Die Erfindung betrifft @inebeoondere die Hin- .und Herbewegung
eines Schweißkopfes mit gleichförmiger Geschwindigkeit, um ein
breites
Metallband auf die ObeiCfläche eines Körpers aufzvbringen, so daß dieser Körper
eine neue Oberflächenschicht erhält. Der Schweißkopf führt ein p4etallp=alver in
solchen @rernultnla zu, daß eine gegebene Metallegierung für die Schicht
hergestellt Wird. Ein flußmittel " wird dazu ve-r4elendet,-den,flammenbogen abzuschirmen
und das Band oder den Streifen des. ' geschmolzenen Materials zu isolieren. -Bei
einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Schweißkopf`drehbar gelagert
und weist einen ausreichend langen Hebel auf. Ein*@@drehbärär Exzenter von bestimmter
testalt erteilt dem Scrzietikopg, eine gleichförmige Bewegung nach beiden Riehtungen.enes.aszillierenden
Vorschubeß. Der Hebel erstreckt sich vom Drehpunkt tun-1?rahtende, so daß geringfügige
längenäaderungen bezLgiieh der Oberfläche des Werk$tiickea-eintreten können,: die-vom
Schwingen des Drähtee im Flammenbogen während der. Oszillation herrühren. Bei einer
anderen Ausführungsform, in welcher der Streifen des aufgebrachten Materials wesentlich
breiter ist; @@3g@ es zweckmäßig, den Schweißkopf in Pilhrungon hin- r und
he#ubewegen, so daß das Drahtende immer parallel zum Werkatückkörper gehalten wird.
Dabei kann die gleiche bczenterform
verendet werden, um sicher zu
,stellen, daß die SchweIBkopfbewegung in der PUhrung gleichmäßig verläuft,.-oder
es. kann auch ein doppelt wirkender Druckkolben eingesetzt werden, der ebenfalls
einen gleichförmigen Bewegungsablauf ermöglicht. In der beiliegenden Zeichnung ist
das Verkstück lals eine schwere Rolle oder Walze dargestellt !-auf die die geschweißte
Schicht aufgebracht wird. Bei dieser Ausßübrungsform wird der Schweißkopf auf einem
hin- und herbewegbaren Schlitten befestigt und das Werkstück in eine Halterung eingespannt
und dann synchron zur Schlittenbewegung in Drehung versetzt. Der Schweißdraht bewegt
sich entlang der Werkstü.eklängsachse in einem vorgegebenen Abstand hin und«her.
Im Ausführungsbeispiel beträgt die Schwingweite'-des oszillierenden Drahtes etwa
35 mm. Die geschmolzene Legierung (puddle of the alog material) wird als schraubenförmiges
Band auf die Oberfläche der Walze aufgebracht und zwar so, daß der Rand der Schmelze
in den Rand des Streifens eindringt, welcher bei der vorausgegangenen Umdrehung
des Werkstückes aufgelegt wurde, um die Bänder zusammen und mit dem Werkshoff der
Walze zu vereinigen.
