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Verfahren zur Ausführung von Kehlschweißnähten, .insbesondere zur
Herstellung von Formeisen durch elektrische Schweißung Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Ausführung von Kehlsch,weißnähten, insbesondere zur Herstellung von
Formeisen, die ähnlich denen, welche im Walzverfahren hergestellt werden, durch
elektrisches Zusammenschweißen von Flacheisen oder Blechen gefertigt werden. Die
Herstellung von Farmeisen durch elektrische Schweißung hat große Bedeutung, weil
sie von den Üblichen Formen und Abmessungen der Walzprofile abweichende Profile
jeder beliebigem Querschnittsform, z. B. Doppel-T-Profile mit engewölhnlich hohem
Steg usw-.; anzufertigen gestattet. Außerdem können auch aus gewalzten Profileisen,
kompliziertere Profile zusammengeschweißt werden.
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Es ist nun ein Verfahren zum elektrischen Schweißen mit Abschmelzelektroden
bekanntgewor.den, bei dem die abzuschmelzende Elektrode dauernd in eine Schweißmasse
aus Silicaten der Alkali- und Erdalkalimetalle eintaucht. Dieses Verfahren hat im
Vergleich zu ,dem bekannten Schweißverfahren mit offenem Lichtbiogen: erhebliche
Vorteile hinsichtlich der Schweißgeschwindigkeit, SchweAqualität und der Möglichkeit,
auch sehr große Schnvenßungen
in einer einzigem Lage auszuführen.
Die Anwendung dieses vorteilhaften Schweißverfahrens auf die Herstellung von. Profileisen
oder Profilstählen unter Zugrundelegung geeigneter Flacheisen oder Bleche usw. ist
bisher deswegen auf Schwierigkeiten gestoßen, weil die Art dieses Sch,veißverfahrens
zur Voraussetzung hatte, daß die Schweißung im heißen Zustand ein Bad mit etwa horizontaler
Oberfläche bildet. Man konnte nach diesem Verfahren bisher also bestenfalls einen.
Winkel aus zwei schräg gegeneinandergestellten Konstruktionsteilen zusammenschweißen,
bei dem während des Schweißens die beiden Schenkel schräg nach oben stehen, so daß
die Elektrode unter einem Winkel von etwa 4.5° gegenüber den Schenkeln senkrecht
von oben an die Sch,iveiißfuge herangeführt und das Schweißbad in dem Winkel gebildet
weiden kann. Bei der Herstellung von T-Eisen wäre es demnach erforderlich, die beiden
Kehlnähte bei entsprechend schräger - Lage der verwendeten Flacheisen nacheinander
zu schweißen. Hierbei tritt aber eine erhebliche Verziehung der den Flansch bildenden
Grundplatte elin. Außerdem stellt das Nacheinanderschwe@ißen von zwei. parallel
laufenden Kehlnähten technisch und wirtschaftlich keine befriedigend Lösung dar,
wobei unter anderem wesentlich ist, daß das Werkstück vor dem Schweißen der zweiten
Kehlnaht umgespannt werden müßte, was zusätzlich. ein erheblicher Zeitverlust wäre.
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Beim Schweißen mit offenem Lichtbogen bestehen diese Schwierigkeiten
nicht, denn man kann. z. B. ein T-Profil nach diesem üblichen Schweißverfahren so
herstellen; daß der Steg senkrecht und der Flansch horizontal gelagert ist und die
beiden Kehlnähte gleichzeitig mit beiderseits gegen den Steg schräg gestellten Elektroden
geschweißt werden.
