DE2751000A1 - Verfahren und duesenanordnung zum herstellen von giesschweissverbindungen - Google Patents

Verfahren und duesenanordnung zum herstellen von giesschweissverbindungen

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DE2751000A1
DE2751000A1 DE19772751000 DE2751000A DE2751000A1 DE 2751000 A1 DE2751000 A1 DE 2751000A1 DE 19772751000 DE19772751000 DE 19772751000 DE 2751000 A DE2751000 A DE 2751000A DE 2751000 A1 DE2751000 A1 DE 2751000A1
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Gerhard Einan
Arne Gruben
Erling Klungseth
Ingar Magnussen
Olav O Moen
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Ardal og Sunndal Verk AS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K28/00Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

  • Verfahren und Düsenanordnung
  • zum Herstellen von Gießschweißverbindungen 3ESCHRE IBUNG Die Erfindung betrifft ein Gießschweißveriahren (teem-welding) zum Verbinden von Metallen, insbesondere von Leichtmetallen wie Aluminium und Aluminiumlegierungen, sowie eine Düsenanordnung zum Gebrauch bei der Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Auf bestimmten Gebieten der Industrie, z.B. beim elektrolytischen Erschielzen von Aluminium, stellt das Verschweißen von Werkstücken mit relativ großen Abmessungen einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Von besonderem Interesse ist dabei die Herstellung von Verbindungen zwischen Verteilerschienen, Kabeln und flexiblen elektrischen Leitern mit großem Querschnitt zum Zuführen der starken Ströme, mit denen beim elektrolytischen Erschmelzen von Metallen gearbeitet wird.
  • Ein bis jetzt allgemein gebräuchliches Verfahren zum Gießschweißen ist das bekannte Durchflußverfahren, bei dem das geschmolzene Metall, das zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird, veranlaßt wird, so lange durch die Gießform zu strömen, daß bei dem Werkstück bzw. den Werkstücken die gewünschte Schmelzwirkung erzielt wird. Bei diesem Veriahren wird eine Metallmenge benötigt, die erheblich größer ist als die für die eigentliche Schweißverbindung erforderliche.
  • Dieses Verfahren ist daher in der Praxis arbeitsaufwendig, und es ergeben sich hohe Kosten, da eine große Metallmenge geschmolzen und gehandhabt werden muß, wobei zu dieser Handhabung auch der Transport vor und nach der Herstellung einer Gießschweißverbindung gehört. Trotzdem wird das Durchflußverfahren in großem Umfang in den eingangs genannten Fällen zur Herstellung von Gießschweißverbindungen angewendet.
  • Ein weiteres bekanntes Verfahren, das ebenfalls zu nennen ist, ist das sogenannte Thermit-Schweißverfahren. Hierbei handelt es sich um ein exothermisches Schweißverfahren, das auf der Tatsache beruht, daß das Metall mit Hilfe der Reaktionswärme zum Schmelzen gebracht wird, die bei der Zündung eines speziellen Schweißpulvergemisches entwickelt wird.
  • Hierbei entsteht eine stark überhitzte Schmelze, die in die Gießform eingeleitet wird, welche gewöhnlich aus Graphit besteht und die Enden der miteinander zu verbindenden Werkstücke umschließt. Dieses Verfahren wird z.B. zum Verbinden von Eisenbahnschienen und dergl. eingesetzt, doch ist es wegen der Verwendung des speziellen Pulvergemisches ziemlich kostspielig.
  • Die Nachteile der vorstehend genannten und weiterer bekannter Gießschweißverfahren werden durch die Erfindung dadurch vermieden, daß das Metall beim Einleiten in die Gießform veranlaßt wird, einen oder mehrere Strahlen zu bilden, die möglichst im rechten Winkel auf die zu schmelzenden Flächen des Werkstücks bzw. der Werkstücke gerichtet und darauf konzentriert werden, sowie dadurch, daß eine Gießform benutzt wird, die einen solchen Rauminhalt hat und bei der das bzw. jedes Werkstück so angeordnet ist, daß das gewünschte Anschmelzen des bzw. jedes Werkstücks mit Hilfe derjenigen Metallmenge erreicht wird, welche sich im Verlauf des Gießvorgangs in der Form sammelt, bis die Form gefüllt ist.
  • Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es somit, einen Gießschweißvorgang ohne Verwendung einer großen Menge an überschüssigem geschmolzenem Metall durchzuführen, denn die für das fertige Erzeugnis benötigte Metallmenge genügt im wesentlichen, um das erforderliche Anschmelzen des bzw. jedes Werkstücks zu erreichen. Praktische Versuche haben gezeigt, daß sich diese Wirkung ohne die sehr hohe Uberhitzung des geschmolzenen Metalls erreichen läßt, die z.B. beim Thermit-Schweißverfahren erforderlich ist.
  • Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine schlagartige örtliche Erhitzung des Werkstücks dadurch herbeigeführt wird, daß ein Metallstrahl mit einer ausreichenden Ubertemperatur in gerader Richtung auf die betreffenden, gegebenenfalls vorgereinigten Flächen der Werkstücke geleitet wird, so daß im Verlauf einer sehr kurzen Zeit ein örtliches Anschmelzen dort erfolgt, wo der Metallstrahl auf das Werkstück auftrifft.
  • Wie erwähnt, wird nahezu die gesamte Menge des zugeführten geschnolzenen Metalls verwertet, und das Metall kann in einer Gießform in eine solche Gestalt gebracht werden, daß z.B. Verbindungsstellen zwischen Anschlußteilen oder dergl.
  • entstehen; alternativ kann das Metall dazu dienen, eine Lücke zwischen zwei benachbarten Schienenenden oder den Enden von Platten auszufüllen, die miteinander verbunden werden sollen.
  • Als zweckmäßige Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Düsenanordnung benutzt, zu der gemäß der Erfindung ein Fulltrichter gehört, der geeignet ist, mindestens einen Teil der gesamten Metallmenge auizunehmen, welche in die Gießform eingeleitet werden soll; ierner sind ein oder mehrere nach unten gerichtete Rohre vorhanden, die sich an den unteren Teil des Fulltrichters anschließen und jeweils mit einer oder mehreren Düsen versehen sind, von denen jede einen Metallstrahl auf das bzw. jedes Werkstück richtet, wobei die nach unten ragenden Rohre zusammen mit dem Fülltrichter so bemessen sind, daß das Metall während des Einleitens in die Gießform das erforderliche Gefälle erhält, und wobei die Rohre mit den Düsen aus Materialien bestehen, die es ermöglichen, sie mit dem geschmolzenen Metall zu überfluten, das sich während des Gießvorgangs in der Form sammelt.
  • Zwar dürfte der Gedanke der Benutzung einer Düsenanordnung, die in der Gießform teilweise von dem geschmolzenen Metall überflutet wird, jedem Fachmann auf dem Gebiet des Gießereiwesens als fremdartig erscheinen, doch ergeben sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens überraschende Vorteile.
  • Im Vergleich zu dem beschriebenen Durchrlußveritahren bietet die Erfindung eine Vereinfachung und eine Ersparnis dadurch, daß nicht mit die Gießform durchströmendem geschmolzenem Metall gearbeitet wird. Weitere Vorteile ergeben sich daraus, daß es möglich ist, auf ein Vorwärmen des Grundmaterials des bzw. jedes Werkstücks zu verzichten. Schließlich erweist es sich als vorteilhaft, daß die Ubertemperatur, auf die das geschmolzene Metall gebracht werden muß, in der Praxis in Metallgießereien, insbesondere Aluminiumgießereien, im Bereich von 700 bis 9000C bereits zur Verfügung steht.
  • Diese Übertemperatur liegt bei Aluminium um etwa 50 bis 200 C höher als der Schmelzpunkt. Dagegen sind zu hohe Ubertemperaturen unerwünscht, denn es besteht lediglich die Absicht, das Metall des Werkstücks unmittelbar hinter dem Oxidfilm zu schmelzen, der zur Oberfläche des geschmolzenen Metalls aufschwimmt. Hierbei ist es nicht erforderlich, Schienen und dergl. aus Aluminium vor dem Schweißen zu reinigen; hierin besteht eine überraschende Tatsache, die zur Verringerung der Kosten beiträgt.
