DD282191A5

DD282191A5 - Verfahren und vorrichtung zum rollennahtauftragschweissen von wellen oder schneckenwellen

Info

Publication number: DD282191A5
Application number: DD32717789A
Authority: DD
Inventors: Gernot Sitte; Horst Rappsilber; Herbert Haeussler; Hans-Juergen Lehmann
Original assignee: Berlin Gummiwerke
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1990-09-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rollennahtauftragsschweiszen von Wellen oder Schneckenwellen, vorzugsweise unter Verwendung von Metallpulvern als Zusatzwerkstoff, wobei das Pulver besonders an den Eckpunkten der Stege sicher zu deponieren ist. Dazu werden die zum Einsatz gelangenden UEber- und Unterrollen in ihren Achsen so verdreht, dasz die Elektrodenstirnflaeche senkrecht zur Werkstueckachse und im Beruehrungspunkt Elektrodenrolle/Werkstueck parallel zur Steigung der von der Elektrodenrolle auf der Werkstueckoberflaeche aufgefuehrten Relativbewegung ausgerichtet ist. Beim Auftragsschweiszen von Schneckenwellen werden die Elektrodenarbeitsflaechen vorzugsweise als Nut ausgebildet.{Rollennahtauftragsschweiszen; Metallpulver; Schweiszwerkzeug; Elektrodenrolle; Elektrodenstirnflaeche; Elektrodenarbeitsflaeche; Vorschubgeschwindigkeit; Umfangsgeschwindigkeit; Rollenzange; Rollenelektroden; Zapfen}

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Panzern bzw. Regenerieren von Wellen oder Schneckenwellen mittels Roilennahtauftragsschweißen, vorzugsweise unter Verwendung von Metallpulvern als Zusatzwerkstoff.

Stand der Technik

Es ist bekannt, auf zylindrische Teile zur Regenerierung oder Panzerung der Oberfläche mittels des Rollennahtschweißverfahrens unter Verwendung von Metallpulvern, Drähten oder Bändern als Zusatzwerkstoff und einer Roller.elektroden-Zange als Schweißwerkzeug dünne harte Schichten aufzuschweißen, indem das zylindrische Werkstück rotiert und die Zange mit parallel zur Werkstückachse angeordneten Rollenachsen parallel zur Werkstückachse geführt wird, so daß eine spiralige, sich überlappende Naht entsteht.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß eine zwischen Schicht und Bauteil wirkende Schubkraftkomponente entsteht, die in Verbindung mit den anderen rißbegünstigenden Faktoren zur Rißauslösung führen kann.

Ein weiterer Nachteil der parallelen Rollenachsenanordnung ist, daß die bei der Axialbewegung entstehende Schubkraft zu einem relativ hohen Elektrodenverrchleiß führt.

Besonders schwer zu beherrschen ist das Verfahren bei Verwendung von Drähten als Zusatzwerkstoff. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Schicht nicht schon zusammenhängend ist, wie bei der Blechaufschweißmethode, bzw. daß keine Überlappung vorhanden ist wie bei der Pulveraufschweißmethode. Eine qualitätsgerechte Schweißung erfordert hier nicht nur die Verbindung des Zusatzwerkstoffes (Draht) mit dem Grundwerkstoff, sondern auch eine Verbindung der einzelnen Drahtwindungen untereinander. Für die Gewährleistung der letzteren ist ein ständiger Seitendruck erforderlich. Dieser wird erzeugt, indem die Elektrodenrolle eine kegelstumpfförmige Arbeitsfläche erhält. So wird eine gewisse Axialkraft erzeugt, die das gerade aufgeschweißt werdende Drahtstück gegen die vorher aufgeschweißte Drahtwindung preßt.

Auf Grund der Axialbewegung der Rollenelektrode entsteht jedoch eine der gegen die vorher geschweißte Drahtwindung gerichteten Kraft entgegengerichtete Kraft, die die erstere teilweise aufhebt. Auf Grund nicht konstanter Reibverhältnisse kann die resultierende Kraft den erforderlichen Mindestwert unterschreiten, so daß Binde-fehler auftreten und insbesondere die Korrosionsbeständigkeit nicht gewährleistet ist.

Es wurde auch schon eine Schrägstellung der Rollenelektroden angewandt, um das Werkstück bei fest angeordneten Rollenelektroden axial zu transportieren.

Dieses Prinzip hat folgende Nachteile, der Vorschub ist durchrnesserabhängig und schwankt durch wechselnde Reibverhähnisse.

