DE3248082C2

DE3248082C2 - Einrichtung zum Verschweißen der Enden von Eisenbahnschienen

Info

Publication number: DE3248082C2
Application number: DE3248082A
Authority: DE
Inventors: Jack H. Portland Oreg. Devletian; Milton R. Aloha Oreg. Scholl; Robert B. Hillsboro Oreg. Turpin; William E. Wood
Original assignee: Southern Pacific Transportation Co
Current assignee: Southern Pacific Transportation Co
Priority date: 1981-12-30
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1985-03-21
Also published as: CA1179023A; DE3248082A1; FR2518920B1; JPS58151980A; GB2112313A; AU556816B2; GB2112313B; US4429207A; FR2518920A1; ZA829542B; AU9187182A

Abstract

Ein Elektroschlackenschweißverfahren zur Verschweißung insbesondere von Eisenbahnschienen beim Verlegen arbeitet mit einem speziellen Formboden (15) und einer speziellen Elektrodenführungsanordnung (45). Der Formboden (15) hat einen metallischen Einsatz (35), der unter Zwischenlage eines wärmeisolierenden Materials (36), beispielsweise Keramikmaterial, in einer Vertiefung des kupfernen Formbodens (15) sitzt. Durch die Wärmeisolierung wird bei Lichtbogenbildung am Beginn des Schweißvorgangs die Wärme in dem Einsatz (35) gehalten, der dann einen Teil der Schweißung bildet. Die Führungsanordnung (45) ist nach unten hin divergierend ausgebildet und führt zwei kontinuierlich zuführbare Elektroden (29, 29a). Ferner sind am Unterteil flügelartige Elemente (45b) vorgesehen. Der Unterteil ist mit scharfen Kanten (45e) versehen, so daß bei Lichtbogenbildung ein Teil der Führungsanordnung (45) schmilzt und eine gleichmäßige Schicht geschmolzenen Metalls bildet, die das Schmelzen des Schlackenbildungsmittels zu einem Schlackenbad mit gleichmäßiger Temperaturverteilung begünstigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung naci. dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es gibt Schweißverfahren und Schweißeinrichtungen, mit denen qualitativ gute Schweißungen bei Schienen beispielsweise in einer Fabrik durchgeführt werden können. Beispiele zeigen die DE-AS l⁷ö5 706, 13 65 21Z 12 03 893 und 10 74 784. in denen auch Elektrodenführungsvorrichiungcn unterschiedlicher Art beschrieben sind. Solche Verfahren und Systeme sind jedoch nicht geeignet, auch unter Verlegcbedinsungen qualitativ gute Schweißungen zu verwirklichen. Gegenwärtig gibt es nur ein im Freien anwendbares Verfahren, dp,s weitläufig ate das Thermitverfahren bekannt isL Bei diesem Verfahren wird ein Schwcißmctall verwendet, daß so angesetzt ist. daß es der Mikrostruktur und den Eigenschaften der zu verschweißenden Schienen angepaßt ist.

Das Thcrmilverfahren hat sich bei der Anwendung aber als ungeeignet erwiesen. Schweißungen hoher Qualität und Fchlcrfrcihcit zu erzeugen, die reproduzierbar sind. Eine qualitativ gute und fehlerfreie Schweißung ist eine solche, deren Eigenschaften denen der Schienen selbst äquivalent oder noch besser sind, ohne daß nichtmetallische Einschlüsse und Gasentwicklungen in der Schweißung, insbesondere in den Flußzonen an den Schienenenden, vorhanden sind. Schweißungen, die nach dem Thermitverfnhrcn hergestellt wurden, sind für Ausfälle bei der Benutzung häufiger anfällig als jeder andere Teil der Schiene. Kin weiterer Nachteil de·:- bekannten Verfahrens besteht darin, daß es nicht auf veränderliche Mciallcigenschaflen während der Schiencnvorlcgung eingestellt werden kann, beispielsweise auf Schienen mit gehärteten Köpfen.