  • In der Praxis brauchen daher die zu verschweißenden Flächen nur mit einem entsprechenden Lösungsmittel behandelt zu werden, um vorhandenes Fett zu beseitigen, und die Temperatur des geschmolzenen Metalls kann sehr niedrig gehalten werden, insbesondere dann, wenn die zu verschveißenden Flächen der Werkstücke in einem gewissen Ausmaß vorgewärmt werden. Im letzteren Fall bildet die Summe der Temperatur des geschmolzenen Metalls und der Vorwäritemperatur der zu verschweißenden Flächen den maßgebenden Parameter, und diese Summe der beiden Temperaturen soll bei reinem Aluminium nicht niedriger sein als 95O0C.
  • Die Anwendung des erfindungsgeaäßen Gießschweißverfahrens führt zur Entstehung einer charakteristischen Übergangszone zwischen dem Material der Werkstücke und dem Metall, das die gegossene Verbindungsstelle bildet. Hierin unterscheidet sich das Verfahren nach der Erfindung erheblich von den bis jetzt bekannten Schweißverfahren.
  • Die Benutzung einer Düsenanordnung in Verbindung mit einem Fülltrichter und langgestreckten, nach unten verlaufenden Rohren ermöglicht die Lösung anspruchsvollerer Gießschweißaufgaben, bei denen es darauf ankommt, den Wärmeenergiegehalt der verfügbaren Menge des geschmolzenen Metalls optimal auszunutzen. Durch Optimieren des Verfahrens ist es möglich, Bedingungen zu schaffen, bei denen man mit einer geringeren Übertemperatur des geschmolzenen Metalls auskommt. Allgemein gesprochen, bedeutet eine optimale Ausnutzung des geschmolzenen Metalls, daß nur eine geringe Wärmemenge zu nicht zum Schmelzen zu bringenden Teilen des bzw. jedes Werkstücks abgeleitet wird. Nachstehend sind einige Faktoren genannt, denen in diesem Zusasmenhang eine besondere Bedeutung zukommt.
  • 1. Der Schmelzvorgang soll schnell ablaufen, so daß nur eine geringe Wärmemenge abgeführt wird.
  • Damit das geschmolzene Metall in der Form zuletzt die niedrigste mögliche Ubertemperatur hat, die durch das Aufheizen der Form und die normale Abfuhr von Wärme an die Umgebung herabgesetzt werden muß, ist es wichtig, daß die nachstehend genannten Bedingungen erfüllt sind.
  • 2. Das heiße Metall muß auf jede zu schmelzende Fläche der Werkstücke geleitet werden; 3. Ferner muß für eine optimale Wärmeübergangszahl gesorgt sein. Dies bedeutet, daß eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen dem Strom des geschmolzenen Metalls und dem Werkstück hervorgerufen werden muß, um einen hohen Wärmedurchgang je Flächeneinheit zu gewährleisten.
  • Innerhalb der gewünschten Flächen der Werkstücke soll eine möglichst große Materialmenge zum Schmelzen gebracht werden.
  • Dies bedeutet, daß die nachstehende Bedingung erfüllt sein muß.
  • 4. Die durch die Erfüllung der unter 3. genannten Bedingung erzielte starke Wirkung soll möglichst lange anhalten.
  • Die unter 1. und 4. genannten Bedingungen scheinen sich zwar zu widersprechen, doch wenn man Maßnahmen trifft, um die unter 3. genannte Wärmeübergangszahl auf ihren höchsten möglichen Wert zu bringen, ist es in der Praxis möglich, zu einer hinreichend kurzen Zeit zu kommen. Der Vorteil, der sich unter Berücksichtigung des unter 1. genannten Faktors erzielen läßt, hat eine abnehmende Wirkung. Mit einfacheren Worten, wenn sich der Schmelzvorgang längs des Werkstücks mit einer Geschwindigkeit abspielt, die höher ist als die Geschwindigkeit, mit der Wärme abgeleitet wird, kommt der Ableitung von Wärme keine Bedeutung mehr zu.
