DE7916627U1

DE7916627U1 - Doppelt genutete Schweißunterlage

Info

Publication number: DE7916627U1
Application number: DE7916627U
Authority: DE
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1978-06-07
Filing date: 1979-06-06
Publication date: 1979-11-22
Also published as: CA1122282A; DE2923401A1; JPS558398A; US4205219A; GB2022487A; GB2022487B; NL7904346A

Description

1 BERLIN 33 AuguaU-Vilctoria-StraBa 66 Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschk· Pal.-Anw. DIpI.-Ing. Olal Riisctike Tel.fon: 030 / f $ |8 95

Tolagrvnm-Adreito:

Quadratur Berlin TELEX: 18378«

Dr. RUSCHKE & PARTNER PATENTANWÄLTE

BERLIN - MÖNCHEN München, den 1 0. Sep. 1979

8 MÜNCHEN 80

PienzaniuarstrtBa 2

Pal.-Anw. Dlpl.-Ing. Hana E. Ruachk·

Tel.fon:0e»/ |g$& 089/049 2806 Talagrtmm-Adra···:

Quadratur München TELEX: 5 22767

M 41o7

MINNESOTA MINING AND MANUFACTURING COMPANY

St. Paul, Minnesota, V. St. A.

Doppelt genutete Schweißunterlage

Die vorliegende Erfindung betrifft Schweißverfahren und eine neuartige Unterlage für die Verwendung beim Schweißen. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf das einlagige Hochtemperatur- und Hochstromschweißen von beispielsweise schweren Blechen.

Bei der Herstellung großer Tanks, Schiffe usw. werden die Bleche oft miteinander verbunden, indem man ihre Kanten stumpf aneinanderlegt und sie mit einer Schweißnaht verbindet. Es. ist sehr wünschenswert, wenn nicht absolut notwendig, daß die Schweißnaht vollständig von der Oberfläche zur Wurzel (d.h. von der Oberfläche zur gegenüberliegenden Seite des Blechs) verläuft. Um zu gewährleisten, daß man eine 1oo%ige Schweißnaht erhält (bei der das Schweißmaterial das Blech von der Oberfläche zur Wurzel

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durchdringt), hat man nach einem herkömmlichen Verfahren die Schweißnaht in mehreren Lagen von beiden Seiten der zu verbindenden Bleche her gezogen. Auf diese Weise erhält man zwar feste Schweißnähte, muß aber einen hohen Zeit- und Kostenaufwand hinnehmen, da die Naht von beiden Seiten der Bleche her ausgebildet werden muß.

Man hat verschiedene Verfahren vorgeschlagen, die erlauben, Bleche von nur einer Seite her zu verschweißen. Beispielsweise hat man rechteckige, quadratische bzw. stabartige Schweißunterlagen verwendet. Eine Schweißunterlage wird dabei mittig hinter die zu verschweißenden Bleche gelegt, um das beim Schweißen entstehende geschmolzene Material zu halten. Während das geschmolzene Material sich abkühlt, verfestigt es zu einer Schweißnaht oder Raupe, die dann kein weiteres Schweißen von der anderen Blechseite her erfordert. Metallische Unterlagestäbe stellt man aus einem Kupfer oder einem dem zu verschweißenden Blech ähnlichen Werkstoff her und versieht sie mit einer anorganischen Ablöseschicht. Diese Kombination verhindert, daß die Unterlage mit der Naht verschweißt wird.

Nichtmetallische Schweißunterlagen sind besonders vorteilhaft, wie von R.H. Keith in "Weld Backings Come of Age" in Welding Journal, Juni 1975, S. 422, beschrieben, da sie frei von vielen der Nachteile metallischer Unterlagen hinsichtlich der Kosten und der Anwendung sind. Beispielhafte nichtmetallische Schweißunterlagematerialien sind wärmebeständige Bänder, wie beispielswiese in der US-PS 3 oo1 o57 beschrieben, und die starren wärmebeständigen Keramikkachel- oder Glasmaterialien beispielsweise der US-PS 2 82o 427. Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein nichtmetallische (beispielsweise keramische) Schweißunterlagen.