Der Schweißdraht besteht vorzugsweise aus einem
einen niederen Kohlenstoffgehalt besitzenden Stahl, dessen Zusammensetzung beim
Mischen der verschiedenen Metallpulver- in Betracht gezogen wird; so daß sich eine
ganz bestimmte Legierung ergibt, wenn das Metall des- Schweißdrahtes dem geschmolzenen
Metallpulver hinzugefügt wird. Das Metallpulver wird aus einem Behälter zugeführt,
der ein Zuführrad aufweist, welches durch den Schweißdraht betätigt-wird, wenn dieser
im Schweißkopf vorrückt. Durch diese Anordnung wird eine genaue . Menge an Metallpulver
bezogen auf das Metall zugeführt, wel-. ehes beim Schmelzen des Schweißdrahtes frei
wird. Das Verhält-__ nis kann etwa 2:1 betragen, d. h., zwei Teile Metallpulver
auf ein Teil--Metalldraht. Des Verhältnis kann bei der Herstellung 'der-.:@wünochten
Legierung aber auch abhängig sein . von einem.mehr'oder weniger hohen Verbrauch
des Sehweißdrahtmetalles in.``:där Schmelze. Während der Bildung der Schmelze (puddle)
@frdf'.ein neutrales Plußmittel über sie hinweggeführt, um den Flimmenbogen abzuschirmen
und das geschmolzene Material zu ieoliexen@: Daeerkstücis :.@rird vorzugsweise auf
ungefähr 230o G angewärmt, so daß an 'dem,:Teil der Walre, wo das erfindungsgemäße
Verfahren
beginnen soll, während des Schweiäens eine Temperatur
von etwa 200 - 2300 0 vorhanden ist Diese Temperatur :wird durch die von
Flammenbogen erzeugte Hitze. während des Entlanggleitena I am Werkgtüok aufrecht
erhalten. Der oben gelegene;Teil des Metallpulvers wird von der Flämme ' geschmolzen
und es entwickelt eich in der Schmelze eine ausreiehende Eitze'die das tiefer gelegene
Metallpulver und die Oberfläche. des Werkstückes schmilzt, so daß das als Oberflächensahieht
aufgetragene Metall sich fest mit dem Metall des Werkstückes verbindet. Wenn'das
zu beschichtende Werkstück aus einer ähnlichen Legierung wie die Schweißlegierung
besteht, ist zwischen dem Werkstück und der aufgebrachten . . Werkstoff keine Trennungslinie,
z.B. auf einer X-krophotographiezu erkennen, ausgenommen daß letzterer eine etwas
feiner Kornstruktur besitzt. -Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können
alte Werkstücke in vorteilhafter Weise eine neue Oberfläche aus dem gleichen oder
einem anderen Werkstoff, vorzugsweise Metall erhalten, oder die aus minderen Werkstoffen
gefertigten Werkstücke können eine hochwertigere Netallauflage auf ihrer Oberfläche
erhalten. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin,
einen
relativ breiten Streifen aus geschmolzenem Metall vorzugsweise schraubenförmig auf
ein Werkstück so aufzubringen, das die Kante eines zuvor, aufgebrachten Streifens
und die Oberfläche des Werkstückes schmelzen und eich dadurch verbinden. ' Gemäß
einem Merkmal der Erfindung wird die Hin- und Herbewegung des Sehweißdtahtes entlang
der Achse eines Werkstückes in einem gleichmäßigen Bewegungsablauf ermöglicht, um
ein relativ breites Band aus geschmolzenem Metall zu-erzeugen, wenn sich das z.B.
walzenförmige Werkstück.'synchron zum Vorschub des Schweißdrahtes dreht, aodaß der'Metallatreifen
in einer schraubenförmigen Anordnung-um das Werkstück herumgelegt wird. Dabei wird
eine Oszillation des Schweißdrahtes und einer Plußmittel- Austrittsdüse in der Werkstückebene
ermöglicht, während gleichzeitig die Rotation des Werkstückes und das Vorbeigleiten..des
Drahtes an-diesem eüfolgt.
einer Walze 21, anpassen kann. Der drehbare Kopfteil 22 wird durch
eine Welle 23 angetrieben, die ein Zahnrad 24 aufweist.
Der Schlitten;
12 (vgl. insbesondere Fig. 4) hat einen schwalbenschwanzförmigen Steg 25, der in
eine in das Bett 12 eingeformte Nut 20 eingepaBt ist. Ein nach unten abstehender
Vorsprung 26 des Steges 25 hat eine Gewindebohrung zur Aufnahme einer Pührungsspindel
27, die durch einen Motor 28 über ein Untersetzungs`-Betriebe 29 angetrieben wird.
Das.Untersetzungsgetriebetreibt gleichzeitig ein Zahnrad 31 an, dessen Zähne mit
dem Rad 24 kämmen, so daß dadurch: der Kopfteil 22 und die Walze 21 syn ehran zur
Schlittenbewegung angetrieben werden., Der Kopfteil 22 bewegt einen Anschlag 32
(dog), der am Ende der Walze 21 befestigt ist. Mittels dieser Anordnung bewegt sieh
der Schlitten 12 entlang der Walze 21 mit. vorbestimmter Geschwindigkeit relativ
zur lferkstückumdrehung, so daß der Streifen des auf die Walze aufgebrachten, geschmolzenen
Materials in die seitliche Kante des zuvor aufgelegten Bandteiles eindringt. Bei
jeder Werkstückumdrehung wird der-Schlitten stets um eine Bandbreite weiterbewegt.