  • Um gemäß der unter 2. genannten Bedingung den bzw. die gerichteten Metallstrahlen zu erzeugen, wird von der bereits allgemein beschriebenen Düsenanordnung Gebrauch gemacht.
  • Die unter 3. genannte Bedingung steht ebenfalls in einer engen Beziehung zur Benutzung der beschriebenen Düsenanordnung. Eine hohe Wärmeübergangszahl läßt sich dadurch erreichen, daß man kleine Düsenöffnungen nahe der Fläche anordnet, die aufgeheizt und zum Schmelzen gebracht werden soll.
  • Um die gesamte zu schmelzende Fläche des Werkstücke zu eriassen, kann es erforderlich sein, mehrere Düsen zu benutzen oder die bzw. jede Düse während des Gießvorgangs zu bewegen.
  • Werden kleine Düsenöffnungen verwendet, ist es besonders wichtig, daß das geschmolzene Metall unter einem ausreichenden Druck steht. Zu diesen Zweck wird der Fulltrichter schnell mit geschmolzenem Metall gefüllt, so daß sich ein großes Gefälle zwischen der Oberfläche der Schmelze in dem Trichter und der Düsenöffnung bzw. der Metallfläche in der Gießform während des Füllens derselben ergibt. Daher muß man den Fülltrichter und die nach unten ragenden Rohre so ausbilden, daß die erforderliche Geflfllehöhe erreicht wird.
  • Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es praktisch in allen Fällen erforderlich, die Düsenanordnung vorzuwärmen, um ein Erstarren des geschmolzenen Metalls innerhalb der Düsenanordnung sowie unnötige Wärmeverluste des geschmolzenen Metalls zu verhindern.
  • In der Praxis ist es außerdem sehr wichtig, daß der bzw.
  • jeder Metallstrahl im rechten Winkel auf das Werkstück geleitet wird, und zwar mit einer hinreichenden Stoßkraft, die von einem ausreichenden Gefälle in den Fulitrichter herrührt, wobei die bzw. jede Düse in einem möglichst kleinen Abstand vom Werkstück angeordnet ist, der bei Aluminium z.B. weniger als 50 mm beträgt.
  • Wie erwähnt, darf die Zeit zum Füllen der Gießform nicht zu kurz sein, d.h. es kont auf die je Zeiteinheit zugeführte Menge des geschmolzenen Metalls an. Diese Zufuhr von geschmolzenem Metall liefert auch die für den Schnelzvorgang benötigte Wärme, die, wie vorstehend erläutert, in einer ausreichenden Menge zugeführt werden muß.
  • Zwar muß die Dusenanordnung gewöhnlich vorgewärmt werden, doch ist eine Vorwärmung des bzw. jedes Werkstücks sowie der Gießform nicht in allen Fällen erforderlich. Normalerweise brauchen diese Teile nur so weit vorgewärmt zu werden, daß etwa vorhandene Feuchtigkeit beseitigt wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen senkrechten Schnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Herstellen einer Gießschweißverbindung zwischen einem Kontaktstück und flexiblen elektrischen Leitern; Fig. 2 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 1; Fig. 3 eine Düsenanordnung zum Verbinden von Schienen oder Platten; und Fig. 4 die Dusenanordnung nach Fig. 3 in ihrer Lage zwischen den benachbarten Enden zweier Schienen oder Platten vor dem Beginn eines Gießschweißvorgangs.
