DE2633829A1 - Verfahren zum verbinden von metallteilen mittels lichtbogen- schmelzschweissen - Google Patents

Verfahren zum verbinden von metallteilen mittels lichtbogen- schmelzschweissen

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Description

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Br/ho
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie ., Baden (Schweiz)
Verfahren zum Verbinden von Metallteilen mittels Lichtbogen-Schmelzschweissen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Metallteilen mittels Lichtbogen-Schmelzschweissen durch eine volumenarme Schweissnaht.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des. Verfahrens sowie dessen Anwendung.
Zum Zusammenfügen dickwandiger metallischer Bauteile durch Schweissen werden heute aus wirtschaftlichen, wärmetechnischen und metallurgischen Gründen volumenarme Schweissnähte angestrebt. Zur Herstellung derartiger Schweissnähte sind vor
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=r Schutzgas
allem das MetallrLichtbogen-Schweissverfahren unter Schutzgas und das Elektroschlacke-Schweissverfahren bekannt. Die Grundlagen derartiger Verfahren sind in zahlreichen Schriften veröffentlicht (z.B.: C.A.Butler, R.P.Meister und M.D.Randall: "Narrow Gap Welding - A Process for All Positions", Weld.Journ. Feb.1969, S.102-108; I.D.Henderson, K.Seifert und H.-D.Steffens: "Festigkeits- und Zähigkeitsverhalten von Tiefspaltschweissnähten am Stahl 22NiMoCr37", DVS-Berichte. Nr. 32(1974), S.321 -330; L.E.Stark: "Electroslag Welding with a Consumable Guide Plate and ELberized Flux", DVS-Berichte ^.32(1971O, S.155-159; L.P.Wolff: "Volumenarme Nahtvorbereitung an dickwandigen Bauelementen", DVS-Berichte Nr.32(1972O , S.217-223).
Das Metall-Lichtbogen-Schweissverfahren unter Schutzgas ist stets mit dem Auftreten mehr oder weniger starken Verspritzens von Metallteilchen im Raum Lichtbogen/Schutzgas/Schmelzbad verbunden. Das Spritzen ist durch Lichtbogenart, Schutzgas und Schweissdrahtzusammensetzung sowie Grundwerkstoff in gewissen Grenzen beeinflussbar, jedoch nicht vollständig vermeidbar.· Die entstehenden Spritzer verunreinigen das Schweissdrahtzuführungsrohr, die Schutzgasdüse und die Werkstückflanken der Schweissnut. Ferner bilden die Oxydationsprodukte des Schmelzbades auf der SchweissraupenoberfIache fest haftende glasartige Schlackenbeläge, die sich nur schwer entfernen lassen
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und ein kontinuierliches Schweissen in mehreren Lagen ausschliessen. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, in Frage gestellt. Verunreinigte Drahtzuführungsorgane bedeuten schlechten Kontakt der Stromzuführung und ungleichmassigen Drahtvorschub. Mit Spritzern behaftete Schutzgasdüsen führen zu Wirbelbildung und Störung der Schutzgasatmosphäre im Bereich des Schmelzbades. Spritzer an den Werkstückflanken der Schweissnut verursachen Einschlüsse und mangelhafte Bindung zwischen Grundwerkstoff und Schweissgut. Schliesslieh führen Schlackenbeläge auf den Schweissraupen zu Einschlüssen zwischen den einzelnen Lagen. Mit diesem Verfahren können qualitativ hochwertige Schweissnähte nur unter fortwährendem Reinigen und Entfernen der Spritzer und Schlacken erzielt werden.
