DE2320186B2

DE2320186B2 - Verfahren zum herstellen schwerer einteiliger wellen

Info

Publication number: DE2320186B2
Application number: DE19732320186
Authority: DE
Inventors: Hermann-Th. Dr.mont. Dr.e.h. 4330 Mülheim; Luckow Herbert 4000 Düsseldorf Brandi
Original assignee: August Thyssen-Hütte AG, 4000 Düsseldorf
Priority date: 1973-04-19
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1977-06-02
Also published as: DE2320186A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen schwerer einteiliger Wellen, insbesondere für Turbinen und Generatoren, mit einschluß-, lunker-, eeigerungs- und rißfreiem Gefüge durch Aufbauschweißen, bei dem achsparallel fortschreitend auf einen rotierenden durchgehenden Kern nacheinander mehrere Lagen aus mindestens einer spiralförmig verlaufenden Schweißraupe duich Lichtbogenschweißen kontinuierlich aufgebracht werden.

Großbauteile wie schwere Turbinenläufer und Generatorwellen unterliegen im Betrieb einer außerordentlichen starken Beanspruchung. So werden Turbinenläufer im allgemeinen bei Temperaturen bis 600°C und Drücken bis 250 cb eingesetzt. Dies stellt hohe Anforderungen an die betreffenden Werkstoffe, die noch dadurch erhöht werden, daß die Entwicklung zu immer größeren Kraftwerkseinheiten, d. h. zu größeren Wellen und Läufern geht.

Hochbeanspruchte, umlaufende Bauteile wie Turbinenläufer und Generatorwellen unterliegen einer mehrachsigen Beanspruchung und werden üblicherweise als Stahlgußstück oder Schmiedeteile hergestellt.

Dabei muß das Werkstück infolge der hohen Fliehkraftbeuispruchung aufgrund der heute üblichen hohen Drehzahlen bei ausreichender Zähigkeit eine hohe Streckgrenze besitzen. Des weiteren gehören zu den Anforderungen an einen Läuferwerkstoff insbesondere im Hochdruckteil eine hohe Zeitstandfestigkeit und geringe Zeitstandversprödung bei Temperaturen bis 600⁰C, eine niedrige Obergangstemperatur der Kerbscilagzähigkeit und eine hohe Sprödbruchsicherheit

ίο bzw. Anlaßbeständigkeit Hinzu kommt bei Generatorwcllen eine möglichst hohe magnetische Induktion.

Die vorerwähnten Eigenschaften lassen sich mit den bekannten Legierungen nur durch ein Vergüten erreichen, welches üblicherweise aus einem Austenisie-

rungsglühen mit anschließendem öl- und Wasserabschrecken auf Temperaturen unter 600⁰C oder auch unter 300⁰C sowie einem langzeitigen Halten bei diesen Temperaturen mit anschließender geregelter Abkühlung sowie einem abschließenden Anlassen besteht. Aus

diesem Grunde muß der Werkstoff eine geringe Anlaßsprödigkeit und insbesondere eine gute Durchvergiitbarkeit besitzen, um ein möglichst gleichmäßiges Gefüge über den Querschnitt zu erreichen. Der Erfolg einer Vergütungsbehandlung hängt jedoch in erster

Linie vom Durchmesser und der dadurch bedingten

unterschiedlichen Abkühlungsgeschwindigkeiten beim Abschrecken und selbstverständlich auch von der Ligierungszusammensetzung ab.

Als Wellenwerkstoff kommen üblicherweise Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungen, beispielsweise die bekannten Schmiedestähle 31 NiCrMo 8 5 und die v;inadinhaltige Legierung 32 NiCrMov 8 5 mit verbesserter Zeitstandfestigkeit sowie für Reaktorwerkstoffe die Legierung 22 NiCrMo 3 7 in Frage. Im einzelnen richtet sich die spezielle Legierungszusammensetzung η ich der jeweiligen Verwendung als Werkstoff für Hochdruck-, Mitteldruck- oder Niederdruck- bzw. Generatorwellen, die jeweils einer unterschiedlichen Druck- und Temperaturbeanspruchung unterliegen.

