DD141797A5 - Verfahren und vorrichtung zum schweissen von metallischen,geschuetzten werkstuecken - Google Patents
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen von metallischen, geschützten Werkstücken. . -
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen von metallischen, geschützten Stücken, z.B. Profilen oder Blechen, die mit einem Material verkleidet sind, das bei einer wenig erhöhten Temperatur verflüchtigbar bzw. verdampfbar ist, wobei diese Temperatur jedenfalls unter der Schweiß- oder Löttemperatur von Stücken liegt, z.B. Zink, Kunstharz usw·., und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, daß ein Teil der mit einer Verkleidung verschweißten Werkstücke beschädigt wird oder sogar ausfällt* Dabei ist ee notwendig, entweder"auf den Zusammenbau mittels Schweißens dadurch zu verzichten oder auf andere Zusammenbau techniken , wie Z0B. Verschrauben oder !Falzen bzw. durch Kerben Fügen, zurückzugreifen. Wird aber doch mit dem Zusammenbau durch Schweißen gearbeitet, dann ist mit einer letzten Behandlung der Oberfläche weiterzumachen, um diese zu regenerieren.
Die bekannten Verfahren bieten Nachteile, Das Verschrauben und Falzen hat sich als sehr kostspielig und.in keinem Falle geeignet erwiesen, zn einem wirklich dichten Zusammenbau zu
Berlin,d.27.4.T979 AP B23K/21O 12?
führen, der in einer gewissen Anzahl von Anwendungsfallen verlangt wird. Die letzte-Behandlung- führt zu- einer zusätzlichen Herstellungstätigkeit, und wenn diese letzte Behandlung mit Hilfe.eines Bades erfolgt, wie es beim Verzinken und gewissen Verkleidungstechniken durch eine Farbschicht der Fall ist, kann diese Tätigkeit nicht bei dem Zusammenbau von sehr groß'en Teilen-durchgeführt werden, die im übrigen schwierig zu; handhaben'sind* -
Beim Widerstandsschweißen von Stücken, die. mit einem isolierenden Schutzmantel verkleidet sind, wurde bereits vorgeschlagen, auf die zu schweißenden. Stücke in dem Bereich;, wo die Elektroden arbeiten t ein Fließmittel aufzutragen, das eine* Substanz."*enthält, die elektrisch .leitfähig ist und die gekühlt worden kann, so daß die Schweißelektroden gleichzeitig gekühlt und gesäubert v/erden· Als Fließmittel wird' gekühltes Wasser verwendet. Diese Technologie ist spezifisch für das Widerstandsschweißen vorgesehen und kann auf keinen Fall beim elektrischen Bogenschweißen verwendet werden» An- ' dererseits ist die Verwendung von Wasser, das einfach in die Zwischenzone Elektrode - Werkstück ausgegossen wird, mehr nachteilig als nützlich» Durch das Wasser'wird nicht nur das gute.funktionieren des Bogens gestört? sondern wegen der notwendigen Begrenzung der Kühltemperatür werden erhebliche Mengen an Wasser erforderliche Dadurch' wird beim Kühlen des Körpers der Werkstücke das SchweiSbad erheblich'gestört und sogar seine Bildung·-unterbunden«
Es ist das Ziel der Erfindung, eine ökonomische Schweißverbindung von Werkstücken zu erzielen, ohne die auf mindestens einer Fläche, dieser Werkstücke angeordnete Verkleidung- zu beschädigen« ·
- 3 ~ Berlin,d,27.4'. 1-979 . AP B23K/210 127
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schweißen von metallischen, geschützten Werkstücken, bei denen das als Schutz verwendete Material bei geringeren Temperaturen als der Schweiß'temperatür verflüchtig- bzw» verdampfbar ist, und eine Vorrichtung zur Durchführung; des Verfahre-ηs zu schaffen«
Erfindungsgemäß' wird die Aufgabe dadurch"gelöst, daff die Unterkühlung ausschließlich im Hinblick auf die Verkleidung in einer Zone auf der Rückseite der Schweiß'zone vorgenommen wird und das gekühlte Fließmittel ein bei sehr tiefer Temperatur sich befindendes kryogenes oder Tiefsttemperaturfließmittel, ZeB8 flüssiger Stickstoff ist« Diese Doppelbedingung der Betriebsart gemäß der Erfindung erlaubt das Erhalten des berechneten Resultates. Wenn in der Schweißzone die Wirkung des gekühlten Fließmittels strikt auf die Rückseite der Schweißzone beschränkt wird, werden die möglichen Störungen des Schweißbetriebes auf ihr Minimum zurückgeführt.