Beim Elektroschlacke-Schweissverfahren wird in bekannter Weise die durch den elektrischen Widerstand in einem leitenden Schlackenbad erzeugte Wärme zum Schmelzen der Grund- und Zusatzwerkstoffe ausgenutzt. Zur Einleitung dieses Vorgangs muss jedoch beim Schweissbeginn zunächst ein Lichtbogen gezogen und eine ausreichende Menge an Schlackenbildnern aufgeschmolzen und in den leitfähigen Zustand gebracht werden. Andererseits muss am Ende des Schweissvorganges das Schlackenbad über dem Schmelzbad durch künstliche Mittel aufrecht erhalten
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werden, um die Schweissnaht vollständig abzuschliessen. Der zeitliche Ablauf sowie die Geometrie dieser einleitenden und abschliessenden Vorgänge bedingt daher das Anbringen von Anlauf- und Auslaufblechen, die in Zonen verlegt werden müssen, die nach oder während des Schweissens mechanisch entfernt werden können. Dies stellt eine schwerwiegende Einschränkung dieses Verfahrens dar und bedingt vornehmlich bei Rundnähten aufwendige Nacharbeiten und Ausbesserungen mittels anderer Schweissverfahren. Jegliches Unterbrechen des Schweisgvorganges vervielfacht die vorerwähnten Schwierigkeiten, da jedesmal neu angefahren werden muss. Zudem ist ein vollständiges Aufschmelzen von Schlackenbildnern und Grundwerkstoff oft nicht möglich, was zu einer Qualitätsminderung der Schweissnaht führt. Das Elektroschlacke-Schweissverfahren arbeitet mit vergleichsweise niedrigen Aufwärm- und Abkühlungsgeschwindigkeiten des Schmelzgutes sowie der benachbarten wärmebeeinflussten Zonen des Grundwerkstoffes. Dies bewirkt verhältnismässig grobkörniges Gefüge im Bereich der Schweissnaht. Um die gegenüber dem Grundwerkstoff teilweise schlechteren mechanischen Eigenschaften zu beseitigen, ist ein nachträgliches Normalglühen oder Vergüten der fertig geschweissten Werkstücke notwendig. Besonders bei komplizierten Werkstücken führt dies zu Verzug, der mit teuren Richtarbeiten beseitigt werden muss.
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Von der Anwendungs- und Erzeugnisseite her betrachtet besteht das Bedürfnis nach Herstellung möglichst betriebssicherer Grossbauteile, die bei Ueberschreitung eines bestimmten Grenzvolumens vorteilhafterweise aus metallurgischen Gründen und bezüglich Werkstoffgüte aus kleineren Schmiede- bzw. Gussteilen zusammengeschweisst werden. Insbesondere ist der Wunsch vorhanden, voluminöse Rotationskörper des Grossmaschinenbaus aus einzelnen, der Materialprüfung besser zugänglichen, betriebsrisikosicheren, metallurgisch besser beherrschbaren Einzelteilen zusammenzusetzen und zu monolithischen Werkstücken zu verschweissen. Derartige Anwendungen erfordern Schweissnähte höchster Qualitätsgüte bei grösstmöglicher Wirtschaftlichkeit, um gegenüber anderen Herstellungsmethoden erfolgreich bestehen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein SchweiU-ssverfahren zur Erzeugung volumenarmer Nähte höchster Qualität sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, das bei hoher Wirtschaftlichkeit einschlussfreie, feinkörnige Verbindungen liefert, die nicht nachträglich normalisiert oder vergütet werden mü.ssen. Die Erfindung soll ferner die Herstellung hochbeanspruchter, komplizierter voluminöser Werkstücke aus Einzelteilen ermöglichen und insbesondere das Verbinden von Körpern gestatten, die nur auf einer Seite für den Schweiss-
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prozess zugänglich sind. Das nach dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren erhaltene Erzeugnis soll gegenüber nach anderen Methoden hergestellten Bauteilen eine Verbesserung und Verbilligung des Endproduktes ergeben sowie die Auswahl geeigneter Werkstoffe und .Werkstoffkombinationen auf eine breitere Grundlage stellen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die zu.verbindenden und einen Engspalt bildenden Werkstückteile zunächst an ihrer Stossfuge durch eine mittels Elektronenstrahl-, Plasma^Laserstrahl- oder Argonarc-Schweissverfahren erzeugte Grundnaht mit oder ohne Zusatzwerkstoff verschweisst werden und dass hierauf die durch den Engspalt gebildeten Werkstückflanken durch abwechselnd sich an die eine und an die andere Flanke anlegende Schweissraupen nach dem Unterpulverschweissverfahren verbunden werden.
