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Verfahren und Einrichtung zum Widerstands-Stumpf-Schweißen, insbesondere
Abbrennschweißen von Werkstücken aus Gußeisen Die Erfindung bezieht sich auf das
Schweißen von Gußeisen durch elektrische Widerstandsschweißung, insbesondere Abbrennstumpfschweißung
unter Anwendung eines Stauchdruckes von mehr als 3 kg/mm2; sie umfaßt ein Verfahren
für das Abbrennstumpfschweißen von Werkstücken aus Gußeisen auf einer automatischen
Abbrennstumpfschweißmaschine und besondere Steuerungseinrichtungen für diese Maschinenart
zur Ausführung des Verfahrens.
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Gußeisen galt bis vor wenigen Jahren noch als nicht abbrennschweißbar,
wie aus F. E r dm an n- J es n i tz er, »Werkstoff und Schweißunga, Bd. i, Berlin,
1951, S. 436, hervorgeht. Inzwischen ist es aber gelungen, gußeiserne Gegenstände,
z. B. gußeiserne Flansche, mit Schleudergußrohren aus Grauguß durch Abbrennstumpfschweißen
miteinander zu verbinden. Das bekanntgewordene Verfahren ist jedoch auf das Verschweißen
von Gußeisensorten mit 2,7 bis 3,6 °% Kohlenstoff, höchstens 1,9 °/o Silizium, höchstens
0,5 °/o Phosphor, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen beschränkt,
mit dem ausdrücklichen Hinweis, daß der Unterschied im Kohlenstoffgehalt der zusammenzuschweißenden
Gußeisenwerkstücke 0,5')1, und der Unterschied im Phosphorgehalt o,2 °% nicht übersteigen
soll,
die Abkühlung der Schweißzone vorzugsweise von der Schweißtemperatur bis etwa 500°C
beschleunigt durchgeführt werden soll und die weitere Abkühlung nach Abschaltung
des Stromes an der Luft erfolgen soll. Der Stauchdruck soll dabei 3 bis g kg/ mm2
betragen.
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In neueren eigenen Versuchen ist die Schweißbarkeit von Gußeisen durch
elektrische Widerstandsschweißung, insbesondere Abbrennstumpfschweißung, systematisch
untersucht worden, um insbesondere auch Graugußsorten, welche in ihrer chemischen
Zusammensetzung außerhalb der oben angegebenen Grenzen liegen, abbrennstumpfschweißen
zu können. Hierbei wurde den werkstoffbedingten Einflußgrößen besondere Bedeutung
beigemessen. Es hat.sich dabei herausgestellt, daß die obengenannten Grenzen für
die chemische Zusammensetzung der Gußeisensorten nicht für die Schweißbarkeit des
Gußeisens schlechthin ausschlaggebend sind. Es hat sich vielmehr ergeben,, daß die
Abbrennstumpfschweißbarkeit der verschiedenen Gußeisensorten und die Qualität der
Schweißnaht im wesentlichen von der Verformungsfähigkeit des Gußeisenmaterials bei
hohen Temperaturen (Warmverformbarkeit) und dessen Beanspruchung beim Stauchvorgang
abhängig ist. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß die Schwierigkeiten, die beim
Abbrennstumpfschweißen von Gußeisen, insbesondere bei den grauerstarrten Gußeisensorten,
auftreten, darauf zurückzuführen sind, daß der Werkstoff bei dem zur Erzielung einer
guten Schweißverbindung notwendigen Stauchvorgang nach dem bisher bekanntgewordenen
Verfahren in vielen Fällen über seine kritische Verformung, d. h. über seine Trennfestigkeit
hinaus, beansprucht wird. Hierbei entstehen Risse unmittelbar an der Schweißstelle.
Die Neigung zu dieser Rißbildung nimmt mit steigender Größe der Graphitlamellen
und steigendem Sättigungsgrad des Gußeisens zu, insbesondere mit zunehmendem Kohlenstoff-,
Silizium- und Phosphorgehalt. Dem Sättigungsgrad SC wurde hierbei die von G. Brinkmann
und P. Tobias angegebene Formel
zugrunde gelegt, worin für °/a C der prozentuale Kohlenstoffgehalt und für Si, Pfund
Mn jeweils der prozentuale Silizium-, Phosphor- und Mangangehalt der betreffenden
Gußeisensorte einzusetzen sind. Es entsprechen dann Werte für SC < i untereutektischen,
SC = i eutektischen und SC = > i übereutektischen Gußeisensorten.
