DD252334A1

DD252334A1 - Verfahren und vorrichtung zum widerstandsrollennahtauftragsschweissen

Info

Publication number: DD252334A1
Application number: DD29412886A
Authority: DD
Inventors: Gernot Sitte; Hans-Juergen Lehmann
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1987-12-16
Also published as: DD252334B1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Widerstandsrollennahtauftragsschweissen, vorzugsweise mit Metallpulvern als Zusatzwerkstoff, zur Regenerierung oder Panzerung von Bauteilen. Der Zusatzwerkstoff wird bei Temperaturen von 100 bis 200 K unterhalb der Solidustemperatur des Zusatzwerkstoffes auf das Bauteil aufgebracht und nach Bewegung des Bauteiles vom Kontaktpunkt der ersten zum Kontaktpunkt der zweiten Elektrode wird der Schweissprozess durch Einwirkung von Temperaturen oberhalb der Solidustemperatur des Zusatzwerkstoffes fortgefuehrt. Zur Durchfuehrung des Verfahrens werden Vorrichtungen in verschiedenen Varianten vorgeschlagen. Kennzeichnend ist eine Vorrichtung mit indirekter Stromeinleitung sowie zwei Rollenelektroden gleicher oder unterschiedlicher Leitfaehigkeit, die in Schweissrichtung hintereinander auf das Bauteil aufsetzen, derart, dass der von den Kontaktpunkten der Rollenelektroden und der Symmetrieachse des Bauteiles eingeschlossene Winkel kleiner 90 ist. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen, insbesondere von rotationssymmetrischen Teilen, unter Verwendung von Zusatzwerkstoffen zur Regenerierung verschlissener oder zur Panzerung neuer Bauteile.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, rotationssymmetrische Teile zwecks Panzerung oder Regenerierung mittels des Widerstandsrollennahtverfahrens unter Zusatz von Metallpulvern aufzuschweißen,.wobei zwei Rollenelektroden aus gleichem Elektrodenwerkstoff verwendet werden und der Schweißstrom das Werkstück radial durchfließt. Die Temperaturen beider Elektrodenaufsatzpunkte sind etwa gleich.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß sich trotz Wasserkühlung mit zunehmender Auftragslänge das Bauteil immer mehr aufheizt und durch die sich bildenden Oxidschichten die Gefahr von Bindefehlern zunimmt.

Es hat sich deshalb ein zweilagiger Auftrag mit unterschiedlicher Stromstärke als vorteilhaft erwiesen. Die erste mit geringer Stromstärke geschweißte Lage verhindert eine Oxidation bei der zweiten mit hoher Stromstärke geschweißten Lage. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei Teilen, wo nur eine kleine Schichtdicke erforderlich ist, die einlagig realisierbar wäre, trotzdem zwei Lagen geschweißt werden müssen.

Weiterhin haben beide Varianten den Nachteil, daß eine gewisse Restporosität vorhanden ist.

Es ist auch bekannt, beim Punkschweißen mit Elektroden aus verschiedenen Elektrodenwerkstoffen zu arbeiten, wenn beim Verbinden zweier Bleche unterschiedlicher Dicke die Linse sonst asymmetrisch liegt. Dabei sollen nicht unterschiedliche Temperaturen, sondern gleiche Temperaturen beidseits der Fügeebene erreicht werden.

Eine Anwendung verschiedener Elektrodenwerkstoffe beim Widerstandsauftragsschweißen ist bisher nicht bekannt. Es ist auch bekannt, nicht oder nur schlecht beidseitig zugängliche Bauteile mittels Widerstandspunktoder -rollennahtschweißen zu verbinden, indem die Elektroden auf der einen gut zugänglichen Seite angeordnet sind. Dabei existieren verschiedene Varianten. Das Grundprinzip ist, daß der Strom von dereinen Elektrode über die Schweißstelle in eine aus Kupfer bestehende Kurzschlußbrücke fließt und von dieser unterhalb der zweiten Elektrode durch das Blech derzweiten Elektrode zugeführt wird.

