DE2824691C3

DE2824691C3 - Verfahren zum Elektroschlackeschweißen von Metallen

Info

Publication number: DE2824691C3
Application number: DE2824691A
Authority: DE
Inventors: Anatolij G. Sinčuk
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1977-06-06
Filing date: 1978-06-06
Publication date: 1981-09-10
Also published as: US4207454A; CA1118056A; GB2000066A; SU764902A1; NL169150B; DE2824691A1; FR2393646B1; SE430135B; JPS5416349A; JPS615838B2; CH630547A5; NL7806147A; AT370020B; GB2000066B; IT1105579B; NL169150C; NO148359B; FR2393646A1; DE2824691B2; AU3676378A

Description

100

YSMacke ~

worin bedeuten:

yschhckc Dichte der Schlacke

kj Prozentgehalt der Flußmittelkomponenten

γ, Dichte der Fiußmittelkomponenten.

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Schweißtechnik und betrifft insbesondere Verfahren zum Elektroschlackeschweißen von Halbzeug mit großem Querschnitt an der Schweißstelle, vor allem bei einer Dicke der Schweißnaht, die größer als 30 mm ist. Die Erfindung kann besonders erfolgreich beim Schweißen von Metallen verwendet werden, deren Dichte kleiner ist, als die Dichte der zu ihrer Schweißung verwendeten Flußmittel.

Insbesondere kann die Erfindung in Betrieben der chemischen, metallurgischen, sowie elektrotechnischen Industrie und in anderen Industriezweigen beim Schweißen von Halbzeug mit großem Querschnitt aus Aluminium, Titan, Kupfer und deren Legierungen sowie aus Magnesiumlegierungen und verschiedenen Stählen erfolgreich verwendet werden.

Es ist zur Zeit eine Tendenz erkennbar, technologische Prozesse durch eine Steigerung der Leistung von einzelnen Aggregaten zu intensivieren. Dies ist für die Prozesse der elektrolytischen Gewinnung von Aluminium, Chlor und anderen Werkstoffen kennzeichnend, wo es notwendig ist, den technologisch bedingten Stromverbrauch erheblich zu erhöhen. Das erfordert die Anwendung von stromzuführenden Elementen in Form massiver Aluminiumschienen mit einer Metalldicke von 160 mm und mehr in der konstruktiven Ausführung. In diesem Fall ist die Qualität der Schweißnahtverbindungen von großer Bedeutung. Eine ähnliche Lage ist auch für Konstruktionen ans anderen Metallen in anderen Zweigen der Technik kennzeichnend.

In diesem Zusammenhang ist der Verbrauch an Metall großer Dicke bei der Herstellung von Schweißkonstruktionen erheblich angestiegen.

Es ist allgemein bekannt, daß zum Schweißen von Aluminium, Magnesium, deren Legierungen und anderen Metallen bei großer Dicke verschiedene Verfahren zum Lichtbogenschweißen in mehreren Lagen angewendet werden. Mit der Vergrößerung der Dicke des zu

bo schweißenden Metalls vermindert sich jedoch scharf die Leistung der Schweißarbeiten und die Qualität der Schweißverbindungen beim Schweißen in Lichtbogenverfahren. Das ist durch das obligatorische Reinigen jeder Auftragsschicht vor dem nachfolgenden Schweißdurchgang bedingt. Das Lichtbogenschweißen in meh- ! en Lagen erfordert außerdem das mehrfache Kanten der Schweißteile zur Aufrechterhaltung der geometrischen Form dieser Schweißteile. Und schließlich kommt

bei diesen Schweißverfahren in den meisten Fällen eine Anisotropie der Eigenschaften des Nahtmetalls vor.

In diesem Zusammenhang ist das Problem des Schweißens von Bauelementen aus Metallen wie zum Beispiel Magnesium, Aluminium, deren Legierungen und anderen Metallen bei großer Dicke unter Gewährleistung einer hohen Leistung der Schweißarbeiten und Qualität der Schweißverbindungen aktuell geworden.

Eine gute Lösung kann in diesem Sinne das bekannte Verfahren zum Elektroschlackcschweißen geben (s. z. B. US-PS 38 85 121 und DE-PS 19 17 861). Diese Verfahren zum Elektroschlackeschweißen von Metallen wird in der Regel durch eine Formulierungseinrichtung durchgeführt, die eine Eingangstasche für den Beginn des Schweißvorgangs, Herausführungsleisten zum Herausführen des Lunkers und des Schlackebades aus dem Spalt sowie Seitenkokillen aufweist. Die Eingangstasche für den Beginn des Schweißvorgangs wiiJ unter dem Spalt der zu schweißenden Kanten und die Herausführungsleisten über dem Spalt angeordnet. In der Tasche wird ein Schlackenbad angemacht, dann wird darin eine Elektrode von oben nach unten eingeführt. Das schmelzflüssige Metall bildet dabei, indem es auf den Boden des Schlackenbades sinkt, eine Schweißnaht in Richtung von unten nach oben aus. Das Aufschmelzen der Elektrode erfolgt durch die Wärme des Schlackenbades, durch das ein Schweißstrom fließt.