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Zur Erzielung einer hochwertigen Schweißverbindung ist es erforderlich,
daß die zu schweißenden Werkstücke nach dem Abbrennen mit hohem Druck zusammengestaucht
werden. Die Anwendung eines hohen Stauchdruckes ist deshalb notwendig, weil die
| 60 |
| kg/mm2Druck 13 20 30 6,5 10 16 7 il 15 6 8
12,5 4,5 5 10,5 |
| 01, Si ....... 0,7 0,7 0,7 2,15 2,15 2,i5
3,1 3,1 3,1 4,1 4,1 4,1 5=2 5,2 5,2 |
| C ......... 900 80o 70o goo 80o 70o goo 800
700 goo 800 700 goo 80o 700 |
zur einwandfreien Verschweißung erforderliche innige Berührung der zu schweißenden
Stirnflächen nur dann an allen Stellen des Querschnittes erreicht werden kann, wenn
auch die durch Herausschleudern der Schmelze an der Schweißfuge entstandenen Gruben
geschlossen werden. Das Material wird dadurch in der Erwärmungszone beiderseits
der Schweißnaht verformt; die Verformung führt zu der Bildung eines Stauchgrates
an der Schweißstelle. Die Abbrennstumpfschweißung wurde bislang im wesentlichen
auf Werkstoffe angewendet, die eine ausreichende Warmverformbarkeit besitzen. Die
eigenen Versuche haben nun gezeigt, daß beim Abbrennstumpfschweißen von Gußeisen,
vor allem von Grauguß, die Verformungsfähigkeit des Materials bei hohen Temperaturen
besonders beachtet werden muß, da sich diese Werkstoffe nur in geringem Maße verformen
lassen und zudem - wie aus zahlreichen Untersuchungen über die Verformbarkeit von
Grauguß hervorgeht - gerade das Stauchen eine für diesen Werkstoff besonders ungünstige
Verformungsart darstellt, weil infolge der Möglichkeit einer freien Breitung neben
Druck- auch erhebliche Zugspannungen im Werkstoff auftreten.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die selbst bei hohen
Temperaturen geringe Verformbarkeit des Materials von entscheidender Bedeutung bei
der Abbrennstumpfschweißung von Gußeisen ist. Der Schweißvorgang muß zur Erzielung
einer optimalen Schweißverbindung nach einem der Wärmeverformbarkeit der Gußeisenwerkstoffe
angepaßten Programm durchgeführt werden. Die Erfindung besteht darin, daß an das
Abbrennen aus dem kalten oder vorgewärmten Zustand der Stauchvorgang derart angeschlossen
ist, daß die an der Schweißstelle auf das Material wirkenden Druckspannungen (Stauchkräfte)
in Abhängigkeit von der Verformungsgeschwindigkeit (Stauchgeschwindigkeit) höchstens
die Werte der dreidimensionalen Kennfläche für die Warmdruckfestigkeit von Gußeisen
erreichen - und zwar sich ihnen umsomehr annähern können, je geringer die Verformungsgeschwindigkeit
ist -, welche festgelegt ist durch folgende Punkte in dem System Druckfestigkeit/O/,
Siliziumgehalt/°C (Fig. i) Dies gilt auch für den Fall, daß nur eines der Werkstücke
aus Gußeisen besteht. Durch die Erfindung wird es ermöglicht, auch solche Gußeisensorten
abbrennstumpfzuschweißen, deren chemische Zusammensetzungen außerhalb der im Zusammenhang
mit dem bekannten Verfahren obengenannten Grenzen. liegen. Außerdem gelang es, hochwertige
Schweißverbindungen beim Abbrennstumpfschweißen von Gußeisensorten mit chemischen
Zusammensetzungen innerhalb der oben bei dem bekannten Verfahren angegebenen Grenzen
mit größerer Sicherheit als nach dem bisher bekannten Verfahren zu erreichen. Die
Erfindung stellt somit einen wesentlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik
dar.