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Die Versuche, die beiden Kehlsch-,veißnäh:te eines T-Eisens, dessen
Flansch senkrecht steht, unter Ver-,vendung des elektrischen Schweißverfahrens,
bei dem die abzuschmelzende Elektrode, dauernd in eine Schweißmasse eintaucht, gleichzeitig
herzustellen, zeigten, daß die Erzielung befriedigender Schweißnähte zunächst nicht
möglich war. Der grundsätzldche Vorteil dieses Schweißverfahrens, Eine hohe Überhitzung
des Schweißgutes, in der Schweißzone zu bewirken, wirkt sich nämlich bei ,dieser
Anordnung insofern ungünstig, aus, als der flüssige Stahl bestrebt ist, nach unten
abzufließen, und infolgedessen die, Bindung mit dem senkrecht stehenden Steg nur
unvollkommen zustande kommt. Weitere Versuche haben dagegen erwiesen, daß auch in
diesem Fall sich eine vorzügliche Schweißung mit dem Schweißverfahren, bei dem die
abzuschmelzende Elektrode dauernde in. eine Schweißmasse- eintaucht; erzielen -läßt,
wenn bezüglich der Stellung und Neigung der Abschme!lzelektrode gegenüber dem senkrecht
stehenden und -anzuschweißenden Bauteil, sowie bezüglich der Stärke des Schweißstromes
und der Höhe der Schweißspannung be-sondere Regeln beachtet werden. Danach
ist bei der Schweißung von Kehlnähten an Teilen, die senkrecht oder nahezu senkrecht
aufeinanderstehen, insbesondere zur Herstellung von Formeisen, unter Benutzung eines
elektrischen Schweißverfahrerns, bei dem die Abschmelzelektrode dauernd in eine
Schweißmasse aus Silicaten der Alkali- und Erd:alkalimetalle eintaucht, in der Weise
zu verfahren, daß erfindungsgemäß einer der zu verschweißenden Teile, beispielsweise
der Flansch eines T-Eisens, senkrecht oder nahezu senkrecht steht, daß weiterhin
die Neigung der Abschmelzelektrode gegen diesen Teil in an sich bekannter Weise
kleiner als 4.5° ist und daß schließlich die Sch.weißung zwecks Verringerung der
geite der Schweißzone mit geringer Spannung, z. B. 25 bis 30V, und dünner, hochbelasteter
Elektrode, z. B. 2o bis 5o A/mm2, durchgeführt wird..
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Zweckmäßig wird dabei die: Neigung der Abschmelzelektrodie gegen den
aufrecht stehendien Steg in Abhängigkeit von der Stromdichte in der- Schweißelektrode
derart gewählt, daß mit steigender Stromdichte der Winkel verkleinert wird, so daß
bei einer Stromstärke von 3o A/mm2 die Neigung der Elektrod ei gegen den Steg etwa
3o° beträgt, wobei die, Stromdichte entsprechend der gewünschten Schweißleistung
innerhalb der vorstehend angegebenen Grenzen frei gewählt werden kann.
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Um ein Verziehen des den Gurt bildenden Bleches zu. vermeiden und
zur Beschleunigung der Fabrikation ist es zweckmäßig, gleichzeitig zwei oder mehr
parallel laufende Kehlnähte mni.t der entsprechenden Anzahl von Elektroden 'herzustellen.
Da bei dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren ungewöhnlich hohe Schweißleistungen
zustande kommen und für diese hohen Schweißleistungen naturgemäß entsprechend hohe
elektrische Leistungen aufgewendet werden müssen, so besteht die Gefahr einer ungleichmäßigen.
Phasenbelastung. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher
zweckmäßig und in manchen Fällen sogar erforderlich, daß der Schweißstrom einer
Mehrphasenstromquelle entnommen wird und die einzelnen Elektroden mit je einem Pol
der Stromquelle verbunden werden, während das: Werkstück an einen weiteren Pol über
einen in der Regel geerdeten Leiter angeschlossen wird. Hierdurch wird eine gleichmäßige
Phasenbelastung erreicht.
- Bei Kehlnahtschweißungen, die dicht
am Rande eines horizontalen Bleiches ausgeführt werden müssen, muß eine zusätzliche
Unterlage seitlich neben dem Blech angebracht werden, um die für die Durchführung
des Schweißverfahrens erforderliche pulverförmige Schweißmasse 9wnügend hoch. und
bereit aufschichten zu können. -Bei Beachtung dieser Vorschriften lassen sich Kehlnahtschweißungen
allerbeister Oualität mit ungewöhnlich großer Arbeitsgeischwindigkeit durchführen
und die Leistungen der bisher bekannten Verfahren für Formeisenschweißung erheblich
übertreffen. So wurde z.. B. bei der Herstellung von T-Eisen aus zwei io mm, starken
Flacheisen bei gleichzeitiger Fertigschweißung beideir- Kehlnähte in einem einzigen
Arbeitsgang die bedeutende Arbeitsgeschwindigkeit von etwa 35 m/Std. (ohne Aufspannen)
mühelos erreicht..
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Die Schweißköpfe sollen zweckäßig in der schrägen Lage zum -senkrechten
Steg beim Vorschub iii der Schweißrichtung mittels eines Führungsgliedes, z. B.
einer Laufrolle, an einem Teil des entstehenden Profilis, und zwar am besten an
dem senkrechten Steg, geführt werden, und dabei unter dem Einfluß einer Kraft, z.