Erfindungsgemäss ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, ,bestehend aus Mitteln zum Nachschub und zur Führung des Schweissdrahtes sowie zur Zuführung des Schweisspulvers dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeug eine quer zur Vorschubrichtung um den Winkel °C schwenkbare und fest einstellbare Drahtzuführungszange vorgesehen ist, die aus einem mit in Längsachse verlaufender Führungsrille versehenem Ausleger aus einem Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht, in welchem über zwei Laschen ein frei drehbarer Hebelarm mit
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schwenkbarem und ebenfalls mit einer Führungsrille versehenen Gleitschuh gelagert ist, wobei der Schweissdraht über ein zwischen Ausleger und Hebelarm angebrachtes Leitrohr der Kontaktstelle zugeführt und mittels einer über Hebelarm und Gleitschuh wirkenden, mittels einer Schraube einstellbaren Feder in die Führungsrille des Auslegers gepresst wird, dass ferner der Ausleger und der Hebelarm mittels einer Griffschraube und einer Spannplatte an einem in seiner Längsachse durchbohrten Tragbolzen befestigt und durch Stifte gesichert sind.
Der für das erfindungsgemässe Verfahren massgebende Leitgedanke besteht darin, die zu verbindenden Werkstückteile an ihren Stirnseiten mechanisch so zu bearbeiten, dass beim Zusammenschieben auf der nicht zugänglichen Seite zwei sich berührende, die Geometrie festlegende Stossflächen vorliegen, die von aussen her nach einem der vorstehend genannten Verfahren mittels einer Grundnaht verbunden werden. Zur Ausfü.hrung dieser ersten Verbindung eignen sich insbesondere Elektronenstrahl-, Plasma-,Laserstrahl- oder Argonarc-Schweissverfahren mit oder ohne Zusatzwerkstoff. Anschliessend wird der durch die Werkstückflanken gebildete Engspalt durch eine Mehrlagenschweissung nach dem Unterpulverschweissverfahren geschlossen. Dabei brennt der Lichtbogen stabilisiert und spritzerfrei unter einer Pulverschicht, die gleichzeitig den
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Schutz gegen schädliche Atmosphäre und die Desoxydation sowie die Schlackenbildung für den einwandfreien metallurgischen Ablauf des Prozesses übernimmt. Das erfindungsgemässe Verfahren wird in besonders vorteilhafter Weise bei der Fertigung grosser Rotorkörper für den Maschinenbau angewendet, wobei die Schweissung nur von einer Seite her erfolgen kann (kein wurzelseitiges Nachschweissen möglich).
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemässen Verfahrens, der Vorrichtung sowie dessen Anwendung und der danach gefertigten Erzeugnisse ergeben sich aus den durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch die zu verbindenden Werkstückteile im Bereich der Schweissnaht,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus der Schweissvorrichtung und des Ablaufs des Schweissvorganges,
Fig. 3al Auf- und Seitenriss des der Schweissnaht zugewandten 3bJ (unteren) Teils der Draht zuf ührungs zange,
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Fig. i»a
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Auf- und Seitenriss sowie einen Schnitt des der Schweissnaht abgewandten (oberen) Teils der Drahtzuführungszange,
Fig. 5 den Hochdruckrotor einer Dampfturbine, Fig. 6 den Niederdruckrotor einer Dampfturbine, Fig. 7 den Rotor eines Turbogenerators.
