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Verfahren zur Verhinderung der Rißbildung am
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Ende des Grundmetalls beim Lichtbogenschweißen und dafür verwendbares
Endstück Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung des Entstehens von
Rissen, die an dem Abschlußende des Schweißgrundmetalls sich während der liichtbogenschweißung
entwickeln können, und ein dafür geeignetes Endstück (end tab).
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In Jüngster Zeit sind verschiedene Typen von automatischen Schweißsystemen
entwickelt und in der Praxis verwendet worden zur Erhöhung des Wirkungsgrades von
Schweißarbeiten und das populärste unter diesen automatischen Schweißverfahren ist
das sogenannte verdeckte Lichtbogenschweißen, das mit hoher Geschwindigkeit und
unter hoher Wärmezufuhr durchgeführt wird. Dieses Schweißverfahren weist einen hohen
Wirkungsgrad auf; da Jedoch eine große Warmemenge der Schweißzone zugeführt wird,
die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, treten entlang der Schweißverbindungsstelle
große thermische Spannungen oder Beanspruchungen auf und das Auftreten solcher thermischer
Spannungen oder Beanspruchungen ist proportional zu der zugeführten Wärme. Insbesondere
dann, wenn das
Schweißen unter Verwendung eines Kraterbehandlungs-Endstückes
am Ende der Schweißlinie durchgeführt wird, wenn der auf das Endstück gerichtete
Lichtbogenpunkt das Abschlußende des Grundmetalls passiert, wird vorübergehend der
auf diesen Abschnitt ausgeübte Druck weggenommen und dies führt zu einer schnellen
Rotationsverformung durch die Spannungen, die durch die gespeicherte Wärmeausdehnung
erzeugt werden, was zur Entwicklung von Rissen in dem Ende führt. Die Chance für
das.
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Auftreten solcher Risse ist bei dem automatischen 1-Nuten-Schweißen
hoch, bei dem eine 1000/oige Schweißpenetration nur von einer Seite her erfolgt.
Es sind bereits verschiedene Verfahren, wie sie nachfolgend angegeben sind, zur
Verhinderung der Bildung solcher Risse an dem Ende vorgeschlagen worden.
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Gemäß einem dieser vorgeschlagenen Verfahren wird das Schweißen nicht
nur in einer Richtung, sondern von beiden Enden des Grundmetalls her durchgeführt,
um so den Kraterabschnitt erneut zu schweißen (re-weld). Bei diesem Verfahren muß
Jedoch die Schweißrichtung geändert werden und entlang der Kraterverbindungsstelle
muß ein Abtasten (gauging) durchgeführt werden. Bei einem anderen Verfahren wird
die Nut in der Nähe des Abschlußendes des Grundmetalls vorher durch Handschweißen
gefüllt, um eine durchgehende 1000/oige Penetration bis zu dem Abschlußende unnötig
zu machen. Bei diesem Verfahren muß jedoch der Endabschnitt, wo die Nut gefüllt
wird, von der Rückseite her abgetastet werden und es muß der Abschnitt geschweißt
werden, an dem keine rückwärtige Schweißraupe vorhanden ist. Daher erfordern alle
diese bekannten Verfahren ein umständliches Arbeiten und einen zusätzlichen Zeit-
und Arbeitsaufwand.
