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Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen Metallkonstruktion nach
dem Elektroschlacke umschmelz-Verfahren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung einer Metallkonstruktion speziell einer solchen mit vergleichsweise
kompliziertem Aufbau, unter hauptsächlicher Anwendung des Elektroschlackeumschmelz-Verfahrens.
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In letzter Zeit wurde die Herstellung von Guß- und Schmiedeteilen
wegen der Kostenerhöhung bei solchen Teilen immer schwieriger. Aus diesem Grund
werden verschiedene, derartige Teile verwendende Konstruktionen in vielen Fällen
als Blechkonstruktion ausgebildet oder durch Zusammenschweißen von Guß- oder Schmiedeteilen
zu einem Block zusammengebaut.
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Wenn ein komplizierter Bauteil als Blechkonstruktion oder gemäß Fig.
1 durch Zusammenschweißen von Schmiede- oder Gußteilen zu einem Block bzw. einer
Einheit hergestellt wird, ist eine große Zahl von Schweißnähten w für das Verbinden
der einzelnen Teile A bis E erforderlich, was entsprechende Schwierigkeiten bezüglich
der Schweißtechnik aufwirft. Den bereits verwendeten Verfahren haften daher die
Nachteile an, daß bei ihnen große Schweißnähte erforderlich sind, daß die Tiefe
oder Dicke einer Schweißverbindung
mit dem dabei auftretenden Streifen-
bzw. Schichtenriß, was einen der Hauptnachteile von Blechteilen darstellt, zunimmt,
daß eine Vergrößerung der Zahl der Verarbeitungsschritte infolge der Zunahme der
Teile erforderlich ist und daß sich infolge der Uberlappungsschweißung eine Verformung
der Konstruktion selbst ergibt.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Herstellung einer rohrförmigen Metallkonstruktion zu schaffen, bei dem die anderen
Teile als der Körper der herzustellenden Konstruktion im voraus nach Plattierungs
oder Blechform-, Gieß- oder Schmiedeverfahren o.dgl. hergestellt werden, die so
gebildeten Teile vorübergehend an einem vorher aus armiertem Beton gebildeten Rahmen
angebracht werden, eine durch Elektroschlackeumschmelzung unter Verwendung von Elektroden
gebildete Metallschmelze in ein zwischen Kokillenteilen oder zwischen einer Kokille
und einem Bauteil, welche den Rohrkörper der herzustellenden Konstruktion umschließen,
eingeschlossenes Schmelzenbad eingefüllt wird und die Metallschmelze in der Kokille
geformt und in einer vorgegebenen Form der Konstruktion zum Erstarren gebracht wird,
während ein Endabschnitt des betreffenden, vorübergehend am Rahmen angebrachten
Bauteils ebenfalls angeschmolzen wird, so daß er sich durch Verschmelzung mit dem
so gegossenen Bauteil verbindet, so daß eine komplizierte Konstruktion in einem
einzigen Arbeitsgang hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen
Metallkonstruktion mit mehreren um ihren Umfang herum angeordneten Bauteilen nach
dem Elektroschlacke-Umschmelz-Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Bauteile, die im voraus auf passende Weise hergestellt wurden, in vorgegebenen Positionen
angeordnet werden und daß
sodann längs des Innenumfangs dieser Bauteile
nach dem Elektroschlacke-Umschmelz-Verfahren unter Verwendung von Metallelektroden
ein Rohrkörper ausgebildet wird und dabei die genannten Bauteile mit dem auf diese
Weise gebildeten Rohrkörper verschmolzen werden.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im
Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine nach einem bereits verwendeten Schweißverfahren
hergestellte Konstruktion, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Konstruktion, Fig. 3 eine Teilschnittdarstellung einer Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 4 einen Schnitt längs der
Linie IV-IV in Fig. 3 und Fig. 5 bis 10 Schnittansichten zur Veranschaulichung der
Verfahrensschritte gemäß der Erfindung.
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Im folgenden ist das Verfahren zur Herstellung der in Fig. 2 dargestellten
Konstruktion anhand der Fig0 3 bis 10 näher erläutert.