In Fig. 1 ist der Querschnitt durch die zu verbindenden Werkstückteile im Bereich der Schweissnaht schematisch dargestellt. Die Werkstückteile und ihre diesbezüglichen, einander gegenüberstehenden, zu verschweissenden Flanken sind mit 1 und 2 bzw. mit la und 2a bezeichnet. Auf der der Schweissung nicht zugänglichen Seite (beispielsweise Innenseite von Hohlkörpern) stossen die Werkstückteile 1 und 2 stirnseitig aneinander, wobei ihre bearbeiteten Berührungsflächen zur Ausrichtung dienen und die Form des fertigen Werkstückes festlegen. An dieser durch das Tiefenmass "t" bestimmten Berührungsfläche werden die Werkstückteile 1 und 2 durch eine Grundnaht 3 nach dem Elektronenstrahl-, Plasma-, Laserstrahl- oder Argonarc-Schweissverfahren verbunden. Der durch die Werkstückflanken la und 2a gebildete Engspalt 4 der Breite "b" wird hierauf nach dem Unter-
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pulverschweissverfahren derart geschlossen, dass Schweissraupen 7 gelegt werden, die sich abwechselnd an die Werkstückflanke la bzw. 2a anlegen und sich jeweils im mittleren Drittel des Engspaltes 4 überlappen. Durch die jeweilige Achsenlage 5 bzw. 6 des Schweissdrahtes 8 (Fig. 2 und 3b) mit dem Schwenkbereich eC wird dafür gesorgt, dass gleichzeitig nur je eine der Werkstückflanken (la oder 2a) während des Schweissvorganges aufgeschmolzen wird. Dadurch wird ein vorteilhaftes Gefüge erzielt und die Spannungen beim Abkühlen in erträglichen Grenzen gehalten. Je nach Anteil der Legierungselemente des Grundwerkstoffs werden die Werkstückteile 1 und 2 in geeigneter Weise auf 2000C bis 35O°C vorgewärmt, wobei bekannte Formeln (z.B. nach Dearden und O'Neill) zur Anwendung kommen.
Die Breite "b" des Engspaltes Il wird vorzugsweise gleich dem Jj-fachen Durchmesser "d" des Schweissdrahtes 8 (Fig. 2 und 3a) gewählt. Durch die schwenkbare Lagerung der Drahtzuführungszange 9 (Fig. 2) genau in der Mitte des Engspaltes 4 und die entsprechende Fixierung der Achsenlagen 5 bzw. 6 hat der Lichtbogen 1*J (Fig. 2) immer einen für den jeweiligen Anwendungsfall konstanten, frei wählbaren Abstand von den Werkstückflanken la bzw. 2a. Dadurch wird die Menge des an der jeweiligen Flanke la oder 2a aufgeschmolzenen Grundwerkstoffs sowie die Zusammensetzung des Schmelzgutes über den gesamten Nahtquer-
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schnitt konstant gehalten. Der Effekt der inneren Vergütung bei Mehrlagenschweissung wird durch diese Arbeitsweise optimal ausgenutzt, sodass weder im Schmelzgut noch in den benachbarten Wärmeeinflusszonen grobkörniges Primärgefüge erhalten bleibt bzw. entsteht.