Da etwa 18 -. 25 cm Band/min. aufgelegt werden und der Schlitten 12 bei jeder Umdrehung
der Walze eine Bandbreite zurücklegt, ist den Zahnrädern 24 und 31 ein Untersetzungsgetriebe
zugeordnet, um die Vorsohubgesehwindigkeit des Schlittens mit dem jeweiligen Durchmesser
des Verkstticke$ in Einklang bringen zu können.
Wie Pig. 2 zeigrtt
wird, das walzenförmige Werkstück--21 in einem Ofen 33 durch eine Düse 34 vorgewärmt.
Die Walze, die abnehmbare Unterlegsscheiben an beiden Seiten besitzt, wird an der
Seite, an welcher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst begonnen wird, auf
etwa 230o C,aufgewärmt. Das andere Ende des Werkstückes erhält dabei eine Temperatur
von etwa 120o C. Nach der Befestigung des Werkstückes in der Vorrichtung gemäß Pig.
1, beträgt die Temperatur bei Beginn des Schweißvorganges etwa"200o. Ein Temperaturbereich
von 200 - 230°Q wird in der Bandnähe durch die Schweißhitze aufrechterhalten. Der-Ausstrahlungsbereich
der Wärme verläuft einige Zentimeter vor dem Schweißkopf 15, so daß die Walzentemperatur
während der Verschmeizung.etwa 200 - 2300 0 beträgt. Da die Temperatur der
geschmolzenen Regierung bei oder über 1650° C liegt, beträgt die Temperatur.an der
Schweißfläche etwa 3200 C. Die Schmelze des Materials verschmilzt dabei mit
der Kante des bei einer Umdrehung der-Rolle zuvor aufgeschmolzenen Materials und
mitder oberen Schicht der Rolle. Eine Mikrofotografie der Walze und der aufgeschmolzenen
Materialschicht zeigt keine Verbindungsstelle, wenn der Schweißdraht 1-3
und
das Werkstück 21 aus dem gleichen Werkstoff bestehen. In die Auflageschicht oder
in die Verbindungsstelle zwischen den
Bandabschnitten und zwiochen
Band und Wer?.rütück sind auch keinerlei Fremdstoffe eingeschlossen. Bei der in
Fig.@: 9 dargestellten _Walze 21 .:ist ein durchlaufendes Band 36 des Schweißmaterials
mittels-äea Schweißkopfes 15
auf die Oberfläche des Werkstückci3 aufgebracht.
Bs*ist klar"'-. ersichtlich, daß bei- jeder Umdrehung der Walze 21 das Band um einen
Abschnitt vorgeschoben wird, welcher der durch die oszillierende Bewegung des Schwüißkopfes
erhaltenen-Breite des Bandes völlig gleich ist. Aufgrund der Hin--und Herbewegung*
des Schweißkopfes 15 und der Rotation des Werkstückes 21 ergibt der Bewegungsablauf
des Schweißdrahtes 13 eine Zickzack-##. linse, wie es in- Fig. 9 mit dem Bezugszeichen
3? veranschaulicht ist. Um das Band am Walzenanfang beginnen und am Walzenende enden
zu lassen, werden an beiden Enden der Walze 21 8ingman-..## schetten 38 .(-strichi>unktiert
in Pig. 9 gezeichnet) vor dem Aufwärmen befestigt, die, nachdem das Schweißmaterial
aufgetragen wurde, durch Zerspannung der Verbindungöetelle:von Manschette `38 und
Walze 21 wieder entfernbar sind. Auf diese Wäi_--' se kann das Schweißmaterial in
vorteilhafter Weise direkt bis an beide Enden der Walze aufgebracht werden.
Etwa
20 - 35 kg an pulverförmigem Material können in einer Stunde auf die Walze aufgetragen
werden, wenn das 35 mm breite Band um 18 - 25 cm/min;.. verschoben wird. 333,e zuvor
als Beispiel erwähnten Verhältniswerte können abhängig .sein vom verwendeten Strom,
der Zuführgeschwindigkeit:des Metallpul-Vers, sowie der. Änderung der Antriebsdrehzahl
von Werkstück und Schlitten 12. Es ist selbstverständlich, daß die Oszillationen
des Schweißkopfes erfindungsgemäß auch benutzt werden können, um auf flachen oder
anders geformten Werkstücken nebeneinander Bänder aufzubringen, wobei. nach der
Vervollständigung eines jeden Bandes das Werkstück um eine Bandbreite vorgerückt
wird. Der Schweißdraht 13 (vgl. hierzu Pig. 5' wird durch ein Radpaar 39 mit einer
bestimmten Geschwindigkeit vorgeschoben. Das Radpaar 39 wird durch einen
leicht in seiner Drehzahl regulierbaren Gleichstrommotor 41 angetrieben. Der Motor
41 wird von einer Stütze 42 gehalten, die ein Auflager 43 besitzt. In diesem Auflager
ist ein Tragarm 44 mittels einer Welle 45 befestigt, die durch eine Manschette 46
schwenkbar gehalten ist. Der Arm 44 trägt einen Pulverzuführ- und Schweißkopf 47
für die Oszillationsbewegj'-#,g. Eine Welle 48 ist im Zuführkopf 47 in lagern 49
befestigt.* der Welle 48 sind ein Antriebsrad 51
und ein Pulverzufürrad
52 befestigt. Der Draht 13@ (Fig. ?) liegt am Rad 51 an und steht mit diesem durch
eia Rad 53, vrelches bezüglich des Antriebsrades 51 mit einer Stellschraube-54 verstellbar
lote in dauernder Berührung" Der Schweißdraht 13 wird von einem heitfinger 55 in
bekannter Weise ausgegeben. Wie die Pigo 3 und 5 zeigen, wird dem Piuger 55 über
ein Kabel 56 ein Strom von 'nahezu 4®0 Ampere bei 40 Volt Zugeleitet. Das Kabel
56. ist durch eire Mutter 58 en: einer Verbindungsplatte 57 festgeschraubty die
ihrerseits vom Sehweißkopf 47 isoliert ist. edie -weiterhin Füg. 1 zeigt, ist ein
Stromleiter 59 an einem Zuffi°tell 61 angeschlossene welches "gegen das Ende
der Walze 21 oder gegen den benachbarten Walzenabschnitt drückt, s®, daß der Stromkreis
zwischen dem Metallpulver auf der Falze und dem Drahtende 13 geschlossen'ist. Der
Transformator für die Stromversorgung wird: vom Schlitten 12 aufgenommen, so de.ß
die Zuleitungen für den Strom iinmer eine konstante Dänge, auch während der Schlittenbewegungen,
,Aufweisen. Dies bewirkt u.a. auch eine vortdilhe:Vbe Stromversorgung den Flammenbogens.
Das
Zuführrad 52 (vgl. insbesondere die Piga 5 undq6) ist an seinem Umfang mit einer
Anzahl von Taschen 62 versehen, deren jeweiliges Fassungsvermögen sich nach der
Rotationsgeschwindikeit der Welle 48 und der Materialmenge, die an die Schweißstelle
zu liefern ist, richtet. Das Pulvermaterial 63 wird durch eine Zeitung 64 aus einem
Behälter zugeführt, wodurch ein kontinuierlicher Naterialfluß 3 zum Schweißkopf
47 gewährleistet ist. Das Metallpulver füllt die Taschen 62 auf und .wird von diesen
durch-eine im Schweißkopf 47 vorhandene Öffnung 65 befördert, die mit einer'Verbindungsmuffe
66 auf der Platte 57 verbunden ist. Die Muffe 66 nimmt eine Düse 67 auf, die unmittelbar
in der Nähe des Zuführfingers 55 und des Schweisdrahtendes angeordnet Ist.Die Düse
67 besitzt eine breite Auslaßseite 68, die sich so: über beide Seiten dee Drahtes
13 erstreckt, daß die Netallpulverzuführung genau inden beiden Bewegungsrichtungen
des,Drahtee erfolgt. Die Düse 67 s ist bezüglich des Schlittens 12 durch nicht dargestellte
Auflagerteile festgestellt, Damit sie in einer festen Position relativ zum beweglichen
Schlitten °!2 tote wurde die Muffe 66 aus einem flexiblen Werkatoef 9'*-fertigt.
