DE2252878B2

DE2252878B2 - Verfahren zur verhinderung von schweissrissen bei einseitigem, selbsttaetigem verschweissen von stahlplatten und dergleichen

Info

Publication number: DE2252878B2
Application number: DE19722252878
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Kobe Hyogo Terai (Japan)
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1971-11-01
Filing date: 1972-10-27
Publication date: 1977-10-20
Also published as: AU4775372A; DD103402A5; JPS5222932B2; BR7207596D0; ES408446A1; IT966843B; RO60329A; FR2158355A1; AU467208B2; SE398992B; BG27731A3; DE2252878A1; GB1405117A; DE2252878C3; PL78726B1; AR200390A1; FR2158355B1; BE790827A; JPS4851832A; CA983127A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung von Schweißrissen bei einseitigem, selbsttätigem Verschweißen von Stahlplatten u.dgl., unter Verwendung einer äußeren Spannkraft sowie einer Mehrzahl von Elektroden, deren Abstand zueinander einstellbar ist.

Die rasche Entwicklung der Schiffsbauindustrie, auch in Japan, geht zum Teil auf die schnelle Entwicklung der Schweißtechnik zurück, insbesondere auf das selbsttäti- ys ge einseitige Verschweißen, wodurch eine wesentliche Ersparnis beim Zusammensetzen von Schiffsrümpfen in Docks und Hellingen erreicht wird.

Beim einseitigen Verschweißen wurden verschiedene technische Probleme gelöst. Derzeit wird das einseitige <κ> Schweißen in Japan praktisch an allen in Bau befindlichen Schiffsrümpfen verwendet und dient zur Erhöhung der Arbeitsproduktivität. Hierbei ist aber nachteilig, daß sich im engen Bereich der Schweißlinie zwischen zwei zu verschweißenden Platten Risse bilden <vs können. Eine Art der typischen Risse, beobachtet in der Schweißraupe beim einseitigen selbsttätigen Verschweißen wie bisher bekannt, ist in Fig. I dargestellt und trat in der Mehrzahl der Fallt· nahe der Endzone der Schweißlinie auf. Deshalb wird dieser Riß ein »EndriC« genannt. Die Bildung des Risses wird darauf zurückgeführt, daß eine notwendigerweise hohe Hitzequelle oder hohe elektrische Leistung vorliegen muß, um relativ dicke Platten beim einseitigen Verschweißen miteinander zu verbinden, daß aber in den Platten eine hohe thermische Spannung während des Schweißens erzeugt wird, die eine hohe Schubkraft nahe der Endzone der Schweißlinie verursacht.

Zur Verhinderung solcher Risse sind zwar Verfahren bekannt. Ein Verfahren sieht im Endbereich ein vorläufiges Heftschweißen über die Länge von etwa 300 mm vor, entweder ausgeführt durch Handschwcißung oder halbautomatisches Schweißen, um hierbei einen Spanneffekt in der Endzone hervorzurufen und ihren Widerstand gegen Deformation auf einen optimalen Wert zu bringen. Die Arbeitsweise muß jedoch an beiden Oberflächen der Plane ausgeführ! werden, wenn die notwendige Effektivität zur Verhinderung der Rißbildung erreicht werden soll. Deshalb ist es notwendig, die Platte in eine aufrechte Lage zu stellen, um dann an der rückwärtigen Fläche der Platte, und zwar nur auf einem Abstand von 400 mm die Schweißung durchzuführen. Dies ist schwierig, so daß auch das sogenannte Überkopfschweißen bei der rückwärtigen Fläche der zu verschweißenden Platte verwendet wird. Dieses erschwert aber das Schweißen und erfordert einen zusätzlichen Aufwand sowie zusätzliche Zeit.

Ein zweites bekanntes Verfahren zur Verhinderung von Rissen sieht vor, daß beide Hälften der Schweißlinie automatisch mit abwechselnd eingesetzten Richtungen von den äußeren Rändern der Schweißlinie zur Mitte hin verschweißt werden, wobei sich beide Enden der Schweißung in der Mittelzone der Schweißlinie treffen. Zwar ist das Verfahren recht wirksam, um die Bildung von Rissen in Endzonen zu verhindern, da die feinen auf eine thermische Beanspruchung zurückzuführenden Risse nicht in der Endzone der Schweißlinie vorhanden sind Hierbei ist jedoch nachteilig, daß die Bildung einer rückwärtigen Schweißraupe in der Mittelzone unerwünscht ist. Weiter ist nachteilig, daß das Schweißverfahren relativ unwirksam ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden und im Schweißverfahren, bei dem nur einseitig verschweißt wird, das Auftreten von Rissen in dem bzw. den Endbereich(en) wesentlich zu verringern.

