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Verfahren zum Abbrennschweißen Die Erfindung betrifft eine besondere
Art eines !elektrischen Widerstandsschweißverfahrens, beidem die zu verschweißenden
Werkstücke nahe der Schweißstelle vorgewärmt, an den 'Stoßstellen aufeinandergestoßen
und dabei elektrisch abgebrannt und weiter erwärmt werden, bis ,die Stoßstellen
schlüssig aufeinanderpassen und die Schwei.ßtemp,eraturerlangen, worauf die Werkstücke
durch schlagartiges Zusammenpressen verschweißtwerden. Da die Schweißstelle vor
dem Abbrennen vorgewärmt wird, bezieht sich die Erfindung auf das sogenannte »warme
Abbrennschweiß;en«; bekannt ist auch das sogenannte »kalte Abbrennschweißm«; bei
welchem die Schweißstelle nicht vorgewärmt, sondern ausschließlich durch Abbrennen
auf Schweißtemperatur erhitzt wird.
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Beim warmen Abbrexmschweißen wird die Schweißstelle durch wiederholt
kräftiges Gegen.-einanderdrücken und gleichzeitiges Kurzschließen des Schweißstromes
vorgewärmt. Mitunter wird auch aus Wirtschaftlichkeitsgründen die Schweißstelle
in einem Ofen vorgewärmt; erst dann werden die warmen Werkstücke in :die Schweißmaschine
gespannt.
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Die bekannten Arten des warmen und insbesondere auch :des kalten Abbrennschweißens
besitzen nun einen schwerwiegenden Nachbeil. In beiden Fällen wird, wenn von der
Vorwärmung im Ofen zunächst abgesehen wird, die für den Schweißvorgang erforderliche
Wärme in den Stoßflächen der Werkstücke erzeugt, da dort in den BerÜhrungsstellen
die höchsten Stromdichten im Schweißstromkreis herrschen.
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Von den Stoßflächen fließt die erzeugte Wärme nach beiden Seiten in
die Werkstücke ab, wobei ein für das Gelingen der Schweißung äußerst wichtiges
Temperaturgefälle
entsteht, dem bisher nicht die verdiente Beachtung geschenkt worden ist.
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Beim kalten Abbrennen ist das Temperaturgefälle sehr Steil. In der
Endphase des Schweißvorganges, also beim schlagartigen Zusammenpressen, herrscht
in den Stoßflächen Schweißtemperatur. Die Temperatur fällt nach beiden Seiten unter
sonst gleichen. Bedingungen um so steiler ab, je schneller abgebrannt und
geschweißt worden ist. Bei sehr steilem Temperaturabfall gibt es zu beiden Seiten
der 'Stoß> flachen nur zwei sehr schmale, gut stauchbare Zonen, in -dienen Schmiedetemperatur
herrscht. Nur mit schweren Maschinen unter Anwendung hoher Stauchdrucke gelingt
in diesem Fall die Schweißung. Wird zu geringer Stauchdruck angewendet, so entsteht
eine sogenannbe »Kaltschweißung«, also eine Fehlschweißung.
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Beim warmen Abbrennen kann ebenso wie beim kalten ein unvorteilhaft
steiles Temperaturgefälle entstehen, wenn zu schnell erhitzt wird. Es kann sich
aber auch bei zu langsamem Vorwärmen ein sehr flaches Gefälle ausbilden, bei dem
die Temperatur von der über der Solidustemperatur liegenden Schweißtemperatur langsam
nach beiden S iten zunächst über die obere, dann die untere Schrniedetemperatur
abfällt. Die beiden Zonen beiderseits der Schweißstelle, innerhalb deren die Temperatur
von der Solidustemperatur auf die obere Schmiedetemperatur abfällt, müssen nun -
und dies ist die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis - so schmal wie möglich
sein. Denn in diesen beiden Zonen können in der Endphase des Schweißvorganges, also
beim Stauchen Gefügerisse entstehen. Die Zonen zu beiden Seiten der Stoßflächen,
in welchen die Temperatur die obere Schniiedetemperatur unterschritten, die untere
jedoch noch nicht erreicht hat, können beliebig breit sein, da bei breiten Zonen
die Schweißstelle gut stauchbar ist.
