DE19621019C1

DE19621019C1 - Gleisabschnitt sowie Verfahren zur Verbindung von Gleisteilen

Info

Publication number: DE19621019C1
Application number: DE19621019A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ratz; Walter Kunitz; Alfred Kais
Original assignee: Butzbacher Weichenbau GmbH
Current assignee: Butzbacher Weichenbau GmbH
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2016-05-25
Also published as: WO1997045228A1; AU3028597A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleisabschnitt bestehend aus zwei miteinander ver schweißten Gleisteilen unterschiedlicher Materialien unter Verwendung eines Zwischenstücks, insbesondere Weichenteil wie Herzstück mit Anschlußschienen bestehend aus Manganhartstahl bzw. Kohlenstoffstahl als unterschiedliche Materialien. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Verbindung von Gleisteilen unterschiedlicher Materialien, insbesondere zur Verbindung eines Weichenteils wie Herzstück mit einer Anschlußschiene bestehend aus Manganhartstahl beziehungsweise Kohlenstoffstahl unter Verwendung eines Zwischenstücks, das mit den Materialien verschweißt wird.

Aus der EP 0 467 881 B1 ist ein Verfahren zur Verbindung von aus Manganhartstahlguß bestehenden Weichenteilen beziehungsweise Manganstahlschiene mit einer Schiene aus Kohlenstoffstahl bekannt. Hierzu wird ein Zwischenstück aus einem kohlenstoffarmen austenitischen Stahl benutzt, das zunächst mit der Schiene beziehungsweise Anschlußschiene verschweißt wird, um nach Ablängen des Zwischenstücks auf eine Länge von vorzugsweise 18 bis 20 mm dieses in einem zweiten Schweißvorgang mit dem aus Manganhartstahlguß bestehenden Teil beziehungsweise der Stahlschiene zu verschweißen. Als Zwischenstück wird ein mit Nb und/oder Ti stabilisierter, niedrig gekohlter, austenitischer Stahl, insbesondere ein Cr-Ni-Stahl verwendet, um die zweite Verschweißung ohne Einhaltung spezieller Abkühlpa rameter durchführen zu können. Im Anschluß an die erste Schweißverbindung wird ein Diffu sionsglühen bei einer Temperatur zwischen 350°C und 1000°C durchgeführt. Um folglich austenitischen Manganhartstahlguß mit Kohlenstoffstahl zu verbinden, wird ein aus Stahl bestehendes Zwischenstück verwendet, wobei beim Verschweißen eine vorgegebene Reihen folge eingehalten und nach dem ersten Schweißvorgang eine Wärmebehandlung durchgeführt werden muß, ohne daß jedoch letztendlich sichergestellt ist, daß beim zweiten Schweißvor gang schädigende Beeinflussungen des aus einem Sonderstahl bestehenden Zwischenstücks ausgeschlossen sind. Ferner muß das Zwischenstück eine bestimmte Länge aufweisen, um eine thermische Trennung zwischen den Schweißstellen zu erreichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Gleisabschnitt beziehungs weise ein Verfahren zur Verbindung von Gleisteilen der eingangs genannten Art zur Ver fügung zu stellen, bei dem das Zwischenstück nicht nur eine kurze Länge aufweisen kann, sondern insbesondere sichergestellt ist, daß beim Verschweißen der Materialien untereinander das Zwischenstück in seiner Materialeigenschaft nicht negativ beeinflußt werden kann. Auch sollen sich verfahrensmäßig Vereinfachungen insbesondere in bezug auf die zu beachtenden Parameter ergeben.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch einen Gleisabschnitt bestehend aus zwei mitein ander verschweißten Gleisteilen unterschiedlicher Materialien unter Verwendung eines Zwischenstücks, insbesondere eines Weichenteils wie Herzstück mit Anschlußschiene bestehend aus Manganhartstahl bzw. Kohlenstoffstahl als unterschiedliche Materialien, dadurch gelöst, daß das Zwischenstück eine Metallschicht in Form einer Nickelbasislegierung ist. Dabei weist das Zwischenstück vorzugsweise eine Länge im Bereich von 3 bis 15 mm auf.