Diese Werte wurden von Piwowarsky nach der von Hennecke aufgestellten
Formel
berechnet. Hierin bedeutet K = Verformungswiderstand beim Stauchen (Warmdruckfestigkeit),
P = maximale Lastanzeige bei einer Verformung von 15 °/o, Fx = rechnerischer
Durchschnittsquerschnitt bei dieser Verformung.
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In diesem Zusammenhang wird auf den Aufsatz »Die plastische Verformung
des Gußeisens« von H. A. Nipper und E. Piwowarsky in der Zeitschrift »Die Gießerei«,
28. Jahrgang, H. 14 vom 11. 7. 1941, verwiesen. Hier ist in Abb. 8 auf S. 3o8 in
einem Diagramm die Warmdruckfestigkeit von Gußeisen einer mittleren chemischen Zusammensetzung
(3 bis 3,3 °/o C; o,6 °/p Mn; o,140/, P) für einen Temperaturbereich von 7oo bis
goo° C in Abhängigkeit vom Siliziumgehalt dargestellt. Dieses Diagramm ist in der
Zeichnung in Fig. 1 wiedergegeben.
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Es wurde gefunden, daß die Werte für die beim Stauchvorgang der Abbrennstumpfschweißung
von Gußeisen anwendbaren Druckspannungen - wie oben gesagt - im allgemeinen unter
den in Fig. 1 dargestellten Werten der Warmdruckfestigkeit liegen, sich jedoch um
so mehr diesen nähern können, je geringer die Verformungsgeschwindigkeit ist. Die
zur Beeinflussung der Verformung anzuwendenden Maßnahmen können daher verschiedener
Art sein.
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Eine Ausführungsmöglichkeit des neuen Verfahrens besteht erfindungsgemäß
darin, daß der Stauchvorgang mit hoher Stauchgeschwindigkeit - beispielsweise etwa
wie beim Abbrennstumpfschweißen von Stahl - und möglichst schlagartig erfolgt, daß
aber unter Berücksichtigung der vorgenannten (in Fig. 1 angegebenen) Warmdruckfestigkeit
des Gußeisens der Stauchweg begrenzt wird, so daß die kritische Verformung des Materials
nicht überschritten wird. Hierbei wird zweckmäßig der an der Verformung teilnehmende
Bereich möglichst klein gehalten. Die Stauchbegrenzung kann im allgemeinen z. B.
so gewählt werden, daß sich eine resultierende Stauchverkürzung von nicht mehr als
etwa 1o mm ergibt.
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Optimale Schweißergebnisse können außerdem mit hoher Sicherheit nach
einer weiteren Erfindung auch dann erzielt werden, wenn die Stauchgeschwindigkeit
den vorgenannten Druckkräften angepaßt wird. Eine Stauchbegrenzung im Sinne der
oben angegebenen Ausführungsmöglichkeit kann dabei entfallen. Der Stauchvorgang
kann z. B. mit besonderem Vorteil auch in zwei Stufen ausgeführt werden, wobei die
Stauchkräfte und Stauchgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von dem zu verschweißenden
Material zweckmäßig nach einem genau festgelegten Programm gesteuert werden. Hiernach
kann in der ersten Stufe die Schweißfuge mit einer hohen Geschwindigkeit - beispielsweise
wie beim Abbrennstumpfschweißen von Stahl - geschlossen werden, was aber unter möglichst
schwachem Druck erfolgen soll, damit das Material nur in geringem Maße vorgestaucht
wird. Dagegen soll in der zweiten Stufe ein langsames Nachstauchen unter hohem Druck
erfolgen, jedoch derart, daß das Material nicht über die kritische Verformung hinaus
beansprucht wird.
