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Verfahren zum Stumpfschweißen von Blechen oder Schlitzrohren mittels
eines Blockschweißbrenners mit sechs oder mehr Brennermundstücken Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Stumpfschweißen von Blechen oder Schlitzrohren- mittels
eines Blockschweißbrenners mit sechs oder mehr Brennermundstücken und Blockschweißbrenner
zur Ausführung des Verfahrens.
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Die Verschweißung von Blechen mittels nur einer Lage Zusatzwerkstoff
ist nur bis zu einer gewissen Blechstärke möglich; bei größerer Blechstärke muß
entweder in Lagen aufeinander oder von oben und unten geschweißt werden. Die Größe
des Brenners und die zu seinem Betriebe nötige Gasmenge ist also hauptsächlich von
der Blechstärke abhängig, und es sind daher jedem Brenner gewisse Grenzen gezogen,
da eine über ein bestimmtes Maß hinausgehende Brennerstärke keine Vorteile mit sich
bringt. Übermäßig kräftige Flammen erwärmen nämlich nicht nur die Schweißzone, sondern
auch die seitlich der Schweißfurche gelegenen Teile, was nur N achteile zur Folge
hat; zudem geht durch Rückstrahlung ein großer Teil der Wärme ungenützt verloren.
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Diesem Übelstand suchte man dadurch abzuhelfen, daß an einem Brenner
mehrere Brennermundstücke hintereinander angeordnet wurden, die also in gleicher
Richtung und in gleicher Stärke den Schweißvorgang vollzogen. Durch eine derartige
Anhäufung von Schweißflammen -auf engem Raume wurde jedoch eine wesentliche Ersparnis
an Gas oder eine Steigerung der Schweißleistung nicht erzielt. Zudem wurde die Gefahr,
daß das Schweißgut nach unten durchsackt, vermehrt. Man hat auch maschinell bewegte
Mehrflammenschweißbrenner angewendet, bei denen die Brennerdüsen in Doppelreihen
zu einem Block vereinigt und die ersten Flammenpaare weit auseinandergerückt, die
1-etzten aber eng nebenemandergestellt sind. Die Schweißzone wird also von außen
gegen die Schweißkanten zu allmählich bis zur Schmelzhitze angewärmt, während die
-letzten, eng gestellten Flammen den Zusatzwerkstoff vom Schweißstab abzuschmelzen
haben. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß eine innige Vereinigung der Blechränder,
besonders deren unterer Kanten, nicht gewährleistet ist, so daß meist eine Rißfuge
in bedeutendem Ausmaße bestehen bleibt. In der Schweißnaht selbst bleiben zudem
viele Gasblasen eingeschlossen, da die kleinen Flammen nicht in der Lage sind, den
von den Schweißrändern abgeschmolzenen Grundwerkstoff mit dem Zusatzwerkstoff innig
zu vermischen.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß
durch die in der Schweißrichtung vorderste Flamme die unteren Teile der Schweißkanten
verschmolzen, alsdann durch Flammenpaare mit in der Schweißrichtung gegeneinander
versetzten Einzelflammen stufenweise immer höher liegende Kantenteile geschmolzen
werden und
schließlich mittels einer wie die erste Flamme in der
Symmetrieebene der Schweißfurche liegenden Flamme unter gleichzeitigem Abschmelzen
des - - Zusatzwerkstoffes vom Schweißstabe die Schweißfurche ausgefüllt wird. Bei
einer Ausführungsform eines zur Ausführung der Erfindung dienenden Blockschweißbrenners
liegen die seitlichen, gegeneinander versetzten Brennermundstücke nach hinten zu
weiter auseinander; außerdem sind sie zur Mittelebene geneigt. Zweckmäßig ist der
Kanal für das Mischgas im Brenner als Ring ausgeführt und der im Schnitt parallel
zur Ringebene trapezförmige Block in der Mitte durchbrochen. Die Anordnung der Brennermundstücke
ist eine von der seither üblichen abweichende, da auf Grund zahlreicher Versuche
nachstehende Erkenntnisse gewonnen wurden: die Schweißfurche stellt ein mit der
Spitze nach unten gekehrtes Prisma dar. Eine Seitenfläche des Prismas ist den Brennern
zugewendet; die Schwei-Bung hat deshalb in der Tiefe, also an den unteren Schweißkantenteilen,
zu beginnen und muß der Oberfläche zu seitlich immer mehr hinausgerückt werden,
während das Abschmelzen des Zusatzwerkstoffes wieder in der Mitte zu erfolgen hat.
Der Sonderaufgabe der Einzelflammen entsprechend muß deshalb auch deren Größe abgestuft
sein. Die unteren Schweißkantenteile müssen zuerst zu inniger Verschmelzung gebracht
werden, da sonst die sogenannte Rißfuge zurückbleibt, die mit ihrer Kerbwirkung
die Dauerfestigkeit der Schweißnaht wesentlich beeinträchtigt. Die einzelnen Flammenpaare
werden gegeneinander versetzt angeordnet, damit die Wärmezufuhr und damit das Abschmelzen
des Grundwerkstoffes gleichmäßig stufenweise von unten nach oben erfolgt.
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Bei einem auf der Zeichnung dargestellten Achtflämmenbrenner z. B.
fallen den Einzelflammen folgende Aufgaben zu: Die in der Mitte angeordnete Flamme
i hat die unteren Kantenteile der Schweißfurche zu schmelzen und zu vereinigen.
Die Brennerflammenpaare 2, 3 und 4, 5 treffen die abgeschrägten Schweißkanten in
verschiedener Höhe. Der von diesen abgeschmolzene Grundwerkstoff liefert die zweite
und dritte Schweißlage. Die Flammen 6 und 7 sind in gleich kurzen Abständen auf
die oberen Schweißkanten gerichtet, wodurch die Schweißfurche zu ungefähr zwei.
Dritteln gefüllt wird. Die dann wieder in der Mitte angeordnete Flamme 8 dient zum,
Abschmelzen des Zusatzdrahtes, zum Durchmischen der gesamten Schmelze und zum Glätten
der Oberfläche des Schmelzbades. Die Zuführung des Schweißdrahtes geschieht am besten
seitlich, und zwar unmittelbar bei der Flamme B. Damit der Brenner diesen verschiedenartigen
Aufgaben gerecht werden kann, sind folgende Anordnungen getroffen Der Brennerblock
steht zu der Schweißfläche in spitzem Winkel geneigt, und zwar so, daß das Ende
der Brennerspitze 8 mindestens um die Blechstärke höher steht als das Ende der Brennerspitze
i. Dadurch wird erreicht, daß die Flamme i die unteren Schweißkantenteile schmilzt,
während die letzte Flamme ihre Hauptwirkung auf der Oberfläche des Schweißbades
entfaltet.
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Die Seitenreihen, und zwar die Brennermundstücke 2, q, und 6 auf der
einen und 3, 5 und 7 auf der anderen Seite, bilden einen spitzen Winkel, dessen
Scheitel in der durch die Brennerspitzen i und 8 gehenden Mittelebene unter den
Brennerspitzen i und 8 liegt. Dadurch erfolgt das Abschmelzen des Grundwerkstoffes
allmählich von innen nach außen auf engem Raume, wodurch die Breite der Schweißnaht
kaum mehr als die Hälfte einer entsprechenden Handschweißnaht erreicht.
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Die Größe der einzelnen Flammen wird zweckmäßigerweise derart abgestuft,
daß die seitlichen Brennermundstücke die schwächste Bohrung aufweisen, während die
Flamme i ungefähr die doppelte Stärke, die Flamme 8 aber die dreifache Stärke einer
der Seitenflammen besitzt.
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Bei acht und mehr Flammen ist es empfehlenswert, den Brenner 8 derart
schräg anzuordnen, daß er ungefähr- einen Winkel von So bis 6o° zur Schweißfurche
bildet, da dadurch die Durchmischung des Schmelzbades am vollkommensten erzielt
wird, ohne daß die Schmelzmasse zum Durchsacken kommt.
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Um trotz des verschiedenen Gasbedarfes eine gleichmäßige Gaszufuhr
für jeden Brenner zu erzielen, ist ein Ringkanal für das Sauerstoff-Acetylen-Gemisch
vorgesehen. Dadurch ist die Rahmenform des Blockbrenners bedingt und ein größerer
mittlerer Durchbruch ermöglicht, durch den der freie Luftzutritt zu den Flammen
begünstigt wird. Die gesamte Anordnung ermöglicht die Rückwärtsschweißung, wodurch
die Schweißleistung erhöht wird.
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Parallel zum Gasmischkanal ist ein Kühlwasserkanal angeordnet, wodurch
das Rückschlagen der Flammen vermieden wird.
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Abb. i stellt eine Seitenansicht eines Achtflammenbrenners dar, unter
dem die Schweißfläche eines Rohrabschnittes sichtbar ist. Die Flamme i reicht ungefähr
bis zur Hälfte in die Schweißfurche hinein, weil dann die größte Schweißwirkung
gerade an den unteren Schweißkantenteilen erzielt wird. Der Pfeil über Abb. i deutet
die Schweißrichtung an (Rückwärtsschweißung) , Abb.2 stellt eine Stirnansicht mit
den
Brennermundstücken 6 bis 8 dar, aus der die Neigung der Brennermundstücke
6 und 7 ersichtlich ist.
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In Abb. 3 ist die Oberansicht des Brenners dargestellt, aus der dessen
trapezförmige Gestalt und die Anordnung der Brenner i und 8 hervorgeht.
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Abb. q. ist ein Schnitt nach Linie x-y der Abb. 3.
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In Abb.5 ist schematisch eine Schweißfurche dargestellt, die durch
einen Achtflammenbrenner geschlossen werden soll. Die einzelnen mit Zahlen bezeichneten
Kreise bedeuten den Auftreffpunkt der mit der gleichen Zahl bezeichneten Flamme
des Blockbrenners. Rechts erblickt man in der Tiefe der Schweißfurche die noch getrennten
Schweißkanten. Die Flamme i vereinigt die unteren Teile, die Flammen a und 3 schmelzen
die untere Hälfte der abgeschrägten Schweißkanten ab, und die Flammen a. und 5 üben
dieselbe Wirkung auf die obere Hälfte aus. Die Flammen 6 und 7 bringen die oberen
Schweißkantenteile zum Abschmelzen, und Brenner 8 fügt den vom Schweißstab abgeschmolzenen
Zusatzwerkstoff hinzu.