Wenn das untere Blech dicker als das obere ist, kann auch auf die Kurzschlußbrücke verzichtet werden, so daß der Strom das untere dicke Blech zur Stromrückleitung zwischen beiden Elektroden benutzt.

Der Nachteil beider Varianten ist, daß die erzeugte Wärmemenge gegenüber dem Gegenelektrodenschweißen nicht kleiner sondern größer wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die beim Widerstandsrollennahtauftragsschweißen mit Zusatzwerkstoffen, vorzugsweise Metallpulvern, die Haftfestigkeit der aufgetragenen Schicht erhöht wird und die Porosität verringert wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gesamtwärmeeintrag in das Bauteil zu senken und gleichzeitig einen Vorlauf der Anlauffarben auch bei einlagiger Auftragstechnologie zu vermeiden.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen mit Zusatzwerkstoffen, vorzugsweise Metallpulvern, wobei erfindungsgemäß der Zusatzwerkstoff bei Temperaturen von 100 bis 200K unterhalb der Solidustemperatur des Zusatzwerkstoffes auf das Bauteil aufgebracht wird, und der Schweißprozeß nach Bewegung des Bauteils vom Kontaktpunkt der ersten zum Kontaktpunkt der zweiten Rollenelektrode durch Einwirkung von Temperaturen oberhalb der Solidustemperatur des Zusatzwerkstoffes fortgeführt wird.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung mit indirekter Stromeinleitung unter Verwendung von Rollenelektroden, wobei erfindungsgemäß die beiden Rollenelektroden 2; 3, die gleiche oder unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisen, in Schweißrichtung hintereinander auf das Bauteil 1 aufzusetzen, derart, daß der von den Kontaktpunkten der Rollenelektroden und der Symmetrieachse des Bauteiles 1 eingeschlossene Winkel kleiner als 90° ist (Fig. 1I).

Durch Verkürzung des Stromweges durch das Bauteil wird die thermische Belastung gering gehalten. Auf der Oberfläche bilden sich weniger Anlauffarben, so daß die Schichthaftung verbessert wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann an Stelle der Rollenelektrode jeweils ein Rollenelektrodenpaar verwendet werden. Vorteilhaft bei dieser Variante ist, daß die beiden Temperaturstufen unabhängig voneinander einstellbar sind.

Zur Durchführung des Verfahrens dient ferner eine Vorrichtung unter Verwendung von zwei diametral auf das Bauteil aufsetzenden Rollenelektroden, wobei erfindungsgemäß beide Rollenelektroden unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisen

Beide Rollenelektroden sind mit der Sekundärwicklung eines Schweißtrafos verbunden. Mittels Dosiereinrichtung wird der aufzuschweißende Zusatzwerkstoff zugeführt. Der zwischen beiden Rollenelektroden durch das Bauteil fließende Schweißstrom erzeugt auf Grund der unterschiedlichen elektrischen bzw. thermischen Leitfähigkeit der beiden Rollenelektroden unterschiedliche Temperaturen an ihren Kontaktpunkten mit dem Bauteil. Bei optimal eingestelltem Schweißstrom wird das Metallpulver an der Berührungsstelle zwischen der ersten gut leitfähigen Elektrodenrolle und dem Bauteil nur auf das Bauteil aufgesintert. Während des Schweißprozesses schützt die aufgesinterte Pulverschicht die Bauteiloberfläche vor Oxidation. Nach Bewegung des Bauteiles vom Kontaktpunkt der ersten zum Kontaktpunkt der zweiten schlechter leitfähigen Rollenelektrode erfolgt auf Grund der dort vorhandenen höheren Temperatur ein teilweises Verflüssigen und Verdichten der Schicht.

Für Schweißaufgaben an der Innenfläche von Stahlzylindern wird zweckmäßigerweise die gemäß Fig. 3 beschriebene Vorrichtung eingesetzt. Durch einen Hydraulikzylinder werden die Rollenelektrodenpaare gegen die aufzuschweißende Fläche gepreßt.

