Verfahren zum Schweissen im Schmelzfluss Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Schweissen durch Niederschmelzen von Schweiss metall zwischen den Rändern der zu verbindenden Metallteile.
Es ist höchst wichtig für das Metall an einer Stumpfschweissstelle, die auf diese Weise aufgebaut ist, dass es sich homogen durch die Dicke der zu verbindenden Teile erstreckt, damit an der Verbin dungsstelle eine maximale Festigkeit erhalten wird, und in der Tat ist es von Vorteil, wenn die Ober fläche der Schweissnaht auf beiden Seiten leicht kon vex ist, was die Gewähr bietet, dass die Schweissnaht mindestens so dick ist wie die durch sie verbundenen Teile.
Um dessen sicher zu sein und um eine von Vertiefungen, Oberflächenporosität oder andern Un regelmässigkeiten freie Schweissnaht herzustellen, ist es gebräuchlich, die Schweissnaht von beiden Seiten her aufzutragen, wobei zuerst von einer Seite eine Hauptschweisslage (oder eine Anzahl von Haupt schweisslagen) aufgetragen wird, worauf die Unter seite dieser Lage abgeschabt wird, und eine Dich tungslage (oder eine Anzahl von Dichtungslagen) wird schliesslich von der andern (abgeschabten) Seite her aufgetragen. Immerhin ist es manchmal unmöglich und oft nicht angebracht, zum Abschaben und ab schliessenden Schweissen an die Unterseite heranzu kommen, wie es bei doppelwandigen Kesseln und Kesseln so kleinen Ausmasses, dass nicht leicht in ihnen gearbeitet werden kann, selbst wenn ein Arbei ter überhaupt hinein kann, der Fall ist.
Versuche, nur von einer Seite her zu schweissen, führen nur zu verschiedenen Nachteilen. Es ist selten möglich, eine einheitliche Verbindung zwischen den Rändern der Teile zu erhalten, und selbst geringe Unregelmässigkeiten in der Verbindung haben die Tendenz, weitgehende Veränderungen im Aussehen der Unterseite zu bilden. Ungenügendes Durchdrin- gen zur andern Seite bei dichtem Passen kann eine rissähnliche Spur längs der Naht zurücklassen, welche der Sitz von möglichen Korrosionsschwierigkeiten und Ermüdung oder andern Unzulänglichkeiten sein könnte. Bei einer offenen Passung kann das Schweiss metall unter die Oberfläche vordringen und vor springende Kugeln von stark oxydiertem Metall zu rücklassen.
In extremen Fällen kann die Energie des Schweisslichtbogens ein Loch in die aneinanderstossen den Ränder brennen, wobei diese Beschädigung sehr schwer, wenn nicht unmöglich, befriedigend wieder aufgefüllt werden kann.
Die Unzugänglichkeit der andern Seite mag es in gleicher Weise unmöglich machen, eine starre Brücke anzubringen (und anschliessend wegzunehmen), gegen welche das Schweissmetall angelegt werden kann, selbst in dem Fall, wo eine solche Brücke richtig geformt und mit den Teilen verbunden werden kann, ist ein solches Vorgehen, wenn ausführbar, doch lästig und kostspielig.
Zudem ist das Schweissen von sehr dünnen Ble chen wegen des leichten Durchbrennens schwierig, dann macht es die Dünne der Bleche und ihrer Be reitschaft sich zu wellen schwierig, den nötigen guten Kontakt zwischen ihnen und einer starren Brücke, die sich auf der Unterseite befindet, beizubehalten, selbst wenn die Unterseite zugänglich ist.
Gemäss dem Verfahren nach vorliegender Erfin dung zum Schweissen zweier ferromagnetischer Teile werden diese Teile mit aneinanderstossenden Rändern in richtiger Stellung gesichert, um ein niedergeschmol zenes Schweissmetall von der Vorderseite her aufzu nehmen, wobei zwischen den aneinanderliegenden Rändern ein Magnetfeld angelegt wird und an der Rückseite der Teile ein Pulver angebracht wird, das in seiner Zusammensetzung mindestens zu 500/o ferromagnetisch ist, so dass eine zusammenhängende Brücke gebildet wird, und dass mit der Brücke aus dem Pulver auf der Rückseite der Teile, das für das geschmolzene Schweissmetall eine Stütze bildet, die Schweissung durchgeführt wird.
