DE744155C

DE744155C - Anordnung zum elektrischen Schweissen von Metallen mit Hilfe einer auf die Schweissnaht aufgebrachten losen Masse, in die eine Schweisselektrode eintaucht, und Verfahrenzur Durchfuehrung der Schweissung

Info

Publication number: DE744155C
Application number: DEU12496D
Authority: DE
Original assignee: Linde Air Products Co
Current assignee: Linde Air Products Co
Priority date: 1933-02-21
Filing date: 1934-02-20
Publication date: 1944-01-11

Description

Anordnung zum elektrischen Schweißen von Metallen mit Hilfe einer auf die Schweißnaht aufgebrachten losen Masse, in die eine Schweißelektrode eintaucht, und Verfahren zur Durchführung der Schweißung Unter den vielen; elektrischen Schweißverfahren isst das Lichtbogenverfahren am meisten :benutzt. Das geschmolzene Metall wird hierbei häufig mit einer Schicht aus Verbindungen der Alkälimetalle oder Alkalierdmetalle abgedeckt und geschützt. Eine solche Schutzschicht wird an :der Schweißstelle dadurch gebildet, daß .die Elektrode mit einer Hülle aus den Bestandteilen dieser Schicht umgeben ist. Eine solche Hülle bricht leicht und ist außerdem. im kalten Zustande nicht. leitend, so daß eine elektrische Verbindung zwischen der Elektrode und der Stromzuleitung nur durchEntfernen der Schichtan einer Stella hergestellt werden kann. Bei fortschreitendem Abbrauch der Elektrode ändert sich die Entfernung der elektrischen Anschlußstelle von der Schweißstelle und damit :der Widerstand des Schweißstromkreises, was die selbsttätige Regelung des Schweißstromes äußerst erschwert. Nach gewissem Abbrauch der Elektrode muß der Schweißprozeß unterbrocken und die Anschlußstelle an eine neue, blank zu machende Stelle der Elektrode verlegt werden. Schließlich wird der blanke Teil der Elektrode, der vorher für den elektrischen Stromanschluß verwendet worden war, wenig oder gar nicht für :das Schweißverfahren verwendbar- sein:, da dem betreffenden Teil der Schmelze die Schutzdecke fehlt. Beim Schweißen dicker Platten mittels- Lichtbogenschweißung mußte man ferner ie Schweißnaht in mehreren aufeinanderfolgenden. Gängen fertigstellen, indem man die Schweißstelle mit zwei oder mehreren aufeinandergelegten Sehgichten des Schweißmetalles ausfüllte, was erhebliche Zeit erforderte und Spannungen in der Schweißstelle erzeugte.
Diese Schwierigkeiten werden bei einer Anordnung zum Schweißen von Metallen mit Hilfe einer auf .die Schweißnaht aufgebrachten losen Masse, in die eine Elektrode eintaucht,, dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß eine blanke Schweißelektrode in eine die ganze Scliweißiialit überdeckende Schweißmasse dauernd eintaucht, welche einen hohen, im geschmolzenen Zustand geringeren elektrischen Widerstand besitzt und aus bei Schmelztemperatur sich nicht zersetzenden und keine schädlichen Gase erzeugenden Verbindungen, insbesondere erschmolzenen Silikaten, besteht.
Durch das Schmelzen wird die Leitfähk,, keit der Masse erhöht, und :der durch. Schmelze hindurchgehende Strom entwickelt. in der Masse eine solche Wärmemenge, dar benachbarte Teile der Masse und die hineinragende Elektrode sowie die Ränder des zu schweißenden Gegenstandes zum Schmelzen kommen. Die Elektrode wird entsprechend ihrem Abschmelzen nachgeschoben und gleichzeitig längs der Schweißnaht weiterbewegt.
Die notwendige Wärnie zum Schweißen wird durch einen starken elektrischen Strom erzeugt, welcher innerhalb der Schweißmasse von der Elektrode zum Werkstück übergeht. Nach kurzzeitiger Unterbrechung .des Stromes kann der Schweißprozeß durch einfaches Wiedereinschalten des Stromes fortgesetzt werden, solange die Schmelze noch flüssig ist. Bei den bekannten Lichtbogenschweißverfahren muß @dagegen die Elektrode zwecks Zündung mit dem zu schweißenden Körper erneut in Berührung gebracht werden.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Schweißstelle, uni sie vor Oxydation zu schützen, mit einem losen Flußmittel zu bedecken und durch dieses hindurch geschmolzenes Metall an .der Schweißstelle abzulagern. Bei diesem Verfahren wird das Flußmittel je- doch im Gegensatz zur Erfindung durch einen offenen Lichtbogen geschmolzen. Ferner enthält das Flußmittel ungebundenes Eisenoxyd, das während des Schweißvorganges zur Elektrode hin angezogen wird. Hierdurch wird das Flußmittel durcheinander gewirbelt, und die Lufteinschlüsse in der Masse werden vergrößert. Das Eisenoxyd entwickelt selbst bei Schmelzung und Reduktion Gase, so daß eine poröse und dementsprechend geschwächte Schweißnaht entstehen, muß. Die Erfindung tmterscheidet sich von diesem bekannten Vorschlag dadurch, daß sie weder einen offenen Lichtbogen noch Eisenoxyd, dafür in der Hauptsache schmelzbare Silikate verwendet, die beim Schmelzen keine Gase entwickeln.
Eine Schmelze nach der Erfindung besteht z. B. aus Silikaten der Alkalierdmasse, z. B. Kalziumsilikaten, denen in manchen Fällen eine geringe Menge von Stoffen zugesetzt wird, welche, wie Halogensalze, den Schmelzpunkt der Masse erniedrigen. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden mit einer Masse erzielt, deren Zusammensetzung etwa der Formel ROSi02 entsprach., wobei R das Erdalkalimetall, z. B. Kalzium oder Magnesium, darstellt. Abweichend hiervon können die Massen auch stärker saure oder stärker basische Silikate enthalten.
Es wurden auch Versuche mit _NLangansilikaten durchgeführt, besonders in Verbindung mit anderen Silikaten; ebenso sind aluminiumhaltige Verbindungen verwendbar. Kalzium-und Magnesiumsilikate besitzen den `Torzug ;.der Billigkeit.
'Leichtflüssigkeit der hasse läßt sich durch 'Stärker saure Silikate oder durch Zusatz von Alkalimetallverbindungen mit Halogeniden, insbesondere von Flußspat, .einstellen. Gute Ergebnisse wurden z. B.dadurch erzielt, daß man ungefähr 6°/o Flußspat einem Alkalierdinetallsilikat zusetzte. Borverbindungen in größeren Mengen scheinen nicht vorteilhaft zu sein, soweit wenigstens bisher festgestellt werden konnte; ebenso haben sich eisenhaltige Silikate als unzureichend herausgestellt.
In einem besonderen Falle wurden z. B. 22,5 kg Kalziumkarbonat, 4,23 kg Magnesiumoxyd und i8,2 kg Kieselsäure zusammengeschmolzen; bis alle Reaktionen in der Schmelze abgelaufen waren. Die angewandten Stoffe waren von der in der keramischen Industrie benutzten reinsten Qualität. Die Schmelze wurde abgekühlt, granuliert und zu je :15o g der Masse 28,1 g Flußspat zugesetzt und das Ganze gut vermischt.
Auf jeden Fall soll die lose 'Nasse bei Schmelztemperatur in dem Sinne unzersetzlich sein, daß bei Schmelztemperatur keine Gase entwickelt werden, die zur Porenbildung in der Schweißnaht führen könnten. Wollte nian an Stelle vorbereiteter Kalziumsilikate, die eine chemische Verbindung darstellen, ein mechanisches Gemisch von Kalziumkarbonat und Sand (Siliciumdioxyd) verwenden, dann würde aus dem Kalziumkarbonat Kohlensäure frei werden, welche das Entstehen einer leitfähigen Schmelze verzögern und diese selbst unregelmäßig ausfallen lassen würde. Die lose Masse soll ferner im wesentlichen wasserfrei sein, also beim Erhitzen keine Wasserdämpfe entwickeln.
Die Durchführung des Schweißverfahrens mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Anordnung erfolgt in der Weise, daß die Schweißnaht mit der losen Masse zweckmäßig im Überschuß bedeckt und die Elektrode durch Eintauchen in die durch den Strom erhitzte und geschmolzene Masse zum Schmelzen gebracht, entsprechend dem Abschmelzen nachgeschoben und längs der Schweißnaht fortgeführt wird. Dieses Verfahren wird nachstehend für das Beispiel des Zusammenschweißens von Platten näher erläutert.
Die Kanten werden zunächst in an sich bekannter Weise abgeschrägt, was allerdings für das Verfahren nach der Erfindung weniger notwendig als beim bekannten Lichtbogenschweißen ist, da die Durchdringung und die Breite der Schweißstelle besser als bei der bekannten Lichtbogenschweißung überwacht werden können. Eine Kupferhinterfütterung der Schweißstelle, etwa in der Weise, daß ein flacherKupferstreifender Schweißstelle unterlegt wird, welcher unter die zu verschweißenden Kanten greift und eine gleichmäßige Stromzuführung sicherstellt, wird vorteilhaft vorgesehen.
Die so gebildete Rinne wird mit,der gepulverten oder granulierten Masse ausgefüllt und außerdem eine ausreichende Menge entlang der Rinne über ihr angehäuft. Es wird also zweckmäßig mehr Masse entlang der herzustellenden Schweißnaht abgelagert, als zum bloßen Ausfüllen der Rinne erforderlich wäre. Wenn man auf das Abschrägen der zu verschweißenden Kanten verzichtet, dann wird eine noch größere Menge der Schweißmasse oberhalb und zu beiden Seiten der Schweißnaht angehäuft.
Ein Ende der Elektrode wird in die lose Masse eingetaucht. Um das Schweißverfahren einzuleiten, wird ein Weg geringeren Widerstandes durch die .im kalten Zustand kaum leitende Masse beispielsweise dadurch vorgesehen, daß man Elektrode und Oberfläche der zu versch --,veißenden Körper mit Hilfe eines Graphitstreifens leitend verbindet. Die Masse wird hierdurch örtlich nahe dein Elektrodenende so weit erhitzt,--daß sie zu schmelzen beginnt und selbst ausreichend elektrisch leitend wird. Unmittelbar darauf beginnt das Ende der Elektrode zu schmelzen; das geschmolzene Metall wind in der Schmelzrinne abgelagert. Gleichzeitig beginnen auch die Außenflächen, der Kanten der zu verschweißenden Platten zu schmelzen und mit dem abgelagerten flüssigen Metall zusammenzuwachsen. Die Elektrode wird entsprechend. dem Verbrauch durch Abschmelzen gegen die Schweißnaht hin vorgeschohen; außerdem wird sie aber vorzugsweise durch eine mechanische Vorrichtung entlang der Naht bewegt. Die innerhalb der Schweißmasse durch den Strom entwickelte Wärme reicht aus, um das Schmelzen eines weiteren Teiles der Masse nahe der Elektrode herbeizuführen, in welche dann die Elektrode hineinbewegt wird. Durch richtige Bemessung des Vorschubes der Elektrode sowie ihrer Geschwindigkeit entlang der Schweißnaht kann leicht ein ununterbrochenesf Verfahren erzielt werden. Bei dieser Arbeitsweise tritt kein Puffen oder Verdrängender Schmelze ein, es bildet sich auch kein offener Lichtbogen, so daß von außen so gut wie gar nichts vom Schweißvorgang zu sehen ist.
Auch beim ununterbrochen durchgeführten Schweißprozeß wird nur die Schweißmasse in der Umgebung und hinter der Elektrode geschmolzen, während sie im -übrigen ungeschmolzen bleibt. Die Schmelze steigt dann in gleichem Mäße hoch, wie das von der Elektrode abgeschmolzene Metall in die Rille absinkt. Wird die Elektrode weiterbewegt, so erkalten und verfestigen sich abgelagertes Metall und Schweißmasse. Die letztere erhält hierdurch wieder ihren hohen elektrischen Widerstand. Die Metallschmelze verwächst mit den Randpartien der Platten zu einem festen Ganzen. Auch diese Vorgänge können von außen kaum beobachtet werden, da die im Überschuß vorhandene Schweißmasse Schweißnaht und Plattenränder von außen abdeckt.
Die Schweißnaht wird auch bei dicken Platten gewöhnlich in einem Arbeitsgang vollendet. Eine etwas abweichende Arbeitsweise besteht darin, daß man besonders bei außergewöhnlich dicken Plätten eine sowohl nach oben als auch nach unten sich verbreiternde und somit eine in der Mitte enge Rille vorsieht und zuerst den oberen Teil dieser Rille verschweißt, dann das Werkstück umdreht und jetzt den oben liegenden Teil schweißt.
Die Ergebnisse hängen von der Spannung und der Stärkedes Schweißstromes, den Abmessungen und der Zusammensetzung der Elektrode ab. Sie werden ferner von Vorschub der Elektrode und der Geschwindigkeit, mit :der sie längs der Naht bewegt- wird, beeinflußt.
Zur Erläuterung dieser Zusammenhänge sei angenommen, daß das Schweißen mit gleichbleibender Geschwindigkeit durchgeführt wird, während Spannung und Strom sich in Abhängigkeit von der Plattenstärke ändern. So werden z. B, bei einer Schweißgeschwindigkeit von ungefähr Zoo mm je Minute eine Spannung von 36 Volt und ein Strom von r5oo Amp. verwendet, um Stahlplatten von 25 mm Stärke mit einer aus einem Metallstab von g mm Durchmesser bestehenden Elektrode zu schweißen. Versuche zum Schweißen stärkerer Platten, z. B. 37,5 Inn, Stärke, führten zu einer Stromstärke von etwa i6oo Amp. bei einer Schweißgeschwindigkeit von z6o bis r75.mm je Minute. Ein. Schweißstrom von 2ooo Amp. kann in dem zuletzt angeführten Fall schon bei Elektroden von 12,5 mm Durchmesser oder etwas geringerer Stärke auftreten. Im allgemeinen werden, kleinere Stromstärken. bei Elektroden kleineren Durchmessers auftreten.
Das Maß der Durchdringung und Verschmelzung von Schweißnaht und Werkstück hängt von der Schmelzbarkeit und Leitfähigkeit der Schweißpinasse ab. Sä z. B. vermintdert ein Zusatz von Flußspat die Durchdringung, obwohl Flußspat die Leichtflüssigkeit der Schmelze erhöht.
Nach Fertigstellung der Schweißnaht kann die überschüssige Schweißmasse entfernt und wieder benutzt werden.. Ein Verlust an flüchtigen Bestandteilen, wie Halogeniden, muß hierbei ersetzt werden.
Nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Schweißnähte zeigen besondere und genau erkenntliche Merkmale. So z. B. liegen die Flächen, welche die äußerste Zone der Verschmelzung an beiden Seiten der Schweißnaht begrenzen, itn allgemeinen ungefähr parallel, unabhängig davon, ob die zusammenzuschweißendeilTeile abgeschrägt waren oder nicht. Die Ablagerung des geschmolzenen Metalles erfolgt ferner nicht unmittelbar unter derElektrode, sondern hinter ihr. Hierbei scheinen Strömungen in der Schmelze aufzutreten, welche vielleicht durch den Pinchefekt bedingt sind, den bekannten dynamischen Effekt von parallelen g1; ichgerichteten elektrischen Strömen, der eine Absenkung der Oberfläche der Schweißmasse an den zuerst schmelzenden Stellen, also un-Rnttelbar vor der Elektrode bewirkt, wodurch das abgelagerte Metall und auch die Sch.nielze hinter der Elektrode emporgetrieben werden. Hierdurch wird die Herstellung einer nach oben konvexen Schweißnaht erleichtert, so daß nach Wegnahme des überschüssigen Metalles, z. B. durch mechanische Bearbeitung, eine dichte Naht übrigbleibt. Das über-. schüssige Metall kann aber auch bleiben und dann die Naht verstärken..

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zum elektrischen Schweißen von Metallen mit Hilfe einer auf die Schweißnaht aufgebrachten losen Masse, in die eine. Schweißelektrode eintaucht; dadurch gekennzeichnet, daß eine blanke Schweißelektrode in eine die ganze Schweißnaht überdeckende Scliweißtnasse dauernd eintaucht, welche einen hohen, in geschmolzenem Zustand geringeren elektrischen Widerstand besitzt utid aus bei Schmelztemperatur sich nicht zersetzenden und keine schädlichen Gase erzeugenden Verbindungen, insbesondere ersclimolzenen Slllkatt-`It, bestellt. - ?. Lose Masse für die Bildung der Schinel ze ttaclt Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie in kaltem Zustand hohen elektrischen Widerstand besitzt und zum überwiegenden "feil oder vollständig aus schmelzbaren sowie bei Schmelztemperatur sich nicht zersetzenden und keine schädlichen Gase etitwikkelnden Verbindungen, insbesondere erschmolzenen Silikaten, besteht. 3. Lose Masse mach Anspruch 2, dadurch gek.ennzeicliti:et, daß sie ein oder mehrere schmelzbare Alkali-Erdmetall-Silikate cinschkeßlich Magnesiumsilikat und gegebenenfalls auch Zusätze von Erdalkalimetallhalogeni.den und/oder Zusätze aluminiumhaltiger Verbindungen enthält. 4. Verfahren zum elektrischen Schweißen mit einer Anordnung nach Anspruch i unter `, erst @I1C1uIig der losen Masse nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, claß die Schweißnaht mit der losen Masse zweckmäßig im Überschuß bedeckt und die Elektrode durch Eintauchen in die durch den Strom erhitzte und geschmolzene Masse zum Schmelzen gebracht, entsprechend dem Abschmelzen nachgeschoben und längs der Schweißnaht fortgeführt wird. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstan:des vom Stande der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: britische Patentschrift ..... Nr.3564f2; französische 424365.