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Gemäß Fig. 3 ist an einer Bodenfläche ein ringförmiger Block 1 befestigt,
auf dem ein Anfahrkopf 2 ruht. Ein einen Bodenflansch der herzustellenden Konstruktion
bildender Bauteil A wird im voraus auf passende Weise, etwa durch Schmieden oder
Gießen, hergestellt und auf den Anfahrkopf 2 aufgesetzt. Beim Aufsetzen des Bauteils
A auf den Anfahrkopf 2
wird ersterer in einer vorgegebenen Position
ausgerichtet und durch Arme 3 gehaltert, die vom Innenumfang eines auf der Bodenfläche
montierten lotrechten Rahmens oder Gerüsts 4 nach innen ragen. Andere Bauteile C,
D und E, die ebenso wie der Bauteil A nach anderen Verfahren im voraus hergestellt
worden sind, werden gemäß Fig0 3 in ihre jeweilige Lage gebracht und am Rahmen 4
mit Hilfe von Armen 3 gehaltert. An der oberen Endfläche des Bauteils E wird ein
ringförmiges Endstück 5 angebracht. Bei 9 ist eine Schraubspindel angedeutet, deren
unteres und oberes Ende an der Bodenfläche bzw. an einem waagerechten Träger 4a
des Rahmens 4 drehbar gelagert sind und deren Längsachse koaxial zum Ringblock 1
angeordnet ist. Die Schraubspindel 9 wird über einen Riemen 11 durch einen Motor
10 in Drehung versetzt, der starr an einem entsprechenden Teil des Rahmens 4 montiert
ist. Eine auf die Schraubspindel 9 aufgeschraubte Mutter 8 bewirkt bei der Drehung
der Schraubspindel 9 eine lotrechte Bewegung. An einem starr mit der Mutter 8 verbundenen
Arm 7 ist ein wassergekühlter innerer Kokillenteil 6 befestigt, dessen Außendurchmesser
dem Innendurchmesser des nach dem Elektroschlacke-Umschmelz-Verfahren herzustellenden
rohrförmigen Körpers B entspricht.
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Bei 12 ist ein wassergekühlter, ringförmiger äußerer Kokillenteil
dargestellt, der zwischen der oberen Stirnfläche des Bauteils A und der unteren
Stirnfläche des Bauteils C lotrecht verfahrbar ist. Die Kokille 12 wird von einem
Arm 14 getragen, der von einer Mutter 16 an einer Schraubspindel 18 absteht, deren
unteres Ende und oberes Ende an der Bodenfläche bzw. am waagerechten Träger 4a drehbar
gelagert sind.
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Der Innendurchmesser der Kokille 12 entspricht dabei dem Außendurchmesser
eines herzustellenden Rohrkörpers B.
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Bei 13 ist ein weiterer wassergekühlter, ringförmiger äußerer
Kokillenteil
dargestellt, der zwischen der oberen Stirnfläche des Bauteils C und der unteren
Stirnfläche des Bauteils S lotrecht verfahrbar ist. Die Kokille 13 wird von einem
Arm 15 getragen, der von einer Mutter 17 abgeht, welche ihrerseits auf eine lotrechte
Schraubspindel 19 aufgeschraubtist, deren unteres und oberes Ende an der Bodenfläche
bzw. am waagerechten Träger 4a drehbar gelagert sind0 Der Innendurchmesser der Kokille
13 entspricht dabei wiederum dem Außendurchmesser des herzustellenden Rohrkörpers
B. Die Kokille 13 ist an einer passenden Stelle mit einem Ausschnitt versehen, dessen
Weite etwas größer ist als die Breite des Bauteils D, so daß die Kokille bei ihrer
lotrechten Bewegung nicht mit dem Bauteil D in Berührung gelangt. Zwischen der unteren
Stirnfläche des Bauteils D und der oberen Stirnfläche des Bauteils C sowie zwischen
der oberen Stirnfläche des Bauteils D und der unteren Stirnfläche des Bauteils E
ist ein vom Rahmen 4 getragener lotrechter Form- oder Kokillenteil 23 mit einer
der Breite des Ausschnitts der Kokille 13 entsprechenden Breite vorgesehen.
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An einem passenden Abschnitt des Rahmens 4 ist ein Motor 20 starr
nontiert. Bei der Drehung des Motors 20 wird die Schraubspindel 19 über einen Riemen
21 und die Schraubspindel 18 über einen Riemen 22 in Drehung versetzt, wobei sich
die Kokillen 13 bzw. 12 lotrecht über eine vorbestimmte Strecke verschieben.
