DE2605841A1

DE2605841A1 - Verfahren zum ausbessern abgenutzter oder beschaedigter wellen

Info

Publication number: DE2605841A1
Application number: DE19762605841
Authority: DE
Inventors: Donald Kenneth Healey
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-02-13
Filing date: 1976-02-13
Publication date: 1976-08-19
Also published as: PT64791B; HK55281A; BE838568A; IN158121B; IL49018A0; MY8400074A; IT1059398B; ZA76726B; FI68544B; NO760449L; DK145074B; GR59265B; MTP795B; DK54876A; NL7601503A; SE424607B; SE7601459L; GB1543733A; IE43211L; PT64791A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbessern abgenutzter oder beschädigter Wellen, insbesondere von Schiffsschraubenantriebswellen, Lagern u. dgl., nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, abgenutzte Stellen von Antriebswellen im Metall- oder Plamraspritzverfahren auszubessern, aber die Ergebnisse solcher Reparaturen sind häufig unbefriedigend. Insbesondere verbindet sich das aufgespritzte Metall oft nicht einwandfrei mit der Welle und löst sich infolgedessen später im Betrieb wieder. Auch ist aufgespritztes Metall grundsätzlich porös, weshalb im Betrieb auf See Salzwasser eindringen kann, das die Ablösung begünstigt und die Lager beschädigt. Elektrolytische Wirkungen beschleunigen den Verschleiß noch.

Es ist vorgeschlagen worden, Drähte in Längsrichtung auf die beschädigte Stelle der Welle aufzuschweißen. Dieses Verfahren ist aber nicht nur zeitraubend und schwierig zu automatisieren, sondern führt auch zu einer beträchtlichen Biegeverformung der Welle, die nur teilweise durch

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nachträgliche Auflage von Drähten an diametral gegenüberliegenden Linien der Welle ausgeglichen werden kann; dadurch wird das Verfahren erheblich kompliziert.

Der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Ausbesserungsverfahren zur Verfügung zu stellen, das bei Wellen und ähnlichen kreisrunden Bauelementen aller Größen einfach durchzuführen, leicht zu standardisieren und zu automatisieren ist.

Erfindungsgemäß wird so vorgegangen, daß die auszubessernde Stelle nach gründlicher Reinigung mit einem Draht umwickelt wird, dessen Werkstoff mit dem Metall der Welle verträglich ist. Gleichzeitig wird die Zone der ersten Berührung des Drahtes mit der Welle fortlaufend auf die Schweißtemperatur erhitzt, so daß der Draht mit den benachbarten Windungen und der Welle verschweißt wird. Schließlich wird das aufgetragene Schweißgut bis zur Erzielung einer glatten Oberfläche bearbeitet.

Der aufgewickelte Draht hat vorzugsweise die gleiche oder ähnliche Zusammensetzung wie das Metall der Welle. Man läßt vorzugsweise die Welle rotieren und führt den Schweißdraht durch eine nahe an der Welle angebrachte Schweißpistole unter Schutzgasatmosphäre zu, wobei die Schweißpistole im Verlauf der Wicklung parallel zur Wellenachse verschoben wird. So ergibt sich ein schraubenförmiger Auftrag aus homogenem Metall, der völlig mit dem ursprünglichen Wellenmetall verschmolzen ist. Durch nachfolgende spanabhebende Bearbeitung kann die Wellenoberfläche den Originalzustand und die ursprünglichen Abmessungen oder auch einen größeren Durchmesser erhalten.

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Das Verfahren ist besonders nützlich zinn Ausbessern abgenutzter oder korrodierter Lagerstellen.

Die Drehzahl der Welle, der Drahtdurchmesser, Drahttyp, Arbeitsgeschwindigkeit, Stromstärke, Schutzgas oder Flußmittel, Gasmenge, Elektrodengeschwindigkeit, Drahtzuführgeschwindigkeit, Spannung, Induktion, Elektrodenpolarität, Werkstückpolarität, Spannungsregelung und sonstige Ausrüstung hängen vom Wellendurchmesser und dem angewandten Schweißverfahren ab. Die Drehzahl des Werkstücks und seine Zusammensetzung, sowie die Abmessungen und Zusammensetzung des Drahtes, dessen Zuführgeschwindigkeit und Spannung und Stromstärke des Lichtbogens einschließlich der Zusammensetzung des Schutzgases bzw. Flußmittels, stehen miteinander in komplexer Beziehung und hängen von den verschiedenen Parametern des Werkstücks, des Drahtes und deren Zusammensetzung ab. Diese Beziehungen machen Versuche erforderlich, um optimale Resultate zu erzielen. Die Parameter für bestimmte Verhältnisse werden nachstehend beispielsweise angegeben.

