DE2834282A1 - Verfahren zur verbindung von aus manganhartstahlguss bestehenden herzstuecken mit aus kohlenstoffstahl bestehenden schienen - Google Patents
Verfahren zur verbindung von aus manganhartstahlguss bestehenden herzstuecken mit aus kohlenstoffstahl bestehenden schienenInfo
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Description
Vereinigte österreichische Eisen- und Stahlwerke Alpine
Montan Aktiengesellschaft in Wien (Österreich)
Verfahren zur Verbindung von aus Manganhartstahlguß bestehenden Herzstücken mit aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbindung von aus austenitischem Manganhartstahlguß bestehenden
Herzstücken von Kreuzungen oder Weichen mi L aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen durch Schweissung. Manganhartstahlguß
eignet sich wegen seiner guten Verschleißeigen-• schäften in besonderem Maße für Herzstücke. Die Verschwaissung
solcher Ilc;r/.:;tücke aus Manganhartsl ah 1 cjuß mit tliMi aus Kohlenstoffstahl
bestehenden Schienen, vorzugsweise Regelschienen, bietet aber große Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten liegen
in erster Linie darin, daß der austenitische Manganhartstahlguß zur Vermeidung der Ausbildung von das Gefüge
versprödenden Karbidausscheidungen rasch abgekühlt werden muß, während die aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen
zur Vermeidung von Aufhärtungen langsam abgekühlt werden müssen. Diese beiden Bedingungen sind konträr. Es ist daher bereits
bekannt, Zwischenstücke aus kohlenstoffarmem zähem Stahl
mit austontischem Gefüge zwischen dem Herzstück und den anschließenden
Schienen anzuordnen. Bei diesem bekannten Verfahren
können diese Zwischenstücke entweder im Verbundguß mit dem Herzstück mitgegossen oder gesondert angeschweißt
v/erden. Im letzteren Fall wurde in der Regel so vorgegangen, daß die Zwischenstücke an das Manganherzstück angeschweißt
und hierauf an die Zwischenstücke die Schienen angeschweißt werden. Durch die Länge des Zwischenstückes wird hiebei eine
Übertragung der Wärme beim zweiten Schwoißvorgang auf die
zuerst hergestellte Schweißnaht weitgehend verhindert. Es ist daher möglich, das aus ManganhartStahlguß bestehende Herzstück
nach dem Verschweissen mit dem Zwischenstück zu glühen und schnell abzukühlen und nach der darauffolgenden Verschweissung
mit der Schiene die Schweißstelle langsam abzukühlen, da ja durch das Zwischenstück eine Erwärmung des aus
Manganhartstahlguß bestehenden Herzstückes auf höhere Temperaturen vermieden wurde. Diese bekannten Verfahren setzen aber
eine verhältnismäßig große Länge des Zwischenstückes voraus.
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Da nun das Zwischenstück aus einen1 wenig weicheren und weniger
verschleißfesten Stahl besteht als die Schiene und das Herzstück, tritt an der Stelle des Zwischenstückes eine Verformung
der Lauffläche im Laufe des Betriebes ein, wodurch der Fahrkomfort stark beeinträchtigt wird. Man könnte zwar
das Zwischenstück durch Auftragsschweißumj mit verschleißfestem
Stahl aufpanzern, jedoch erfordert dies einen zusätzlichen
Arbeitsgang. Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden und besteht im wesentlichen darin,
daß bei Verwendung eines Zwischenstückes aus einem kohlenstoffarmen austenitischen Stahl zuerst das Zwischenstück
mit der Regelschiene bzw. Anschlußschiene, insbesondere durch Abbrennstumpfschweißung, verschweißt wird, daß die
Länge des an die Regelschiene angeschweißten Zwischenstückes mit höchstens 20 - 25 mm, vorzugsweise 15-20 mm, begrenzt
wird und daß in einem zweiten Schweißvorgang das Manganhartstahlguß-Herzstück
mit dem Zwischenstück, vorzugsweise durch Abbrennstumpfschweißung, verschweißt wird, wobei die Abühlung
nach dem zweiten Schweißvorgang schneller erfolgt als ' die Abkühlung nach dem ersten Schweißvorgang.