In den spaten bOzigcr Jahren erschienen zwei russische Aufsätze in der Literatur. Es handelt sich dabei um »Elektroschlackenschweißen von Kranschienen« von L N. Kopctmann u. a, Svar. l'roiz. Nummer 4.1967.Seiten 32 bis 34. und »Das halbautomatische Elektroschlackenschweißen von Schienen«. AvI. Svarka, Nummer 3. 1966, Seite 53. Diese Aufsätze geben jedoch keine umfassende Information über die praktische Durchführung dieser Verfahren. Es besteht deshalb ein Bedarf für eine Einrichtung zum Schweißen von Schienen beim Verlegen unter Herstellung einer qualitativ guten und fehlerfreien Schweißnaht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine solche Einrichtung anzugeben, die sich insbesondere zum Einsatz beim Verlegen eignet und schnell arbeitet, so daß Vcrkehrsunterbrcchungcn möglichsl kurz gehalten werden. Dabei soll insbesondere ein schnelles und einfaches Entfernen des l-'ormbodcns möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs I gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der IJnteransprüchc.

Die Erfindung führt zu einer Einrichtung mit neuartigen ("ornielemcntcn und ermöglicht die Herstellung qualitativ guter und fehlerfreier Schweißungen beim Schicncnverlegcn. Unter diesen Bedingungen können die Schienen nicht in umgekehrter Lage angeordnet sein, und deshalb muß jegliches Schweißen am Schienenfuß beginnen, der bekanntlich im Querschnitt breit

und relativ dünn ist. Vom Schienenfuß gehl der Schienensteg aus, der den Schienenkopf trägt. Die neue Einrichtung hat einen neuartigen Formboden mit Spezialeinsätxen, wodurch es möglich ist, den Formboden nach dem Schweißvorgang leicht zu entfernen, ohne ihn abzuschleifen oder abzustemmen bzw. in praktisch beim Schiencnverlegen nicht durchführbarer Weise entfernen zu müssen.

Wie noch beschrieben wird, ist der Formboden so ausgebildet, daß die Lichtbogenbildung und das Einlaufen erleichtert und damit die vollständige Verschmelzung der Schweißung mit den Schienenfüßen begünstigt wird. Ferner werden nichtmetallische Einschlüsse und jegliche gasförmigen Einschlüsse am Fuß der Schweißung vermieden, wodurch ein Schweißanfang hoher Qualität gewährleistet ist. Im Hinblick auf den vorgegebenen Querschnitt der Schienen wird eine Elektroden-Führungsanordnung neuartiger Form verwendet, um geeignete Mengen von Füllmelall abhängig vom Schicnenquerachnitt zuzuführen und eine gute Wärmeverteilung zu gewährleisten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben, die verschiedene mögliche Ausführungsbeispiclc darstellen. Im einzelnen zeigt

Fi g. 1 eine perspektivische Darstellung von Schienen und Formteilen,

F i g. 2 eine Draufsicht auf eine Schweißform und deren Hohlraum,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung zweier miteinander verschweißter Schienenenden,

F i g. 4 eine einfachere Darstellung eines Formbodens im Querschnitt.

Fig.4a einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispicls des Formbodens,

Fig.5 eine Seitenansicht eines AusführungsDcispiels einer Elektroden-Führungsanordnung,

F i g. 5a einen Querschnitt der Schweißform während des Schweißvorgangs,

F i g. b unö 7 Querschnitte von Schweißungen verschiedener Form,

F i g. 8 die Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Elektrodcn-Führungsanordnung und

F i g. 8a den Schnitt 8a-8a gemäß F i g. 8.

F i g. I zeigt die perspektivische Darstellung zweier Schienen 12 und 13, die miteinander zu verschweißen sind. Um verschiedene Eigenschaften und Teile der Schweißform hervorzuheben, ist die Schiene 13 strichpunktiert dargestellt. Die Formteile haben einen einheitlichen Formboden 15, der im einzelnen erläutert wird. Die Enden der Schienen 12 und 13. die miteinander zu verschweißen sind, ruhen auf dem Formboden 15. Ferner trägt er zwei Kupferschuhe, von denen nur der Kupferschuh 18dargestellt ist.