Die bekannten Verfahren zum Elektroschlackeschweißen sind jedoch nur für diejenigen Metalle geeignet, deren Dichte die Dichte des Schweißflußmittels erheblich übersteigt. Zum Schweißen von Leichtmetallen sind diese Verfahren dadurch ungeeignet, daß das schmelzflüssige Metall beim Schweißen infolge seiner kleineren Dichte als die Dichte der Schlacke an die Oberfläche des Schlackenbades kommt. Dadurch wird die Stabilität des Prozesses gestört, der Prozeß wird von Kurzschlüssen und anderen unerwünschten Erscheinungen begleitet. Das macht sich besonders bemerkbar beim Elektroschlackeschweißen von Aluminium und seinen Legierungen, die eine relativ kleine Dichtedifferenz im Vergleich zu den Schweißflußmitteln aufweisen. Dazu kommt, daß sich bestimmte Metalle, wie z. B. Magnesium und seine Legierungen durch die bekannten Verfahren zum Elektroschlackeschweißen überhaupt nicht schweißen lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Elektroschlackeschweißen von Metallen, deren Dichte kleiner als die Dichte der Schweißflußmittel ist, unter Durchführung des Schweißens in Richtung von oben nach unten bei Gewährleistung einer hohen Leistung der Schweißarbeiten und Qualität der Schweißverbindungen zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zum Elektroschlackeschweißen von Metallen durch das Erzeugen eines Schlackebades im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten mit nachfolgendem Schmelzen einer Elektrode im Schlackenbad durch die Wärme, die sich beim Durchfließens eines Schweißstromes durch die in diesem Spalt befindliche schmelzflüssige Schlacke entwickelt erfindungsgemäß zum Erzeugen des Schlackenbades ein Schweißflußmittel mit einer Dichte, die größer ist als die Dichte des zu schweißenden Metalls benutzt wird und der Schweißprozeß in der Richtung von oben nach unten mit der Bildung des schmelzflüssigen Metalls über dem Schlakkenbad durchgeführt wird, wobei das schmelzflüssige Metall gegen Atmosphäreneinwirkung geschützt wird.

Eine derartige Durchführung des Verfahrens gestattet es, das Elektroschlackeschweißen von Leichtmetallen z. B. Magnesium und seinen Legierungen, deren Dichte kleiner als die Dichte der Schweißflußmittel ist, mit hoher Leistung und Qualität durchzuführen.

Es ist zweckmäßig, die Elektrode im Spalte zwischen den zu schweißenden Kanten unbeweglich anzuordnen, den Spalt mit dem SchweißflußiTiittel zu füllen und den Schweißvorgang mit dem Erzeugen des Schlackenbades im Bereich des oberen Teils der Elektrode anzufangen, dabei ist es notwendig, den Umfang der Elektrode gleich dem Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten auszuwählen. Dadurch wird das Schweißen von krummlinigen Stoßen unter Anwendung einer unbeweglichen Abschmelzelektrode, die eine dem Spaltprofil entsprechende Form aufweist ermöglicht. Ferner entsteht in diesem Fall keine Notwendigkeit in der Verwendung von Vorschubmechanismen, was die apparative Gestaltung des Verfahrens vereinfacht.

Es ist auch möglich, das Schweißen mit Zuführung der Abschmelzelektrode von unten nach oben im Spalte zwischen den zu schweißenden Kanten durchzuführen. Eine solche Methode gestattet es, die technologischen Möglichkeiten des Schweißens zu erweitern. So zum Beispiel entsteht eine Möglichkeit, das Elektroschlackeschweißen von Baugruppen durchzuführen, die keinen Zugang von oben haben, was die Montagearbeiten erleichtert.

Es ist vorteilhaft, den sich im Schweißprozeß bildenden Schlackenüberschuß aus dem Spalt zwischen den zu verschweißenden Kanten herauszuführen.

Dadurch wird eine einfache apparative Gestaltung des Verfahrens beim Schweißen von Stoßen kleiner Länge gewährleistet.

Es ist vorteilhaft, das Schlackenbad im Schweißprozeß von oben nach unten zu bewegen. Diese Methode ermöglicht geradlinige Stöße einer großen Länge unter Aufrechterhaltung eines praktisch konstanten Volumens des Schlackenbades der erforderlichen Größe zu schweißen und gestattet es, weiterhin, Schweißgut einzusparen.

Vorzugsweise ist in dem Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten eine Abschmelzelektrode anzuordnen und dann ist dieser Spalt mit dem Schweißflußmittel, das ein zerkleinertes Zusatzmetall enthält, zu füllen. Dadurch wird das Schweißen von Stoßen mit einem geringen Verbrauch an Elektroden gewährleistet und das Legieren des Nahtmetalls durch die Einführung von Legierungselementen in das Flußmittel ermöglicht.

Es ist vorteilhaft, im unteren Teil des Spalts zwischen den zu schweißenden Kanten ein abschmelzendes Mundstück anzuordnen und durch dieses dem Schlakkenbad die Elektrode zuzuführen. Dies gestattet es, den Schweißstrom der unmittelbar im Schlackenbad befindliehen Elektrode in Form eines Drahtes zuzuführen, was eine Energieeinsparung gewährleistet.

Es ist auch vorteilhaft, im Spalte zwischen den zu schweißenden Kanten ein unbewegliches nichtabschmelzendes Mundstück feststehend anzuordnen und über das dem Schlackenbad die Elektrode zuzuführen. Eine solche Methode gestattet es, das Schweißen von Elementen unter intensiver Wärmeabfuhr durchzuführen, was ein sicheres Durchschweißen der zu schweißenden Kanten gewährleistet.

Vorzugsweise ist im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten eine nichtabschmelzende Elektrode anzuordnen und es wird dem Schlackenbad Zusatzmetall, das nicht mit der Schweißstromquelle verbunden ist,

zugeführt. Das gestattet es, je nach dem Zusatzmetall entweder die Schweißenleistung zu steigern, oder die Schweißnaht zu legieren.

Es ist möglich, den Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten mit dem Schweißflußmittel zu füllen und den Prozeß mit dem Eingießen einer Menge von schmelzfluss ger Schlacke auf den oberen Teil des Schweißflußmittels zu beginnen. Dadurch wird der Beginn des Elektroschlackeprozesses durch Einspannung einer Ausrüstung zum Erzeugen des Schlackenbades vereinfacht.

Es ist zweckmäßig, die Schlackendichte ausgehend von folgender Abhängigkeit auszuwählen:

100

YSchlacke =

wobei

ysc/j/acjtc Schlackendichte;

k, Prozentgehalt der Flußmittelkomponenten;

γ, Dichte der Flußmittelkomponenten.

Dies ermöglicht eine rationelle Auswahl des Flußmittels für das Schweißen eines konkreten Metalls.

