DE811712C - Verfahren zum Schweissen dicker Stahlquerschnitte - Google Patents

Verfahren zum Schweissen dicker Stahlquerschnitte

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DE811712C
DE811712C DER160A DER0000160A DE811712C DE 811712 C DE811712 C DE 811712C DE R160 A DER160 A DE R160A DE R0000160 A DER0000160 A DE R0000160A DE 811712 C DE811712 C DE 811712C
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welding
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electrodes
weld
thick
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DER160A
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DE1600146U (de
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Max Komers
Hermann Poetzl
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RHEINISCHE ROEHRENWERKE AG
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RHEINISCHE ROEHRENWERKE AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/18Submerged-arc welding
    • B23K9/186Submerged-arc welding making use of a consumable electrodes
    • B23K9/188Submerged-arc welding making use of a consumable electrodes making use of several electrodes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

  • Verfahren zum Schweißen dicker Stahlquerschnitte Das Ellira-Verfahren (s. Patent 744 r55), in den USA. als Union-melt-process oder Submergedarc-welding bekannt, bietet den Vorteil, große Schweißdrahtmengen in der Zeiteinheit niederschmelzen zu können. Man kann also in wesentlich kürzerer Zeit als bei der Handschmelzung Werkstoffquerschnitte in einer oder, wie bei Kesselschweißun gen vorgeschrieben, in zwei Lagen sch«@eißen. Bei Beachtung der für das Ellira-Verfahren notwendigen Maßnahmen lassen sich auf diese Weise auch Bleche mit einer Dicke bis etwa 55 mm einwandfrei verbinden. Üblicherweise wird als Schweißfugenform eine unsymmetrische X-Naht gewählt, wobei die kleinere Fuge in die Innenseite des Kesselschusses gelegt und mit einem dem Kesseldurchmesser entsprechenden, meist kleinen Innenkopf zuerst verschweißt wird. Sodann wird von der Gegenseite mit einem großen Schweißkopf und mit entsprechend hoher Stromstärke die Hauptlage gelegt, die so tief eindringen muß, daß eine Überkragung der beiden Lagen eintritt und damit eine vollständige Durchschweißung gewährleistet ist. Die Anwendung von symmetrischen X-Nähten ist begrenzt, da heute noch keine Schweißköpfe für die Innenschweißung von Hohlkörpern normaler Durchmesser zur Verfügung stehen, die es gestatten würden, daß man ein 6o mm dickes Blech mit Sicherheit bis zur Hälfte durchschweißen könnte.
  • Bei der Ellira-Schweißung größerer Blechdicken treten Schwierigkeiten auf. Man kann wohl große Schweißfugen schließen, die Erstarrungsbedingungen des .sehr groß werdenden Schmelzbades werden aber insofern ungünstig, als bei der für das Verfahren typischen stengelförmigen Kristallausbildung der durch die Mitte der Schweiße verlaufende Kristallisationsstamm so ausgeprägt wird, _daß er die mechanischen Eigenschaften der Schweiße auch , nach einwandfreier Normalisierungsglühung ungünstig beeinflußt. Im Verlauf der während und nach der Erstarrung vor sich gehenden Schrumpfung können auch leicht Risse in der großen Schweiße auftreten. Schließlich wird die Oberfläche solch großer Schweißen sehr grätig und unregelmäßig, so daß beträchtliche Nacharbeiten notwendig werden. Außerdem tritt eine starke örtliche Überhitzung ein, die -den Erstarrungsvorgang ungünstig beeinflußt, und die aus dem Pulver entstehende flüssige Schlacke ist bei sehr hohen Stromstärken richt 'mehr in der Lage, ein ruhiges Entgasen der Schweiße zu gewährleisten, so daß durch däs stoßweise Kochen des Bades sehr unregelmäßige schuppige Erstarrungsformen der Oberfläche auftreten. Dies ist besonders bei Pulvern weniger saueren Charakters der Fall. Diese Pulversorten haben aber gerade den Vorzug, einen geringeren bzw. keinen Mangan-.abbrand zu verursachen, somit also die Verwendung manganärmerer Zusatzdrähte zu ermöglichen und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu erhöhen.