Der andere ist identisch ausgebildet. Der Schuh 18 verläuft vom Fuß 12a der Schiene 12 längs dem Schienenstcg 126 zur Oberseite des Sehicncnkopfes 12c. Dieser Schuh 18 und auch der andere, nicht dargestellte Schuh haben eine solche Kontur, daß sie an den Schienen beidseitig anliegen und dabei einen Hohlraum bilden, der breiter als die .Schienenbreite und mit 2Ö bezeichnet ist. Dieser Hohlraum 20 ist beim Schweißen gefüllt. Diese Eigenschaft im am besten aus Fig. 2 zu erkennen, die eine Draufsicht auf den Schuh 18 und den anderen Schuh 18a beiderseits der Schienen 12 und 13 zeigt. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, haben die beiden einander gegenüberliegend.? λ Schuhe 18 und 18;/ eine solche Form, daß sie an den Seilen der Schienen anliegen, und zwar von den Schienenfüßen 12;/ und 13a bis zu den Schienenköpfen 12c und 13c. In dem Kaum zwischen den beiden Schienen, der mit t bezeichnet ist, miu.1 die Schuhe so geformt, daß das Volumen des Hohlraums 20 größer als das zwischen den beiden Schienen 12 und 13 ist. In diesem Hohlraum 20 findet die Schweißung statt, so daß das Schweißmaterial nach dem Schweißen etwas über die Seitenflächen der Schienen 12 und 13 hinausragt, wie es in F i g. 3 gezeigt ist, die eine bildliche Wiedergabe der Schweißstelle darstellt.

ίο Zusätzlich zu den beschriebenen Formteilen sind zwei Formdeckel 24 und 25 vorgesehen. Nur der Formdeckel 24 ist in F i g. 1 dargestellt. Er ruht auf der Schiene 12 und den Schuhen 18 und 18a, während der Formdeckel 25 auf der Schiene 13 und den Schuhen 18 und 18a ruht. Jeder dieser Formdeckel 24 und 25 hat eine konkave Fläche 24a bzw. 25a. Trotz des Aneinanderliegens der beiden Formdeckel 24 und 23 beim Betrieb ist also ein Hohlraum über dem Hohlraum 20 ausgebildet, dessen Lagt über den Schienenköpfen 12c und 13c von Wichtigkeit ist. Wie noch erläutert >/ird, besteht die Funktion der beiden Formdeckel 24 uml 25 und des zwischen ihnen gebildeten Hohlraums darin, einen Abfluß am Ende des Schweißvorgangs zu ermöglicher. Die beiden Formdeckel 24 und 25 und der zwischen ihnen gebildete Hohlraum schaffen Platz für ein Schlackebad und etwas geschmolzenes Metall zum Ansteigen über die Schienenköpfe 12cund 13chinaus. Wenn diese Höhe erreicht ist, wird der Schweißvorgang beendet, und die Formdeckel 24 und 25 werden abgenommen, so daß die Schlacke abfließen kann, ohne daß sie Einschlüsse in dem geschmolzenen Metall bildet, welches dann aushärten kann und unter den Schienenköpfen 12c. 13c einen Teil der Schweißung bildet.

Wenn die Schlacke abfließen kann, befindet sich das geschmolzene Metall, welches unterhalb des Schlackenbades lag, ausreichend hoch über den Schienen 12,13, so daß keine Schlacke, die in das geschmolzene Metall eindringen könnte, das aushärtende Metall untei den Schienenköpfen 12c, 13c erreichen kann. Somit ist die Schweißung zumindest bis zu den Schienenköpfen 12c, 13c frei von Verunreinigungen. Jegliches Metall, das über den Schienen 12,13 aushärtet, wird beispielsweise durch Schleifen entfernt, wodurch eine Schweißung mit einer flachen Oberseite entsteht, die in Fig.3 gezeigt ist.

F i g. 4 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht des Schweißbereichs der beiden Schienen mit einem vereinfachten Führungsrohr 28 und einer Elektrode 29 und ohne Schuhe 18 und 18a und Formdeckel 24 und 25. Der Formboden 15 ist in·; Querschnitt dargestellt. Er enthält einen Bodcnblock 30 beispielsweise aus Kupfer. Im Gc gensalz zur bisherigen Technik hat der Bodenblock 30 jedoch eine solche Form, daß er eine längliche Vertiefung 30.1 bildet. Dieser angepaßt ist ein trogförmiger Einsatz. 35. der von dem Bodenblock 30 durch ein wärmeisolierendes Material, beispielsweise eine Keramikschichl 36, getrennt ist. Der trogförmige Einsatz 35 ist etwas liinger als die Fußabschnitte 12a, 13a der Schienen 12 und 13, und seine Breite isi etwas größer als der

μ Raum zwischen den Schienen 12 und 13, die auf dem Einsatz. 35 aufliegen. Die Schienen ruhen rlsu auf dem Einsatz 35 und nicht auf dem größeren Bodenblock 30.