Zwar ist ein Schweißverfahren bekannt, welchem die Aufgabe zugrunde liegt, die zu verschweißenden Bauteile zueinander auszurichten und zumindest behelfsmäßig zusammenzuhalten, bis die Verschweißung beendet ist. Hierfür werden Haltemittel eingesetzt, insbesondere das Verkleben verwendet. Hierbei ist allerdings eine besondere Behandlung der Endzonen nicht vorgesehen (DT-OS 19 32 176).

Nach einem anderen Schweißverfahren geht man von einer größeren Anzahl der zu verschweißenden Bauteile aus, die Gruppen bilden können und verwendet eine Vielzahl von Spannelementen, entweder als Hydraulikelemente oder Magnete. Das Aufbringen einer gezielten Spannung in der Endzo.ie ist hier nicht vorgesehen (DT OS 15 52 988).

Um die Qualität der Schweißnaht im Bereich der Nahtenden zu verbessern, ist es ebenfalls bekannt, an den Ansatz- bzw. Endstellen einer Stumpfnaht Vorsatzstücke unterschiedlicher Länge entweder bei der

automatischen oder bei der Handschweiüung zu verwenden. Diese werden allerdings in der End/one einfach angestellt und dienen insoweit nur als Auflage für die nach außen verlängerte Schweißraupe (Zeitschrift ».Schweißertips«, Deutscher Verlag für Schweißtechnik. Düsseldorf, 1965, S. 66).

Zum Verschweißen insbesondere dicker Bleche, beiderseitig in je einer Lage, können zwei oder mehr Schweißdrähte verwendet werden. Hierdurch soil die nachteilige Ausbildung eines Kristalliiationszentrums in der Mitte de.· Schweißraupe verhindert, die Homogenität und Festigkeit also innerhalb der Schweiüraupe verbessert werden. Über den Einfluß dieses Verfahrens auf die Rißbildung der zu verschweißenden Werkstücke sagt das bekannte Verfahren nicht aus und nimmt keinen Hinweis auf die besonderen Verhältnisse in den Endzonen (»Handbuch der Schweißtechnologie«, Deutscher Verlag für Schweißtechnik, DVS GmbH., Düsseldorf, I%1. S. 171).

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die äußere Spannkraft nur in dem Endbereich der Schweißlinie aufgebracht wird und der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 40 bis 50 mm, der Abstand zwischen der /.weiten und dritten Elektrode auf 100 bis 12u mm eingestellt wird.

Hierdurch wird die Wirksamkeit des einseitigen selbsttätigen Verschweißens von Stahlplatten wesentlich erhöht, die Bildung von Endrissen unterdrückt und besondere vorherige oder folgende Arbeitsschritte kostensparend vermieden.

Zum Verständnis der Erfindung dienen folgende, allgemeine Überlegungen: Schweißrisse in Stahlplatten gehen auf metallurgische und dynamische Ursachen zurück, mit Ausnahme bei Spezialstählen. Ein endseitiger Riß wird beim handelsüblichen selbsttätigen Schweißen somit durch die Schubkraft erzeugt, welche auf die hohe elektrische Leistung des Schweißapparates und auf die Bildung einer rißfähigen Mikrostruktur zurückgeht. Deshalb kann die Rißbildung eine kurze Schweißlinie von etwa 2 m haben, durch Verbesserung der metallurgischen Gestalt der Schweißrippe erreicht werden, wenn die Schubkraft gering ist.

Wenn eine Mehrzahl von Elektroden, wie einzeln an sich bekannt und in F i g. 2 dargestellt, z. B. Elektroden 1, 2, 3, in vorbestimmten 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 <! od. dgl. 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 Fig. 3 dargestellt, wobei die Rißbildung durch einen schraffierten Bereich dargestellt ist.

Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß man den Schweißriß vermeiden kann, wenn man die Intervalle zwischen den Elektroden 1, 2 und 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 isi. F.rst die vorstehende erfinderische Lehre schafft auch

hier Abhilfe und vermeidet in -Jen Endzonen wirksam die zugehörigen Lndrisse.

Ausführungsfurmen der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, wobei F i g. 1 und 2 bekannte Ausbildungen, Fig. 3 bis 9 Ausführungen gemäß der Erfindung betreffen. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt einer Schweißraupe mit typischen Endrissen, verursacht durch bekannte einseitige Schweißverfahren,

F i g. 2 eine schematische, geschnittene Seitenansicht einer bekannten Anordnung mit einer Mehrzahl von in Abstand zueinander angeordneten Schweißelektroden entlang der Schweißlinie im einseitigen Schweißverfahren,

Fi ¹J,. i eine grafische Darstellung der experimentellen Beziehung zwischen dem Bereich, in dem Risse gebildet sind und den Abständen, sowie anderen Abstanden zwischen benachbarten Elektroden, jedoch für eine kurze Schweißlinie,

Fi g. 4 eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung zum Aufbringen einer äußeren Spannkraft auf den Endbereich einer Schweißlinie,