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Die Anwendung der vorgenannten Stauchbedingungen, z. B. das Einhalten
einer bestimmten Stauchverkürzung und/oder das Stauchen in zwei Stufen, ermöglicht
es, auch solche Gußeisensorten miteinander zu verschweißen, die auf Grund ihrer
unterschiedlichen Zusammensetzung und/oder ihres unterschiedlichen Gefügeaufbaues
ein verschiedenartiges Verhalten in ihrer Verformungsfähigkeit aufweisen. Der Kohlenstoffgehalt
im Gußeisen kann dabei sowohl im freien Zustand als Graphit in feinverteilter bis
groblamellarer Form (Grauguß) als auch im gebundenen Zustand vorliegen (weißerstarrte
Gußeisensorten). Ebenso ist Gußeisen mit Graphit in geballter bis kugeliger Form
verschweißbar, also z. B. auch Gußeisen mit Kugelgraphit. Es wird außerdem möglich,
Gußeisenwerkstücke mit einem Phosphorgehalt bis zu etwa 1,5 %
und solche mit
einem Siliziumgehalt bis zu etwa 3,2 ,/a zu verschweißen. Nach dem neuen Verfahren
sind demnach praktisch alle handelsüblichen Gußeisensorten mit der gleichen oder
einer anderen Sorte durch Abbrennstumpfschweißung verschweißbar, also z. B. Grauguß
mit weißerstarrten oder melierten Gußeisensorten und ebenso melierte mit weißerstarrten
Gußeisensorten. Darüber hinaus ist den Unterschieden in der chemischen Zusammensetzung
der zwei zu verschweißenden Werkstücke, insbesondere hinsichtlich ihres- Kohlenstoff-,
Phosphor- und Siliziumgehaltes, keine bestimmte Grenze gesetzt. So läßt sich beispielsweise
auch ein Stahlwerkstück -mit einem Graugußwerkstück üblichen Kohlenstoffgehaltes
durch die erfindungsgemäße Abbrennstumpfschweißung zusammenschweißen.
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Bei Gußeisensorten mit grauem Ausgangsgefüge besteht auch keine Einschränkung
hinsichtlich des metallischen Grundgefüges, so kann z. B. ein Werkstück aus Grauguß
mit ferritischer Grundmasse mit einem solchen von perlitischem und/oder ferritischem
Grundgefüge verschweißt werden. Dabei nimmt in der Regel der Anteil an gebundenem
Kohlenstoff in der der Schweißwärme ausgesetzten Zone gegenüber dem wärmeunbeeinflußten
Gebiet zu, was besonders bei ferritischem Ausgangsgefüge in Erscheinung tritt.
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Zum Ausgleich größerer, durch die chemische Zusammensetzung bedingter
Unterschiede in der elektrischen Leitfähigkeit und/oder Wärmeleitfähigkeit der -zu
verschweißenden Werkstücke kann in an sich bekannter Weise das Werkstück mit der
größeren elektrischen Leitfähigkeit und/oder Wärmeleitfähigkeit vor Beginn des Schweißvorganges
vorgewärmt werden, wie es z. B. durch elektrische Widerstandserwärmung in der Abbrennstumpfschweißmaschine
selbst durch induktive Hochfrequenzerwärmung od. dgl. hierzu geeignete Maßnahmen
möglich ist.
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Zur - Ausführung des neuen Verfahrens wird eine automatische Abbrennstumpfschweißmaschine
vorgeschlagen, die Steuereinrichtungen besitzt, wie sie für das Abbrennstumpfschweißen
von Stahl üblich sind, gemäß der Erfindung aber zusätzlich mit einer besonderen
Steuereinrichtung
zur Einstellung und Steuerung von Stauchgeschwindigkeit und/oder Stauchkraft ausgerüstet
ist. Hierzu können vorzugsweise pneumatisch und/oder hydraulisch wirkende Steuermittel
verwendet werden, die direkt oder indirekt auf den Stauchschlitten einwirken.
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An Hand der Fig. 2 und 3 der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel
der neuen Steuereinrichtungen näher erläutert und ein Schweißvorgang nach einer
bevorzugten Ausführungsmöglichkeit des neuen Verfahrens beschrieben.
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Fig.2.zeigt den Aufbau einer automatischen Abbrennstumpfschweißmaschine
in schematischer Darstellung.
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Fig. 3 zeigt - ebenfalls schematisch dargestellt -ein Ausführungsbeispiel
der besonderen Steuereinrichtung zur Programmsteuerung für einen zweistufigen Stauchvorgang.
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In Fig. 2 sind die zu verschweißenden Werkstückteile mit i und 2 bezeichnet,
welche in Spannvorrichtungen 3 und 4 einer bei 5 angedeuteten Abbrennstumpfschweißmaschine
eingespannt sind. Eine der Spannvorrichtungen ist auf einem in einer Schlittenführung
7 gleitenden Schlitten 6 gelagert und wird von einer bei 8 angedeuteten Antriebsvorrichtung
mit zugehöriger Steuerung g bewegt. Der zum Erhitzen der Werkstückteile i und 2
an der Stoßstelle io dienende elektrische Strom wird einem Netz ix entnommen und
über die Wicklungen i2, 13 eines Schweißtransformators 14 den Werkstückteilen zugeführt.