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Bei den konventionellen automatischen Schweißverfahren des Typs, bei
dem eine durchgehende 100%ige Penetration bis zu dem Abschlußende erzielt wird und
ein Endstück für die
Behandlung des Kraters am Ende der Schweißlinie
des Grundmetalls verwendet wird, um den Kratzer von dem Grundmetall gegenüber dem
Endstück zu befreien, war es bisher unmöglich, die Entwicklung von Rissen an dem
Abschlußende des Grundmetalls vollständig zu verhindern. Dies ist auf die Tatsache
zurückzuführen, daß, wie oben angegeben, an dem Abschlußende des Grundmetalls durch
die thermischen Spannungen oder Beanspruchungen, wenn die Schweißelektrode diesen
Abschnitt passiert, eine starke Rotationsverformung hervorgerufen wird. Um diese
Rotationsverformung zu verhindern, wurde vorgeschlagen, den Endabschnitt des Grundmetalls
durch ein Kraterbehandlungs-Endstück, das an diesem Abschnitt befestigt ist, abzuschlie-Ben
(festzuhalten) oder dem Endstück auf mechanischem Wege eine Einfassungs- oder llückhaltekraft
zu geben. Wenn jedoch ein Endstück allein verwendet wird, um diesen Abschluß (die
Einfassung) oder das Zurückhalten zu erzielen, muß ein außerordentlich großes Endstück
daran befestigt werden; wenn das verwendete Endstück nicht genügend groß ist, kann
das Endstück selbst einer Rotationsverformung unterliegen, was zur Bildung von Rissen
in dem Abschlußende führt, wenn das Endstück die Schweißwärme aus der Schweißelektrode
bei Ankunft der letzteren an einer Position unmittelbar oberhalb des Endstückes
aufnimmt. Es ist nämlich möglich, das Abschlußende des Grundmetalls festzuhalten,
indem man dem Endstück selbst eine mechanische Rückhaltekraft verleiht, in einem
solchen Falle kann jedoch während des Schweißens eine anguläre Verformung des Grundmetalls
auftreten und es ist schwierig, eine stabile Druckkraft quer (seitlich) zu der Schweißzone
auszuüben. Es ist deshalb kaum möglich, eine stabile Rückhaltekraft (Festhaltekraft)
zu erzielen, die ausreicht, um die Entwicklung von Rissen in dem Abschlußende zu
verhindern.
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Gemäß einem weiteren Verfahren, das in der japanischen Patentpublikation
Nr. 15 146/1974 vorgeschlagen worden ist, wird der Endabschnitt des Grundmetalls
nicht vollkommen
festgehalten, sondern es wird ein Kraterbehandlungs-Endstück
verwendet, das in der Lage ist, die schnelle thermische Verformung zu verhindern,
die auftreten könnte, wenn die Schweißelektrode diesen Endabschnitt passiert. Bei
diesem Verfahren ist das Kraterbehandlungs-Endstück getrennt von dem Abschluß-Endstück
(Einfassungsendstück) angeordnet, um zu verhindern, daß der Endabschnitt des Grundmetalls
durch die Wårmebeanspruchung, die entsteht, wenn die Schweißelektrode darüber hinweg
geführt wird, schnell geöffnet wird, um so die Wärmespannungen oder Wärmebeanspruchungen
abzublocken, die durch die Wärme verursacht werden, die dem Kraterbehandlungs-Endstück
zugeführt wird, um dadurch zu vermeiden, daß die Einspannkraft des Abschluß-Endstückes
schnell abnimmt, die der Verhinderung der Rißbildung in dem Endabschnitt dient.
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Wenn die Schweißelektrode über den Endabschnitt des Grundmetalls hinweg
geführt wird, tritt in diesem Abschnitt eine scharfe thermische Verformung oder
eine sogenannte Rotationsverformung auf, die Veränderungen sowohl in seitlicher
Richtung (Querrichtung) als auch in vertikaler Richtung relativ zu der Schweißlinie
mit sich bringt.
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In der in dieser Patentschrift beschriebenen Vorrichtung ist eine
Einrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe es möglich ist, in der Querrichtung (in
seitlicher Richtung) eine geeignete Festhaltekraft auszuüben, so daß keine schnelle
Abnahme der Festhaltekraft erfolgt, es wird Jedoch keine derartige Festhaltekraft
in vertikaler Richtung am Ende der Schweißlinie ausgeübt. Deshalb dehnt sich die
Fläche in der Nähe des Abschlußendes dann, wenn die Schweißelektrode das Abschlußende
des Grundmetalls passiert, schnell auf seine Seite aus, die an dem Kraterbehandlungs-Endstück
befestigt ist, und da die Rückhaitekraft in der Querrichtung (in seitlicher Richtung)
auch nicht so stark ist, tritt eine Verformung in der Rotationsrichtung auf, was
zur Entwicklung von Rissen in dem Endabschnitt führt, wenn die Wärmeufuhr groß und
die Schweißgeschwindigkeit
hoch ist. Die Fig. 1 der beiliegenden
Zeichnungen zeigt den Aufbau eines Endstückes gemäß dem Stand der Technik und den
Arretierungszustand in der Nähe des Abschlußendes des Grundmetalls. Bei der in Fig.