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Eine Elektroden-Tragscheibe 25 ist mittels eines Seils an einem Bremsmotor
28 aufgehängt und mit ihrer Mittellinie auf die Längsachse der Schraubspindel 9
ausgerichtet, und der Bremsmotor 28 ist starr an einem oberen waagerechten Träger
4b montiert. Mehrere Metallelektroden 24 sind mit ihren oberen Enden am Außenumfang
der Elektroden-Tragscheibe 25 in deren Umfangsrichtung auf gleiche Abstände
voneinander
verteilt befestigt. Die Tragscheibe 25 wird durch den Bremsmotor 28 in der Weise
gesteuert, daß sich die unteren Enden der Metallelektroden 24 normalerweise in einem
ringförmigen Schlackenbad 26 befinden, das durch die Außenumfangsfläche des inneren
Kokillenteils 6, die obere Stirnfläche des Anfahrkopfes 2, die Innenumfangsfläche
des Bauteils A, die Innenumfangsfläche des äußeren Kokillenteils 12, die Innenumfangsfläche
des Bauteils C, die Innenumfangsfläche des äußeren Kokillenteils 13 einschließlich
der Innenfläche des lotrechten Kokillenteils 23, die Innenfläche des Bauteils D
und die Innenumfangsfläche des Bauteils E festgelegt wird.
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Auf der Bodenfläche befindet sich eine Stromquelle oder -versorgung
29, die über Kabel 30 und 31 mit dem Anfahrkopf 2 und der Elektroden-Tragplatte
25 verbunden ist.
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Im folgenden ist das Verfahren zur Herstellung der Konstruktion gemäß
Fig. 2 anhand der in den Fig. 5 bis 10 dargestellten Verfahrensschritte beschrieben.
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Nach der Anordnung der im voraus hergestellten Bauteile A, C, D und
E auf die in Fig. 7 gezeigte Weise werden die unteren Enden der verschiedenen Metallelektroden
24 in den Ringspalt eingebracht, der zwischen der Oberseite des Anfahrkopfes 2 und
den Innenumfangsflächen des Bauteils A und des inneren Kokillenteils 6 festgelegt
wird, worauf die getrennt zubereitete Schlackenschmelze 26 in diesen Ringspalt eingefüllt
wird. Danach wird die Stromquelle 29 geschlossen-bzw.
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aktiviert, um einen Strom zum Anfahrkopf 2 und zu den Metallelektroden24
fließen zu lassen, so daß die Elektroschlacke-Umschmelz-Erscheinung auftritt, wobei
die Metallelektroden 24 von ihren unteren Enden her fortschreitend abgeschmolzen
werden, so daß die Schmelze zum Boden des
Schlackenbads 26 herabfällt
und dabei eine Metallschmelze 32 bildet. Letztere wird im inneren Kokillenteil 6
geformt und zum Erstarren gebracht, so daß sie durch Verschmelzung am Bauteil A
anhaftet. Hierbei wird der innere Kokillenteil 6 mit einer Geschwindigkeit aufwärts
verfahren, welche der Geschwindigkeit angepaßt ist, mit der die Metallschmelze geformt
wird und erstart, so daß das halbfertige Produkt gemäß. Fig. 6 erhalten wird.
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Im Bereich zwischen dem oberen Endabschnitt des Bauteils A und dem
unteren Endabschnitt des Bauteils C wird die Elektroschlacke auf ähnliche Weise
in dem gemäß Fig. 7 zwischen dem inneren Kokillenteil 6 und dem äußeren Kokillenteil
12 festgelegten Ringraum umgeschmolzen,wobei die Kokillenteile 6 und 12 mit einer
der Formungs- und Erstarrungsgeschwindigkeit der Metallschmelze 32 angepaßten Geschwindigkeit
angehoben werden, so daß das Halbfertigprodukt gemäß Fig. 8 erhalten wird.
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Im Innenbereich des Bauteils C erfolgt die Elektroschlackeumschmelzung
auf die gleiche Weise wie beim Bauteil A, so daß am oberen Ende des Bauteils C das
Halbfertigprodukt gemäß Fig. 10 erhalten wird0 Der Bauteil C besitzt dabei jedoch
einen Hohlraum 33. Bei der Herstellung des Bauteils C ist es erforderlich, eine
in Fig. 9 gezeigte Bodenplatte 34 anzubringen, so daß diese in der Elektroumschmelzsonlacke
angeschmolzen und dabei mit dem Bauteil C verbunden wird, um als Teil des Fertigprodukts
zu dienen. Um hierbei ein Abschmelzen der Bodenplatte 34 zu verhindern, empfiehlt
es sich, der Bodenplatte 34 eine ausreichende Dicke zu verleihen oder Kühlwasser
durch den Hohlraumabschnitt 33 des Bauteils C umzuwälzen.
