DE2834282B2 - Verfahren zur Verbindung von aus Manganhartstahlguß bestehenden Herzstücken mit aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbindung von aus austenitischem Manganhartstahlguß bestehenden Herzstücken von Kreuzungen oder t>o Weichen mit aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen durch Schweißung. Manganhartstahlguß eignet sich wegen seiner guten VerschleiDeigenschaften in besonderem Maße für Herzstücke. Die Verschweißung solcher Herzstücke aus Manganhartstahlguß mit den m 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 abekühlt werden müssen. Diese beiden Bedingungen sind konträr. Es ist daher bereits bekannt, Zwischenstükke aus kohlenstoffarmen zähem Stahl mit austenitischem Gefüge zwischen dem Herzstück und den anschließenden Schienen anzuordnen. Bei diesem bekannten Verfahren können diese Zw^;schenstücke entweder im Verbundguß mit dem Herzstück mitgegossen oder gesondert angeschweißt werden. 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 hierbei eine Übertragung der Wärme beim zweiten SchweiSvorgang 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 Manganhartzstahlguß bestehenden Herzstückes auf höhere Temperaturen vermieden wurde. Diese bekannten Verfahren setzen aber eine verhältnismäßig große Länge des Zwischenstückes voraus.

Da nun das Zwischenstück aus einem wenig weicheren und weniger verschleißfestem 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 Auftragsschweißung 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 austenitischem 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 Abkühlung 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 etwa 330 bis 1100 mm und bei einer solchen kurzen Bemessung des Zwischenstückes beträgt die Länge des eingeschweißten Zwischenstückes nur etwa V2 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 Zwischenstück mit der Schiene verschweißt wurde, erfolgt langsamer als die

Abkühlung nach dem zweiten Schweißvorgang, mit welchem das Zwischenstück 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 auch bei der kurzen Länge des Zwischenstückes die erste Schweiß- ι ο naht zwischen Schiene und Zwischenstück nur auf eine Temperatur von ungefähr 700° C erhitzt und eine Abkühlung von dieser Temperatur muß nicht so langsam erfolgen wie von der Schweißtemperatur. Es hat sich herausgestellt, daß eine Erwärmung des π Herzstückes nach dem Schweißvorgang nicht nötig ist. Man kann daher aus der Schweißwärme unmittelbar abkühlen, wobei eine Abkühlgeschwindigkeit gewählt werden kann, welche so schnell \Λ, daß eine Versprödung des Manganhartstahlgusses noch nicht > <i erfolgt und doch so langsam, daß bei einer Abkühlung von 700"¹C 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 Abbrennstumpf schweißung. Dies hat den V> >rteil, daß sich die Erhitzung nur auf eine kleine Strecke erstreckt, wobei der bis zur flüssigen Phase erhitzte Materialanteil ohnedies ausgepreßt wird und wegfällt. w

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abkühlung nach der zweiten Schweißung an ruhender Luft, während die Abkühlung nach der ersten Schweißung im Verhältnis zu einer Abkühlung an ruhender Luft verzögert durchgeführt r. 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 700⁰C ausgehend eine Aufhärtung des Kohlenstoffstahles der Schiene zu vermeiden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein das Regelschienenprofil 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 ίο 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 verschweißt v-> und hierauf der restliche Teil diesel aus dem Material des Zwischenstückes bestehenden Schiene vom Zwischenstück abgeschnitten wird. Gegenüber einem Verfahren, bei welchem Zwischenstücke in größerer Länge vorbereitet und dann auf die erforderliche Länge t>o abgeschnitten werden, 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 fr> Abkühlungsbedingungen einhalten zu können. Die Versprödung des Manganhartstahlgusses des Herzstükkes ist zu einem wesentlichen Anteil auch darauf zurückzuführen, daß an der Schweißstelle durch Diffusion eine Mischzone entsteht, in welcher eine ungünstige Gefügeausbildung entsieht 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 hierfür 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 ist, so ist hierbei 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 IC mm verkürzt. Eine Länge von 5 bis 10 mm reicht aber ohne weiteres aus, um den gewünschten Erfolg hinsichtlich der Verhinderung einer Diffusion vermittels einer Sperrschicht von 0,1 bis 1 mm zu erzielen. Da nun aber auch die Diffusion zwischen Legierungselementen des Zwischenstückes und des Manganhartstahlgusses zu berücksichtigen ist, ist auch die Wahl des Materials des Zwischenstückes für das erfindungsgemäße Verfahren von Bedeutung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher ein Zwischenstück aus einem austenitischem 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 + 3Ox % 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.

F i g. 2 zeigt im größeren Maßstab einen Schnitt nach Linie H-IIder Fig. 1.

F i g. 3 zeigt einen Schnitt nach Linie III-III der F i g. 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 F i g. 3 dargestellte Profil einer Regelschiene auf. Diese 50 mm langen Zwischenstücke werden in üblicher Weise mit der Regelschiene 2 durch Abbrennstumpfscnweißung verschweißt, wobei die in F i g. 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 an gerechnet 15 mm beträet. Hierauf

erfolgt die Verschweißung gleichfalls durch Abbrennstumpfschweißen mit dem Herzstück 1. Bei der Verschweißung brennt wieder eine Länge von etwa 10 mm vom Zwischenstück ab, so daß sich eine Länge a des Zwischenstückes von 5 mm zwischen der Schweißnaht 4 und der zwischen dem Herzstück 3 und dem Manganherzstück 1 ausgebildeten Schweißnaht 5 ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbindung von aus austenitischem Manganhartstahlguß bestehenden Herzsiükken mit aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen s unter Verwendung eines Zwischenstückes aus einem kohlenstoffarmen austenitischen Stahl durch Schweißung, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das Zwischenstück mit der Regelschiene bzw. Anschlußschiene, insbesondere durch Ab- ι ο brennstumpfschweißung, verschweißt wird, daß die Länge des an die Regelschiene angeschweißten Zwischenstückes mit höchstens 20 bis 25 mm, vorzugsweise 15 bis 20 mm, begrenzt wird und daß in einem zweiten Schweißvorgang das Manganhart- ι s Stahlguß-Herzstück mit dem Zwischenstück, vorzugsweise durch Abbrennstumpfschweißung, verschweißt wird, wobei die Abkühlung nach dem zweiten Schweißvorgang schneller erfolgt als die Abkühlung nach dem ersten Schweißvorgang. 2»

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 2·> 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 so gekennzeichnet, daß ein eine größere Länge, vorzugsweise eine Länge von etwa 50 mm, aufweisendes Zwischenstück vorbereitet und mit der Regelschiene verschweiß; und hierauf auf die geforderte Länge abgeschnitten wird. r>

5. Verfahren nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus dem Material des Zwischenstückes bestehende Schiene mit der Regelschiene verschweißt und hierauf der restliche Teil dieser aus dem Material des Zwischenstückes w bestehenden Schiene vom Zwischenstück abgeschnitten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenstück aus einem austenitischem Chrom-Nickel-Stahl verwen- « det wird, 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 % Kohlen- v> stoff + 0,5 χ % Mangan und der Äquivalentwert für Chrom gleich ist 1 χ % Chrom + 1 χ % Molybdän + 1,5 χ % Silizium.