Die Stromdichte beträgt vorzugsweise 50A/mm bezogen auf den Querschnitt des Schweissdrahtes 8 (Fig. 2 und 3b). Die entsprechende Streckenenergie gemessen in kJ pro cm zurückgelegten Weges in Richtung der Schweissgeschwindigkeit' beträgt dabei vorzugsweise 8,5 kJ/cm für einen Drahtdurchmesser von 2,5 mm, 12,5 kJ/cm für einen solchen von 3jO mm und 22,0 kJ für einen von 4,0 mm.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus der Schweissvorrichtung und dee Ablaufs des Schweissvorganges. Das aus einem Vorratsbehälter stammende Schweisspulver 11 wird über das, einen schmalen Querschnitt aufweisende Pulverzuführungsrohr 12 auf den Grund des durch Werkstückteil 1 und 2 gebildeten Engspaltes geleitet. Der von,der Drahtvorratsrolle 10 stammende Schweissdraht 8 wird der Schweissstelle über die schmale Drahtzuführungszange 9 zugeführt. Zwischen Schv/eissdraht 8 und Werkstück 1/2 wird unter der Pulverschicht im Engspaltgrund der verdeckte Lichtbogen I1J gebildet. Zufolge der Drehung des Werkstückes 1/2 und des der Drehge-
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schwindigkeit proportionalen Vorschubes des Schweiss^drahtes bildet sich die Schweissraupe 7 aus, die von der Schlackenraupe 15 überdeckt ist, welche das Schweissgut vor Oxydation und Gasaufnahme aus der Atmosphäre schützt. Das überschüssige Schweisspulver 11 wird durch das Pulverabsaugrohr 13 pneuma-
tisch abgesaugt und in bekannter Weise in den Prozess zurückgeführt. Der Schweissvorgang wird so geführt, dass nach erfolgter Erstarrung und Abkühlung die Schlackenraupe 15 sich von selbst von der Schweissraupe löst, zufolge ihrer Sprödigkeit in einzelne Stücke zerbricht und selbsttätig vom Werkstück 1/2 abfällt. Irgendwelche Nacharbeiten zur Reinigung der Schweissraupe 7 sind nicht erforderlich. Der Uebergang von der Achsenlage I zur Achsenlage II des Schweissdrahtes (5 bzw. 6 in Fig. 1) und umgekehrt wird nach Erreichen einer vollen Umdrehung des Werkstückes 1/2 jeweils am Umfang um einige cm versetzt angeordnet. Dadurch wird vermieden, dass alle Uebergänge in derselben Radialebene liegen, wodurch die Anhäufung geringfügiger Gefügeunregelmässigkeiten vermieden wird.
In Fig. 3a,3b und Fjg. 4a-4c sind der Aufriss, der Seitenriss und ein Schnitt der Drahtzuführungszange 9 (Fig. 2) dargestellt. Dabei zeigt Fjg.3a,3bden unteren, der Schweissnaht zugewandten Teil der Zange, während Fig. %-cden der Schweissnaht abgewandten
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Teil, der in geeigneter Weise an der hier nicht gezeichneten, dem Drahtnachschub dienenden Apparatur der Schweissmaschine ' befestigt ist, darstellt. Die Drahtzuführungszange 9 besteht aus einem'Ausleger 16, welcher an seinem unteren, der Schweissnaht zugewandten Ende eine Führungsrille 19 mit kreisförmiger Ausrundung gleichen Durchmessers wie der Schweissdraht 8 aufweist. Im mittleren Teil des Auslegers 16 sind an diesem Laschen21 befestigt, die den drehbar gelagerten Hebelarm 17 tragen an welchem am unteren Ende seinerseits der mit einer Führungsrille 20 analog derjenigen (19) des Auslegers 16 versehene Gleitschuh 18 drehbar gelagert befestigt ist. Um die Dimension "b" des Engspaltes 4 (Fig. 1) möglichst klein halten zu können sind der untere Teil des Auslegers 16 und der Gleitschuh 18 in einer axialen Breite (bezüglich Längsachse des Werkstückes 1/2) ausgeführt, die die Dicke "d" des Schweiss· drahtes 8 nicht überschreitet. Die radialen Abmessungen des auf die axiale Breite "d" abgesetzten Teils des Auslegers 16 und des Gleitschuhs 18 (Masse "L" bzw. "1") werden in vorteilhafter Weise so gehalten dass gilt:
L >10 d
1 >:5 d
Der Gleitschuh 18 wird über den Hebelarm 17 mittels Feder 23, deren Spannung durch die Stellschraube 29 den Betriebsverhält-