Bei 15 sind in den Primärkreis des Transformators 14 zwei Bitter- oder zündstiftgesteuerte
Entladungsgefäße in an sich bekännter Antiparallelschaltung als Schaltmittel zur
Steuerung und/oder Regelung des Schweißstromes eingeschaltet. Mit einer solchen
Steuer- und/oder Regeleinrichtung kann nicht nur von einem Stellglied 16 der Zündwinkel
der Entladungsgefäße innerhalb jeder Wechselstromhalbwelle bestimmt und hierdurch
der Effektivwert bzw. die Wärmewirkung des Schweißstromes stufenlos eingestellt
werden, sondern auch eine selbsttätige trägheitslose Stromstärkeregelung während
des Schweißvorganges, insbesondere während des Abbrennvorganges, in Abhängigkeit
von wenigstens einer der elektrischen Größen des Schweißstromkreises bzw. wenigstens
einer der physikalischen Zustandsgrößen an der Stoßstelle io (Schmorkontakt während
des Abbrennens) ermöglicht werden. Hierzu wird die Spannung am Schmorkontakt io
bzw. ein ihr proportionaler Wert möglichst in unmittelbarer Nähe des Schmorkontaktes,
z. B. an den Spannbacken der Spannvorrichtungen 3 und 4, abgenommen, der erhaltene
Spannungswert bei 17 mit einem Sollwert verglichen und die Differenzspannung - gegebenenfalls
nach Verstärkung - dem Zündwinkelverstell glied (Einstellglied 16) für die bei 15
vorhandenen antiparallel geschalteten Entladungsgefäße zugeführt.
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In Fig. 3 ist eine Antriebs- und Steuereinrichtung dargestellt, die
ein Teil der in Fig. 9, bei 8 angedeuteten Antriebsvorrichtung bzw. der - zugehörigen
Steuereinrichtung 9 sein kann. Mit 18 ist der eine Zylinder eines aus zwei
Zylindern 18, ig verschiedener Durchmesser mit starr verbundenen Kolben 2o, 2i bestehenden
Druckumsetzers 22 bezeichnet, der über ein Regelventil 23 mit vorzugsweise vorgeschaltetem
Druckminderventil 24 und/oder ein schnell öffnendes Ventil 25 mit einem Druckluftbehälter
26 verbunden sein kann. Der in dem anderen Zylinder ig bewegliche Kolben 2= des
Druckumsetzers 22 wirkt vorzugsweise über ein hydraulisches Medium, beispielsweise
Öl, auf den Kolben 27, der in dem Zylinder 28 beweglich ist, und über ein Gestänge
29 auf den in der Schlittenführung 7 beweglichen Stauchschlitten 6. In die Verbindungsleitung
30 zwischen den Zylindern ig und 28 kann ein vorzugsweise stufenlos einstellbarer
Regelschieber 31 eingeschaltet sein, der über vorzugsweise mechanische Steuermittel,
z. B. einen bei 32 angedeuteten mechanischen Fühler, welcher eine Kurvenscheibe
33 abtastet, gesteuert werden kann. Der Regelschieber 31 -kann aber auch
durch elektrische, elektromagnetische od. dgl. hierzu geeignete Steuermittel nach,
einem vorgegebenen Programm gesteuert werden. Der Druckluftbehälter 26 kann von
einer Druckluftpumpe 34 auf einen einstellbaren Luftdruck gespeist werden. Mit den
Steuermitteln 32, 33 oder dem Regelschieber 31 können das Regelventil
23, das Druckminderventil24 und/oder das schnell öffnende Ventil
25 in direkter oder indirekter Steuerverbindung stehen. Die Steuermittel
der besonderen Steuereinrichtung können ihrerseits mit der für Stumpfschweißmaschinen
üblichen Steuerung (g in Fig. 2) in Steuerverbindung gebracht sein.