  • In Fig. 1 und 2 ist eine Gießform 1 dargestellt, durch deren Boden 6 ein Paket 2 aus flexiblen elektrischen Leitern ragt, die z.B. aus Aluminium bestehen. Zu der Form 1 gehören senkrechte Wände 4 und Verstärkungsrahmen 5. In der Form befindet sich eine Düsenanordnung 3 mit einem Fülltrichter 12, in dessen Boden 13 nach unten ragende Rohre 7 eingebaut sind, die eine solche Länge haben, daß Düsen 9 an den unteren Enden der Rohre direkt gegenüber der oberen Stirnfläche 8 der flexiblen Leiter 2 und in einem geringen Abstand davon angeordnet sind.
  • Damit die Düsenanordnung 3 in die Form 1 eingeführt werden kann, ist die Düsenanordnung mit einer Führung 11 in Gestalt angeschweißter Platten versehen, die so angeordnet sind, daß sie mit den Innenflächen und den oberen Rändern der Wände 4 der Form zusammenarbeiten. Ferner kann die Düsenanordnung mit Einrichtungen versehen sein, die das Anheben und Handhaben der Düsenanordnung mit der Hand oder mittels eines Krans ermöglichen.
  • Die flexiblen Leiter 2 müssen so weit über den Boden 6 der Form 1 hinausragen, daß das für den Schweißvorgang eriorderliche Abschmelzen möglich ist. Gemäß Fig. 1 und 2 treffen die von den Düsen 9 abgegebenen Metallströme im rechten Winkel auf die Stirnfläche 8, so daß ein optimaler Ubergang von Wärme zu dieser Stirnfläche gewährleistet ist.
  • Nachstehend ist die normale Verfahrensweise zur Herstellung einer Gießschweißverbindung mit Hilfe der Anordnung nach Fig. 1 und 2 näher erläutert.
  • Die flexiblen Leiter 2 werden gereinigt und in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise in die Form 1 eingesetzt. Die Düsenanordnung 3 wird in einen entsprechenden kleinen Ofen vorgewärmt.
  • Die Form 1 mit den flexiblen Leitern 2 wird ebenfalls vorgewärmt, um etwa vorhandene Feuchtigkeit zu beseitigen. Nachdem die Dusenanordnung 3 durch das Vorwärmen eine genügend hohe Temperatur erreicht hat, wird sie in die Form 1 eingeführt, wie es in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Hierauf wird das geschmolzene Metall, das auf eine entsprechende Ubertemperatur erhitzt worden ist, schnell in den Trichter 12 gegossen, der dann so nachgefüllt wird, daß die Oberfläche der Schmelze in dem Trichter auf einer solchen Höhe gehalten wird, daß sich das Druckgefälle ergibt, welches erforderlich ist, um aus den Düsen 9 Metallströme austreten zu lassen, die ausreichen, um die Stirnfläche 8 im erforderlichen Ausmaß zum Schmelzen zu bringen. Während dieses Vorgangs steigt die Metallschmelze in der Form 1 hoch, so daß die nach unten ragenden Rohre 7 teilweise in das sich ansammelnde geschmolzene Metall eintauchen. Wenn die erforderliche Menge des geschmolzenen Metalls eingegossen worden ist, wird die Dusenanordnung 3 nach oben aus der Form herausgezogen.
  • Man läßt das Metall in der Form erstarren, und dann wird das Werkstück entfernt; schließlich erfolgt gegebenenfalls eine maschinelle Bearbeitung des Werkatücka, die auch dazu dient, die Rohre am oberen Ende abzuachneiden.
  • Natürlich läßt sich das beschriebene Verfahren nach Bedarf abändern; beispielsweise kann man die Dusenanordnung 3 teilweise in der Form 1 anheben, nachdem die Stirnfläche 8 in der gewünschten Weise abgeschmolzen worden ist. Die noch verbleibende in die Form einzufüllende Metallmenge trägt nicht in einem erwähnenswerten Ausmaß zu einem weiteren Abschmelzen des Werkstücks bei. Ferner kann man die Konstruktion der Düsenanordnung abändern; beispielsweise kann man anstelle der drei einzelnen nach unten ragenden Rohre 7 einen zusammenhängenden, nach unten verlaufenden Kanal vorsehen, der an seinem unteren Ende mit der erforderlichen Anzahl von Düsen versehen ist.
  • Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Düsenanordnung ist dazu bestimmt, während des Gießschweißvorgangs schrittweise oder kontinuierlich nach oben bewegt zu werden. In Fig. 3 und 4 ist die gesamte Düsenanordnung mit 23 bezeichnet; sie weist einen Fülltrichter 32 auf, an den sich ein nach unten ragendes Rohr 27 anschließt, das zwei Düsen 29a und 29b trägt, welche sich waagerecht erstrecken und sich in entgegengesetzten Richtungen an das untere Ende des Rohrs 27 anschließen.
  • Gemäß Fig. 4 ist im unteren Ende des Fallrohrs 27 ein Umlenkorgan in Form eines Winkelprofilabschnitts 35 symmetrisch zu dem Rohr 27 zwischen den Düsen 29a und 29b angeordnet.
  • Gemäß Fig. 4 ist die Düsenanordnung 23 zwischen den Enden 28a und 28b zweier schienen- oder plattenförmiger Werkstücke 22a und 22b angeordnet. Diese Schienen oder Platten können gemäß Fig. 3 im Vergleich zu der Düsenanordnung eine ziemlich große Dicke haben. Die Düsenanordnung ist mit flachen Führungen 31, 31a und 31b versehen, die mit den Stirnflächen 28a und 28b der Werkstücke und den nicht dargestellten Wänden der Gießform zusammenarbeiten. Um die Handhabung zu erleichtern, weist die Düsenanordnung 23 einen zum Anheben dienenden Griff 36 oder dergl. auf.
  • In Fig. 3 und 4 nimmt die Düsenanordnung 23 nahezu ihre tiefste Stellung gegenüber den beiden Werkstücken 28a und 28b ein; in diesem Fall soll der Gießschweißvorgang mit Hilfe einer kontinuierlichen oder schrittweisen Bewegung der Düsenanordnung in der Gießform von unten nach oben durchgeführt werden, während das geschmolzene Metall in die Form gegossen wird.
  • Diese Aufwärtsbewegung der Dusenanordnung wird dem ertorderlichen Ausmaß des Anschmelzens der Stirnflächen 28a und 28b der beiden Werkstücke angepaßt.
  • Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten erfindungsgemäßen Düsenanordnung sind zwei Düsen vorhanden, doch liegt es auf der Hand, daß man die Anzahl der Düsen der Größe und Form der Werkstücke anpassen kann, und daß es auch möglich ist, die Dusenanordnung während des Gießvorgangs nach einem bestimmten Programm zu bewegen. Beispielsweise sind Fälle denkbar, in denen statt einer senkrechten Bewegung der DUsenanordnung oder zusätzlich zu einer solchen eine waagerechte Bewegung herbeigeführt wird, damit die betreffenden Flächen des bzw. jedes Werkstücks auf zweckmäßige Weise überstrichen werden können.
  • Das wesentliche Merkmal aller dieser Abwandlungen besteht darin, daß auf jede Fläche, die bei einem Werkstück angeschmelzen werden soll, durch einen oder mehrere Metallströme hinreichend lange eingewirkt wird, um Material im gewünschten Ausmaß zum Schmelzen zu bringen. Hierbei wird von der Annahme ausgegangen, daß im wesentlichen die gesamte verwendete Menge des geschmolzenen Metalls schließlich einen Bestandteil des fertigen Werkstücks bzw. der gegossenen Verbindungsstelle bildet. Wenn zwei Werkstücke miteinander verbunden werden sollen, läßt sich dies in der Praxis dadurch erreichen, daß man den Abstand zwischen den zu verbindenden Flächen so einstellt, daß die Lücke die gewtlnschte Metallmenge aufnehmen kann, wie es z.B. in Fig. 4 dargestellt ist.