Nachstehend wird die Erfindung durch die ausführliche Beschreibung von Beispielen für die Durchführung des Verfahrens zum Elektroschlackeschweißen von Metallen mit einer Dichte, die kleiner als die der Schweißflußmittel ist, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung für das erfindungsgemäße Elektroschlackeschweißen von Metallen, deren Dichte kleiner als die Dichte der Schweißflußmittei ist;

F i g. 2 ein Beispiel für das Schweißen bei ortsfester Anordnung eines Untersatzes und einer abschmelzenden Plattenelektrode, am Beginn des Prozesses;

Fig. 3 dasselbe, wie in Fig.2, aber bei der Darstellung des gleichförmig ablaufenden Prozesses;

Fig.4 dasselbe, wie in Fig.2 und 3, aber bei der Darstellung der Beendigung des Schweißprozesses;

F i g. 5 ein Beispiel für das Schweißen bei ortsfester Anordnung des Untersatzes, wobei die abschmelzende Plattenelektrode durch den Untersatz zugeführt wird, am Beginn des Prozesses;

F i g. 6 dasselbe, wie in F i g. 5, jedoch bei Beendigung des Prozesses;

F i g. 7 ein Beispiel für das Schweißen bei Anordnung des Untersatzes im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten unter Gewährleistung der Möglichkeit einer vertikalen Bewegung desselben und mit einer abschmelzenden Plattenelektrode, die durch eine im Untersatz vorhandene öffnung zugeführt wird, am Beginn des Prozesses;

Fig.8 dasselbe, wie in Fig. 7, aber bei Beendigung des Prozesses;

F i g. 9 eine Ansicht gemäß der Linie IX-IX der F i g. 7 mit der Darstellung des Untersatzes mit einem Durchgangsloch zur Zuführung der Plattenelektrode, diese ist nicht gezeigt;

Fi g. 10 dasselbe, wie in Fi g. 9, aber für den Fall der Zufuhrung· der Elektrode in Form eines Drahtes durch den Untersatz; die Elektrode ist nicht gezeigt:

Fig. 11 ein Beispiel für das Schweißen unter Anwendung eines abschmelzenden Mundstücks, über das die drahtartige Elektrode zusätzlich zugeführt wird; Fig. 12 ein Beispiel für das Schweißen unter Anwendung eines nichtabschmelzenden Mundstücks, durch das die drahtartige Elektrode zugeführt wird; Fig. 13 ein Beispiel für das Schweißen mit einer nichtabschmelzenden Elektrode mit Zuführung von Zusatzmetall in Drahtform zum Schlackenbad;

Fig. 14 eine Ansicht gemäß der Linie, der Fig. 13 XIV-XIV mit der Darstellung eines Untersatzes mit ίο Durchgangslöchern für die nichtabschmelzende Elektrode und der Zuführung des Zusatzmetalls in Drahtform; die Elektrode und der Zusatzdraht sind nicht gezeigt.

Es wird ein Verfahren zum Elektroschlackeschweißen von Leichtmetallen, d. h. Metallen, deren Dichte kleiner als die Dichte der Schweißflußmittcl ist, vorgeschlagen. Der Prozeß beruht grundsätzlich auf dem Aufschmelzen der zu schweißenden Kanten der Teile 1 (Fig. 1) und einer Elektrode 2, dem Auftauchen der Tropfen 3 des schmelzflüssigen Metalls in der eine größere Dichte aufweisenden Schlacke 4 unter Bildung eines Metallbades 5 auf der Oberfläche der letzteren und der Bildung der Schweißnaht in Richtung von oben nach unten.

Das vorliegende Verfahren wird mit Hilfe einer Formierungseinrichtung durchgeführt. Die Formierungseinrichtung weist eine Eingangstasche 6 (F i g. 2), in deren Deckel 7 öffnungen 8 zur Zuführung eines Schutzgases vorgesehen sind, Herausführungsleisten 9, einen Untersatz 10 und Seitenkokillen 11 auf. Der Spalt zwischen den Kanten der Schweißteile 1 wird durch die Formierungseinrichtung umfaßt Zu diesem Zweck werden die Eingangstasche 6 auf den Schweißteilen 1 über dem Spalt, die Herausführungsleisten 9 unter dem Spalt und die Kokillen 11 beiderseits des Spaltes angeordnet. Zum Halten des Schweißbades, d. h. des Schlacken- und Metallbades wird der Untersatz 10 verwendet. Im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten wird die Elektrode 2 angeordnet. An die Eingangstasche 6 und die Elektrode 2 wird eine Schweißstromquelle (nicht gezeigt) angeschaltet. In der Eingangstasche 6 wird das Schlackenbad 4 erzeugt, wobei es ein Strom durchfließt. Unter Einwirkung des Schweißstromes wird das Schlackenbad überhitzt und schmilzt die zu schweißenden Kanten der Teile 1 und die Elektrode 2 auf. Die Tropfen 3 des schmelzflüssigen Metalls kommen an die Oberfläche der Schlacke, die eine größere Dichte als die des Metalls aufweist, und bilden darauf das Metallbad 5. Die Schweißelektrode 2 wird beim Schweißen in Richtung von oben nach unten abgeschmolzen, und die Schweißnaht wird in Richtung von oben nach unten ausgebildet Zur Verhinderung von Witteningseinwirkungen wird das Metallbad 5 durch die Zuführung von Schutzgasen an seine Oberfläche geschützt

Auf diese Weise ist eine Möglichkeit gegeben, das Schweißen von Leichtmetallen mit hoher Leistung und Qualität durchzuführen.