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Die vorliegende Erfindung schafft eine genutete und vorzugsweise keramische Schweißunterlage, die die Neigung zur Bildung eingeschnittener Schweißnähte reduziert und bei der die rückseitigen Wülste verhältnismäßig flach sind. Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung Schweißunterlagen, die erlauben, die Unterlage mit der maximalen Dicke an den heißesten Teil der Schweißstelle heranzubringen, so daß das Durchbrennen der Unterlage (das Durchbrennen des Schweißmaterials durch die Unterlage) minimal bleibt.

Die vorliegende Erfindung schafft wärmebeständige Schweißunterlagen (vorzugsweise aus einem starren Keramikmaterial), die im Querschnitt im wesentlichen W-förmigsind. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt eine wärmebeständige Schweißunterlage mit einer breiten, allgemeinen ebenen Arbeitsfläche, die parallele Nuten enthält, zwischen denen mittig eine Leiste vorsteht, wobei Abflachungen seitlich der Nuten verlaufen. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der vorliegenden Schweißunterlage um eine Keramikkachel mit zwei allgemein ebenen parallelen Flächen, von denen eine die Arbeitsfläche ist. In einer weiteren Ausführungsform lassen die vorgeschlagenen Schweißunterlagen sich mit entsprechend angepaßten Unterlagen zu einem kontinuierlichen biegsamen Zug zusammensetzen, den man konkaven, konvexen und unregelmäßigen Flächen anpassen kann, die mit einer einseitigen Schweißung miteinander verbunden werden sollen.

Die vorliegende Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Schweißunterlage nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine fertige einlagige einseitige Schweißnaht, die unter Verwendung der Schweißunterlage nach der Fig. 1 hergestellt wurde.

Die Fig. 1 zeigt als Schnitt eine bevorzugte keramische Schweißunterlage nach der vorliegenden Erfindung. Die Unterlage 3o weist eine allgemein ebene Arbeitsfläche 32, in der allgemein parallele Nuten 34 ausgebildet sind, die die Nutenseiten 34a, 34b und der Boden 34c der Nut 34 festlegen, sowie eine in der Mitte liegende Leiste 36 zwischen den Nuten und den im wesentlichen flachen Seitenflächen 38 seitlich der Nuten auf. Diese Ausführungsform der Schweißunterlage hat eine zweite ebene Fläche 39, die allgemein parallel zur Arbeitsfläche 32 verläuft. Wie unten erläutert, ist das Gesamtvolumen der Nuten unter dem Scheitel 37 der Leiste 36 gleich dem oder größer als das Gesamtvolumen der Mittelleiste über dem Boden 34c. In dieser Ausführungsform ist das Gesamtvolumen der Nuten das Produkt der Gesamtlänge beider Nuten und der Fläche des Vielecks, das die Seiten 34a, 34b, der Boden 34a und die gepunktete Linie 4o bilden, die vom Scheitel 37 der Leiste 36 zu der Seite 34a eytrapoliert ist. Die "Tiefe der Nut" ist die vertikale Strecke vom Boden 34c der Nut zu den Abflachungen 38. Das Volumen der Mittelleiste ist das Produkt der Länge der Mittelleiste und der Fläche des Vielecks, das die rechte und die linke Seita 34b, die gestrichelte Linie 42 (die vom Boden 34c extrapoliert ist) und der Scheitel 37 der Leiste 36 aufspannen. Die "Höhe der Leiste" ist die vertikale Strecke von der gestrichelten Linie 42 zum Scheitel 37 der Leiste 36.

Die Fig. 2 zeigt eine fertige Wurzelschweißung (einlagige Schweißnaht von einer Seite der Platte, die mit einer zweiten Lage von der gleichen Seite aus verdickt werden kann), die mit der Schweißunterlage 3o der Fig. 1 hergestellt worden ist. Zwei verhältnismäßig dicke (beispielsweise mehr als 12 mm dicke)

