CH443854A - Aluminothermisches Schweissverfahren - Google Patents

Description

  Aluminothermisches Schweissverfahren    Bei der bekannten aluminothermischen Verbin  dungsschweissung von Werkstücken, insbesondere von       Schienen,    ist es bekannt, die     Schweissquerschnitte    vor  dem Guss z. B. durch ein seitlich in den Giessformhohl  raum eingeblasenes und dort zur Entzündung gebrachtes  Brennstoff-Luft-Gemisch oder von oben her durch ober  halb der Giessform angeordnete, eine bandförmige  Flamme liefernde Brenner     vorzuwärmen.     



  Die zur Durchführung dieses Verfahrens     erforderli-          chen    Giessformen weissen dabei neben den     Kanälen     für die Zufuhr der     Brennstoffgemische    bzw.     Vorwärme-          flammen    und den Kanälen     für    den Einlauf und das  Aufsteigen des aluminothermisch erzeugten Stahles  Formenkanäle auf, durch die die Verbrennungsgase  bzw. Vorwärmeflammen nach Durchströmen der Form  nach aussen abgeführt werden.  



  Bei der Schienenverbindungsschweissung mit     Vor-          wärmung    der Schienenenden von oben her ist es z. B.  bekannt, Giessformen zu     verwenden,    die nach     Ansetzen     an die zu     schweissenden    Schienenenden     im        Bereich     der Zwischengusslücke oberhalb des Schienenkopfes  einen Vorwärme- bzw.

   Steigerkanal bilden, der sich  ganz oder     teilweise    über die Breite des Schienenkopfes       erstreckt    und     durch    den das von dem oberhalb den  Giessform angeordneten Brenner ausgehende Flammen  band in die Lücke zwischen die eingeförmten Schienen  enden     schlägt.     



  Diese Formen weisen weiterhin für     die    Führung  des aluminothermisch erzeugten Stahles nahezu sich  senkrecht in der Form erstreckende Einlaufkanäle auf,  die im     allgemeinen    im Bereich oberhalb. ödes Schienen  fusses beiderseits .des Schienensteges in den Giessform  hohlraum münden und     gegebenenfalls    ausserdem über       Anschnitte        mit    dem den     Schienensteg    und -kopf um  gebenden Giessformhohlraum in Verbindung stehen.  



  Ferner sind in der     Form    im Bereich der Schienen  fusskanten in den Giessformhohlraum mündende und den  Einlaufkanälen nahezu parallel verlaufende Formen  kanäle angeordnet, die oben aus der Form austreten.  Diese Kanäle haben im wesentlichen die Aufgabe, eine    einwandfreie Wärmeabgabe der bei der Vorwärmung  von oben her in den Steigerkanal schlagenden Flammen  in diesen Bereichen zu ermöglichen und :die Verbren  nungsgase aus der Form abzuführen. Die Einlauf  kanäle, die in ihrer Anordnung und in ihrem Quer  schnitt auf die erforderlichen Giessbedingungen abge  stimmt sind, reichen dabei allein für     eine        einwandfreie     Vorwärmung dieser äusseren Schienenfusszonen und der  Abfuhr der Verbrennungsgase nicht aus.

   Die in den  Giessformen für die Abfuhr der Verbrennungsgase bzw.  Vorwärmeflammen angeordneten Formenkanäle haben  jedoch den Nachteil, dass beim Einguss des     alumino-          thermisch    erzeugten Stahles     @in    die Form der heiss  flüssige Stahl nicht nur die Lücke zwischen den Werk  stück- bzw. Schienenenden, sondern     gleichzeitig    auch  die mit dem Giessformhohlraum verbundenen Kanäle,  die für den Abzug der Verbrennungsgase bzw. der  Vorwärmeflammen vorgesehen sind, füllt. Hierdurch  wenden die Werkstückzonen im Bereich dieser Kanäle  von einer heissflüssigen Stahlmenge durch- bzw. um  spült, :die in vielen Fällen weit grösser ist, als deren  Aufschmelzung erfordert.

   Dadurch :entstehen in diesen  Bereichen unerwünscht breite Aufschmelzzonen, die  durch die nachfolgende Abkühlung     bedingte,    erhöhte  Schrumpfspannungen und damit die Gefahr der Riss  bildung zur Folge haben können. Ausserdem bedingt  eine solche schweisstechnische     unerwünschte,    grössere  Füllung dieser Kanäle mit Stahl eine     Vergrösserung     der Schweissgutverluste und damit in vielen Fällen die  Verwendung einer     grösseren    Schweissportion, als für eine  ordnungsgemässe Schweissung erforderlich sein würde.  



