CH649591A5

CH649591A5 - Verfahren zur verbindung von einem aus manganhartstahlguss bestehenden herzstueck mit aus kohlenstoffstahl bestehenden schienen, insbesondere fuer eisenbahnweichen oder kreuzungen.

Info

Publication number: CH649591A5
Application number: CH8666/78A
Authority: CH
Inventors: Hubert Dipl-Ing Augustin; Alfred Dr Dipl-Ing Moser
Original assignee: Voest Ag
Priority date: 1977-08-19
Filing date: 1978-08-15
Publication date: 1985-05-31
Also published as: LU80121A1; FR2400409A1; SU1122209A3; JPS6157119B2; UA5991A1; ES472691A1; AT350881B; IT1098168B; HU178218B; PL131267B1; DE2834282C3; PL209117A1; DE2834282A1; DE2834282B2; US4169745A; AR218501A1; BR7805335A; FR2400409B1; JPS5443147A; BE869776A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Manganhartstahlguss eignet sich wegen seiner guten Ver-schleisseigenschaften in besonderem Masse für Herzstücke. Die Verschweissung solcher Herzstücke aus Manganhartstahlguss mit den aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen, vorzugsweise Regelschienen, bietet aber grosse Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten liegen in erster Linie darin, dass der austenitische Manganhartstahlguss zur Vermeidung der Ausbildung von das Gefüge versprödenden Karbidausscheidungen rasch abgekühlt werden muss, während die aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen zur Vermeidung von Aufhärtungen langsam abgekühlt werden müssen. Diese beiden Bedingungen sind konträr. Es ist daher bereits bekannt, Zwischenstücke aus kohlenstoffarmem zähem Stahl mit austenitischem Gefüge zwischen dem Herzstück und den anschliessenden Schienen anzuordnen. Bei diesem bekannten Verfahren können diese Zwischenstücke entweder im Verbundguss mit dem Herzstück mitgegossen oder gesondert angeschweisst werden. Im letzteren Fall wurde in der Regel so vorgegangen, dass die Zwischenstücke an das Manganherzstück angeschweisst und hierauf an die Zwischenstücke die Schienen angeschweisst werden. Durch die Länge des Zwischenstückes wird hiebei eine Übertragung der Wärme beim zweiten Schweissvorgang auf die zuerst hergestellte Schweissnaht weitgehend verhindert. Es ist daher möglich, das aus Manganhartstahlguss bestehende Herzstück nach dem Verschweissen mit dem Zwischenstück zu glühen und schnell abzukühlen und nach der darauffolgenden Verschweissung mit der Schiene die Schweissstelle langsam abzukühlen, da ja durch das Zwischenstück eine Erwärmung des aus Manganhartstahlguss bestehenden Herzstückes auf höhere Temperaturen vermieden wurde. Diese bekannten Verfahren setzen aber eine verhältnismässig grosse Länge des Zwischenstückes voraus. Da nun das Zwischenstück aus einem wenig weicheren und weniger verschleissfesten Stahl besteht als die Schiene und das Herzstück, tritt an der Stelle des Zwischenstückes eine Verformung der Lauffläche im Laufe des Betriebes ein, wodurch der Fahrkomfort stark beeinträchtigt wird. Man könnte zwar das Zwischenstück durch Auftragsschweissung mit verschleissfestem Stahl aufpanzern, jedoch erfordert dies einen zusätzlichen Arbeitsgang. Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden und besteht gemäss der Kennzeichnung des Anspruchs 1 darin, dass zuerst das Zwischenstück mit der Schiene verschweisst wird, dass die Länge des an die Schiene angeschweissten Zwischenstückes auf höchstens 25 mm begrenzt wird, und dass in einem zweiten Schweissvorgang das Man-ganhartstahlguss-Herzstück mit dem Zwischenstück verschweisst wird, wobei die Abkühlung nach dem zweiten Schweissvorgang schneller erfolgt als die Abkühlung nach dem ersten Schweissvorgang.

