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Schweißdüse mit Hauptgasauslaß für die Schweißflamme und Heizflammennebenauslaß
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gasschweißen, wobei die Schweißhitze
durch eine Flamme von hofher Temperatur geliefert wird, welche aus einem Gemisch
von Sauerstoff oder Sauerstoff und Luft und einem brennbaren Gas erzeugt wird, und
hat im besonderen eine Schweißbrennerdüse zum Gegenstande, vermittels deren ein
Gasgemisch der genannten Art gerichtet und an deren Mündung das Gasgemisch entzündet
und die dadurch gebildete Flamme erhalten werden kann.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Schweißbrennern Düsen zu
verwenden, deren dickwandiges Mündungsende sowohl mit einer Hauptbohrung für die
Schweißflamme als auch mit einer in der Ebene der Hauptbohrung liegenden und geneigt
zu ihr stehenden Nebenbohrung für eine Vorheizflamme versehen war, welch letztere
den Gasstrahl so führt, daß die Vorheizflamme die noch ungeschweißte Naht in einer
vorn Schweißdraht abgekehrten Richtung bestrich.
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Gemäß vorliegender Erfindung werden dadurch günstigere Bedingungen
für die Vorbereitung des Werkstücks für die Verschweißung durch die Vorheizung erzielt,
daß von dem im Hauptgasauslaß für die Schweißflamme endigenden Düsenkanal mehrere
engere Heizgasströme in einem spitzen Winkel zum Düsenkanal abgezweigt werden,-
welche die seitliche Wandung des Düsenkanals durchsetzen und mit ihren Mündungen
gegen das Mündungsende des Kanals gerichtet sind. Die DurchbohrunIgen der Wandung
des Düsenkanals werden vorzugsweise in einer warzenartigen Verdick:ung auf der Unterseite
der Düsenseitenwandung angebracht.
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Die durch die neuartige Anordnung der Heizgaskanäle erzielte günstigere
Vorbereitung der zu verschweißenden Werkstückflächen wirkt sich in beschleunigtem
Fortschreiten der Schweißarbeit bei vermindertem Gasverbrauch aus.
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Beim Handschweißen mit Gas, z. B. mit einer Flamme aus einem Sauerstoff-Azetvlen-Gemisch,
ist es im allgemeinen üblicli gewesen, einen Schweißbrenner zu benutzen, welcher
eine Düse besaß, die nur eine einzige Mündung für den Gasaustritt zur Erzeugung
der heißen Schweißflamme aufwies. Das im allgemeinen empfohlene Verf2hren, mit einem
solchen Brenner eine Schweißung auszuführen, besteht darin, daß der Schweißer den
Brenner in einer Hand und einen Schweißdraht in der anderen Hand hält und den Schweißbrenner
so richtet, daß die Spitze des inneren oder leuchtenden Flammenkegels das zu el
schweißende
Werkstück berührt, während der Schweißdraht so gehalten wird, daß sein unteres oder
schmelzendes Ende auf dem Werk-' stück ruht oder in-Berührung mit demselben bewegt
wird. Die Schweißflamme wird dabei mehr oder weniger über das Werkstück hin: und
her bewegt, und zwar an Stellen, die etwas vor der Schweißstelle liegen oder mit
der Schweißstelle zusammenfallen, wobei die an der Schweißstelle erzeugte Hitze
hinreichend hoch sein-muß, um das Werkstückmetall in eine Schweißschmelze umzuwandeln.
Hierbei wird der Schweißdralit durch die Hitze geschmolzen, welche von der Flamme
ausgeht in Verbindung mit der Wärmeleitung, die zum Schweißdraht aus der Schweißschmelze
gelangt. Das Schmelzen des Schweißdralites vergrößert die Schweißschmelze und trägt
zur Überwachung der Temperatur der Schweißschmelze unter dem Einfluß der sehr hohen
Flammentemperatur bei.
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Wenn eine hinreichende Menge Metall geschmolzen ist, um eine Schmelze
von passender Größe zu bilden, dann werden sowohl die Schweißflamme als auch der
Schweißdraht fortschreitend entlang der Schweißnaht bewegt, wodurch die große Flammenhitze
von dem Kern der Schweißschmelze entfernt wird, so daß diese die Möglichkeit erhält,
zu erstarren und einen Bestandteil der zu verschweißenden Metallstücke zu bilden.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß der Schweißer die Schweißflamme
so beherrschen muß, daß sie dauernd einen Teil des Werkstückmetalls, weldher ein
wenig vor der Schweißschmelze liegt, vorerhitzt, so daß sie leicht durch den hocherhitzten
leuchtenden Flammenkern geschmolzen werden kann, um das vorrückende, zum Niederschlag
kommende Metall aufzunehmen. Der Schweißer muß außerdem die Schweißschmelze so erhitzen,
daß sie ihre Flüssigkeit behält, während sie in passender Menge angesammelt wird,
und daß genügend strahlende und leitende Wärme vorhanden ist, um den Schweißdraht
zu schmelzen und geschmolzenes Metall dem Werkstück anzulagern. Obgleich das untere
oder Schmelzende des Schweißdrahtes in die Schweißschmelze hineinragt und für gewöhnlich
die größte Menge an Wärme auf diesem Wege erhält, ist es doch bisweilen wünschenswert,
auchTeile des Schweißdrahtes zu erhitzen, die oberhalb der Schweißschmelze liegen,
und dies durch unmittelbare oder durch Strahlungswärme der Flamme zu bewirken, so
daß solche Schweißdrahtteile vorerhitzt werden, um sicherzustellen, daß die hinreichende
MengeMetall vorn Schweißdraht abgeschmolzen wird. Die Geschwindigkeit, mit der der
Schweißdraht abschl-nilzt, sollte so bemessen sein, daß sie sich mit der Geschwindigkeit
des Fortschreitens der Schweißa,rbeit im ganzen deckt oder der Vorbereitung für
die Schweißung unter den besonderen Schweißbedingungen entspricht.
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'Die zur Erreichung der angegebenen Zwecke erforderliche Flammenhandhabung
macht es unmöglich, der Schweißschmelze gleichmäßig Wärme zuzuführen und infolge
davon tritt eine gewisse unerwünschte Ab-
kühlung und Wiedererhitzung der
Schweißschmelze während des Schweißens ein. In manchen Fällen wird wegen der erforderlichen
Flammenbehandlung geschmolzenes Metall nicht mit hinreichender Schnelligkeit bereitgestellt,
so daß der Schweißer sich veranlaßt sieht, von dem als zweckmäßig erprobten Verfahren
abzuweichen und dieFlammenhitze auf die Schweißdrahtschmelzung zu konzentrieren
zum Nachteil der richtigen Durchführung der Schweißung. Es kommt auch
häufig vor, daß ein Schweißer dieHauptmasse des inneren oder leuchtenden
Flammenkerns zur Einwirkung auf die Oberfläche des die Schweißschmelze umgebenden
festen Metalls -bringt, wenn es sich zeigt, daß viel Hitze an einer bestimmten Stelle
benötigt wird. Das ist jedoch nachteilig, da es den Erfolg einer im übrigen ordnungsmäßig
vorschreitenden Schweißung stört. Durch das Erfordernis einer guten Handhabung der
Flamme wird möglicherweise derHöchstvert der möglichen Schweißleistung herabgesetzt
und der Gasverbrauch pro Gewichtseinheit geschmolzenen und entlang einer Schweißnaht
aufgetragenen Schweißdrahtmeta Ils erhöht.
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Die Erfindung bezweckt, die oben aufgeführten Nachteile bei der üblichen
Art der Durchführung von Schweißarbeiten durch Benutzurig einer verbesserten Düsenform
für den Schweißbrennier zu vermeiden, welche die Durchführung von Schweißungen mit
einem Mindestmaß von Flammenhandhabung gestattet. Gegenstand der Erfindung bildet
demnach, wie bereits eingangs erwähnt, eine Schweißbrennerdüse, bei welcher von
dem im Hauptgasauslaß endigenden Düsenhanal mehrere mit ihren Mündungen gegen das
Mündungsende des Hauptgaskanals gerichtete und mit dem Düsenkanal spitze Winkel
einschließende engere Heizgasauslässe ausgehen.
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DieErfindung ist auf derbeigefügtenZeichnung veranschaulicht, welche
in den Fig. i und 2 bzw. 3 und 4 zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäß
eingerichteten Schweißbrennerdüse je in einem Längsschnitt und in einem Querschnitt
nach den in den Längsschnitten eingezeichneten Schnittlinien 2-2 bzw. 4-4 zeigt.
