DE2616184C3

DE2616184C3 - Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung und nach dem Verfahren hergestelltes Werkstück

Info

Publication number: DE2616184C3
Application number: DE19762616184
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. Leoben Augustin; Manfred Dipl.-Ing. Zeltweg Panger
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1976-04-13
Filing date: 1976-04-13
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DE2616184B2; ATA863876A; DE2616184A1; AT346148B

Description

"-- /nC f

%Mn

"/,,Cu f %Ni f ,5

bestimmt ist, in welcher Gleichung alle Prozentangaben in Gewichtsprozent angegeben sind, worauf die Schweißverbindung ohne oder unter geringer Vorwärmung des vergüteten Werkstückes in üblieher Weise erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsschweißung unter Verwendung einer Elektrode aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent von 0,20% erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsschweißung unter Verwendung einer Elektrode der folgenden Zusammensetzung erfolgt:

0,03 - 0,12Gew.-%C

0,1 - 0.7 Gew.-%Si

0,3 - 2,0 Gew.-% Mn

0 — 0,6 Gew.-% Mo

0 - 0,2 Gew.-% V

0 - 2,5 Gew.-% Ni

Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen.

4. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 3 geschweißtes Verbundwerkstück, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück aus legiertem, vergütetem Stahl die folgende Analysenzusammensetzung aufweist:

0,2 -	0,7 Gew.-% C
0,15-	l,5Gew.-%Si
0,3 -	3 Gew.-% Mn
0 -	3,5 Gew.-% Cr
0 -	1 Gew.-% Mo
0 -	5 Gew.-% Ni
0 -	0,5 Gew.-% V
0 -	1 Gew.-% W

5. Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 mit den Futterstücken verschweißte Herzstückspitze, dadurch gekennzeichnet, daß die Herzstückspitze aus einem Cr-Mn-Stahl mit im Mittel 0,50Gew.-%C, l,0Gew.-%Mn, 1,05 Gew.-% Cr und 0,15Gew.-%V oder aus einem Cr-Ni-Stahl mit im Mittel 0,30 Gew.-% C, 0,45 Gew. % Mn 2,0 Gew.-% Cr, 2,0 Gew.-% Ni und 030 Gew.-% Mo besteht

Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen Werkstücken aus Stahl, von welchen zumindest eines vergütet ist Dieses Problem tritt beispielsweise bei Herzstückspitzen einer Schienenweiche oder Kreuzung auf, welche mit Futterstücken aus unlegiertem Stahl verschweißt werden sollen. Herzstückspitzen für Schienenweichen und -kreuzungen werden durch die auftreffenden Räder hoch beansprucht und sollen daher eine hohe Festigkeit aufweisen, um eine Verquetschung beim Radüberlauf in geringen Grenzen zu halten. Es ist bekannt, solche Herzstückspitzen oberflächengehärtet auszubilden, jedoch bringt dies die Gefahr von Ausbrüchen in den Zonen des Härteüberganges mit sich. Es ist daher zweckmäßig, solche Herzstückspitzen aus vergütetem Stahl auszubilden. Mit der Herzstückspitze sollen die Flügelschienen starr verbunden sein, um den beim Befahren auftretenden Stoßen Rechnung zu tragen. Es sind daher Ausführungsformen bekannt, bei welchen die Herzstückspitze mit den angrenzenden Flügelschienen zu einem Block verbunden sind, welcher entweder gegossen oder aus einem Stück warmverformt oder spanabhebend aus dem Vollen herausgearbeitet ist. Solche Ausbildungen sind aber kostspielig und daher unwirtschaftlich. Es wird daher üblicherweise die Herzstückspitze unter Zwischenschaltung von Futterstücken mit den Flügelschienen verschraubt. Um hier die Festigkeit der Verbindung zu gewährleisten und die Sicherheit zu geben, daß diese Verbindung nicht durch auftretende Stöße gelockert wird, müssen die Futterstücke mit der Her/stückspitze verschweißt werden. Solche Herzstückspitzen mit den angeschweißten Futterstücken werden durch Schrauben mit den Flügelschienen verbunden. Die Verschweißung der Herzstückspitze mit den Futterstücken bietet aber bei Herzstücken aus vergütetem legiertem Stahl große Schwierigkeiten. Die Futterstücke bestehen aus unlegiertem Baustahl und es bietet daher in bezug auf die Futterstücke das Schweißen keine Schwierigkeiten. Bei Werkstücken aus legiertem vergütetem Stahl ist aber ein Schweißen nicht möglich, ohne die Festigkeitseigenschaften dieses Werkstückes nachteilig zu beeinflussen. Infolge der erforderlichen Vorwärmung wird beim Schweißen solcher Werkstücke aus legiertem vergütetem Stahl die Vergütung wieder teilweise aufgehoben, so daß die Festigkeit dieses Werkstückes absinkt. Wenn die Futterstücke vor dem Vergüten an die Her/.stückspitze angeschweißt werden und nachträglich die Vergütung erfolgt, so besteht die Gefahr eines Verspannens des Werkstückes bei der Vergütung. Es treten Abkühlungsspannungen auf, die Risse zur Folge

