DE2738917A1 - Verfahren zur verbindung zweier metallteile grosser abmessungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vereinigung oder zur Verbindung zweier Metallteile großer Abmessungen längs zweier ebener vertikaler einander gegenüberliegender und durch einen Spalt getrennter Flächen. Bei der Vereinigung von Teilen großer Abmessungen ist die Umschmelzung unter elektrisch leitfähiger Schlacke im Inneren eines zwischen den zu verbindenden Teilen vorgesehenen und mit Schlacke gefüllten Raums, wobei plattenförmige Elektroden in den Raum hineinragen, ein bevorzugtes herkömmliches Schweißverfahren. Im Fall von Teilen sehr grußer Abmessungen ist dies das einzige verwendbare Verfahren, um eine widerstandsfähige und homogene Verbindungsstelle zu erreichen.

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Bei den herkömmlichen Verfahren ist die eine der Elektroden bildende mindestens eine Platte mit den Klemmen eines Wechselstromgenerators verbunden, beispielsweise mit der Sekundärwicklung eines Transformators, wobei die andere Klemme oder der andere Anschluß der Wechselstromquelle mit den zu verbindenden Teilen verbunden ist in elektrischem Kontakt mit dem umgeschmolzenen Metall, das sich zwischen den zu verbindenden beiden Teilen anlagert.

Der Stromdurchtritt erfolgt daher durch die Schlacke, in die die die Elektrode bildende mindestens eine Platte eintaucht, und durch das umgeschmolzene Metall. Der Stromdurchtritt oder Stromfluß in der elektrisch leitfähigen Schlacke erzeugt durch Joule-Effekt oder Stromwärme eine Erwärmung der Schlacke, was die Schmelzung des Bereichs der zu verbindenden Teile hervorruft, der mit der Schlacke in Berührung ist,, sowie des Endes der Elektrode, die in die Schlacke taucht,und den Niederschlag von Metalltröpfchen durch Schwerkraftwirkung nach Durchtritt der Flüssigkeitsschicht.

Bei einer derartigen Anordnung ist, da die Vereinigung von Teilen großer Breite auch Elektroden großer Breite erfordert, die Induktanz des Versorgungskreises der Elektrode sehr groß, was eine sehr komplizierte Betriebsweise mit erheblichen Verlusten zur Folge hat sowie eine Herabsetzung des Wirkungsgrades.

Deshalb wurde bereits eine davon unterschiedliche elektrische Anordnung angegeben, bei der die längs der Breite der zu vereinigenden Teile angeordneten Elektroden in zwei Gruppen aufgeteilt sind, wobei die Elektroden der ersten Gruppe mit einer Klemme des Wechselstromgenerators

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und die der anderen Gruppe mit der anderen Klemme verbunden sind, wobei das den Boden des Raums, in dem die Schlacke

bildende

angeordnet ist,/angelagerte Metall auf einem Zwischenpotential zwischen denen der beiden Generatorklemmen liegt. Bei dieser Anordnung werden sowohl massive feste Elektroden als auch vertikal bewegbare Elektroden viel schwächeren Querschnitts verwendet, um den Anstieg der Schlacke unter der Wirkung des Niederschlags des Metalls am Boden des Raums mit einer Geschwindigkeit sicherzustellen, die der Fusionsoder Schmelzgeschwindigkeit der massiven Elektroden entspricht .

Bei einer derartigen Anordnung führt die Tatsache, daß sowohl ortsfeste Elektroden als auch bewegbare Elektroden vorgesehen sind, zu einem Betrieb, bei dem die Regelung oder Steuerung der Vorwärtsbewegung der beweglichen Elektroden im Schlackenbad sehr kompliziert ist.

Bei einem anderen herkömmlichen Verfahren ist mindestens eine massive Elektrode, die die Breite des Zwischenraums oder Spalts zwischen den zu verbindenden Teilen einnimmt, mit einer Klemme eines Wechselstromgenerators verbunden, dessen andere Klemme mit den zu verbindenden Teilen verbunden ist, wobei die Gesamtanordnung der massiven Elektroden oder die einzige massive Elektrode beweglich gehalten ist gegenüber den zu verbindenden Teilen, wodurch die Steuerung der Bewegung der Elektroden einfacher ist.