Der Einsatz. 35 besteht typisch aus Stahl und bildet den Boden des Raur.ü=, der «on der Schweißung einge-

fcj nommcn wird. Wie bei der bisherigen Technik liegen die Schienen und die Form auf dem einen Potential, beispielsweise Erdpotential, und die kontinuierlich zugeführte Elektrode und ihre Führung liegen auf einem

hohen Potential, das in Fig.4 mit + V bezeichnet ist. Der Einsatz 35 führt gleichfalls Erdpotcntial. Wenn die Schweißung beginnt, d. h. wenn das Potential + Van die Elektrode 29 angelegt wird, erfolgt Lichtbogenbildung, da die Elektrode 29 den Einsatz 35 berührt. Der Lichtbogen heizt den Einsatz 35 auf, der nicht nur ein elektrischer, sondern auch ein guter Wärmeleiter ist. Da seine Gesamtmasse klein und er gegenüber dem Bodcnblock SO durch die Keramikschicht 36 wärmeisoliert ist. steigt seine Temperatur sehr schnell auf hohe Werte. Dadurch verdampfen jegliche verdampfungsfähigen Verunreinigungen im unteren Abschnitt der Schweißung und treten aus der Schweißform bzw. Schmelze aus. Dies ist besonders wichtig, da dadurch jegliche Verunreinigungen in der fertigen Schweißung vermieden werden. Durch die hohe Temperatur des Einsatzes 35 verteilt sich ferner das geschmolzene Metall der kontinuierlich zugeführten Elektrode 29 gleichmäßig über den gesamten Trog des Einsatzes 35, wodurch ein gleichmäßiger Boden für die Schweißung bei der Aushärtung des Metalls gebildet wird. Wenn ferner schlackenbildendes Material 40 eingeführt wird, so schmilzt es schnell und bildet das Schlackcnbad. Wenn dieses Bad gebildet ist. schmelzen die kontinicrlieh zugeführtc Elektrode 29 und ihr Führungsrohr 28 in dem Schlackcnbad und bilden das geschmolzene Metall für die Schweißung.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Einsatz 35 vollständig schmilzt und ein Teil des Schweißmetalls wird, wobei der untere Ί eil der Schweißung ausgebildet wird. Da sein Trog jedoch unter den Schienenfüßen 12.·». 13a liegt, breitet sich das Schweißmetall bis unter die Schienenfüße 12a, 13a aus. Somit beeinträchtigt das Vorhandensein des Einsatzes 35 in keiner Weise die Verschmelzung der Schienenfüße 12a, 13a mit dem Schweißmeiall, wodurch sich eine qualitativ gute Schweißung im unteren Abschnitt ergibt, die frei von Verunreinigungen Lsi. Nach Abschluß der Schweißung werden die Keramikschicht 36 und der Bodenblock 30 leicht von dem Einsatz 35 getrennt, da kein ausgehärtetes Metall mit ihnen in Kontakt kommt. Dies ist sehr wichtig, da die Entfernung der Keramikschicht 36 und des Bodcnblocks 30 möglich ist. ohne daß ein Schleifen oder ein ähnlicher Arbeitsgang durchgeführt werden muß. Somit kann die Einrichtung auch beim Sehicnenverlcgcn eingesetzt werden, wobei sich die Schienen 12,13 in ihrer normalen aufrechten Lage befinden können.

Im Gegensalz zu Fig. I und 4 kann die Keramikschicht 36 den Einsatz 35 von dem Bodcnblock 30 nur im Trogbereich trennen, während der übrige Einsatz35 mit dem Bodenblock 30 in Kontakt steht, wie es in Fig. 4a im Querschnitt gezeigt ist. Dies beeinträchtigt in keiner Weise die vorstehend beschriebenen Vorteile, die immer dann erreicht werden, wenn der Trogabsehniit des Einsatzes 35 durch die Schicht 36 wärmeisoliert ist. Die Schicht 36 wurde als Keramikschicht bezeichnet, für sie kann jedoch auch ein anderes wärmeisolierendes Material verwendet werden. Bei einer Ausführungsform. die auch in der Praxis verwirklicht wurde, bestand diese Schicht aus kleinen Keramikstückchen. Die Schicht 36 kann unabhängig davon, ob sie aus Keramik oder einem anderen wärmeisolicrenden Material besteht, mit einem Trog aus einem einzigen Materialstück versehen sein.