haben können. Auch wenn man den Ausschuß in Kauf nehmen würde, besteht die nachträgliche Bruchgefahr beim Befahren der Strecke.

Es ist bekannt, auf Werkstücke aus tu vergütenden Stählen mittels einer Elektrode aus einem Material von geringerer Härtbarkeit eine Schicht aufzuschweißen und das mit dieser Schicht versehtue Werkstück einer Glühbehandlung zu unterwerfen, worauf dann die Schweißverbindung an den Stellen dieser aufgeschweißten Schichten hergestellt wird. Bei diesem bekannten Verfahren ist es aber erforderlich, daß Werkstück an der Stelle der aufgebrachten Schicht aus einem Material von geringer Härtbarkeit zu überschmieden, um eine Feinrißbildung zu vermeiden. Dieses Schmieden stellt einen zusätzlichen kostspieligen Arbeitsgang dar. Durch diesf ·.- bekannte Verfahren wird zwar die Schweißbarkeit verbessert, jedoch muß der Schweißvorgang bei Vorwärmtemperatur erfolgen, wobei das bereits vergütete Werkstück seine Vergütungseigenschaften verliert

Die Erfindung bezieht sich nun im besonderen auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen einem Werkstück aus legiertem vergütetem Stahl und einem Werkstück aus unlegiertem Baustahl oder zwischen zwei Werkstücken aus legiertem vergütetem Stahl, insbesondere zwischen der aus legiertem vergütetem Stahl bestehende Herzstückspitze einer Schienenweiche oder -kreuzung und den mit dieser zu verbindenden Futterstücken aus unlegiertem Baustahl, wobei auf das aus legiertem zu vergütendem Stahl bestehende Werkstück an der Stelle der herzustellenden Schweißverbindung vor der Vergütung eine Zwischenschicht aus Stahl durch Auftragsschweißung aufgebracht wird, hierauf dieses Werkstück der Vergütungsbehandlung unterworfen wird und dann die Schweißverbindung hergestellt wird und zielt darauf ab, die Nachteile der bekannten Verfahren dieser Art zu beseitigen. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Auftragsschweißung unter Verwendung einer Elektrode aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent Ccqu von unter 0,25%, mit kalkbasischer Ummantelung auf das Werkstück aus dem zu vergütenden Stahl, welcher ein Kohlenstoffäquivalent von mindestens 0,45% aufweist, erfolgt, wobei das Kohlenstoffäquivalent nach der Gleichung

. %Mn "..Cr I %Mn + "»V

II/ f ' II/ ( ι ε

/öl _Λ|,, nl t f .

"/,,Cu ( "« Ni 15

bestimmt ist, in welcher Gleichung alle Prozentangaben in Gewichtsprozent angegeben sind, worauf die Schweißverbindung ohne oder unter geringer Vorwärmung des vergüteten Werkstückes in üblicher Weise erfolgt.

Vorzugsweise erfolgt die Auftragsschweißung unter Verwendung einer Elektrode aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent von 0,20%.