Bei einem derartigen Verfahren sind Jedoch die elektrischen Verluste erheblich und ist andererseits die Eindringung der Schmelze in das zu verbindende Teil unregelmäßig. Diese Unregelmäßigkeit ist um so deutlicher wie die Breite der zu verbindenden Teile größer wird. Um die Regelmäßigkeit der Eindringung der 3chmelze in die zu verbindenden Teile

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zu verbessern, wurde vorgeschlagen, die mindestens eine Elektrodenplatte durch Einschnitte über deren gesamte Dicke zu trennen und die Dicke der Elemente, die durch die Schnitte begrenzt sind, zu erhöhen, die sich in der Mitte der zu vereinigenden Teile befinden gegenüber den anderen seitlich angeordneten Elementen.

Diese Elektrodenanordnung ermöglicht eine bessere Gleichmäßigkeit der Eindringung der Schmelze in das Innere der zu vereinigenden Teile, jedoch bleibt der Wirkungsgrad gering, wobei die Induktanz des Versorgungskreises der Elektroden sehr groß ist.

von
Wenn/der Zone der Eindringung der Umschmelze oder

Schmelze in die zu verbindenden Teile die Rede ist, so handelt es sich um die Zone der Teile, die an der Schmelze teilnehmen unter der Wirkung der Wärme, die in der Schlacke freigesetzt ist, wobei die Zusammensetzung des Werkstoffes, der diese geschmolzenen und anschließend verfestigten Zonen bildet, verschlechtert ist durch Legierungsbildung mit dem Metall, das die Elektrode bildet, wenn die Elektrode nicht die gleiche Zusammensetzung wie die zu verbindenden Teile besitzt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Vereinigung von Teilen großer Abmessungen anzugeben, das hohen Wirkungsgrad besitzt bezüglich des Verbrauchs elektrischer Energie unter Vermeidung eines großen Teils der Verluste im Elektroden-Kreis.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Vereinigung von Metallteilen großer Abmessungen längs zweier vertikaler einander gegenüberliegender und durch einen Spalt getrennter

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ebener Flächen durch Umschmelzung unter elektrisch leitfähiger Schlacke im Inneren eines durch die zu verbindenden Flächen, zwei vertikale Abschlußplatten und einen horizontalen Boden,auf dem das geschmolzene Metall angeordnet 1st, begrenzten Raumes wobei zwei plattenförmige Elektroden, die hintereinander in Breitenrichtung der Teile angeordnet sind, von oben in die den Raum füllende Schlacke eindringen und sich vertikal nach unten so verschieben, daß die Umschmelzung unter Wirkung des Stroms stattfindet, der zwischen den Elektroden und dem geschmolzenen Metall durch die Schlacke fließt, angegeben, bei dem eine Verschwele» sungszone gebildet wird, in der die Eindringung der Schmelze in das Basismetall regelmäßig ist, wobei die Eindringung praktisch über die gesamte Breite der zu verbindenden Teile praktisch identisch ist, was die Bildung von Löchern in Höhe der Verbindungszone der beiden Teile verhindert. Zur Lösung der Aufgabe wird jede der Elektroden mit einer Klemme einer Wechselstromquelle verbunden, werden die zu verbindenden Teile und das abgelagerte Metall auf ein Zwischenpotential zwischen dem der beiden Elektroden gebracht und werden Elektroden verwendet, die über ihre gesamte Breite Schlitze senkrecht zu den zu verbindenden Teilen besitzen, wobei mindestens eines der an jedem der Elektroden durch die Schnitte begrenzten Elemente, das im Zentralteil des Zwischenraums oder Spalts in Breitenrichtung der Teile Angeordnet ist, eine Dicke besitzt, die größer als die der anderen Elemente ist.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt in Höhe des Spalts zwischen den Teilen eine Anordnung zur Vereini-

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gung massiver Teile,

Fig. 2 den Schnitt A-A in Fig. I zur Darstellung der horizontalen Lage der Teile,

Fig. 3 im Schnitt die Schweißzone, die bei der Verbindung zweier Teile großer Abmessungen erhalten wird mittels eines eine Elektrode ohne Schnitte und ohne Querschnittsverstärkung verwendenden Verfahrens,

