DE389918C - Stumpfschweissung von Metallen - Google Patents

Description

Es sind verschiedene Verfahren zur Erhitzung von Metallen auf aluminothermischem Wege zwecks Bearbeitung, z. B. Stumpfschweißung derselben, bekannt, wobei Thermit als Wärmequelle dient. In den meisten Fällen gebraucht man zur Ausführung des Verfahrens eine Gußform und einen Tiegel.. Aus letzterem gießt man die flüssige Schweißmasse in die Hohlräume der das Werkstück ο umgebenden Form. Wesentlich vorteilhafter ist es, das Werkstück ohne Anwendung eines Gußtiegels unmittelbar in der Form, wie in der deutschen Patentschrift 127374, oder unmittelbar in dem aluminothermischen Gemisch bzw. in einem Tiegel, wie in Patentschrift 97585 angegeben, zu erhitzen, weil hierbei erhebliche Wärmeverluste vermieden werden. Bisher konnte man auf diese Weise jedoch nur Werkstücke mit glatten, geraden oder

:o einfach gekrümmten Begrenzungsflächen, wie Rohre. Bolzen, Stäbe, hohen Schweißtemperaturen aussetzen, weil nur bei solchen das zwischen den Formwandungen und dem Werkstück herabsinkende flüssige Metall keine

:5 Angriffsfläche an dem Werkstück zu Verletzungen desselben durch Au- und Abschmelzungen infolge unmittelbarer Berührung findet. Dagegen konnte man bisher bei Werkstücken mit mehrfach unterschnittenen Be- , grenzungsflächen nicht verhindern, daß das heruntersinkende aluminothermische Metall auf ihm im Wege liegende Teile derselben aufschlug oder diese bespülte und in genannter Weise verletzte. Aus diesem Grunde konnte man z. B. dieses Verfahren auch nicht zu Schienenschweißungen verwenden, wie aus folgendem hervorgeht.

Abb. ι der Zeichnung stellt eine bekannte Schienenschweißform dar. Die Weite der

to Hohlräume der Form hat sich nach den Dicken des Schienenquerschnitts zu richten, damit dieser gleichmäßig schweiß warm wird. Infolgedessen muß das Innere der Schweißfr, rni eiern Schieiicnprofil entsprechend vorspringende und . unterschnittene Wandungen erhalten. Entzündet man das aluminothermische Gemisch in bekannter Weise an der Oberfläche einer solchen Form, so berührt das erste entstehende flüssige Metall auf seinem Wege nach dem Boden der Form die Schiene an verschiedenen Stellen, z. B. den Schienensteg beim v> und w', den Schienenfuß bei ·:' und v', und verursacht dort die bekannten \"erletzungen. Man hat nun zwar versucht, das Heruntersinken des flüssigen Metalls und somit das Bespülen einzelner Teile des Werkstückes an demselben zu verhindern, indem man das aluminothermische Gemisch mit Klebe- und Bindemitteln zu einer Sintermasse vereinigte. Es geht dann aber der X^orteil der besseren Wärmeausnutzung in ähnlicher Weise VCrIOrCIi₁ wie bei den verschiedenen Tiegclgußverfahren.

Ein Verfahren, das aluminothermische Gemisch ohne derartige 30 bis 40 Prozent Wärme absorbierende Hilfsmittel unmittelbar in der Schweißform zur Reaktion zu bringen, so daß Schienen und Werkstücke ähnlich unterschnittenen Profils dabei unbeschädigt bleiben, würde demnach auf diesem umfangreichen Sondergebiet der aluminothermischen Schweißtechnik, wo bisher hauptsächlich der Tiegelguß anwendbar war, einen wesentlichen Fortschritt bedeuten.

Ein solches Verfahren ist nun Gegenstand der Erfindung.

Die Aufgabe besteht darin, die Eigenbewegung der flüssigen Schweißniasse während der Reaktion innerhalb der Form 'so zu regeln, daß alle Teile der Werkstücke nur mit flüssiger Schlacke in Berührung kommen können.

