DE898224C

DE898224C - Verfahren zum Herstellen von Schweissverbindungen zwischen Kupfer und Stahl durch Lichtbogenschweissung

Info

Publication number: DE898224C
Application number: DED1357D
Authority: DE
Inventors: Hermann Josef Dr-Ing Schiffler; Josef Wingerath
Original assignee: RHEINISCHE ROEHRENWERKE AG
Current assignee: RHEINISCHE ROEHRENWERKE AG
Priority date: 1941-05-03
Filing date: 1941-05-03
Publication date: 1953-11-30

Description

Verfahren zum Herstellen von Schweißverbindungen zwischen Kupfer und Stahl durch Lichtbogenschweißung Im neuzeitlichen Apparatebau tritt häufig der Fall auf, daß Kupfer mit Stahl verbunden werden soll. Diese Verbindung ist bisher nur -dadurch möglich gewesen, daß man entweder die bekannte Hartlötung oder das ebenfalls bekannte Nietverfahren anwandte. Bei hohen mechanischen Beanspruchungen, insbesondere dann, wenn hohe Forderungen an die Dichtheit der Apparate, die entweder unter Druck oder unter Unterdruck stehen, gestellt sind, sind sowohl das Nieten als auch das Hartlöten keine einwandfreien Verbindungen. ,Das Hartlöten hat bekanntlich außerdem den Nachteil, -daß die Festigkeit der Verbindung nur etwa 5090 der Festigkeit des Kupfers aufweist, wobei eine Verbindung in Form einer normalen Stumpfnaht entweder gar nicht oder nur untergroßen Schwierigkeiten unvollkommen möglich ist. Um eine einigermaßen ausreichende Festigkeit zu erzielen, ist man gezwungen, eine breite Überlappung anzuwenden. Diese Nachteile machen sich besonders dann bemerkbar, wenn die Apparate bei höheren Temperaturen arbeiten. Überschreiten die Temperaturen den Schmelzpunkt des Lotes, so, erkennt man ohne weiteres, daß die Verbindung in diesem Fall überhaupt nicht anwendbar ist.
Bei manchen der neueren chemischen Verfahren liegen die Betriebstemperaturen so hoch, daß die Anwendung hitzebeständiger Stähle erforderlich ist. Es. gibt Fälle, bei denen Teile .dieser Apparate mit Kupfer verbunden werden müssen. und bei denen wegen. des Arbeitens unter Druck oder Unterdruck die Verbindungen nicht nur fest, sondern auch dicht sein müssen. Bei anderen Gegenständen ist die gleiche Forderung für die Verbindung zwischen urmagnetischen Stählen und Kupfer gestellt. In solchen Fällen war das elektrische Schweißen bisher nicht möglich.
Eingehende Versuche auf diesem Gebiet haben nun zu der überraschenden Feststellung geführt, daß man unter besonderen Umständen Kupfer mit Stahl durch Elektrosch,weißung einwandfrei verbinden kann. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung dichter Lichtbogenschweißverbindungen zwischen Kupfer und hitzebeständigem oder unmagnetischem Stahl und besteht darin, daß das Kupferwerkstück auf eine seiner Wandstärke entsprechende Temperatur, jedoch nicht über 60o° C, vorgewärmt wird (d. h. mit zunehmender Wandstärke ist die Vorwärmung des Kupfers entsprechend zu steigern), und daß die Schweißverbindung zwischen. dem Kupfer- und dem Stahlwerkstück mit an sich bekannten Schweißelektroden aus hitzebeständigem Stahl hergestellt wird.
Schweißverbindungen an hitze- und korrosionsbeständigen oder =magnetischen Stählen, bei denen jedoch kein anzuschweißender Teil aus Kupfer besteht, sind bekannt. Die Herstellung solcher Schweißverbindungen sowie die im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Schwe ißeIektroden sind nicht Gegenstand dieser Erfindung.