1 dargestellten Anordnung ist eine Festhalteeinrichtung oder Einfassung in seitlicher
Richtung (Querrichtung) an dem Abschlußende der Schweißlinie des Grundmetalls vorgesehen
durch die Schweißzonen 1, 2,und das Endstück 3 hält das Grundmetall fest, während
es sich in einem Abstand von der Schweißlinie befindet, so daß es dem Einfluß der
schnellen Wårmeverformung, die an dem Abschlußende der Schweißlinie auftritt, kaum
unterliegt, und es kann deshalb das Ende des Grundmetalls mit einer verbältnismäßig
stabilen Rückhaltekraft abschließen (einfassen).
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Jedoch wird ein Abschnitt A in der vertikalen Richtung in vollkommen
freiem Zustand belassen, so daß dann, wenn die Schweißelektrode das Abschlußende
des Grundmetalls passiert, dieses Ende sich ausdehnt, wie durch die Ziffer 5 dargestellt,
aufgrund der Wårmeverformung, die eine Bewegung des Kraterbehandlungsabschnittes
4 zu der durch die Ziffer 6 angegebenen Position hervorruft. Es entsteht daher eine
Rotationsverformung durch die schnelle Wårmeverformung und die unzureichende Einfassung
(Abschluß) in seitlicher Richtung (Querrichtung), die zur Entwicklung von Rissen
in dem Endabschnitt führt. Es besteht auch die Möglichkeit, daß zwischen dem Xraterbehandlungs-Endstück
und dem Abschlußende des Grundmetalls ein Zwischenraum eingehalten wird, so daß
geschmolzenes Metall abfällt, wenn die Schweißelektrode von dem Abschlußende des
Grundmetalls auf das Kraterbeliandlungs-Endstück übergeht.
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Durch die vorliegende Erfindung werden die obengenannten Probleme
des Standes der Technik gelöst. Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem Aspekt
insbesondere ein Verfahren zur Verhinderung der Rißbildung in dem Endabschnitt eines
Grundmetalls beim Lichtbogenschweißen, das dadurch gekennzeichnet
ist,
daß man an dem Schweißende des Grundmetalls ein Endstück (end tab) verwendet,das
auf seiner Seite, die mit dem Grundmetall in Kontakt steht, drei Vorsprünge (vorstehende
Teile) aufweist, wobei die Vorsprünge an beiden Enden des Endstückes so angeordnet
sind, daß sie an die Teile des Grundmetalls anstoßen, die sich auf beiden Seiten
der Nutlinie befinden, wo der Schweißlichtbogen und das Schweißmetall nicht in direktem
Kontakt miteinander stehen, während der Vorsprung (vorstehende Tei2 ) im Zentrum
auf der Verlängerung der Nutlinie angeordnet ist. Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist ein Endstück vorgesehen, das für die rißfreie Schweißung
verwendet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Endstück auf seiner Seite,
die mit dem Grundmetall in Kontakt steht, mit zwei Schlitzen versehen ist, wodurch
drei vorstehende Teile auf der Seite des Endstückes entstehen, die mit dem Grundmetall
in Kontakt steht.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 ebene Draufsichten auf den Aufbau
eines Endstückes gemäß dem Stand der Technik und einer Art seiner Verwendung; Fig.