Zu bemerken ist, daB .die Zufuhr des Metallpulvers exakt mit der Zufuhr des Schweißdrahtes
13 synchronisiert :11 -
Da mehr oder weniger ein Drittel der Schmelze
vom geschmolzenen Draht 13 gebildet wird$ wird dessen Analyse bei der Herstellung
des Metallpulvers berücksichtigt, um eine bestimmte Endlegierung herzustellen. Das
VerMltnis von. Schweißdraht zu Metallpulver wird exakt gesteuert, $o daß die auf
-das Werkstück aufgebrachte Endlegierung immer genau die gewünschte Zusammensetzung
hat. Nachdem das Material auf die Manschette 38 aufgetragen ist, kann ein Teil davon
entfernt und sofort analysiert werdenp um sieh so zu vergewissern, daß der aufgebrachte
Schichtwerkstoff auch die erforderliche Zusammensetzung aufweist. Jeder Mangel kann
durch Änderung des Pulvermaterials behoben werden, so daß eine genaue Zusammensetzutg
der legierungsechicht erhalten werden kann. Es wurde gefunden, daß,wenn das Material
des lferkstückes eine gewisse Affinität zu Kohlenstoff zeigt, eine steüge Nenge
des im geschmolzenen Metall und Schweißdraht vorhandenen Kohlenstoffes von Werkstifckmaterial
absorbiert wird. Dies erfordert, daß eine zusätzliche Menge von Kohlenstoff dem
Ivletallpulver hinzugesetzt wird, um dem auftretenden Absorptionsverhältnis Rechnung
zu tragen. Um das Drahtende 13 hin- und herzubewegen und um so die Schmelze zu streckeng
ist ein Verbindungeglied 71 vorgesehen,. (Fis. 3'
5 und
8), die durch eine Ansatzschraube 72 am Schweißkopf 47 befestigt ist. Die Stütze
42 besitzt einen Verlängerungsteil 74, auf dem ein Motor 73 angeordnet ist. Der
Motor 73 hat eine Welle-75, die sich in einen Längsschlitz 76 der Verbindung 71
erstreckt. Das freie Ende des Verbindung 71 ist auf der Welle abgestützt. und ein°am
Ende der.Welle vorhandener Bund 77 dient zur Verankerung der Verbindung. Die Welle
75 trägt einen ovalen oder herzförmigen Exzenter 78, dessen Umfangsfläche mit zwei
Rollen 79 in Berührung steht. Diese Rollen werden durch von der Verbindung 71 getragene
Bolzen 81 geführt und können auf-diesen frei rotieren. Alle Exzenterdurchmesser
sind stets gleich groß, so daß eine ständige Berührung des. Exzenters mit den Rollen
79 gewährleistet ist. Die Form des Exzenters ist so ausgebildet, daß die Verbindung
71 sich mit konstanter Geschwindigkeit hin- und herbewegt, um die Oszillation des
Schweißkopfes 47 zu bewirken und damit gleichzeitig auch den Schweißdraht 13 zu
allen Punkten der oszillierenden Bewegung zu führen. Der Schweißkopf 47 oszilliert
ohne den Schweiedraht 13 zu stören, wie dies die. Drahtanordnung in Fig. 7 zeigt.