  • Es ist nicht erforderlich, daß es sich bei dem geschmolzenen Metall um das gleiche Metall oder die gleiche Legierung handelt, aus dem bzw. der das bzw. jedes Werkstück besteht. Für jeden Fachmann liegt es auf der Hand, daß jedes Grundnaterial, das geschmolzen werden kann und sich in der festen und ilUsslgen Phase mit dem geschmolzenen Metall mischen läßt, grundsätzlich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verschweißbar bzw. verbindbar ist. Zwar wurde vorstehend in erster Linie von Aluminium gesprochen, doch gilt dies auch für andere Metalle und Legierungen. Das Verfahren ist grundsätzlich bei allen Arten von Schweißverbindungen anwendbar. Beispielsweise könnte man das Verbinden zweier Platten mit Hilfe einer V-oder X-Schweißnaht bekannter Art durch das Verschweißen mit !!hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ersetzen. In solchen Fällen kann es erforderlich sein, die benutzte Gießform so abzuändern, daß sie nach Art einer verschiebbaren oder fahrbaren Verschalung zur Wirkung kommt. Ferner kann sich die Frage ergeben, ob ein chemisch neutrales Gas verwendet werden soll, wenn es sich als zweckmäßig erweist, das Metall während des Schweißvorgangs gegen eine Oxidation zu schützen. Bezüglich der Verwendung der erfindungsgemäßen Düsenanordnungen sei noch bemerkt, daß sich die erforderliche Geschwindigkeit der Metallströme auch erreichen läßt, wenn das Metall in den nach unten führenden Rohren relativ frei herabfallen kann.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Möglichkeit, Kerne zum Erzeugen von Schraubenaufnahmelöchern und dergl. in der Form anzuordnen, bevor das Metall eingegossen wird, so daß sich der Umfang der nachträglich erforderlichen Bearbeitung des Werkstücks verringert.
  • L e e r s e i t e

Claims (14)

  1. FAT#NTANSPRtJCHE 1. Verfahren zum Verbinden von Metallen, vorzugsweise von Leichtmetallen und insbesondere von Aluminium und seinen Legierungen durch einen Gießschweißvorgang, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das zum Herstellen einer GieP#schweißverbindung verwendete geschmolzene Metall während des Einleitens in die Gießform veranlaßt wird, einen oder mehrere Metallsströme zu bilden, von denen jeder möglichst im rechten Winkel auf die zu schmelzenden Flächen des bzw.
    Jedes Werkstücks geleitet und auf die bzw. jede Fläche konzentriert wird, daß eine Gießform benutzt wird, die einen solchen Rauminhalt hat und bei der das bzw. jedes Werkstück in der Gießform so angeordnet ist, daß das gewünschte Schmelzen der bzw. jeder genannten Fläche unter Verwendung einer Menge des geschmolzenen Metalls erreicht wird, das sich im Verlauf des Gießvorgangs in der Gießform sammelt und sie füllt, und daß die genannte Menge geschmolzenen Metalls gleich der gesamten in die Gießform eingeleiteten Menge geschmolzenen Metalls ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Metallstrom im wesentlichen in der gleichen Lage gehalten wird, während die gesamte Menge geschmolzenen Metalls in die Gießform eingeleitet wird (Fig. 1 und 2).
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem bzw. jedem Metallstrom während des Einleitens der genannten Menge geschmolzenen Metalls in die Gießform eine schrittweise oder kontinuierliche Bewegung erteilt wird, so daß die zu schmelzenden Flächen des bzw. jedes Werkstücks fortschreitend von dem bzw. jedem Metallstrom getroffen und der Wirkung des bzw. jedes Metallstroms ausgesetzt werden (Fig. 3 und 4).
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall vor dem Einleiten in die Gießform auf eine Temperatur vorgewärmt wird, die erheblich über dem Schmelzpunkt des Metalls liegt und bei Aluminium einer Übertemperatur von 50 bis 200 0C entspricht.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einleiten des geschmolzenen Metalls in die Gießform eine Düsenanordnung benutzt wird, die vorgewärmt worden ist und die von dem geschmolzenen Metall mindestens teilweise überflutet wird, wenn sich das geschmolzene Metall in der Gießform sammelt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Angießen eines Ansatzstücks an ein Ende eines Werkstücks, bei dem es sich z.B. um flexible elektrische Leiter handelt, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück so in der Gießform angeordnet wird, daß es von unten nach oben durch den Boden der Gießform ragt, wobei der in die Gießform hineinragende Abschnitt eine größere Länge hat als der zu schmelzende Abschnitt, daß die bzw. jede zu schmelzende Fläche des Werkstücks so angeordnet wird, daß sie im wesentlichen nach oben gerichtet ist, und daß in der Gießform der bzw. jeder flüssige Metallstrom im wesentlichen nach unten gerichtet wird (Fig. 1 und 2).
