DE102006021727A1

DE102006021727A1 - Auftragsschweißverfahren nach dem Prinzip des Metallschutzgasschweißens und Metallschutzgasschweißbrenner zur Durchführung des Auftragsschweißverfahrens

Info

Publication number: DE102006021727A1
Application number: DE200610021727
Authority: DE
Inventors: Christine Dr. Winkelmann; Christian Bürkner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-11-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochverschleißfester Oberflächen durch Auftragsschweißen nach dem Metallschutzgasschweißverfahren, bei dem die verschleißfeste Schicht auf ein metallisches Substrat mittels eines stromführenden, die Elektrode bildenden Schweißdrahtes als erste Auftragskomponente und eines Pulvers als zweite Auftragskomponente gebildet wird, indem beide Auftragskomponenten in den Wirkbereich des Lichtbogens eingeführt und dort zusammen geschmolzen werden. Erfindungswesentlich ist, dass die erste und zweite Auftragskomponente im Lichtbogen gemeinsam aufgeschmolzen werden und/oder das Pulver unverändert in der Schmelze eingebettet wird. Dabei wird das Pulver mittels eines Fördergases transportiert, wobei der Fördergasstrom die Schutzgasführung nicht beeinflusst. Zur Durchführung des Verfahrens ist ein speziell ausgebildeter Metallschutzgasschweißbrenner (1) erforderlich, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schutzgasdüse (2) mit Leitungen (8) für den Kühlkreislauf und einer Leitung (3) für die Zuführung des Pulvers ausgerüstet ist. Die Leitung (3) für die Zuführung des Pulvers wird dabei im rechten Winkel in und durch die Schutzgasdüse (2) bis in die Öffnung (15) in der Keramikdüse (12) geführt, in der die Leitung (3) formschlüssig endet. Die Leitung (3) ist im Handgriff des Metallschutzgasschweißbrenners (1) mit einem Injektor (5) verbunden, der wiederum mit einem Vorratsbehälter (6) verbunden ist und die prozessabhängige Menge ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochverschleißfesten Oberflächen durch Auftragsschweißen nach dem Metallschutzgasschweißverfahren, bei dem die verschleißfeste Schicht auf ein metallisches Substrat mittels eines stromführenden, die Elektrode bildenden Schweißdrahtes als erste Auftragskomponente und eines pulverförmigen Schweißwerkstoff als zweite Auftragskomponente gebildet wird, indem beide Schweißwerkstoffe in den Wirkbereich des Lichtbogens eingeführt und dort zusammen geschmolzen werden. Eine solches Verfahren ist aus DE 198 14 519 A1 bekannt. Gegenstand dieser Erfindung ist der Einsatz eines Fülldrahtes als Schweißdraht und als zweite Komponente wird ein Pulver in der identischen stofflichen Zusammensetzung des Fülldrahtes, d.h. Füllung und Mantel des Schweißdrahtes, eingesetzt. Der Fülldraht ist wie ein Röhrchen aufgebaut, d. h. der Zusatzwerkstoff ist pulverförmig und wird von einem Mantel gehalten. Mit der Lösung nach DE 198 14 519 A1 wird der Zwischenbereich zwischen Substrat und verschleißfester Auftragsschicht minimiert und Störungen der Pulverzufuhr oder des Fülldrahtvorschubes ergeben keine Veränderung in der Legierungszusammensetzung der Auftragsschicht. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der Einsatz eines Fülldrahtes als Schweißdraht. Die Materialeigenschaften des Fülldrahtes bestimmen sich aus dem Mantelwerkstoff und dem pulverförmigen Zusatzwerkstoff. Damit ist erkennbar, dass die gewünschten Eigenschaften der verschleißfesten Auftragsschicht auf einem metallischen Substrat nur durch verschiedene Pulverzusammensetzungen im Fülldraht realisiert werden können. Fülldrähte sind aufgrund der aufwendigen Fertigung preisintensive Zusatzwerkstoffe und jeweils nur für eine bestimmte Eigenschaft der verschleißfesten Auftragsschicht herstellbar. Damit einher geht das Erfordernis nach Lagerkapazität, wenn unterschiedliche Eigenschaften realisiert werden sollen. Eine andere Variante zur Herstellung verschleißfester Auftragsschichten ist das Plasmapulverschweißverfahren. Plasmapulverschweißverfahren erfordern eine spezielle Anlage, sind technisch kompliziert und nicht uneingeschränkt, insbesondere nicht vor Ort, einsetzbar.