  • Versuche, diese Schwierigkeiten zu beheben, hatten bisher keinen Erfolg. Man hat z. B. versucht, solche großen Schweißen in mehreren Lagen herzustellen. Schweißt man aber eine Lage, die die Fuge nicht bis oben ausfüllt, und überdeckt man. sie mit zwei oder drei Decklagen, so stellt man fest, daß leicht Risse entlang den Transkristallisationsästen der Hauptlage auftreten, die gefährlich sind, da sie durch Röntgendurchstrahlung nicht gefunden werden können. Ebenso ist der Weg, dicke Bleche in vielen Einzellagen nach dem Ellira-Verfahren zu schweißen, z. B. ein 8o-mm-Blech in 15 Lagen, nicht befriedigend. Zunächst ist es schwierig, die ersten Lagen rissefrei einzubringen. Vor allem aber wird mit der Viellagenschweißung einer der Hauptvorteile der Ellira-Schweißung, nämlich die Möglichkeit, schnell schweißen zu können, ganz wesentlich vermindert.
  • Erfindungsgemäß werden nun dicke Nähte, und zwar auch-solclie an Vierschnitten von 55 mm und darüber, mit Hilfe des Ellira-Verfahrens metallurgisch völlig einwandfrei geschweißt. Das geschieht dadurch, daß man mit mindestens zwei einander folgenden Schweißköpfen derart in einem Zuge schweißt, däß das von der vorauslaufenden Elektrode in der Tiefe der Schweißfuge erzeugte Stahlbad mindestens zum größeren Teil bereits erstarrt ist, bevor die folgende Elektrode in der noch flüssigen Schlacke und gegebenenfalls der noch flüssigen Restschmelze der vorauslaufenden Elektrode abgebrannt wird. In dieser Weise wird die Schweißfuge in einem Zuge gefüllt. Voraussetzung für die günstige metallurgische Wirkung ist demnach, es unbedingt zu vermeiden, daß bei der Anwendung mehrerer Elektroden ein einheitliches großes Schmelzbad erzeugt wird, wie es der "Fall ist, wenn mehrere Elektroden nebeneinander oder in ungenügendem Abstand hintereinander abgebrannt werden.
  • Durch die Arbeitsweise gemäß der Erfindung ;.wird der Erstarrungsvorgang des ganzen Schweißgutes so beeinflußt, daß kein durch die Mitte der Schweiße verlaufender ausgeprägter Kristallisationsstamm entstehen kann. Damit werden günstigere mechanische Eigenschaften des Schweißgutes erzielt und die Voraussetzungen für das Auf--treten von Rissen infolge von Schrumpfvorgängen im wesentlichen unterdrückt. Außerdem erhält man eine viel glattere Oberfläche der Schweißraupe. Die Mehrkopfschweißung bietet den Vorteil, die zur Schweißung dicker Bleche notwendige, sehr große Energiemenge so auf zwei oder mehrere Elektroden zu verteilen, daß starke örtliche Überhitzungen vermieden werden und die Entgasung ruhig verläuft, wodurch eine glatte Oberfläche, wie sie bei der Ellira-Schweißung dünner Bleche die Regel ist, entsteht. Man kann daher zu dem Dickblechschweißen gemäß der Erfindung auch Pulversorten weniger sauren Charakters verwenden. Der metallurgische Vorteil des Verfahrens besteht also darin, daß kein sehr großes Schweißbad mit seinem gesamten Volumen gleichmäßig zur Erstarrung kommt. Vielmehr wird dieser Vorgang durch die zweite bzw. die weiteren Elektroden so unterteilt, daß das Schweißgut der vorherlaufenden Elektrode vor der völligen Erstarrung vom Schweißgut der nachlaufenden Elektrode ergänzt wird, nachdem mindestens der größere Teil des vorher gebildeten Metallbades erstarrt ist. Der Erstarrungsvorgang wird so kontinuierlich fortgesetzt, bis die Fuge gefüllt ist. Dabei wird eine Überhitzung soweit vermieden, daß die Kristallausbildung wesentlich günstiger wird. Für die Anwendung des Verfahrens ist es von Bedeutung, Stromstärke und Spannungen bei den einzelnen Elektroden zweckentsprechend abzustimmen und die Entfernung zwischen den Elektroden in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit richtig einzustellen. Als Schweißfugenform kann eine der bisher üblichen gewählt werden.
  • Man kann auch symmetrische X-Fugen wählen, insbesondere in Fällen, in denen man von beiden Seiten erfindungsgemäß schweißt.