Das Verfahren läßt sich auch auf die Aufarbeitung von • Lagerbuchsen aus Bronze oder Aluminiumbronze oder sonstigen Legierungen auf Schiffsschraubenwellen anwenden. Bisher wurden solche Buchsen, wenn sie nur wenig abgenutzt waren, abgedreht und durch eine neue auf die Welle aufgeschrumpfte Buchse ersetzt, nachdem die Welle ihrerseits bearbeitet und ausgerichtet wurde.

Wenn das Verfahren auf Schiffsschraubenwellen und andere Schiffsbauteile angewandt wird, die dem Salzwasser ausgesetzt waren, wird eine chemische Entsalzung als Teil des vorbereitenden Reinigungsvorganges angesehen.

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Mittels der schraubenförmigen Bewegung wird eine fortlaufende Schweißnaht aus einem mit dem Werkstoff der Welle identischen oder verträglichen Metall rund um die abgenutzte oder beschädigte Zone der Welle gelegt. Die kontinuierlich zugeführten Drahtwindungen werden gleichzeitig mit der Welle und miteinander verschweißt und ergeben so eine Auflage aus mit der Welle verträglichem Schweißmetall unter Vervrendung eines elektrischen Schweißverfahrens unter Schutzgas oder Flußmittel. Die angewandten Spannungen und Ströme gewährleisten die korrekte und gleichmäßige Durchdringung in Anpassung an den jeweiligen Werkstoff der Welle und des Schweißmaterials. Das Verfahren wird fortgesetzt, bis die Auflage ausreicht, um die betreffenden Stellen auf die gewünschten Abmessungen abzudrehen. Das Auftragen der Schweißnaht wird durch Veränderung der Vorschub- und Spindelgeschwindigkeit der Drehbank oder sonstigen verwendeten Maschine gesteuert; als solche kann z. B. auch eine Eohrdrehmaschine dienen.

Die Befreiung von Spannungen bzw. sonstige Wärmebehandlung kann erforderlichenfalls nach Beendigung des Verfahrens durchgeführt werden, aber ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß meistens ein Selbstausgleich stattfindet; wenn der Schweißprozeß bis zu einer geeigneten Bearbeitungsstufe verfolgt wird, um die Wärmeabführung zu ermöglichen, ist es unwahrscheinlich, daß Oberflächenrisse auftreten.

Es ist nicht immer nötig, die Oberfläche vorbereitend abzudrehen oder durch Sandstrahlen od. dgl. vorzubereiten, da das Verfahren bei jeder beliebigen sauberen Oberfläche angewandt werden kann.

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Für den Draht und die Welle können verschiedene Metalle verwendet werden, z. B. kann Edelstahl auf Flußstahl und Aluminiumbronze auf Edelstahl, Flußstahl und andere Bronzen aufgetragen werden. Wenn eine härtere Abriebfläche gewünscht wird, kann auch Nickelaluminiumbronze aufgetragen werden.

Die Oberflächenhärte kann durch Verwendung eines passenden Metalls oder durch anschließende Wärmebehandlung erzielt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich schneller durchführen als bekannte Ausbesserungsverfahren wie Metallspritzen und neigt weniger dazu, die Welle zu verziehen oder die Zusammensetzung des Grundmetalls in tieferen Schichten zu beeinflussen.

In Weiterbildung des Verfahrens kann auch eine ebene Fläche durch Auflegen und Aufschweißen des Drahtes in einer Spirale mit einer neuen Oberfläche versehen werden; ebenso kann der Draht auf die Innenfläche eines Zylinders aufgebracht werden, wenn genügend Platz vorhanden ist, um die Schweißpistole aufzunehmen.

In der Praxis wird die Reparatur einer abgenutzten Welle od. dgl. so ausgeführt, daß die Welle in eine Drehbank oder eine ähnliche Drehmaschine eingespannt wird, die mit genau geregelter Drehzahl umlaufen kann. Die Drehzahl kann je nach dem Durchmesser der Welle und der Menge des aufzutragenden Metalls so gering wie 0,2 U/m sein. Die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißkopfes längs der auszubessernden Zone der Welle ist verstellbar und läßt sich mittels eines unabhängigen Motors veränderlicher Drehzahl, der von einem Potentiomer gesteuert wird, im Verhältnis zur Drehzahl der Welle genau regeln.