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nissen angepasst werden kann, an den über das Leitrohr 22 zugeführten Schweissdraht 8 angepresst, so dass die Lage des letzteren eindeutig durch die Führungsrillen 19 und 20 festgelegt ist und für die Stromzuleitung ein einwandfreier Kontakt gewährleistet ist. Der Ausleger 16 ist mittels Stifte 28 und Griffschraube 2k über die Spannplatte 25 an der Tragplatte 26 festgeklemmt, die ihrerseits wieder am durchbohrten Tragbolzen 27 befestigt ist. Der obere Teil des Hebelarms 17 kann sich in dem von Spannplatte 25 und Tragplatte 26 begrenzten inneren Raum frei bewegen. Die Stromzuführung erfolgt über den Ausleger 16 und die Führungsrille 19. Der Ausleger 16 wird an seinem unteren, der Schweissnaht zugewandten Ende vorteilhafterweise mit einem als Kühlfahne ausgebildeten Nocken 30 versehen, welcher gegenüber der Tiefe der Führungsrille 19 zurückversetzt ist, um jeglichen Kontakt mit dem Schweissdraht 8 zu vermeiden. Der Nocken 30 schützt den Ausleger 16 vor Ueberhitzung und verhindert das Abtropfen flüssigen Auslegerwerkstoffs in das Schweissbad im Falle des Ueberschlagens des Lichtbogens auf die Kontaktstelle (Führungsrille 19) zufolge Störung des SchweissdrahtvorSchubes. Aus Gründen elektrischer Leitfähigkeit kann der Ausleger 16 in Kupfer ausgeführt werden. In besonders vorteilhafter Weise besteht der Ausleger 16 aus nicht magnetisierbarem Stahl U-förmigen Querschnitts, wobei zwecks Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Raum zwischen
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den Schenkeln des U-förmigen Profils vorzugsweise mit einer Kupferleiste ausgefüllt ist. Die aussenliegenden Teile der Drahtzuführungszange 9 (Fig. 2) sind vorzugsweise mit einer temperaturbeständigen Isolierung versehen, wobei in besonders vorteilhafter Weise Oxydkeramik zur Anwendung kommt.
Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 zeigen Anwendungsbeispiele für das anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebene Schweissverfahren bzw. die zu dessen Durchführung benutzten Vorrichtung. Alle Beispiele beziehen sich auf das Verbinden von rotationssymmetrischen Körpern des Grossmaschinenbaus. Es versteht sich von selbst, dass das'erfindungsgemässe Verfahren und die vorstehend erläuterte Vorrichtung auch auf Körper anderer geometrischen Formen anwendbar sind. Insbesondere lässt sich das Verfahren auf dickwandige Metallteile anwenden, die nur von einer Seite zugänglich sind und daher nicht wurzelseitig nachgeschweisst werden können. Darunter fallen Platten, Bleche, Rohre, Scheiben, Hohlzylinder aus niedrig wie hochlegierten metallischen Werkstoffen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet stellt die Fertigung von Rotorkörpern energieumwandelnder Maschinen dar, die aus einzelnen Rotationskörpern mit Hohlräumen oder stirnseitigen Eindrehungen aufgebaut sind. Eine vorzugsweise Ausführung geht dabei von scheiben- und hohlzylinderförmigen Schmiedestücken aus, die zum Bau von Rotoren für Dampf- und Gasturbinen, für Verdichter sowie für Turbogenera-
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toren Verwendung finden. Besonders geeignete, zu verbindende Werkstückteile stellen Scheiben gleicher Festigkeit oder gleicher Dicke dar.
Fig. 5 zeigt einen Hochdruckrotor einer II60 MW-Dampfturbine von 9000 mm Länge und einem Gewicht von 75000 kp. Der mittlere Teil des Rotors ist aus Scheiben gleicher Dicke 31, die am äusseren Umfang auf beiden Seiten einen stirnseitigen Wulst tragen (auch als Scheiben mit stirnseitigen Eindrehungen aufzufassen), zusammengesetzt. Als axialen Abschluss dienen die in je einen Wellenstummel 32 übergehenden Schmiedestücke.