Die Erfindung stellt sich vor diesem technischen Hintergrund die Aufgabe, verschleißfeste und korrosionsbeständige Auftragsschichten nach einem kostengünstigen und einfachen Auftragsschweißverfahren, möglichst ohne örtliche Einschränkung, zu fertigen.
Die Aufgabe der Erfindung wird unter Anwendung des Metallschutzgasschweißverfahrens und speziell konstruierter Metallschutzgasschweißbrenner gelöst, bei denen zusätzlich zum drahtförmigen Zusatzwerkstoff, im folgenden als Schweißdraht bezeichnet, innerhalb der Schutzgasdüse ein zweiter pulverförmiger Zusatzwerkstoff, im folgenden als Pulver bezeichnet, zugeführt wird und Schweißdraht und Pulver im Lichtbogen gemeinsam an- und/oder aufschmelzen. Das Pulver wird mit einem Fördergas vom Vorratsbehälter in den Kopf des Metallschutzgasschweißbrenners transportiert, wobei ein Injektor die Dosierung des Pulvers steuert. Der Metallschutzgasschweißbrenner wird am Kopf von einer Schutzgasdüse überzogen, die das Schutzgas so führt, dass es das Schmelzbad von der Atmosphäre abschirmt. Wesentlich für das hier beschriebene Auftragsschweißverfahren ist dabei, dass die Zuführung für das Pulver rechtwinklig in die Schutzgasdüse mündet. Die rechtwinklige Anordnung der Zuführung an der Schutzgasdüse für das Pulver ist Voraussetzung für die gewünschte Dosierung des Pulvers in den Lichtbogen. Weiterhin ist eine strenge Trennung des Schutzgasstromes vom Pulver-Fördergasstrom vorgesehen. Vorteilhafterweise sind Schutz- und Fördergas gleichartig. Das Auftragsschweißverfahren nach der Erfindung arbeitet mit herkömmlichen Schweißdrähten, die nur den Erfordernissen für Fügungsverfahren entsprechen müssen. Es ist also keine separate Lagerhaltung für Schweißdrähte mit speziellen Werkstoffeigenschaften notwendig. Zur Durchführung des Verfahrens sind speziell ausgerüstete Metallschutzgasschweißbrenner erforderlich, die im weiteren noch ausführlich beschrieben werden. Mit der Zuführung eines zweiten Zusatzwerkstoffes, dem Pulver, über die Schutzgasdüse in den Lichtbogen sind den Wünschen an die Eigenschaften der verschleißfesten Auftragsschicht fast keine Grenzen gesetzt. Die Materialeigenschaften des Pulverwerkstoffes oder der Mischung von Pulverwerkstoffen in Kombination mit dem Material des Schweißdrahtes bestimmen die Eigenschaften der Auftragsschicht auf dem metallischen Substrat. Das Pulver kann unkompliziert im Vorratsbehälter ausgetauscht werden, so dass die Umstellung auf veränderte Werkstoffeigenschichten der Auftragsschicht unproblematisch ist. Die Umstellung ist auch zeitlich schnell möglich. An das Pulver werden keine zusätzlichen Qualitätsanforderungen gestellt, so dass sogenannte Rohpulver zum Einsatz kommen. Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung ist vor allem, dass es keine örtlichen Einschränkungen zum Einsatz der Metallschutzgasschweißbrenner gibt. So sind z.B. verschleißfeste Auftragsschichten überall dort herstellbar, wo Metallschutzgasschweißbrenner eingesetzt werden können, bei einer gleichzeitigen erheblichen Kostenersparnis im Vergleich zu den bekannten technischen Alternativen, wie dem Einsatz von Fülldraht als Schweißdraht oder dem Einsatz des Plasmapulverschweißverfahrens. Metallschutzgasschweißbrenner zur Durchführung des Auftragsschweißverfahrens nach der Erfindung sind wassergekühlt bis in die Schutzgasdüse. Die