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Fig. 5 ist eine Darstellung der in Fig. i veranschaulichten
Düse als Teil eines Schweißbrenners, welcher letztere in Schweißstellung
an
einer Naht zwischen aneinandergestoßenen Kanten zweier Rohrabschnitte dargestellt
ist.
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Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig.
5 und eine teilweise Ansicht der mit ihren Enden zusammenstoßenden Rohrabschnitte
und veranschaulicht die Art der Einwirkung der Schweiß- und Heizflammen auf die
zusammenstoßenden kohrenden.
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Um den Umfang der Flammenbewegung bei der Gasschweißung zu verringern,
wird ein Schweißbrenner mit verbesserter Düse io benutzt, wie eine solche in Fig,
i und 2 dargestellt ist. Vermittels dieser Düse kann eine Hauptschweißflamme für
die Wärmezuführung erzeugt werden, welche den Schweißvorgang vorbereitet und mehrere
Hilfsvorerhitzungsflammen ergibt, welche zur Erhitzung von Teilen des zu schweißenden#Körpers
dienen, die vor der Schweißstelle selbst liegen, so daß diese Stellen leicht durch
den hocherhitzten leuchtenden Kern der Schweißflamme selbst geschmofzen werden können.
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Der Körper der Düse io besteht vorzugs-,veise aus einem Stück und
weist ein mit Schraubengewinde versehenes hinteres Ende ii auf und ein sich allmählich
verjüngendes Mündungsende 12. Um die Düse mit einem Schlüssel erfassen zu können,
wie es zur Befestigung derselben an einem Gasrohr zur Speisung der Düse erforderlich
ist, ist die Düse mit einem einer Mutter ähnlichen Griffstück 13 versehen, welches
aus einem Stück mit der Düse selbst gebildet ist und sich neben dem mit Schratibengewinde
versehenen hinteren Ende befindet und über den Umfang des letzteren hinausragt.
Die Düse io besitzt eine Bohrung oder einen Hauptdurchlaß 15 für brennbares Gas,
welcher bis zum hinteren Ende der Düse durchgeführt ist, so daß das Gas in die Bohrung
bei 16 eintreten kann. Die Bohrung 15 setzt sich durch den vorderenTeil der Düse
fort und endigt in einer Auslaßöffnung 17, an welcher die Hauptschweißflarnme
erzeugt wird.
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Der Gaskanal 1,5 verjüngt sich zwischen seinem Einlaß- und dem Auslaßende
in Form einer schroffen Einschnürung 18, so daß ein Teil des Gasstromes gegen die
durch die Einschnürung gebildete Düsenwandung anprallt. Von dieser Einschnürung
18 ab verengt sich der Gaskanal ganz allmählich gegen den Auslaß 17 hin und nimmt
ziemlich dicht vor dem Auslaß 17 eine rein zylindrische Form an.
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An der Stelle der Einschnürung 18 sind zusätzliche Gaskanäle ig von
geringerem Querschnitt als der Kanal 18 vorgesehen, jelche einen spitzen Winkel
von etwa 16' mit der Längsachse des Kanals 15 einschließen. Diese zusätzlichen
Gaskanäle ig ergeben Hilfsvorerhitzungsflammen und sind im wesentlichen parallel
zueinander gerichtet und endigen an einer ebenen Außenfläche 2o einer warzen-. artigen
Verdickung 2 1, welche sich in einem mittleren Teil der Düse auf deren Außenseite
befindet. Der sich allmählich nach dem Auslaßende hin verjüngende Gaskanal 15 der
Düse erzeugt eine harte Schweißflamme, wie sie für gewisse Schweißarbeiten erwünscht
ist.
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In den Fig. 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung
veranschaulicht, durch welche, eine verhältnismäßig weiche Schweißflamme erzeugt
wird, wie sie ebenfalls für gewisse Schweißarbeiten erwünscht ist. Die Düse io"
dieser Ausführungsform ist der in Fig. i und :2 dargestellten Düse ähnlich, und
es sind demgemäß die einander entsprechenden Düsenbestandteile auch mit den gleichen
Bezugszeichen versehen und nur durch einen Indexstrich unterschieden. Anstatt eines
Hauptgaskanals mit allmählich sich verjüngendem Auslaßende besitzt der Gaskanal
15' in diesem Fall mehrere zylindrische Abschnitte, die durch kegelförmige Zwischenstücke
miteinander verbunden sind. Die zusätzlichen Gaskanäle, welche nach der Darstellung
der Fig. 2, parallel zueinander gerichtet sind, können auch gegeneinander
konvergieren oder divergieren. Demgemäß sind in Verbindung mit derAusführungsform
nach Fig. 3 und 4 die Kanäle ig' als divergente Kanäle dargestellt.