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Verbinden zweier in Längsiluchtung miteinander angeordneter platten-oder schienenföraiger Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke so in der Gießform angeordnet werden, daß sie von entgegengesetzten Seiten aus in die Gießform hineinragen, und daß zwischen den benachbarten Enden der Werkstücke ein solcher Abstand eingehalten wird, daß ein ausreichender Raum für die erforderliche Menge an geschmolzenem Metall verbleibt, und daß die Metallströme in seitlicher Richtung auf die zu schmelzenden Stirnflächen der Werkstücke geleitet werden.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düsenanordnung benutzt wird, die an ihrem unteren Ende DUsen aufweist, welche so angeordnet sind, daß sie jeweils nur einen kleinen Teil der gesamten senkrechten Länge der herzustellenden Schweißverbindung erfassen, und daß der Dusenanordnung während des Einfüllens des geschmolzenen Metalls in die Gießform innerhalb der Gießform eine schrittweise oder kontinuierliche Aufwärtsbewegung erteilt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gießform vor dem Einfüllen des geschmolzenen Metalls Kerne zum Herstellen von Schraubenaufnahmelöchern oder dergl. angeordnet werden.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Anwendung bei Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der bzw. jeder Düsenöffnung und der bzw. jeder zu schmelzenden Fläche des bzw. jedes Werkstücks etwa 50 mm beträgt.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem einfüllen des geschmolzenen Metalls in die Gießform die Dusenanordnung auf eine über dem Schmelzpunkt des Metalls liegende Temperatur vorgewärmt wird.
  12. 12. DUsenanordnung zur Benutzung bei der Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fülltrichter (12; 32) vorhanden ist, der geeignet ist, mindestens einen Teil der gesamten in die Gießform einzuleitenden Menge geschmolzenen Metalls aufzunehmen, daß sich vom unteren Teil des Fülltrichters aus ein oder mehrere Rohre (7; 27) nach unten erstrecken, daß das bzw. jedes Rohr mit einer oder mehreren Düsen (9; 29a, 29b) versehen ist, von denen jede einen Strom des geschmolzenen Metalls auf das Werkstück (2) bzw. die Werkstücke (22a, 22b) richtet, daß die sich nach unten erstreckenden Rohre zusammen mit dem Fülltrichter so bemessen sind, daß sich für das geschmolzene Metall während des Einleitens des Metalls in die Gießform die erforderliche Fallhöhe bzw. das erforderliche Druckgefälle ergibt, und daß die Rohre mit den Düsen aus Materialien bestehen, die es ermöglichen, die Rohre mit den Düsen von dem geschmolzenen Metall überfluten zu lassen, das sich während des Gießvorgangs in der Gießform sammelt.
  13. 13. Düsenanordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Führungen (11; 31, 31a, 31b), die so angeordnet sind, daß sie mit der Gießform (1) und/oder dem bzw. jedem Werkstück (22a, 22b) zusammenarbeiten.
  14. 14. Düsenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens einige der genannten Führungen (31) über einen erheblichen Teil der Länge des bzw. jedes nach unten ragenden Rohrs (27) erstrecken, um die Düsenanordnung zu führen, während sie während des Einfüllens des geschmolzenen Metalls in die Gießform schrittweise oder kontinuierlich in der Längsrichtung des bzw. jedes Rohrs bewegt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995029024A1 (de) * 1994-04-22 1995-11-02 Alcan Deutschland Gmbh Verfahren zum verbinden zweier werkstücke aus metall zu einem verbundbauteil

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