Obwohl die primäre Funktion des Bodcnbiocks 30 darin besteht, den Einsatz 35 dort zu tragen, wo die Schweißung beginnt, kann er auch eine weitere wichtige Funktion erfüllen, insbesondere wenn der Einsatz 35 mit ihm in Kontakt steht. Bei der Anwendung in der Praxis ist manchmal mit sehr stark veränderlichen atmosphärischen Bedingungen zu rechnen, nämlich in sehr kalten und auch sehr heißen Gegenden. Es hat sich gezeigt, daß die Startbcdingungcn für das Schweißen leichter standardisiert werden können, wenn der gesamte Teil der j Anordnung, der die Schienenfüße 12a, 13.), den Einsatz 35 und den Bodcnblock 30 umfaßt, auf eine Temperatur im Bereich von beispielsweise 200 bis 315"C gebracht wird.
Es wird nun F i g. 5 betrachtet, die die Vorderansicht eines Ausführungsbcispicls einer verbrauchsfähigen Elektrodcnführung und Schwcißmctallstruktur 45 darstellt. Diese Anordnung wird im folgenden einfacher als Führungsanordnung bezeichnet, die sich besonders zur Herstellung qualitativ guter .Schweißungen eignet. In

is Fig. 5 ist die Führungsanordnung 45 in ihrer Lage in der .Schweißform dargestellt, während ein Schienenende 12 gestrichelt gezeigt ist. Durch den stark sich ändernden Querschnitt einer jcucii Schiene Zwischen einem langer,, dünnen Schienenfuß über einem schmaleren Schiencn-

2« steg bis zu einem wesentlich dickeren Schiencnkopf kann ein konventionelles Führungsrohr für das Elektroschlackenschweißen nicht verwendet werden, da ein solches Führungsrohr nicht die sich entsprechend ändernden, jedoch richtigen Füllmetallmcngcn für die Ausbildung der Schweißung bereitstellen kann. Dies ist aber mit der Führungsanordnung45 möglich.

Die Führungsanordnung 45 besteht im wesentlichen aus einer oder mehreren Metallplatte 45a, auf deren beiden Seiten zwei Führungsrohr 28 und 28;» vorgcse-

)o hen sind. Durch diele hindurch worden die Elektroden 29, 29a kontinuierlich zugeführt, die das Potential + V führen. Wie F i g. 5 zeigt, verbreitert sich die Metallplatte 45a mit den Führungsrohrcn nach unten, wodurch sich der Abstand zwischen (lon Elektroden 29 und 29a

J5 vergrößert. Um ausreichendes Schweißmctall am unteren Abschnitt der SchweiSung bereiizusteücn und eine gute Schweißung an den relativ breiten Schienenfüßen zu gewährleisten, enthält die Führungsanordnung 45 verbrauchsfähige Mctallstückc 456, die nach Art von Flügeln beiderseits der Führungsrohre 28 und 28a vorgesehen sind.

Die Führungsanordnung 45 wird beim Schweißen so positioniert, daß sich die Spitzen der Elektroden 29 und 29;/ kurz über den Einsatz 35 befinden. Wenn dann das Schweißen durch Anlegen des Potentials + V an die Elektroden 29, 29a eingeleitet wird, erfolgt Lichtbogenbildung in beschriebener Weise. Wenn das Schlackcnbad aus schlackenbildcndem Material vorhanden ist. liefert der untere Teil der Führungsanordnung 45 in der

so Schmelze laufend Füllmaterial, wobei die Elektroden 29, 29a kontinuierlich zugeführt werden, und die wcscniiiche Aufheizung des Schlackcnbades zum weiteren Schmelzen der Führungsanordnung 45 bewirken. Somit werden die erforderlichen Mengen an Schweißmctall

5-, für die Schweißung bereitgestellt. Die verschiedenen Teile der Führungsanordnung 45 schmelzen und liefern Schwcißmetall. Durch richtige Ausbildung der Form und der Dicke der Führungsanordnung 45 wird die Geschwindigkeit der Bereitstellung des Schwcißmctalls

M) und durch die Abslände zwischen den Elektroden 29, 29./ die Wärmevericilung gesteuert.