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Nach der Erfindung besteht das Verfahren zum Abbrennschweißen von
Stählen mit Vorwärmung darin, @daß die Werkstücke an der Schweißstelle in einer
die Abbrennstrecke übertreffenden Länge bis direkt an die obere Schm:edbarkeitsgrenze
heran erwärmt und anschließend lediglich in unmittelbarer Umgebung der Stoßsteile
auf 'Schweißtemperatur erhitzt werden, wobei zur Erwärmung auf elektrischem Wege
folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: Der zur Erwärmung dienende Strom
wird einmalig über einen Zeitraum von etwa 5 bis 12 Sekunden unterbrochen bzw. auf
einen kleinen Bruchteil des normalen Wertes herabgesetzt a) entweder zwischen der
Vorwärm- und der Abbrennphase oder b) innerhalb der Abbrennphase.
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Es werden also zu beiden Seiten der Schweißstelle flach verlaufende
Temperaturanstiege erzeugt, wobei nirgends .die obere Schmiedbarkeitsgrenze überschritten
wird, ehe die Stoßstelle selbst auf'Schweißtemperatur erhitzt wird. Der Zeitraum
von etwa 5 bis 12 Sekunden, in dem sich die Temperaturanstiege ausbilden, ist vom
Querschnitt und der Wärmeleitfähigkeit der Werkstücke sowie von der Art der Einspannvorrichtung
und ihrer Entfernung von der Schweißstelle abhängig. Wind der zur Erwärmung dienende
Strom wesentlich länger als etwa 12 Sekunden unterbrochen, so können zwar die Temperaturanstiege
bis an die obere Schmiedbarkeitsgrenze heran auch aufgebaut werden, doch wäre eine
derartige Arbeitsweise unwirtschaftlich, da darin zu viel :der an der Schweißstelle
erzeugten Wärme in die Werkstücke und die Einspannvorrichtung abfließen könnte.
Beim Abbrennen, das unmittelbar auf das Vorwärmen folgt, wird dann der Schweißstelle
stoßartig erneut Wärme zugeführt; dabei entsteht ,ein sehr steiler Temperaturanstieg,
der von unten durch die innerhalb der Schmiedetemperatur auf der flach ansteigenden
Kurve liegende Temperatur und nach oben durch die Schweißtemperatur begrenzt ist.
Da der Anstieg sehr steil ist, sind .die Zonen, innerhalb deren die Temperatur von
der Solidustemperatur auf die obere Schmiedetemperatur abfällt, die also für Risse
anfällig sind, äußerst schmal.
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Für weichen Stahl liegt - dies sei beispielsweise erwähnt -. die Schmiedetemperatur
etwa zwischen 85o ünd r i 50° -C. Die Temperatur, bei welcher der flache
Temperaturanstieg aufhört und in den steilen, im Abbrennvorgäng erzeugten Anstieg
übergeht, liegt hier zweckmäßig bei etwa io5o° C, also näher der oberen Schmiedbarkeitsgrenze.
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In Abänderung des Verfahrens zum Abbrennschweißen von Stählen mit
Vorwärmung, wobei die Werkstücke an der Schweißstelle in einer die Abbrennstrecke
übertreffenden Länge bis :dicht an die obere Schmiedbarkeitsgrenze heran erwärmt
und anschließend lediglich in unmittelbarer Umgebung der Stoßstelle auf 'Schweißtemperatur
erhitzt werden, erfolgt ,die Vorwärmung der in der Schweißmaschine eingespannten
Werkstücke durch Gasflammen oder durch induktive Erhitzung.
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Im Rahmen der Erfindung liegt, das Verfahren auch bei eisenfreien
Legierungen anzuwenden, die in einem Temperaturintervall erstarren und bei denen
Ausseigerungen an den Korngrenzen auftreten. Die räumliche Ausdehnung der Zonen
beiderseits der Schweißstelle, in denen Legierungsbestandteile ausseigern, kann
dann sehr klein gehalten werden. Derart geschweißte Werkstücke weisen eine erheblich
höhere Festigkeit auf als nach dem bekannten Abbrennverfahren geschweißte Werkstücke.