Die autogene Schweißung in ihrer Anwendung auf Kesselreparaturen. Von Dipl.-Ing. A. Hilpert. Die autogene Schweißung in ihrer Anwendung auf Kesselreparaturen. Als ich in Nr. 11, 12 und 13 dieser Zeitschrift über die in Marseille mittels autogener Schweißung (gemeint war das dort angewendete Azetylen-Sauerstoff-Schweißverfahren) ausgeführten erfolgreichen Ausbesserungen berichtete, war ich mir sowohl als auch die Redaktion der Zeitschrift sich vollauf bewußt, damit keinen endgiltigen Beweis für die zweifelsfreie Anwendung der autogenen Schweißung, überhaupt für Ausbesserungen an Dampfkesseln, erbringen zu können, sondern ich hatte, wie auch eingangs erwähnt, das Bestreben, die weitere eingehende Verfolgung dieser Frage auch für die deutschen Verhältnisse anzuregen und so dazu beizutragen, daß der wahre Nutzen dieser Schweißmethode, der auf so vielen anderen Gebieten bereits erreicht ist, auch auf dem Gebiete des Kesselbaues der deutschen Industrie zu gute komme. Erfreulicherweise hat sich an meine Veröffentlichungen ein reger Meinungsaustausch geknüpft, der sich hauptsächlich in der Zeitschrift des Bayerischen Revisions-Vereins abgespielt und einige wesentliche Anhaltspunkte zur Beurteilung des neuen Verfahrens gebracht hat. Ich möchte mit den nachfolgenden Mitteilungen die Leser dieser Zeitschrift über diese Aeußerungen unterrichten in der Hoffnung, daß auch aus ihren Kreisen Beiträge zur Klärung der Frage beigebracht werden können. Einleitend möchte ich zunächst bemerken, daß man als autogene Schweißverfahren heute diejenigen zu bezeichnen pflegt, bei welchen Sauerstoff als die Verbrennung unterhaltendes Gas mit einem brennbaren Gas gemischt als Schweißflamme verwendet wird, unter deren Einwirkung bei dünneren Blechen ein Verschweißen der über bezw. aneinander gelegten Blechenden ohne Zufügung eines Hilfsmittels von selbst entsteht (autogen). Die bekanntesten Verfahren sind das Wasserstoff-Sauerstoff-Schweißverfahren (Elektron Griesheim), das Azetylen-Sauerstoff-Schweißverfahren (Autogene Schweißung, Berlin). Hierzu ist neuerdings das Sauerstoff-Blaugas-Schweißverfahren getreten (Riedinger & Blau, Augsburg), wobei ein aus Leuchtgas gewonnenes verflüssigtes Gas verwendet wird, und in neuester Zeit das Sauerstoff-Benzin-Schweißverfahren (Frankreich). Während hierbei die Verschweißung dünnerer Bleche autogen geschieht, ist bei stärkeren Blechen – bereits von 2,5–3 mm an – derartig zu verfahren, daß die zu verschweißenden Blechkanten abgeschrägt und dann aneinander gestoßen werden (s. Fig. 1), so daß eine Rinne r entsteht, welche durch tropfenförmiges Einschweißen eines geeigneten Schweißdrahtes ausgefüllt werden muß, wobei man zu beachten hat, daß besonders auch eine innige Verschweißung des eingetropften Materials mit den abgeschrägten Flächen stattfindet. Textabbildung Bd. 323, S. 371 Fig. 1.Schnitt durch Schweißfuge. Es ist klar, daß die Form der Flamme, ihre Temperatur, ihre chemische Zusammensetzung, ebenso die Art des eingeschweißten Materials (Schweißdraht) von größtem Einfluß auf die Güte der Schweißung sind und schon allein hierdurch beträchtliche Unterschiede bedingt werden können. Außer diesen autogenen Schweißverfahren finden, zum Teil schon seit längerer Zeit, elektrische Schweißverfahren in ausgedehntem Maße für die verschiedensten Zwecke Anwendung. Letztere sind, soviel mir bekannt, auch für Kesselreparaturen in Deutschland schon angewendet worden. Für stärkere Bleche als 8–10 mm kann meines Erachtens