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Ein Anwendungsfall für Düsen von Schweißbrennern, wie sie soeben erläutert
wurden, besteht im Zusammenschweißen von Platten oder sonstigen Werkstücken, welche
mit ihren Kanten aneinanderstoßen. Die Fig. 5 und 6
veranschaulichen
den Fall des Zusammenschweißens der abgeschrägten Enden zweier Rohre:22,
23, welche in Anlage miteinander beispielsweise durch loses Schweißheften
gehalten werden. Die Düse io kann am Endabschnitt 24 eines Brennerrohres B befestigt
sein, das mit einem Handgriff 25 ausgestattet ist, an dem sich Stellschrauben
26 und :27 zur Überwachung des zuströmenden Sauerstoffes und des Brenngases
befinden, weiches letztere z. B. aus Azetylen bestehen kann, welche Gase in üblicher
Weise das Schweißgasgernisch bilden.
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Das Brennerrohr B wird vorzugsweise in solcher Stellung gehalten,
daß die Düse io sich im wesentlichen in einer senkrecht zur Stoßstelle der Rohre
stehenden Ebene befindet und mit der zu bildenden Schweißnaht an der Schweißstelle
einen spitzen Winkel einschließt, wobei die Schweißflamme gegen einen bereits fertigen
Teil der Schweißnaht gerichtet ist. Der Schweißdraht:29 wird vom Schweißer in einem
spitzen Winkel zur Fläche der Schweißnaht gehalten und ist auch gegen die Düse io
geneigt und ragt mit seinem
unteren Ende in das geschmolzene Schweißmetall
P hinein.
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Während des Schweißvorgangs wird Hitze der SchweißschmelzeP durch
die Hauptschweißflamme zugeführt, wobei der innere oder leuchtende Flammenkegel
3o das geschmelzene Metall bestreicht, während der äußere Flammenmantel
3 1 die Zone bestreicht, in welcher das Schweißmetall sich verfestigt. Der
Teil des Schmelzdrahtes, welcher in die Schweißschmelze hineinragt, erhält Hitze
durch Leitung aus der Schmelze, während der Teil, der darüber liegt, durch strahlendeHitze
der Schmelze und sowohl durch direkte als auch durch strahlende Hitze der Hauptschweißflamme
erhitzt wird.
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Ein wenig vor der Schweißschmelze P liegende ungespeiste Teile der
Stoßstelle der zu schweißenden Werkstücke werden durch die beiden Hilfsflammen
32, 33 erhitzt, welche Flammen gegen die aneinanderstoßenden Kanten derRohrabschnitte
im wesentlich-en in der Ebene der Stoßstelle selbst gerichtet werden, um das WerIkstückmetall
für die spätere, der Aufbringung des Schweißmetalls voraufgehende Schmelzung vorzubereiten.
Da das Werkstückmetall an der Stelle, welche unmittelbar vor der Schweißschmelze
liegt, stets durch die Flammen 32, 33 wirksam vorerhitzt wird, so können
die Quer- und Drehbewegungen der Hauptschweißflamme und des Schweißdrahtes 29 beträchtlich
vermindert werden. Es kann außerdem die Hitze der Hauptschweißflamme auch mehr auf
die Schweißschmelze F und den Schweißdraht und weniger gegen den vor der
Schweißschmelze liegenden Teil des Werkstücks gerichtet werden. Beim Schweißen mit
Düsen zur Erzeugung mehrerer Flammen wird die Düse überwiegend entlang der zu schweißenden
Naht nach vorne und nach rückwärts bewegt. Eine ähnliche Bewegung jedoch in im Vergleich
zur Bewegung der Düse stark vermindertem Maße wird auch dem Schweißdraht gegeben,
wobei die Bewegung des Schweißdrahtes auf den Umfang der Schweißschmelze beschränkt
bleibt. Wenn das die Düse tragende Brennerrohr richtig gehandhabt wird, dann erfolgt
durch Vorerhitzungsflammen eine wirksame Metallerhitzung vor der verrückenden Schweißschmelze,
und es werden die aneinanderstoßenden Kanten der Werkstücke unmittelbar vor der
Schweißschmelze ununterbrochen geschmolzen, so daß eine völlige Schmelzung und Durchdringung
mit dem zu--gefügten Schweißmetall eintritt.