Die Lösung der Aufgabe beruht auf einer neuartigen Einleitung der aluminothermischen Reaktion und Verteilung der Komponenten in einer entsprechend, gestalteten Schweißtonn, wobei das flüssige Metall zwangläufig! geführt und so angesammelt wird, daß es mit. dem Werkstück nicht in Berührung kommen ,

kann. Abb. 2 stellt z. B. eine solche Schweißforni nach beendeter Reaktion mit dem verteilten Inhalt von Metall und Schlacke dar. Sie besteht aus zwei getrennten Hohlräumen I und II, die das Werkstück, einen Schienenstoß, umschließen, und die verteilte Schweißmasse als Schlacke (punktiert) und als Eisen (schwarz) zeigen. Dieses ist in folgender Weise erreicht worden.

Formteil T ist so gestaltet, daß bei Reaktion des hierfür bestimmten Teiles des aluminothermischen Gemisches das flüssige Metall nur unterhalb des Schienenfußes zusammenfließen und sich dort ansammeln kann, also gar keine Gelegenheit hat. mit dem Werkstück .zusammenzutreffen. Die sich über dem Metall ansammelnde Schlacke füllt den übrigen Teil des Hohlraumes I aus und umgibt den ganzen Schienenfuß. Dieser Vorgang wird dadurch ermöglicht, daß die Reaktion in neuartiger Weise unterhalb des Werkstückes am Boden des Formteiles I bei α eingeführt wird, was später noch näher beschrieben wird.
Formteil II ist so gestaltet, daß bei Reaktion des eingefüllten aluminothermisch«! Gemisches das infolge seiner Schwere nach unten sinkende flüssige Metali nur an den AVänden der Form entlang laufen kann und in besonderen Aussparungen b und V aufgefangen wird, ohne daß es mit seinem Lauf entgegenstehenden Teilen der Schiene in Berührung kommt. Das wird erzielt, wenn die Reaktion des aluminothermischen Gemisches, z. B. seitlich von dem eingebetteten Werkstück, was ebenfalls später noch näher be-.schrieben wird, bei c und c' eingeleitet wird. Die einzelnen Formteile können auch miteinander in Verbindung stehen. In diesem Falle muß man dafür sorgen, daß die aus den unteren Formteilen hochsteigende Schlacke alle vorspringenden Teile des Werkstückes eher umspült, als das aus den oberen Formteilen heruntersinkende Metall sie erreicht.
Es wird das durch Beachtung einer passenden Reihenfolge der Zündungen in den einzelnen Formteilen und durch zwangläufige Führung des flüssigen Metalles in der entsprechend gestalteten Schweißform erzielt. Abb. 3 stellt eine solche Scliienenschweißforra dar, bei welcher die Hohlräume I und II durch Schlitze // und h' miteinander in Verbindung stehen. Diese brauchen nicht, wie in der Zeichnung z. B. dargestellt, unmittelbar neben dem Schienensteg zu liegen, sie können die Formwandungen auch an anderer geeigneter Stelle durchbrechen.

Die aluminothermische Reaktion geht, wie * z. B. in Abb. 3 dargestellt, folgendermaßen vor sich. Nachdem die Zündung unterhalb des

Schienenfußes bei α eingeleitet, bildet sich im Grunde von Formteil T flüssiges Eisen, darüber flüssige Schlacke, Letztere steigt über den Schienenfuß und pflanzt die Reaktion in dem Gemisch nach oben hin fort. Da das flüssige Thermit weniger Raum einnimmt als das gepulverte Gemisch, muß letzteres allmählich nachrutschen, z. B. aus dem oberen Formteil II durch die Schlitze Ii und //' in den unteren Formteil I, wo es auf flüssige Schlacke trifft und sich so stetig weiterentzündet. Dabei steigt die Schlacke immer höher, und das Mtetall sinkt nach unten. Es kann dann den unter ihm liegenden Schienenfuß aber nicht mehr verletzen, weildieser bereits unter einer schützenden SchTackenschicht liegt.- Ist auf diese Weise die Reaktion z. B. bis unter den Schienenkopf, d. h. bis zum Schienenherz, fortgeschritten, so kommen entsprechend dem sich erweiternden Formquerschnitt auch größere Thermitmengen gleichzeitig zur Reaktion. Damit der durch die geneigte Formwand bedingte Seitendruck der sich weiterbildenden Metallmassen auf das Schienenherz nicht zu groß wird, wodurch bekanntlich eine Durchschmelzung desselben entstehen kann, so werden die aus den oberen Forniteilen kommenden Metallmengen in besonderen Aussparungen der Form, z. B. in b und b', aufgefangen und können auf diese Weise nicht mehr gegen das Werkstück drücken oder gar mit demselben in Berührung kommen.

Im allgemeinen wird man die Form so groß machen, daß das ganze aluminothermische Gemisch vor der Reaktion auf einmal in dieselbe eingefüllt werden kann; Da das Gemisch aber bekanntlich während der Reaktion zu- ^ sammensackt, so genügt es auch, wenn die Hohlräume der Form nur so groß sind, daß sie die Schweißmassc nach ihrer \^rerflüssigung· aufnehmen können. In dem Falle wird man das Gemisch in bekannter Weise nach und nach, entsprechend dem Fortschreiten der Reaktion, in die Form einschütten. _

Damit hierbei die oberen Flächen des Werkstückes, z. B. die Fahrfläche und Rille einer Schiene, nicht mit flüssigem Metall in unmittelbare Berührung kommen, kann man diese Flächen in bekannter Weise durch einen dünnen Überzug, z. B. aus Wasserglas, Lehm oder einem Sandkern in der Rille u. dgl., so lange schützen, bis sie von Schlacke genügend bedeckt sind. Als besonders geeignet hat sich die Anordnung einer Luftschicht zwischen dem Schienenkopf und dem aluminothermischen Gemisch erwiesen. Letzteres kann u z. B. zu dem Zweck durch eine dünne, gerade, bogen- oder dachförmig gestaltete Stütze aus Holz, Drahtglas, Blech, Chamotte o. dgl. so lange gestützt werden, bis diese von der hochsteigenden Schlacke berührt und allmählich verbrannt wird. In Abb. 3 ist ■/.. B. eine dachförmige Stütze g dargestellt. Zu beiden

Claims (2)

1. leiten derselben rutscht in diesem Fall das ■remisch entsprechend dem Fortgang der Rektion durch schmale Schlitze in der angeieuteten Pfeilrichtung nach, bis die hochteigende flüssige Schlacke den ganzen Schieienkopf einhüllt und die Stütze verbrennt. )as oberhalb des Schienenkopfes später noch ntstehende Metall kann den Kopf dann nicht uehr verletzen, da dieser durch eine Schlak- :enschicht inzwischen in bekannter Weise gelügend geschützt ist. Es ist nun in vielen "allen besonders wichtig, daß die Werkstücke η allen Teilen des Querschnittes auch gleich- :eitig gleichförmig· schweißarm werden, wie ms folgendem hervorgeht. Wird z. B. bei Schienen, die zusammengeschweißt werden ollen, der Fuß wesentlich früher warm als !er Kopf, so hebt sich bekanntlich die Stoßitelle, und es entsteht an der Fahrfläche eine ■ daffende Fuge, bis die Erwärmung sich über las ganze Profil entsprechend ausgebreitet iat. Unterdessen können die blanken Schweißlächen von heißen Gasen, die von den bereits ιεϊβ gewordenen Formteileu aufsteigen, beitrichen werden oder Teile der flüssigen Bchweißmasse in die Fuge eindringen, so daß He Schweißflächen oxydieren und sich nicht nehr metallisch vereinigen lassen. Die gleiche Wirkung tritt ein, wenn umgekehrt der Kopf wesentlich früher warm wird und. sich eher lusdehnt als der Fuß.