Nach einer Variante der Erfindung wird der Untersatz 10 (F i g. 2) der Formierungseinrichtung unter den Herausführungsleisten 9 ortsfest angedeutet Die Elektrode 2 wird im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten der Teile 1 unbeweglich angeordnet Der Spalt wird mit einem Flußmittel 12 gefüllt Das Volumen der Elektrode 2 wird dabei gleich dem Rauminhalt gewählt der durch die zu schweißenden Kanten der Teile 1 und die Elemente der Formierungseinrichtung begrenzt ist, und das Volumen des Schweißflußmittels wird so genommen, daß es nach dem Aufschmelzen

und der Erstarrung unter Berücksichtigung einer Schrumpfung den Raum zwischen den Herausführungsleisten 9 einnimmt. An die Schweißelektrode 2 und an die Eingangstasche 6 wird eine Schweißstromquelle (nicht gezeigt) angeschaltet. Man beginnt den Schweißprozeß durch die Erzeugung des Schlackenbades 4 im oberen Teil der Elektrode 2. Der Schweißstrom, indem er über das erzeugte Schlackenbad 4 fließt, überhitzt es, wodurch die zu schweißenden Kanten der Teile 1 und die Elektrode 2 abgeschmolzen werden. Die Tropfen 3 (Fig.3) des schmelzflüssigen Metalls kommen an die Oberfläche der Schlacke 4, die eine größere Dichte als die des Metalls aufweist, und bilden darauf das Metallbad 5, das erstarrt und eine Schweißnaht bildet. Da das Volumen der verwendeten Elektrode dem Volumen des Spaltes gleich ist, wird der letzte völlig mit dem schmelzflüssigen Metall 5 gefüllt Nach der Beendigung des Prozesses wird das Metallbad 5 (F i g. 4) auf einem erforderlichen Stand durch das Schlackenbad 4 gehalten, dessen Volumen dem Rauminhalt entspricht, der durch die Herausführungsleisten 9 und die Kokillen 11 begrenzt ist Es ist zweckmäßig, die beschriebene Variante zum Schweißen von krummlinigen Stoßen kleiner Länge anzuwenden. Es wird dabei der Schweißelektrode 2 die dem Profil des Spaltes entsprechende Form gegeben.

Nach einer anderen Variante des Verfahrens wird das Schweißen durch die Zuführung der Abschmelzelektrode durch eine öffnung im Untersatz durchgeführt. Die Elektroden können verschiedene Form aufweisen, dabei wird im Untersatz je nach der Form der Elektrode eine öffnung entsprechender Form ausgeführt zum Beispiel beim Schweißen mit einer Plattenelektrode wird im Untersatz 10 (F i g. 9) eine rechtwinklige Öffnung 13 und beim Schweißen mit einer Drahtelektrode eine runde Öffnung 14 (F i g. 10) ausgeführt

Bei dieser Durchführung des Verfahrens kann der Untersatz unter den Herausführungsleisten (F i g. 5, 6) ortsfest angeordnet werden, oder er kann im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten in vertikaler Richtung bewegbar angeordnet werden (F i g. 7,8).

Im Falle der ortsfesten Anordnung des Untersatzes 10 (Fig.5) werden die Schweißteile 1 an der Schweißstelle mit der Formierungseinrichtung umfaßt Die Schweißelektrode 15 wird durch die öffnung im Untersatz von unten im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten angeordnet Der von der Formierungseinrichtung und den Kanten der Schweißteile 1 begrenzte Raum wird mit schmelzflüssiger Schlacke 4 gefüllt, d. h. es wird ein Schlackenbad erzeugt und Schweißstrom durch das Anschalten der Schweißstromquelle an die Elektrode 15 und an die Eingangstasche 6 zugeführt Beim Stromdurchgang durch das Schlackenbad 4 wird die Schlacke überhitzt was ein Abschmelzen der zu schweißenden Kanten der Teile 1 hervorruft Die Tropfen 3 des schmelzflüssigen Metalls kommen an die Oberfläche der Schlacke 4, die eine größere Dichte als die Dichte des Metalls aufweist und bilden auf der Oberfläche der Schlacke das Metallbad 5. Je nach dem Abschmelzen der Elektrode 15 wird sie dem Schlackenbad 4 ununterbrochen von unten nach oben zugeführt Da das Gesamtvolumen des Schweißbades während des Schweißvorganges konstant gehalten werden muß, wird der Schlackenüberschuß 4 aus dem Spalt über einen Kanal 16 in dem Maße entfernt wie sich das Volumen des Metallbades 5 (Fig.6) vergrößert Eine solche Durchführung des Verfahrens bedarf keiner komplizierten Ausrüstung.

Im Falle der Anordnung des Untersatzes 17 (Fig. 7) mit Möglichkeit einer vertikalen Bewegung wird er am oberen Teil des Spaltes zwischen den zu schweißenden Kanten der Teile 1 angeordnet. Die Schweißteile 1 werden an der Stelle ihres Verschweißens von der Formierungseinrichtung umfaßt. Die Schweißelektrode 15 wird durch die öffnung im Untersatz 17 im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten von unten nach oben angeordnet, das obere Ende der Elektrode 15 wird

ίο dabei im Hohlraum der Eingangstasche 6 untergebracht. Der Hohlraum der Eingangstasche 6 wird mit der schmelzflüssigen Schlacke 4 gefüllt. Durch das Anschalten der Schweißstromquelle (nicht gezeigt) an die Elektrode 15 und an die Eingangstasche 6 wird der Schweißstrom zugeführt. Während des Stromdurchgangs durch das Schlackenbad 4 wird die Schlacke überhitzt, was ein Abschmelzen der Elektrode und der zu schweißenden Kanten der Teile 1 hervorruft. Die Tropfen 3 des schmelzflüssigen Metalls, da es eine kleinere Dichte als die der Schlacke aufweisen, kommen an die Oberfläche der Schlacke und bilden darauf das Metallbad 5. Je nach dem Abschmelzen der Elektrode 15 wird sie ununterbrochen von unten nach oben ins Schlackenbad 4 zugeführt. Da die Oberfläche des Metallbades 5 beim Schweißen auf einem konstanten Stand bleiben soll, und das Volumen des Schlackenbades 4 praktisch unverändert bleibt, so wird der Untersatz während einer Volumenzunahme des Metallbades 5 im Spalt ununterbrochen in Richtung von oben nach unten bewegt. In der Abschlußstufe des Prozesses wird der Untersatz 17 (Fig.8) im durch die Herausführungsleisten 9 und die Kokillen 11 begrenzten Raum nach unten bewegt bis das Schlackenbad 4 und ein gewisses Volumen des Metallbades 5, in dem bei der Erstarrung der Naht ein Lunker gebildet werden kann, völlig aus dem Spalt herausgeführt werden. Es empfieht sich, einen solchen Arbeitsverlauf beim Schweißen geradliniger Stöße großer Länge durchzuführen.