Dadurch, dass die Länge des Zwischenstückes sehr kurz bemessen ist, wird in Anbetracht des verhältnismässig grossen Raddurchmessers ein Eindellen der Lauffläche dieses Zwischenstückes vermieden. Der Raddurchmesser beträgt etwa 330 bis 1100 mm und bei einer solchen kurzen Bemessung des Zwischenstückes beträgt die Länge des einge-schweissten Zwischenstückes nur etwa 0,5 bis höchstens 2%, im Durchschnitt nur etwa 1%, des Raddurchmessers. Wenn sich nun die Lauffläche des Zwischenstückes mit dem Radius des Rades eindellen würde, so würde die Tiefe dieser Eindel-lung maximal 0,1 mm betragen und eine solche Eindellung stört den Fahrkomfort nicht. Die Abkühlung nach dem ersten Schweissvorgang, in welchem das Zwischenstück mit der Schiene verschweisst wurde, erfolgt vorteilhaft langsamer als die Abkühlung nach dem zweiten Schweissvorgang, mit welchem das Zwischenstück mit dem Herzstück verschweisst wurde. Die Abkühlung nach dem ersten Schweissvorgang kann ohne weiteres so langsam erfolgen, dass eine Aufhärtung des Schienenstahles vermieden wird, da ja das Herzstück dadurch noch in keiner Weise beeinflusst wird. Wenn nun bei dem zweiten Schweissvorgang das Herzstück mit dem Zwischenstück verschweisst wird, so wird auch bei der kurzen Länge des Zwischenstückes die erste Schweissnaht zwischen Schiene und Zwischenstück nur auf eine Temperatur von ungefähr 700 °C erhitzt und eine Abkühlung von dieser Temperatur muss nicht so langsam erfolgen wie von der Schweisstemperatur. Es hat sich herausgestellt, dass eine Erwärmung des Herzstückes nach dem zweiten Schweissvorgang nicht nötig ist. Man kann daher aus der Schweisswärme unmittelbar abkühlen, wobei eine Abkühlgeschwindigkeit gewählt werden kann, welche so schnell ist, dass eine Ver-sprödung des Manganhartstahlgusses noch nicht erfolgt und doch so langsam, dass bei einer Abkühlung von 700 °C ausgehend der Kohlenstoffstahl der Schiene nicht versprödet wird. Wesentlich ist somit, dass zuerst das Zwischenstück mit der Schiene verschweisst wird und dann erst im zweiten Arbeitsgang mit dem Herzstück. Vorzugsweise erfolgt die Schweissung durch Abbrennstumpfschweissung. Dies hat den Vorteil, dass sich die Erhitzung nur auf eine kleine Strecke erstreckt, wobei der bis zur flüssigen Phase erhitzte

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Materialanteil ohnedies ausgepresst wird und wegfällt.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abkühlung nach der zweiten Schweissung an ruhender Luft, während die Abkühlung nach der ersten Schweissung im Verhältnis zu einer Abkühlung an ruhender Luft verzögert durchgeführt wird. Es hat sich herausgestellt, dass eine Abkühlung an ruhender Luft schnell genug ist, um eine Ver-sprödung des Manganhartstahlgusses bei der Abkühlung aus der Schweisswärme zu vermeiden und langsam genug ist, um bei einer Abkühlung von einer Temperatur von 700 °C ausgehend eine Aufhärtung des Kohlenstoffstahles der Schiene zu vermeiden.

Beim Verfahren wird vorteilhaft ein das Schienenprofil aufweisendes Zwischenstück verwendet. Beim Abbrenn-stumpfschweissen muss das Zwischenstück eine Länge aufweisen, welche das Festspannen in der Schweissmaschine ermöglicht. Es kann daher so vorgegangen werden, dass ein eine grosse Länge, vorzugsweise etwa 50 mm, aufweisendes Zwischenstück vorbereitet und mit der Schiene verschweisst und hierauf auf die geforderte Länge abgeschnitten wird. Das Verfahren kann aber auch so durchgeführt werden, dass eine aus dem Material des Zwischenstückes bestehendes Schienenstück mit der Schiene verschweisst und hierauf der restliche Teil dieser aus dem Material des Zwischenstückes bestehenden Schiene vom Zwischenstück abgeschnitten wird. Gegenüber einem Verfahren, bei welchem Zwischenstücke in grösserer Länge vorbereitet und dann auf die erforderliche Länge abgeschnitten werden, bietet dies den Vorteil, dass nur jeweils ein Schnitt erforderlich ist.

Es wird angenommen, dass es zweckmässig ist, die beiden Schweissstellen in thermischer Hinsicht zu trennen, um die Abkühlungsbedingungen einhalten zu können. Die Versprö-dung des Manganhartstahlgusses des Herzstückes ist zu einem wesentlichen Anteil auch darauf zurückzuführen, dass an der Schweissstelle durch Diffusion eine Mischzone entsteht, in welcher eine ungüstige Gefügeausbildung entsteht. Die Länge des Zwischenstückes ist daher auch dadurch bedingt, dass eine Diffusion von Legierungsbestandteilen zwischen der Schiene und dem Manganhartstahlguss des Herzstückes vermieden wird. Auch hiefür genügt die eingangs beschriebene Länge des Zwischenstückes.

Es ist damit zu rechnen, dass bei jedem Schweissvorgang etwa 10 mm des Zwischenstückes abschmelzen bzw. aufgestaucht werden. Wenn die Länge des an die Regelschiene angeschweissten Zwischenstückes mit höchstens 20 bis 25 mm, vorzugsweise 15 bis 20 mm, begrenzt ist, so ist hiebei schon der Abbrand bei der ersten Schweissung, bei welcher das Zwischenstück mit der Schiene verschweisst wurde, berücksichtigt. Wenn also beispielsweise die Länge des an die Regelschiene angeschweissten Zwischenstückes 15 bis 20 mm beträgt, so ist damit schon der Abbrand von 10 mm beim ersten Schweissvorgang berücksichtigt. Beim zweiten

