**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Schweissen von Werkstücken aus Gusseisen mit Kugelgraphit mit solchen ebenfalls aus Gusseisen oder aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück oder Teile davon bei Temperaturen von 800 bis 1100 C einer 6 bis 60 Stunden dauernden Glühbehandlung zur Randentkohlung bis zu einer Entkohlungsfiefrvon 5 mm unterworfen wird, ehe die Schweissung durchgeführt wird, wobei bei der Glühbehandlung Aufheizgeschwindigkeiten von höchstens 500 C/h eingehalten werden und die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von maximal 300 Cih erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühbehandlung in einer Atmosphäre mit Zusätzen aus Methanol und Wasser durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Schweissung eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, wodurch jedes gewünschte Grundgefüge eingestellt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweissen von Werkstücken aus Gusseisen mit Kugelgraphit mit solchen ebenfalls aus Gusseisen oder aus Stahl.
Nach dem heutigen Stand der Technik - VDG-Merkblatt N 60 Fertigungsschweissen von Gussstücken aus Gusseisen mit Kugelgraphit (September 1976) - sind für Schweissungen der vorstehend genannten Art besondere Massnahmen erforderlich, die insbesondere das Vorwärmen, das angewandte Schweissverfahren, die verwendeten Schweisszusatzwerkstoffe und allfällige nachträgliche Wärmebehandlungen betreffen; hinsichtlich der Wärmebehandlungen wird dabei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Temperaturen von 920 C dabei nicht überschritten werden sollen, um ein Verziehen des Werkstückes, ein Verzundern und eine Randentkohlung der Oberfläche und eine Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit-Ubergangstemperatur - d. h.
eine Verminderung der Duktilität oder Zähigkeit - zu vermeiden. Aus den vorstehend genannten Gründen gelten in der Fachwelt das Schweissen von Gusseisen mit Kugelgraphit als schwierig und die erhaltenen Ergebnisse häufig als unbefriedigend.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Schweissen der eingangs genannten Werkstoffpaarungen zu vereinfachen. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Werkstück oder Teile davon bei Temperaturen von 800 bis 1100 oC einer 6 bis 60 Stunden dauernden Glühbehandlung zur Randentkohlung bis zu einer Entkohlungstiefe von 5 mm unterworfen wird, ehe die Schweissung durchgeführt wird, wobei bei der Glühbehandlung Aufheizgeschwindigkeiten von höchstens 500 Clh eingehalten werden und die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von maximal 300 C/h erfolgt.
Entgegen dem Vorurteil der Fachwelt - die für die Verbesserung der Schweissbarkeit von Temperguss bekannte Entkohlung (VDG-Merkblatt N 70, 2. Ausgabe Schweissen von Temperguss (Oktober 1979)) auch bei Werkstücken aus Gusseisen mit Kugelgraphit anzuwnden - hat sich überraschenderweise gezeigt, dass sich Gusseisen mit Kugelgraphit nach dem erfindungsgemässen Verfahren rissfrei kaltschweissen lässt und dass die mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffes durch das neue Schweissverfahren selbst ohne nachfolgende Wärmebehandlung - nur unwesentlich beeinflusst werden. Es ist dabei belanglos, ob das als Grundwerkstoff dienende Gusseisen mit Kugelgraphit ein ferritisches, perlitisches oder karbidisches Grundgefüge hat, oder ob sein Gefüge aus Mischungen dieser Gefügearten besteht.
Sollen jedoch die mechanischen Eigenschaften gegenüber denjenigen des Grundwerkstoffes verbessert werden, so ist es vorteilhaft, wenn nach der Schweissung eine Wärmebehandlung von 1 bis 10 Stunden bei 650 bis 900 C durchgeführt wird. Weiterhin lässt sich die Gefahr des Verzunderns während der der Schweissung vorangehenden Glühbehandlung vermindern, wenn die Glühbehandlung in einer Atmosphäre mit Zusätzen aus Methanol und Wasser durchgeführt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
In dem Ausführungsbeispiel wird ein Werkstück aus Gusseisen mit Kugelgraphit mit ferritischem Grundgefüge mit einem Feinkornkesselblech HI (DIN 17155) aus Stahl verschweisst. Die chemische Analyse des Gusseisens ergibt folgende Zusammensetzung (in Gew. %):
C 3,49; P 0,025; S 0,06; Si 1,21; Mn 0,03; Ni 1,43; Mg 4049 und Rest Fe.
Zunächst wird durch eine spanabhebende Bearbeitung an dem Werkstück aus Gusseisen mit Kugelgraphit die Schweissnaht vorbereitet; diese Vorbereitung, die üblicherweise nach einer Glühbehandlung vorgenommen wird, muss hier vorher erfolgen, damit dadurch die mit der Glühbehandlung erzeugte, relativ dünne, raüdentkohlte Schicht des Grundmaterials nicht durchbrochen oder zerstört wird.
Vor der Glühbehandlung wird die zu entkohlende Zone des Werkstückes in Walzzunder- d.h. in ein Gemisch aus Fe-Oxiden - eingepackt; anschliessend heizt man das Werkstück mit einer Geschwindigkeit von höchstens 500 Clh in einem widerstandsbeheizten Elektro-Glühofen zunächst in Luft auf. Während der Aufheizung wird die Luft-Atmosphäre durch allmähliche Zugabe eines Gemisches aus 85% Methanol und 15% Wasser in eine entkohlend wirkende Gasatmosphäre umgewandelt. Die Aufheizung erfolgt bis zu einer Temperatur von etwa 980 C, die 24 Stunden gehalten wird.
Die anschliessende Abkühlung auf Raumtemperatur wird im Ofen - bis zu einer Temperatur von ca 500 C mit einer Geschwindigkeit von 300 C/h - durchgeführt, wobei z B. durch die geöffnete Ofentüre--die entkohlende Atmosphäre selbstständig wieder in Luft übergeht.
Durch diese Glühbehandlung erfolgt eine Randentkoh lung des Werstückes bis zu einer Tiefe von etwa 1-2 mm auf einen Kohlenstoffgehalt von kleiner oder gleich 0,3 %; die Tiefe der Entkohlung, die mindestens 0,5 mm betragen soll, kann dabei durch andere Glühtemperaturen und/oder Haltezeiten in gewissem Umfang variiert werden, wobei in allen Fällen die für eine bestimmte Tiefe notwendigen Werte-Kombiantionen in Vorversuchen ermittelt werden.
Nach der Glühbehandlung und Abkühlung wird die ent kohle Randzone, beispielsweise mittels einer Drahtbürste, gereinigt und anschliessend für die eigentliche Schweissung, z.B. mit Hilfe von Gasbrennem, auf 150 C vorgewärmt, wobei die Temperatur beispielsweise konventionell mit Thermo-Elementen überwacht wird; die zu schweissende Zone wird dann zunächst mit Hilfe einer Elektrolichtbogen-Handschweissung (El-Schweissung) mit einer handelsüblichen Stahlelektrode- z.B. E-5154 B 10 nach DIN 1913 bzw. E7018 nach AWS - von 2,5 mm Durchmesser in einer bis drei Lagen plattiert, damit die randentkohlte Schicht bei der Herstellung der eigentlichen Schweissverbindung geschützt ist und nicht zu weit aufgeschmolzen wird.
Zwischen dem Aufbringen der einzelnen Lagen der Plattierungschweissung lässt man das Werkstück jeweils auf etwa 250 C abkühlen, um eine örtliche Überhitzung der Schweisszonen zu verhin
dern; die Temperaturkontrolle erfolgt beispielsweise wiederum durch Thermo-Elemente.
Die darauf folgende eigentliche Verbindungsschweissung mit dem Kesselblech, das zuvor lediglich vorgewärmt worden ist, wird nach dem gleichen Verfahren mit der gleichen Art Elektroden durchgeführt, wobei gegebenenfalls bei diesen lediglich solche grösserer Durchmesser verwendet werden. Die Abkühlung nach dem Verbindungsschweissen erfolgt möglichst langsam, was durch eine Asbestabdeckung erreicht wird.
Bekanntlich besteht bei derartigen Schweissungen das Gefüge in der Übergangszone aus Martensit. Falls dieser die Funktion der Schweissverbindung nicht beeinträchtigt, kann ine anschliessende Wärmenachbehandlung unterbleiben.
Grundsätzlich ist es jedoch möglich, durch jede für Gussei sen übliche Wärmebehandlung jedes gewünschte Gefüge herzustellen. Im vorliegenden Fall wurde durch Glühung bei 780 C über 3 Stunden und anschliessende Ofenabkühlung mit etwa 300 C/h Abkühlungsgeschwindigkeit das ferritische Grundgefüge auch in der Übergangszone wieder hergestellt.
Die Güte der Schweissverbindung wird abschliessend auf bekannte Weisse, beispielsweise mit Hilfe einer Farbeindringprüfung und/oder einer metallographischen Gefügeuntersuchung, geprüft. Quer zur Schweissnaht durchgeführte Zerreissversuche schliesslich ergeben ein Reissen im Bereich des ungestörten Gusseisens mit Kugelgraphit.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. A method for welding workpieces made of cast iron with spheroidal graphite with those also made of cast iron or steel, characterized in that the workpiece or parts thereof at temperatures of 800 to 1100 ° C for 6 to 60 hours annealing treatment for edge decarburization up to a decarburization freeze of 5 mm is subjected before the welding is carried out, with heating rates of at most 500 C / h being maintained during the annealing treatment and cooling at a rate of at most 300 Ci.
2. The method according to claim 1, characterized in that the annealing treatment is carried out in an atmosphere with additions of methanol and water.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that after the welding, a heat treatment is carried out, whereby any desired basic structure is set.
The invention relates to a method for welding workpieces made of cast iron with spheroidal graphite with those also made of cast iron or steel.