Allen Werkstoffen ist jedoch der Nachteil gemeinsam, daß ihre Durchvergütbarkeit bei größeren Durchmessern insbesondere bei Durchmessern über 1200 mm unzureichend ist und jich demzufolge zwis:hen Rand und Kern der Welle unterschiedliche mechanische Eigenschaften ergeben. Dies äußert sich insbesondere in einer der charakteristischsten Eigenschaften, nämlich der Übergangstemperatur der Kerbschlagzähigkeit, die möglichst niedrig liegen soll, jedoch in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung tnd dem Wellendurchmesser auch in günstigen Fällen häufig Unterschiede über 100° zwischen Rand und Kerr aufweist.

Um die Durchvergütbarkeit der bekannten Wellenle j;ierungen und damit deren Zähigkeit und Übergangs temperatur zu verbessern, ist es bekannt, den Nickelge halt auf etwa 3,5% zu erhöhen, wie bei den bekanntet Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungen ASTM A 469-6; für Generatorwellen und A 470-65 für Turbinenläufei Mit der Erhöhung des Nickelgehaltes ist jedoch bei dei

(χι in Rede stehenden Legierungen gleichzeitig auch ein höhere Neigung zur Anlaßsprödigkeit verbunden. Di !Durchvergütbarkeit könnte zwar auch durch ein Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes verbessert werdei der üblicherweise bei etwa 0,15% bis 0,35% liegt. Der

fts jedoch steht allein schon die Tatsache entgegen, da tiöhere Kohlenstoffgehalte unabhängig vom jeweilige Gefüge zu einer Erhöhung der Übergangstemperature führen. Speziell bei Legierungen für Generatorwelle

kommt noch hinzu, daß diese eine hohe magnetische Induktion besitzen müssen, die jedoch eine Funktion der chemischen Zusammensetzung, des Gefüges und der Festigkeit ist Dabei bewirken sämtliche Legierungsbestandteile mit Ausnahme des Kobalts eine Erniedrigung der magnetischen Sättigung und Permeabilität, wobei die Beeinträchtigung durch den Kohlenstoff etwa lOmal so groß ist »"£ bei den anderen Legierurigsbestandtei-

Neben der Auswahl und den Mengenanteilen der einzelnen Legierungsbcstandteile geht ein wesentlicher Einfluß auf die Werkstoffeigenschaften insbesondere bei größeren Wellengewichten von der Blockstruktur _aUS Von entscheidender Bedeutung ist dabei die Homogenität, d. h. die Gleichmäßigkeit der chemischen Zusammensetzung und des Gefüges der Welle über die Länge und insbesondere über den Querschnitt Zwar läßt sich durch die Vergütung das Gefüge verbessern und zum Teil auch vergleichmäßigen; es gibt jedoch verfahrensbedingte Inhomogenitäten, wie Blockfehler und Einschlüsse, die sich, wenn sie einmal eingetreten sind, nicht mehr beseitigen lassen.

Zu den Blockfehlern zählen insbesondere Seigeruneen Lunker und Risse, während es sich bei den schädlichen Einschlüssen in erster Linie um Oxyde und während der Blockerstarrung freigesetzte Gase handelt. Den Seigerungen und oxydischen Einschlüssen kommt dabei die größte Bedeutung zu. So führt die Blockseigerung zu einer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung zwischen Blockfuß und Blockkopf sowie zwischen Randzone und Kern, die sich anders als die jCristallseigerung nicht mehr durch ein Ausgleichs- bzw. Diffusionsglühen beseitigen läßt. Aber auch einer späteren Glühbehandlung zum Ausgleich von Konzentrationsunterschieden sind angesichts der Werkstückgroßen im Hinblick auf die Ofengröße einerseits und der sich beim Glühen zwangsläufig einstellenden Gefügeänderungen enge Grenzen gesetzt.

Die aus der Blockseigerung resultierenden Konzentrationsunterschiede der Legierungsmittel finden sich auch im fertigen Schmiedestück wieder und führen naturgemäß zu entsprechenden Unterschieden der Werkstoffeigenschaften zwischen der Randzone und dem Kern einer Welle und/oder über die Wellenachse. So erklären sich beispielsweise unterschiedliche magnetische Eigenschaften aus der negativen Seigerung, die im Bereich des Blockfußes zu einer Kohlenstoffverarmung und damit zu einer höheren magnetischen lnfuktion führt als im Bereich des Blockicopfes mit höherem Kohlenstoffgehalt. Hinzu kommen ebenfalls durch eine unterschiedliche Kohlenstoffverteilung bedingte unterschiedliche Übergangstemperaturen.