Die bisher bekannten Anordnungen zum Widerstands-Naht-Auftragsschweißcn geben keinerlei Hinweise auf eine Modifizierung des Verfahrens zum Panzern von Schneckenwellen.

Ursache ist sicher die Vielzahl der Faktoren, die eine Übertragung erschweren.

Es sind dies:

(1) Genaue Abstimmung von 2 Geschwindigkeiten erforderlich (Werkstückrotation, Werkzeugtranslation).

(2) Im Gegensatz zu berührungslosen Schweißverfahren kann hier die Translationsgeschwindigkeit des Schweißwerkzeuges durch Reibung gegenüber der Geschwindigkeit des Supports zeitweilig beschleunigt oder verzögert werden.

(3) Stärkere Aufheizung der Oberfläche durch geringere Wärmeableitung infolge schmalen Steges und geringere Wärmekapazität.

(4) Schwierigkeit sicher bis zum Rand des Steges zu beschichten, da dort der Gegendruck fehlt.

Bekannt sind verschiedene Verfahren und spezielle Vorricht-ingen, die Stege von Schnockenwellen durch das Aufbringen von Schutzschichten verschleißfester zu machen. Diese haben entweder den Nachteil, daß dazu ein relativ hoher maschinentechnischer Aufwand nötig ist, wie sich dies 2um Beispiel beim sogenannten Panzern mittels Elektronenstrahlanlagon ergibt, der nur durch serienmäßiges Panzern ökonomisch wird. Oder die bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind für eine Einzelfertigung geeignet, dann handelt es sich um eine manuelle Fertigung, wie beispielsweise das Flammspritzen, die keine reproduzierbaren Ergebnisse gewährleisten.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Technologie des Rollennahtauftragsschweißens auf Schneckenwellen zu übertragen und hier wie auch beim Aufschweißen zylindrischer Bauteile die Re;jroduzierbarkeit ri^freier Verbindungen zu sichern bzw. zu verbessern. Gleichzeitig soll der Aufwand für entsprechende Anordnungen so gering gehalten werden, daß diese Erfindung auch für die Einzel- und Kleinserienfertigung ökonomisch vertretbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die entstehenden Schub- und Schrumpfspannungen zu verringern und beim Aufschweißen von Schneckenwellen das Pulver auch an den Ecken des Steges sicher zu deponieren.

- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem die Achsen von Ober- bzw. Unterrolle so um die im Berührungspunkt Elektrode/Bauteil auf der Bauteiloberfläche errichtete Senkrechte verdreht werden, daß die Elektrodenutirnfläche parallel zur Steigung der von der Elektrodenrolle auf der Werkstückoberfläche ausgeführten Relativbewegung ausgerichtet ist und die Elektrodenarbeitsfläche beim Aufschweißen von Schneckenwellen als Nut ausgebildet ist.

Ausführungsbeispiele

Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: Die Geschwindigkeitsvektoren

Fig.2: Die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung

Fig. 3: Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte beim Aufschweißen eines Bauteils mit eingeschränkter Zugänglichkeit Fig.4: Das erfindungsgemäße Aufschweißen von Schneckenwellen

Fig. 5: Einen oberen Rollenkopf mit erfindungsgemäßer Verstellmöglichkeit.

Nach Fig. 1 setzt sich die resultierende Relativgescnwindigkei; zwischen Werkstückoberfläche und Rollenelektrode V_R„ aus der Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Werkstückes Vr₀, und der Vorschubgeschwindigkeit der Rollenzange V_Trans zusammen. Die Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Werkstücks und die resultierende Relativgeschwindigkeit schließen einen Winkel α ein.

In der erfindungsgemäßen Lösung nach Fig. 2 sind die Achsen von oberer RoIIo 2 und unterer Rolle 3 so gegen die Achse des Werkstückes 1 verdreht, daß sie jeweils den Winkel α einschließen. Dadurch stimmt die Richtung der Umfangsgeschwindigkeit

der Rollen 2 und 3 im Berührungspunkt mit dem Werkstück 1 mit der resultierenden Relativgeschwindigkeit überein, so daß die von den Rollen 2 und 3 auf der Werkstückoberfläche erzeugten Schubkräfte wesentlich verringert wo ι den.

Die aufzuschweißenden Werkstücke liegen vorzugsweise im Durchmes.serbereich von 30 bis 200mm, die Vorschubgeschwindigkeiten bei etwa 4mm pro Umdrehung. Der Winkel α liegt damit im Bereich von 0,4 bis 2,5°.

Im einfachsten Fall können die Schubspannungen durch eine fest eingestellte Achsverdrehung von etwa 1,5° schon stark dem Minimum angenähert werden.