Dadurch, daß die Länge des Zwischenstückes sehr kurz bemessen ist, wird in Anbetracht des verhältnismäßig großen
Raddurchmessers ein Eindellen der Lauffläche dieses Zwischenstückes vermieden. Der Raddurchmesser beträgt etv/a 330 bis
11OO mm und bei einer solchen kurzen Bemessung des Zwischenstückes
beträgt die Länge des eingeschweißten Zwischenstückes nur etwa 1/2 bis höchstens 2 %, im Durchschnitt nur etwa 1 %,
des Raddurchmessers. Wenn sich nun die Lauffläche des Zwischenstückes mit dem Radius des Rades eindellen würde, so würde die
Tiefe dieser Eindellung maximal 0,1 mm betragen und eine solche Eindellung stört den Fahrkomfort nicht. Die Abkühlung nach dem
ersten Schweißvorgang, in welchem das Zv/ischenstück mit der Schiene verschweißt wurde, erfolgt langsamer als die Abkühung
nach dem zweiten Schweißvorgang, mit welchem das Zv/ischenstück
mit dem Herzstück verschweißt wurde. Die Abkühlung nach dem ersten SchweißVorgang kann ohne weiteres so langsam
erfolgen, daß eine Aufhärtung des Schienenstahles vermieden
wird, da ja das Herzstück dadurch noch in keiner Weise beeinflußt wird. Wenn nun bei dem zweiten Schweißvorgang das
Herzstück mit dem Zwischenstück verschweißt wird, so wird
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auch bei der kurzen Länge des Zwischenstückes die erste
Schweißnaht zwischen Schiene und Zwischenstück nur auf eine
Temperatur iron ungefähr 7OO C erhitzt und eine Abkühlung
von dieser Temperatur muß nicht so langsam erfolgen wie von
der SchweißteBiperatur. Es hat sich herausgestellt, daß eine
Erwärmung des Herzstückes nach dem Schweißvorgang nicht nötig
ist- Man. kann daher aus der Schweißwärme unmittelbar abkühlen ^ wobei eine Abkühlgeschwindigkeit gewählt werden kann,
weiche so schnell ist, daß eine Versprödung des -Manganhartstahlgusses noch nicht erfolgt und doch so langsam, daß bei
einer Abkühlung von 7000C ausgehend der Kohlenstoffstahl
der Schiene nicht versprödet wird. Wesentlich ist somit, daß
zuerst das Zwischenstück mit der Schiene verschweißt wird
und dann erst im zweiten Arbeitsgang mit dem Herzstück. Vorzugsweise
erfolgt die Schweißung durch Abbrennstumpfschweißung.
Dies hat den Vorteil, daß sich die Erhitzung nur auf eine kleine Strecke erstreckt, wobei der bis zur flüssigen Phase erhitzte Materialanteil ohnedies ausgepreßt wird und wegfällt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
erfolgt die Abkühlung nach der zweiten Schweißuncf ^.n ruhender
Luft, während die Abkühlung nach der ersten Schweißung im Verhältnis
zu einer Abkühlting an ruhender Luft verzögert durchgeführt
wird. Es hat sich herausgestellt, daß eine'Abkühlung
an ruhender Luft schnell genug Ist, um eine Versprödung des Manganhartstahlgusses bei der Abkühlung aus der Schweißwärme
zu vermeiden und langsam genug ist, um bei einer Abkühlung
von einer Temperatur von 7OO ausgehend eine Aufhärtung des
KohlenstoffStahles der Schienezu vermeiden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise
ein das Regeischienenprofil aufweisendes Zwischenstück verwendet.
Beim Abbrennstumpfschweissen muß das Zwischenstück eine Länge aufweisen, welche das Festspannen in der Schweißmaschine
ermöglicht. Es kann daher gemäß der Erfindung so vorgegangen werden, daß ein eine größere Länge, vorzugsweise eine
Länge von etwa 50 mm, aufweisendes Zwischenstück vorbereitet und mit der Regelschiene verschweißt und hierauf auf die geforderte
Länge abgeschnitten wird. Das Verfahren kann aber auch so durchgeführt werden, daß eine aus dem Material des
Zwischenstückes bestehende Schiene mit der Regelschiene ver-
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schweißt und hierauf der res bliche Teil dieser aus dem Ma- . ·
terial des Zwischenstückes bestehenden Schiene vom Zwischenstück abgeschnitten wird. Gegenüber einem Verfahren,
bei welchem Zwischenstücke in größerer Länge vorbereitet und dann auf die erforderliche Länge abgeschnitten v/erden,
bietet dies den Vorteil, daß nur jeweils ein Schnitt erforderlich ist.