Dadurch, daß für die Herstellung der Auftragsschweißung eine Elektrode aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent von unter 0,25% gewählt wird, wird eine sichere und rißfreie Verbindung dieser Auftragsschicht mit dem Werkstück aus zu vergütendem Stahl ermöglicht, ohne daß es einer nachträglichen

plastischen Verformung bedarf. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung einer solchen Elektrode das Auftreten von Feinrissen nicht in Betracht kommt Des weiteren ist es bei Verwendung einer solchen Elektrode für die Herstellung der Auftragsschicht möglich, den SchweiS-vorgang ohne Vorwärmung des bereits vergüteten Werkstückes durchzuführen oder zumindest dieses Werkstück nur auf eine geringe Temperatur vorzuwärmen, welche die Vergütungseigenschaften nicht beeinträchtigL Auch bei der Herstellung der Schweißverbindung tritt zwar eine Erwärmung des bereits vergüteten Werkstückes auf, jedoch ist das Ausmaß dieser Erwärmung infolge der niedrigen Ausgangstemperatur so gering, daß keine Beeinflussung des Grundwerkstoffes während des Schweißvorganges auftritt. Die Stärke dieser Auftragsschicht kann in zweckmäßiger Weise mit 3 bis 10 mm bemessen werden und auch diese Auftragsschicht bildet daher in gewissen Ausmaß einen Wärmepuffer. Des weiteren hat die Zwischenschicht aus dem ferritischen Material der Elektrode den Vorteil, daß sie Spannungen ausgleicht, so daß die Gefahr von nachträglichen Spannungsrissen ausgeschaltet wird. Durch die kalkbasische Ummantelung der Elektrode wird die Ausbildung der Schmelze begünstigt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Auftragsschweißung unter Verwendung einer Elektrode mit der folgenden Zusammensetzung

0,03 - 0,12Gew.-%C

0,1	- 0,7	Gew.-⁰/
0,3	- 2,0	Gew.-»/«
0	- 0,6	Gew.-⁰/
0	- 0,2	Gew.-⁰/
bSi
b Mn
b Mo
»V

0 - 2,5 Gew.-%Ni

Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen

Eine solche Elektrode kann noch nicht als härtbarer Stahl angesprochen werden, jedoch haben die angegebenen Legierungsbeigaben den Effekt, daß die ferritische Ausbildung der Zwischenschicht erhalten bleibt und die Festigkeitseigenschaften der Pufferzone dem Grundwerkstoff nahe kommen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Werkstücke aus legiertem vergütetem Stahl ohne Gefährdung der durch die Vergütung erreichten Festigkeitseigenschaften mit anderen Werkstücken verschweißt werden, welche aus unlegiertem Baustahl bestehen können, wobei unter einem unlegierten Baustahl auch ein niedrig legierter Stahl, welcher nicht vergütet wird, zu verstehen ist. Auch das andere Werkstück kann aus legiertem und vergütetem Stahl bestehen, wobei dann auch dieses andere Werkstück in analoger Weise mit einer Zwischenschicht aus einem Stahl mit ferritischer Grundmasse beschichtet wird. In diesem Falle werden eben die auf die beiden Werkstücke aufgebrachten Zwischenschichten miteinander in üblicher Weise verschweißt.

Es können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beliebige Werkstücke aus legiertem und gehärtetem b"zw. vergütetem Stahl mit einem Kohlensloffäquivalent von über 0,45% mit ebensolchen oder mit anderen Werkstücken verschweißt werden, ohne die Vergütungseigenschaften zu beeinträchtigen. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes geschweißtes Verbundwerkstück ist dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück bzw. die Werkstücke aus legiertem

vergütetem	Stahl die folgende Analysenzusammenset	0,7 Gew.-%	C
zung aufweisen	1,5 Gew-%	Si
0,2 -	3 Gcw.-%	Mn
0,15 -	3,5 Gew-%	Cr
0,3 -	1 Gew.-%	Mo
;;	5 Gew.-%	Ni
0 -	0,5 Gew.-o/o	V
0 -	1 Gew.-%	W
0 -
0 -

Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen.