Ziemlich oft enthalten Schienen aus Stahl verschiedene Legierungen, wie sie beispielsweise zur Herstellung von Schienen mit gehärteten Köpfen verwendet wer-

(,5 den. Solche Schienen können sehr erfolgreich verschweißt werden, indem an den geeigneten Stellen der Führungsanordnung 45 Stücke aus Legierungen eingesetzt werden, die gewissen ausgewählten Eigenschaften

der Schienen, beispielsweise Härte, Mikrostrukiur ti. ii., gerecht werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß das Metall der l'ührungsanordnung 45 sowie das Führungsrohr 28 schmilzt, wenn diese Teile in Kontakt mit dem Schlackcnbad kommen, da dieses eine hohe Temperatur im Bereich von 2iC0°C führt. Die Elektroden 29, 29;/ ragen in das Schlackenbad und schmelzen durin. Die relativ breite Führungsanordnung 45 verteilt die Leistung über die Breite der SchweiBung.

Ks sei ferner darauf hingewiesen, daß bei fortsehrciiendern Schweißen das Schlackcnbad zuerst ansteigt, so daß dadurch die kälteren Flächen der Schuhe 18 und I8;i beschichtet werden, die. wie bereits beschrieben, aus Kupfer bestehen. Somit hat die fertige Schweißung eine Außenschicht aus Schlacke, wodurch die Entfernung der Schuhe 18,18a erleichtert und die Schweißung in gewissem Grade gegen Oxidation geschützt wird. Kin schematischer Querschnitt der Form während des Schweißens ist in F i g. 5a gezeigt.

Fig. b /cigi einen Querschnitt der Schweißung, wobei der Umfang des Endes einer der verschweißten Schienen, der Schiene 12, gestrichelt dargestellt ist. Der Einsatz 35 bildet den Boden der Schweißung unter dem Schienenfuß 12«. Das ausgehärtete Metall füllt den Trog des Einsatzes 35 und breitet sich über das gesamte Ende der Schiene aus. Die Schweißung verläuft normalerweise bis über den Schienenkopf 12c. Durch die Form des Hohlraumes 20 in den Schuhen 18 und 18a, die anhand der F ι g. 2 beschrieben wurde und in F i g. 3 gezeigt ist. ändert sich die Breite der Schweißung von unten nach oben und folgt allgemein der Kontur der Schiene mit dem Unterschied, daß sie breiter ist, wodurch eine richtige Verschmelzung längs des gesamten ümfangs der Schiencnkanten erreicht wird.

Nach Hndc der Schweifung wird das Sehwcißmeiall über dem Schienenkopf und längs der Schienenseiten, mit denen die Räder in Berührung kommen, abgeschliffen. Die typisch zu entfernenden Schweißungsteile sind in F' i g. b mit 50 bezeichnet und schraffiert dargestellt.

Bei einem in der Praxis erprobten Ausführungsbeispiel wurde die Schweißung mit variabler Breite zwischen 17 cm an den Schienenfüßen bis zu 8.5 cm kurz unter den Schienenköpfen hergestellt. Danach wurde die Breite längs der Höhe der Schienenköpfc mit 8.5 cm beibehalten.

Die Stromversorgung und die Antriebseinheit für die Elektroden sind handelsüblich. Bei einem Ausführungsbeispiel betrug die von der Stromquelle gelieferte Spannung 32 Volt. Nach Stabilisierung des Lichtbogens und Bildung des Schlackenbadcs sowie Anwesenheit von etwas Metall am Boden der Schweißung auf dem Einsatz 35 stabilisierte sich der Strom bei ca. 1100 Ampere bei einer Zuführgeschwindigkeit der Elektroden von etwa 190 cm pro Minute. Wenn der Schweißvorgang die Schweißstelle verringerter Breite erreichte, wurden etwa 1100 Ampere Schweißstrom gehalten, während automatisch die Zuführgeschwindigkeit auf etwa 280 cm pro Minute anstieg. Wenn das Schlackenbad über die Schienenköpfe stieg, so nahm die Zuführgeschwindigkeit automatisch auf etwa 457 cm pro Minute zu.