Zur Erzeugung des magnetischen Feldes kann ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet ver wendet werden, und es können so viele Magnete ver wendet werden, als nötig sind, um eine ununterbro chene Länge der Stützbrücke über die Länge der in einem Durchgang auszuführenden Schweissnaht zu erzeugen; aber es gibt, wie nachstehend beschrieben, Umstände, bei denen ein einzelner Magnet genügt.
Wo zwei oder mehr Magnete verwendet werden, sind sie einander nahe genug, um eine starke Pulverbrücke über die durch diesen Abstand bestimmte Länge zu gewährleisten, und durch passend nahe Anordnung kann eine solche Brücke aufrechterhalten werden, wenn irgendein Magnet weggenommen wird, um kon tinuierliches Schweissen über die Länge, die vorher durch den Magneten besetzt war, zu erlauben, wie es für ununterbrochenes Schweissen, z. B. durch eine Maschine, wünschbar sein mag.
Mit schnell auf der zugänglichen Aussenseite an bringbaren Magneten kann das magnetische Pulver in passender Menge auf der andern Seite angebracht werden, selbst wo das Herankommen schwierig ist, zum Beispiel durch die Verwendung eines nicht magnetischen Rohres, dessen Mundstück nahe an der Schweissnaht vorbeigezogen werden kann. Wenn die Magnete entfernt werden, nachdem die Pulver brücke die Auflage einer kräftigen Lage des Metal les gestattet hat, wird das Pulver von den Teilen gelöst, welche entweder durch die Schweisshitze ent magnetisiert werden oder speziell für diesen Zweck erwärmt werden, und dann kann das Pulver zurück gewonnen werden.
In oft vorkommenden Fällen, wo mehr als eine Schweissmetallage nötig ist, erlaubt das Entfernen der Magnete nach der ersten Auflage der Hitze der folgenden Schweissung, die gewünschte Ent- mägnetisierung der Teile zu bewirken.
Das Verfahren nach der Erfindung kann bei elektrischem Schweissen und beim Gas-Schweissen angewendet werden und für senkrechte, geneigte wie auch für waagrechte Schweissungen.
Die mechanische Stütze der magnetischen Brücke, die bestrebt ist, sich selbsttätig wieder zu bilden, wenn die Energie des Schweisslichtbogens sie zufäl lig stören sollte, ist bemerkenswert gut, und sie kann längs der Schweissnahtlinie sehr regelmässig sein, so dass die Rückseite der Schweissnaht ein gutes regel mässiges Aussehen hat. Aber da die Brücke nicht ganz starr ist, hat die Rückseite der Schweissnaht die Tendenz, etwas vorzuspringen, wodurch gewähr leistet wird, dass die fertige Schweissnaht mindestens so dick ist wie die Ränder der Teile. Jegliche Pulver einschlüsse in der Schweissnaht streben darnach, sich in diesem Vorsprung abzulagern.
Immerhin kann in vielen Fällen ein solcher Ein schluss von geringen Folgen sein. Daher kann, wenn beim Schweissen von Flussstahl oder niedriglegiertem Stahl Eisenpulver verwendet wird, die Verdünnungs wirkung des Eisenpulvers bei einer ersten Lage sehr klein sein. Ist selbst dies unerwünscht, so kann das verwendete Pulver aus einer Legierung bestehen, die derjenigen der notwendigerweise magnetischen Teile, die geschweisst werden, entspricht, und zwar entweder vorlegiert oder aus einer Mischung mit den verlang ten Verhältnissen der einzelnen Pulver der Legie rungsbestandteile bestehend.
Es kann aber auch ein magnetisches Keramik pulver verwendet werden, wobei dessen feuerfester Charakter Diffusion seiner Bestandteile in die Schweissnaht verhindert.
Es können Mischungen verschiedener Pulver ver wendet werden, vorausgesetzt, dass mindestens 50 /o des Ganzen ferromagnetisch sind, und zwar mit dem Zweck, dem ganzen Pulver zu gestatten, sich in einer stützenden Brücke zu halten. So kann nicht magnetisches Metall oder eine nichtmagnetische Legierung oder feuerfestes Material enthalten sein. Auch kann es von Vorteil sein, ein Flussmittel in Pulverform einzuschliessen, was eine bessere und sauberere Rückseite der Schweissnaht begünstigt.
Die Bequemlichkeit beim Schweissen von Längs-, Rund- und andern Nähten von Kesseln, die nicht leicht zugänglich sind, was die Rückseite der Schweiss nähte anbelangt, ist offensichtlich. Es kann aber selbst von Vorteil sein, die magnetische Brücke zu verwenden, wenn der Zugang verhältnismässig leicht ist, um ein Abblättern und Schweissen von der Rück seite her zu vermeiden.
Das Verfahren nach der Erfindung soll nun an Hand der beiliegenden Zeichnung, welche beispiels weise Ausführungsarten darstellt, erläutert werden, und zwar zeigt: Fig.l eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Paares von Rohren, deren Enden aneinander- geschweisst werden sollen, Fig. 2 ein Schaubild zu Fig. 1, Fig.3 die Draufsicht eines Ausschnittes eines Paares von mit den Rändern zusammenzuschweissen den Platten, Fig. 4 ein Schaubild zu Fig. 3, Fi,5 eine Endansicht eines mit den Rändern zusammenzuschweissenden Plattenpaares,
Fig. 6 das Schaubild eines unter einem Winkel zusammenzuschweissenden Plattenpaares und Fig. 7 eine Endansicht von vier zu einem Schach telteil zusammenzuschweissenden Platten.
Eine Anwendung der Erfindung, dargestellt in den Fig. 1 und Fig. 2, ist das Schweissen am Umfang von Rohren, deren Durchmesser so klein ist, dass jedes vernünftige Herankommen zur Innenseite der Schweissnaht ausgeschlossen ist. In solchen Fällen genügt ein einzelner Permanentmagnet 1, der einen Teil der Enden der zwei Rohre 2 respektive 3 über brückt, um am Umfang eine vollständige Brücke 4 aus magnetischem Pulver, das auf der Innenseite der Rohre 2, 3 angebracht wird, zu bilden.
Eine andere Anwendung ist das Verbinden zweier Platten mit ihren Rändern, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Platten 5, 6 werden mit einem Spalt 7 zwischen ihren Rändern angeordnet. Magnete 8 wer den über den Zwischenraum gelegt und werden in passendem Abstand voneinander gehalten. Magne tisches Pulver wird auf die Rückseite der Platten in der Umgebung des Zwischenraumes 7 gebracht und bildet eine Brücke 9, die eine konvexe äussere Ober fläche aufweist, wobei eine Tendenz für einen Teil des Pulvers besteht, in den Zwischenraum 7 einzu treten, woraus es vor dem Schweissen entfernt wer den kann. Die Pulverbrücke 9 bildet eine mecha nische Stütze für geschmolzenes Schweissmetall, das in den Zwischenraum 7 eingeführt wird, wenn die Platten 5, 6 verschweisst werden.
In einem Ausfün- rungsbeispiel wurden zwei Flussstahlplatten, wobei jede 3,17 mm dick war, Rand an Rand gelegt, so dass ihre anliegenden Ränder 1,58 mm voneinander entfernt waren. Eine Mehrzahl von Magneten wurde so angelegt, dass sie die zwei Platten überbrückten, wobei jeder Magnet aus Alcomax II bestand und einen totalen Kraftlinienfluss von 12 500 Linien auf wies. Die Magnete wurden in Abständen von 152,4 mm gehalten. Handelsübliches Eisenpulver wurde auf die Rückseite der zwei Platten in der Umgebung des dazwischenliegenden Zwischenraumes gebracht, worauf unter Verwendung von einer 10 S. W. G. Typ-E-217-Elektrode bei Wechselstrom von 100 Volt bei offenem Stromkreis und einem Schweissstrom von<B>125</B> Ampere geschweisst wurde.