Ein besonderer Vorteil dieser Variante der Verfahrensdurchführung ist die aufzuwendende geringe Energiemenge infolge des beträchtlich verkürzten Stromweges.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen durch Beispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Vorrichtung zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen von Wellen Fig. 2: eine Vorrichtung zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen von Wellen mit bekannter Elektrodenanordnung Fig. 3: eine Vorrichtung zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen von Bohrungen.

Beispiel 1:

Das aufzuschweißende Bauteil 1 befindet sich zwischen einem Rollenelektrodenpaar 2; 3 und einer stromlosen Stützrolle 4, die die von den beiden Rollenelektroden 2; 3 auf das Bauteil, eine Welle 1, aufgebrachte Elektrodenkraft kompensiert (Fig. 1). Die beiden Rollenelektroden 2; 3 sind mechanisch durch einen Bügel 5 verbunden, aber elektrisch isoliert gelagert. Die Sekundärwicklung 6 des Schweißtrafos ist mit je einer Rollenelektrode 2; 3 verbunden. Rotationsantrieb der Welle 1 und Axialverschiebung der die Rollenelektroden 2; 3 und die Stützrolle 4 tragenden und mit Elektrodenkraft beaufschlagenden Zange erfolgen in bekannter Weise und sind deshalb in der Fig. 1 nicht dargestellt

Die Zufuhr des Metallpulvers 7 erfolgt mittels bekannter Dosiereinrichtung 8.

Die Welle 1 hat einen Durchmesser von 100 mm. Die Durchmesser der Rollenelektroden 2; 3 betragen 40 mm und der Rollenelektrodenabstand 50 mm, so ergibt sich für α = 42°.

Der Weg des Schweißstromes 11 beträgt damit nur etwa 35 mm gegenüber 100 mm bei konventioneller Elektrodenanordnung. Etwa in gleichem Maße verringert sich der Stoffwiderstand. Damit wird die thermische Belastung gering gehalten. Besonders groß ist der Effekt, wenn es sich um eine Hohlwelle handelt. Gegenüber konventioneller Rollenanordnung beträgt dann der Stromweg nur noch 20%.

Beispiel 2:

An Hand von Fig.2 wird nachfolgend eine weitere Variante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Die aufzuschweißende Welle 1 befindet sich zwischen einer aus einer Kupfer-Chrom-Legierung mit einer Leitfähigkeit von 81 % IACS bestehenden unteren Rollenelektrode 2 und einer aus einer Kupfer-Cobalt-Beryllium-Legierung mit einer Leitfähigkeit von 50% IACS bestehenden oberen Elektrodenrolle 9. Beide Rollenelektroden sind mit der Sekundärwicklung des Schweißtrafos 6 verbunden.

Mittels bekannter Dosiereinrichtung 8 wird das aus einer Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierung mit einer Solidustemperatur von 118O⁰C und einer Liquidustemperatur von 1220⁰C bestehende aufzuschweißende Metallpulver 7 der unteren Rollenelektrode 2 zugeführt. Der zwischen den Rollenelektroden 2; 9 radial durch die Welle 1 fließende impulsförmige Strom 11 von 4,2 kA erzeugt auf Grund der unterschiedlichen thermischen bzw. elektrischen Leitfähigkeiten und der damit verbundenen unterschiedlichen Wärmeableitung der beiden Rollenelektroden unterschiedliche Temperaturen an ihren Kontaktpunkten mit der WeIIeL An der Berührungsstelle zwischen der unteren aus der Kupfer-Chrom-Legierung bestehenden Rollenelektrode 2 mit der aufzuschweißenden Welle 1 stellt sich bei dieser Stromstärke ein Temperaturmaximum von etwa 1000⁰C ein. Unter dieser Temperatureinwirkung und der gleichzeitigen Einwirkung der Elektrodenkraft (von 2,2 kN) wird das Metallpulver 7 auf die aufzuschweißende Welle 1 aufgesintert. Während der Bewegung zum Berührungspunkt mit der oberen Rollenelektrode 9

schützt das aufgesinterte Metallpulver die Oberfläche der Welle 1 vor Oxidation. Nach einer halben Umdrehung der Welle 1 erfolgt an ihrem Berührungspunkt mit der aus der Kupfer-Cobalt-Beryllium-Legierung bestehenden oberen Rollenelektrode 9 auf Grund der zyklisch mit einer der Impulsförmigkeit des Stromes 11 entsprechenden Frequenz von etwa 5 Hz auftretenden Temperaturmaxima von 1 200°C ein weitgehendes Verflüssigen und Verdichten der Schicht,

Beispiel 3:

Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend an Hand von Fig.3 beschrieben.

