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In der Metallothermie wird ein Oxyd oder ein Gemisch von Oxyden relativ leicht reduzierbarer Metalle wie
Eisen, Molybdän, Wolfram, Mangan oder Vanadium mittels eines eine grosse Affinität zu Sauerstoff besitzenden
Metalls wie Aluminium, Magnesium, Lithium oder Beryllium zum schmelzflüssigen Metall bzw. Metallgemisch reduziert, was den Vorteil besitzt, dass, weil Kohlenstoff als Reduktionsmittel nicht verwendet wurde, von
Metallcarbiden freie Metallschmelzen erhalten werden können.
Da bei der Umsetzung von Gemischen der erwähnten Metalloxyde mit den erwähnten leicht oxydierbaren Metallen pro Volumseinheit der Mischung eine sehr grosse Wärmemenge freigesetzt wird, wurden solche Mischungen bereits für das sogenannte metallothermische Schweissen (für den Fall der Verwendung von Aluminium als Reduktionsmittel das sogenannte aluminothermische Schweissen) verwendet, wie dies beispielsweise in den USA-Patentschriften Nr. 3, 297, 503 und
Nr. 3, 309, 249 beschrieben ist.
Von den verschiedenen metallothermischen Schweissverfahren hat sich insbesondere das aluminothermische Schweissverfahren eingebürgert, bei welchem Eisenhammerschlag (fie304) gemäss dem
Reaktionsschema 3Fe304+8 Al ) 4A1203+9 Fe mittels Aluminium bei Reaktionstemperaturen von etwa 2500 bis 30000C zu schmelzflüssigem Eisen reduziert wird, das, falls die Reaktion in einem Schmelztiegel vorgenommen wurde, auf die in einer Form stumpf aneinandergebetteten und miteinander zu verschweissenden Werkstücke gegossen wird oder das, falls das aluminothermische Gemisch in einer die miteinander zu verbindenden Werkstücke umgebenden Form gezündet wurde, direkt zwischen die Nahtstelle der beiden Werkstücke fliesst.
Beim Arbeiten nach einem solchen aluminothermischen Verfahren oder einem andern metallothermischen Verfahren gelingt es, ausreichend gute
Schweissverbindungen in jenen Fällen herzustellen, in denen die Werkstücke, wie beispielsweise
Eisenbahnschienen, regelmässig geformt sind und normierte Abmessungen besitzen, jedoch können beim Arbeiten in der angegebenen Weise lange und unregelmässig geformte Schweissnähte nicht mehr in zufriedenstellender
Weise hergestellt werden, da einerseits wegen der Lufteinschlüsse in einem pulverförmigen metallothermischen
Gemisch die pro Volumenseinheit desselben erzeugbare Wärmemenge unzureichend ist zum Aufheizen der miteinander zu verschweissenden Werkstücke und anderseits das Herstellen der für solche lange Schweissnähte erforderlichen grossen Formen entweder zu umständlich oder völlig unwirtschaftlich ist.
Um pro Volumseinheit eines metallothermischen Gemisches eine grössere Wärmemenge zur Verfügung zu haben, ist bereits vorgeschlagen worden, pulverförmige metallothermische Gemische so weit als möglich zu kompakten Presslingen zu verpressen, jedoch stören hiebei wieder die beim Herstellen solcher Presslinge erforderlichen Bindemittel, weil sie an die entstehende Metallschmelze störende Stoffe, z. B. Kohlenstoff im Falle der Verwendung organischer Stoffe als Bindemittel oder Silizium bzw.
Schwefel im Falle der Verwendung anorganischer Bindemittel, abgeben, weshalb mit der deutschen Patentschrift Nr. 655432 vorgeschlagen wurde, aus einem aluminothermischen Gemisch Presslinge ohne Verwendung von Bindemitteln dadurch herzustellen, dass ein pulverförmiges aluminothermisches Gemisch vor dem Pressen allseits mit einer Blechhülle umgeben und zusammen mit dieser Blechhülle verpresst wird.
Im Sinne der deutschen Patentschrift Nr. 655432 hergestellte, allseitig ummantelte aluminothermische Gemische können nun aber nur mit relativ dünnwandigen Metallhüllen umgeben werden, die nach dem Zünden des in der Hülle befindlichen aluminothermischen Gemisches sehr rasch niederschmelzen, so dass das im Rahmen der aluminothermischen Reaktion entstandene schmelzflüssige Metall unter Umständen mit zu hoher Temperatur auf die miteinander zu verschweissenden Gegenstände auftrifft und in einem mehr oder weniger grossen Umgebungsbereich der Schweissnaht eine zu weitgehende Gefügeveränderung in den miteinander zu verschweissenden Werkstücken bewirkt.
Allseitig ummantelte aluminothermische Gemische gemäss der deutschen Patentschrift Nr. 655432 sind auch insofern nicht völlig zufriedenstellend, als das Zünden des aluminothermischen Gemisches nicht nach irgendeiner der üblichen Methoden vorgenommen werden kann und es praktisch nur möglich ist das aluminothermische Gemisch dadurch zu zünden, dass die Ummantelung des aluminothermischen Gemisches mit einem Schweissgerät durchgebrannt und das darunter liegende aluminothermische Gemisch durch weiteres Erhitzen mit dem Schweissgerät auf Zündtemperatur gebracht wird.