  Der Erfindung     liegt    die Aufgabe     zugrunde,    diese  Nachteile zu beseitigen. Dies gelingt durch ein     alumino-          thermisches    Schweissverfahren mit Vorwärmung den  mit einer Lücke     verlegten,    eingeformten Werkstück  enden unter     Verwendung    einer Giessform, in der ausser  den Einlaufkanälen Formenkanäle für den Abzug der       Vorwärmeflammen    bzw.

   Verbrennungsgase angeordnet  sind, wobei das Verfahren gemäss der Erfindung da  durch     gekennzeichnet        ist,    dass nach der     Vorwärmun;g         der zu schweissenden Werkstückenden,     die    für den  Abzug der Vorwärmeflammen bzw. Verbrennungsgase  in der Giessform angeordneten und mit dem Giessform  hohlraum verbundenen Formenkanäle durch Verschluss  stücke ganz oder teilweise verschlossen werden.  



  Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfah  rens können vorzugsweise Verschlussstücke mit einer  den Kanalquerschnitten entsprechenden     Querschnitts-          form    aus Stahl- oder Eisenwerkstoffen verwendet wer  den, wobei -die mit dem aluminothermisch erzeugten.  Stahl in Berührung kommenden Stirnflächen mit     Vor-          teil    durch Bestreichen mit einer     feuerfesten    Masse,  wie z. B. plastischen Formsand oder Graphit, vor An  schweissen geschützt werden. Ferner     können    auch aus  feuerfestem     Material,    wie z.

   B. aus Schamott!, oder  aus CO2-gehärtetem Formsand, vorgefertigte Ver  schlussstücke verwendet werden, die jedoch gegen Hoch  steigen in den Kanälen beim Einguss des Stahles in die  Form     gesichert    werden müssen.  



  Bei Serienschweissungen, wie z. B. von Schienen  schweissungen, können die der Vorwärmung dienenden  Kanäle     in    der Giessform mit unterschiedlichen Quer  schnittsabmessungen vom Giessformhohlraum aus nach  oben verlaufen, wobei z. B. bei den Schienenschweiss  formen die von dem Bereich oder Schienenfusskanten  ausgehenden Kanäle bis zu einer     bestimmten    Höhe  den erforderlichen und von :da ab einen     erweiterten     Querschnitt aufweisen, so dass die den erweiterten  Querschnitten angepassten Verschlussstücke zwangläufig  nur bis zu den Querschnittsübergängen in die  Kanäle eingeführt werden können.

   Die Höhe der     mit     geringerem Querschnitt verlaufenden Abschnitte der  Formenkanäle, die nach oben durch die Verschlussstücke  begrenzt werden, richtet sich dabei nach der in den       verbliebenen        Kanalhohlräumen    aufzunehmenden, der  Spülung dienenden Stahlmenge, die für eine Aufschmel  zung dieser Zonen als schweisstechnisch günstig er  mittelt wurde.  



  Schwierigkeiten ergeben sich :dann, wenn die For  menkanäle gleichbleibende Querschnittsfläche und -form  aufweisen. Für diesen Fall sieht     die    Erfindung zur  Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung vor,  die gekennzeichnet ist durch Verschlussstücke mit einer  den Kanalquerschnitten entsprechenden     Querschnitts-          form    und mit im oberen Teil angeordneten, verstell  baren     Begrenzungsstiften    bzw. Anschlägen, die nach  Einführen der Verschlussstücke in die Form auf dem  Formrand aufliegen. Die Verschlussstücke können dabei       Bohrungen    aufweisen, in welche je nach     erwünschter     Einführtiefe die Begrenzungsstifte eingeschoben werden.  



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren und die Vorrich  tung zu dessen Durchführung soll anhand     einer    Zeich  nung in vereinfachter Darstellung am Beispiel der  Schienenverbindungsschweissung mit Vorwärmung der  Schienenenden von oben her näher     erläutert    werden,  und es zeigt:

    Fig. 1 die eingeformten Schienenenden mit einem  oberhalb der Giessform angeordneten Vorwärmebrennen  in perspektivischer Ansicht,  Fig. 2 einen Schnitt gemäss der Linie A-B der  Fig. 1,  Fig. 3 die Schienenenden mit Giessform und ein  geführten, erfindungsgemässen Verschlussstücken in der       Perspektive,     Fig. 4 die die Schienenenden umgebende Giessform  mit eingeführten Verschlussstücken gemäss dem Schnitt  C-D der Fig. 3 mit oberhalb der Giessform angeordne-    tem Reaktionstiegel beim Einguss des aluminothermisch  :erzeugten Stahles     in    die Form.  



  Gemäss den Fig. 1 bis 4 werden die zu schweissenden,  mit einer Lücke verlegten Schienenenden 1 und 2 mit  einer oben offenen Giessform 3 umgeben, die vom  Bereich der Schienenfusskanten ausgehende Kanäle 4  aufweist, die in den die Schienenenden umgebenden  Giessformhohlraum 5 münden und oben aus der Form       austreten.    Oberhalb des Schienenkopfes     geht,    der Giess  formhohlraum 5 in einen Steigerkanal 6 über, in bzw.  über dem für die Vorwärmung der zu schweissenden  Schienenenden 1 und 2, z. B. ein Band- bzw.     Brause-          brenner    7, angeordnet ist.