Die Schweißaufgabe besteht im Aufschweißen der Bohrung eines rotierenden Bauteils 1 unter Verwendung von Metallpulver 7 als Zusatzwerkstoff. Zwei Doppelrollenschweißköpfe, bestehend aus je einem Rollenelektrodenpaar 2; 3 bzw. 2'; 3' und einem Bügel 5 bzw. 5' befinden sich im aufzuschweißenden Bauteil 1. Durch einen Hydraulik-Zylinder 10 werden die Rollen 2; 3; 2'; 3' gegen die aufzuschweißende Fläche gepreßt. Die Rollenelektroden 2; 3 sind mit der Sekundärwicklung 6 eines Schweißtrafos, die Rollenelektroden 2'; 3' sind mit der Sekundärwicklung 6' eines zweiten Schweißtrafos verbunden. Die Zufuhr des aufzuschweißenden Metallpulvers 7 erfolgt über eine bekannte Dosiereinrichtung 8.

Rotationsantrieb des aufzuschweißenden Bauteiles 1 und Axialvorschub der Schweißeinheit erfolgen in bekannter Weise und sind deshalb nicht dargestellt.

Der Strom 11 durchfließt das Bauteil 1 zwischen den Kontaktpunkten der Rollenelektroden 2 und 3, der Strom 11' durchfließt das Bauteil zwischen den Kontaktpunkten der Rollenelektroden 2' und 3'. Der Strom 11 hat die Aufgabe, ein Aufsintern des Metallpulvers 7 auf die Bauteiloberfläche zu erzielen, wodurch ein Schutz des Bauteiles vor Oxidation erreicht wird. Der Strom 11'wird höher als der Strom 11 eingestellt.

In Bereichen zwischen den Kontaktpunkten der Rollenelektroden 2' und 3' mit dem Bauteil 1 erfolgt dann auf Grund der höheren Temperatur ein teilweises Verflüssigen und Verdichten der Schicht.

Der Durchmesser der aufzuschweißenden Bohrung ist 130 mm, der Durchmesser der Rollenelektroden 40mm und der Achsabstand eines Rollenelektrodenpaares 60mm. Damit ergibt sich für a = 80°. Der Stromweg beträgt damit weniger als 50% gegenüber konventioneller Rollenanordnung.

Die Einstellung der Schweißströme erfolgt durch bekannte Steuerungseinrichtungen.

Der besondere Vorteil dieser Lösung ist, daß die beiden Temperaturstufen unabhängig voneinander einstellbar sind.

Claims

1. Verfahren zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen mit Zusatzwerkstoffen, vorzugsweise Metallpulvern, gekennzeichnet dadurch, daß der Zusatzwerkstoff bei Temperaturen von 100 bis 200 K unterhalb der Solidustemperatur des Zusatzwerkstoffes auf das Bauteil aufgebracht wird, und der Schweißprozeß nach Bewegung des Bauteiles vom Kontaktpunkt der ersten zum Kontaktpunkt der zweiten Rollenelektrode durch Einwirkung von Temperaturen oberhalb der Solidustemperatur des Zusatzwerkstoffes fortgeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit indirekter Stromeinleitung unter Verwendung von Rollenelektroden, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Rollenelektroden (2; 3), die gleiche oder unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisen, in Schweißrichtung hintereinander auf das Bauteil (1) aufsetzen, derart, daß der von den Kontaktpunkten der Rollenelektroden (2; 3) und der Symmetrieachse des Bauteiles eingeschlossene Winkel kleiner als 90° ist (Fig. 1).

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Verwendung von zwei diametral auf das Bauteil aufsetzenden Rollenelektroden, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Rollenelektroden (2; 9) unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisen.