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Ausbildung der Seitenflächen von zu X- oder V-Nuten ausgearbeiteten
Rissen in Gußeisenteilen zum elektrischen Lichtbogenschweißen Es ist bekannt, daß
sich graues Gußeisen auf elektrischem Wege sehr schwer schweißen läßt, insonderheit,
wenn es sich um größere Maschinenteile handelt, die hohen mechanischen Beanspruchungen
ausgesetzt sind. Bisher hat man Gußeisen elektrisch mit Stahlelektroden, Monelelektroden
(Kupfer-Nickel-Legierung) oder in neuester Zeit auch mit Reinnickelelektroden geschweißt.
Man hat hierbei die Nähte auf eine V-förmige Schweißfuge vorbereitet. Metallurgisch
gesehen ist dieser Vorgang einer Gußelsen-Kaltschweißung aber nicht als ein Schweißen
anzusehen, sondern diese Art entspricht eher einer Lötung. Es ist bekannt, daß bei
Verwendung von Stahlelektroden die Schrumpfspannungen Werte annehmen, die zu einer
Ablösung der Schweiße vom Grundwerkstoff führen können. Bekannt ist ferner, daß
die Schrumpfspannungen vermindert werden können, wenn bei dem Gebrauch von Monelelektroden
die Naht beim Erkalten leicht gehämmert wird. Die Verwendung beider letztgenannter
Elektroden bedingt jedoch einen hohen Kostenaufwand. Man hat aber auch schon die
Bruchflächen mit Stiftschrauben versehen und diese als Verankerung benutzt. Die
Verwendung der Stiftschrauben hat den Nachteil, daß es außerordentlich schwer ist,
Schweißmaterial hinter die Stiftschrauben zu bringen, besonders dann, wenn es sich
um Werkstücke mit Materialstärke von über roo mm handelt. Es bilden sich hier Hohlräume,
die nicht mit Schweißgut ausgefüllt werden können. Als Elektrodenmaterial wurden
auch bei dieser Stiftverwendung die vorbeschriebenen Monel- bzw. Reinnickel-oder
Stahlelektroden verwendet.
Erfindungsgemäß wird zum Kaltschweißen
unter Verwendung des elektrischen Lichtbogens vorgeschlagen, die in an sich bekannter
Weise V- oder X-förmig ausgearbeiteten Schweißfugen durch Nuten in einzelne Spannungsfelder
zu unterteilen. Der Vorschlag nach der Erfindung ,geht dabei von der an sich bekannten
Erkenntnis aus, daß die in der Schweiße auftretende maximale Längs- und Querspannung
eine Funktion .der Feldgröße und der auftretenden Wärmeschrumpfung ist, so daß die
an sich bekannten V- oder X-förmig ausgearbeiteten Schweißfugen allein nicht genügen,
die auftretenden Spannungsspitzen infolge der Wärmeschrumpfung und Feldgröße zu
vermindern.. Wird demgegenüber eine Schweißfuge durch Nuten in kleine Flächen unterteilt,
so nimmt die Spannungsspitze nur einen Teilwert der bei einer nicht Unterteilten
Schweißfugenfläche sich einstellenden Größe an. Darüber hinaus wird durch die Nuten
die Schweißfläche an sich schon vergrößert und trägt auch damit zur Erniedrigung
der Spannungsspitzen bei, weil nämlich die Belastung auf die Flächeneinheit durch
die Vergrößerung dieser Flächen geringer wird.
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Es ist an sich bekannt, Korrosionsstellen .mit Hilfe des Auftragsschweißens
auszubessern und hierbei die auftretenden Spannungen an unter Spannung stehenden
Bauteilen an den auszubessernden Stellen durch in Richtung der Betriebsspannung
verlaufende Schlitze zu unterteilen und das Schweißen abschnittsweise in den durch
die Schnitte unterteilten Abschnitten vorzunehmen. Man hat auch schon verhältnismäßig
große Flächen durch Auftragsschweißen gegen Verschleiß widerstandsfester gemacht
und. hierbei ein Gitterwerk eines harten Werkstoffes auf die Schweißstelle gelegt
und die Zwischenräume durch ein weiches Material ausgefüllt. Von X oder V-Nuten
ist dabei keine Rede. Schließlich hat man auch das, Gasschweißen schon unter Verwendung
von Druckwellen vorgenommen, die auf die Schmelze einwirken.
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V-förmige Nuten sind bei Bdecheü durch Biegen erzeugt worden, wobei
die Bleche durch Biegen mit Nuten versehen wurden. Diese hTuten Unterteilen die
Flanken in einzelne Spannungsfelder. Die Spannungsspitzen wurden hierdurch abgebaut.
Es handelt sich aber nicht um die Ausbildung der Seitenflächen von zu X- oder V-Nuten
ausgearbeiteten Rissen an Gußeisenteilen.