According to the current state of the art - VDG leaflet N 60 production welding of cast iron with spheroidal graphite (September 1976) - special measures are required for welds of the aforementioned type, in particular the preheating, the welding process used, the welding filler materials used and any subsequent ones Relate to heat treatments; With regard to the heat treatments, it is expressly pointed out that temperatures of 920 C should not be exceeded in order to avoid warping of the workpiece, scaling and decarburization of the surface and an increase in the impact strength transition temperature - d. H.
a reduction in ductility or toughness - to avoid. For the reasons mentioned above, the welding of spheroidal graphite cast iron is considered to be difficult in the professional world and the results obtained are often unsatisfactory.
The object of the invention is to simplify the welding of the material pairings mentioned at the beginning. According to the present invention, this object is achieved in that the workpiece or parts thereof are subjected to a 6 to 60 hour annealing treatment for edge decarburization up to a decarburization depth of 5 mm at temperatures of 800 to 1100 oC before the welding is carried out, with the annealing treatment, heating rates of up to 500 Clh are adhered to and cooling is carried out at a maximum of 300 C / h.
Contrary to the prejudice of the professional world - the decarburization known for improving the weldability of malleable cast iron (VDG leaflet N 70, 2nd edition of welding of malleable cast iron (October 1979)), even for workpieces made of spheroidal graphite cast iron - it has surprisingly been shown that Cast iron with spheroidal graphite can be cold-welded without cracks by the process according to the invention and that the mechanical properties of the base material are only insignificantly influenced by the new welding process, even without subsequent heat treatment. It is irrelevant whether the spheroidal graphite cast iron serving as the base material has a ferritic, pearlitic or carbidic basic structure, or whether its structure consists of mixtures of these types of structure.
However, if the mechanical properties are to be improved compared to those of the base material, it is advantageous if a heat treatment is carried out at 650 to 900 C for 1 to 10 hours after welding. Furthermore, the risk of scaling during the annealing treatment preceding the welding can be reduced if the annealing treatment is carried out in an atmosphere with additions of methanol and water.
The invention is described in more detail below using an exemplary embodiment.
In the exemplary embodiment, a workpiece made of cast iron with spheroidal graphite with a ferritic basic structure is welded with a fine-grain boiler plate HI (DIN 17155) made of steel. The chemical analysis of cast iron shows the following composition (in% by weight):
C 3.49; P 0.025; S 0.06; Si 1.21; Mn 0.03; Ni 1.43; Mg 4049 and balance Fe.
First, the weld seam is prepared by machining the spheroidal graphite cast iron workpiece; this preparation, which is usually carried out after an annealing treatment, has to be carried out beforehand so that the relatively thin, decarburized layer of the base material produced with the annealing treatment is not broken or destroyed.
Before the annealing treatment, the zone of the workpiece to be decarburized is made into mill scale - i.e. packed in a mixture of Fe oxides; The workpiece is then first heated in air in a resistance-heated electric annealing furnace at a speed of 500 Clh. During the heating, the air atmosphere is converted into a decarburizing gas atmosphere by gradually adding a mixture of 85% methanol and 15% water. Heating takes place up to a temperature of around 980 C, which is maintained for 24 hours.
The subsequent cooling to room temperature is carried out in the furnace - up to a temperature of approx. 500 C at a speed of 300 C / h - whereby the decarburizing atmosphere automatically returns to the air through the open furnace door.
This annealing treatment results in a decarburization of the workpiece to a depth of about 1-2 mm to a carbon content of less than or equal to 0.3%; the depth of the decarburization, which should be at least 0.5 mm, can be varied to a certain extent by means of other annealing temperatures and / or holding times, with the combination of values required for a certain depth being determined in preliminary tests in all cases.
After the annealing treatment and cooling, the decarbonized edge zone is cleaned, for example using a wire brush, and then used for the actual welding, e.g. with the help of gas burners, preheated to 150 C, the temperature being monitored, for example, conventionally with thermocouples; the zone to be welded is then firstly welded using an electric arc manual welding (El welding) with a commercially available steel electrode - e.g. E-5154 B 10 according to DIN 1913 or E7018 according to AWS - of 2.5 mm diameter clad in one to three layers, so that the decarburized layer is protected during the production of the actual weld connection and is not melted too far.
Between the application of the individual layers of the cladding weld, the workpiece is allowed to cool to about 250 ° C in each case in order to prevent local overheating of the welding zones
otherwise; temperature control is again carried out, for example, by means of thermocouples.
The subsequent actual welding of the connection to the boiler plate, which has previously only been preheated, is carried out using the same method with the same type of electrodes, with only those of larger diameters being used where appropriate. The cooling after connection welding takes place as slowly as possible, which is achieved with an asbestos cover.
As is known, the structure of such welds in the transition zone consists of martensite. If this does not impair the function of the welded joint, subsequent heat treatment can be omitted.
In principle, however, it is possible to produce any desired structure by any heat treatment customary for cast iron. In the present case, the ferritic basic structure was also restored in the transition zone by annealing at 780 C for 3 hours and subsequent furnace cooling with a cooling rate of about 300 C / h.
The quality of the welded joint is then checked in known whites, for example with the aid of a color penetration test and / or a metallographic structural examination. Finally, tear tests carried out transversely to the weld seam result in tearing in the area of the undisturbed cast iron with spheroidal graphite.