Es ist eine Form der Erfindung, daß eine Vorkühlung der Verkleidung sichergestellt wird, nicht ohne daß diese vorher der Schweißtätigkeit unterworfen wird und die Zufuhr von Tief st temp era turf ließraittel in Punktion derjenigen Temperatur reguliert wird,, die auf den zu schweißenden Werkstücken an der Stelle der Verkleidung aufgenommen wird« lach einer Ausgestaltung der Erfindung ist..es'möglich,- daß die Kühlungder Verkleidung im wesentlichen durch die Leitung zwischen einem gekühlten. Schuh und der Verkleidung vorgenommen wird, wobei die Kühlung der Verkleidung ebenso durch Konvektion von Dämpfen des 'Tiefst tempera turf ließmittels vorgenommen v/irde .
1012 7 - 4 - Berlin,d.2714.1979
AP B23K/21O 127
Außerdem stellt die Verwendung eines Fließmittels bei sehr tiefer Temperatur eine für den Erfolg wichtige Bedingung dars denn im Gegensatz av Wasser kann der Stickstoff.in. geringer Menge ausgeschüttet werden»
Wichtig· ist di:e thermisch große Überführung, durch die das-Schweißbad nicht gestört wird··
Fach, einer Ausbildung- der Erfindung- ist es vorteilhaft? daß' die. Kühlmittel einen.Kühlschuh mit einer Versorgungsleitung mit'Ventil und eine. Wand aus einem Material aufweisen, welches thermisch leitet und dem 'au- schweißenden Werkstück angepaßt ist und daß Doppel-Vox-kühlschuhe mindestens einen anderen Kühlschuh, aufweisen, der zu dem anderen Kühlschuh versetzt ist©
Es ist weiterhin.vorteilhaft, daß" die Schweißmittel und der Kühlschuh auf Halterungsmitteln montiert sind, die für identische und synchrone Bewegungen anregbar sind und die Halterungsmittel mit den Schweißmitteln Brenner, Zuführdraht und dem Kühlschuh gemeinschaftlich sind;
Im Sinne der Erfindung· ist es, daß ein Kühlschuh· ein Gehäuse aufweist, das mit einer Versorgungsleitung· ausgestattet ist und mit Öffnungen'zur freien Luft in der Nachbarschaft der Zinkschutz Verkleidung versehen ist, die Öffnungen in einer Wand des Gehäuses vorgesehen sinds die Öffnungen in der entsprechend angepaßten Berühruiagsoberflache angeordnet sind·
- 5 ~ Berlin,d.27.4.1973
AP B23K/2T0
Es ist zu erkennen, daß diese intensive, örtliche Kuhltechnik nichts mit derjenigen Technik gemein hat, die zur Vermeidung· von Deformationen infolge thermischer Schweißtchocks darin besteht, die ganze· au- verschweißende Verbindung- durch eine Stütze für das umwälzen des Kühlwassers zul kühlen·. Es handelt sich dort ausschließlich um metallische Werkstücke ohne Verkleidung und um ein Kühlens welches ganz und gar durch ein Fließmittel·-starken WanneVermögens, aber bei schwach gekühlter Temperatur derart erfolgt·, daß' in der Nachbarschaft des Schweißbares eine Temperatur sichergestellt wird j die unter der atmosphärischen Temperatur liegt, um ganz sicher jeglichen Wärmeübergang1 seitlich quer zum Werkstück zu· vermeiden, wodurch es sonst deformiert.würde· ¥ach dem erfindungsgomäßen Verfahren beabsichtigt man keineswegs die Absenkung; der Temperatur der Verkleidung, sondern nur die Beschränkung ihres Anstiegs, um sie diesseits der Vorflüchtigungs— oder Schmelztemperatur zu1 halten·
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, der Erfindung wird eine Vorkühlung der Verkleidung sichergestellt, nicht ohne daß diese vorher der Schweiß~tätigkeit unterworfen wurde«
Die Erfindung betrifft ferner eine Schweißvorrichtungmit Schweißmitteln und Kühlmitteln,"die im Hinblick auf diese Schweißmittel und im Abstand von diesen arbeiten, und die^ Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß di'ff Kühlmittel · einen Kühlschuh aufweisen-mit einer Versorgungsleitung mit Ventil und einer Wand aus thermisch! leitfähigem Material, das in Übereinstimmung- mit dem zu schweißenden Werkstück steht· Der Schuh hat Quer- und Längsverlängerungen bezüglich der Verbindung, die strikte zu dem verfolgten Zweck beschränkt sind, der darin besteht, die Steigerung der Temperatur der Verkleidung.auf einen zulässigen Wert zm beschränken«
β - Berlin,d,27.4..1979 AP Β23Κ/21Ο 127
Es-.ist-Im'weiteren Sinne der Erfindung, daß sie in der Schaf fxing· von Behältern besteht,'insbesondere Silos j ausgehend von einem metallischen, geschützten Bandstahl, mit umgelegten Rändern j wobei das Band allmählich--schraubenförmig Rand an Rand verschweißt wird*