Bei flanschartigen Bauteilen ist jedoch damit die Zugänglichkeit nicht mehr gewährleistet. Deshalb wird das Aufschweißen gemäß Fig. 3 mit während des Schweißvorganges verändertem Winkel α durchgeführt.

Das aufzuschweißende Werkstück 1 befindet sich in bekannter Weise zwischen oberer Elektrodenrolle 2 und unterer Elektrodenrolle 3. Pulverdosierung und Stromzuführung erfolgen in bekannter Weise und sind deshalb in der Fig. nicht dargestellt. Die Schweißung soll von rechts nach links erfolgen. Die Rollenelektroden 2' und 3' stehen zunächst achsparallel mit dem Werkstück. Nach dem Schweißen der ersten Umdrehung und dem Einschalten des Vorschubes wird durch bekannte Stelleinrichtungen (z. B. Hydraulik) eine Verdrehung der Rollenelektrodenachsen zu der Werkstückachse um den Winkel α erzeugt. Damit werden vor allem beider kritischen 2. und 3. Umdrehung des Werkstücks rißbegünstigende Schubspannungen vermieden. Bei Eintritt der Rollenkontaktflächen in den Beieich C des Werkstückes 1 wird über die bereits o. g. Stelleinrichtungen wieder eine achsparallele Stauung der Rollenelektroden 2'" und 3'" erzeugt, so daß die gesamte Zylinderfläche aufgeschweißt werden kann. Die nun im Bereich C auftretenden Schubspannungen sind hier weniger kritisch als im Übergang von Bereich A zu B, da inzwischen das Werkstück aufgeheizt ist und somit geringere Schrumpfkräfte auftreten.

Nach Fig. 4 erfolgt das Aufschweißen einer Schneckenwelle. Die aufzuschweißende Schneckenwelle 4 rotiert in bekannter Weise zwischen oberer Elektrodenrolle 2 und unterer Elektrodenrolle 3, wobei die Achsen von Elektrodenrollen und Schneckenwelle analog Fig. 2 um einen der Steigung des schraubenförmigen Steges 5 entsprechenden Winkel gegeneinander verdreht sind. Die Arbeitsfläche der unteren Elektrodenrolle 3 ist als Nut 6 ausgebildet, so daß ein seitliches Ausweichen des ebenfalls in bekannter Weise der unteren Elektrodenrolle 3 zugeführten Metallpulvers 7 vermieden wird.

Fig. 5 zeigt die konstruktive Lösung der erforderlichen Verstellmöglichkeit.

Dazu ist das Ende des oberen Zangenarmes 8 als Klemmstück 9 ausgebildet. In dem Klemmstück 9 ist ein Zapfen 10 schwenkbar um die Achse I-1 angeordnet und durch eine Klemmschraube 11 arretisrbar. Der das Lagergehäuse 12 tragende Lagerbock 13 ist mit dem Zapfen 10 fest verbunden, so daß auch die obere Elektrodenrolle 2 um die Achse l-l schwenkbar ist.

Der untere Elektrodenkopf ist spiegelbildlich zu dem dargestellten oberen ausgeführt.

Claims

1. Verfahren zum Roilennahtauftragsschweißen von Wellen oder Schneckenwellen unter Benutzung von pulverförmigem Zusatzwerkstoff und einer Rollenzange als Schweißwerkzeug mit spiralförmiger Relativbewegung zwischen Schweißwerkzeug und Werkstück (Welle, Schneckenwelle), dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstirnflächen senkrecht zur Werkstückachse und irn¹ Berührungspunkt Elektrodenrolle/Werkstück parallel zur Steigung der von der Elektrodenrolle auf der Werkstückoberfläche auszuführenden Relativbewegung ausgerichtet ist und die Elektrodenkontaktflächen beim Auftragsschweißen von Schneckenwellen vorzugsweise als Nut mit einer der Stegbreite nahezu gleichen Nutbreite ausgebildet ist.

2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für sich überlappende Auftragsnähte die Achsen von Werkstück und unterer bzw. oberer Elektrodenrolle einen festeingehaltenen Winkel, vorzugsweise bis 8 Grad, einschließen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für sich nicht überlappende spiralförmige Auftragsnähte der von den Achsen von Werkstück und oberer bzw. unterer Elektrodenrolle eingeschlossene Winkel vorzugsweise bib 60 Grad verstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenelektroden (2), '3) über einen Zapfen (10) im Winl· jI zur Werkstück-Längsachse schwenkbar angeordnet ist.