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Beim aluminothermischen Schweissen ist man bis jetzt genötigt, erstens den Zwischenraum zwischen den zu verschweissenden Teilen vorzuhitzen, um diese in der Form auf eine Temperatur zu bringen, die ein Schmelzen bei Berührung mit dem sehr heissen Vergussmetall sichert ; zweitens das Schweissmetall zuweilen in einer übermässig grossen Menge zu verwenden, um die für das örtliche Schmelzen nötigen Kalorien zu erzeugen, damit ein inniges Verschweissen zwischen den zu verbindenden Teilen und dem eingegossenen Metall eintritt.
Das Vorerhitzen geschieht zurzeit dadurch, dass man in dem Hohlraum der Form um die zu verbindenden Enden herum eine Flamme wirken lässt, die durch Verbrennung eines Gases erzeugt wird. Dieses dringt unmittelbar in die Form durch Löcher ein, die natürlich vor dem Eingiessen des Metalls verschlossen werden müssen.
Man hat erwogen, zur Beschleunigung des Vorerhitzens wenigstens auf einer Seite der an der Verbindungsstelle angeordneten Form neben ihr Durchlaufkammern für die Flammen oder die heissen Gase vorzusehen, die im allgemeinen miteinander in Verbindung stehen und durch den Formhohlraum gespeist werden.
Die seitliche Vorerhitzung geht dann neben der unmittelbaren mittleren Vorerhitzung einher, geht ihr voraus oder folgt ihr.
Gewöhnlich wird zum Vorerhitzen Propan oder ein ähnliches Gas verwendet, das an die Arbeitsstellen, insbesondere zur Vornahme von Schienenschweissungen auf den Bahnkörper befördert wird. Eine solche Einrichtung nimmt viel Platz in Anspruch, ist schwerfällig, und das Arbeiten damit geht langsam vonstatten.
Hinsichtlich der Qualität der Schweissungen bringt die unmittelbare Vorerhitzung durch Berührung der Flamme mit den zu verbindenden Stossflächen der Teile trotz Regelungsmöglichkeiten die Gefahr einer für eine gute Schweissung schädlichen Oxydation mit sich. Beim Schweissen verhältnismässig dünner Teile, z. B. von Profileisen oder breitem Flacheisen, besteht die Gefahr örtlicher überhitzung des Metalls oder örtlicher Abkühlungen während der Wiederherstellung des Formzustandes für den Guss. Deshalb zog man für Winkeleisen, Rundsstäbe und Flacheisen das elektrische dem aluminothermischen Schweissen vor.
Mit aluminothermischem Schweissen ist natürlich nicht nur das Arbeiten mit exothermen Gemischen gemeint, bei denen das Reduktionsmetall Aluminium ist, sondern das Arbeiten mit jedem exothermen Gemisch, das durch Reaktion einen Metallschmelzfluss ergibt, z. B. mit einem Silizium- oder Magnesiumgemisch usw.
Beim Schweissen von Schienen, das einen der Ausgangspunkte der Aluminothermie bildet, ist der Zwang zum Vorerhitzen besonders lästig.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Vor- erhitzungsverfahren für die zu verschweissenden Teile, das die Anwendung jedes direkten Vorerhitzungsmittels für die Schweissfuge beseitigt und dadurch diese Technik von den bisher mit ihr verbundenen Unannehmlichkeiten befreit.
Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum mittelbaren Vorerhitzen der Enden von durch aluminothermisches Schweissen zu verbindenden Teilen. Dieses Verfahren, bei dem das an Ort und Stelle durch Reaktion erzeugte geschmolzene Metall in den Hohlraum einer um die Stossfuge der zu vereinigenden Teile herumgelegten Form eingegossen wird, umfasst folgende Vorgänge :
Der Formhohlraum für die Schweissung wird in der üblichen Weise hergerichtet. Beiderseits dieser Hauptform wird wenigstens ein seitlicher Formhohlraum ohne Verbindung mit dem Hohlraum der Hauptform in Berührung mit jedem der beiden zu vereinigenden Teile vorgesehen. Das Umgiessen mit der aluminothermischen Schmelze in der mittleren Form wird vorbereitet.
Es werden die Hilfsmittel vorbereitet, um in den seitlichen Formhohlräumen bei Berührung der zu ver-
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schweissenden Teile einen intensiven Austausch der von den exothermen Reaktionen herrührenden Kalorien zu erzielen und zuerst diese Reaktionen auszulösen, deren sehr heisse Erzeugnisse in diesen Formen festgehalten werden. Schliesslich wird nach einer Zeit, die für die Ausbreitung der in den seitlichen Formräumen erzeugten Hitze in den zu vereinigenden Teilen und für das Vorerhitzen ihrer zu verschweissenden Enden genügt, die aluminothermische Reaktion ausgelöst, auf die dann der so vorbereitete Giess- vorgang durch Einfliessenlassen des Metalls in die die zu verbindenden Enden umgebende mittlere Form folgt.
Die Anwendung dieses Verfahrens beseitigt die Herbeischaffung von grossen Gasbehältern, ihre Ortsveränderung auf dem Arbeitsfeld oder auf der Gleisbettung, die Umstände und den Zeitverlust für das Verschlie- ssen der öffnungen nach dem Entfernen der vorher in Stellung gebrachten Brenner usw.
Der Ersatz dieser Apparatur, ihrer Herbeischaffung und Aufstellung durch den Transport und das Instellungbringen von alumino- thermischen Vorrichtungen, die im Falle der Schienenschweissung wenigstens zum Teil in Serienfabrikation hergestellt werden können, beseitigt diese Schwierigkeiten und ermöglicht ein viel schnelleres Vorerhitzen.
Die Tatsache, dass das ganze Material und seine Anwendung der reinen aluminothermi- schen Schweisstechnik entstammen, gestattet die Verwendung derselben Arbeitskräfte für das Giessen und für das Vorerhitzen, was einen erheblichen Vorteil bedeutet. Die Schnelligkeit der Durchführung des Verfahrens und das Fehlen eines verbrennenden Gasgemisches in der Schweissfuge vermindern erheblich die Gefahr einer Oxydation der zu verbindenden Enden. Durch Veränderung der Metallmassen in den Nebenformen in übereinstimmung mit den in Berührung stehenden Querschnittsflächen und durch Anpassung der Längen der Vorsprünge kann man die Vorerhitzung an verschiedenen Punkten der Schweissstelle abstufen.
Kurz zusammengefasst, gibt das erfindungsgemässe mittelbare Vorerhitzen mit thermi- schen Mitteln gegenüber dem vorbekannten Vorwärmen mit brennbaren Gasen folgende Vorteile : Die zur Verschweissung gelangenden Werkstücke werden durch die ausserhalb der Schweissstelle aus exothermen Gemischen freigesetzten grossen Wärmemengen rasch und ohne Gefahr Oxydation bzw. Kohlen- stoffablagerung durch die gasförmigen Vorwärmemittel erhitzt. Die für das Erwärmen mit Gas benötigten Gerätschaften, ihre besondere Bedienung und der rasche Wechsel nach beendetem Vorerhitzen sowie die dafür benötigten Arbeitskräfte werden daher ent- behrlich.
Die erfindungsgemäss benützten exo- thermen Gemische brauchen dagegen nur in verhältnismässig kleinen Mengen eingesetzt und in einem bestimmten Zeitabstand vor dem aluminothermischen Guss angewendet zu werden. Eine Schienenschweissung auf einer Gleisstrecke kann man gemäss der Erfindung mit mittelbarer Vorerhitzung in einer Gesamtzeit von 4 Minuten erzielen an Stelle von etwa 25 Minuten bei der bekannten Art der Vorerhitzung vor dem aluminothermi- schen Guss.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfirdung beispielsweise an einer sehr schematisch gehaltenen Darstellung der Einrichtung.
Fig. 1 zeigt in einer schaubildlichen Ansicht die Vorbereitung einer Form für eine Schienenschweissung mit Vorerhitzungsguss im Augenblick der Befestigung der in bekannter Weise zur Bildung einer Form zu vereinigenden Gussschalen, die in eine äussere Sandform einzubetten sind. Fig. 2 entspricht einem Querschnitt durch die mittlere Schweissform nach der Linie A-A der Fig. 1. Fig. 3 ist ein Querschnitt einer seitlichen Vorerhitzungsform nach der Linie B-B der Fig. 1.
Fig. 4 ist ein Schema einer Hälfte der Form gemäss Fig. 1 im Längsschnitt, wobei die Formschalen, Giesskanäle und Steiger sich in Stellung befinden, das Ganze in einer Form, die im voraus hergestellt und an der Arbeitsstelle leicht zusammengebaut werden kann.
Die Fig. 5,6 und 7 zeigen Schnitte durch den Vorerhitzungsraum je einer Form für ein breites Flacheisen, ein Winkeleisen und ein Rundeisen.
In Fig. 1,2 und 3 sind die zu verbindenden Enden der Schienen 1 und 2 die Schalen 3 der Form, die die aluminothermische Schweissung aufnimmt, mit den zusätzlichen Hohlräumen, dem Einguss-. dem Gusszapfenaufsatz 5 und dem Steigrohr 6 gelegt. Alle diese Teile bestehen beispielsweise aus dünnem Blech.