  • Bei Anwendung der Zwei- oder Mehrkopfschweißung wird zweckmäßig jeder der Köpfe mit einer von den der anderen unabhängigen Strom- und Spannungsreguliermöglichkeitversehen. DadasVerfähren grundsätzlich mit Gleichstrom oder Wechselstrom betrieben werden kann, können die normalen Stromquellen, d. h. Umformer oder Transformatoren, verwendet werden. Zweckmäßig benutzt man bei Wechselstrom, vorzugsweise bei allen Elektroden, die üblichen Zwei- oder Mehrphasenschaltungen. Bei Gleichstromschweißung kann die Schaltung so gewählt -werden, daß die verschiedenen Elektroden gleiche oder verschiedene Polarität haben. Die Ellira-Schweißung mit zwei und mehr Köpfen in änderer Weise und für andere Zwecke ist bereits durchgeführt worden. Sie wurde z. B. für die Auftragsschweißung angewandt, wobei sie aber den Zweck hatte, große Schweißgutmengen niederzuschmelzen und dabei einen möglichst geringen Einbrand zu erzielen. Mitunter wurde der zweite Draht stromlos in den Lichtbogen der ersten Elektrode eingeführt. Ein metallurgischer Vorteil bzw. Fortschritt wurde damit nicht erzielt und war auch nicht beabsichtigt, da für die Auftragsschweißung andere Voraussetzungen bestehen als für die Dickblechschweißung.
  • Weiter wurden relativ dünne Querschnitte, bis etwa 15 mm, mit zwei hintereinanderlaufenden Schweißköpfen geschweißt mit dem Ziel, besonders hohe Schweißgeschwindigkeiten zu erreichen. Dabei hat es sich als notwendig erwiesen, zumindest eine Elektrode mit Gleichstrom abzuschmelzen, da bei sehr hohen Geschwindigkeiten der WechselstronTlichtbogen zu leicht abreißt. Eine metallurgische Verbesserung ist auch mit diesem Verfahren nicht verbunden, da die Kristallausbildung des Schweißgutes bei diesen kleinen Querschnitten ohnehin zu keinerlei Besorgnis Anlaß gibt. Derart hohe Geschwindigkeiten sind aber bei dem Verfahren gemäß der Erfindung nicht anzuwenden.
  • Als Beispiel für die Anwendung vorliegender Erfindung sei die Schweißung eines 8o mm dicken Kesselschusses beschrieben: Als Fugenform wurde eine unsymmetrische X-\ aht gewählt, bei der die kleinere, innere Fugenbreite etwa 25 mm, der Steg io mm und die Breite der großen Außennaht etwa 4o min betrugen. Zunächst wurde mit einemInnenkopf und beispielsweise 7 mm dickem Draht die kleinere Fuge mit etwa 17oo Ampere, 37 Volt und einer Geschwindigkeit von etwa 20 cm/min so zugeschweißt, daß der io-mm-Steg bis etwa zur Hälfte aufschmolz. Da der Steg etwa 20 mm von der Innenseite aus beginnt, waren also etwa 25 mm Tiefe aufzuschweißen. Um eine sichere Durchschweißung des gesamten Blechquerschnittes zu erreichen, waren von der Gegenseite also etwa 6o mm zuzuschweißen. Zur Schweißung dieser großen Außenlage verwendete man nun zwei Schweißköpfe, deren erster eine 8 mm dicke und deren zweiter eine 7 mm dicke 1?lektrode führten. Die Entfernung beider Elektroden voneinander betrug bei einer Schweißgeschwrindigkeit von etwa 15 cm/min etwa 17 cm. Zunächst wurde nun der Lichtbogen der 8-mm-Elektrode mit etwa 2doo Ampere und etwa .48 Volt auf die übliche Weise gezündet. Sobald die zweite 7-mm-Elektrode das Bad der ersten Elektrode erreicht hatte und in dieses eintauchen konnte, wurde die zweite Elektrode mit etwa 1250 Ampere und 45 Volt belastet, worauf die Lichtbogenzündung von selbst eintrat und den Draht abschmolz. Die Schweißnaht wies eine günstige Kristallausbildung auf und hatte keine Risse.