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Beim Bauteil D wird das gleiche Verfahren angewandt wie am
Innenabschnitt
des Bauteils C, nur mit dem Unterschied, daß dabei der äußere Kokillenteil 13 mit
dem Ausschnitt, dessen Breite gemäß Fig. 4 diejenige des Bauteils 23 überschreitet,
sowie der über und unter dem Bauteil D angeordnete Kokillenteil 23 verwendet werden.
Im Bereich zwischen dem oberen Ende des Bauteils C und dem unteren Ende des-Bauteils
E wird das gleiche Verfahren durchgeführt wie für das Gießen des Rohrkörpers im
Abschnitt zwischen dem oberen Endabschnitt des Bauteils A und dem unteren Endabschnitt
des Bauteils C, nur mit dem Unterschied, daß der sich lotrecht-bewegende Kokillenteil
13 und der feststehende lotrechte Kokillenteil 23 als äußere Kokille benutzt werden.
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Im Innenbereich des Bauteils E wird-das gleiche Verfahren angewandt
wie beim Gießen des Bauteils A, worauf der Gießvorgang am Abschluß- oder Endplattenteil
5 durch Öffnen der Stromquelle 29 abgeschlossen wird. Nach Abschluß des Gießvorgangs
werden die einzelnen Arme, derAnfahrkopf 2 und das Endstück 5 weggeschnitten, und-der
derHohlraumabschnitt des Bauteils D wird angebohrt, so daß die Konstruktion gemäß
Fig. 2 erhalten wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen
Konstruktion mit mehreren um ihre Umfangsfläche herum vorgesehenen Bauteilen zeichnet
-sich also- dadurch aus, daß nach der Anordnung der auf passende Weise im voraus
hergestellten Bauteile in den vorgesehenen Positionen längs des Innenumfangs dieser
Bauteile nach einem Elektroschlackeumschiiez-yerfahren unter Yerwendung von Metallelektroden
ein Rohrkörper ausgebildet wird, wobei diese Bauteile, mit dem so gebildet-en eten-Rohrkorper
verschmolzen werden.
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Die Erfindung gewährleistet die folgenden Vorteile:
1.
Die Herstellung einer rohrförmigen Metallkonstruktion mit um ihre Umfangsfläche
herein vorgesehenen Bauteilen und mit komplizierter Konfiguration wird erleichtert.
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2. Bei einer Konstruktion, bei welcher die Bauteile nach dem üblichen
Verfahren angeschweißt werden, treten häufig Fehler oder Schäden an der Schweißstelle
auf, was auf den einseitigen Schweißvorgang zurückzuführen ist. Im Gegensatz dazu
wird der Rohrkörper B beim erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Elektroschlacke-Umschmelz-Verfahren
unter Verwendung von Metallelektroden hergestellt, wobei die Bauteile gleichzeitig
durch Anschmelzen mit dem so gebildeten Rohrkörper B verbunden werden. Dieses Verfahren
trägt zur Herstellung einer fehlerfreien Konstruktion bei.
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3. Der größte Teil der Konstruktion kann ohne weiteres nach dem Elektroschlacke-Umschmelz-Verfahren
unter Verwendung von Metallelektroden hergestellt werden, wodurch die Herstellung
einer einstückigen Konstruktion mit verbesserter Qualität gewährleistet wird.
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4. Im Vergleich zu einem Gieß- oder Schmiedeprodukt oder einer Blechplattenkonstruktion
ist das Materialausbringen außerordentlich hoch, was zu einer Senkung der Fertigungskosten
und zur Möglichkeit einer automatisierten Arbeitsweise führt.
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5. Im Vergleich zum Gieß- oder. Schmiedeverfahren wird der Arbeitsbereich
sauber gehalten, woraus eine geringere Möglichkeit für eine Luftverschmutzung innerhalb
und außerhalb des Arbeitsbereichs resultiert.