intensive Kühlung ist erforderlich aufgrund der hohen Stromleistung, die beim Auftragsschweißen vorliegen. Die Schutzgasdüse ist mit einer zusätzlichen Zuführung für das Pulver ausgerüstet, am Metallschutzgasschweißbrenner ist ein Vorratsbehälter für das Pulver vorgesehen und zur Dosierung des Pulvers in die Zuführung ist im Griffbereich des Metallschutzgasschweißbrenners ein Injektor angeordnet. Der Metallschutzgasschweißbrenner zur Durchführung des Auftragsschweißverfahrens wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 Schnittdarstellung des Metallschutzgasschweißbrenners
2 Schutzgasdüse mit Zuführung für das Pulver und die Wasserkühlung, teilweise geschnitten
3 Keramikdüse, Detail aus 2
Die Schutzgasdüse 2 eines wassergekühlten Metallschutzgasschweißbrenners 1 weist neben den Leitungen für den Kühlwasserkreislauf 4 eine zusätzliche Leitung 3 für das Pulver auf, wie 1 zeigt. An der Schutzgasdüse 2 ist abschließend ein wechselbarer Gasdüsenkopf 11 angeordnet. Der Gasdüsenkopf 11 wird im Bedarfsfall mit der Leitung 3 für das Pulver und den Kühlleitungen 4 von der Schutzgasdüse 2 getrennt und durch einen neuen ersetzt. Die Schutzgasdüse ist bis einschließlich Gasdüsenkopf 11 gekühlt. Die Kühlleitungen 4 und Leitung 3 enden im Handgriff des Metallschutzgasschweißbrenners 1, Leitung 3 wird in den Injektor 5 geführt. Am Handgriff des Metallschutzgasschweißbrenners 1 ist ein Vorratsbehälter 6 für das Pulver angeordnet, dessen Ende als Trichter ausgebildet ist. Der Trichter ist mit einer Dosiervorrichtung 7 verbunden, die mittels Hand eingestellt wird und der Vordosierung des Pulvers in den Injektor 5 dient. Der Auslauf des Trichters ist in bekannter Weise so ausgeführt, dass der Austritt des Pulvers der aktuellen Korngröße jeweils angepasst werden kann. Im Handgriff des Metallschutzgasschweißbrenners 1 ist weiter ein Anschluss 10 für das Fördergas angeordnet, der ebenfalls mit dem Injektor 5 verbunden ist. Die prozessabhängige Feindosierung des Pulvers erfolgt mit dem Injektor 5. Beim Auftragsschweißen sind hohe Stromleistungen erforderlich, was eine Wasserkühlung des Metallschutzgasschweißbrenners 1 erfordert und im Falle der Erfindung die komplette Schutzgasdüse 2 in den Kühlkreislauf einbezieht, wie 1 ebenfalls zeigt. Im Handgriff des Metallschutzgasschweißbrenners 1 sind weiter Wasseranschluss 8 und Schutzgasanschluss 9 angeordnet. In 2 sind die erfindungswesentlichen Merkmale des Metallschutzgasschweißbrenners 1 im Detail dargestellt. An der Schutzgasdüse 2 ist im rechten Winkel die Leitung 3 für das Pulver angeordnet, wobei auch die Durchführung von Leitung 3 durch die Wand der Schutzgasdüse 2 weiter rechtwinklig verläuft. Leitung 3 endet in der Keramikdüse 12 an der Öffnung 15. Keramikdüse 12 umschließt das Brennerrohr 13, in dem der Schweißdraht geführt wird. Keramikdüse 12 und Brennerrohr 13 bilden einen Ringspalt, der nach oben, in Richtung des Metallschutzgasschweißbrenners 1, abgeschlossen ist. Keramikdüse 12 hat auch die Funktion des Gasverteilers für das Schutzgas und sorgt gleichzeitig für die strenge Trennung des Schutzgasstromes vom Fördergasstrom. Innerhalb der Keramikdüse 12 strömt das Fördergas als Träger für das Pulver und außerhalb der Keramikdüse 12 strömt durch die Öffnungen 16 das Schutzgas. Keramikdüse 12 ist an ihrem offenen