  • Man kann natürlich auch mit zwei gleich dicken oder einer io-nun- und einer zweiten 8-mm-Elektrode usw. schweißen. Es ist dabei nur darauf zu achten, daß die Stromdaten (Stromstärke und Spannung) so gewählt werden, daß die erste Elektrode entsprechend tief, auf mindestens 20 mm Entfernung von der Innenseite, einschmilzt und die zweite Elektrode den restlichen Fugenquerschnitt so ausfüllt, daß das z. B. etwa dreiviertel erstarrte Bad der ersten Elektrode zum Teil wiederaufgeschmolzen wird, daß sich der starke Kristallisationsstamm nicht bilden kann, womit auch die Gefahr der Rißbildung in der großen Schweiße vermieden wird. Man kann nun noch weitere Köpfe, z. B. einen dritten Schweißkopf, einschalten und so den Erstarrungsvorgang noch weiter unterteilen. Die Wahl der Strombedingungen wird dabei einem mit dem Ellira-Verfahren vertrauten Fachmann, gegebenenfalls nach einem kleinen Vorversuch, ohne weiteres möglich sein. Die Entfernung der einzelnen Elektroden voneinander ist dabei insofern abhängig von der Schweißgeschwindigkeit, als je größer die Schweißgeschwindigkeit ist, um so schneller die Erstarrung des Bades erfolgt und dementsprechend die Entfernung der Elektroden voneinander sein soll. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Schweißgeschwindigkeit gegenüber der Einkopfschweißung nur dann zu erhöhen, wenn die gewählten Bedingungen dies mit Rücksicht auf die metallurgischen Verhältnisse gestatten. Für die Durchführung der Zwei- und Mehrkbpfschweißung ist es meistens erwünscht, die Entfernung der einzelnen Elektroden voneinander im Bereich von 5o bis 250 mm regeln zu können. Die apparative Durchbildung von Doppel- bzw. Mehrfachschweißköpfen und die anzuwendenden elektrischen Schaltungen sind nicht Gegenstand der Erfindung und ergeben sich für den Fachmann von selbst.
  • Wie eingangs erwähnt, können die Schwierigkeiten, die durch vorliegende Erfindung behoben werden, vor allem bei der Ellira-Schweißung von Blechen von mehr als etwa 55 mm Dicke auftreten. Es ist aber klar, daß man das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Schweißung weniger dicker Bleche erfolgreich anwenden kann. Die Kristallisationsbedingungen werden nämlich auch bei der Schweißung eines z. B. 30 mm dicken Bleches günstiger.

Claims (7)

  1. PATEN TANSPRL.CHE: 1. Verfahren zum Schweißen nach dem Ellira-Verfahren mit mindestens zwei die Schweißfuge in einem Zuge füllenden Schweißköpfen, wobei das von der vorauslaufenden Elektrode erzeugte Stahlbad mindestens zum größeren Teil bereits erstarrt ist, bevor die folgende Elektrode abschmilzt, dadurch gekennzeichnet, daß bei dicken Stahlquerschnitten die folgende Elektrode in der noch flüssigen Schlacke und gegebenenfalls der noch flüssigen Restschmelze der vorauslaufenden Elektrode so abgeschmolzen wird, daß die erstarrte Schmelze der vorauslaufenden Elektrode in nur unwesentlichem Maße wieder aufschmilzt und damit eine zeitlich getrennte Kristallisation der von den einzelnen Elektroden abgeschmolzenen Stahlmengen in der Schweißnaht stattfindet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelnen Elektrode nach Stromstärke und Spannung gesondert regelbarer Strom zugeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, .daß die vorherlaufende Elektrode mit einer größeren Stromstärke und Spannung belastet wird als die nachfolgende Elektrode.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärken und Spannungen bei den Elektroden unter Berücksichtigung ihres Abstandes voneinander derart abgestuft werden, daß eine besonders günstige Kristallausbildung in der Schweißnaht erzielt wird, wie z. B. bei einer 6o mm tiefen Schweißung mit zwei Elektroden, die erste (von z. B. 8 mm Dicke) mit etwa 2400 Ampere und etwa 48 Volt, die zweite, im Abstand von etwa 17 cm folgende Elektrode (von z. B. 7 mm Dicke) mit etwa 125o Ampere und etwa 45 Volt belastet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Elektroden voneinander etwa 5o bis 250 mm beträgt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise alle Elektroden mit Wechselstrom verschweißt werden.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen in einem Schweißpulver erfolgt, welches einen geringeren Kieselsäuregehalt als das bisher für die Ellira-Schweißung dicker Abmessungen verwendete Pulver hat. B. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlquerschnitte von mehr als 55 mm Dicke geschweißt werden. Angezogene Druckschritten: USA.-Patentschrift Nr. 2 320 824.
DER160A 1949-10-27 1949-10-27 Verfahren zum Schweissen dicker Stahlquerschnitte Expired DE811712C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE918220C (de) * 1950-03-02 1954-09-20 Gussstahlwerk Bochumer Ver Ag Verfahren zum Lichtbogenschweissen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2320824A (en) * 1941-06-27 1943-06-01 Lincoln Electric Co Electric welding

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