Nach einer anderen Variante der Erfindung wird im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten der Teile 1 die abschmelzende Schweißelektrode 2 (F i g. 2,3 und 4) angeordnet und der Spalt wird mit Schweißflußmittel 12 gefüllt das ein zerkleinertes Zusatzmetall (nicht gezeigt) enthält In diesem Fall wird je nach dem Abschmelzen der Elektrode 2 und des Flußmittels 12 das im Flußmittel 12 entaltene Zusatzmetall aufgeschmolzen.

Die Tropfen 3 des Zusatzmetalls tauchen in der Schlacke, die eine größere Dichte als die Dichte des

so Metalls aufweist, auf, vereinigen sich mit dem schmelzflüssigen Metall der Elektrode 2 und der zu schweißenden Kanten der Teile 1 und bilden ein gemeinsames Metallbad 5. Je nach der Art des Zusatzmetalls ist es möglich, entweder die Leistung des

Schweißens zu steigern oder ein Legieren der Naht durchzuführen. Im Falle des Legierens der Naht ist es notwendig, Legierungskomponenten mit einer Dichte, die kleiner als die Dichte der Schlacke ist einzusetzen.

Gemäß einer weiteren Variante des Verfahrens wird unter den Herausführungsleisten 9 (Fig. 11) der

Untersatz 10 ortsfest angeordnet Durch die öffnung

des Untersatzes 10 wird ein abschmelzendes Mundstück 18 in den Spalt zwischen den Schweißteilen 1 eingeführt

und feststehend angeordnet Der Spalt wird mit dem SchweißfluBmittel 12 gefüllt auf dessen Oberfläche eine Menge an der schmelzflüssigen Schlacke 4 eingegossen

wird. Das abschmelzende Mundstück 18 hat longitudina-Ie Löcher (nicht gezeigt), durch die dem Schlackenbad 4

Si· PS

die Elektrode in Form eines Drahtes 15 zugeführt wird. Die Schweißstromquelle (nicht gezeigt) wird an das abschmelzende Mundstück 18 und an die Eingangstasche 6 angeschaltet. Während des Schweißens werden das abschmelzende Mundstück 18, die Elektrodendrähte 15 und die zu schweißenden Kanten der Teile 1 aufgeschmolzen. Die Tropfen 3 des schmelzflüssigen Metalls kommen an die Oberfläche der Schlacke 4, die eine größere Dichte als die Dichte des Metalls aufweist, und bilden darauf das Metallbad 5. Das Volumen des Schweißflusses 12 wird dabei so ausgewählt, daß er nach dem Schmelzen und der Erstarrung unter Berücksichtigung einer Schrumpfung den Raum zwischen den Herausführungsleisten 9 einnimmt. Es empfiehlt sich, die beschriebene Variante beim Schweißen von krummlinigen Stößen anzuwenden. In diesem Fall soll die Form des Mundstücks dem Profil des Spaltes zwischen den zu schweißenden Kanten entsprechen.

Gemäß einer anderen Variante der Erfindung wird am oberen Teil des Spaltes zwischen den zu schweißenden Kanten der Teile 1 (Fig. 12) der Untersatz 17 so angeordnet, daß er in vertikaler Richtung bewegbar ist. Ein nichtabschmelzendes Mundstück 19 wird durch die Öffnung im Untersatz 17 in den Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten eingeführt und befestigt, das obere Ende des Mundstücks 19 wird dabei im Hohlraum der Eingangstasche 6 angeordnet. Das Mundstück 19 hat longitudinale Löcher (nicht gezeigt), durch die die Elektrode in Form eines Drahtes 15 von unten nach oben zugeführt wird. Der Hohlraum der Eingangstasche 6 wird mit schmelzflüssiger Schlacke 4 gefüllt. Der Schweißstrom wird durch das Anschalten der Schweißstromquelle (nicht gezeigt) an das nichtabschmelzende Mundstück 19 und an die Eingangstasche 6 zugeführt. Je nach dem Abschmelzen der Drähte 15 werden sie ununterbrochen von unten nach oben dem Schlackenbad 4 zugeführt. Da die Oberfläche des Metallbades 5 während des Schweißens auf einem konstanten Stand bleiben soll, und der Rauminhalt des Schlackenbades 4 praktisch unverändert bleibt, wird der Untersatz !7 zusammen mit dem nichtabschmelzenden Mundstück 19 je nach der Volumenzunahme des Metallbades 5 im Spalt in Richtung von oben nach unten bewegt Der Prozeß wird fortgesetzt, bis der Spalt mit dem schmelzflüssigen Metall 5 völlig ausgefüllt, und das Schlackenbad 4 aus dem Spalt herausgeführt wird.

Mit dieser Variante des Verfahrens wird es ermöglicht, den Schweißstrom der Elektrode unmittelbar im Schlackenbad zuzuführen, wodurch eine Elektronenenergieeinsparung erzielt wird. Es empfiehlt sich außerdem, das Verfahren in dieser Variante beim Schweißen von Nähten mit großer Länge anzuwenden.