B. einer Feder oder eines Gewichtes, unter dem erforderlichen Führungsdruck stehen.
Es ist nämlich für die Ausführung einer hochnvertigen Kehlnaht wichtig, d'äß nicht
nur der Winkel der Elektrode, sondern auch der Abstand der Elektrode vorn Steg ständig
gleichbleibt. Wenn das. dien Steg bildende Flacheisen oder Blech geringfügige Wellungen
aufweist, was unter Umständen nicht vermeidbar ist und für die Festigkeit des fertigen,
Profileisens praktisch belanglos ist, so, würde dies, doch zur Folge haben, da.ß
die bei starrer Führung der Schweißköpfe geradlinig verlaufenden Kehlnähte auf der
einen Seite des Steiges stellenweise vom Steg weiter entfernt und auf der anderem.
Seite, entsprechend näher am Steg liegen, als es für die gute Schweißung erforderlich
ist. Werden jedoch di@e Schweißköpfe am Steg selber geführt, so muß die Kehlna'htschweißung
allen Abweichungen -des Steges von der Geraden genauestens folgen, so, daß sich
die Schweißunägen stets dem Verlauf des Steges: anpassen. Für die Durchführung dieser
Maßnahme wird der schräg geneigte Schweißkopf unter dem Einfluß einerFeder oder
eines über eine Rolle geführten Gewichtes gegen dien Steg gedrückt, so daß die vorerwähnt-
-Laufrolle den Steg wähnend des Schweißvorganges; ständig berührt. Diese Laufrolle
kann z. B. mittels,einer isolierten Klammer an -dien Kontaktbacken, aus denen der
Schweißdraht austritt, befestigt werden. Ratsam ist es außerdem, die Möglichkeit
vorzusehen, daß die pendelnd aufgehängten Schweißköpfe in der Sbhräglage des Schweißens
festgestellt werden können. Wenn nämlich die Kehlschweißnähte, z. B. eines T-Eisens,
beendet sind und die Schweißköpfe aus dem bearbeiteten Profil heraustreten, so soll
verhindert werden, daß die Schweißköpfe bzw. die Elektroden aneinanderstoßen. Zu
diesem Zweck werden sie dabei mittels der erwähnten Klemmvorrichtung vor Beendigung
der Schweißnähte in ihrer Lage zueinander feistgeklemmt, so daß sie bei Aufhören.
des Steges trotz der Wirkung des Führungsdruckes nicht zusammenschlagen können.
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Einige Beispiele von nach vorstehendem Verfahren hergestellten Profilen
sind: in dein Abbildungen dargestellt.
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Abh.- i zeigt die Herstellung eines, T-Profils aus zwei Flacheisen,
wobei beide Kehlnähte gleichzeitig geschweißt werden. Die Elektroden i und a sind
durch die Kontaktbacken 5 und 6 mit einer nicht gezeichneten Stromquelle, z. B.
zwei. Leibern eines Dreiphasentransformators, verbunden, während die Grundplatte3
an den dritten, geerdeten Leiber des Transformators angeschlossen. ist. Der Steg
q. wird- zunächst durch eine geeignete, nicht gezeichnete Vorrichtung in der gewünschten
Lage festgespannt und es werden. zweckmäßigerweise einige wenige Heftschweißungen,
z. B. je eine an beiden Enden des -entstehenden T-Eisens, . vorgenommen. Daraufhin
werden die Winkel zwischen den Platten 3 und 4. bis zu einer Höhe von etwa 5 bis
io cm mit einem Schweißpulver aus Sil-icatgemischen bedeckt. In diese werden unter
einem Winkel von etwa 35° gegen die Senkrechte die beiden Elektroden bis-zu der
Mitte der entstehenden Kehlnähte eingeführt. Die Elektroden treten. aus Schweißköpfen
bekannter oder besonderer Konstruktion aus, bei denen sich die Kontaktbacken 5 und
6 verhältni's'mäßig dicht am unteren Ende der Schweißelektroden befinden. Beide
Schweißköpfe haben einen gemeinsamen. Vorschub in der Schweißlängsrichtung, so daß
die- Schweiißung der beeiden Kehlnähte nebeneinander stets gleichzeitig fortschreitet.