Seitlich davon werden an jeder Schiene die Schalen 7 der Vorerhitzungsräume mit Eingusstrichtern 8, Eingussrohren 9, die gemäss Fig. 3 an der Eintrittsstelle in die Form vereinigt sein können, und ihren Steigrohren 11 angeordnet.
Das Giessen geschieht vom Ablauf des Tiegels 10 aus.
Diese für den Guss im voraus hergestellte Verschalung wird sodann an Ort und Stelle in eine gemeinsame Sandmasse 12, z. B. mit Hilfe üblicher Giessereimittel eingebettet.
Fig. 4 zeigt die den Halbschalen und ihrem Zubehör entsprechenden Hohlräume in ihrer Lage in einer im voraus hergestellten Halbform fertig zum Instellungbnngen auf zu ver- bindenden Schienen im Zusammenwirken mit
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einer im allgemeinen zur ersten Hälfte symmetrischen Hälfte, die gleichfalls vorher hergestellt sein kann und z. B. die Steiger trägt.
In Fig. 5,6 und 7 sind die zu verbindenden Teile 20 in den Giesshohlräumen mit den Eingusskanälen 14, den Gusskopfformen 15 und ihren Steigern 16 dargestellt. Die
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Wenn man entsprechend dem neuen Verfahren in die Hohlräume der Vorerhitzungformen die an Ort und Stelle oberhalb dieser Hohlräume oder in diesen selbst vorbereitete Metallmasse giesst, erreichen die durch Berührung mit dieser Masse aufgenommenen Kalorien durch das Metall der zu erhitzenden Teile in kurzer Zeit deren vorzuerhitzende Enden.
Durch Versuche ist der für das Auslösen des Eingiessens der aluminothermisch oberhalb der Form bereiteten Metallschmelze in die mittlere Form einzuhaltende zeitliche Abstand so festgelegt worden, dass es praktisch im Augenblick der maximalen Vorerhitzung stattfindet.
Im allgemeinen können die folgenden praktischen Gesichtspunkte mit Vorteil beachtet werden.
Während das durch die Reaktion erzeugte Metall durch die Qualität des exothermen Gemisches als Qualitätsmetall bestimmt wird, das den charakteristischen Eigenschaften der zu verbindenden Teile entspricht und infolgedessen kostspielig ist, kann man für die Heizmassen der Nebenräume ein aluminothermisches Gemisch verwenden, das ein Metall von geringerer Qualität liefert, indem man beispielsweise an die Reinheit des Eisenoxyd keine hohen Ansprüche stellt.
Der Rauminhalt der Vorerhitzungsformen kann so verteilt sein, dass der mit dem zu erhitzenden kalten Metall in Berührung kommende Guss sich mit ihm nicht verschweisst, obgleich es mit ihm in innige Berührung kommt. Dies gibt die Möglichkeit, nach dem Schweissvorgang die verschweissten Teile von den Vorerhitzungsmassen zu befreien, die nutzlos geworden sind, unnötig Raum beanspruchen und als Abfälle wiedergewonnen werden können.
Man kann, um das Ablösen zu erleichtern, Vorerhitzungsformen verwenden, die in zwei oder mehr den vorzuerhitzenden Teil umgebende Teile zerlegt sind, und vor dem Instellungbringen auf den Stellen des Teiles, die mit den Vorerhitzungsmassen in Be- rührung kommen, einen feuerfesten überzug anbringen, der das Verschweissen verhindert.
Man kann die bekannte, sich vollständig in der'Vorerhitzungsform vollziehende exotherme Reaktion unter Anwendung gewisser Vorsichtsmassnahmen, z. B. Anbringen eines überzuges gegen Anschweissen an den Teil anwenden. In diesem Falle beteiligt sich die Schlacke ebenso wie das Metall an der Erhitzung des Teiles.
Jedes exotherme Gemisch kann als Quelle der für das Vorerhitzen abzugebenden Ka. lorien dienen, weil es sich hier weder um ein Schweissen noch um die Erzeugung eines hochwertigen Metalles handelt.
Stoffe, die ohne Luft bei hoher Temperatur brennen, ohne Explosionen zu erzeugen, wie z. B. gewisse Zellulosepulver, die in geeigneter Weise, beispielsweise in geöffneten seitlichen Gussformen geformt werden, können für das erfindungsgemässe Verfahren als exotherme Hitzequellen benützt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum mittelbaren Vorerhitzen beim aluminothermischen Schweissen, wobei die zu verbindenden Teile seitlich von der das aluminothermische Zwischengussmetall aufnehmenden Schweissform vorgewärmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die für diese indirekte Vorerhitzung ausserhalb der Schweissform notwendige Wärme durch Einwirkung von aluminothermischen Gemischen in seitlich angeordneten, von der Schweissform getrennten Hohlformen erzeugt und von dort durch Wärmeleitung an die Enden der zu verbindenden Teile abgegeben wird.