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Schweissvorgang brennen weitere ungefähr 10 mm ab, so dass sich die Länge des Zwischenstückes auf 5 bis 10 mm verkürzt. Eine Länge von etwa 5 bis 10 mm reicht aber ohne weiteres aus, um den gewünschten Erfolg zu erzielen, da zur Verhinderung einer Diffusion eine Sperrschicht von 0,1 bis 1 mm ohne weiteres ausreicht. Da nun aber auch die Diffusion zwischen Legierungselementen des Zwischenstückes und des Manganhartstahlgusses zu berücksichtigen ist, ist auch die Wahl des Materials des Zwischenstückes für das erfindungs-gemässe Verfahren von Bedeutung. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher ein Zwischenstück aus einem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl verwendet, dessen Zusammensetzung einem Nickeläquivalent von 13 bis 30% und einem Chromäquivalent von 8 bis 25%, bezogen auf das Schaeffler-Diagramm, entspricht,

wobei der Äquivalentwert für Nickel gleich ist 1 x % Nickel + 30 x % Kohlenstoff + 0,5 x % Mangan und der Äquivalentwert für Chrom gleich ist 1 x % Chrom + 1 x % Molybdän + 1,5 x % Silizium. Bei einer solchen Wahl des Materials des Zwischenstückes wirken sich Diffusionserscheinungen zwischen dem Material des Zwischenstückes und dem Manganhartstahlguss des Herzstückes nicht schädlich aus.

Anhand der schematischen Zeichnung wird die Erfindung mittels eines Ausführungsbeispieles erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Herzstück einer Kreuzung mit den angeschlossenen Regelschienen. Fig. 2 zeigt im grösseren Massstab einen Schnitt nach Linie II-II der Fig.l. Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 1.

Das Herzstück 1 besteht aus Manganhartstahlguss. An dieses Herzstück sind die Schienen 2 über Zwischenstücke 3 durch Abbrennstumpfschweisung angeschweisst.

Es werden Zwischenstücke 3 von einer Länge von etwa 50 mm vorbereitet. Diese Länge von 50 mm genügt, um diese Zwischenstücke in einer Abbrennstumpfschweissmaschine einzuspannen. Die Zwischenstücke weisen das in Fig. 3 dargestellte Profil einer Schiene auf. Diese 50 mm langen Zwischenstücke werden in üblicher Weise mit der Schiene 2 durch Abbrennstumpfschweissung verschweisst, wobei die in Fig. 2 dargestellte Schweissnaht 4 entsteht. Die Schweissstelle 4 wird langsam, beispielsweise unter einer wärmedämmenden Schutzschicht abgekühlt. Hierauf werden die Zwischenstücke 3 derart abgelängt, dass ihre Länge von der Schweissnaht 4 an gerechnet 15 mm beträgt. Hierauf erfolgt die Verschweissung gleichfalls durch Abbrennstumpf-schweissen mit dem Herzstück 1. Bei der Verschweissung brennt wieder eine Länge von etwa 10 mm vom Zwischenstück ab, so dass sich eine Länge a des Zwischenstückes von 5 mm zwischen der Schweissnaht 4 und der zwischen dem Herzstück 3 und dem Manganherzstück 1 ausgebildeten Schweissnaht 5 ergibt.

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1. Verfahren zur Verbindung von einem aus austenitischem Manganhartstahlguss bestehenden Herzstück mit aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen unter Verwendung je eines Zwischenstückes aus kohlenstoffarmem austenitischem Stahl durch Schweissung, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst das Zwischenstück mit der Schiene verschweisst wird, dass die Länge des an die Schiene angeschweissten Zwischenstückes auf höchstens 25 mm begrenzt wird, und dass in einem zweiten Schweissvorgang das Manganhartstahlguss-Herzstück mit dem Zwischenstück verschweisst wird, wobei die Abkühlung nach dem zweiten Schweissvorgang schneller erfolgt als die Abkühlung nach dem ersten Schweissvorgang.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung nach dem zweiten Schweissvorgang an ruhender Luft erfolgt und die Abkühlung nach dem ersten Schweissvorgang im Verhältnis zu einer Abkühlung an ruhender Luft verzögert durchgeführt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Länge von etwa 50 mm aufweisendes Zwischenstück vorbereitet und mit der Schiene verschweisst und hierauf auf die vorgenannte Länge abgeschnitten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus dem Material des Zwischenstückes bestehende Schiene mit der Schiene verschweisst und hierauf der 25 mm übersteigende Teil dieser aus dem Material des Zwischenstückes bestehende Schiene vom Zwischenstück abgeschnitten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenstück aus einem austeniti-schen Chrom-Nickel-Stahl verwendet wird, dessen Zusammensetzung einem Nickeläquivalent von 13 bis 30% und einem Chromäquivalent von 8 bis 25%, bezogen auf das Schaeffler-Diagramm, entspricht, wobei der Äquivalentwert für Nickel gleich ist 1 x % Nickel 4- 30 x % Kohlenstoff + 0,5 x % Mangan und der Äquivalentwert für Chrom gleich ist 1 x % Chrom + 1 x % Molybdän + 1,5 x % Silizium.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Zwischenstückes auf höchstens 20 mm begrenzt wird.