Gemäß einer weiteren Variante des Verfahrens wird am oberen Teil des Spaltes zwischen den zu schweißenden Kanten der Teile 1 (Fig. 13, 14) der Untersatz 17 so angeordnet, daß er in vertikaler Richtung bewegbar ist Der Untersatz hat eine Öffnung 13 zum Anordnen einer nichtabschmelzenden Elektrode 20 sowie Öffnungen 21 zur Zuführung von Zusatzmetall in Form von Drähten 22 zum Spalt Die nichtabschmelzende Elektrode 20 wird im Untersatz 17 befestigt, und durch die Öffnung 21 wird dem Spalt der Zusatzdraht 22 zugeführt Der Hohlraum der Eingangstasche 6 wird mit schmelzflüssiger Schlacke 4 gefüllt Der Schweißstrom wird durch das Anschalten einer Schweißstromquelle (nicht gezeigt) an die nichtabschmelzende Elektrode 20 und an die Eingangstasche 6 zugeführt Durch die

Zusatzdrähte 22, die sich außer des Schweißkreises befinden, fließt kein Strom. Beim Schweißen werden die Zusatzdrähte 22 je nach em Abschmelzen ununterbrochen dem Schlacki^iüaa 4 von unten nach oben zugeführt, und der Untersatz 17 wird im Spalt von oben nach unten bewegt, bis das Schlackenbad 4 aus dem Spalt völlig entfernt wird. Bei dieser Variante des Verfahrens ist es möglich, durch die Regelung der je 1 m-Nahtlänge verbrauchten Energie in weiten Grenzen das Schweißen von Bauelementen mit intensivem Wärmeleiten durchzuführen.

Bei der Durchführung des Verfahrens in allen beschriebenen Varianten wird eine Schlacke mit der erforderlichen Dichte entsprechend folgender Abhängigkeit ausgewählt:

YSMacke ~

100

Hierin bedeuten:

Dichte der Schlacke;

Prozentgehalt von Flußmittelkomponenten;

Dichte der Flußmittelkomponenten.

Dies ermöglicht eine rationelle Auswahl des Flußmittels für das Schweißen eines konkreter. Metalls.

Das beschriebene Verfahren wird durch Ausführungsbeispiele erläutert

Beispiel 1

Es wurde das Schweißen von Aluminiumschienen 1 (F i g. 2, 3 und 4) mit einem Querschnitt von 160 χ 300 mm folgender chemischer Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) durchgeführt: Mn—0,01; Fe-0,02; Si-0,055; Cu-0,0045 und Al-Rest Als Schweißflußmittel 12 wurde ein Flußmittel folgender Zusammensetzung

NaF-AlF₃-CaF₂-SiO₂

gemäß dem UdSSR-Urheberschein Nr. 207703 verwendet Die Teile 1 mit Abmessungen 160 χ 300 χ 500 mm wurden auf die Herausführungsleisten 9 aufgestellt die auf dem Untersatz 10 der Formierungseinrichtung befestigt sind. Im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten wurde eine 160 mm breite Plattenelektrode 2 ortsfest angeordnet Die Eingangstasche 6 der Formierungseinrichtung wurde über dem Spalt auf die

so Schweißteile 1 aufgestellt Beiderseits der zu schweißenden Kanten wurden die Kokillen 11 befestigt Die zu schweißenden Kanten wurden also von allen Seiten mit Elementen der Formierungseinrichtung geschlossen, was die Möglichkeit eines Herausfließens des Schweißbades beim Schweißen ausschloß. Der Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten wurde mit dem Schweißflußmittel 12 beschickt das eine Kornfeinheit von 2 bis 10 mm aufwies. Man begann den Schweißprozeß mit dem Eingießen der schmelzflüssigen Schlacke 4 auf die Oberfläche des Flußmittels 12 und dem nachfolgenden Anschalten einer Schweißstromquelle (nicht gezeigt) an die Elektrode 2 und die Eingangstasche 6. Das Ausfüllen des Spaltes zwischen den zu schweißenden Kanten mit den Tropfen 3 der aufgeschmolzenen Schweißelektrode 2 und der abgeschmoizenen Kanten der Schweißstelle 1 erfolgte gleichzeitig mit dem ununterbrochen größer werdenden Elektrodenabstand, d.h. dem Abstand zwischen der Plattenelektrode 2 und dem Metallbad 5.

Nach dem vollständigen Aufschmelzen der Schweißelektrode 2 wurde der Prozeß eingestellt. Nach der völligen Erstarrung der Naht wurde die Formierungseinrichtung von der Schweißverbindung abgenommen. Im Ergebnis wurde eine fehlerfreie Schweißnaht mit einem guten Umriß hergestellt. Für die Bildung von Schweißverbindungen wurde das Flußmittel folgender Zusammensetzung und folgender Schweißbetrieb verwendet; Schweißflußmittel (in Gewichtsprozent):

Kryolith (Na₃AlF₆) 28; CaF₂ 64; SiO₂ 8;

die Flußmitteldichte betrug 3,12 g/cm³

Leerlaufspannung des

Transformators, V 44

Stromdichte an der Elektrode,

A/mm² von 3 bis 5

Spalt zwischen den zu

schweißenden Kanten, mm 50

die Dichte des zu schweißenden

Metalls, g/cm³ 2,69

Beispiel 2

Es wurde das Schweißen von Teilen 1 (F i g. 5, 6) aus einer Magnesiumlegierung mit einer beweglichen Plattenelektrode bei ortsfester Anordnung des Untersatzes der Formierungseinrichtung durchgeführt. Die chemische Zusammensetzung des zu schweißenden Metalls betrug (in Gewichtsprozent): Al 4,3; Mn 0,4; Zn 1,0; Cu 0,02; Mg Rest.