2 ebene Draufsichten auf den Aufbau eines Endstückes gemäß der vorliegenden Erfindung
und einer Art seiner Verwendung; und Fig. 3 ebene Draufsichten auf modifizierte
Formen eines Endstückes, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden
kann.
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Die Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Verhinderung der Rißbildung in
dem Ende eines Grundmetalls und ein dafür geeignetes Endstück. Wie in den Zeichnungen
dargestellt, ist das
Endstück 9 bei 7 und 8 durch Brückenschweißung
fest an das Grundmetall angeschweißt, wobei der Kraterbehandlungs-Abschnitt 15 des
Endstückes nahe an dem Abschlußende des Grundmetalls festgehalten wird. Die Verformung
in seitlicher Richtung (Querrichtung), die in den Abschnitten 12 und 13 hervorgerufen
wird, wenn die Schweißelektrode das Abschlußende des Grundmetalls passiert, wird
durch die Außenseite des Endstückes 9 an den brückenförmig angeschweißten Zonen
7 und 8 kontrolliert, während die Rückhaltung (das Festhalten) in vertikaler Richtung
durch den Kraterbehandlungsabschnitt 15 bewirkt wird, der im Innern der Schlitze
14 in dem Endstück 9 angeordnet ist, wie in Fig. 2 dargestellt^. Die Breite der
Schlitze kann nicht genau angegeben werden, weil der Grad der seitlichen Ausdehnung
des Kraterbehandlungsabschnittes 15 des Endstückes 9 in Abhängigkeit von der zugeführten
Schweißwärme, der Plattendicke und anderen Faktoren variiert, im allgemeinen sollte
diese Breite jedoch nicht weniger als 1 mm betragen, weil dann, wenn sie weniger
als 1 mm beträgt, der Kraterbehandlungsabschnitt 15 des Endstückes 9 dann, wenn
es sich bei Ankunft der Schweißelektrode oberhalb des Endstückes thermisch ausdehnt,
mit den Abschnitten 10 und 11 des Endstückes 9 in Kontakt kommen und diese herausdrücken
kann, wodurch die Festhaltekraft in seitlicher Richtung (Querrichtung) geschwächt
wird. Bezüglich der länge Jedes dieser Schlitze 14 sei darauf hingewiesen, daß sie
sich über den Punkt B, an dem die Schweißelektrode auf dem Endstück 9 entlangläuft,
hinaus erstrecken sollte, um den Lichtbogen zu kreuzenmdieScii3it:lange geringer
ist als der Abstand von dem Endstück bis zu dem Punkt B, kann die Wårmespannung
in seitlicher Richtung (Querrichtung) vollständig übertragen werden, wenn die Schweißelektrode
den Punkt B erreicht hat, was zu einer Schwächung der seitlichen Festhaltekraft
an den eingefaßten (festgehaltenen) Schweißzonen 7 und 8 führt. Wenn sich jeder
Schlitz 14 über den Punkt B hinaus erstreckt, wird die Wärme spannung in seitlicher
Richtung (Querrichtung) durch
den Schlitzzwischenraum absorbiert,
so daß die stabilisierte Festhaltekraft an dem Abschlußende des Grundmetalls aufrechterhalten
werden kann. Da der Kraterbehandlungsabschnitt des Endstückes 9 in der Nähe des
Abschlußendes des Grundmetalls festgehalten wird, wird eine vertikale Ausdehnung
der Abschnitte 12 und 13 an dem Abschlußende des Grundmetalls durch den Kraterbehandlungsabschnitt
15 gehemmt, vorausgesetzt, daß er integral mit dem Endstück 9 festgehalten wird
durch die eingefaßten (festgehaltenen) Schweißabschnitte 7 und 8, die durch die
Wärme spannung an dem Abschlußende des Grundmetalls nicht beeinflußt werden, so
daß diese Kraft eher als Druckkraft auf die Schweißzone wirkt, was zur Verhinderung
der Rißbildung in dem Endabschnitt stark beiträgt.