Ende 14 eingeschnürt, was einmal die exakte Dosierung des Pulvers in den Lichtbogen und zum anderen die abschirmende Wirkung des Schutzgases unterstützt. Die konstruktive Lösung für den Metallschutzgasschweißbrenner 1 ist einfach und sehr wirkungsvoll. Wesentlich für die Vorteile der Erfindung sind der Einsatz von normalen Schweißdrähten und Rohpulver für die Erzeugung verschleißfester Oberflächen in bestimmten Oberflächenbereichen von Bauteilen mit einer komplizierten Geometrie, wie z. B. an Baggerschaufeln. Baggerschaufeln benötigen an den Nutzflächen einen verschleißfesten Panzer, der durch den Zusatz von Chromcarbidpulver nach der Erfindung einfach und kostengünstig erzeugt werden kann.

Claims

Auftragsschweißverfahren nach dem Prinzip des Metallschutzgasschweißverfahrens unter Verwendung eines stromführenden, die Elektrode bildenden Schweißdrahtes als erste Auftragskomponente und eines Pulvers als zweite Auftragskomponente dadurch gekennzeichnet, dass Drahtelektrode und Pulver im Lichtbogen so zusammengeführt werden, dass sie gemeinsam aufschmelzen.
Auftragsschweißverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver als Einschluss unverändert in der Schmelze der Drahtelektrode eingebettet wird.
Auftragsschweißverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mittels Fördergas dem Lichtbogen zugeführt wird, wobei das Fördergas die Schutzgasführung nicht beeinflusst und der Pulver-Fördergasstrom eingeschnürt in den Lichtbogen eintritt.
Auftragsschweißverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver ein Pulvermischung ist.
Auftragsschweißverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver unter Kühlung der Schutzgasdüse dem Lichtbogen zugeführt wird.
Metallschutzgasschweißbrenner zur Durchführung des Auftragsschweißverfahrens nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgasdüse (2) mit Leitungen (8) für einen Kühlkreislauf und mit einer Leitung (3) zur Zuführung des Pulvers ausgerüstet ist, die Leitung (3) für das Pulver mit einem Vorratsbehälter (6) verbunden ist, wobei Vorratsbehälter (6) bevorzugt am Griff des Metallschutzgasschweißbrenners (1) angeordnet ist, an der Öffnung des Vorratsbehälters (6) im Handgriff des Metallschutzgasschweißbrenners (1) eine Dosiervorrichtung (7) angeordnet ist, die handbetätigt ausgeführt ist, am Ende der Leitung (3) im Handgriff des Metallschutzgasschweißbrenners (1) ein Injektor (5) angeordnet ist, dessen anderes Ende mit einem Anschluss (10) für das Fördergas verbunden ist.
Metallschutzgasschweißbrenner nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (3) im rechten Winkel in und durch die Schutzgasdüse (2) in einen Ringspalt zwischen Brennerohr (13) und Keramikdüse (12) geführt wird und der Ringspalt nach oben in Richtung des Metallschutzgasschweißbrenners (1) geschlossen ist.
Metallschutzgasschweißbrenner nach Anspruch 6 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Gasverteiler eine Keramikdüse (12) ist, die in Richtung des Lichtbogens sich verjüngend ausgebildet ist, und am anderen Ende mit einem Kragen abschließt, wobei im Kragen in gleichmäßigen Abständen Öffnungen (16) für den Schutzgasstrom vorgesehen sind und seitlich eine Öffnung (15) angeordnet ist, in der der rechtwinklig geführte Abschnitt der Leitung (3) mit der Innenwand von Keramikdüse (12) formschlüssig endet.