02.VIII.1966 Niemiecka Republika Demokratyczna Opublikowano: 28.11.1970 59154 KI. 49 h, 23/00 MKP B23k JjmO % UKD Wspóltwórcy wynalazku: Friedrich Proschek, Walter Novak, Dietrich Kretzschmar Wlasciciel patentu: VEB Chemische Werke Buna, Schkopau (Niemiecka Republika Demokratyczna) Sposób aluminotermicznego spawania pólwyrobów zwlaszcza szyn Przedmiotem wynalazku jest sposób aluminoter¬ micznego spawania pólwyrobów, zwlaszcza szyn metoda spawania cieklym stopiwem w celu podnie¬ sienia wlasciwosci wytrzymalosciowych spoiny.Znany jest sposób aluminotermicznego spawania pólwyrobów, zwlaszcza szyn, przy czym stosuje sie najbardziej róznorodne metody spawania. Rozwój idzie w tym kierunku, aby przez zastosowanie od¬ powiednich srodków ulegl 'Skróceniu czas spawa¬ nia oraz zostala polepszona jakosc spoiny. Cele te próbuje sie osiagnac za pomoca róznych warian¬ tów spawania aluminotermicznego .Jednym z pierwszych sposobów spawania alumi¬ notermicznego jest zgrzewanie aluminotermiczne.W tym procesie wykorzystuje sie do wytwarzania spoiny jedynie cieplo wyzwolone w reakcji alu¬ minotermicznej. Wada tego sposobu jest to, ze pól¬ wyroby musza byc przygotowane w postaci równo¬ leglych plaszczyzn, a konce ich, które maja podle¬ gac zgrzewaniu, musza byc metalicznie czyste.Do tego dochodza jeszcze znaczne naklady na urzadzenia, których wysoki ciezar, szczególnie w warunkach stanowiska pracy na budowie daje sie odczuc szczególnie niekorzystnie. Próbowano rów¬ niez uproscic zgrzewanie aluminotermiczne przez to, ze wlewano pomiedzy zgrzewane przedmioty stal przygotowana aluminotermicznie, przy czym moglo odpasc przygotowanie równoleglych plaskich zakonczen przedmiotów.Sposób ten jednak nie uzyskal w praktyce zad- 25 jo nego znaczenia, gdyz z jednej strony byly koniecz¬ ne znowu stale urzadzenia do wytwarzania duzej sily docisku, a z drugiej strony powstawal na sku¬ tek wyciskania stali aluminotermicznej dokola pól¬ wyrobu garb spawalniczy, który musial byc odci¬ nany przynajmniej w obrebie glówki szyny.Równiez kombinowane spawanie aluminotermicz¬ ne, w którym stope szyny i szyjke szyny laczy sie za pomoca spawania cieklym stopiwem, a glówke szyny za pomoca zgrzewania, uleglo wyprzedzeniu przez wprowadzenie czystego spawania stopiwem.Przyczyna tego sa znowu ciezkie urzadzenia nie¬ zbedne do sciskania oraz to, ze glówka szyny musi byc wstepnie obrobiona w celu otrzymania równo¬ leglych, metalicznie gladkich powierzchni styko¬ wych, co jest polaczone ze znaczna strata czasu.Poza tym jakosc polaczenia spawanego jest niewy¬ starczajaca, gdyz glówka szyny nie zawsze wyka¬ zuje homogeniczne polaczenie spawane.Spawanie aluminotermiczne cieklym stopiwem ulepsza wyzej omawiane sposoby, poniewaz nakla¬ dy na oprzyrzadowanie moga byc znacznie obnizo¬ ne i na skutek tego stosowanie procesu na stano¬ wisku pracy na budowie ulatwione. Coraz krótsze odstepy miedzy kolejnymi pociagami wymagaja, aby czas potrzebny na spawanie byl przez zastoso¬ wanie odpowiednich srodków skrócony. Nastepuje to przez intensyfikacje metod podgrzewania wstep¬ nego.Stosuje sie przerózne substancje do podgrzewania 591543 wstepnego jak propan, butan, acetylen, benzyna i inne równiez w polaczeniu z tlenem. Poza tym znany jest równiez sposób podgrzewania wstepnego konców pólwyrobu za pomoca reakcji metaloter- micznej. Koniecznosc równomiernego ogrzania kon¬ ców pólwyrobu ogranicza skracanie czasu wstepne¬ go podgrzewania, tak ze nadal jeszcze wchodzi w rachube znaczna czesc czasu spawania.Jezeli nie stosuje sie podgrzewania wstepnego, to wytrzymalosc polaczen spawanych jest nizsza od wytrzymalosci tychze polaczen wykonywanych ze wstepnym podgrzewaniem. To samo dotyezy niz¬ szych wyników dla ugiecia przy próbie na zgina¬ nie, z czego wynika, ze spawanie bez podgrzewania wstepnego daje oszczednosc w czasie kosztem ja¬ kosci i pewnosci polaczen spawanych.Szczególne warunki