   Ferner weist die Form für  die Führung des aluminothermisch erzeugten Stahles  Einlaufkanäle 8 auf, die oberhalb des Schienenfusses und  über Anschnitte 9 und 10 in den Giessformhohlraum  münden.  



  Bei der Vorwärmung schlägt gemäss den Fig. 1  und 2 das vom Vorwärmebrenner 7 ausgehende Flam  menband durch den Steigerkanal 6 in die Lücke zwi  schen die eingeformten Schienenenden 1 und 2,     wobei.     die in der Fig. 2 durch Pfeile angedeuteten Flammen  im Bereich .des Schienenfusses     umgelenkt    und nach  Abgab:, ihrer Wärme durch die Kanäle 4 und zu     einem     geringen Teil durch die Einlaufkanäle 8 nach aussen  abgeführt werden. Die im Bereich der Schienenfuss  kanten angeordneten Kanäle 4 ermöglichen dabei eine  ausreichende Vorwärmung dieser Schienenfussbereiche  und die gleichzeitige Abfuhr der Vorwärmeflammen  bzw. Verbrennungsgase.  



  Haben die zu schweissenden Schienenenden die er  forderliche Vorwärmetemperatur erreicht, wird der Vor  wärmebrenner 7 entfernt und in die Kanäle 4 werden  gemäss den Fig. 3 und 4 Verschlussstücke 11, deren       Stirnflächen    mit     einer    feuerfesten Masse bestrichen  wurden, so weit eingeführt, bis die     Begrenzungsstifte     bzw. Anschläge 12 auf der Form aufliegen. Die Ver  schlussstücke 11 sind dabei so bemessen, dass .ein geringer  Spalt zwischen Verschlussstücken und Kanalwandungen  bestehen bleibt, um eine Entlüftung des Giessformhohl  raumes in diesem Bereich beim Einguss des     alumino-          thermisch    erzeugten Stahles zu ermöglichen.  



  Anschliessend wird der Steigerkanal 6 durch -einen  feuerfesten Riegel 13 abgedeckt und der Einguss des in  dem Reaktionstiegel 14 aluminothermisch erzeugten  Stahles 15 in die Form -in bekannter Weise durchgeführt.  Der Giessstrahl ergiesst sich dabei auf den Riegel 13,  von wo er über die Einlaufkanäle 8 und über An  schnitte 10 und 9 dem die Schienenenden umgebenden  Giessformhohlraum 5 zugeführt wird.

   Erfindungsgemäss       bewirken    dabei die in die Kanäle 4 eingeführten und die  Füllhöhe dieser Kanäle bagrenzenden Verschlussstücke  11, dass nur so viel die Schienenzonen in diesen Berei  chen umspülender Stahl nach Abgabe seiner Wärme  in     diesen    Kanälen aufgenommen wird, wie zu     einer     schweisstechnisch günstigen     Aufschmelzung        @dieser    Zo  nen erforderlich ist.  



  Nach dem Guss werden die gegen Anschweissen       gesicherten        Verschlussstücke    11 aus der Form heraus  gezogen und sind damit wieder für den     Einsatz    bei       weiteren        Schweissungen    verwendbar.     Die    Abnahme der  Giessform     sowie    die Bearbeitung :der Schweissstelle er  folgen anschliessend in bekannter Weise.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Aluminothermisches Schweissverfahren mit Vor- wärmung der mit einer Lücke verlegten, eingeformten Werkstückenden unter Verwendung einer Giessform, in ,der ausser den Einlaufkanälen Formkanäle für den Abzug der Vorwärmeflammen bzw. Verbrennungsgase angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Vorwärmung der zu schweissenden Werkstückenden die für den Abzug der Vorwärmeflammen bzw. Ver brennungsgase in der Giessform angeordneten und mit dem Giessformhohlraum verbundenen Formenkanäle durch Verschlussstücke ganz oder teilweise verschlossen werden. II.

   Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch Ver- schlussstücke mit einer den Kanalquerschnitten ent sprechenden Querschnittsform und mit im oberen Teil angeordneten, verstellbaren Begrenzungsstiften bzw. An schlägen, die nach Einführen der Verschlussstücke in der Form auf dem Formenrand aufliegen. UNTERANSPRUCH Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass die Verschlussstücke aus Stahl oder Eisenwerkstoff bestehen und an ihren mit dem alumino- thermisch erzeugten Stahl in Berührung kommenden Stirnflächen mit einer feuerfesten Masse versehen sind.