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Gasschweißverfahren Beim Stumpfschweißen mit Gas ist bisher .entweder
Rechtsschweißung, gewöhnliche Linksschweißung oder vertikale Linksschweißung verwendet
worden. Bezeichnend für diese Schweißweisen ist, daß die Schweißflamme schräg gegen
die Fläche des Arbeitsstückes gerichtet wird. Bei Linksschweißung ist es jedoch
vorgekommen, daß die Schweißflamme senkrecht zum Arbeitsstück gerichtet ivar. Bei
der erstgenannten Art ist die Flamme gegen die fertige Schweiße gerichtet und beiden
beiden anderen Arten ist sie von derselben abgewandt. Bei Rechtsschweißung und gewöhnlicher
Linksschweißung sind die Kanten der beiden Teile, die zusammiengeschweißt werden
sollen und im folgenden mit dem Ausdruck Bleche bezeichnet werden mögen, in einem
Winkel von 3o bis q.5° abgeschrägt. Bei vertikaler Linksschweißung, bei der die
Schweißrichtung vert kal nach oben gerichtet sein soll, sind die Bi °.chkanten nicht
abgeschrägt; dieses Schweißverfahren eignet sich jedoch nur für Blechstärken unter
6 mim.
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Bei allen Schweißarbeiten sollen die Kanten der Bleche an der Oberfläche
an derjenigen Stelle geschmolzen sein, wo der Füllwerkstoff in die Spalte zwischen
den Kanten eingefüllt wird. Theoretisch braucht diese Schmelzung nur an der Oberfläche
vorhanden zu sein, während tiefer liegende Teile nicht geschmolzen zu- sein brauchen.
In der Praxis erfolgt jedoch eine starke Erwärmung und teilweise auch ein Schmelzen
der inneren Teile,, da man nicht allein- die Oberflächenschicht schmelzen und sie
während der Zeit, die für das Einfüllen des Zusatzwerkstoffes erforderlich ist,
nicht geschmolzen halten kann, ohne hierbei auch die inneren Teile der Bleche zu
erwärmen. Die Wärmemenge, die hierbei auf die inneren Teile der Bleche übergeht,
ist wie die an die umgebende Luft überführte Wärmemenge als ein wenigstens
in
gewissem Grade unvermeidlicher Verlust zu bezeichnen, der so klein wie möglich gehalten
werden muß, wenn bei der Schweißung eine gute Wirtschaftlichkeit erzielt werden
soll. Die Blechflächen müssen daher schnell auf Schmelztemperatur erwärmt werden,
und die Zusatzstoffe sind schnell einzuschmelzen, so daß eine möglichst geringe
Wärmemenge den inneren Teilen der Bleche zugeführt werden braucht. Diese Wärmemenge
wird für eine gewisse Blechdicke und eine bestimmte Brennergröße durch zwei Größen
bestimmt, nämlich die Zeit fü"r die Erwärmung der Oberflächenschicht bis zur Schmelzung,
t1 und die Zeit, während der die Oberflächenschicht geschmolzen gehalten werden
soll, t2. Je kürzer diese beiden Zeiten sind, desto wirtschaftlicher fällt offenbar
die Schweißung aus.
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Die Zeit t1 wird kurz gehalten, wenn die wärmende Wirkung der Flamme
auf die Spaltenkanten eine gute ist, und die Zeit t;,> fällt kurz aus, wenn die
Wirkung der Flamme auf den Draht eine gute ist oder wenn wenig Schweißgut erforderlich
ist. Wenn die Schweißung so weit vorgeschritten ist, daß während derselben Beharrungszustand
vorliegt, erwärmt die Flamme gleichzeitig die Spaltenflächen und den den Füllwerkstoff
darstellenden Schweißdraht. Die zwei obengenannten Zeiten t, und t. decken sich
also in Wirklichkeit, und die Zeit für die Schweißung zwischen zwe? gegebenen Punkten
in der Fuge erg'_bt nicht die Summe der Zeiten t, und t., sondern v'-elmehr die
längere dieser beiden Zehen. Tatsächlich strebt der Schweißer danach, d?ese Zeiten
gleich lang zu machen, um d_e resultierende Schweißzeit so kurz als mögf_ch zu machen.