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Vorhandene Maschinen können leicht so umgebaut werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf ihnen ausgeführt werden kann, wobei besondere Aufmerksamkeit dem Schutz der Gleitbahnen der Maschine gegen Schweißspritzer und der Schweißstromzufuhr zur Welle zu schenken ist. Wegen der hohen Gleichströme ist im allgemeinen die Stromzufuhr durch die Maschinenlager unbefriedigend, da die hohe Stromdichte und die damit einhergehende Funkenbildung die Lagerflächen der Drehmaschine zerstört und zu Schwankungen des Schweißstromes führt. Dieses Problem läßt sich überwinden, indem die Maschine mit Schleifbürsten ausgerüstet wird, die mit der Antriebsspindel der Maschine oder einer darauf befestigten Kontaktbuchse Kontakt machen. Stattdessen läßt sich auch ein Bürstenband verwenden, das über das Werkstück gelegt wird.

Beispielsweise wurde eine Welle aus Edelstahl mit vier Umdrehungen je Minute gedreht und ein Draht aus Edelstahl mit einem Durchmesser von 0,8 mm wurde durch einen Niederspannungslichtbogen unter Argon zugeführt und auf die Welle aufgeschweißt. Die betreffende Zone der Welle wurde dann überdreht und auf die Endabmessungen geschliffen. Diese Arbeit kann in Übereinstimmung mit vorher festgelegten Werten ausgeführt werden, um so die Wärmeexnwirkung möglichst klein zu halten und schädliche Einflüsse auf das Grundmetall oder das aufgeschweißte Metall zu reduzieren.

Eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt.

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Die auszubessernde Welle 1 ist mit dem Spindelkastenantrieb 2 einer Drehbank verbunden und in Beruhigungslagern 3 und 4 geführt. Der Schlitten 5 der Drehbank trägt das Lichtbogenschweißgerät 6, das zur Zufuhr des Schutzgases und des Schweißdrahtes 7 eingerichtet ist. Das Schweißgerät läßt sich mittels einer Stellvorrichtung 8 in der Höhe verstellen. Der Schlitten 5 trägt außerdem ein Schneidwerkzeug 9.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern im Zusammenhalt mit der Tabelle die verschiedenen Parameter für eine Anzahl Kombinationen und Abmessungen von Wellen und Schweißdrähten.

In den Beispielen wurden Schweißgeräte der Firma Norman Butter und Company Limited mit den Bezeichnungen NBC und NBC 500 verwendet, die mit Schweißströmen von 350 Ampere bzw. 500 Ampere arbeiten; der Parameter "Drahtzufuhr" bedeutet die Skalenablesung auf diesen Geräten. In allen Beispielen hatte die Schweißelektrode positive und das Werkstück negative Polarität. Die Werte für andere Durchmesser können aus den angegebenen Daten interpoliert werden. Beiderseits der Schweißpistole liegt eine Drahtbürste an dem Werkstück an, um Metallspritzer zu entfernen, da diese poröse Stellen hervorrufen könnten, insbesondere wenn weitere Schichten nachfolgend aufgebracht werden. In allen Fällen soll eine konstante Spannung aufrechterhalten werden.

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Beispiel	Welle	Draht	Schweißgerät
1	Edelstahl ENl8C	Aluminiumbronze BS 2901 Teil 3	NBC35O
2	Aluminiumbronze DGS8452	Il	NBC500
3	Aluminiumbronze	■I	Il
4	Monel K5OO	Monel 60	NBC350
5	Il	■ 1	NBC500
6	Edelstahl EN18C	Edelstahl 29/9R BS29O1 Teil 2	NBC35O
7	Edelstahl EN58J	Inconel 625	NBC500
S 9	Il Bronze BS14OO	Il Phosohorbronze	η NBC35O

10 Bronze BS1400 1969

11 Bronze Admiralty Spec. DGS 203 oder LG4

12 Flußstahl EN3C

13 " EN3B

14 · " EN3C

15 EN5K C 0,25-0,35 Si 0,05-0,35

Mn 0,6-1,0 S 0,05 P 0,05

16 Flußstahl EN3L

18 EN5K

(Ni 1,38 Mn 0,22 Si 0,46 P 0,021 Sn 5,22 Rest Cu)