Grundmetall-Bleche 5o mit geschrägten Kanten 52 wurden dabei geringfügig beabstandet angeordnet und mit einer Schweißunterlage (wie in Fig. 1) mittig hinter den Blechen hinterlegt, wobei die zentrale Leiste 36 der Unterlage auf den Zwischenraum der Bleche ausgerichtet war. Bei einer herkömmlichen UP-Schweißung entstand dann eine Masse 54 aus geschmolzenem Schweißmaterial, die von der Unterlage 3o und den Blechen 5o festgehalten wurde. Während die Schweißmaterialschmelze zwischen die Bleche fließt und die Keramikunterlage berührt, schmilzt die dickere Mittelleiste 36 und fließt in die Nuten 34 hinein. Wie oben bereits erwähnt, ist das Gesamtvolumen der beiden Nuten vorzugsweise gleich dem oder größer als das Volumen der Mittelleiste. Ist das Gesamtvolumen der Nuten gleich dem oder größer als das Volumen der Mittelleiste, kann die Leiste vollständig schmelzen und in die Nuten fließen, ohne daß Keramikschmelze nachteiligerweise die Bleche 5o berührt und dort Einschnitte verursacht. Weiterhin entsteht kein übermäßig starker rückseitiger Wulst, da das Volumen der Schweißmaterialschmelze, die zur Rückseite der Bleche fließt, durch das von der Mittelleiste eingenommene Volumen geringgehalten wird. Die Keramikunterlage hält die Masse 54 aus Schweißmaterial zusammen und schmilzt selbst so, daß beim Abkühlen eine gleichmäßige gerundete Naht mit einem flachen rückseitigen Wulst 54a und einer gleichmäßigen Vorderfläche 54b entsteht. Zwischen der Unterlage und dem Wulst 54a entsteht eine Zone aus wiederverfestigter glasiger Keramik 56. Mit der hier vorgeschlagenen neurartigen Unterlage erhält man eine einwandfreie Wurzelschweißnaht, die kaum oder gar nicht nachgearbeitet werden muß, und dies in einer einzigen Lage.

Die Schweißunterlage nach der vorliegenden Erfindung kann an den zu verbindenden Blechen extrem abgestützt werden - beispielsweise mit magnetischen oder Saugklemmen; weiterhin kann die Unterlage selbsttragend ausgeführt sein. Ein bevorzugtes

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Mittel zum Abstützen der Unterlage ist eine flexible wärmebeständige Unterlage 60 mit einem druckempfindlichen Kleber 62, mit dem die Kacheln auf die Unterlage und die Unterlage auf die Bleche geklebt ist. Beim Versand und während der Lagerung kann man einen druckempfindlichen Kleber 62, der die Unterlage am Blech befestigen soll, gegen Verschmutzung durch Abdecken mit einer schwach haftenden Abdeckfolie schützen. Für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete flexible Unterlagen und Kleber sind ausführlich in der US-PS 3 372 852 erörtert, auf deren Lehre hier Bezug genommen wird.

Die Schweißunterlagen nach der vorliegenden Erfindung lassen sich aus irgendeinem wärmebeständigen Werkstoff herstellen beispielsweise wärmebeständigen Materialien wie Glasfasergewebe oder körniges Material (beispielsweise Sand) in verschiedenen Bindemitteln. Bevorzugte Werkstoffe für die Durchführung der vorliegenden Erfindung sind u.a. starre Magnesiumoxid-Aluminiumoxid-Siliziumoxid-Keramiken (insbesondere Keramikkacheln) beispielsweise aus Forsterit, Cordierit oder Steatit. Zur Herstellung der vorgeschlagenen Schweißunterlagen aus den bevorzugten Materialien läßt sich eine Vielzahl von Verfahren einsetzen - beispielsweise die maschinelle materialabhebende Bearbeitung, das Gießen, das Trockenpressen oder das Extrudieren; diese Verfahren sind der Fachwelt bekannt. Vorzugsweise stellt man die Schweißunterlagen nach der vorliegenden Erfindung durch Trockenpressen oder Extrudieren her.

In einer bevorzugten Anordnung richtet man eine Vielzahl von Schweißunterlagen nach der vorliegenden Erfindung auf einer flexiblen wärmebeständigen Unterlage zu einer Kette bzw. einem Zug aus. Die Enden der Unterlagen können so ausgeführt sein, daß sie sich zu einer flexiblen Kette auf der Unterlage ineinander verschränken lassen, die man auf flache, konkave, konvexe und unregelmäßige Oberflächen von zu verschweißenden Blechen auflegen kann.