Die Erfindung geht weiters von der Erkenntnis aus, daß es nicht nur wesentlich ist, die beiden Schweißstellen in
thermischer Hinsicht zu trennen, um die Abkühlungsbedingungen einhalten zu können. Die Versprödung des Manganhartstahlgusses
des Herzstückes ist zu einem wesentlichen Anteil auch darauf zurückzuführen, daß an der Schweißstelle durch
Diffusion eine Mischzone entsteht, in welcher eine ungünstige Gefügeausbildung entsteht. Die Länge des Zwischenstückes
ist daher auch dadurch bedingt, daß eine Diffusion von Legierungsbestandteilen zwischen der Schiene und dem Manganhartstahlguß
des Herzstückes vermieden wird. Auch hiefür genügt die eingangs beschriebene Länge des Zwischenstückes.
Es ist damit zu rechnen, daß bei jedem Schweißvorgang etwa 10 mm des Zwischenstückes abschmelzen bzw. aufgestaucht
werden. Wenn die Länge des an die Regelschiene angeschweißten Zwischenstückes mit höchstens 20 bis 25 mm, vorzugsweise
15 bis 20 mm, begrenzt isty so ist hiebei schon der
Abbrand bei der ersten Schweißung, bei welcher das Zwischenstück mit der Schiene verschweißt wurde, berücksichtigt.
Wenn also beispielsweise die Länge des an die Regelschiene angeschweißten Zwischenstückes 15 bis 20 mm beträgt, so ist
damit schon der Abbrand von 10 mm beim ersten Schweißvorgang berücksichtigt. Beim zweiten Schweißvorgang brennen weitere
ungefähr 10 mm ab, so daß sich die Länge des Zwischenstückes auf 5 bis 1O mm verkürzt. Eine Länge von etwa 5 bis 1O mm
reicht aber ohne weiteres aus, um den gewünschten Erfolg zu erzielen, da zur Verhinderung einer Diffusion eine Sperrschicht
von 0,1 bis 1 mm ohne weiteres ausreicht. Da nun aber auch die Diffusion zwischen Legierungselementen des Zwischenstückes
und des Manganhartstahlgusses zu berücksichtigen
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ist, ist auch die Wahl des Materials des Zwischenstückes für das erfindungsgemäße Verfahren von Bedeiatung. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher ein ' Zwischenstück aus einem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl
verwendet, dessen Zusammensetzung einem Nickeläquivalent von 13 bis 30 % und einem Chromäquivalent von 8 bis 25 %,
bezogen auf das Schaeffler-Diagramm, entspricht, wobei der Äquivalentwert für Nickel gleich ist 1 χ % Nickel + 30 χ %
Kohlenstoff + 0,5 χ % Mangan und der Äquivalentwert für Chrom gleich ist 1 χ % Chrom + 1 χ % Molybdän + 1,5 χ %
Silizium. Bei einer solchen Wahl des Materials des Zwischenstückes wirken sich Diffusionserscheinungen zwischen dem
Material des Zwischenstückes und dem Manganhartstahlguß des Herzstückes nicht schädlich aus.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles
schematisch veranschaulicht.
Fig.1 zeigt ein Herzstück einer Kreuzung mit den angeschlossenen Regelschienen. Fig.2 zeigt im größeren Maßstab
einen Schnitt nach Linie II-II der rig.1. Fig.3 zeigt
einen Schnitt nach Linie III-III der Fig.1.
Das Herzstück 1 besteht aus Manganhartstahlguß. An dieses Herzstück sind die Regelschienen 2 unter Zwischenschaltung
von Zwischenstücken 3 durch Abbrennstumpfschweißung
angeschweißt.