Von ebenso großer Bedeutung wie die bei der Blockerstarrung nicht zu vermeidende Block- und Kristallseigerung sind aus der Desoxydation und den Futterwerkstoffen, mit denen die Schmelze zwangsläufig in Berührung kommt, herrührende oxydische Einschlüsse, die im Werkstoff als Kerben wirken und demzufolge die mechanischen Eigenschaften in starkem Maße beeinträchtigen, was sich insbesondere in einem schlechteren Sprödbruchverhalten äußert. Um die nicht zu vermeidenden Einschlüsse und eine zusätzliche Beeinträchtigung der Werkstoffeigenschaften durch übliche Verunreinigungen zu verringern, ist die Praxis dazu übergegangen, Wellenstähle vorzugsweise im Elektroofen zu erschmelzen und vor dem Vergießen einer Vakuumbehandlung zu unterwerfen. Das Schmel-„.n im Flektroofen und die Vakuumbehandlung smd jedoch mit erhöhten Investitions- und Herstellungskosten verbunden. Schließlich sind der Vergößerung der Wellendurchmesser und -längen dadurch praktische Grenzen gesetzt, daß die Größen der vorhandenen öfen, Vakuumanlagen, Kokillen und Schmiedepressen begrenzt sind. Hinzu kommen die mit der Werkstückgröße steigenden Schwierigkeiten beim Ölbad- und Wasserspriihvergüten.

Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Herstellung von Läufern und Wellen als Einzelschmiedestücke besteht in dem außerordentlichen Materialverlust durch die mangelnde Verwertbarkeit des Blockkopfes und des Blockfußes sowie die erforderliche spanabhebende Bearbeitung nach dem Schmieden. Dieser Materialverlust kann die Größenordnung von 30 bis 60% erreichen, was zu einer weiteren Verteuerung führt

Die vorerwähnten Schwierigkeiten haben zu einer Reihe von Aufbauschweißverfahren geführt. So ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 18 00 833 ein Verfahren zum Aufbauschweißen von Formteilen bzw. Behälterstutzen bekannt, bei dem auf ein rotierendes übliches Rohrstück eine Vielzahl von Schweißlagen aufgebracht werden, die in ihrer Gesamtheit das Formteil bilden. Ein ähnliches Verfahren ist aus der deutschen Auslegeschrift 13 01696 bekannt; es dient zum Herstellen dickwandiger Behälter und bedient sich zum Einformen des niedergeschmolzenen Schweißguts eines U-förmigen, wassergekühlten Metallbügels. In ähnlicher Weise arbeiten aus den deutschen Auslege-Schriften 20 40 478 und 20 51 183 bekannte Aufbauschweißverfahren mit einer kokillenähnliehen Schmelzbzw. Kupferform zur Aufnahme des niedergeschmolzenen Schweißguts.

Schließlich ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 04 468 ein Verfahren zum Herstellen zylindrischer Behälter bekannt, bei dem der Behälter, ausgehend von einem Anfahrkörper bzw. Startblock freitragend aus einzelnen Schweißlagen aufgebaut wird. Dies geschieht in der Weise, daß gleichzeitig mit Hilfe mehrerer in Achsrichtung gegeneinander versetzter Schweißraupen der gesamte Wandungsquerschnitt niedergebracht wird, um den Temperaturgradienten über die Wanddicke möglichst gering zu halten. Das Niederbringen des Schweißguts erfolgt innerhalb einer kokillenähnlichen, wassergekühlten Form zum Einformen des Schweißguts.

Die Verwendung wassergekühlter Formen und Rahmen zum Einformen des Schwei3guts bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich. So wirkt die Form 50 angesichts der in ihr befindlichen geringen Schweißgutmenge in starkem Maße abschreckend und erzeugt ein Härtungsgefüge mit der Gefahr einer Rißbildung. Des weiteren bleibt das Schweißgut leicht an der Form haften und erstarrt, zumal die Abkühlungsbedingungen 55 in der Form angesichts der Notwendigkeit, mit zunehmendem Werkstückdurchmesser die je Zeiteinheit niedergeschmolzene Metallmenge zu erhöhen, nicht überschaubar sind. Daraus resultiert auch die Gefahr, daß sich beim Niederbringen des Schweißguts (>o unter einem Pulver oder einer Schlacke das Pulver oder die Schlacke an der heißen und gegebenenfalls angeschmolzenen Werkstückoberfläche und der Innenwandung der gekühlten Form festsetzt und Einschlüsse entstehen.