Der Abstand zwischen der Welle 45 und dem Drahtende 13 beträgt nahezu 33 cm, während
das Arbeitsspiel des Drahtes bei der Oszillation im Ausführungsbeispiel
etwa-35-mm
beträgt. Mit diesem Abstand zum Hebel wird nur eine sehr kleine Lagenänderung des
Drahtendes von der Werkstückoberfläche zwischen dem Mittelstück und dem Ende des
flachen.,,.Bewegungsbogens auftreten. Wenn ein breites Band von etwa. 5 - 15-cm.gebildet
werden soll, so ist es wünschenswert, daß der. Schweißkopf 47 sich geradlinig *(Fig-:.10)
hin- und herbewegt. Hierbei wird der Schweißkopf 47 in'Führungen 82 gehalten. Die
Hin- und ßerbewegung wird durch-den Exzenter 78._oder durch andere Einrichtungen,
z. B. mit einem doppelt wirkenden.. Druckkolben erzeugt, wobei die Geschwindigkeit
durch das Ablassendes Druckmediums an dem der:,Druäkaeite entgegengesetzen Ende
des Kolbens gesteuertwird, während das-Metallpulver durch die Verbindungsmuffe 66.
. zugeführt'w:Lrd, die ihrerseits in einer festen Position.bezüglich'des-Sch@ittens
12 (Fig. 1)-gehalten ist. Sollte diene-Bewegung. mit dem Vorschub des Schweißdrahtes
13 kollidieren, ®o kanri.der-Sohweißdraht in eine Umkleidung eingeschlossen werden'z.
B. in einen Bowdenzug, der an beiden Enden befestigt ist-.und den Draht bei
seiner V.orsohubbewegung führt, auch wenn .diese nicht geradlinig erfolgt.
Der
geschmolzene Strang wird durch die Hin- und Herbewegung der Schweißflamme in einem
zickzackförmigen Verlauf bezüglich der Werkatüekoberfläche auf die das Metall aufzubringen
ist, erhalten. Das Metallpulver wird dem Werkstück in der Nähe des Endes des Drahtes
13 stets in-derselben Art zugeführt, gleichgültig ob der Draht sich nach links oder
rechts, quer zur Bandlängsrichtung bewegt. Die Querbewegung des Drahtes erzeugt
einen breiten Streifen des Materials, welcher über das Werkstück-bei der Bewegung
des letzteren in Richtung des Schweißkopfes vorrückt. Die Zickzackbewegung am Schweißdrahtende
stimmt mit der Rotation des Werkstückes und dem Vorschub des Schweißkopfes überein,
so daß eine vorbestimmte Dicke des geschmolzenen Materials auf die Werkatückoberfläche
aufgetragen wird. Die Auflageschicht kann etwa 8 mm-oder mehr stark sein und wird
ohne Risse, Schlacke, Oxyde oder eingeschlossene Fremdstoffe erbalten.-Die - Schicht
der Legierung-ist auf der gesamten Werketüekoberfläohe in sich massiv. Da das Metallpulver
auf die Oberfläche des Werkstückes aufgetragen wird und eine Schmelze daraus entsteht,
wird ein neutrales Plußmittel darüber aufgebracht. Wie in den Fig. 3 und 5 zu sehen.iet,
führt ein Rohr 83 däe PluBmittel zu einem Trichter 84, der von der Mutter 58 gehalten
ist. Der Trichter
84 leitet das F1ußmittel über die Metallschmelze,
um den Flammenbogen abzuschirmen und um@.das Metall gegenüber einen zu schnellen
Wärmeverlust zu isolieren, da der Schmelz-Bereich fortwährend vorgeschoben wird
und die abseits liegenden Teile abgekühlt werden. Das Plußmittel wird von einem
Behälter in das Rohr 83 geleitet, wobei der Strom des Flußmittels während des Passierens
des Trichters 84 dauernd gesteuert wird. ` In Fig. 5 ist noch zu sehen, daß der
Zuführ- und Schweißkopf 47 vor dem höchsten Funkt der Walze 21 angeordnet ist. Dieb
ermöglicht die Ausbildung des Schmelzstranges auf der nach oben vorrückenden Seite
des Werkstückes, so daß der Strang ausreichend abgekühlt. wird, bevor die Schmelze
hinter dem höchsten@Punkt der Walze vorbeigeleitet wird. Auf diese Weise ist ein
Herabfließen der Schmelze über die Rückseite des Werkstückes vermieden..