Abweichend vom vorbekannten Stand der Technik wird als Zwischenstück kein Sonderstahl, sondern eine auf Nickel aufgebaute Legierung benutzt, wobei der Anteil des Nickels zu mindest 60 Gewichtsprozent der Legierung aufweisen sollte. Der Vorteil einer entsprechenden Nickelbasislegierung als Zwischenschicht ist darin zu sehen, daß diese sehr duktil ist und günstige mechanische Eigenschaften aufweist, ohne daß bei hohen Temperaturschwankungen, die beim Verschweißen auftreten können, eine schädigende Beeinflussung der Nickelbasisle gierung erfolgt. Es ergeben sich somit bessere Werkstoffeigenschaften im Vergleich zu einem Sonderstahl, insbesondere austenitischen Stahl, dessen Eigenschaften bekanntlich stark temperaturabhängig sind.

Insbesondere sollte das Zwischenstück 70 bis 90 Gewichtsprozent Ni, vorzugsweise 75 bis 80 Gewichtsprozent Ni enthalten. Besonders günstige Materialeigenschaften ergeben sich dann, wenn das Zwischenstück < 0,05 Gew.-% C, in etwa 1 Gew.-% Mn, gegebenenfalls 5 bis 15 Gew.-% Cr und < 8 Gew.-% Fe enthält.

Um auf einfache Weise ein Zwischenstück mit den unterschiedlichen Materialien zu ver schweißen, ist vorgesehen, daß das Zwischenstück mit dem einen Material durch Auftrag schweißung oder Abbrennstumpfschweißung und mit dem anderen Material durch Wider standsstumpfschweißung verschweißt ist. Auch besteht die Möglichkeit, daß die Verbindung zwischen dem Zwischenstück und den unterschiedlichen Materialien mittels Elektronenstrahl schweißens hergestellt ist.

Ein Verfahren zur Verbindung von Gleisteilen unterschiedlicher Materialien, insbesondere zur Verbindung eines Weichenteils wie Herzstück mit einer Anschlußschiene, bestehend aus Manganhartstahl bzw. Kohlenstoffstahl unter Verwendung eines Zwischenstücks, das mit den Materialien verschweißt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß als Zwischenstück eine Metall schicht aus einer Nickelbasislegierung verwendet wird. Dabei kann die Metallschicht zunächst durch Preßschweißung mit einem der Materialien und sodann durch Schmelzschweißung mit dem anderen Material verschweißt werden. Insbesondere ist vorgesehen, daß die Metall schicht durch Auftragschweißung oder durch Abbrennstumpfschweißung auf einem der Materialien aufgebracht wird, wobei beim Abbrennstumpfschweißen eine Kompaktelektrode verwendet werden sollte, dessen Querschnittsgeometrie der des zu verschweißenden Gleisteils entspricht.

Unabhängig von der Art des Auftragens sollte die Metallschicht mit einer Länge von in etwa 3 bis 15 mm aufgebracht werden.

Alternativ besteht die Möglichkeit, das Zwischenstück mit den Gleisteilen durch Elektronen strahlschweißen zu verschweißen, wobei das Zwischenstück gleichzeitig mit den unter schiedlichen Materialien verschweißt werden kann.

Besonders günstige Materialeigenschaften ergeben sich dann, wenn sich beim Aufbringen der Nickelbasislegierung auf einen Kohlenstoffstahl dieser auf 300 bis 500°C vorgewärmt wird. Sofern eine Verbindung zwischen der Nickelbasislegierung und einem Manganhartstahl erfolgt, sollte dieser gegebenenfalls bis zu 350°C vorgewärmt werden. Durch diese Maßnah men wird eine Versprödung der Materialien beim Verschweißen ausgeschlossen, insbesondere beim Manganhartstahl eine Carbidausscheidung vermieden.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Nickelbasislegierung bei Raumtemperatur mit den Materialien zu verschweißen.