Hinzu kommt, dass ummantelte aluminothermische Gemische gemäss der deutschen Patentschrift Nr. 655432 nicht in solcher Form hergestellt werden können, dass sie zum Herstellen langer Schweissnähte geeignet sind, da naturgemäss ein einzelner Pressling in allen seinen Abmessungen im Hinblick auf die zu verwendenden Presswerkzeuge Einschränkungen unterliegt.
Mit der Erfindung wird nun bezweckt, die oben genannten Unzulänglichkeiten von bekannten, als Presslinge vorliegenden metallothermischen Gemischen zu vermeiden und ein universell einsetzbares Schweissmaterial zu schaffen. Dementsprechend ist ein Schweissmaterial in Form eines Presslings aus einem metallothermischen Gemisch, bestehend aus einem pulverigen Leichtmetall, wie Aluminium, Magnesium, Beryllium und/oder Lithium, und einem pulverigen Metalloxyd, wobei das verfestigte Gemisch in einem Metallbehälter untergebracht ist, gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbehälter an einem Ende offen ist, dass die Stärke des im Behälter untergebrachten verfestigten Gemisches das 3, 4fache der Wandstärke des Behälters beträgt und dass die Höhe des verfestigten Gemisches das 1, 9fache der Stärke der zusammenzuschweissenden metallischen Werkstücke beträgt.
Da in einem erfindungsgemässen Schweissmaterial der Metallbehälter an einem Ende offen ist, ist es ohne Schwierigkeiten möglich, das aluminothermische Gemisch in
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untergebrachten verfestigten Gemisches das 3, 4fache der Wandstärke des Behälters beträgt, dann kann bei gegebenem Volumen der für die Schweissnaht zwischen den zu verschweissenden Werkstücken vorgesehenen
Aussparung in dieser Aussparung so viel Eisen in Form eines Behälters untergebracht werden, dass die vom im
Behälter befindlichen aluminothermischen Gemisch erzeugte Wärmemenge ausreicht, den Behälter und eine geringe Menge des an den Behälter angrenzenden Materials der miteinander zu verschweissenden Werkstücke niederzuschmelzen, und eine zur Gänze ausgefüllte Schweissnaht hergestellt werden.
Dies wird durch Fig. 4 erläutert, aus welcher sich bei einem Vergleich mit Fig. 2 ergibt, dass bei Verwendung eines erfindungsgemässen
Schweissmaterials die Menge an erschmelzbarem Eisen in Abhängigkeit von der scheinbaren Dichte des verpressten aluminothermischen Gemisches in gleichem Masse ansteigt wie die von diesem aluminothermischen Gemisch pro
Volumseinheit erzeugte Wärmemenge.
Bei Verwendung eines erfindungsgemässen Schweissmaterials kann daher, im Gegensatz zum beim Arbeiten mit einem bekannten und praktisch nur aus einem verpressten aluminothermischen Gemisch bestehenden Schweissmaterial, in der in der Fig. 5 gezeigten Weise die pro
Volumseinheit der herzustellenden Schweissnaht aufzuwendende Menge an verpresstem aluminothermischem
Gemisch mit zunehmender scheinbarer Dichte des verpressten aluminothermischen Gemisches beträchtlich verringert werden.
In den Fig. 6 und 7 sind zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Schweissmaterials in zwischen zwei miteinander zu verschweissende Werkstücke angeordneter Lage dargestellt. Die miteinander zu verschweissenden Werkstücke sind in den Fig. 6 und 7 mit dem Bezugszeichen -3 bzw. 4--versehen, und liegen in Fig. 6 einander stumpf gegenüber, bilden jedoch in der Anordnung gemäss Fig. 7 eine V-förmige
Stossfuge.
Im Raume zwischen den miteinander zu verschweissenden Werkstücken ist das erfindungsgemässe
Schweissmaterial angeordnet, das aus dem verpressten aluminothermischen Gemisch--l--und dem dieses verpresste aluminothermische Gemisch umgebenden Behälter -2-- besteht. In der so aufgebauten Schweissanordnung--S--ist die Höhe des verpressten aluminothermischen Gemisches grösser als die Stärke der miteinander zu verschweissenden metallischen Werkstücke, um in verlässlicher Weise im Bereiche der nach dem Zünden des aluminothermischen Gemisches entstehenden Schweissnaht auch eine über die Oberseite der miteinander zu verschweissenden Werkstücke hervorstehende Schweissraupe zu erhalten, welche nach dem Erkalten der Schweissstelle in üblicher Weise entfernt, beispielsweise abgeschliffen werden kann,
womit die Gewähr dafür gegeben ist, dass eine zur Gänze ausgefüllte Schweissnaht erhalten wird. Es wurde gefunden, dass eine die Stossfuge zwischen den miteinander zu verschweissenden Werkstücken zumindest zur Gänze ausfüllende Schweissnaht dann erhalten werden kann, wenn die Höhe des verpressten aluminothermischen Gemisches das 1, 9fache der Stärke der zusammenzuschweissenden metallischen Werkstücke beträgt.