außer der elektrischen Schweißung nur noch die Azetylen-Sauerstoff-Schweißung in Frage kommen, da mit den übrigen Schweißverfahren nicht die genügende Temperatur erzielt werden kann ohne sekundäre Wärmezufuhr. Die Kessel-Revisionsvereine nehmen zurzeit der Azetylen-Sauerstoff-Schweißung gegenüber, soweit sie sich mit Kesselreparaturen in Deutschland befaßt, einen vollständig berechtigten, vorsichtig abwartenden Standpunkt ein, der darin seine Begründung findet, daß von maßgebender Stelle Versuche über die Zuverlässigkeit derartiger autogen geschweißter Stücke größerer Blechdicken nicht gemacht worden sind. Ergebnisse, welche persönlich von mir vor etwa 1½ Jahren begonnene Versuche lieferten, bestärken mich in der Richtigkeit dieser Ansicht, daß die mit den in Deutschland zur Zeit vorhandenen Hilfsmitteln ausgeführten Schweißungen für die schwierigen Reparaturen an Dampfkesseln noch nicht genügend vollkommen sind, da es sich hierbei meist um stärkere Bleche handelt. Die von mir erwähnten Versuche waren keinesfalls in Hinsicht auf etwaige Kesselreparaturen entstanden – man dachte damals in Deutschland noch nicht an diese Anwendbarbeit der autogenen Schweißung –, sondern sollten lediglich zur Orientierung über die Anwendungsmöglichkeit der Azetylen-Sauerstoff-Schweißung für verschiedene Materialien in verschiedenen Dicken dienen. Für Gußeisen. Temperguß und Nickelstahl habe ich hierbei brauchbare Resultate nicht erzielt, wohl aber günstigere für Stahlguß, weichen Flußstahl und insbesondere für Flußeisen und es dürfte meines Erachtens weitaus das größte Anwendungsgebiet der genannten Schweißmethode auf Flußeisen sich erstrecken. Das von mir untersuchte Flußeisenmaterial besaß 37–39 kg/qmm Bruchfestigkeit und 28–31 v. H. Dehnung (bezw. auf 200 mm Länge). Textabbildung Bd. 323, S. 372 Fig. 2.Einfluß der Blechdicke. Blechdicke in mm; Flußeisen autogen geschweißt mit schwedischem Draht. Schweißnaht gehämmert. Die Versuche, welche mit Schweißbrennern nach dem System Fouché an Blechen in Stärken von 4–20 mm vorgenommen wurden und bei welchen Azetylengas aus Entwicklerapparaten bester Konstruktion, insbesondere reichlicher Größe für den Gasentwicklungsraum Verwendung fand, haben zwar bezüglich der Festigkeit günstige Resultate für dünne und mittlere Blechdicken ergeben, doch nimmt diese Festigkeit mit zunehmender Blechdicke ab. Ich habe im Mittel bei 20 mm Blechdicke noch etwa 70 v. H. Festigkeit des vollen Materials erhalten. Ungünstiger aber verhält es sich mit der Dehnung, die zwar für dünnere Bleche befriedigend ist, aber mit zunehmender Blechdicke rasch sinkt. Es zeigte sich, daß bei größeren Blechstärken die Schweißstelle selbst nur noch sehr wenig an der Dehnung teilnimmt. Dementsprechend wiesen auch die Biegeversuche, wobei die geschweißte Stelle über eine Rolle von 80 mm Durchm. gebogen wurde, für dünnere Bleche gute Ergebnisse auf, wurden aber von etwa 12 mm an unsicher. Von allen Versuchen lieferten diejenigen die besten Ergebnisse, bei denen die Schweißung unter Verwendung eines möglichst kohlenstoffarmen Schweißdrahtes erfolgte und die Schweißnaht durch Hämmern mechanisch bearbeitet und gleichmäßig ausgeglüht worden war. Das obenstehende Schaubild Fig. 2 zeigt für autogen geschweißte Flußeisenbleche von 4–20 mm Dicke den Verlauf der Festigkeit und Dehnung, wobei die Werte in Prozenten der Festigkeit und Dehnung des ungeschweißten Materials dargestellt sind. Textabbildung Bd. 323, S. 372 Fig. 3.Einfluß des Hämmerns der Schweißnaht auf die Zugfestigkeit. Flußeisen autogen geschweißt mit schwedischem Draht, gehämmert, ungehämmert. Textabbildung Bd. 323, S. 372 Fig. 4.Einfluß des verwendeten Schweißdrahtes. Blechdicke in mm; a Flußeisendraht, gehämmert, b schwedischer Draht gehämmert, c schwedischer Draht umgehämmert, d Siemens-Martin-Draht, gehämmert. Festigkeit, Dehnung. Fig. 3 gibt ebenfalls für Flußeisenbleche verschiedener Dicke die erzielten absoluten Festigkeiten der Schweißnaht an und zeigt gleichzeitig den Unterschied zwischen den durch Hämmern mechanisch bearbeiteten Schweißnähten und den ungehämmert gebliebenen Schweißnähten. Fig. 4 gibt in ähnlicher Weise wie Fig. 2 eine Darstellung der prozentualen Festigkeit und Dehnung bei Verwendung dreier Schweißdrahtsorten, wobei der mit b bezeichnete Draht (etwa 0,05 C) am günstigsten sich erwies. Wenn ich diese Ergebnisse nicht als Maßstab für eine Kritik an der in Marseille ausgeführten Ausbesserungsarbeit benutzt habe, so ist das aus zweierlei Gründen geschehen: Zunächst wird sich die an dem Kessel selbst erzeugte Schweißstelle anders verhalten als die lediglich an einem Versuchsstabe hergestellte Schweißstelle; dann aber können auch die von mir mittels Azetylengas aus Entwicklerapparaten gewonnenen Resultate nicht in Vergleich gezogen werden mit der in Marseille angewendeten Methode, wobei ein außerordentlich reines und in Flaschen komprimiertes Azetylen Verwendung fand. Es ist anzunehmen, daß innerhalb des letzten Jahres auch in Deutschland, insbesondere in den großen Blechschweißereien, welche das Azetylen-Sauerstoff-Schweißverfahren schon seit mehreren Jahren mit größtem Erfolge für verschiedene Zwecke ihrer Betriebe verwenden, auf Grund eingehender Erfahrungen wesentlich bessere Resultate als die von mir erzielten gewonnen worden sind, und wäre es nur erwünscht, wenn zuverläßige Daten aus solchen Kreisen gegeben werden könnten. Einstweilen steht jedoch fest, daß in Marseille eine ganze Reihe von sehr schwierigen Ausbesserungen an Stücken von beträchtlicher Wandstärke vollständig einwandfrei ausgeführt wurden und zwar mit Wissen und Einverständnis der maßgebenden Stellen. Ausbesserungen, die, soweit ich mich informieren konnte, trotzdem sie schon bis zu zwei Jahren zurückliegen, zu Beanstandungen nicht geführt haben. Meines Erachtens liegen die dortigen Erfolge hauptsächlich in einem vorzüglich eingearbeiteten Personal, in der Verwendung sehr reiner Gase und in einer besonderen Nachbehandlung der Schweißnaht. Nach dieser Richtung hin gibt eine bemerkenswerte Zuschrift von Dr. Michaelis (Autogene Schweißung Berlin) an die Zeitschrift des bayerischen Revisionsvereins 1908, Nr. 8, Aufschluß, der folgende Bedingungen für das Zustandekommen einer guten Schweißnaht aufstellt: 1. Verwendung eines chemisch reinen Azetylens. An diesem Gas hat es in Deutschland vollkommen gefehlt, da es bisher keine Anlage gab, die das sogenannte Azetylen-Dissous darstellte. Dieses Gas, das nach besonderem Verfahren in Stahlflaschen gepreßt wird, also ähnlich wie Wasserstoff oder Sauerstoff in Flaschen komprimiert, zur Verfügung ist, verbindet sämtliche Qualitätseigenschaften der Wasserstoffschweißung in Bezug auf Reinheit der Gase und Beweglichkeit der Apparate mit der großen Wirtschaftlichkeit und dem weiten Umfange der Azetylenschweißung. Man war daher bisher in Deutschland genötigt, Azetylen aus Apparaten zu entwickeln und auf diesem Gebiet ist speziell durch Verwendung zu kleiner