Bei der Verwendung von Manganhartstahl als eines der Materialien sollte dieses nach der Verschweißung mit der Nickelbasislegierung durch dynamische Krafteinleitung verformt werden. Hierdurch wird eine hohe Versetzungsdichte erreicht. Die dynamische Kraftein leitung kann dabei durch Beschuß mit Stahlkugeln, durch eine Explosionsverdichtung oder durch ein Hammerwerk oder sonstige nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren erfolgen. Um eine weitergehende positive Beeinflussung der Materialeigenschaften des Mang anhartstahls zu erzielen, kann nach der dynamischen Krafteinleitung eine Wärmebehandlung wie Diffussionsglühen erfolgen.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.

In der einzigen Fig. ist ein Ausschnitt eines Weichenteils im Bereich eines Herzstücks 10 dargestellt, das eine Herzstückspitze 12 sowie mit dieser zu verbindende Anschlußschienen 14 und 16 umfaßt.

Die hohen Belastungen ausgesetzte Herzstückspitze 12 kann aus Manganhartstahl - Mn- Gehalt von in etwa 10- bis 20 Gew.-% - bestehen. Für die Anschlußschienen 14, 16 kann in gewohnter Weise Kohlenstoffstahl verwendet werden.

Aufgrund der unterschiedlichen Materialien von Herzstückspitze 12 und Anschlußschiene 14 und 16 ist ein unmittelbares Verschweißen grundsätzlich nicht möglich. Aus diesem Grund werden die Anschlußschienen 14, 16 mit der Herzstückspitze 12 jeweils über ein Zwischen stück 18, 20 verschweißt. Das Zwischenstück 18, 20 besteht erfindungsgemäß aus einer Nickelbasislegierung, die folgende Analyse in (Gewichtsprozent) aufweisen kann:
Ni: 75 bis 90%
C: < 0,05%
Mn: in etwa 1%
ggfs. CR: 5 bis 15%
Fe: < 8%.

Gegebenenfalls können definierte Anteile von Si, Ti, S, Mo, Al, Co, Cu, Nb, V, W, Pb, As und/oder B vorhanden sein.

Durch die Verwendung einer Nickelbasislegierung als Zwischenstück 18, 20 ist der Vorteil gegeben, daß ein Material zum Einsatz gelangt, das sehr duktil ist und günstige mechanische Eigenschaften aufweist, die auch hohe Temperaturschwankungen, die beim Verschweißen mit der Herzstückspitze 12 bzw. der Anschlußschiene 14, 16 auftreten können, zu keinen schädi genden Beeinflussungen führt.

Die Nickelbasislegierung kann durch Auftragsschweißung oder Abbrennstumpfschweißen zunächst mit einem der Gleisteile, also entweder mit der Anschlußschiene 14, 16 oder der Herzstückspitze 12 verschweißt werden. Beim Abbrennstumpfschweißen sollte eine Kompakt elektrode verwendet werden, dessen Querschnittsgeometrie der des Anschlußteils, also entweder der Schiene 14, 16 oder der Herzstückspitze 12 im Anschlußbereich aufweist. Auch besteht die Möglichkeit, eine Verbindung mittels Elektronenstrahlschweißens herzustellen.

Die Nickelbasislegierung sollte eine Schichtdicke von 3 bis 15 mm aufweisen. Die so ausgebildete Zwischenschicht 18, 20 wird sodann mit dem anderen Gleisteil, also mit der Herzstückspitze 12 oder den Anschlußschienen 14 und 16 ebenfalls durch Schweißen, insbesondere durch Widerstandsstumpfschweißen verbunden.

Nach dem Verschweißen der Nickelbasislegierung mit der Herzstückspitze 12 sollte diese zur Erzielung einer hohen Versetzungsdichte plastisch verformt werden. Dies kann durch dynamische Krafteinleitung zum Beispiel durch Beschuß mit Stahlkugeln, durch eine Ex plosionsverdichtung oder durch ein Hammerwerk erfolgen.

Um eine Versprödung der Materialien beim Verschweißen auszuschließen, können diese vorgewärmt werden. Dies ist insbesondere in bezug auf Manganhartstahl von Vorteil, um Carbidausscheidungen zu vermeiden. Sofern ein Vorerwärmen erfolgt, sollte der Kohlenstoff stahl zwischen 300 und 500°C und der Manganhartstahl auf maximal 350°C vorgewärmt sein.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die unterschiedlichen Materialien mit der Zwischenschicht 18, 20 bei Raumtemperatur zu verbinden. Um die mechanischen Eigen schaften von Manganhartstahl zusätzlich zu erhöhen, kann diese nach der plastischen Ver formung einer Wärmebehandlung wie Diffusionsglühen unterzogen werden.

Claims

1. Gleisabschnitt (10) bestehend aus zwei miteinander verschweißten Gleisteilen (12, 14, 16) unterschiedlicher Materialien unter Verwendung eines Zwischenstücks (18, 20), insbesondere Weichenteil wie Herzstück mit Anschlußschienen bestehend aus Man ganhartstahl beziehungsweise Kohlenstoffstahl als unterschiedlichen Materialien, durch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (18, 20) eine Metallschicht in Form einer Nickelbasislegierung ist.

2. Gleisbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (18, 20) eine Länge im Bereich von 3 bis 15 mm aufweist.

3. Gleisbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (18, 20) mindestens 60 Gewichtsprozent Ni enthält.

4. Gleisbauteil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (18, 20) 70 bis 90 Gew.-% Ni, vorzugsweise 75 bis 80 Gew. % Ni enthält.

5. Gleisbauteil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück neben Ni enthält < 0,05 Gew.-% C, in etwa 1 Gew.-% Mn, gegebenenfalls 5 bis 15% Cr und < 8 Gew.-% Fe.

6. Gleisbauteil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (18, 20) mit dem einen Material durch Auftragschweißung oder Abbrennstumpfschweißung und mit dem anderen Material durch Widerstandsstumpfschweißung verschweißt ist.

7. Verfahren zur Verbindung von Gleisteilen unterschiedlicher Materialien, insbesondere zur Verbindung eines Weichenteils wie Herzstück mit einer Anschlußschiene beste hend aus Manganhartstahl beziehungsweise Kohlenstoffstahl unter Verwendung eines Zwischenstücks, das mit den Materialien verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nickelbasislegierung als Metallschicht als Zwischenstück verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht durch Preßschweißung mit einem der Materialien und sodann durch Schmelzschweißung mit dem anderen Material verschweißt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht durch Auftragschweißung oder durch Abbrennstumpfschwei ßung auf eines der Materialien aufgebracht wird.

10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abbrennstumpfschweißen eine Kompaktelektrode verwendet wird, deren Querschnittsgeometrie der des zu verschweißenden Gleisteils entspricht.

11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht mit einer Länge von in etwa 3 bis 15 mm aufgebracht wird.

12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück mit den Gleisteilen durch Elektronenstrahlschweißen ver schweißt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück gleichzeitig mit beiden Gleisteilen durch Elektronen strahlschweißen verschweißt wird.

14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufbringen der Nickelbasislegierung auf einen Kohlenstoffstahl dieser auf 350 bis 500°C vorgewärmt wird.

15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufbringen der Nickelbasislegierung auf Manganhartstahl dieser auf bis zu 350°C vorgewärmt wird.

16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelbasislegierung bei Raumtemperatur mit den Materialien verschweißt wird.

17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Manganhartstahl als eines der Materialien dieses nach Verschweißung mit der Nickelbasislegierung durch dynamische Krafteinleitung verformt wird.

18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dynamischer Krafteinleitung in den Manganhartstahl dieser einer Wärme behandlung wie Diffusionsglühen unterzogen wird.