Eine gleichmässig Schweissnaht mit einer leicht kon vexen Rückseite resultierte. Als die Schweissung unter denselben Bedingungen, aber ohne Magnete und Eisenpulver, wiederholt wurde, wurden die Platten stark verbrannt, und es ergab sich eine unregelmässige und narbige Rückseite der Schweissnaht.
Wo relativ dicke Platten stumpf miteinander zu vereinigen sind, ist es üblich, die aneinanderzufügen den Ränder der Platten abzuschrägen und die so ge bildete V-förmige Nut mit Schweissmetall zu füllen. Die Erfindung kann bei dieser Art des Schweissens, wie in Fig. 5 gezeigt, angewendet werden, wo zwei relativ dicke Platten 10 respektive 11 ihre aneinan derzufügenden Ränder, mit Ausnahme eines kleinen Teils an den benachbarten Unterseiten, abgeschrägt haben. Ein oder mehrere Magnete 12 und magne tisches Pulver werden zur Bildung einer Brücke 13 auf der Unterseite der benachbarten Kanten verwen det, wobei ein enger Spalt 14, der von Pulver gerei nigt wird, zwischen den benachbarten, rechteckig abschliessenden Endteilen belassen wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel hatten zwei 19,05 mm dicke Flussstahlplatten ihre zu verschweissenden Ränder mit Ausnahme eines<B>3,175</B> mm dicken, rechteckig ge lassenen Fussquerschnittes um 45 abgeschrägt. Die Platten wurden mit den Fussquerschnitten um <B>3,175</B> mm voneinander entfernt gehalten, -und Ma gnete, ähnlich den im vorgängigen beschriebenen Beispiel, wurden 152,4 mm voneinander entfernt an geordnet. Handelsübliches Eisenpulver wurde auf die Unterseite der Platte in die Nähe der anliegenden Ränder gebracht, worauf mit einer 8 S. W. G. Typ-E- 217-Elektrode bei Wechselstrom von " 100 Volt bei offenem Kreis und einem Schweissstrom von 160 Am pere geschweisst wurde. Es wurde eine gleichmässige Schweissnaht mit einer leicht konvexen Unterseite erzielt.
. Das Zusammenschweissen relativ dicker Platten unter einem Winkel ist eine weitere Anwendung der Erfindung, wie dies Fig. 6 zeigt. Eine Platte 15, die in vertikaler Lage mit einer horizontal angeordneten Platte 16 verbunden werden soll, hat ihre anliegen den Ränder abgeschrägt, so dass sie eine V-förmige Nut zwischen dieser Kante und dem anliegenden Randteil der Platte 16 bildet. Ein oder mehrere Ma gnete 17 und auf hinter der Platte 15 gebrachtes magnetisches Pulver werden verwendet, um eine Pulverbrücke 18 zu bilden, wobei ein kleiner Spalt zwischen den zwei Platten gelassen wird, worauf ge schweisst wird. Wenn gewünscht oder wenn dienlich, kann der Randteil der horizontalen Platte 16 eben falls abgeschrägt sein, und eine rechteckige Fuss kante kann am Rand der Platte 15 vorgesehen wer den.
Bei einem Ausführungsbeispiel wurden 12,7 mm dicke Flussstahlplatten, die an den Rändern aneinan- derzufügen waren, im rechten Winkel zueinander angeordnet, wobei der Rand einer Platte und der anliegende Randteil der andern Platte zur Bildung einer V-förmigen Nut abgeschrägt waren. Eine Mehr zahl von Alcomax-II-Magneten, wobei jeder einen totalen Fluss von 34000 Kraftlinien aufwies, wurden in einem Abstand 304,8 mm voneinander gehalten. Geschweisst wurde mit einer 8 S. W. G. Type-E-217- Elektrode bei Gleichstrom von 100 Volt bei offenem Stromkreis und einem Schweissstrom von 140 Am pere.