Pho sphorbronze
Phosphorbronze N

PZ 60OO BS 2901
Teil 1, Al 6

PZ 6000 C 0,25-0,3 Si 0,3-0,5

Mn 1,3-1,6

S 0,04 P 0,04

PZ 6000 BS 2901
Teil 1 Al 6

PZ 6000

NBC500

Il

NBC35O

NBC500

Il

Tabelle 1

	a)	Beispiel Nr.	1	2	3	4	5	6	7	8
	b)	Wellendurchmesser (ram)	50	37,5	75 bis 100	50	75 bis 100	50	75	100
	O	Drahtdurchmesser	0,8	1,6	0,8	0,08	1,00 bis 1,20	0,8	0,08	l,Obis 1,2
	d)	Wellendrehzahl U/min	6	6 bis 8	2 bis 9	6	4	6	3	3 bis 6
	e) f)	Schutzgas 2	Argon	Argon	Argon	Argon (rein)	Argon (rein)	Cougar (Anm.1)	Cougar	Cougar
6098:	g)	Gasdruck, kg/cm Elektrodenvorschub mm/umdr.	3,15 3,75	2,45 bis 2,80 3,80	2,45 bis 2,80 4,20	2,45 bis 3,15 2,35	2,45 bis 3,15 3,20	3,15 2,40	3,45 bis 3,15 3_f8O	3,45 bis 3,15 4,75
^ s»	h)	Drahtzufuhr (Anm.2)	5	6,5	6,2	10	60 bis 70	10	84	57 bis 65 »
O ^4	i)	Spannung (Volt)	25	24	28	24	27	25	33	30 IS
cn cn	Stromstärke (Ampere)	120 bis 130	120 bis 130	88	130 bis 150	260 bis 280	230	280 bis 290	280 bis* 300

Anm. 1) Cougar 92,5% A; 5% CO₂; 2,5% 0,

Anm. 2) Drahtzufuhr als Skalenwert des benutzten Schweißgerätes ^?

Tabelle (Fortsetzung) Beispiel Nr.

11

13

16

17

co co»

a) b)

c)

d) e)

f)

or) ⁰¹ h) i)

240	2 4O	240	44,5	50	75	100	125	125	250	3,15 4,55
1,6	1,6	1,6	0,08	0,08	0,08	1,0	1,0 und 1,2	1,0 und 1,2	1,0 bis 1,2	57 · bis , 65 ,
1	1	1	5 bis 6	5 bis 6	3	3	4	4	0,3	27
Argon	Argon	Argon	Argon	Argon	Cougar	Cougar	Argon	Argon CougH	270 bis 290
2,45 bis 3,15 2,5 bis 5,0	2,45 bis 3,15 4,75	2,45 bis 3,15 4,75	2,45 bis 2,80 2,35	2,45 bis 2,80 4,20	2,45 bis 2,80 3,80	3,15 4,55	2,45 bis 2,80 4_r2O	2,45 bis 2,80 4,20	tsi CO 0 cn 00 '
4,8	6,5	6,5	10 (MAX)	10 (MAX)	84	57 bis 65	57 bis 70	57 bis 70
29	30	32	24	24	33	30	30	30
290	300	320	130 bis 150	130 bis 150	280 bis 290	280 bis 300	280 bis 300	280 bis 300

- 11 Tabelle 2

Beispiel Nr,	Einstellungen am Schweißgerät	Leistungs-* stufe	Spannung fein	Indukti vität
	Spannung jjrob	schwach	4	100
1	D	schwach	5	100
2	B	schwach	2	1OO
3	D	schwach	4	1OO
4	D	schwach	4-6	100
5	C	schwach	4	100
6	D	schwach	5-6	6,5
7	C	schwach	3-5	70
8	D	schwach	4-5	0
9	D	schwach	5	0
10	D	hoch	3	0
11	A	schwach	4	100
12	D	schwach	4	100
13	D	schwach	5-6	6,5
14	C	schwach	3	70
15	D	schwach	3	70
16	D	schwach	3	70
17	D	hoch	1	7O
18	A

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Claims

Patentanspruchs

( l.yverfahren zum Ausbessern abgenutzter oder beschädigter Wellen, insbesondere Schiffsschraubenantriebswellen, und anderer Drehteile durch Aufschweißen von Drähten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Reinigen der auszubessernden Zone;

b) Aufwickeln eines Drahtes aus einem mit dem Werkstoff der Welle verträglichen Metall mit bestimmter Zufuhrgeschwindigkeit und bestimmtem Vorschub;

c) fortlaufendes Erhitzen der Kontaktstelle zwischen Draht und Welle auf die Schweißtemperatur, so daß der Draht mit den benachbarten Windungen und der Welle verschweißt wird;

d) nachträgliches Bearbeiten des aufgetragenen Schweißgutes bis zur Erzielung einer glatten Oberfläche.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht aus dem gleichen Werkstoff wie die Welle besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle gedreht wird und der Draht von einem während der Drehung längs der Welle verschiebbaren Träger zugeführt wird.

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht durch eine nahe der Welle angeordnete und in Längsrichtung derselben vorgeschobene Schweißpistole zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpistole mit Schutzgas oder unter Flußmittelschutz arbeitet.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stromkreis über eine oder mehrere

an der Welle anliegende Bürsten geschlossen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Schweißverfahren verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung einen Entsalzungsvorgang umfaßt.
9. Abänderung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht als Spirale auf eine ebene Fläche aufgebracht wird.
10. Abänderung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht auf die Innenfläche eines Zylinders aufgebracht wird.

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