F i g. 5 eine schematische Draufsicht einer abgeänderten Anordnung zum Aufbringen einer äußeren Kraft auf den Endbereich einer Schweißlinie,

F i g. 6 einen Aufriß der Anordnung gemäß F i g. 5,

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

Fig 8 eine Seitenansicht der Anordnung der F i g. 7 und

F i g. 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 wurden.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver· fahrens, um die gewünschte äußere Kraft auf den Endbereich der Schweißlinie aufzubringen, F i g. 4, verwendet ein Paar von mit Nasen, Vorsprüngen, Lappen oder einem dieser Bauteile versehene Platten 8, 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 Befestigungsteile werden benutzt, um eine Kraft auf beide äußere Ränder der Nasenplatten od. dgl. aufzubringen, um letztere gegenseitig einwärts zu spannen und die Kraft an den Stahlplatten 7 im Endbereich aufrechtzuerhalten. In abweichender Weise kann 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 IO 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

r;

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 dritten Elektrode als auch zwischen der zweiten und der dritten Elektrode justiert bzw. eingestellt.

Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren, um die äußere Spann- oder Haltekraft auf den Endbereich der Schweißnaht aufzubringen, wird in F i g. 5 und 6 gezeigt, wobei ein Paar von mit Nasenvorsprüngen od. dgl. versehenen Platten 8 an den Endbereich der Schweißlinie IO befestigt werden und als Verlängerung des Endbereiches der Schweißnaht dienen. Ein Paar von Hubeinheiten oder ähnlichen hydraulischen Bauteilen, abgestützt am Maschinenrahmen, dient zum Aufbringen einer Spannkraft auf die Endbereiche der Schweißlinie 10 zwischen den Stahlplatten 7.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren ist in F i g. 7 und 8 dargestellt, wobei ein Paar von mit Nasen, Lappen, Vorsprüngen od. dgl. versehenen Platten 8 an den Endbereich der Schweißlinie 10 befestigt ist, welche zwischen einem Paar von Stahlplatten 7 verläuft. Eine Mehrzahl von hydraulischen Hubwerkzeugen od. dgl., abgestützt am Maschinenrahmen, drücken einwärts gegen vertikal angeordnete Hubplatten, die ihrerseits an der Stahlplatte 7 befestigt sind und hiervon unter rechtem Winkel abstehen. Hierbei wird zwischen den Stahlplattcn 7 eine Kraft erzeugt, welche die gewünschte Spannkraft in bezug auf den Endbercich der Schwcilllinie 10 erzeugt.

Hieraus ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß beim einseitigen automatischen S⁽:hweißverfahren eine Reihe von Schweißelektroden zum Einsatz kommt, in vorbestimmten Abständen und daß außerdem eine äußere Spannkraft auf den Endbereich der Schweißlinic aufgebracht wird und wobei die Abstände zwischen den benachbarten zwei Elektroden verändert werden gemäß dem erfinderischen Verfahren, um den Bereich zu vergrößern, in welchem Schweißrissc vermieder werden können, und daß hierbei die Rißbildung irr Endbereich der Schweißlinie sicher unterdrückt wird Dieses Verfahren ist auch insofern vorteilhaft, ah aufwendige Anordnungen oder Vorarbeiten, z. B. da: aufrechte Hinstellen von Stahlplatten, vermieden wird Jedenfalls wird vermieden, die Schweißrichtung umzu kehren, und es entfällt eine Nachbehandlung de Schweißnaht od^r der Schweißplatten. Erfindungsgc maß wird sowohl an Kosten als auch am Arbeitsauf wand gespart.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

• I Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verhinderung von Schweißrissen bei einseitigem selbsttätigem Verschweißen von Stahlplatten u. dgl., unter Verwendung einer äußeren Spannkraft sowie einer Mehrzahl von Elektroden, deren Abstand zueinander einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Spannkraft nur in dem Endbereich der Schweißlinie aufgebracht ι ο wird und der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 40 bis 50 mm, der Abstand zwischen der zweiten und dritten Elektrode auf 100 bis 120 min eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekenn- is zeichnet, daß die äußere Spannkraft auf als Spannphtten ausgebildete Vorsatzstücke (8) aufgebracht wird.

J. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Spannkraft durch eine Mehrzahl von hydraulischen Drücken aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Spannplatten in Richtung zueinander sowie der zwischen ihnen liegenden a.s Schweißlinie gepreßt werden.

5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweißnahtlänge von mehr als 2 m, insbesondere etwa 6 m und eine Spannkraft von 6 t auf den Endbereich der Schweißlinie verwendet W wird.

6. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Abslände /wischen der ersten und der /weiten Elektrode bzw. zwischen der /weiten 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.

7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens +■> nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannplatten (8) starr mit den Rändern der Schweißplatten (7) verbunden sind.