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Zum besseren Verständnis der Eigenart des neuen Verfahrens wird die
Wirkungsweise der oben erläuterten neuen Steuereinrichtung im folgenden im Rahmen
der Schilderung des gesamten Schweißvorganges näher beschrieben.
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Die zu schweißenden Werkstückteile i, 2 werden in die Spannvorrichtungen
3, 4 der Abbrennstumpfschweißmaschine 5 eingespannt. In Abhängigkeit von der Schweißquerschnittsfläche,
der Querschnittsform und dem Material der Werkstückteile wird derSchweißstrom und
damit die Schweißleistung mittels des Stellgliedes 16 eingestellt. Nach dem Einschalten
des Transformators 14 werden beim Abbrennstumpfschweißen mit Vorwärmung die Stirnflächen
der beiden Werkstückteile i, 2 durch ein Vorschieben des Stauchschlittens 6 zur
Berührung gebracht, so daß ein Kurzschluß entsteht. Dieser wird durch eine der üblichen
Steuere=rrichtungen g unmittelbar nach Einsetzen der Berührung durch ein Zurückholen
des Stauchschlittens 6 wieder aufgehoben. Der während der Kurzschlußzeit fließende
Strom erwärmt die Werkstücke in der Umgebung der Berührungsstelle. Dieser Vorgang
wird während der Dauer des sogenannten Vorwärmens mehrfach wiederholt. Da während
des Öffners des Kurzschlusses etwas Material der Berührungsstelle versprüht, wandert
der Kurzschlußpunkt während des Vorwärmens über die zu verbindenden Stirnflächen
und führt auf diese Weise zu einer gleichmäßigen Ausbildung der Wärmezonen. Das
Vorwärmen entfällt beim Abbrennen aus dem kalten Zustand.
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Als nächster Arbeitsgang folgt das eigentliche Abbrennen, hierbei
werden die Werkstücke mit ihren Stirnflächen einander so weit genähert, daß ein
loser
Kontakt (sogenannterSchmorkontakt) entsteht. Fließt über diesen
Kontakt ein Strom ausreichender Stärke, so wird dort der Werkstoff so stark erhitzt,
daß er schmilzt und teilweise verdampft. Hierbei wird das verflüssigte :Material
zusammen mit den Schlacken und sonstigen Verunreinigungen unterheftigem Sprühen
aus der Stoßfuge gedrängt. Der Metalldampf wirkt dabei als Schutzgasatmosphäre und
verhindert den Zutritt von Sauerstoff und Stickstoff zur Schweißstelle. Dieser Sprühvorgang,
der sogenannte Abbrennregen, wird eire Zeitlang aufrechterhalten, indem man die
Werkstücke mit einer Geschwindigkeit zur Annäherung bringt, die auf die versprühende
Materialmenge abgestimmt ist. Dabei ist es wi htig, durch genaue Dosierung des Schweißstromes
einen bestimmten günstigen Zustand in der Schweißstelle während der ganzen Dauer
des Abbrennvorganges zu erreichen bzw. beizubehalten, um ungewünschte Gasbildungen
oder chemische Reaktionen, deren Produkte die Güte der Sch aeißverbindung beeinträchtigen
können, zu verhindern oder wenigstens auf ein praktisch vernachlässigbares Maß zu
begrenzen. Zur Erreichung bzw. Aufrechterhaltung eines optimalen Abbrennzustandes
ist gerade beim Abbrennstumpfschweißen von Gußeisenmaterial die stufenlose Einstellung
der Schweißstromstärke und die Möglichkeit, den Schweißstrom auch während des Abbrennens
regeln zu können, von besonderer Bedeutung.
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Während bei dem nun folgenden Stauchvorgang gewöhnlich die Werkstückstirnflächen
in dem durch das Abbrennen erreichten Vorbereitungszustand schlagartig mit starkem
Stauchdruck verpreßt werden, sobald sie eine ausreichende Erwärmung aufweisen, soll
der Stauchvorgang beim Schweißen von Gußeisenwerkstücken erfindungsgemäß nach einem
der Warmverformbarkeit des Gußeisenmaterials angepaßten Programm ausgeführt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsmöglichkeit kann das Stauchen beispielsweise
mit Hilfe der oben erläuterten Steuereinrichtung in zwei Stufen vorgenommen werden.