In Fig. 6 ist in analoger Weise ein aus Scheiben gleicher Festigkeit und entsprechenden Wellenstummeln aufgebauter Niederdruckrotor einer 320 MW-Dampfturbine von 5500 mm Länge und einem Gewicht von ^8000kp dargestellt. Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 5.
Fig. 7 zeigt schliesslich den prinzipiellen Aufbau eines aus Trommeln (Hohlzylinder) 33 und Wellenstummeln 32 aufgebauten geschweissten Rotors für einen Turbogenerator.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe neue Vorrichtung wird das Verbinden von Metallteilen
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mittels volumenarmer Schweissnähte hoher Qualitätsanforderungen insbesondere für alle jene Anwendungsfälle ermöglicht, bei denen aus konstruktiven Gründen nicht wurzelseitig nachgeschweisst werden kann. Das Verfahren arbeitet mit hoher Wirtschaftlichkeit und liefert einschlussfreies, feinkörniges Gefüge an der Verbindungsstelle der Werkstücksteile, wobei sich eine nachträgliche Normalglühung oder Vergütung erübrigt.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1.) Verfahren zum Verbinden von Metallteilen mittels Liehtbogen-Schmelzschweissen durch eine volumenarme Schweissnaht (Engspaltschweissen), dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden und einen Engspalt (4) bildenden Werkstückteile
    (1, 2) zunächst an ihrer Stossfuge durch eine mittels Elektronenstrahl-, Plasma-, Laserstrahl- oder Argonarc-Schweissverfahren erzeugte Grundnaht (3) mit oder ohne Zusatzwerkstoff verschweisst werden, und dass hierauf die durch den
    Engspalt (4) gebildeten Werkstückflanken (la, 2a) durch abwechselnd sich an die eine und an die andere Flanke anlegende Schweissraupen (7) nach dem Unterpulverschweissverfahren verbunden werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    jede Schweissraupe (7) der Unterpulverschweissung so gelegt wird, dass sie die darunterliegende im mittleren
    Drittel des Engspaltes (1O überlappt und jeweils nur eine
    der Werkstückflanken (la, 2a) zum Aufschmelzen bringt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Werkstückteile (1, 2) nur von einer Seite zugänglich sind und die gesamte Schweissung von dieser Seite
    aus durchgeführt wird.
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    4. Verfahren nach Anspruch 1 + 2, dadurch gekennzeichnet, dstss die Breite b des Engspaltes (4) gleich vier Mal dem Durchmesser des zur Verwendung kommenden Schweissdrahtes (8) beträgt.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdichte im Schweissdraht (8) während des Unterpulverschweissens 50 A/mm beträgt und dass die Schweissgeschwindigkeit so bemessen wird, dass die Streckenenergie bei einem Drahtdurchmesser von 2,5 mm 8,5 kJ/cm, bei einem Drahtdurchmesser von 3,0 mm 12,5 kJ/cm und bei einem Drahtdurchmesser von 4,0 mm 22,0 kJ/cm beträgt.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Werkstückteile (1, 2) in Abhängigkeit vom Anteil an Legierungselementen auf 200° C bis 350 C vorgewärmt werden.