oder für rasche Entnahme unzweckmäßig konstruierter Apparate viel gesündigt worden. Nun bringt die Reparatur der Dampfkessel begrenzte Raumverhältnisse mit sich. Der Schweißer muß in der Lage sein, den Apparat in erreichbarer Nähe zu haben, während die Raumverhältnisse die Aufstellung von genügend großen Apparaten verbieten. Gerade aus diesem Grunde würde man daher genötigt sein, kleine Apparate zu verwenden; diese müssen aber entsprechend den zu schweißenden Wandstärken überanstrengt werden und liefern schlechtes Azetylengas. Daher ist die erste Bedingung bei der Ausbesserung von Dampfkesseln der vollkommene Ausschluß von Azetylenapparaten, da diese, durch die Verhältnisse bedingt, nie das unbedingt notwendige reine Gas liefern können. Hat man dagegen Azetylen-Dissous zur Verfügung, so kann man chemisch reines kaltes Gas verwenden, das in einer Stahlflasche, ähnlich wie Sauerstoff, aufgespeichert, in jeden Raum und an jeden Ort mitgenommen und verwendet werden kann. – 2. Eine nicht minder wichtige Frage ist die Frage des Brenners, und auch hier kann festgestellt werden, daß kritiklos in vielen Fällen derjenige Brenner gekauft wird, der den Vorzug der Billigkeit hat. Die Erkenntnis, die bezüglich einer Werkzeugmaschine heute Gemeingut der Industrie geworden ist, nämlich Qualitätsunterschiede zu machen, besteht bezüglich der Brennerfrage heute noch nicht. Zur Erzielung einer guten Schweißung sind folgende Bedingungen für den Brenner notwendig: a) Die Gase müssen in einem richtigen Mischungsverhältnis stehen; b) die Gase dürfen den Brenner nur mit einer bestimmten Geschwindigkeit verlassen, damit das Material nicht getrieben wird, sondern im ruhigen Flusse bleibt, und c) für bestimmte Arbeiten muß die Flamme einen solchen Druck besitzen, daß die Flammenbasis den hängenden Tropfen hält und am Herabfallen hindert. Nun zeigen sämtliche Brenner, die mit Sauerstoff unter Druck und mit Azetylen ohne Druck arbeiten, den Mißstand, daß sie sich nach ganz kurzer Zeit entmischen. Die Ausdehnung, welche die rückstrahlende Wärme dem unter Druck befindlichen, rasch fließenden, in einem engen Rohr sich befindenden Sauerstoff erteilt, ist eine andere als die Ausdehnung, die das drucklose, in einem weiteren Raum sich befindende Azetylengas erfährt. Die Folge ist eine Entmischung der Flamme und ein Verbrennen der Schweißstelle. Hier kann nur sorgsamste Wartung des Arbeiters helfen, da Brennerkonstruktionen, die diesen Mißstand mechanisch verhindern, wohl in Vorbereitung, aber noch nicht im Handel sind. Aus diesem Grunde ist zurzeit nach Erfahrungen des Dr. M. eine schwierige Ausbesserung nur dann ausführbar, wenn man beide Gase unter Druck verwenden kann, so daß sie den gleichen Bedingungen bezüglich Ausdehnung unterliegen. Solche Brenner sind durch das Fehlen von Azetylen-Dissous bisher in Deutschland nicht in Gebrauch gewesen. 3. Wenn diese beiden Bedingungen durch die Technik erfüllt sind, wenn die Hanseatische Azetylen-Gasindustrie in Hamburg auch die Fabrikation von Azetylen-Dissous aufgenommen hat, so ist das dritte Erfordernis einer guten Schweißung sehr schwierig zu erfüllen. Diese Forderung besteht in einem besonders geschulten und besonders zuverlässigen Arbeiterpersonal. Le Chatelier in Marseille läßt z.B. keinen Arbeiter an einen Dampfkessel, der nicht mindestens sechs Monate in seinen Werkstätten unter Anleitung ausgebildet und geschult worden ist, und es kann bestimmt erklärt werden, daß die Behauptung, es sei