Unter, der hohen Schicht des Schweißpulvers werden. die Elektroden durch den Strom
aufgeschmolzen und bilden zwei glatte und homogene, konkave Sch-tveißraupen, welche
eine einwandfrei--- Verbindung zwischen dem Flansch 3 und dem Steg ¢ bilden. Ein
Teil des Schweißpulvers, schmilzt bei dem Schweißvorgang und bildet eine glasartige
Schlacke auf der Schweißraupe, welche nach Abkühlung und Entfernung des Schweißpulvers
mit wenigen Hammerschlägen leicht entfernt werden kann. Allenfalls empfiehlt sich
noch ein Abbürsten oder Abfegen der Schweißraupe, jedoch ist
darüber
hinaus ein weiteres Nacharbeiten der Schweißraupe, z. B. durch Schleifen, unnötig.
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Die Kontaktbacken tragen die isolierte Klammer 7 mit der Rolle 8,
welche die Führung des Schweißkopfes in der richtig Lage zum Steg übernimmt. Die
Schweißköpfe sind etwa beim Punkt 9 schwenkbar aufgehängt und werden unter dem Einfluß
von nicht gezeichneten Federn oder anderen Kraftorganen in der Pfeilrichtung gegen
den: Steg des entstehenden Profileisens angedrückt.
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Abb. 2 zeigt die Herstellung eines Doppel-T-Trägers, bei dem der obere
Flansch bereits angeschweißt worden ist. Die Anordnung entspricht im übrigen der
der Abb. i.
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Abb. 3 zeigt die Herstellung eine Doppel-T-Trägers,, bei dem die Sch.weißung
dadurch erfolgt, daß nicht die beiden nebeneinanderliegenden Kehlnähte. sondern
die beiden gegenüberliegenden Kehlnähte gleichzeitig geschweißt werden.
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Abb. q. und 5 zeigen die Herstellung von Z-förmigen Profilen, wobei
bei Abb. q. die Winkel zwischen Flansch und Steg rechtwinklig sind; während bei
Abb.5 Flansche und Steg schräg zueinander stehen. Man kann derartige Profile auch
auf andere Weise, z. B. in zwei Arbeitsgängen, herstellen, wie Abb.6 zeigt. In einem
Arbeitsgang werden dann jeweils eine normale Schweißnaht und eine Kehlnaht gleichzeitig
geschweißt.
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Abb. 7 zeigt die Anfertigung von Rohrschüssen, wie sie z. B. für die
Herstellung von großen Behältern, Gasometern u. dgl. angewendet werden können. Um
das Schweißpulver gut anhäufen zu können, ist es zweckmäßig, zum Schweißen eine
Unterlage U z. B. aus Kupfer anzubringen, welche entsprechend dem fortlaufenden
Schweißvorgang weitergeschoben werden kann.
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Abb. 8 zeigt in größerem Maßstab, eine fertige Schweißung eines T-Eisens,
in der gezeigt isst, wie weit im allgemeinen die Aufschmelzung des Grundmetalls
erfolgt. Die Tatsache, daß dies in höherem Maße als bei der Lichtbogenschweißung
der Fall ist, gewährleistet die ungewöhnlich hohe Festigkeit der Schweißverbindung
nach der Erfindung.
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Die nach vorstehendem Verfahren hergestellten Kehlnähte erhalten eine
konkave Oberfläche, was statisch besonders günstig ist. Nach dem gewöhnlichen Lichtbogen
schw eißverfab:ren hergestellte Kehlnähte haben eine mehr oder weniger konvexe Oberfläche,
wobei nicht allein mehr Schweißgut verbraucht wird, sondern auch die störende Folge
eintritt, daß der Winkel zwischen der Oberfläche der Schweißnaht und dem Grundmaterial
eine Kerbwirkung begünstigt.
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Die für die Kehlnahrschweißungen erfor derlichen Schweißköpfe können
im allgemeinen die gleichen sein, die auch für andere Schweißunggen verwendet werden.
In besonderen Fällen wird es zweckmäßig sein, wenigstens den untersten Teil des
Schweißkopfes, d.. h. diie , Stromzuführungsbacken, so anzuordnen, daß die Zugänglichkeit
zu den Kehr nähten besonders günstig wird. Die Schweißköpfe, haben, wie üblich,
außer der Stromzuführungs- und Transportvorrichtung für den Schweißdraht Vorrichtungen,
um das Schweißpulver in richtiger Höhe vor der Schweißstelle abzulagern und hinter
der Schweißstelle wieder abzusaugen.
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Das Verfahren bringt es mit sich, daß die zweckmäßigste Anwendung
bei der vollautomatischen Schweißung liegt. Kurze Schweißnähte können aber auch
mit von Hand geführten Schweißköpfen durchgeführt werden.