Bei der Schw-eißung zwischen Kupfer und Stahl wird man beispielsweise wie folgt vorgehen: Ein 6 mm starkes Blech aus hitzebeständigem Chrom-Aluminium-Stahl wird ehenso wie das 6 rnm starke Kupferblech an den Kanten abgeschrägt, um wie bei der üblichen Stumpfschweißung an der Stoßfuge eine V-Naht zu bilden. Sodann wird das Kupferblech mit Hilfe einer geeigneten Anwärmevorrichtung auf eine Temperatur von etwa 40o bis Soo° gebracht. Sodann wird mit einer Elektrode aus einem hitze- und rostbeständigen Chrom-@Tickel-Stahl die Schweißraup-e# auf übliche Weise gelegt. Es ist hierbei von Vorteil, diese Elektrode stärker zu nehmen, als man sie üblicherweise beim Schweißen von Stahl an Stahl bei gleicher Blechstärke wählen würde. Man würde- also z. B. in diesem Fall statt einer 4-mm-E1,ektro,de, besser eine 5-mrn-Elektrod"e verwenden. Die bekannte austenitische Chrom-Nickel-Stahl-Elektro-de ergibt besonders gute technologische Werte. Allerdings sind dabei übermäßige Nickelgehalte zu vermeiden, da sonst Rißbildung auftritt, so z. B. bei der Verwendung des bekannten Schweißdrahtes mit etwa 23% Chrom und 2o0/0 Nickel. Sind die Anforderungen an die technologischen Eigenschaften geringer, so kann man .auch mit einer an sich bekannten hitzebeständigen Chrom-Silizium- bzw. Chram-Silizium-Aluminium-Elektrode schweißen, wenn die Eigenschaften der Schweißraupe sich derjenigen des Stahls möglichst nähern sollen.
Schweißt man dünnere Bleche, z. B. 4-mm-Stahlbleche mit 4-mm-Kupferblech .aneinander, so ist es nicht erforderlich, die Vorwärmung des Kupfers so hoch zu wählen wie bei dem 6-mm-Blech. Es genügen dann Temperaturen von etwa Zoo bis 300°. Bei noch dünneren Blechen, z. B. 3 mm Dicke, kann man sogar ohne Vorwärmung schweißen, jedoch ist es dann zweckmäßig, eine stärkere Elektrode zu verwenden, als man sie beim üblichen Schweißen von Stahl an Stahl bei derartigen Blechstärken wählen. würde. Bei 3-mm-Blechen würde *man z.--B. eine 4-mm-Elektrode verwenden, uhi ohne Vorwärmung ein einwandfreies Schweißen zu ermöglichen.
Bei Wandstärken über 6 mm reichen die .zulässigen Vorwärmetemperaturen nicht mehr aus und die Wärmeableitung ist bei einem dickwandigen Kupferblech, z. B. von io, mm Dicke, derart groß, daß bei Vorwärmung auf etwa 40o bis 50o° C keinerlei Verbindung entsteht. Es kann deshalb bei größeren Wandstärken über 6 mm so vorgegangen werden, daß man die Schweißkante des Kupferbleches auf etwa 4o-oi bis Soo° C vorwärmt und zunächst mit den bekannten Elektroden aus hitzebeständigem. Stahl eine Auflage auf der Schweißkante des Kupferstücks herstellt und darauf die Schweißverbindung zwischen dem Kupfer und dem Stahlwerkstück bei beliebiger Temperatur, also mit oder ohne Vorwärmung vornimmt.
Statt der in den Beispielen genannten Stähle kann man auch andere hitzebeständige Stähle, z. B. Chromstähle, Chrom,Silizium-Stähle und Chrom-Nickel-Stähle, an Kupfer anschweißen.
Das Anschweißen von legierten, unmagnetischen Stählen, wie z. B. Chrom-Nickel-, Chrom-Mangan-und reinen Manganstählen, läßt sich nach den obengenannten Richtlinien, am zweckmäßigsten mit den bekannten unmagnetischen, austenitischen Chrom-Nickel-Stahl-Elektroden vom i8/8-Typus, ebenfalls einwandfrei durchführen.
Die Verschweißung mit den bekannten Chrom-Mangan-Stahlelektroden ist natürlich nur bei einem entsprechend niedrigen Kohlenstoffgehalt des Sch-,veißdrahtesmöglich, wobei die obere Grenze des Kohlenstoffgehaltes dieser an sich bekannten Stahllegierung nicht mehr als 0,311/o betragen soll.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Herstellen dichter Lichtbogenschweißvertbindungen zwischen Kupfer und hitzebeständigem oder unmagnetischem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferwerkstück auf eine seiner Wandstärke entsprechende Temperatur, jedoch nicht über 60o° C, vorgewärmt ,#vird und daß die Schweißverbindung zwischen dem Kupfer- und dein Stahlwerkstück mit an sich bekannten Schweißelektroden aus hitzebeständigem Stahl hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst unter Vorw ärmung auf der Schweißkante des Kupferwerkstücks mit den Elektroden aus hitzebeständigem Stahl eineAuflage hergestellt und darauf .die Schweißverbindung .zwischen dem Kupfer- und dem Stahlwerkstück bei beliebiger Temperatur vorgenommen wird. . Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. i 967 491, 2 0'4ä 174, 2141929.