesetzten Ränder eine Verlängerung der Schweißnaht darstellen, wobei die äußeren Spannkräfte auf diese Platten(8 )aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine luehrzahl von hydraulischen Zylindern ein Druck

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— ζ. —

auf jeweilige Stahlplatten an' jeder Seite der Sckweißlinie aufgebracht wird, derart, daß diese Platten (7) während des einseitigenselbsttätigen Schweißverfahrens ortsfest gehalten werden.

4 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei'

Verwendung von unter rechtem Winkel von den Schweißplatten abstehenden Druckplatten diese an erstere Platten befestigt und im wesentlichen parallel zur Schweißlinie sowie an jeder Seite der Schweißlinie angeordnet werden und die äußere Spann kraft aufgebrasht wird, indem die Druckplatten in Richtung zueinander und in Richtung der zwischen ihnen liegenden Schweiß linie gepresst werden.

5 . Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der

vorstehenden Ansprüche, zum Verschweißen von Stahlplatten entlang einer Schweißlinie, die durch gegeneinander stoßende Ränder der Platten bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Spanneinrichtung vorhanden ist, um eine äußere Spannkraft auf den Endbereich der Schweißlinie aufzubringen, um eine Deformation beim Schweissen zu vermeiden und durch ei&e Haltevorrichtung oder dergleichen eine Mehrzahl bzw . Reihe von Elektroden ( 1, 2, 3 ) in vorbestimmten Abständen entlang der Schweißlinie (io) angeordnet ist .

6 . Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile zur Aufbringung einer äußeren Kraft ein Paar von mit Nasen, Vorsprüngen o.dgl . versehene Platten (8) sind, welche starr mit den Rändern der zu verschweißenden Platten (7) verbunden sind, wobei diese Platten (8) an dieser anstoßenden Linie eine Verlängerung der Schweißlinie (io) bilden, und daß Spannbauteile vorhanden sind, die auf die Außenränder dieser Platten (8) drücken, derart, daß diese Platten (8) in eine feste aneinanderstoßende Stellung gebracht sind.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zu verschweißenden Platten (7) mindestens eine

Spannplatte (11) aufweist, die an die Oberfläche der Schweißplatte (7) an gleicher Seite wie die Schweißelektroden befestigt ist, daß diese Platte bzw. Platten in Abstand zur Schweißlinie (10) angeordnet sind und daß über mindestens eine Spann- bzw. Druckeinrichtung (9) ein Druck auf diese Platten (11) ausgeübt wird, derart, daß die Druckplatten (11) in Richtung zueinander gespannt sind, so daß der Endbereich der Schweißplatten in einer kraftschlüssig festen Stellung gehalten und eine Deformation während des Schweissens verhindert ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen der ersten und der zweiten Elektrode bzw.

zwischen der zweiten und der dritten Elektrode, in Abhängigkeit von der auf den Endbereich der Schweißlinie bzw. den Endbereich der Schweißplatten (7) aufzubringenden Spannkraft, gemäß dem Schaubild nach Fig. 9 bestimmt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schweißnahtlänge von mehr als 2 Metern, insbesondere etwa 6 m und einer Spannkraft von 4 bis 6 Tonnen auf den Endbereich der zu verschweißenden Platten (7) bzw. auf den Endbereich der Schweißlinie (10), der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode etwa 50 mm, der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Elektrode mehr als etwa 100 mm beträgt.

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