Die Erfindung1 soll anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden» In den zugehörigen Zeichnungen zeigen·s
Fig«, Τ· eine Schweißvorrichtung zum Schweißen von Blech
Rand an Rand ira Schnitt? Pig. 2; die perspektivische'-Ansicht einer Äusführungsform
der Schweiß vorrichtung zur Herstellung von Rohren f Fige 3s ein Silo oder Speicher bei der Durchführung des
erfindungsgemäßen. Verfahrens in einer Vorderansicht? Fig« 4t eine Teilansicht des Silos nach. Pig· 3 in einer
Seitenansichtj Fig* 5s in. vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch einen Teil des Silos gemäß Fig* 3 mid 4»
Gemäß Fig« 1 sind zwei metallische Bleche 1; 2\ von denen jedes aus einem Stahlkörper 3 und einer Zinkschutsverkleidung 4 auf einer Oberfläche besteht ('im vorliegenden Fall eine.Schutzverkleidung- 5 auf der anderen Fläche), Rand an Rand längs einer Schweißverbindung 6 angeordnet* Hier weist die Schweißverbindung-6 eine eingeengte oder zusammengeschnürte Basis 7 und einen erweiterten Körper 8·.auf, der im wesentlichen durch Schrägflächen -bzw» Fasen 9; 10 begrenzt ist· Das Schweißmittel ist hier ein Brenner 11 mit Zuführdraht 12e Gegenüber dem Brenner 1t, bezogen auf die Bleche 1; 2, ist ein Kühlschuh 13 vorgesehen, der aus einem-Kasten oder Gehäuse 14 aus thermisch leitfähigem Material besteht, wie Z8Be Kupfer, mit einer Versorgungsleitung 15 mit Ventil
-7~ Berlin,d·27.4.1979 AP B23K/21.O 127
16 für flüssigen Stickstoff mit Öffnungen- 17 längs eines obere.« Randes einer Vorderseite 18, Der Kühlschuh 13 und der Brenner 11 sind einander gegenüber angeordnet« Das Gehäuse T4 weist eine gewisse Ausdehnung, in Richtung Schweißverbindung; 6 auf, Z9B, in der Größenordnung" von 30 cm, und einekleinere Ausdehnung in Richtung quer zur Schweißverbindung. 6e Im Verlaufe des Schweißvorganges v/ird der Kühlschuli 13 bezüglich des Brenners 111 in einer festen Stellung gehalten» Es ist möglich, daß die Bleche T; 2 fest sind und der Brenner 11 und der Schuh 13 auf synchron verschiebbaren Halterungen montiert sind, oder die Brenner 111 und der Schuh Ϊ3" sind befestigt und dio Bleche sind mit Hilfe (nicht dargestellter)' Verschiebeeinrichtungen^ gehaltert»
Beim Betriebs wird das Gehäuse 14 durch die 'Versorgungsleitung15 mit flüssigem Stickstoff versorgt« Der Stickstoff verdampft im Gehäuse 114 und kühlt das ganze Gehäuse T4 und insbesondere seine obere Wand 1'4a, die sich mit der Zink— schutsverkleidung 4 der Bleche 1; 2 in Berührung befindet« Der verdampfte Stickstoff entweicht durch die Öffnungen 17 in der vorderen Fläche $ die sich gegenüber der zu verschweißenden Verbindung befindete Um den Wärmeübergang zw verbessern, ist es -ratsam, leitfähige Elemente in das Gehäuse 14 anzuordnen, z.B1, Kupferspäne« Der Wärmeübergang' erfolgt also im wesentlichen durch Leitimg- Fläche gegen Fläche -zwischen der Wand 14a des Gehäuses 14 und der Zinkschutzverkleidung 4· Zusätzlich erfolgt eine-kühlung, infolge des verdampfenden Stickstoffes, der durch die Öffnungen 17 zu einem Teil der Verkleidung 4 hin entweicht, die aufstromig vom Brenner 11 angeordnet ist« In. der Praxis werden'durch den Aufbau des Kühlschuhs 13» die Dicken der Zinkschutzverklaidung- 4 und des Körpers 3 des Bleches 1; 2 sowie die festgelegte Schweißgeschwindigkeit ein korrektes Funktionieren des Kühlsciiuhs
21012 7 *" 8 '" Berlin,d.27.4.1979
AP B23K/21O 127
13 durch. Regulieren des Versorgungsventils 16 für flüssigen Stickstoff derart sichergestellt', daß' an der heißesten Stelle der Zinks chutzverklei dung: 4? deren- Tempera tar durch ein zweckmäßig angeordnetes Thermoelement verfolgt v/erden kann, eine Verflüchtigung oder Verdampfung dieser Verkleidung, nicht entsteht· :
Statt der Anordnung" der Öffnungen 1 für gasförmigen Stickstoff in einer Vorderwand kann man diese ebensogut auch ganz oder zum Teil quer über der Wand 14a des Gehäuses 14 vorsehen» Es sind aber mit Vorteil hohle Mulden oder Buten bzw« False in dieser Wand T4a vorgesehen, welche das Entweichen des gasförmigen Stickstoffes erlaubens ohne daß: dieser die Berührung der Wand 14a. mit der. Zinkschutzverklei-dung 4 störte .