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Obgleich die Schlitze 14 in dem in Fig. 2 dargestellten Endstück parallel
zueinander angeordnet sind, können diese Schlitze auch in anderen geeigneten Konfigurationen
angeordnet sein, wie sie in den Fig. 3(a) und (b) dargestellt sind, wobei die gleichen
Effekte wie oben erzielt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
im Vergleich zu dem Stand der Technik an Hand eines Beispiels näher beschrieben.
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Beispiel 1) Schweißverfahren: automatisches 1-rMuten-Schxqeißen 2)
Form und ;rt der Verwendung des Endstückes: erfinclungsgemaß (Fig. 2) gemäß Stand
der Technik (Fig. 1) 3) Form der Nut und Schweißbedingungen:
Tabelle
I
| i ii iii |
| a) Plattendicke (mm) 19 25 25 |
| b) Form der Nut 50 deg, y, 45 deg, y 50 deg, y, |
| Wurzelseite 3 mm Wurzelseite 4 mm Wurzelseite 5 mm |
| c) Elektroden und vordere Elektrode 1200 A, 37 V 1250 A, 37
V 1350 A, 35 V |
| Schweißbedingun- } hintere Elektrode 840 A, 43 V 590 A, 45
V 1000A, 40V (1. hint.El.) |
| gen 1000A, 45V (2. hint.El.) |
| Schweißgeschwindigkeit beide 50 cm/Min. beide 35 cm/Min. alle
65 cm/Min. |
| e) Abstand zwischen den Elektroden (mm) 100 120 35 und 120 |
4) Größe der Stahlplatte: 6000 mm lang und 3000 mm breit 5) Lage
der Risse in dem Endabschnitt Tabelle II a) Form des Endstückes und Art der Verwendung
b)-Anwesenheit oder Abwesenheit von Rissen in dem Endabschnitt c) erster Versuch:
(i) Endstück gemäß Stand der Technik: keine Rißbildung, erfindungsgemäßes Endstück:
keine Rißbildung; (ii) Endstück gemäß Stand der Technik:Rißbildung, erfindungsgemäßes
Endstück;keine Rißbildung (iii) Endstück gemäß Stand der Technik;Rißbildung, erfindungsgemäßes
Endstück: keine Rißbildung d) zweiter Versuch: (i) Endstück gemäß Stand der Technik:Rißbildung,
erfindungsgemäßes Endstück: keine Rißbildung; (ii) Endstück gemäß Stand der Technik:
Rißbildung>erfindungs gemäßes Endstück:keine Rißbildung; (iii) Endstück gemäß
Stand der Technik: Rißbildung, erfindungsgemäßes Endstück" keine Rißbildung Wie
aus der vorstehenden Tabelle II hervorgeht, zeigten die Testergebnisse, daß das
Endstück gemäß Stand der Technik nur dann die Rißbildung in dem Endabschnitt verhindern
kann, wenn die Plattendicke und die Wärmezufuhr gering sind, daß die Rißbildung
in dem Endabschnitt mit diesem Endstück jedoch unvermeidbar ist, wenn die Plattendicke
groß und die Wärmezufuhr hoch ist.
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Das erfindungsgemäße Endstück wies eine ausgezeichnete Wirkung in
bezug auf die Verhinderung der Entwicklung von Rissen in dem Endabschnitt bei Anwendung
sowohl auf Platten mit geringer Dicke als auch auf Platten mit großer Dicke auf.
Das vorstehend beschriebene Beispiel zeigt insbesondere die extrem gute Anvendur,
der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf eine 6 m lange Stahls tte.
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Wie vorstehend im Detail beschrieben, ergibt die erfindungsgemäße
Vorrichtung eine Arretierung oder Festhaltung in vertikaler Richtung an dem Abschlußende
des Grundmetalls, um eine schnelle Rotationsverformung zu verhindern, die auftreten
würde, wenn die Schweißelektrode das Abschnittsende des Grundmetalls passiert, wodurch
jede Gefahr der Entwicklung von Rissen in dem Endabschnitt ausgeschaltet wird.
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