('S Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen schwerer einteiliger Wellen zu schaffen, das es erlaubt, Werkstük-

ke beliebiger Abmessungen mit völlig gleichmäßigen oder auch zonenweise gezielt eingestellten technologischen Eigenschaften ohne die Verwendung einer wassergekühlten Form oder Kokille herzustellen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das Schweißgut bei dem eingangs erwähnten Verfahren durch freiformendes UP-Schweißen niedergebracht wird.

Das kontinuierliche Niederschmelzen einzelner oder mehrerer Werkstoffstränge ohne die Verwendung einer das niedergebrachte Schweißgut beeinflussenden Fo.-m bringt, abgesehen von der nicht unwesentlichen apparativen Vereinfachung, den Vorteil mit sich, daß das Schweißgut nicht abgeschreckt wird, da es lediglich mit dem Werkstück in Berührung kommt. Auf diese Weise ergeben sich überschaubare Abkühlungsbedingungen und ist insbesondere ein UP-Schweißen möglich, da keine Notwendigkeit besteht, das Pulver bzw. die aus dem Pulver entstehende Schlacke aus einer Form oder einem formgebenden Rahmen zu entfernen. Das UP-Schweißen ermöglicht zudem, die Legierungsbestandteile teilweise über die Elektrode, beispielsweise eine Drahtelektrode, und teilweise über das Pulver und/oder andere Zusatzwerkstoffe in das Schmelzgut einzubringen.

Das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt die Gefahr von nichtmetallischen Einschlüssen, Lunkern und Seigerungen und führt bei Verwendung eines einheitlichen Abschmelzmaterials mit entsprechendem Pulver zu einem chemisch völlig einheitlichen Aufbau, der zusammen mit stets gleichbleibenden Abkühlungsbedingungen ein homogenes, vorzugsweise perlitisches Gefüge ergibt. Die Folge davon ist ein Werkstück mit isotropen Eigenschaften, wie es sich mit den herkömmlichen Verfahren grundsätzlich nicht herstellen läßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren iäßi sich in der Weise durchführen, daß zunächst auf eine als Träger fungierende Unterlage, beispielsweise eine Stahl- oder Kupferunterlage Längslagen aufgebracht werden, um einen Kern herzustellen. Nach dem Aufbringen mehrerer Längslagen wird dann die Unterlage entfernt und auf den in Rotation versetzten Kern zeilen- bzw. lagenweise der Werkstoff dosiert niedergeschmolzen. Je nach Verwendungszweck kann jedoch auch ein auf andere Weise hergestellter artgleicher oder artfremder Voll- und Hohlkern verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Herstellen von Großbauteilen werden die Abschmelzgeschwindigkeit, das elektrische Wärmeeinbringen, die Vorwärmung und gegebenenfalls die Kühlung des Werkstücks auf das spezielle Abschmelzverfahren, auf die eingesetzten Werkstoffe und auf die sich ändernden Abmessungen des Werkstücks so abgestimmt, daß fiber das gesamte Bauteil die geforderten Werkstückeigenschaften eingehalten werden. Dabei werden einzelne Lagen aufgebracht die im Vergleich zum Werkstückdurchmesser außerordentlich dünn sind.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich die gewünschte Werkstückeigenschaften praktisch ohne Rücksicht auf übliche schmelzmetallurgische Überlegungen und Probleme einer Vergütung durch entsprechende Auswahl der Legierungsbestandteile gezielt einstellen lassen. Dabei erlaubt das dosierte Niederschmelzen kleiner Schmelzgutmengen eine gezielte, zonenweise unterschiedliche Legierungszusammensetzung. So kann dem Werkstück beispielsweise im Kern und der Randzone und/oder an den Wellenenden b/w hallen eine unterschiedliche Zusammensetzung gegeben werden, die der dort auftretenden spezifischen Beanspruchung Rechnung trägt. Beispielsweise könnte die Legierungszusammensetzung in einzelnen Zonen der mechani- sehen Beanspruchung einerseits und/oder dem gegebenen Kraftlinienfluß bei Generatorwellen andererseits gezielt angepaßt werden. Der Zonenübergang erfolgt dabei vorzugsweise kontinuierlich, so daß sich eine stetige Konzentrationsänderung zwischen den benachharten Zonen ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren öffnet des weiteren die Möglichkeit, das Werkstück bzw. das niedergebrachte Schmelzgut kontinuierlich einer gesteuerten Wärmebehandlung oder Zwangsabkühlung zu unterwerfen, um

