DD244929A1

DD244929A1 - METHOD FOR REGENERATING SEALED SURFACES

Info

Publication number: DD244929A1
Application number: DD28499185A
Authority: DD
Inventors: Manfred Bannasch; Eckhard Bihler; Joachim Schmidt; Horst Pohlers
Original assignee: Ibr Fa Dr
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1987-04-22

Abstract

Die Regenerierung altbrauchbarer und durch Verschleiss geschaedigter Bauteile ist eine wirtschaftliche Massnahme zur Erhaltung vergegenstaendlichter Arbeit, und ist mit den vielfaeltigsten Verfahren, Mitteln und Methoden moeglich. Bei einer Regenerierung durch Materialauftrag, mit dem Ziel der Erreichung des Ursprungszustandes, wird in den meisten Faellen fremden Zusatzmaterial verwendet und z. B. mittels der Verfahren galvanisches Eisenauftragen, thermisches Spritzen, Auftragsschweissen, Metallaufdampfen, Elektrofunkenbeschichtung u. dgl. m. aufgetragen. Bei der erfindungsgemaessen Loesung "Verfahren zum Regenerieren verschlissener Oberflaechen" wird das benoetigte Zusatzmaterial den Stellen oder neu zu schaffenden Stellen des Bauteils entnommen, die die Funktionssicherheit nicht mindern und nicht gefaehrden. Dies ist in vielen Faellen, wie z. B. bei Getriebewellen, Waelzlager, Bolzen u. dgl., die geringem Verschleiss unterliegen, moeglich. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass mit Hilfe eines Laserstrahles Material des Bauteils punktfoermig aufgeschmolzen und unter Einsatz eines Schutzgasstrahls in die verschlissenen Stellen gedraengt wird. Die Anwendung dieses Verfahrens ist im Maschinenbau fuer gering verschlissene Bauteile moeglich.The regeneration of used and worn-out components is an economic measure for preserving contrived work, and is possible with the most varied methods, means and methods. In a regeneration by material application, with the aim of achieving the original state, foreign auxiliary material is used in most cases and z. Example by means of the method galvanic iron application, thermal spraying, hardfacing, metal vapor deposition, electrofunk coating u. like m. applied. In the inventive solution "Method for regenerating worn surfaces" the additional material required is taken from the points or points of the component to be created that do not reduce the functional reliability and do not endanger it. This is in many cases, such. B. gear shafts, rolling bearings, bolts u. Like., Which are subject to low wear, possible. According to the invention, the object is achieved in that, with the aid of a laser beam, material of the component is melted in a punctiform manner and is forced into the worn places using a shielding gas jet. The application of this method is possible in mechanical engineering for low-wear components.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren verschlissener Oberflächen von Bauteilen aus Stahl oder anderen Eisenwerkstoffen.The invention relates to a method for regenerating worn surfaces of components made of steel or other ferrous materials.

Das Verfahren ist insbesondere an rotationssymmetrischen Werkstücken einsetzbar, die nur geringe Verschleißerscheinungen bzw. leichte Oberflächen beschädigungen aufweisen. Als Anwendungsbeispiele seien hier unter anderem Wellen, Zapfen, Rohre und Werkzeuge genannt.The method can be used in particular on rotationally symmetrical workpieces that have only minor signs of wear or slight surface damage. Examples of applications include shafts, tenons, pipes and tools.

Characteristic of the known technical solutions

Bei defl bekannten Regenerierungsverfahren werden verschlissene Flächen mit Zusatzwerkstoffen behandelt und der Auftrag in üblicherweise durch thermisches Spritzen, galvanischem Eisenauftragen, Schweißen, Elektrofunkenbeschichtung, Aufdampfen bzw. Plasmastrahlbeschichtung durchgeführt. Hierzu ist in den meisten Fällen eine Vorbehandlung der Flächen durch eine mechanische Bearbeitung zur Erhöhung der Haftung der aufzutragenden Schicht, um bestimmte geometrische Formen zu erzielen und anschließend zweckmäßigerweise eine konstante Schichtdicke zu erreichen, erforderlich. Nach der mechanischen Bearbeitung sind außerdem noch Reinigungs- und Strahlvorgänge zur Haftgrundverbesserung notwendig.In the case of known regeneration processes, worn surfaces are treated with filler metals and the coating is usually carried out by thermal spraying, galvanic ironing, welding, electrofusion coating, vapor deposition or plasma jet coating. For this purpose, in most cases a pretreatment of the surfaces by mechanical processing to increase the adhesion of the layer to be applied in order to achieve certain geometric shapes and then expediently to achieve a constant layer thickness required. After mechanical processing, cleaning and blasting operations are also necessary to improve primer.

Besondere Probleme dieser Verfahren liegen in der Haftung zwischen der aufgetragenen Schicht und dem Grundwerkstoff. Die Vielzahl von Verfahrensschritten, wie mechanische Bearbeitung, Reinigung, Strahlen, Metallauftrag, Nachbearbeitung und Härtung erfordern einen erheblichen apparativen Aufwand. Als weiterer Nachteil der konventionellen Verfahren ist anzuführen, daß eine erhebliche Materialmenge mechanisch abgetragen und dann nahezu die gleiche Menge als Zusatzwerkstoff wieder aufgetragen werden muß, um den geringen Materialverlust, welcher durch den Verschleiß entstanden ist, zu kompensieren.Particular problems of these methods lie in the adhesion between the applied layer and the base material. The variety of process steps, such as mechanical processing, cleaning, blasting, metal application, post-processing and curing require considerable expenditure on equipment. Another disadvantage of the conventional method is that a considerable amount of material must be removed mechanically and then almost the same amount must be reapplied as additional material in order to compensate for the small material loss which has resulted from the wear.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung bestehtdarin, ein Verfahren zum Regenerieren verschlissener Oberflächen zu schaffen, durch welches es möglich ist, mit nur wenigen Verfahrensschritten ohne wesentliche thermische Belastung des Grundwerkstoffs und unter Umgehung des Einsatzes komplizierten Aufwandes von Zusatzeinrichtungen eine verzugsfreie Regenerierung bereits gehärteter Flächen durchzuführen.The object of the invention is to provide a method for regenerating worn surfaces, by means of which it is possible to carry out distortion-free regeneration of already hardened surfaces with only a few process steps without substantial thermal stress on the base material and bypassing the use of complicated outlay of additional equipment.

Des weiteren ist beabsichtigt, daß in einem einzigen Arbeitsgang ein aufzutragender, dem Bauteil entnommener, Werkstoff sich mit dem Grundmaterial homogen und fest verbindet, und gleichzeitig gehärtet ist.Furthermore, it is intended that in a single operation, a aufzutragender, the component removed material, with the base material homogeneously and firmly connects, and is cured at the same time.

Ein Schleifarbeitsgang stellt den Ursprungszustand des Bauteiles an der so regenerierten Stelle her.A grinding operation establishes the original state of the component at the point thus regenerated.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches gegenüber der herkömmlichen Arbeitsweise weniger Operationen erfordert, ohne Haftgrundvorbereitung und Zusatzwerkstoffe auskommt sowie zu einer Qualitätsverbesserung der behandelten Oberflächen führt.The invention has for its object to develop a method which requires less surgery compared to the conventional procedure, does not require priming and filler materials and leads to an improvement in the quality of the treated surfaces.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der mittels eines Laserstahls aufgeschmolzener Grundwerkstoff an die Stellen des durch Verschleiß abgetragenen Materials tritt und eine innige Verbindung erfolgt.According to the invention the object is achieved in that the molten by means of a laser steel base material occurs at the locations of the material removed by wear and an intimate connection.

Das zur Regenerierung der Oberfläche erforderliche Material wird den Stellen entnommen, die den verschlissenen Flächen benachbart sind, wie Hohlkehlen, Fasen, Absätze, Ölnuten, Zentrierungen udgl. und die Funktionssicherheit des Bauteils durch diese Materialininderung nicht gefährden.The material required to regenerate the surface is taken from the locations adjacent the worn surfaces such as fillets, chamfers, shoulders, oil grooves, centering, and the like. and do not jeopardize the functional safety of the component as a result of this reduction in material.

Nachdem die Oberfläche von Staub und Fett in unkomplizierter Weise befreit wurde und gegebenenfalls mit einer Ankoppelschicht versehen wurde, wird ein Laserstrahl so eingerichtet, daß er die Oberfläche zum Schmelzen bringt. Der Laserstrahl nimmt dabei, je nach Erfordernis, eine Schräglage in einem bestimmten Winkel zur Oberfläche und im extremen Falle eine senkrechte Position ein.After the surface has been freed of dust and grease in an uncomplicated manner and optionally provided with a coupling layer, a laser beam is set up so that it melts the surface. The laser beam takes, depending on the requirement, an inclined position at a certain angle to the surface and in the extreme case a vertical position.

Die Schutzgasdüse wird immer in einer Schräglage zur Oberfläche eingestellt. Das geschmolzene Material wird durch das Schutzgas in die gewünschte Richtung, vorzugsweise spiralförmig, bewegt und in die entsprechende geometrische Form gebracht.The protective gas nozzle is always set in an inclined position to the surface. The molten material is moved by the inert gas in the desired direction, preferably spiral, and brought into the corresponding geometric shape.