Im besonderen Maße ist die Erfindung für die Herstellung einer Schweißverbindung von gehärteten bzw. vergüteten Herzstückspitzen mit den Futterstiikken geeignet.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den Futterstücken verschweißte Herzstückspitze kann gemäß der Erfindung aus einem Cr-Mn-Stahl mit im Mittel 0,50Gew.-%C, l,0Gew.-%Mn, 1,05Gew.-%Cr und 0,25 Gew.-% V oder aus einem Cr-Ni-Stahl mit im Mittel 030 Gew.-% C, 0,45 Gew.-% Mn, 2,0 Gew.-% Cr, 2,0 Gew.-% Ni und 030 Gew.-% Mo bestehen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhnnd eines Ausführungsbeispieles erläutert, welches ein Herzstück einer Vignolschienenweiche oder -kreuzung betrifft.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf das Herzstück einer Vignolschienenweiche. F i g. 2 zeigt einen Schnitt nach Linie II-1I und Fig.3 einen Schnitt nach Linie HI-III der F i g. 1 in gröiäerem Maßstab.

11 ist die Herzstückspitze aus legiertem und vergütetem Stahl. 2 und 3 sind die Flügelschienen, welche mit der Herzstückspitze 1 unter Zwischenschaltung von Futterstücken 4 und 5 durch Verbindungsschraubcn S verschraubt sind. 6 sind die Anschlußschienen, welche bei 7 schräg abgehobelt und miteinander verschweiß! und bei 8 an die Herzstückspitze angeschweißt sind.

Auf die Herzslückspitze wurden vor dem Vergüten Zwischenschichten 10 und 11 aus ferritischem Material mit einen Kohlenstoffäquivalenl von 0,20% durch Auftragsschweißen aufgebracht. Die Futterstücke 4 und 5 sind mit diesen Zwischenschichten 10 und 11 verschweißt, wobei die Schweißraupen 12 und 13 die keilförmigen Räume zwischen den Flanken 14 und 15 der Futterstücke 4 und 5 und den Zwischenschichten 10 und ■ 1 ausfüllet!.

Das Kohlenstoffäquivalent ist durch die Formel

%Mn "/.,Cr 1 % Mo ) %V

%C"u ) %Ni
15

bestimmt, in welcher die Prozentangaben Gew.-% sind. Die Formel besagt, daß zur Bestimmung des Kohlenstoffäquivalents Ccqu die Gewichtsprozente an Kohlenstoff voll eingesetzt werden, während die Gewichtsprozente an Mangan nur zu einem Sechstel, die von Chrom, Molybdän und Vanadium nur zu einem Fünftel und die von Kupfer und Nickel nur zu einem Fünfzehntel berücksichtigt werden.

lliL-r/ii 1 Bhitt Zcichnuiiucn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen einem Werkstück aus legiertem vergütetem Stahl und einem Werkstück aus unlegiertem Baustahl oder zwischen zwei Werkstük- ~> ken aus legiertem vergütetem Stahl, insbesondere zwischen der aus legiertem vergütetem Stahl bestehenden Herzstückspitze einer Schienenweiche oder -kreuzung und den mit dieser zu verbindenden Futterstücken aus unlegiertem Baustahl, wobei auf i<> das aus legiertem, zu vergütendem Stahl bestehende Werkstück an der Stelle der herzustellenden Schweißverbindung vor der Vergütung eine Zwischenschicht aus Stahl durch Auftragsschweißung aufgebracht wird, hierauf dieses Werkstück der π Vergütungsbehandlung unterworfen wird und dann die Schweißverbindung hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsschweißung unter Verwendung einer Elektrode aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent C_cqu von unter _>i> 0,25% mit kalkbasischer Ummantelung auf das Werkstück aus dem zu vergütenden Stahl, welcher ein Kohlenstoffäquivalent von mindestens 0,45To aufweist, erfolgt, wobei das Kohlenstoffäquivalent nach der Gleichung >"·