   In Abb. 4 ist z. B. dargestellt, wie zwecks gleichzeitig gleichförmiger Erhitzung die Einleitung der Reaktion in die Formteile I und II in neuartiger Weise mittels besonderer Zündkanäle bewirkt werden kann. Sie kann na-Lürlich auch in bekannter Weise, z. B. elektrisch, durch Zündschnüre, Zündkirschen oder anders -gemacht werden. Die Zündkanäle d und d' münden an der tiefsten Stelle des Formteils I und haben Abzweigungen / und f nach dem Schienenkopf in den Formteil II, so daß, wie vorbeschrieben, die Reaktion in die beiden Formteile an den Stellen σ bzw. c und c eingeführt wird. Geht die Erwärmung der Werkstücke überall mit gleicher Schnelligkeit vor sich, so wird man die Zündungen in den einzelnen Formteilen gleichzeitig bewirken.

   Muß aber auf einen Teil des Werkstückes aus irgendeinem Grunde die heiße Schweißmasse früher und länger einwirken als auf den anderen, so wird man die einzelnen Zündungen in einem bestimmten Zeitabstand hintereinander vornehmen. In Formteil T schreitet die Reaktion von unten nach ο1κ·η fort, in Formteil II von oben nach unten vor.

   Infolgedessen verbreitet sich die Erwärmung von den Seiten nach der Mitte des Werkstückes zu. Auf diese Weise läßt sich demnach in allen Teilen desselben gleichzeitig eine gleichförmige Schweißhitze erzielen.

   Die Zündkanäle können auch noch zu einem anderen Zwecke benutzt werden. Wie schon erwähnt, verkleinert sich das Volumen der Schweißmasse bei ihrer Verflüssigung. Wenn nun geschlossene Hohlräume, wie z. B. Formteil I (Abb. 4), auch nach der Verflüssigung der Schweißmasse ganz gefüllt sein sollen, so bedarf das darin befindliche Gemisch während der Reaktion einer entsprechenden Nachfüllung. Da dieser Formteil nach Ansetzen der Form an das Werkstück von außen her nur noch durch die Zündkanäle zugänglich ist, so wird man diese gleichzeitig zur Entlüftung der Form sowohl bei der Füllung wie bei der Reaktion des Gemisches und auch als Behälter für das nachzugebende aluminothermischc Gemisch ausbilden.

   Γλτεχ τ-Ansprache:

   i. Verfahren zur Stumpf schweißung von Metallen, bei welchen das Werkstück ganz oder teilweise in ein als Wärmequelle dienendes Thermitgemisch eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung unterhalb des Werkstückes eingeleitet wird, wobei das erste entstehende Metall sich, ohne mit dem Werkstück iti Berührung zu kommen, am Boden der Form sammelt, während hochsteigende Schlacke über dem Metall liegende Teile des Werkstückes umspült, die Reaktion des Thermits in die höherliegenden Formteile fortpflanzt und gleichzeitig eine weitere Berührung von Werkstücksteilcn mit heruntersinkendem Metall verhindert, das - außerdem zum Teil auch noch in besonderen Aussparungen der Form, getrennt von dem ersten, aufgefangen werden kann.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung einer gleichzeitig gleichförmig über den zu schweißenden Querschnitt verbreiteten Krwärmung das Gemisch in einer unterteilten Form an mehr als einer Stelle und in gewoll ter Reihenfolge entzündet wird, wobei die Zündungen vorzugsweise mir Hilfe von einem oder mehreren Zündkanälen bewerkstelligt werden, die im Bedarfsfall Abzweigungen nach verschiedenen Fonnteilen erhalten und auch zu deren Füllung dienen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.