is das Gefüge insgesamt oder auch nur zonenweise einzustellen oder zu beeinflussen. So könnte beispielsweise der untere Teil einer horizontal eingespannten Welle ein Bad mit bestimmter Temperatur durchlaufen oder über eine Brennerreihe geführt werden. In seiner Gesamtheit bedarf ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Werkstück dagegen allenfalls eines Spannungsfreiglühens. Andererseits können sich angesichts des erfindungsgemäßen zeilen- bzw. lagen weisen Aufbaus rotierender Teile von innen nach außen auch zentripetale innere Spannungen ergeben, die der Fliehkraft entgegengerichtet sind und demzufolge der Werkstoffbelastung im Betrieb entgegenwirken. Auf diese Weise lassen sich ohne Schwierigkeiten vorge spannte Wellen herstellen.

Eine gezielte kontinuierliche Wärmebehandlung kann auch über die Abschmelzenergie erreicht werden, da die fühlbare Wärme des Schmelzgutes zu einem wesentlichen Teil in den benachbarten bereits erstarrten Werkstoff übergeht. Schließlich können sich etwa ergebende Fehler unmittelbar nach ihrem Entstehen festgestellt und gegebenenfalls beseitigt werden, wenn der Schmelzzone eine entsprechende Prüfvorrichtung folgt.

Das erfindungsgemäße dosierte Niederschmelzen von Werkstoffsträngen läßt sich nach Elektroschmelzschweißverfahren durchführen. Wegen der hohen Schmelzguteinheit ist das Unterpulver-Abschmelzen besonders geeignet. Dieses Verfahren ermöglicht zudem, die Legierungsbestandteile teilweise über die Elektrode, beispielsweise eine Drahtelektrode, und teilweise über das Pulver und/oder andere Zusatzwerk stoffe in das Schmelzgut einzubringen.

Es ist zwar bekannt Schweißgut auf Grundkörper aufzubringen, um Werkstücke mit besonderen Oberflä cheneigenschaften beispielsweise mit einer verschleiß festen Oberfläche herzustellen. Bekannt ist auch das Reparaturschweißen zum Ausgleich von Werkstoffverlusten wie beispielsweise das Reparaturschweißen von Kokillen. Schließlich ist auch bereits versucht worden, Druckbehälter durch Schweißen herzustellen. Das Herstellen überdimensionaler Wellen und Läufer ist jedoch bislang nicht bekannt und auch nicht versucht wordea da die Fachwelt offensichtlich glaubte, die bestehenden Schwierigkeiten durch größere Aggregate

f>o sowie eine Verfeinerung der Legierungstechnik und der Wärmebehandlung überwinden zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung des näheren erläutert In der Zeichnung zeigt

«•5 Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Welle in einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schema tischer Darstellung und F i g. 2 eine Seitenansicht der in F i g. I dargestellten

■J

Welle und Vorrichtung.

Die Vorrichtung besteht aus einer Grundplatte 3 mit seitlichen Böcken 4 zum Einspannen eines Kerns 5 sowie einem automatisch verfahrbaren Galgen 6, an dessen horizontalem Ausleger 7 ein Schweißkopf 8 befestigt ist. Neben dem Schweißkopf 8 befindet sich ein Pulverbehälter 9 mit einem im Bereich der Schweißkopfspitze endenden Dosierrohr 10. Die Vorrichtung ii>t an eine Spannungswelle 11 angeschlossen.