Fig. 4 die Schweißzone zweier mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinigter Teile großer Abmessungen.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei zu vereinigende Teile 1, 2 dargestellt, deren zu verbindende vertikale Flächen 19, 20 einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei sie zwischen sich einen Zwischenraum oder Spalt bilden. Die vertikalen Flächen des Spalts längs der Seitenflächen der zu vereinigenden Teile 1, 2 sind durch Verschlußplatten 5, 6 verschlossen, die in dichter Weise an den Seitenflächen der zu vereinigenden Teile 1, 2 vorgesehen sind. Die beiden Teile 1, 2 ruhen andererseits auf einer gemeinsamen Basisplatte, die den Spalt zwischen den beiden Teilen 1,2 nach unten verschließt, wobei die Basisplatte aus Leiterwerkstoff besteht. Die Verschlußplatten 5» 6 des Spalts sind gekühlt und bilden mit den zu verbindenden Teilen 1, 2 die Wände, die einen Raum begrenzen, in dessen Inneres zu Beginn des Betriebs die Schlacke eingeschüttet oder eingefüllt wird. Dann werden in die Schlacke zwei Elektroden 3, k eingetaucht, die vertikal bewegbar sind und die mit den Klemmen einer Wechselstromquelle 15 verbunden sind, beispielsweise der Sekundärwicklung eines Transformators. Der Mittelabgriff des Transformators ist mit der Basis-

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platte verbunden, auf der das am Betriebsbeginn geschmolzene Metall ruht oder lagert. Die beiden Teile 1, 2 können auch einander berührend angeordnet sein, um den Durchtritt der Schlacke zu einer nicht leitfähigen Platte zu verhindern, wobei der Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Transformators der Stromversorgung 15 mit den zu verbindenden Teilen 1, 2 verbunden ist.

Auf diese Weise durchfließt, wenn die Wechselstromquelle 15 nach dem Eintauchen der Elektroden }, 4 in die Schlacke versorgt wird, ein Strom großer Intensität oder hoher Stromstärke die elektrisch leitfähige Schlacke zwischen den Elektroden 3 und 4 und der Basisplatte und dann im Laufe des Betriebs das auf der Platte oder den Elektroden 3» 4 oder den zu verbindenden Teilen 1, 2 angelagerte Metall. Die Erhitzung der Schlacke infolge des Stromdurchtritts erzeugt ein Schmelzen der Enden der Elektroden 3, 4 und der zu verbindenden Teile I, 2 nahe den vertikalen Flächen 19, 20, längs denen die Verbindung der Teile 1, 2 erfolgt. Das geschmolzene oder umgeschmolzene Metall, das von den Elektroden 3# 4 kommt, lagert sich an der Platte und dann an der bereits abgelagerten Metallschicht nieder und kühlt sich ab im Laufe des Fortschritts der Umschmelzung.

Da der Horizontalquerschnitt der Elektroden 3, 4 kleiner als der Horizontalquerschnitt des Raums ist, in dessen Innerem das geschmolzene Metall abgelagert wird, müssen die Elektroden 3, 4 mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit abgesenkt werden, die im vorhinein bestimmbar ist, in das Innere des Raums während des Schmelzens, weil der Pegel der Schlacke weniger schnell ansteigt in dem Raum als die Abnutzung der Elektroden 3» 4 durch Schmelzung fortschreitet.

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Es ist erkennbar, daß die Elektroden 3, 4 zwei Einschnitte über ihre gesamte Dicke in Richtung senkrecht zu den Flächen 19, 20 der zu vereinigenden Teile 1,2 besitzen und daß die Elemente 10, 11 einerseits und 7, 8 andererseits eine Dicke in Richtung senkrecht zu den zu verbindenden Flächen 19, 20 besitzen, die kleiner ist als die Dicke der Elemente 9 bzw. 12, die am Zentralteil vorgesehen sind in der Breitenrichtung der zu vereinigenden Teile 1, 2.

Diese Anordnung im Fall von Teilen großer Breite ermöglicht eine Kompensation des schädlichen Effekts der Unregelmäßigkeit des Fortschritts der Schmelzung nahe der vertikalen Flächen 19, 20 der zu vereinigenden Teile 1, 2, wodurch Fehler vermeidbar sind, die einer Schweißzone eigen sind, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, die zwei mittels eines Verfahrens mit massiver Elektrode vereinigte Teile darstellt, wobei die Eindringung in das Basismetall praktisch Null ist in der Mitte der Schweißverbindung und andererseits sehr stark ist an den Enden. In diesem Fall kann eine Lochbildung auftreten in Höhe der Schweißverbindung, was zweifellos fatal und nachteilig für die mechanische Haltbarkeit der Verbindung ist.