Vor dem Beginn des Schweißvorgangs wurden auf die Kanten der Schweißteile die Bauelemente der Formierungseinrichtung aufgestellt: der Spalt wurde an den Flanken mit zwei Kokillen 11 geschlossen, die Herausführungsleisten 9 und der Untersatz 10 mit einer öffnung für die Zuführung der Elektrode 15 wurden unten angeordnet; von oben wurde die Eingangstasche 6 befestigt Die Bauelemente der Formierungseinordnung wurde so angeordnet, daß das schmelzflüssige Schweißbad nicht herausfloß. Dies wurde durch die Anordnung einer Asbestpappe oder Asbestschnur zwischen den in Berührung kommenden Flächen der Schweißteile 1 und der Formierungseinrichtung erzielt. Nach dem Zusammenbau wurde in den Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten die Schweißelektrode 15 eingeführt; der Spalt wurde mit der schmelzflüssigen Schlacke 4 gefüllt, und der Schweißstrom eingeschaltet. Während des Aufschmelzens der Elektrode 15 und der zu schweißenden Kanten füllten die Tropfen 3 des schmelzflüssigen Metalls der Elektrode 15, die in den Spalt eingeführt wurde, und der Kanten der Schweißteile 1 den Spalt zwischen den Kanten auf. Nach dem Abschalten der Speisequelle vom Schweißkreis erfolgte die Erstarrung des Nahtmetalls und die Ausbildung der Schweißverbindung. Die Formierungseinrichtung wurde nach der Erstarrung der Naht von der Schweißverbindung abgenommen. Qualitätsschweißverbindongen ergaben sich bei der Anwendung eines Schweißflußmittels folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):

Kyroüth (NajAlF_b)-28; CaF₂-64; S1O2-8
und bei folgendem Schweißbetrieb:
die Dichte des zu schweißenden
Metalls, g/cm³ 1,7

die FluBinitteldichte, g/cm³ 3,12

Querschnitt der Schweißteile, mm 57x110
Leerlaufspannung des
Transformators, V 40

Stromdichte, A/mm² 3,0

Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten, mm 56

Geschwindigkeit der Zuführung der Elektrode, m/Std. 90

Beispiel 3

Es wurde das Schweißen von technischem Titan mit

ίο einem Querschnitt von 60 χ 500 mm unter Anwendung des beweglichen Untersatzes 17 (Fig. 7, 8) und der Plattenelektrode 15, die in Richtung von unten nach oben bewegt wird, durchgeführt. Die Elektrode 15

wurde ins Schlackenbad 4 durch eine Öffnung im Untersatz 17 vorgeschoben.

Die Schweißteile 1 wurden auf den Herausführungsleisten 9 der Formierungseinrichtung auf solche Weise angeordnet, daß der sich von oben nach unten bewegende Untersatz 17 am Ende des Schweißvorgangs eine Stellung unterhalb der zu schweißenden Kanten eingenommen hat. Die Eingangstasche 6 wurde auf die zu schweißenden Kanten aufgestellt. In der Eingangstasche 6 wurde der Untersatz 17 so angeordnet, daß er sich nachher nach unten, in den Spalt 2=, herausführen läßt. Durch die öffnung im Untersatz 17 wurde die Plattenelektrode 15 im Spalt angeordnet. Man begann das Schweißen mit dem Eingießen der schmelzflüssigen Schlacke 4 in die Eingangstasche 6. Dann wurde die Speisequelle eingeschaltet. Die 3D Elektrode 15 wurde dem Schlackenbad 4 durch die öffnung im Untersatz 17 mit einer Geschwindigkeit zugeführt, die erforderlich ist, um den Elektrodenabstand konstant zu halten. Beim Schweißen wurde der Untersatz 17 nach unten in den Spalt mit gleichzeitiger Zuführung der Plattenelektrode 15 nach oben bewegt. Die gegenseitige Bewegung des Untersatzes 17 und der Elektrode 15 ermöglichte es das Volumen des Schlackenbades 4 konstant zu halten.

Qualitätsschweißverbindungen ergaben sich unter Anwendung eines Schweißflußmittels folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):

Kryolith 5; PbCl₂ 70; CaF₂ 5; BaF₂ 20 und bei folgendem Schweißbetrieb:

die Dichte des zu schweißenden ^4:1 Metalls, g/cm³ 4,5

die Flußmitteldichte, g/cm³ 5,16

Leerlauf spannung des

Transformators, V 36

Stromdichte an der Elektrode, A/mm² 4,0

Be^'egungsgeschwindigkeit der

Plattenelektrode, m/Std. 90

Querschnitt der Schweißteile, mm 60 χ 500

Schweißzeit min Z5

Beispiel 4

Dem Schweißen wurde eine bildsame Legierung auf der Basis von Aluminium, die durch keine Wärmebehandlung gehärtet wurde, folgender chemischer Zusammensetzung unterzogen (in Gewichtsprozent): Mg 6,29; Mn 0^6; Si nicht mehr als 0,01; Fe nicht mehr als 0,01; Ti 0,05; Cu nicht mehr als 0,01 und Al Rest Ais Flußmittel wurde ein Schlackensystem bestehend aus folgenden Komponenten:

NaF-AlF₃-CaF₂-SiO₂
gemäß dem UdSSR-Urheberschein 207703 verwendet

Im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten wurde das abschmelzende Mundstück 18 angeordnet, das in axialer Richtung aus zwei je eine Längsnut aufweisenden Teilen bestand. Durch die Verbindung dieser Teile wurde das Mundstück 18 mit Längskanälen gebildet, die für die Einführung der Elektroden 15 in Drahtform durch das Mundstück bestimmt waren. Die Schweißteile 1 wurden an ihrer Schweißstelle von der Formierungseinrichtung umfaßt Der Untersatz 10 ivurde dabei ortsfest unter dem Spalt angeordnet Das abschmelzende Mundstück 18 wurde in den Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten durch die Öffnung im Untersatz 10 eingeführt In die Kanäle des abschmelzenden Mundstücks 18 führte man die Elektrodendrähte 15 ein. Nach der Durchführung der genannten Arbeitsgänge wurden die Bauelemente der Formierungseinrichtung und die Schweißteile durch die Abdichtung der Spalte zwischen ihnen mit Asbest dicht verbunden. Der Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten wurde mit Schweißflußmittel 12 beschickt. Das abschmelzende Mundstück 18 wurde an den einen Pol der Speisequelle (nicht gezeigt) und die Eingangstasche 6 an den anderen Pol angeschaltet Man begann den Schweißvorgang mit dem Eingießen der schmelzflüssigen Schlacke 4 auf die Oberfläche des Flußmittels 12 mit dem der Spalt beschickt' worden ist Nach dem Eingießen der Schlacke 4 wurde der Schweißkreis eingeschaltet Der Schweißvorgang wurde nach Anzeigen des Spannungs- und Strommessers bei folgendem Schweißbetrieb geprüft: Schweißflußmittel (in Gewichtsprozent):