Ein mehrmaliges Überfahren der Oberfläche ist in der Regel, je nach Verschleißgröße erforderlich, je nachdem, ob die vorhandene Flächenpressung punktförmige Belastungen zuläßt oder eine Ebenflächigkeit erfordert.A repeated overrunning of the surface is usually required, depending on the size of wear, depending on whether the existing surface pressure allows punctiform loads or requires a flatness.

Beim Umschmelzen von C-Stählen und niedriglegierten Stählen treten durch Gefügeumwandlung Härtesteigerungen ein, während bei hochlegierten Stählen im allgemeinen eine Homogenisierung und Kornverfeinerung erreichbar ist.When remelting C-steels and low-alloy steels, structural increases result in increases in hardness, while homogenization and grain refinement are generally achievable with high-alloy steels.

Ausführungsbeispiele ' .Embodiments'.

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to two embodiments.

in den zugehörigen Zeichnungen wird das Prinzip des Regenerierens an einer gering verschlissenen Oberfläche einer Stahlwelle dargestellt und zwar zeigtin the accompanying drawings, the principle of regeneration on a slightly worn surface of a steel shaft is shown and indeed shows

Fig. 1: den Laser und die Schutzgasdüse in gleicher Winkelstellung Fig. 2; den Laser und die Schutzgasdüse in unterschiedlichen Winkeln.Fig. 1: the laser and the protective gas nozzle in the same angular position Fig. 2; the laser and the protective gas nozzle at different angles.

Example 1:

Entsprechend Fig. 1 wird ein fokussierter Laserstrahl 1 in einer Wechselwirkungszone 2 mit einer Schutzgasdüse 3 im gleichen Winkel auf die Oberfläche eines Wellenzapfens 4 gerichtet.According to FIG. 1, a focused laser beam 1 is directed in an interaction zone 2 with a protective gas nozzle 3 at the same angle onto the surface of a shaft journal 4.

Durch den Laserstrahl 1 wird das Werkstück oberflächlich in einer Wechselwirkungszone 2 aufgeschmolzen und der Schutzgasstrahl bewegt das geschmolzene Material in die gewünschte Richtung. Das Material wird einer zu schaffenden Fase entnommen.By the laser beam 1, the workpiece is superficially melted in an interaction zone 2 and the protective gas jet moves the molten material in the desired direction. The material is taken from a chamfer to be created.

Beispie! 2:Step Example! 2:

Gemäß Fig. 2 wird ein fokussierter Laserstrahl 1 in einem bestimmten Winkel α und eine Schutzgasdüse 3 mit dem Winkel β auf die Oberfläche eines Wellenzapfens 4 gerichtet. Auch hierbei erfolgt in einer Wechselwirkungszone 2 ein oberflächliches Aufschmelzen und das Schutzgas bläst das aufgeschmolzene Material in die erforderliche Richtung.According to FIG. 2, a focused laser beam 1 is directed at an angle α and a protective gas nozzle 3 is directed onto the surface of a shaft journal 4 at the angle β . Here, too, superficial melting takes place in an interaction zone 2 and the protective gas blows the molten material in the required direction.

Das Material wird einer zu schaffenden Hohlkehle 6 entommen.The material is taken from a groove 6 to be created.

Die behandelten Flächen weisen für beide Beispiele je nach Stahlsorte ein homogenes und feinkörniges bzw. ein gehärtetes Gefüge auf, so daß sie anschließend geschliffen werden können.Depending on the steel grade, the treated surfaces have a homogeneous and fine-grained or hardened structure for both examples, so that they can subsequently be ground.

Die Regenerierung erfolgt nach den beschriebenen Verfahren bei folgenden Parametern:Regeneration is carried out according to the described methods with the following parameters:

— Tangentialgeschwindigkeit 0,5...40 mm/s- Tangential speed 0.5 ... 40 mm / s

— Bandüberlappung 0...40%- Tape overlap 0 ... 40%

— Laserstrahl Einfallwinkel« 45...9O⁰ - Laser beam angle of incidence «45 ... 9O ⁰

— Brennfleckenabstand zur Oberfläche · 0...40mm- focal distance to the surface · 0 ... 40mm

— Leistung auf derOberfläche 200...5000W- Power on the surface 200 ... 5000W

— Schutzgas N₂ - protective gas N ₂

— Schutzgasdurchsatz 200...900 l/h- Protective gas flow rate 200 ... 900 l / h

— Düsenanstellwinkel β 45...90° .- Nozzle angle β 45 ... 90 °.

Claims

Invention claim:

A process for regenerating worn surfaces, characterized in that after cleaning the surface of a worn or damaged shaft journal (4) a focused laser beam (1) at an angle of incidence α between 45 ° to 90 ° on the shaft journal (4) to form a chamfer (4) 5) or a groove (6) melts to obtain the material to be applied and a protective gas flowing from a protective gas nozzle (3), which occurs at a Düsenanstellwinkel β , the melt moves in an interaction zone (2) in the desired direction.

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