Beispiel

Die Schweißunterlage 3o der Fig. 1 wurde aus quadratischen keramischen Cordierit-Kacheln mit 33 mm Breite und 7,9 nun Dicke hergestellt; zwei parallele Nuten 34 wurden 2,4 mm tief zu einer Breite von 5,6 mm an der Oberkante und einer Breite von 4,ο mm am Boden eingesägt. Die Mittelleiste war oben 6,4 mm, an der Basis 9,5 mm breit; ihr Scheitel lag 1,6 mm über den Böden der Nuten. Diese Unterlagen wurden zum UP-Verschweißen von 19 mm dicken Flußstahlblechen verwendet. Dabei entstand eine fast perfekte Schweißnaht; es waren nur Spuren von Einschnitten zu erkennen und die rückseitige Wulst war 1,6 mm bis 3,2 mm stark, was als ideal befunden wurde. Demgegenüber wurde auch eine entsprechende Schweißnaht mit einer Kachel nach dem Stand der Technik ausgeführt, die eine rechteckige gleichmäßige Nut in einer Breite von 1,6 mm und einer Tiefe von 2,ο mm enthielt; der dabei entstehende rückseitige Wulst war 3,2 bis 4,8 mm stark. Bei einer entsprechenden Schweißnaht mit einer Kachel nach dem Stand der Technik mit einer flacheren gleichmäßigen rechteckigen Nut von 16 mm Breite und o,8 mm Tiefe entstanden tiefe und ausgedehnte Einschnitte.

Claims

Schutzansprüche

1. Wärmebeständige Schweißunterlage, mit einer breiten allgemein ebenen Arbeitsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche (32) parallele Nuten (34), eine zwischen den Nuten (34) verlaufende mittig liegende Leiste (36) sowie Abflachungen (38) seitlich der Nuten aufweist.

2. Schweißunterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage zwei allgemein ebene Flächen (32, 39) aufweist, die allgemein parallel verlaufen und von denen eine (32) die Arbeitsfläche ist.

3. Schweißunterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen gleichmäßigen und symmetrischen Querschnitt aufweist.

4. Schweißunterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Leiste größer als ein Drittel der .'Tiefe der Nuten ist.

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5. Schweißunterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der unter dem Scheitel der Leiste liegenden Teile der Nut gleich dem oder größer als das Volumen der Leiste ist.

6. Schweißunterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus einer starren Keramik besteht.

7. Schweißunterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus Glas besteht.

8. Starre wärmebeständige keramische Schweißunterlage mit einer breiten, allgemein ebenen Arbeitsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche (32) parallele Nuten (34) enthält, zwischen den Nuten eine Mittelleiste (36) und daß sich beiderseits der Nuten Abflachungen (38) befinden.

9. Schweißunterlage nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch zwei allgemein ebene Flächen (32, 39), die allgemein parallel verlaufen und von denen eine (32) die Arbeitsfläche ist.

10. Schweißunterlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen der unterhalb des Scheitels der Leiste liegenden Nutenteile gleich dem oder größer als das Volumen der Leiste ist.

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11. Schweißunterlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

j daß sie aus Glas besteht.

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12. Vielzahl von Schweißunterlagen nach Anspruch 8, deren Enden ! so ausgestaltet sind, daß sie sich zu einer kontinuierlichen

i Kette miteinander verbinden lassen.

13. Starre wärmebeständige keramische Schweißunterlage, qekenn- : zeichnet durch zwei allgemein ebene Flächen (32, 39), die allgemein parallel verlaufen und von denen eine (32) eine Arbeits-

I fläche ist und parallele Nuten enthält, zwischen denen eine Mittelleiste (36) verläuft und seitlich deren Abflachungen (38)

; verlaufen, wobei das Gesamtvolumen der Nuten unterhalb des Scheitels der Leiste gleich dem oder größer als das Volumen

^: der Leiste ist.

14. Schweißunterlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Unterlage so ausgestaltet sind, daß sie sich mit entsprechend angepaßten Schweißunterlagen zu einer flexiblen Kette verbinden läßt.