Im Gegensatz dazu ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, eine regelmäßige Eindringung über die gesamte Breite der Schweißverbindung zu erreichen, wie das in Fig. 4 dargestellt ist, was eine sehr gute mechanische Haltbarkeit der Verbindung und eine sehr große Homogenität des Metalls in Höhe der Schweißverbindung zur Folge hat.

Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung gemäß der Erfindung_;die Verbindung durch Schmelzung unter Schlacke mit

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plattenförmigen Elektroden zu erreichen bei Teilen großer Breite, ohne dabei große elektrische Verluste im Versorgungskreis der Elektroden zu haben.

Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung gemäß der Erfindung eine steuerung der Geschwindigkeit des Anstiegs des Flüssigkeitsbads, wobei die Anordnung der beiden Elektroden vollständig symmetrisch ist und die Gesaratanordnung der Elektroden bewegbar ist.

Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen möglich, beispielsweise müssen nicht zwei Schnitte vorgesehen sein, die an jeder der Elektroden drei Elemente unterschiedlicher Dicke begrenzen, wobei eines der Elemente eine Dicke hat, die größer als die Dicke der beiden anderen Elemente ist, sondern es können auch,entsprechend der Breite der zu vereinigenden Teile und der zu korrigierenden Unregelmäßigkeiten des Profils der Eindringung, Elektrodenformen vorgesehen sein, die eine größere Anzahl von Schnitten und Elemente unterschiedlicher Dicke aufweiseT!,entsprechend der Breite der zu vereinigenden Teile, die unterschiedlich ist gegenüber den erläuterten Formen.

Die Erfindung ist insbesondere auf die Vereinigung sehr großer, insbesondere sehr dicke Teile anwendbar, vor allem für die Rohteile bei der Herstellung von Achsen und Turbinenrotoren.

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Claims (1)

1. Ansprüche

   .j Verfahren zur Vereinigung zweier Metallteile großer Abmessungen gemäß zweier vertikaler einander gegenüberliegender und durch einen Spalt getrennter ebener Flächen durch Umschmelzung unter elektrisch leitfähiger Schlacke im Inneren eines Raums, der durch die zu verbindenden Flächen, zwei vertikale Verschlußplatten und einen horizontalen Boden gebildet ist, auf dem das geschmolzene Metall bei Betriebsbeginn angelagert wird, wobei zwei plattenförmige Elektroden seitlich nebeneinander angeordnet sind längs der Breite der zu vereinigenden Teile, die in die Schlacke eintauchen, die den Raum füllt und die sich vertikal nach unten verschieben, wobei sie parallel zu den zu verbindenden Teilen bleiben, damit die Umschmelzung unter Wirkung eines elektrischen Stroms stattfindet, der zwischen den Elektroden und dem geschmolzenen Metall durch die Schlacke fließt,

   dadurch gekennze lehnet,

   daß jede der Elektroden (3, 4) mit einer Klemme einer Wechselstromquelle (15) verbunden wird,

   daß die zu verbindenden Teile (1, 2) und das abgelagerte Metall auf einem Zwischenpotential gehalten werden, das zwischen denen der beiden Elektroden (3, 4) liegt, und

   daß Elektroden verwendet werden, die Schnitte über ihre gesamte Dicke in Richtung senkrecht zu den zu verbindenden Flächen (19, 20) besitzen, wobei mindestens eines der an jeder der Elektroden O, 4) durch die Schnitte begrenzten Elemente (8 oder 11), das im Zentralbereich des Spaltes in

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   ORIGINAL INSPECTED

   -μ.

   Richtung der Breite der zu verbindenden Teile (1, 2) angeordnet sind, eine Dicke besitzt, die größer als die der anderen Elemente (7, 9 bzw. 10. 12) ist.

   ?. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der Elektroden (3, 4) zwei Schnitte vorgesehen sind, die drei Elemente (7, 8, 9 bzw. 10, U, 12) begrenzen, und daß das während der Umschmelzung im Zentralbereich der zu vereinigenden Teile in Breitenrichtung an jeder der Elektroden (3, 4) vorgesehene Element (9, 12) eine Dicke besitzt, die größer als die Dicke der beiden anderen Elemente (7, 8 bzw. 10, 11) in Richtung senkrecht zu den zu verbindenden Flächen (19, 20) ist.

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