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Die Schweißfugen werden zunächst .mit einem Elektrodenwerksto:ff überdeckt,
der die Eigenschaften hat, sich mit dem zu. verschweißenden Grundmaterial homogen
zu verbinden,, wobei ein Ühergangsgefüge aus weißem Gußeisen entsteht, ohne sich
abzulösen. Als besonders geeignete Elektrode kommt hierfür eine Elektrode aus weichem
Fluß-stahl in Frage, die einen kleinen Umhüllungsfaktor hat. Als Umhüllungsfaktor
wird dabei das Verhältnis des Durchmessers des Elektrodenkerndrahtes zum Gesamtelektrodendurchmesser
bezeichnet. Dieser Umhüllungsfaktor soll zwischen i,06 und i,i- liegen. Die Umhüllung
soll dabei, auf neutraler Basis aufgebaut, Ferromangan und Titandioxyde enthalten.
Ein neutrales Verhältnis ist dabei ein Verhältnis von Basen, wie Ca O + Mg O zu
S i 02 +A12 03 von ungefähr i :3. Der Ferromangangehalt liegt dabei zwischen 8 und
i5%. Der Titangehalt kann bis zu 401/e betragen. Die Umhüllungsmasse wird dabei
in der üblichen Weise unter zusätzlicher Verwendung von Wasserglas aufgebracht.
Das Kerndrahtmaterial als weicher Fluß.stahl ist ein solcher mit einem Kohlenstoffgehalt
von .unter o, i % und dem an sich üblichen Gehalt an Mangan. Diese Grundlagenschweißung
umfaßt zwei bis drei Lagen. Die Nuten werden hierbei ganz ausgeschweißt. Die Dicke
dieser elastischen Zwischenschweißschich:t muß so gehalten sein, daß das Grundmaterial
nicht aufschmelzen kann durch die weiteraufgetragene Elektrodenmasse. Diese darf
also nicht .durch die Zwischenschicht hindurch aufbrennen. Nach dem Auftragen dieser
Schicht wird noch in rotwarmem Zustand ,gehämmert, um erstens das Gefüge dichter
zu bekommen und zweitens .um Spannungen abzubauen.
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Zur Ausfüllung der gesamten Schweißfuge wird eine Elektrode hoher
Dehnung aufgelegt mit Dehnungswerten L = 5 d von 3 5 bis 4.o %. Auch diese Elektrode
wird zweckmäßigerweise als Umhüllungselektrode, jedoch mit mittelstarker Umhüllung
verwendet, d. h. also mit einem Umhüllungsfaktor von ungefähr 1,3. Mit besonderem
Vorteil wird das zweite Schweißgut intermittierend aufgebracht, damit die Temperatur
des Werkstückes nicht über 30 bis qo° C hinausgeht. Schließlich wird auch
noch in eben möglichen Fällen in bekannter Weise nachgehämmert.
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Die Nutenform kann verschiedenartig sein. Mit besonderem Vorteil wird
sie schwalbenschwanzförmig gehalten. Die Nutenbreite und Nutentiefe sollen üblicherweise
im Verhältnis 2 : i stehen. Das Verhältnis der Nutenbreite zu dem zwischen den einzelnen
Werkstücken stehentleihenden Werkstoff soll ungefähr zwischen i : 3 und i : 7, am
zweckmäßigsten bei i :5 liegen. Die Nuten können sowohl senkrecht zur Schweißnaht
als auch unter einem Winkel dazu verlaufen. Ebenso können sich die Nuten kreuzen,
und zwar in der Weise, daß eine Nut senkrecht und die andere waagerecht verläuft
oder auch zwei Reihen Nuten Rhomben- oder Rautenzwischenfelder ergeben.
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In der Zeichnung ist in Abb. i eine X-förmige Schweißfuge dargestellt.
Die Bruchfläche i ist durch Nuten 2 durchzogen, die gemäß Abb. 2 beispielsweise
Schwalbenschwanzform aufweisen. In der Abb. 3 sind die Nuten schräg zum Bruchflächenrand
angeordnet. Sie können aber auch senkrecht dazu verlaufen. Es können sich auch weiter
verschiedene Nuten als Gitterwerk kreuzen. Abb. i zeigt eine Schweißstelle. Die
beiden zu verschweißenden Gußstücke 3 und q. stoßen in einer X-Form zusammen.. Es
wird zunächst die Grundlagenschweiße 5 in beschriebener Weise aufgebracht und alsdann
die gesamte Schweißfuge durch Schweißwerkstoff 6 ausgefüllt.
Bei
praktischen Schweißversuchen an einem Maschinenteil mit einer Wandstärke von 24o
mm und einer Länge von r2oo mm ist es mit dem Vorschlag nach der Erfindung gelungen,
die Bruchstelle zu verschweißen, ohne da-ß die Beanspruchung der Maschine nach Wiederinbetriebnahme
herabgesetzt werden mußte. Es handelte sich hierbei um eine Schwellenkappmaschine,
die bekanntlich sehr hohen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Der Werkstoff besteht
aus Gußeisen mit einem Gehalt an C von 3,5 %.