Bei dieser Ausführungsform bestand die Führungsanordnung 45 aus einer Stahlplatte mit geringem Kohlenstoffanteil. z. B. aus AiSl-SAE 10!0, oder aus einer Kombination dieser Stall In rl mit ausgewählten Legierungen, z. B. Stahl mit hohem Kohlenstoffantcil vom Typ AISI-SAE 1080. Die Führungsrohre waren aus Flußstahl oder Weichstahl handelsüblicher Art. Die Elektroden bestanden aus Weichstahldrähten z. B. des TypsAWS-F.705-3.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Elektroden, deren Führungen und die Platte auch aus anderen Metallen bestehen können. Die Auswahl der Materialien der Führungsanordnung45 hängt von verschiedenen Faktoren und dein Grad ihrer Wichtigkeit ab. beispielsweise von der gewünschten Anpassung der Schwcißhärle an diejenige der Schienen, der gewünschten Anpassung

ι» des Schweißmatcrials an das der Schiene, beispielsweise in Form einander entsprechender Legierungen, sowie von der gewünschten Mikrostrukiur der Schweißung. Die F.lcktroden können beispielsweise aus Chrom-I-Molybdän bestehen.

r> Falls erwünscht, kann die Schweißung mit konstanter Breite hergestellt werden, die gleich der Breite an den Schienenfüßen ist. Eine solche SchweiBung ist in F i g. 7 niii 60 bc/.eichiic-i. ί iierbci wird natürlich mehr Schweißmetall verbraucht. Ferner ist die Menge ausgehärteten Metalls 62, das nach der Schweißung für ausreichenden Freiraum eines Rades entfernt werden muß. größer als bei einer Schweißung, die der Schienenkontur folgt, wie sie in Fig.6 gezeigt ist. Bei einigen Anwendungen, insbesondere bei im Schweißen nicht so geübtem Personal, kann ein Schweißen gemäß F i g. 7 mit größerer Wahrscheinlichkeit die hohe angestrebte Schwcißqualität gewährleisten.

Bei Herstellung einer Schweißung gleichmäßiger Breite kann die Führungsanordnung eine gegenüber

jo F i g. 5 gleichmäßigere Breite haben. Eine Konstruktion mit gleichmäßig beabstandeten Elektroden über die gesamte Schweißtiefe kann verwendet werden. Ferner können mehr als zwei Elektroden vorgesehen sein, um eine gleichmäßige Wärmeverteilung und Schweißme-

j5 tallvcrtcilung übi-r die Schweißbreite zu erreichen.

!•'ig,8 /cig! einen Querschnitt des Einsatzes 35 und eine Seitenansicht des unteren Teils der Führungsanordnung 45 mit mehr Einzelheiten als in Fig. 5. In der Praxis ist der untere Teil der Führungsanordnung 45 nicht flach.

Die Führungsrohre 28 und 28a sind hingegen zurückgesetzt und enden an Stellen oberhalb der unteren Enden der Platte 45a und der Flügel 45fc. Zusätzlich ist eine tiefe Aussparung 45c in der Platte 45a vorgesehen, und pyramidenförmige Teile 45c/ragen nach unten zum Einsatz 35. Ihren Schnitt zeigt Fig.8a. Diese Metallteile sind absichtlich mit scharfen Kanten 45e versehen.

Beim Betrieb dieser Anordnung ragen die Elektroden 29 und 29a nach unten und stehen praktisch in Kontakt mii dem Einsatz 35. Wird der Strom eingeschaltet, so tritt ein starker Lichtbogen 70 zwischen den Elektroden 29, 29a und dem Einsatz 35 auf. da die Elektroden 29, 29a das Potential + V und der Einsatz 35 Erdpotential führen. Dadurch schmilzt ein Teil des Elektrodenmetails. Etwas geschmolzenes Metall wird zurück zu der Führungsanordnung 45 und dann wieder zum Einsatz 35 gesprüht. Der Grund dafür, daß die Führungsrohre 28 und 28a am unteren Teil der Anordnung zurückgesetzt sind, besteht darin, das zurückgesprühte geschmolzene

bo Metall von den Führungsrohren 28, 28a fern zu halten, damit es mit diesen nicht verschmilzt. Ein solches Verschmelzen würde eine weitere Elektrodenzuführung verhindern. Ferner ist das Zurücksetzen der Führungsrohre 28, 28a erforderlich, um die richtige elektrische

b5 Herausführung der Elektroden 29, 29a zu gewährleisten.

Durch den starken Lichtbogen an den Eiektrodenspitzen zum Einsatz 35 kann auch eine Ausbreitung des

SZ

9

'■'[ Lichtbogens aufwärts zu der Führungsanordnung 45

': auftreten. Solche Lichtbogen suchen scharfe Kanten.