unmöglich, eine senkrechte Fläche zu schweißen, unrichtig ist und daß durch fortgesetzte strenge Uebung der Leute eine derartige Schweißung möglich ist, ja daß sogar Leute, auf dem Rücken liegend, über sich schweißen können. Allerdings müssen diese Arbeiten durch einen Brenner, der beide Gase unter Druck zuführt, unterstützt werden, um das Herabfallen des hängenden Tropfens zu verhindern. Es ist notwendig, Arbeiter wochenlang im Dunkeln arbeiten zu lassen, damit sie lernen, die Temperaturen richtig zu schätzen, denn sie arbeiten in Dampfkesseln nicht in einer hellen Werkstatt, sondern im Dunkeln. Es ist notwendig, bei irgendwelchen Arbeiten, die an die Haltung der Leute besondere Anforderungen stellen, einen Mann kaum länger als 20 Minuten arbeiten zu lassen, denn die geringste Ermüdung würde bezüglich der Qualität der Schweißstelle schlimme Folgen nach sich ziehen können. Dementsprechend müssen natürlich diese Arbeiter glänzend bezahlt werden. Eine Firma, die sich der Verantwortlichkeit bewußt ist, die sie mit der Reparatur eines Dampfkessels übernimmt, wird daher für vollkommene Ausbildung ihres Personals Sorge tragen und lieber eine Arbeit ablehnen, als sie in schlechter Weise auszuführen. 4. Ein ferneres wichtiges Moment für das Gelingen einer guten Schweißung ist der Schweißdraht, mit dem man vorhandene Risse oder Löcher ausfüllt. Daß mit sehr kohlenstoffarmen Drähten günstige Resultate erzielt wurden, habe ich oben bei Besprechung meiner Versuche schon erwähnt. Ich bin aber auf Grund meiner Versuche auch zu der Annahme berechtigt, daß die Dicke des verwendeten Drahtes einen wesentlichen Einfluß auf die Güte der Schweißnaht hat. 5. Als letzte sehr wichtige Bedingung wird die Nachbehandlung der Schweißstelle angegeben die auf speziellen Erfahrungen Le Chateliers und seiner Freunde beruhe und einer Bekanntgabe entzogen sei. Meines Erachtens kommen für diese Nachbehandlung nur mechanische Bearbeitung und Ausglühen in Frage, Mittel, die auch bei der Wassergas-Schweißung (das erste bei der Schweißung unmittelbar) angewendet werden. Bezüglich mechanischer Bearbeitung der Schweißnaht habe ich schon oben bei meinen Versuchen auf den verbessernden Einfluß hingewiesen. Bezüglich Ausglühens haben meine Versuche den Beweis einer wesentlichen Verbesserung der Festigkeit und Dehnung der Schweißstelle nicht erbracht, wohl aber den größerer Gleichmäßigkeit bei längerer Schweißnaht. Inwieweit diese Bedingungen tatsächlich ein stets einwandfreies Resultat ergeben werden, müssen einheitlich aufgebaute Versuche zeigen. Es ist erfreulicherweise Grund zu der Annahme vorhanden, daß solche Versuche in großem Maßstabe und von maßgebendster Stelle in nächster Zeit ausgeführt und sich nicht nur auf die Resultate von Versuchsstäben, sondern auch auf der Praxis entsprechend verschweißte Stücke erstrecken werden. Und gerade Letzteres ist von größter Wichtigkeit, da sich die bei Schweißungen auftretenden Spannungen am ausgebesserten Stück in ganz anderem Maße geltend machen werden, als an Versuchsstäben und gerade der Beweis erbracht werden muß, daß solche Spannungen vermieden, bezw. bis zur Unschädlichkeit durch sachgemäße Schweißung herabgemindert werden können. Auch ist gerade für die Ausbesserungen an Dampfkesseln zu bedenken, daß örtliche Verhältnisse recht wohl die Durchführung von Verfahren, z.B. mechanische Bearbeitung, erschweren, ja sogar unmöglich machen können, die vielleicht für den Versuchsstab günstigste Resultate zeitigten.