Es werden Zwischenstücke von einer Länge von etwa 50 mm vorbereitet. Diese Länge von 50 mm genügt, um diese
Zwischenstücke in einer Abbrennstumpfschweißmaschine einzuspannen.
Die Zwischenstücke weisen das in Fig.3 dargestellte Profil einer Regelschiene auf. Diese 50 mm lange Zwischenstücke
werden in üblicher Weise mit der Regelschiene 2 durch Abbrennstumpfschweißung verschweißt, wobei die in Fig.2 dargestellte
Schweißnaht 4 entsteht. Die Schweißstelle 4 wird langsam, beispielsweise unter einer wärmedämmenden Schutzschicht
abgekühlt. Hierauf werden die Zwischenstücke derart abgelängt, daß ihre Länge von der Schweißnaht 4 gn gerechnet
15 mm beträgt. Hierauf erfolgt die Verschweißung gleichfalls
durch Abbrennstumpfsehweissen mit dem Herzstück 1. Bei
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der Verschweiß«ng brennt wieder eine Länge von etwa 10 mm
vom Zwischenstück ab, so daiß sich eine Länge a des Zwischenstückes
von 5 mni zwischen der Schweißnaht 4 und der zwischen
dem Herzstück 3 und dem Manganherzstück 1 ausgebildeten Schweißnaht 5 ergibt.
8 -
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Claims (6)
- B4TENMNHfllJE "BROSEDKa BROSED Β(ΐ23Μιΐ(κ.(ιι.·η I'uliach.Wionoi Sir V. Tu! ',CT)) '9'13I) M. Tc.'-x f.?l"M/ 'jrtj:: ti CaIiU.:. ■ I'iilonlibiis» Miimiu-iiVereinigte österreichische Eisern- und Stahlwerke - · Alpine Montan Aktiengesellschaftin Wien (Österreich) 283428JEPatentansprüche:- 1 .- Verfahren zur Verbindung von aus austenitischem Manganhartstahlguß bestehenden Herzstücken mit aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen unter Vermittlung eines Zwischenstückes aus einem kohlenstoffarmen austenitischen Stahl durch Schweißung, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das Zwischenstück mit der Regelschiene bzw. Anschlußschiene, insbesondere durch Abbrennstumpfsehweißung,, verschweißt wird, daß die Länge des an die Regelschiene angeschweißten Zwischenstückes mit höchstens 20 bis 25 mm,vorzugsweise 15 bis 20 mm, begrenzt v/ird und daß in einem zweiten Schweißvorgang das ManganhartStahlguß-Herzstück mit dem Zwischenstück, vorzugsweise durch Abbrennstumpfschweißung, verschweißt wird, wobei die Abkühlung nach dem zweiten Schweißvorgang schneller erfolgt als die Abkühlung nach dem ersten Schweißvorgnng.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung nach der zweiten Schweißung an ruhender Luft erfolgt und die Abkühlung nach der ersten Schweißung im Verhältnis zu einer Abkühlung an ruhender Luft verzögert durchgeführt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Regelschienenprofil aufweisendes Zwischenstück verwendet wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine größere Länge, vorzugsweise eine Länge von etwa 50 mm, aufweisendes Zwischenstück vorbereitet und mit der Regelschiene verschweißt und hierauf auf die geforderte Länge abgeschnitten wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1. 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine aus dem Material des Zwischenstückes bestehende Schiene mit der Regelschiene verschweißt und■ ■ - 1 -909803/0853Diplom Ingenieurehierauf der restliche Teil dieser aus dem Material des Zwischenstückes bestehenden Schiene vom Zwischenstück abgeschnitten wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenstück aus einem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl verwendet wird, dessen Zusammensetzung einem Nickeläquivalent von 13 bis 30 % und einem Chromäquivalent von 8 bis 2 5 %, bezogen auf das Schaeffler-Diagramm, entspricht, wobei der Äquivalentwert für Nickel gleich ist 1 χ % Nickel + 30 χ % Kohlenstoff + 0,5 χ % Mangan und der Äquivalentwert für Chrom gleich ist 1 χ % Chrom + 1 χ % Molybdän + 1,5 χ % Silizium.1978 öl 31 rp909808/0853
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