Hat er z. B. einen breiten Spalt, der v'-el Schweißgut erfordert, so hält er d'-e
Flämme verhältnismäßig weit von den Spaltflächen entfernt und stellt d'_eselbe mehr
auf den Draht e'_n, damit er, während er gle_chzeitig die Spaltenflächen geschmolzen
hält, genügend Schweißgut einschmelzen kann, um d_e Spalte zu füllen. Hat er dagegen
einen engen Spalt, führt er die Flamme näher be'- den Spaltflächen.
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D?e Erfindung bezweckt ein Schweißverfahren, das erhebl?ch wirtschaftlicher
gestaltet werden kann als de bisher bekannten, indem die Schweißzeit erheblich
eingeschränkt w_rd, und das für alle Lagen des Werkstückes benutzt werden kann und
keine andere Ausrüstung als die bei den üblichen Schweißarten verwendete erfordert.
Das Neue liegt darin, daß bei einem Gasschweißverfahren mit Zusatzmetall in Form
eines Schweißstabes, bei dem der Spalt zwischen den zusammenzuschweißenden Teilen
parallele oder nahezu parallele Begrenzungsflächen aufweist, erfindungsgemäß die
Schweißflamme etwa im rechten Winkel zur Längsrichtung des Spaltes in solcher Lage
im Verhältnis zum Werkstück vor dem Schweißstab geführt wird, daß ein Teil des Kernes
der Flamme tief in den Spalt hineinragt. Hierdurch erhalten die brennenden Gase
die größte Fähigkeit, die Spalten zwischen den Kanten der Bleche ztt durchströmen,
so daß die Spalten schmal gehalten werden können, und die Bleche nicht abgeschrägt
zu werden brauchen. Das Verhältnis zwischen der Fähigkeit der Flamme, einen gewissen
Spalt zu durchdringen, wenn ihr Neigungswinkel v ist, und ihrer Fähigkeit, denselben
Spalt im rechten Winkel zu durchdringen, ist nämlich sin v 1. Die Flamme kann also,
wenn sie mit dem Spalt einen rechten Winkel bildet, tief unten in dem Spalt geführt
werden, auch wenn es sich um einen sehr schmalen Spalt handelt, so daß die heißesten
Teile der Flamme den Spaltenkanten so nahe wie möglich kommen.
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Die Flamme ist am heißesten in einem Punkte an ihrer Zentrumlinie
unmittelbar außerhalb der Spitze der Kernflamme. Dieser Punkt wird sich also um
so näher bei den Spaltflächen befinden, je schmaler der Spalt ist. Hieraus geht
hervor, daß die Wärmeabgabe an die Kanten der Bleche durch die rechtwinklige Richtung
der Flamme erheblich erhöht werden kann, wodurch die Zeit t, verkürzt werden kann
und die Schweißung in entsprechendem Grade wirtschaftlich gestaltet wird. Es ist
ferner festgestellt worden, daß die Wärmeabgabe der Flamme an die nicht abgeschrägten
oder nur unter einem sehr steilen Winkel abgeschrägten Kanten den größtmöglichen
Wert erreicht, wenn die Spitze der Kernflamme zu der oberen Fläche des Werkstückes
in einem Abstande liegt. der größer ist als ein Drittel der Blechdicke.
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Der Umstand, da13 die Spalten schmal ausgeführt werden und steile
Begrenzungsflächen haben können, bietet noch einen weiteren Vorteil, der darin zu
sehen ist, daß eine kleinere Menge Schweißgut erforderlich ist, so daß, um dieses
zu schmelzen, eine geringere Wärmemenge verbraucht wird, wodurch wiederum eine bessere
Wirtschaftlichkeit gewährleistet ist. Indirekt erhält man jedoch auch eine verbesserte
Schweißwirtschaftlichkeit, weil die Wirkung der Flamme mehr auf das Schmelzen der
Blechkanten konzentriert werden kann, so daß die Schweißzeit und somit die Verluste
herabgesetzt werden. Die verkürzte Schweißzeit bietet außerdem noch andere Vorteile.
Wenn die Schweißnaht lange in geschmolzenem Zustande gehalten wird, verschlechtert
sich nämlich ihre Festigkeit, weshalb also mit der Erfindung auch die
Festigkeit
erhöht wird, und zwar insbesondere die Schlagfestigkeit sowie die Dehnung. Dadurch,
daß eine kleinere Menge Schweißgut :erforderlich ist und daß dieses in einem Strang
und auf einmal in der ganzen Tiefe der Näht verlegt wird, entstehen an dem Werkstück
sehr geringe Verformungen.
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Die Erfindung sei unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben.
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Abb. i bis 3 veranschaulichen die bei Rechtsschweißung vorliegenden
Verhältnisse. Abb. i ist ein Vertikalschnitt längs der Fuge; Abb.3 zeigt die Fuge
und einen Teil des Brennermundstückes von oben gesehen, und Abb. z zeigt einen im
Verhältnis zur `Fuge im rechten Winkel vorgenommenen Schnitt längs der Linie II-II
in Abb. i und 3.
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Die Abb. q. bis 8 veranschaulichen die entsprechenden Verhältnisse
beim Schweißen nach der Erfindung mit drei Spaltausführungen.
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Auf der Abbildung sind die Bleche, die zusammengeschweißt werden sollen,
mit i und 2 bezeichnet, während der Spalt zwischen ihnen ! 3 bezeichnet ist.
q. ist das Brennermundm -t stück und 5 die Kernflamme. Der übrige, d--*e Kernflamme
umgebende Teil der Flamme _st mit 6 bezeichnet. Der Draht des Schweißgutes :st mit
7 bezeichnet. Der geschmolzene Werkstoff ist in den Abbildungen durch horizontale
Strichelung gekennzeichnet. -Bei den gewöhnlichen Schweißarten, von denen die Rechtsschweißung
die üblichste sein dürfte, wird die Flamme im' Verhältnis zum Werkstück in einem
gewissen spitzen Winkel t2 gehalten, und zwar mit der Spitze der Kernflamme 5 verhältnismäßig
weit von den Kantenflächen der Bleche entfernt. Diese Schweißart ist in Abb. z bis
3 gezeigt. Hierbei soll das Schweißgut in den ganzen Raum zwischen den Flächeneingefüllt
werden, und d:!e Oberflächenschicht der Blechkanten soll bis zu iei.ner verhältnismäßig
großen Tiefe geschmolzen werden, w:-*e aus Abb. 3 hervorgeht. Dies bedeutet, daß
eine verhältnismäßig große Menge gleichzeitig ,geschmolzen gehalten werden muß.
Die bekannten Schweißarten werden hierdurch unnötig unwirtschaftlich, und nach denselben
ausgeführte Stöße werden auch schlechtere Festigkeitseigenschaften aufweisen, als
die nach der Erfindung ausgeführten.
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Wenn der Spalt, wie aus Abb. q. bis 6 ersichtlich, schmal und mit
nicht abgeschrägten Blechkanten ausgeführt wird, wird durch die intensive Wärmeabgabe
der Flamme an die Blechkanten deren Oberflächenschicht schnell schmelzen, also nur
bis zu einer geringen Tiefe, wie aus Abb.5 näher ersichtlich ist. Der Spalt soll
nur so breit sein, daß die Gase in genügender Menge durch den Spalt strömen können.
Da ein großer Teil der warmen Gase der Flamme die Oberfläche bestreicht, wie aus
Abb.5 hervorgeht, so wird die Oberfläche und die obere Hälfte des Bleches wärmer
als die Unterfläche und die untere Hälfte der Bleche. Die Flamme schmilzt daher
die Kanten schräg nach unten ab, wie aus Abb.5 ersichtlich ist. Infolgedessen muß
die Flamme besonders bei Blechen von weniger als 6 mm und noch kleineren Dicken
so gehalten werden, daß die Spitze der Kernflamme unter der oberen Pläche des Werkstückes
liegt, und zwar zu dieser in einem Abstande, der die halbe Blechdicke eher über-
als unterschreiten soll. Je tiefer die Flamme in dem Spalt geführt wird, desto mehr
wird die Wärme auf die Spaltkanten konzentriert- und desto weniger Wärme wird für
das Einschmelzen des Schweißgutes verbraucht. Am wirtschaftlichsten ist es, die
Flamme tief in den Spalt zu führen, aber die Schwierigkeit, eine homogene Fuge zu
erhalten, wächst erheblich mit verringerter Spalte.
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Um einen schmalen Schweißspalt einhalten zu können, empfiehlt es sich,
eine große Ausströmgeschwindigkeit der Schweißgase in der Flamme, also eine sogenannte
- harte Flamme, zu haben. Die Flamme darf jedoch nicht so hart sein, daß das geschmolzene
Material fortgeblasen wird. Für das Schweißen von Eisen ist eine Gasgeschwindigkeit
von i3o bis i75 m/Sek. als geeignet befunden worden, wobei sich die härtere Flamme
für dünnere Bleche eignet, und die kleinere Gasgeschwindigkeit für dickere Bleche.
Schweißt man in solcher Lage, däß die Schwere der geschmolzenen Masse und der Druck
der Flamme nicht in derselben Richtung wirken, um den geschmolzenen Werkstoff durch
den Spalt zu führen, so ist eine etwas größere Gasgeschwindigkeit angebracht.
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Der Draht wird beim Schweißen im großen und ganzen wie bei Rechtsschweißung
geführt, d. h. in kreisförmigen oder elliptischen Bewegungen in der Schmelze. Die
Flamme da; gegen wird ohne seitliche Bewegungen geführt. Wie aus Abb.3 hervorgeht,
erzeugt die Flamme beim Rechtsschweißen eine ziemlich große Erweiterung 8 des Spaltes
unmittelbar vor dem geschmolzenen Zusatzmaterial. Eine ähnliche Erweiterung, jedoch
im allgemeinen etwas kleiner, wird auch beim- Schweißverfahren nach der Erfindung
erzeugt. Es ist daher auch möglich, ohne Spalt zu schweißen, d.'h. so, daß die Bleche
gegeneinander anliegen, wie aus Abb. 7 ersichtlich. Hier bringt die Flamme selbst
die Durchströmungsöffnung für die Gase zustande. An Stelle nicht abgeschrägter Kanten
kann man selbstverstündlich
auch eine schwache Abschrägung, wie
aus Abb.8 ersichtlich, vorsehen.
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Das Schweißverfahren nach der Erfindung kann in der Hauptsache im
gleichen Maße wie die Rechtsschweißung sowohl für das Schweißen von Eisenmetallen
wie auch von Nichteisenmetallen verwendet werden.
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Obwohl das Verfahren in erster Linie für Acetylen-Sauerstoff-Schweißung
vorgesehen ist, kann es auch für Schweißen mit einem anderen Brenngas als Acetylen,
z. B. Leuchtgas-Sauerstoff-Schw eißung, Benzol-Sauerstoff-Schweißung usw., Anwendung
finden.
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Nach der Zeichnung wird die ` Schweißung mit einem einflammigen Mundstück
ausgeführt. Es kann aber auch mit einem Mundstück geschweißt werden, das mit mehreren
Flammen versehen ist. Solche Mundstücke sind an sich bekannt. Wenn diese hintereinander
in der Spalte angesetzt werden, so erhält man eine in der Mitte des Spaltes konzentrierte
Wärmemenge. In diesem Fall kann der Spalt schmaler gehalten werden als mit nur einer
Flamme. Ebenso verhält es sich, wenn man eine in dem Spalt ausgestreckte flache
Flamme an sich bekannter Art verwendet. In diesen Fällen kann, wie auch bei Verwendung
nur einer Flammeh eine zweckmäßige Steuerung des Brenners angebracht werden, so
daß die Flamme bzw. die Flammen mitten in dem Spalt gehalten werden. Auch der Draht
kann in geeigneter Weise gesteuert und gegebenenfalls vorgeschoben werden.
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Das Verfahren eignet sich sowohl für Handschweißung als auch für Maschinenschweißung,
und zwar entweder ganz automatisch oder halbautomatisch.
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Die Schweißung kann mit einer Flamme oder mit mehreren Flammen ausgeführt
werden, die neutral sind oder etwas Acetylenüberschuß oder etwas Sauerstoffüberschuß
aufweisen. Bei mehrflammigen Brennern können die Flammen unter sich in dieser Hinsicht
verschieden sein. Sie können auch bei mehrflammigen Brennern unter sich verschiedene
Härte aufweisen. Schließlich kann man auch eine oder mehrere kleine Flammen zur
Vorwärmung des Schweißdrahtes vorsehen. Diese können eine andere Richtung haben
als die hauptsächlich auf die Bleche wirkenden Flammen, und es ist nicht unbedingt
nötig, daß die Spitze ihrer Keraflam-me unter der Blechoberfläche liegt.