Kyrolith 28; CaF₂ 64; SiO₂ 8,

die Flußmitteldichte

Leerlaufspannung des

Transormators, V

Stromdichte an der Elektrode,

A/mm²

Querschnitt der zu schweißenden

Teile, mm

die Dichte des zu schweißenden

Metalls

Abstand zwischen den zu

schweißenden Kanten, mm

Schweißgeschwindigkeit, m/Std.

15

20

30

Beispiel 5

Es wurde das Schweißen eines Metalls mit einer Dicke von 50 mm durchgeführt, das folgende chemische Zusammensetzung aufwies (in Gewichtsprozent): Mg 4,8; Mn 0,54; Fe 0,25; Zn 0,04; Si 0,1; Cu 0,075 und Al Rest

Die zu schweißenden Kanten der Teile 1 (F i g. 13) mit einem Querschnitt von 50 χ 250 mm wurden von der Formierungseinrichtung umfaßt Die Eingangstasche 6 wurde dabei über dem Spalt angeordnet; die Herausführungsleisten 9 und der Untersatz 10 mit Öffnungen für die Zuführung des Zusatzmetalls in Form eines Drahtes 22 wurden unter dem Spalt aufgestellt und die Seitenflächen der zu schweißenden Kanten von den Kokillen il umfaßt Auf dem Untersatz 10 wurde eine nichtabschmelzende Plattenelektrode 20 aus Graphit befestigt Man begann den Vorgang mit dem Eingießen der schmelzflüssigen Schlacke 4 in den Spalt, wozu der eine Pol der Speisequelle an die Graphitelektrode 20 und der andere an die Eingangstasche 6 angeschlossen wurden. Der an den Schweißkreis nicht angeschaltete Zusatzdraht 22 wurde durch die öffnung im Untersatz 10 dem Schlackenbad 4 von unten nach oben zugeführt Das Schmelzen des Zusatzdrahtes 22 ging im flüssigen Schlackenbad 4 vor sich. Da die Graphitelektrode 20 mit der schmelzflüssige .1 Schlacke 4 nicht reagierte, gelang es, den Elektrodenabstand konstant zu halten. Im Ergebnis wurde eine fehlerfreie Schweißnaht mit einem gutem Umriß gewonnen.

Beim Schweißen wurde ein Flußmittel folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) verwendet:

	35	Kyrolith 28; CaF₂ 64; SiO₂ 8;	3,12
3,12g/cm3
		gemäß dem UdSSR-Urheberschein 207703	2,6
44		Schweißbetrieb für das
		beschriebene Beispiel:	40
4,0	40	Flußmitteldichte, g/cm³
		Dichte des zu schweißenden	2,5.
50x500		Metalls, g/cm³
		Leerlaufspannung des	64
2,55 g/cm³		Transformators, V
	45	Stromdichte an der Elektrode,
60	Hierzu 7 Blatt	A/mm²
30	Abstand zwischen den zu
	schweißenden Kanten, mm
	Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Elektroschlackeschweißen von Metallen durch das Erzeugen eines Schlackenbades im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten mit nachfolgendem Schmelzen einer Elektrode im Schlackenbad durch die Wärme, die sich beim Durchfließen eines Schweißstromes durch die in diesem Spalt befindliche schmelzflüssige Schlacke entwickelt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des Schlackenbades ein Schweißnußmittel (12) mit einer Dichte, die größer ist als die Dichte des zu schweißenden Metalls (1) benutzt wird und der Schweißprozeß in der Richtung von oben nach unten mit der Bildung des schmelzflüssigen Metalls (5) über dem Schlackenbad (4) durchgeführt wirrt, wobei das schmelzflüssige Metall gegen Atmosphäreneinwirkung geschützt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (2) im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten (1) unbeweglich angeordnet wird, der Spalt mit dem Flußmittel (12) gefüllt wird und der Prozeß mit dem Erzeugen eines Schlackenbades (4) im Bereich des oberen Teils der Elektrode (2) begonnen wird, wobei das Volumen der Elektrode gleich dem Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten (1) gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen durch die Zuführung einer Abschmelzelektrode (15) von unten nach oben im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im Schweißprozeß sich bildende Schlackenüberfluß aus dem Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten (1) herausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlackenbad beim Schweißen von oben nach unten bewegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten eine Abschmelzelektrode (15) angeordnet wird, worauf der Spalt mit dem Schweißflußmittel (12), das ein zerkleinertes Zusatzmetall (22) enthält, gefüllt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten (1) ein abschmelzendes Mundstück (18) unbeweglich angeordnet wird, durch das dem Schlackenbad die Elektrode (15) zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Spalts zwischen den zu schweißenden Kanten ein nichtabschmelzendes Mundstück (19) angeordnet wird, durch das die Elektrode dem Schlackenbad zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine nichtabschmelzende Elektrode (20) im Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten (1) angeordnet wird und dem Schlackenbad (4) Zusatzmetall (22) zugeführt wird, das nicht mit der Schweißstromquelle verbunden ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen den zu schweißenden Kanten mit Schweißflußmittel (12) gefüllt wird, und den Vorgang mit dem Eingießen einer Menge von schmelzflüssiger Schlacke (4) auf den oberen Teil des Schweißflußmittels begonnen wird.

11. Verfahren p°ch -...cm der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Schlacke entsprechend folgender Abhängigkeit gewählt wird: