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Schweißverfahren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vereinigung
von Metallstücken durch Schweißen und insbesondere Schweißverfahren, «eiche die
Anordnung eines Rückstreifens erfordern oder hierdurch unterstützt werden.
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Beim Schweißen wird häufig auf die Oberfläche der zu verschweißenden
Stücke längs der Schweißnaht und auf der entgegengesetzt liegenden Seite, von welcher
her das Verschweißen durchgeführt wird, ein dicker Streifen aus Kupfer, Stahl oder
einem anderen Metall (im nachstehenden als Rückstreifen.bezeichnet) aufgebracht,
wodurch das geschmolzene Metall verhindert wird, aus der Schweißnaht auszulaufen
und wodurch eine Schweißverbindung erhalten wird, welche eine glatte Rückseite aufweist.
Der Einfachheit halber soll jene Fläche, auf welcher ein solcher Rückstreifen aufgebracht
wird, als Rückseite der zu verschweißenden Stücke be-_ zeichnet werden. In ähnlichem
Sinne sollen Ausdrücke wie Rückseite der Schweiße, Vorderseite der Werkstücke verwendet
werden.
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Bei einigen Schweißverfahren ist nun die Verwendung eines Metallrückstreifens
nachteilig wegen der Neigung, das Sch-,veißmetall abzukühlen, wodurch schädliche
Spannungen verursacht werden können. Überdies kann die Verschweißung längs der tieferen
Teile einer Schweißnaht unvollständig sein, und in manchen Fällen kann eine schmutzige
oder ungesunde Schweiße zufolge vorzeitigen Erstarrens des S.chweißmetalles erhalten
werden. Eine weitere Schwierigkeit bei der Anwendung solcher Rückstreifen bildet
die Tatsache, daß, wenn die zu verschweißenden Stücke nicht vollkommen flach sind,
es äußerst schwierig ist, zu erreichen, daß der Rückstreifen sich der Oberfläche
dicht genug anschmiegt, um die Ausbreitung des Sehweißmetalls zwischen Rückstreifen
und Rückseite der zu verschweißenden Stücke zu verhindern. Um die Schwierigkeiten
zufolge der Abkühlungswirkung zu vermeiden, sind Versuche gemacht worden, die Rückseite
der Schweißnaht mit Blöcken oder Streifen aus keramischen oder anderen feuerfesten
Werkstoffen abzudecken, die eine vergleichsweise niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Solche Werkstoffe sind jedoch zerbrechlich und schwierig zu handhaben und werden
überdies häufig von den beim Schweißen benutzten Flußmitteln angegriffen, derart,
daß die Schweiße unbrauchbar Umacht oder beeinträchtigt wird.
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Es ist auch bekannt, die Schweißstelle nach der' bei Gießverfahren
üblichen Art mit Formsand einzuformen. Um eine wulstförrnige N aht an der Rückseite
zu erhalten, muß die Wulstforrn hierbei jedoch in die Formmasse eingeprägt sein.
Die
vorliegende Erfindung bezweckt die Erleichterung des Verschweißens von Metallplatten
u. dgl. ohne vorheriges Abschrägen der zu vereinigenden Schweißkanten und die Schaffung
von Hilfsmitteln, wodurch Schweißverbindungen längs der Vorder- und Rückseiten ohne
Durchführung einer= besonderen Nachschweißung längs der Rückseite hergestellt werden
können.
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Erfindungsgemäß wird die Rückseite der Schweißnaht mit einer dicken
Lage aus losen gekörnten 'Mineralstoffen abgedeckt, die iin wesentlichen frei von
gasbildenden Bestandteilen sind und deren Schmelzpunkt nicht wesentlich den des
zu schweißenden Werkstoffes übersteigt, so daß sie bei Schweißtemperaturen schmelzen.
Vorteilhaft wird ferner erfindungsgemäß beim elektrischen Schweißen auch die Vorderseite
der Schweißnaht in bekannter Weise mit einer dicken Schicht von losen gekörnten
Mineralstoffen abgedeckt, die die gleiche oder eine ähnliche Zusammensetzung aufweisen
wie der zur Abdeckung der Rückseite der Schweißnaht verwendete Stoff. Gemäß einer
abgeänderten Ausbildungsform des Verfahrens wird erfindungsgemäß zwischen den Schweißkanten
eine breite Fuge frei gelassen, so daß die Schweißnaht bzw. Raupe auf beiden Seiten
der Fuge gleich ausgebildet ist.
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Der Abstand der zu verschweißenden Bleche ist also weiter, als es
sonst üblich ist. Diese Maßnahme ist jedoch nur anwendbar iin unmittelbaren Zusammenhang
mit dein Grundgedanken der Erfindung; erreicht wird dadurch, daß die Schweißnaht
beiderseits besoi:ders gleichmäßig ausfällt.
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Zweckmäßig sind erfindungsgemäß die die Aüdeckinasse an die Rückseite
der Schweißnaht haltenden mechanischen Mittel elastisch d@°; ausgebildet Die elastische
Anpressun' g
Schweißpulvers ist zwar an sich nicht neu. h@ür die Erfindung
hat diese Maßnahme jedoch eine besonders vorteilhafte Bedeutung, weil es gerade
durch die nachgiebige Halterung des Schweißpulvers bzw. der daraus entstehenden
Schmelze gelingt, die letztere, deren Volumen ja kleiner als dasjenige des Schweißpulvers
ist, unbedingt dicht gegen die Schweißstelle zu pressen, trotzdem aber die erwünschte
Nachgiebigkeit zu gewährleisten, die die Ausbildung einer vollen sauberen Raupe
ermöglicht.
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In den Zeichnungen stellen die Fig. i und 2 Querschnitte durch -Metallstücke
dar, welche abgeschrägte bzw. rechteckige Kanten aufweisen, die einander dicht genähert
sind, 'um durch elektrisches Schmelzschweißen vereinigt zu werden, und welche auf
ihrer Rückseite durch mineralische Massen gemäß der Erfindung abgedeckt sind. Fig.
3 zeigt einen Querschnitt durch zwei zur elektrischen Verschweißung angeordnete
Metallstücke. bei welchen körniger, in der Schweißhitze schmelzender mineralischer
\V'erkstoff sowohl die Schweißnaht als auch beide Seiten derselben erfüllt und die
Spitze der -Elektrode in die Masse aus gekörntem, mineralischem Material eingetaucht
ist, welches längs der Vorderseite der Naht angehäuft ist.
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Der in der Schweißhitze schmelzende inineralische Werkstoff soll in
nachstehendem kurz als Füllstoff bezeichnet werden.
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In Fig..I ist ein Querschnitt durch eine nach dem Verfahren gemälder
Erfindung hergestellte Schweißverbindung dargestellt, wobei die vorderen und Rückseiten
der Schweiße abgedeckt sind.
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Fig.3 zeigt einen Längsschnitt durch die Naht am Ende einer Schweiße
und veranschaulicht die Art des Aufbaues des feuerfesten Stoffes am Ende der Schweißnaht
und die Bildung einer Verlängerung des Rückstreifens um das Ende der Naht herum.
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Fig. 6 zeigt einen Grundriß einer fertigen Schweiße am Ende der mit
Rückstreifen gemäß der Erfindung versehenen Schweißnaht.
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Fig. 7 stellt einen Querschnitt durch Teile von zwei in dichter Anordnung
befindlichen Metallplatten dar, «-elche durch eine Ausfüllschweiße vereinigt werden
sollen, wobei die Spitze der Elektrode in die Masse von gekörntem, mineralischem
Füllstoff eingetaucht ist.
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In den Figuren sind die zu verschweißenden Metallstücke oder Platten
mit io und i i bezeichnet, eine metallische Schweißelektrode oder Schweißstab (nackt
oder umhüllt) mit 1.2, ein Trog, der zur Aufnahme des gekörntc°n, mineralischen
Werkstoffes 14 dient, mit 13, das niedergeschmolzene Schweißmetall mit
15 und ein vorstehender Kopf am Ende der Schweiße mit 16.
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In Fig. 3 ist auch ein Luftschlauch 17 dargestellt, welcher den unverbundenen,
körnigen Mineralstoff gegen die Rückseite der zu verschweißenden Stücke anzupressen
vermag. Auf diesen Luftschlauch kann ein Metallstück ig aufgelegt sein, um den Druck
auf den Füllstoff zu verteilen.
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Bei Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird es vorgezogen,-
auf die Rückseite der Schweißnaht einen vergleichsweise schmalen und flachen Trog
13 aufzusetzen von beispielsweise etwa ?'/2 eni Tiefe und etwas größerer Breite
als die der Schweißfuge, dessen Länge vorzugsweise größer ist als die Länge der
Schweißnaht. Der Trog wird mit bei Schweißtemperatur schmelzendem, gekörntem Mineralstoff
14 gefüllt und gegen die Rückseite der zu verschweißenden
Stücke
io und i i festgehalten oder geklemmt derart, daß der Rückseite der Schweißnaht
eine Oberfläche des Füllstoffes dargeboten wird, durch welche der Zutritt der Luft
zur Schweiße wirksam abgeschnitten und das Auslaufen von geschmolzenem Metall aus
der Schweißnaht verhindert wird. Nunmehr wird das Schweißen in üblicher Weise durchgeführt.
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Es wurde gefunden, daß beim Durchführen des Schweißens in dieser Weise
längs der Rückseite der Schweiße 15 eine konvexe Fläche oder ein Kopf gebildet wird,
ähnlich demjenigen, wie er gewöhnlich auf der Vorderseite der Schweiße entsteht,
und dies bildet einen der wichtigsten Vorteile der Erfindung, da hierdurch nicht
nur eine völlige Verbindung längs der Rückseite der Schweiße sichergestellt, sondern
auch ein doppelter Kopf erzeugt wird, ohne daß die Notwendigkeit besteht, längs
der Rückseite der Schweißnaht eine gesonderte Kopfschweißung zu machen. _ ' Dadurch,
daß der Trog 13 über die Enden der Schweißnaht hinaus verlängert und der Füllstoff
i3 in geeigneter Weise aufgehäuft ist, kann ersichtlich das Schweißen bis zu den
äußersten Enden der Naht fortgesetzt und ein vorstehender Kopf 16 an den Enden der
Schweiße erzeugt werden, wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich. Der Kopf 16 kann
später abgeschnitten werden, so daß die Schweiße bündig reit den Kanten der .Stücke
endet. ' Es wurde gefunden, daß bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung
in Verbindung mit der elektrischen Schweißung es möglich und sogar erwünscht-ist,
eine ausnehmend hohe Stromdichte zu verwenden und mit ungewöhnlich hoher Geschwindigkeit
zu schweißen, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bedeutend verbessert
wird.
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Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht in der Tatsache, daß in
manchen Fällen die Notwendigkeit des Abschrägens der Kanten der zu verschweißenden
Stücke entfällt. Es wurde gefunden, daß es nicht nur möglich, sondern in einigen
Fällen tatsächlich vorzuziehen ist, das- Schweißen mit gerade abgeschnittenen Kanten
durchzuführen, wie es in den Fig.2, 3 und 7 veranschaulicht ist, da die erfindungsgemäße
Anordnung des Füllstoffes auf der Rückseite der Schweißnaht es ermöglicht, die Schweißstücke
bei einer wesentlichen Lücke zu vereinigen, wodurch gleichzeitig die Bildung einer
Wulst längs der Rückseite der Schweiße sichergestellt und eine Schweiße von wesentlich
gleichförmiger Breite und Festigkeit von der Rückseite bis zur Vorderseite erzielt
wird. Es ist klar, daß Schweißstücke mit abgeschrägten Kanten in ähnlicher Weise
verbunden werden können, wobei zwischen den benachbarten Rückkanten der Naht ein
Spalt vorgesehen ist, utn eben die Bildung einer Wulst längs der Rückseite der Schweiße
zu sichern.
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Bei der praktischen Durchführung ergibt das Schmelzen des rückseitig
angeordneten Füllstoffes Platz für die Bildung einer Wulst, und dieses Schmelzen
des Füllstoffes im Verein mit der Abschließung der Luft ergibt eine Schweiße, deren
Rückseite nicht nur aufgewölbt, sondern auch sauber und frei von Unregelmäßigkeiten
ist, während das Schweißmetall selbst im wesentlichen frei von Gasblasen und Schlackeeinschlüssen
ist, die in der Regel erhalten werden, wenn man Rückstreifen aus Metall verwendet.
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Eine besondere Anwendung der Erfindung ergibt sich bei der Kehlnahtschweißung,
beispielsweise beim Bau schwerer Maschinensockel, wo Metallplatten von a1/2 bis
io cm Dicke unter schwierigen Winkeln vereinigt werden müssen. Schweißen dieser
Art, die mit metallischen Rückstreifen ausgeführt wurden, neigen zur Ausbildung
von Spannungen, welche die Schweiße nach Fertigstellung zu sprengen vermögen. Bei
Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung, wie es beispielsweise in Fig. 7 erläutert
ist, werden derartige Spannungen auf einen lXTindestwert gehalten, da das Schweißmetall
und die zu @-erschweißenden Metallstücke gleichmäßiger erhitzt und abgekühlt werden.
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Der erfindungsgemäß verwendete Füllstoff kann in weiten Grenzen hinsichtlich
seiner Zusammensetzung schwanken, solange er einen Schmelzpunkt aufweist, der nicht
wesentlich höher als jener des zu schweißenden Metalls ist, und solange er im wesentlichen
frei von gasbildenden oder anderen, der Schweiße schädlichen Bestandteilen ist.
Der Werkstoff besteht vorzugsweise hauptsächlich aus Silikaten der Erdalkalimetalle
und des Magnesiums und ist im wesentlichen frei von i ungebundenen Eisenoxyden.
Schmelz- oder F lußmittel können gewünschtenfalls zugesetzt werden. Es wird auch
vorgezogen, daß die Bestandteile zunächst vermischt, zur völligen chemischen Reaktion
untereinander vorge- i schmolzen und sodann auf die erwünschte Korngröße zerkleinert
oder gemahlen werden. Einen -ausgezeichnet brauchbaren, vorgeschmolzenen Füllstoff
ergab bei der Analyse die nachstehende Zusammensetzung: Ca 0 z 31'/" M90 11 o%,
Si 02 5.2010, A12 03 4°iu. Diesem Werkstoff kann ein kleiner Anteil, z. B.
5 °fo, an Erdalkalifluorid zugefügt werden.
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Benn elektrischen Schweißen, wo die Spitze der Elektrode in ein Bett
des Füllstoffes ein- 1 getaucht wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist es erwünscht,
den nämlichen Füllstoff sowohl
für den Rückstreifen der Schmelze
als auch zum Einbetten der Elektrodenspitze zu benutzen. Füllstoffe der oben beschriebenen
Art sind für beide Zwecke geeignet.
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Damit der Füllstoff einen wirksamen Abschluß längs der Rückseite der
Schweißnaht bildet, ist es notwendig, daß er tatsächlich gegen die Rückfläche der
Schweißstücke angepreßt wird. Dies kann in manchen Fällen lediglich dadurch bewirkt
werden, daß man den Trog starr lagert und den darin befindlichen Füllstoff durch
das Gewicht der zu vereinigenden Metallstücke zusammenpreßt. Ir. anderen Fällen
kann der Trog fest gegen die Metallstücke geklemmt werden. Ein anderes Verfahren,
welches zufriedenstellende Ergebnisse lieferte, besteht darin, einen abgeflachten
Luftschlauch auf dem Boden des Troges in der Weise anzuordnen, daß beim späteren
Aufblähen des Schlauches der körnige Füllstoff gegen die Rückseite der Metallstücke
angepreßt wird.
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Die Erfindung umfaßt auch wahlweise an Stelle der Verwendung eines
ruhenden Troges zur Aufnahme des feuerfesten Werkstoffes die Benutzung von vergleichsweise
kurzen tiogartigen Formen, welche längs der Rückseite der Schweißnaht in dem Maße
bewegt werden, wie .das Verschweißen vorwärtsschreitet.
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Während das Verfahren gemäß der Erfindung besonders für das elektrische
Schweißen geeignet ist, beispielsweise das elektrische Lichtbogenschweißen, bei
welchem entweder eine nackte oder umhüllte Metallelektrode oder eine Kohleelektrode
verwendet wird, kann es auch bei anderen Schweißverfahren, «ie bei der Gasschweißung
und auch der Thermitschweißung, angewendet werden. Solche Anwendungen werden als
zur Erfindung gehörend betrachtet.
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Die Erfindung lehrt ein Schweißverfahren, welches sich durch eine
außerordentliche mechanische Bequemlichkeit auszeichnet, da in manchen Fällen die
Notwendigkeit des Abschrägens der Schweißkanten entfällt, da ferner die Schwierigkeiten
zufolge der unregelmäßigen Oberfläche der zu verschweißenden Metallstücke auf einen
1Iindestwert gebracht «-erden, ferner durch die Erzeugung einer Schweiße mit doppeltem
Kopf bzw. Wulst, ohne daß eine gesonderte Kopfschweißung längs der Rückseite der
Schweiße erforderlich ist, und durch die Tatsache, daß außerordentlich hohe Schweißgeschwindigkeiten
angewendet werden können.