In der ersten Stufe soll die Schweißfuge zwar mit hoher Geschwindigkeit, aber unter
möglichst schwachem Druck geschlossen werden. Vorher kann zunächst, vorzugsweise
bei - entsprechend der geringen Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens 6 während
des Abbrennvorganges - nur wenig geöffnetem Regelschieber 31 Druckluft aus dem Druckluftbehälter
26 über das Regelventil 23 und das Druckminderventil 24 in den Zylinder 18 eingeleitet
werden. Es können dann die Steuermittel 32, 33 den Regelschieber 31 kurzzeitig vollkommen
öffnen, so daß der im Behälter 26 vorhandene, praktisch konstante Druckluftüberdruck
den Kolben 2o mit hoher Geschwindigkeit (in der Zeichnung) nach links treibt. Durch
die starre Übertragung auf den Kolben 21 wirkt die gleiche Kraft im Zylinder ig
mit kleinerer Fläche, also höherem Druck pro Flächeneinheit, auf ein nahezu inkompressibles
hydraulisches Medium, vorzugsweise ein leichtflüssiges Drucköl. Da aber die das
Geschwindigkeitsprogramm steuernden Mittel 32, 33 den Regelschieber 31 für diesen
ersten Stoß nur ganz kurzzeitig voll öffnen, kann der über die Verbindungsleitung
3o auf den Zylinder 28 und den Kolben 27 vermittelte Impuls auch auf den Stauchschlitten
6 zwar mit einer relativ hohen Geschwindigkeit übertragen werden, aber keinen hohen
Druck ausüben, zumal auf der sehr kurzen Wegstrecke ein nennenswerter Widerstand
nicht auftritt. Die Höhe von Geschwindigkeit und Druck beim ersten Stoß werden vor
allem durch die Einstellung des Druckminderventils 24 und die Dauer der vollen Öffnung
des Regelschiebers 31 bestimmt. Beide Größen sind in weiten Grenzen variierbar.
In der zweiten Stufe soll dann ein langsames Nachstauchen unter hohem Druck erfolgen.
Die Geschwindigkeit der Bewegung des Stauchschlittens 6 kann dabei wiederum im wesentlichen
durch die auf den Regelschieber 31 wirkenden Programmsteuermittel32, 33 gesteuert
werden. So kann durch starke Drosselung des Regelschiebers 31 die Stauchgeschwindigkeit
herabgesetzt und die Stauchkraft durch Öffnung des Ventils 25 und den Druck im Druckluftbehälter
26 bestimmt werden. Zwischen den Steuermitteln 32, 33 bzw. dem Regelschieber 31
und den Ventilen 23, 24 und 25 können - wie oben bereits erwähnt - zweckmäßige Steuerverbindungen
bestehen. Der Druck im Druckluftbehälter 26 ist durch Steuerung der Pumpe 34 einste
1- und ausgleichbar. Auf diese Weise ist die Einstellung eines konstanten Druckes
vor dem Schweißvorgang möglich.
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Zur Einstellung und Steuerung von Stauchgeschwindigkeit und/oder Stauchkraft
im Sinne der Ausführung des neuen Verfahrens, insbesondere für die Programmsteuerung
des zweistufigen Stauchvorganges, sind Abwandlungen der oben beschriebenen Steuereinrichtung
in verschiedener Form möglich. Für das Schließen der Schweißfuge, das in dem erwähnten
Falle in der ersten Stufe des Stauchvorganges mit einer hohen Geschwindigkeit, aber
möglichst kraftlos erfolgen soll, kann z. B. mit besonderem Vorteil auch ein kurvengesteuertes
Flüssigkeitsgestänge verwendet werden, wie es in der deutschen Patentschrift 703
414 beschrieben ist, da bei einem solchen Antrieb praktisch keine Verzögerung durch
Ventile od. dgl. eintritt. Eine ähnliche, vorteilhaft rasante Beschleunigung kann
dem Stauchschlitten erteilt werden, wenn sein Antriebskolben in einem doppelt wirkenden
Zylinder angeordnet ist und der Kolben mit seiner auf den Schlitten wirkenden Kolbenstange
durch Einblasen von Druckluft in den entsprechenden Teil des Zylinders in der gewünschten
Richtung bewegt wird. Die Geschwindigkeit der Kolbenbewegung kann - wie beim Ausführungsbeispiel
beschrieben - im wesentlichen durch den einstellbaren Druck der aus einem Druckluftbehälter
eingeleiteten Druckluft, durch den Querschnitt bzw. das Volumen des Zylinders, durch