Fige 2 zeigts daß ein durch, eine Reihe von Rolleneinrichtungen 71; 72 an einen Zylinder angepaßtes Rohr 70 mit einer Schweifs vorrichtung längs einer Erzeugenden 73 ausgestattet ist, wobei eine gemeinsame Halterung 74 für einen Brenner · 78 und einen Kühlschuh 79 vorgesehen ist».deren einer Zweig 75 außerhalb dee Rohres und deren anderer Zweig 16 innerhalb ,dieses Rohres 70 angeordnet sind, während eine Verbindungen stütze 77 zwischen den Rändern der noch nicht aneinanderstoßenden, rohrförmigen Schicht in Eingriff tritt©
In deii'Fig. 3 bis .5 ist eine Vorrichtung beschrieben und gezeigt, welche das Schweißen großer Silos erlaubt, die man durch spiralförmigen Zusammenbau von verzinkten Bandeisen oder Bandstählen erhält* Die Spule 50 mit verzinktem Bandstahl ist innerhalb des aufzubauenden Silos angeordnet und wird entleert, während die Rolleinrichtungen 31 die Möglichkeit vorsehen, dem Bandstahl 30 die gewünschte Krümmung zit
~ 9 -> Berlind.27.4.1979' AP B23K/21.0 127
geben. Der Bandstahl 30 läuft nach und nach quer durch eine kascHine zum Heben der Ränder 33, welche die oberen und unteren Ränder 34; 35 des Bandstahls 30 in geeigneter Weise krümmt·. Der Bandstahl 30 wird- gemäß dem durch den Pfeil A angezeigten Verlauf derart abgewickelt, daß" er auf der unteren: Fläche des Silos abgestutzt wird* In der Zone vor dem Schweißen, also aufstromig gemäß' der Verrückungsrichtung, wird ein Doppel-Vorkühlschüh, 3& angeordnet, in welchen das Tiefsttemperaturfließmittel eingeführt wird* Weitere Gruppen von Rolleinrichtungen 3T erlauben ein gutes Anlegen zwischen den Rändern der zwei ztx verschweißenden Bandstähle« Abströ— mig von diesen. Rolleinrichtungen 37 ist die Schweißetation 80 vorgesehen, gegenüber der sich ein anderer Doppel-Kühlschuh 38 befindet, der ebenso mit Tiefsttemperaturfließmittel versorgt wird« Diese Doppelschuhe 36; 38 sind vorzugsweise rohrförmige Kammern 39 und haben eine Berührungsoberfläche. 40 aus Kupfer mit Flügeln 40|;. Das Schweißen erfolgt an einer Schweißstelle 60, wie in Fige 5 dargestellt ist-· Es ist insbesondere: festzustellen, daß es vorteilhaft ist, die Entleerung des Tiefsttemperaturgases quer über die öffnungen 41 in einem freien Zwischenraum 42 zwischen der Kammer.39 und den Rändern. 34;- 35 so vorzusehen, daß1 es auf die Rückseite des Bandstahls 30 geführt wird. Das Schweißen erfolgt vorzugsweise mit einer automatischen Maschine derart, daß; die Unterschiede infolge manueller Unregelmäßigkeiten den korrekten Ablauf der Schweißung· und des Kühlens nicht beeinflussen, können« Das Silo entsteht also langsam dadurch, daß man es allmählich in dem Maße dreht, wie die Schweißung in Richtung des Pfeiles B erfolgt»
Der Betrieb läuft wie folgt ab?