chlodzenia wystepujace przy spawaniu bez wstepnego podgrzewania wywoluja w zwiekszonym stopniu tworzenie sie krystalitów, skierowanych w kierunku chlodzenia, a wiec w kie¬ runku materialu szyny. Wzrost krystalitów jest coraz silniej zaznaczony od strony szyny w kie¬ runku do srodka spoiny. W wyniku tej osobliwosci spawania aluminotermicznego powstaja w spoinie mniej lub wiecej wyrazne miejsca wadliwe oraz jamy skurczowe na powierzchni srodkowej.Podkreslic nalezy, ze nawet wtedy, gdy jamy skurczowe na powierzchni wewnetrznej nie sa do¬ strzegalne makroskopowo, to jednak w tych miej¬ scach, gdzie obydwa kierunki krystalizacji sie spo¬ tykaja, moze wystapic tylko slabe polaczenie kry¬ stalitów, czemu czesto jeszcze sprzyja fakt, ze za¬ nieczyszczenia w cieklym metalu wydzielaja sie wlasnie w tym obszarze w zwiekszonym zakresie.Poza tym przy aluminotermicznym zgrzewaniu za¬ geszczono za pomoca urzadzen sciskajacych sto* piwo w stanie ciastowatym, a wiec podczas pro¬ cesu krystalizacji. Wada tego sposobu jest to, ze znowu w tym przypadku trzeba stosowac ciezkie urzadzenia do sciskania,, a pozadany efekt nie zaw¬ sze moze byc stwierdzony. Z tych tez wzgledów sposób ten nie zostal wprowadzony w praktyce.Celem wynalazku jest polepszenie wlasciwosci wytrzymalosciowych zlacza spawanego aluminoter- micznie przy zachowaniu najkrótszych czasów spa¬ wania.Zadaniem wynalazku jest takie ulepszenie spa¬ wania aluminotermicznego pólwyrobów, zwlaszcza szyn, bez wstepnego podgrzewania, aby mozna bylo na pewno uniknac lub tak dalece ograniczyc obni¬ zajace wytrzymalosc wtracenia gazowe, jamy usa¬ dowe lufo niehomiogeniczine procesy krystalizacji, by nie wywieraly zadnego niekorzystnego wplywu na wytrzymalosc polaczenia.Stwierdzono, ze mozna osiagnac procesy homo¬ genicznej krystalizacji oraz uniknac wtracen gazo¬ wych i jam usadowych wtedy, gdy zageszczanie sto- piwa zacznie sie juz w stanie stopionym, przy czym stopiwo nie jest wycisniete ze srodka obszaru spa¬ wania. Zageszczanie stopiwa aluminotermicznego moze byc korzystnie przeprowadzane przez cieplne wydluzenie konców pólwyrobu, przy czym sa one ogrzewane wewnatrz lub tez poza forma odlew¬ nicza. 4 Poniewaz nie powinien byc osiagniety zaden efekt podgrzewania wstepnego, ogrzewanie moze nastapic tylko na jednym z konców przedmiotu. Okazalo sie, ze ogrzewanie konców przedmiotu musi nastapic s najwczesniej trzy minuty przed, a najpózniej dwie minuty po zalaniu, aby zapoczatkowac pozadany efekt, mianowicie zageszczanie stopiwa alumino¬ termicznego jeszcze w stanie stopiSnym.Ogrzewanie konców przedmiotu moze byc prze- 10 prowadzane korzystnie bezposrednio za pomoca zuzla wystepujacego przy odlewaniu, lub tez moz¬ na wykorzystac splywajacy zuzel do zapalenia mie¬ szaniny aluminotermicznej, przewidzianej do pod¬ grzania konców przedmiotu. 15 Oczywiscie zageszczanie plynnego stopiwa mpze byc przeprowadzane w kazdy inny 'znany sposób, jak za pomoca dociskania konców przedmiotu przy¬ rzadami mechanicznymi, pneumatycznymi lub elek- ktrycznymi, jak równiez przez ogrzewanie otwar- 20 tym plomieniem palnika.'Slpoisobem wedlug wynalazku mozna przy zanie¬ chaniu pracochlonnego podgrzewania wstepnego otrzymac taka sama lub nawet wyzsza wytrzyma¬ losc przy stosowaniu aluminotermicznego spawania 25 cieklym stopiwem, jak przy tym samym sposobie ze wstepnym podgrzewaniem. Poniewaz nacisk jed¬ nostkowy na powierzchnie potrzebny do zageszcza¬ nia plynnego stopiwa aluminotermicznego jest bar¬ dzo maly, urzadzenia na stanowisku na budowie 30 przeznaczone do mechanicznego wytwarzania na¬ cisku moga byc wystarczajaco male i moga byc wykonane recznie.Uzyskiwane dzieki stosowaniu tego sposobu bar¬ dzo krótkie czasy potrzebne do spawania przy wy- 35 sokich wskaznikach wytrzymalosciowych maja szczególne znaczenie w budownictwie torów przy coraz krótszych odstepach czasu pomiedzy poszcze¬ gólnymi pociagami. 40 PL