die zur Verfügung stehende Druckluftmenge sowie durch Querschnitt und Anordnung
von Einlaß, Zuleitung und Ventil bestimmt werden. Eine besonders hohe Vorschubgeschwindigkeit
kann naturgemäß bei offenem Auslaß erreicht werden, da dann - abweichend vom Ausführungsbeispiel
- der Kolben mit seiner Vorderseite, d. h. in der Bewegungsrichtung, nur gegen den
Außendruck bzw. eine gewisse Kompression der im Zylinder verbliebenen Luft anzukämpfen
hat. Die Einstellung und/oder
Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit
ist dabei in besonders einfacher und zuverlässiger Weise möglich, wenn an den Druckluftzylinder
ein zweiter Zylinder angeschlossen ist, in dem ein an der durchgehenden Kolbenstange
befestigter Kolben die gleiche Kolbenbewegung mitmacht, im Gegensatz zu dem erstgenannten
Kolben aber ein hydraulisches Medium, vorzugsweise. Drucköl, durch ein Verbindungsrohr
verdrängen muß, das den Auslaß des Zylinders mit dem Einlaß verbindet. Dabei kann
mittels eines in dieses Verbindungsrohr eingeschalteten Regelventils die Vorschubgeschwindigkeit
stufenlos eingestellt und gesteuert werden. Bei geeigneter Ausführung des Zylinders,
z. B. durch Einfräsen von Ölnut #n gewisser Länge und Tiefe, kann die Anfangsgeschwindigkeit
des Kolbens hoch sein - wie es gerade für die erste Stufe des Stauchvorganges im
Sinne des neuen Schweißverfahrens erforderlich ist -, um dann infolge des -plötzlich
einsetzenden höheren Widerstandes auf einen Wert abzusinken, der im westlichen nur
noch von der Ventilstellung beeinflußt ist. Auch hier könnte zweckmäßig das Regelventil
in Steuerverbindung mit den üblichen Steuereinrichtungen der Abbrennstumpfschweißmaschine
gebracht werden.
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Für die zweite Stufe des Stauchvorganges, das langsame Nachstauchen
mit hohem Druck, kann es auch vorteilhaft sein, auf den Öldruckzylinder im Ausführungsbeispiel
oder einen besonderen Stauchzylinder direkt eine Pumpe mit einstellbarer Fördermenge,
z. B. eine Pittler-Thoma-Pumpe mit entsprechender Charakteristik, wirken zu lassen.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauchvorgang in zwei
Stufen ausgeführt wird nach einem Programm, wonach das Schließen der Schweißfuge
mit einer hohen Geschwindigkeit - beispielsweise wie beim Abbrennstumpfschweißen
von Stahl -, jedoch möglichst kraftlos erfolgt, um nur ein geringes Vorstauchen
zu erreichen, und das Nachstauchen langsamer und mit hohem Druck, jedoch derart
ausgeführt wird, daß das Material nicht über die kritische Verformung hinaus beansprucht
wird.
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3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei
Werkstücke aus Gußeisen- von jeweils beliebigem Kohlenstoffgehalt verschweißt werden.
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4. Verfahren nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet,
daß nur eines der Werkstücke aus Gußeisen besteht.
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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gußeisenwerkstück
beliebigen Kohlenstoffgehaltes mit einem Stahlwerkstück beliebigen Kohlenstoffgehaltes
verschweißt wird.
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6. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstücke
aus Gußeisen mit Aus vorstehendem zeigt sich, daß die besondere Steuereinrichtung
für Abbrennstumpfschweißmaschinen zur Ausführung des neuen Verfahrens nicht auf
das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Es können vielmehr die zur
Beeinflussung der Verformung im Sinne der Erfindung anzuwendenden Maßnahmen auch
mit den vorstehend angegebenen oder anderen geeigneten Maschinenelementen des Schweißmaschinen-
oder Werkzeugmaschinenbaues ausgeführt werden, wie sie an sich zum Teil für ähnliche
Aufgaben bekannt sind.