Die Schuhe 36r 38 werden auf die Kühltemperatur gebracht und der Bandstahl von der Spule 50 abgerollt« Der zylindri-
.al 1.01 k i - TO « Berliryi«27*4e1979
AP-B23K/210 127
sehe Teil 'wird gedreht s-während die Schv/eißtuig durchgeführt wird« Die Regulierung des Einfahrens des Tiefsttemperaturfließmittels erfolgt unter Aufnahme der temperatur dee .Bandstahls 30 mit dem. Thermoelement 43» welches unmittelbar auf stromig-von dem Doppel-Yo-rkühlschuh 38 angeordnet ist«-
Claims (4)
- - 1t - Berlin,d.27.4.1979 AP B23K/210 127Erfindungsansi) ruchT. Verfahren zum Schweißen metallischer Werkstücke, welche durch eine-Verkleidung aus einem Material geschützt sind,-welches bei einer Temperatur unterhalb der Schweiß·», oder Löttemperatur verflüchtigbar· ist, bei welchem eine örtli-ehe Unterkühlung im Schweißbereich durch ein gekühltes Fließmittel erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß die Unter— . kühlung ausschließlich im Hinblick auf die Verkleidung in einer Zone auf der Rückseite der Schweißzone vorgenommen wird und daß als gekühltes Fließmittel ein unter sehr tiefer Temperatur stehendes, sogenanntes kryogenes bzw». Tiefst· temperaturfließaittel verwendet wird, z.B. flüssiger StickstoffeZt, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eineVorkühlung der Verkleidung sichergestellt wird, nicht " ohne daß diese vorher der Schweißtätigkeit unterworfen wird«3* Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zufuhr von Tiefsttemperaturfließmittel in Funktion derjenigen Temperatur reguliert wird, die auf den zu achweißenden Werkstücken an der Stelle der Verkleidung aufgenommen wird« ·4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlung,der Verkleidung im wesentlichen durch die Leitung zwischen einem.gekühlten Schuh und der Verkleidung vorgenommen wird«," 12 "" Berlin,d;27.4.1979 AP Β23Κ/21Ο 1275* Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlung der Verkleidung ebenso durch Konvektion von Dämpfen des Tiefsttemperaturfließinittels vorgenommen wird«,6* Vorrichtung zum Schweißen mit Schweiß- oder Lötmitteln· und Kühlmitteln, die im Hinblick auf die Schweißmittel und im Abstand von diesen arbeiten, zur Durchführung des Verfahrens nach den Punkten 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch* daß die Kühlmittel einen Külilschuh (13; 79) mit einer Versorgungsleitung (15) mit Ventil (16) und eine Wand £i4a) aus einem Material aufweisen, welches thermisch leitet und dem zu schweißenden Werkstück (4; 3) angepaßt 'ist.
- 7. Vorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß Doppel-Vorkühlschuhe (36; 38) mindestens einen anderen Kühlschuh aufweisen, der zu dem anderen Kühlschuh CI3; 79) versetzt ist«8* Vorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß dieSchweißmittel und der Kühlschuh 03) auf Halterungsmitx teln montiert sind, die für identische und synchrone Bewegungen anregbar sind« . .
- 9. Vorrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Halterungsmittel mit den Schweißmitteln Brenner (11; 78) Zuführdraht (Ί2)· und dem Külilschuh (13;; 79) gemeinschaftlich sind β1012/ ' - 13 ~ Berlin,d.27.4.1979AP B23K/21O 127TO0 Vorrichtung nach einem der Punkte 6 bis 9,gekennzeichnet dadurch, daß ein Kühlschuh Ci3; 79) ei» Gehäuse (14) aufweist, das mit einer Versorgungsleitung (15) ausgestattet ist und mit Öffnungen (17) zur freien Luft in der'Nachbarschaft der Zinkschutzverkleidung (4) versehen ist.
- 1.1 e Vorrichtung nach Punkt TO, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungen (17) in einer Wand CHa); des Gehäuses (H) vorgesehen sind«,T2. Vorrichtung nach Punkt TO, gekennzeichnet dadurch, daß. die Öffnungen (41). in der entsprechend angepaßten Beruh— rungsoberfläche (40) angeordnet sind.13o Verwendung des Verfahrens nach den Punkten 1 bis 5 und der Vorrichtung nach den Punkten 6 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß sie in der Schaffung von Behältern bestellt, insbesondere Silos, ausgehend von einem metallischen, geschützten Bandstahl (30) mit umgelegten Rändern (33), wobei das Band allmählich schraubenförmig Rand (34) an Rand (35} verschweißt wird·Rierzu_AL.Seiten Zeichnungen
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