Handelsübliches Eisenpulver, das in die innere Ecke gebracht worden war, diente zur Bildung einer Brücke, so dass eine gleichmässige Schweissnaht mit einem ebenen, schmalen Durchfliessen des Schweiss metalles und kein Verbrennen der Platten auftrat.
Aus den drei vorstehend beschriebenen Beispie len ist ersichtlich, dass während des Schweissens längs der zu verbindenden Ränder jeder Magnet der Reihe nach weggenommen werden muss, wenn sich die Elek trode ihm nähert, um anschliessend wieder an seine vorherige Stelle gebracht zu werden, wenn sich die Elektrode weiterbewegt. In den ersten zwei Beispie len ist es nötig, einen Magnet ungefähr 12,7 mm vor der Elektrode wegzunehmen, um die Blaswirkung des Magneten auf den Lichtbogen zu vermeiden. Im dritten Beispiel ist der Abstand ungefähr 50,8 mm. Die jedem entfernten Magnet nächstliegenden ge nügen, um das magnetische Pulver in der der Schweisselektrode gegenüberliegenden Stellung zu halten, wenn sie sich längs der Schweissnaht bewegt.
Fig. 7 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eckweises Schweissen von Platten zur Bildung eines Schachtelteils, dessen Inneres ungenügend weit ist, um ein Schweissen von der Innenseite her zu erlau ben. Gegenüberliegende Platten 19, 21 des aus den vier Platten 19, 20, 21 bzw. 22 gebildeten Schachtel teils haben zwei abgeschrägte Längskanten mit Aus nahme eines kleinen, rechteckig abschliessenden Fuss teils. Ein oder mehrere Magnete 23 und magnetisches Pulver werden der Reihe nach verwendet, um eine Brücke 24 für die entsprechende Schweissnaht zu bilden. In Fig.7 sind zwei fertige Schweissstellen gezeigt.
Im allgemeinen ist die Stärke des magnetischen Feldes und/oder der Abstand der Mehrzahl von Ma gneten proportional zu der Dicke der Platten oder anderer zusammenzufügender Teile zu wählen. Trotz dem die Pulverbrücke die Tendenz hat, sich nur unter der Rückseite aufzubauen, kann ein wenig Pul ver den Weg in die Schweissfuge finden, die durch vorhergehendes Formen der Ränder von dickeren oder sehr dicken Teilen geformt wurde; es kann aber leicht entfernt werden und lässt somit den Grund der Fuge zur Aufnahme der ersten Lage frei.
Im Falle des Gas-Schweissens dünner Bleche folgt das magnetische Pulver während des Arbeitsganges jeder Wölbung oder andern Bewegung der Bleche und schafft eine solche Stütze, dass ein Verbrennen praktisch unmöglich ist. Genügend Pulver mag über dies in die Schweissnaht eingeschlossen werden, um die Verwendung eines besonderen Drahtes zur Schaf fung von Füllmetall überflüssig zu machen.
Trotzdem in den Anwendungen und in den vor hergehenden Beispielen Permanentmagnete beschrie ben wurden, können sie, wenn wünschbar, durch Elektromagnete ersetzt werden.
Es ist zu verstehen, dass, wenn auch vorstehend, von Rändern zweier getrennter Teile die Rede ist, auch zwei Ränder eines und desselben Teils gemeint sein können. So ist die Erfindung ebenfalls auf das Verbinden durch Schweissen von zwei Rändern eines Teils anwendbar, der so gebogen wird, dass diese Ränder aneinanderliegen, wie zum Beispiel beim Formen eines Rohres aus einem einzelnen gebogenen Materialstück durch Stumpfschweissen der Ränder.