    7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus Mitteln zum Nachschub und zur Führung des Schweissdrahtes sowie zur Zuführung des Schweisspulvers, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeug eine quer zur Vorschubrichtung um den Winkel c< schwenkbare und fest einstellbare Drahtzuführungszange (9) vorgesehen ist, die aus
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    einem mit in Längsachse verlaufender Führungsrille (19) versehenen Ausleger (16) aus einem Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht, in welchem über zwei Laschen (21) ein frei drehbarer Hebelarm (17) mit schwenkbarem und ebenfalls mit einer Führungsrille (20) versehenen Gleitschuh (18) gelagert ist, wobei der Schweissdraht (8) über ein zwischen Ausleger (l6) und Hebelarm (17) angebrachtes Leitröhr (22) der Kontaktstelle zugeführt und mittels einer über Hebelarm (17) und Gleitschuh (18) wirkenden, mittels einer Schraube (29) einstellbaren Feder (23) in die Führungsrille (19) des Auslegers (16) gepresst wird, dass ferner der Ausleger (16) und der Hebelarm (17) mittels einer Griffschraube (24) und einer Spannplatte (25) an einem in seiner Längsachse durchbohrten Tragbolzen (27) befestigt und durch Stifte (28) gesichert sind.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7S dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Auslegers (16) und des Gleitschuhs (18) im Bereich der Führungsrillen (19, 20) gleich der Dicke d des Schweissdrahtes (8) ist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe 1 des Gleitschuhs (18) mindestens fünffache Drahtdicke d und die Höhe L des auf eine Breite von d
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    abgesetzten Teils des Auslegers (l6) mindestens zehnfache Drahtdicke d beträgt.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 7S dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (l6) aus Kupfer besteht.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (l6) aus nicht magnetisierbarem Stahl U-förmigen Querschnitts besteht und zwecks Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Raum zwischen den Schenkeln des U-förmigen Profils mit einer Kupferleiste ausgefüllt ist.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 7S dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (l6) mit einem als Kühlfahne ausgebildeten, gegenüber der Tiefe der Führungsrille (19) zurückversetzten Nocken (30) versehen ist, der den Werkstoff des Auslegers (16) vor Ueberhitzung schützt und bei Ueberschlagen des Lichtbogens auf die Kontaktstelle zufolge Störung des Schweissdrahtvorschubes das Abtropfen flüssigen Auslegerwerkstoffs in das Schweissbad verhindert.
    13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 7-12, dadurch gekennzeichnet, dass Hebelarm (17), Gleitschuh (18), Laschen (21) und Nocken (30) aus nichtmagnetisierbarem Stahl hoher Festigkeit bestehen.
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    I1I. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 7-13, dadurch gekennzeichnet, dass die aussen liegenden Teile der Drahtzuführungszange (9) mit einer temperaturbeständigen Isolierung versehen sind.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturbeständige Isolierung aus Oxydkeramik besteht.
    16. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bei der Verbindung von dickwandigen Metallteilen, die nur von einer Seite zugänglich sind.
    17. Anwendung nach Anspruch 16 bei der Verbindung von Platten, Blechen, Rohren, Scheiben, Hohlzylindern aus niedrig- und hochlegierten metallischen Werkstoffen.
    18. Anwendung nach Anspruch 16 und 17 bei der Verbindung von Rotationskörpern mit Hohlräumen und Eindrehungen zu Rotorkörpern von energieumwandelnden Maschinen.
    19. Anwendung nach Anspruch 18 bei der Herstellung von Rotorkörpern für Dampf- und Gasturbinen und Turbogeneratoren ausgehend von hohlzylinderförmigen und/oder scheibenförmigen Schmiedestücken (31, 32, 33) mit stirnseitigen Eindrehungen.
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    20. Metallkörper, dessen Einzelteile gemäss Verfahren nach An-' spruch 1 miteinander verbunden sind.
    21. Metallkörper nach Anspruch 20, der aus miteinander verbundenen, einen Turbinenrotor bildenden, an ihren Stirnseiten je eine Eindrehung aufweisenden Scheiben (31, 32) besteht.
    22. Metallkörper nach Anspruch 20, der aus miteinander verbundenen, einen Generatorrotor bildenden, je eine Bohrung und eine stirnseitige Eindrehung aufweisenden zylindrischen Einzelteilen (32, 33) besteht.
    BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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