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Das vorstehend beschriebene Schweißverfahren kann als rückläufiges
Verfahren bezeichnet werden, weil die Schweißflamme in einem spitzen Winkel gegen
den geschweißten Teil der Naht gerichtet und nach rückwärts gegen nicht verschweißte
Teile der Naht bewegt wird, wie es durch den Pfeil C in Fig. 5
angedeutet
ist. Obgleich im wesentlichen neutrale Flammen für die Schweißung benutzt werden
können, empfiehlt es sich doch, das Gemisch von Sauerstoff und Azetylen so einzustellen,
daß Flammen mit Azetylen im Überschuß gebildet werden. Solche Azetylen im Überschuß
enthaltenden Flammen haben die Neigung, die Flächen des Werkstückmetalls, welche
vor der verrückenden Schweißschmelze liegen, mit Kohlenstoff anzureichern, da diese
Flächen, wenn sie auf Weißglut kommen, Kohlenstoff aus dem Überschuß an Azetylen
in den Flammen aufnehmen. Die Absorption von Kohlenstoff durch das Werkstückmetall
setzt den Schmelzpunkt des letzteren herab, so daß die Flächen bei niedrigerer Temperatur
geschmolzen werden, als wenn eine neutrale Flamme benutzt wird. Auf
diese
Weise wird Ersparnis an Gas und eine Erhöhung der Schweißleistung erzielt. Außerdem
hat der von der Oberflächenschicht der Werkstücke absorbierte Kohlenstoff die Neigung,
die übliche Oxydhaut zu Stahl zurückzuführen, welcher sich leicht mit dem niedergeschlagenen
geschmolzenen Schweißmetall vereinigt.
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Bei der Erzeugung von Schweißungen ist es von erheblicher Wichtigkeit,
daß ein Schweißer die Schweißschmelze und den FlächenaIschnitt des Werkstücks, welcher
vor der Schweißschlhelze liegt, ununter# brechen beobachtet, um sich zu vergewissern,
daß die Schnielzung ohne übermäßiges Ab-
schmelzen des Werkstückmetalls erfolgt.
Aus diesem Grunde ist dem die Düse tragenden Ende 24 des Brennerrohres eine Knickstelle
gegeben mit einer Winkelöffnung von etwa 1200, so daß, wenn die Düse sich im wesentlichen
in der Vertikalehene der Naht hält, die Handhgbe:25 sich in einer für den Schweißer
bequemen Lage befindet. Dieser kann dann sich an eine Seite der Naht stellen und
bequem das Fortschreiten der Schweißung beobachten, so daß er das Brennerrohr und
den Schweißdraht richtig zu handhaben vermag.
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Wenn die Düse io oder io' für rückläufiges Schweißen benutzt wird,
wie es soeben beschrieben wurde, dann wirkt der Stoß der Hauptschweißflamme im Sinne
einer Verminderung des Fortfließens des geschmolzenen Metalls von der Sohle der
V-förmigen Rinne zwischen den aneinanderstoßenden Werkstückkanten, so daß die Schweißschmelze
an der Schweißstelle ordnungsgemäß festgehalten wird.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß bei Anwendung einer mehrflammigen
Düse beim Zusammenschweißen von Platten und
sonstigen Werkstücken
eine Verbindungder erforderlichen Flammenbewegung erzielt wird. Dadurch wird das
unerwünschteAbkühlen und anschließende Wiedererhitzen der Schweißschmelze beträchtlich
vermindert, so daß Schweißungen von besserer Beschaffenheit erzielt werden. Es wird
auch in Verbindung mit der geringeren Bewegung der Schweißschmelze das Entstehen
von üblichen Oxydhäuten vermindert.
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Obwohl die Erfindung an besonderen Ausführungsbeispielen erläutert
ist, so können doch auch Abänderungen vorgenommen werden, ohne daß dadurch der Boden
der Erfindung verlassen wird.