ι.· Aus diesem Grund sind die scharfen Kanten 45e vorgc-

H sehen. Durch die Lichtbogenbildung an diesen Kanten

§ neigt etwas Metall an den Kanten 45c der Teile 45c//um ■>

jg Schmelzen, wodurch die Kanten allmählich abgerundet

II werden. Das gcchmolzcnc Metall tropft zum Einsät/. 35 ab. Wichtig ist hierbei die Tatsache, daß zunächst geschmolzenes Metall nicht nur durch die schmelzenden Elektroden 29, 29.Ί an zwei bestimmten Punkten des tu Einsatzes 35 geliefert wird, sondern auch über die gesamte Fläche des Einsatzes 35, wodurch sich eine relativ gleichmäßige Verteilung des geschmolzenen Metalls über den Einsat/ 35 bei Beginn des Schweißverfahrens ergibt. Dadurch schmilzt das schlackenbildendc Maicri- r> al gleichmäßig und bildet ein Schlackcnbad gleichmäßiger Temperatur. Dies trägt wesentlich zur Endqunlitäl der Schweißung bei. Die Teile 45c/, die als separate Metallteile beschrieben wurden, können auch so verwirklicht werden, daß die Platte 45;i und die Flügel 45b selbst mit pyramidenartigen scharfen Kanten anstelle separater Teile 45c/ verschen werden.

Hierzu 4 EJIatt Zeichnungen

21

JO

5(1

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Verschweißen der Enden von Eisenbahnschienen durch Anwendung des Elckiro- s Schlackenschweißens mit schmelzender Eleklroden-Führungsanordnung, die in einem aus den Schienenenden, einem Fonnboden und an den Schienenaußenseiten angrenzenden Formschuhen gebildeten Formhohlraum angeordnet ist, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß der Formboden (15) einen trogförmigen Einsatz (35) aus Schweißmaterial aufweist, auf dem die Schienenenden (12,13) aufliegen, daß zwischen dem trogförmigen Einsatz (35) und dem Formboden (15) ein wärmeisoHerendes Material (36) angeordnet ist und daß die Elektroden-Führungsanordnung (45) eine dem über die Schweißzeit notwendigen Schweißmaterialbedarf entsprechend angepaßte Formgebung aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der trogförmige Einsatz (35) unter Zwischenlage des wärmeisolierenden Materials (36) auf einem Bodenblock (30) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trogöftnung des trogförmigen Einsatzes (35) größer als der durch die Schienenenden (12,13) begrenzte Abstandsraum ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trogöffnung des irogförmigen Einsatze: (35) größer als die Breite der Schic- jo nenenden(12,13) ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß drr trogförmige lünsatz (35) von dem Bodcnblock (30) nur im Bereich seiner trogförmigen Vertiefung wärmeisoliert ist. v>

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. gekennzeichnet durch eine E'ektrodcn-Führungsanordnung (45) mit zumindest zwei zueinander beabstandeten und in den Formhohlraum (20) einsetzbaren Führungsrohren (28, 7S>a) für jeweils eine F.lckt rode (29,29.1;.

7. Einrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden-Führungsanordnung (45) Metall mit vorbestimmten Eigenschaften /.ur Bildung von Schwcißmalcrial zumindest zwischen 4^r> den zueinander bcabstandcten Führiingsrohrcn (28, 28;i;aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß als Metall mindestens zwei Mctallplatten (45a, 45i>; mit unterschiedlichen Eigenschaften vorgesehen sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Richtung zum Formhohlraum (20) divergierenden Führungsrohren (28,28a; an der Stelle größten Abstandes flügclnrti- v> ge Metallplatten (456; an den Führungsrohren (28, 28.7;vorgesehen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die flügelartigcn Mctallplaltcn (456; abwärts bis unter die Enden der Führungsroh- mi re (28,28a; erstrecken.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall (45a; zwischen den Fiihrungsrohren (28, 28;;; eine nach unten mündende Aussparung (45c^-;<\ufweist. ws

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

11. dadurch gekennzeichnet, daß am Unterteil der Führungsanordnung (45) unter den linden der Führungsrohre (28_t 28a; an der Stelle ihres größten gegenseitigen Abstandes scharfe Kanten (45c; ausgebildet sind.