Dem Schweißkopf 8 wird von einer Vorratsrolle 112 eine Drahtelektrode 13 zugeführt, die an der Schweißkopfspitze kontinuierlich auf den von einem Antrieb 14 in Rotation versetzten Kern 5 niedergeschmolzen wird. Auf diese Weise wird die Welle 14, ausgehend von dem Kern 5. in Form spiralförmig verlaufender Schweißraupen aufgebaut. Der SchweiBraupenverlauf ist je nach der gesteuerten Bewegung des Schweißkopfes unterschiedlich; so können sich die einzelnen Raupen überlappen oder kammartig ineinandergreifen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch mit mehreren in Reihe, hintereinander oder gestaffelt angeordneten Schweißköpfen durchführen. So kann die Welle auch mittels mehrerer Schweißkopfgruppen bzw. mit Mehrfachschweißköpfen jeweils abschnittsweise gleichzeitig aufgebaut werden, um eine möglichst hohe Leistung und Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Schließlich kann das Schweißgut auch in axialer Richtung, dl. h. mit fortschreitender Wellenstirnfläche aufgebracht werden. Mit einer in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung wurden im Rahmen eines Versuchs auf ein Tragblech zunächst mehrere Lagen von nebeneinanderliegenden Längsraupen aufgebracht. Durch eine abnehmende Raupenzahl je Lage wurde auf diese Weise ein etwa halbzyünderischer Körper mit einem RadiuL von 100 mm hergestellt. Danach wurde das Verfahren unterbrochen und die Biechuriterlage einschließlich der benachbarten Schweißgutzone spanabhebend entfernt. Nach dem Einspannen des Halbzylinders wurden auf die beim Spanen hergestellte ebene Fläche in der vorbeschriebenen Weise mehrere Schweißgutlagen aufgebracht. Nachdem sich infolge der abnehmenden Raupenzahl ein etwa zylindrischer Körper mit einem Außendurchmesser von 160 mm gebildet hatte, wurde der Kern in Rotation versetzt, um nunmehr durch Aufbringen spiralförmig verlaufender Schweißraupen in mehreren Lagen eine Welle herzustellen. Dies und das Herstellen des Kerns geschah mit einer kupferummantelten Abschmelzelektrode folgender Zusammensettung:

0,12% Kohlenstoff, 0,10% Silizium, 1,60% Mangan, 1,55% Nickel 0,65% Molybdän, 033% Chrom, 0,08% Kupfer, Rest Eisen

sowie mit einem basischen Pulver der Zusammensetzung:

14.0% SiO₂,

1.0% Fe,

13% Mn,

5,4% CaO. 26,(WbCaF₂. 19.0% Al₅O₃.

2,0% Na₂O. 31,0% MgO.

Die Wärmemenge lag bei 20 000 )/cm, wobei die Werkstücktemperatur im Bereich der Abschmel/.zone im wesentlichen konstant gehalten wurde. Die Schmelz gutanalyse ergab sich zu:

0,08% Kohlenstoff,
0,34% Silizium,
1.82% Mangan,
1,51% Nickel.
0,63% Molybdän.
0,31% Chrom,

0.08% Kupfer.
Rest Eisen.

In der vorbeschriebenen Weise wurde eine Versuchs-

is welle mit einem Außendurchmesser von 900 mm hergestellt, die lediglich eine geringfügige spanabhebende Bearbeitung zur Beseitigung der 1 mm nicht übersteigenden Durchmessertoleranz erforderte. Dies zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit einem äußerst geringen Materialverlust verbunden ist.

Die fertige Welle wurde anschließend eingehend untersucht, wobei sich weder Poren, Seigerungen und Risse noch nichtmetallische Einschlüsse ergaben. Rand- und Kernproben ergaben eine über den gesamten

is Querschnitt völlig gleichmäßige chemische Zusammensetzung, ein homogenes Gefüge und bei der Untersuchung bis zu Temperaturen von 500^CC mit Ausnahme von versuchsbedingten Schwankungen gleiche mechanische Eigenschaften in axialer, tangentialer und radialer Richtung.

Die Ergebnisse von Zugversuchen bei Raumtemperatur (Tabelle I) und 500°C (Tabelle II) sind in den nachfolgenden Tabellen zusammengestellt; sie zeigen. daß der Werkstoff von versuchsbedingten Schwankungen abgesehen isotrope Eigenschaften aufweist.

Tabelle !

Probenlage	0.2	Zug	Deh	Ein
	Streck	festig	nung	schnü
	grenze	keit		rung
	(N/mm!)	(N/mm!)	(%)	(o/o)
Axial	529	787	19.1	48
Tangential	560	800	19.5	50
Radial	563	740	16.8	54
Tabelle II
Probenlage	(U	Zug	Deh	Ein
	Streck	festig	nung	schnü
	grenze	keit		rung
	(N/mm2)	*(N/mm)**	(%)	(%)
Axial	490	606	17,0	65
Tangential	489	611	173	54
Radial	490	614	172	64

Bei einem weiteren Versuch sollte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Welle mit höherer Festigkeit hergestellt werden. Dies geschah mit einem Pulver der vorerwähnten Art, jedoch mit einer Elektrode folgender Zusammensetzimg:

0.14% Kohlenstoff, 0.15% Silizium. 1^2% Mangan. 1,10% Chrom, 0,60% Molybdän. 2^5% Nickel 0,10% Vanadin. Rest Eisen.

709 522/193

Der Versuch wurde im übrigen in der vorerwähnten Weise durchgeführt und ergab folgende Schmelzgutanalyse:

0,09% Kohlenstoff.
0,38% Silizium,
2,05% Mangan,
1,02% Chrom,
0,57% Molybdän,
2,48% Nickel,
0,09% Vanadin,
Rest Eisen.

Die anschließende chemische und physikalische Untersuchung von Kern- und Randproben ergab einen fehlerfreien Werkstoff mit völlig gleichmäßigem ferritisch-perlitischem Gefüge ohne Zwischenstufengefüge sowie einer Streckgrenze von 905 N/mm², einer Zugfestigkeit von 1027 N/mm² und einer RT-Kerbschlagzähigkeit von 65 J/cm².

Die vorstehenden Versuche zeigen, daß es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem maximalen Werkstoffverlust möglich ist, ohne jede Warmverformung und Glühbehandlung, Wellen jeglicher Abmessungen und jeglichen Gewichts mit isotropen Eigenschaften bei minimalen Werkstoffverlusten herzustellen. Vor allem lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Wellen mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt und damit entsprechend hoher magnetischer Induktion herstellen. Dabei bietet sich die Möglichkeit, die technologischen Eigenschaften ohne Rücksicht auf die nach den herkömmlichen Verfahren zwingend erforderliche Warmformgebung und Vergütung gezielt einzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren eigene sich daher insbesondere zum Herstellen von Läufern und Wellen aus unlegierten Stählen mit maximal 0,10% Kohlenstoff, 0.05 bis 1,0% Silizium. 0,20 bis 2,50% Mangan, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingler Verunreinigungen.

Zur Beeinflussung der technologischen Eigenschaften können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens selbstverständlich auch niederlegierte, insbesondere mit je bis 5,0% Chrom und/oder Nickel bis 2,0% Molybdän.

bis 1,0% Vanadin und Nitridbildnern wie bis 0,2% Tantal/Niob, bis 0,5% Titan und bis 0,5% Aluminium sowie bis 1,5% Kupfer, bis 0,5% Selen und bis 0,5% Zirkonium legierte Stähle verwendet werden. Die jeweiligen Mengenanteile müssen dabei unter Berück· sichtigung der gewünschten Festigkeit und Zähigkeit ausgewählt und aufeinander abgestimmt werden. Bei unlegierten Stählen lassen sich Streckgrenzen bis zu 350 N/mm- und mehr bei einer Kerbschlag/ähigkeit von etwa 200 J/mm- und mehr einstellen. Legierte Stähle erreichen dagegen Streckgrenzen bis zu 1000 N'mm·¹ und mehr. Der geringe apparative Aufwand erlaubt es zudem, das erfindungsgemäße Verfahren an Ort und Stelle, d. h. beim Abnehmer der Welle durchzufuhren.

llicr/u 1 Müll Z

Claims

) 23 20 1Β6 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen schwerer einteiliger Wellen, insbesondere für Turbinen und Generatoren, mit einschluß-, lunker-, seigerungs- und rißfreiem Gefüge durch Aufbauschweißen,, bei dem achsparallel fortschreitend auf einen rotierenden durchgehenden Kern nacheinander mehrere Lagen aus mindestens einer spiralförmig verlaufenden Schweißraupe durch Lichtbogenschweißen kontinuierlich aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißgut durch freiformendes UP-Schweißen niedergebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufbringen von Längslagen auf eine Unterlage ein Kern hergestellt und die Werkstoffstränge nach dem Entferner, der Unterlage zeilen- und lagenweise auf dem rotierenden Kern niedergeschmolzen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungszusammensetzung in Längsrichtung und/oder über dem Querschnitt variiert

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Legierungszusammensetzung kontinuierlich ändert.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefüge der Lagen durch Steuerung der Abschmelzenergie eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen kontinuierlich einer Zwangsabkühlung oder Erwärmung unterworfen werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mehrere Werkstoffstränge niedergeschmolzen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver metallische Bestandteile enthält.