DE3050319C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Teilen mit aufgeschweißtem Überzug, das das Lichtbogen-Auftragschweißen des Teils mit abschmelzender Elektrode, eine mechanische Bearbeitung und das Anlassen beinhaltet, wobei als abschmelzende Elektrode zur Auftragschweißung des Überzugs eine solche Elektrode verwendet wird, deren Metall einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metalls des Teils und wobei das Teil im Bereich der Sohle des Überzugs eingebuchtet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein nach diesem Verfahren hergestellte Teil.

Solche Verfahren und Teile mit aufgeschweißtem Überzug kommen zum Einsatz, wenn aus konstruktiven Gründen verschiedentliche Kombinationen der Eigenschaften des zentralen Teils und der Oberflächenschicht des Erzeugnisses zu gewährleisten sind bzw. wenn das durch die wirtschaftlichen Notwendigkeit der Verwendung eines billigeren Metalls für den zentralen Teil des Erzeugnisses mit einem hohen Metallaufwand bedingt ist. Solche Verfahren werden auch beim Wiederherstellen von Metallerzeugnissen eingesetzt.

Am vorteilhaftesten für den Einsatz der Erfindung ist die Produktion von metallaufwendigen Stahlteilen, die eine hohe Dauerfestigkeit und eine gute Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, die Korrosion, Verschleiß und andere Arten der Zerstörung verursachen, zu gewährleisten haben. Zu den Teilen, die unter solchen Verhältnissen betrieben werden, gehören Wellen und Arbeitsorgane von hydraulischen Maschinen und Mischanlagen für aggressive Werkstoffe, Förderschnecken für Verschleißwerkstoffe.

Es sind Verfahren zur Herstellung von Teilen mit aufgeschweißtem Überzug durch Lichtbogen-Mehrlagen-Auftragschweißen der Teile mit abschmelzender Elektrode und nachfolgender mechanischer Bearbeitung weit bekannt. Bei der Durchführung aller dieser bekannter Verfahren wird angenommen, daß es zweckmäßig ist, die erste und die nachfolgenden Lagen mit einer abschmelzenden Elektrode aufzuschweißen, deren Metall einen thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist, der annähernd dem thermischen Ausdehnungskoeffizient des Metalls gleich ist, aus welchem das Werkstück besteht. Das Auftragen der ersten Lage wird bei allen bekannten Verfahren derart durchgeführt, daß eine möglichst ebene Grenzfläche zwischen der Sohle dieser Lage und dem Teil zustande kommt und somit eine minimale Dicke der Zone gewährleistet wird, wo das Verschmelzen stattfindet. Teile mit einem Überzug, die gemäß solchen Verfahren hergestellt sind, weisen in der Zone der Verschmelzung des Teils und des Überzugs eine ebene Grenzfläche zwischen dem Grundstoff und dem Werkstoff des Überzugs auf.

Wie bekannt, sind bei beliebigen Betriebszuständen des Auftragschweißens in der Verschmelzungszone des Werkstücks mit dem auf sie aufgetragenen Metall Makro- und Mikrofehler unvermeidlich vorhanden. Wenn im Werkstück unter Einwirkung der äußeren Beanspruchung Zugspannungen in Erscheinung treten, die in den meisten Fällen des beanspruchten Zustands der Teile, beispielsweise in Wellen, ihren maximalen Wert an der Werkstückoberfläche erreichen, bedingen die Makro- und Mikrofehler in der Verschmelzungszone das Zustandekommen von Mikrorissen. Diese Mikrorisse können auch beim Anlassen entstehen, sowie unter Einwirkung von Temperaturänderungen beim Betrieb des Teils, die von dem Zustandekommen von Relaxationsrissen begleitet werden. In Verhältnissen dynamischer Beanspruchungen entwickeln sich diese Mikrorisse weiter und führen einen Ermüdungsbruch des Teils mit aufgeschweißtem Überzug herbei. Außerdem, bei derartigen Beanspruchungen kann das Vorhandensein von Mikrorissen in dem Überzug an der Grenze mit dem Teil ein Ausbröckeln des Überzugs in dieser Zone herbeiführen. Zugleich ändern sich infolge der ebenen Form der Grenzfläche zwischen dem Werkstück und dem aufgeschweißten Überzug die Spannungen beim Übergang vom Teil zum Überzug sprungförmig. Dies bedingt das Entstehen von Schubspannungen im Überzug an der Grenze mit der Teiloberfläche. Hierbei weisen diese Kräfte bei einer ebenen Form der Grenzfläche zwischen dem Teil und dem aufgeschweißten Überzug eine übereinstimmende Richtung auf und sind die Ursache für die Abscherung des Überzugs. Die angeführten Faktoren wirken sich noch erheblicher infolge des Entstehens erheblicher bleibender Spannungen im nach dem Aufschweißen aus, die, meistens in der Zone der Verschmelzung des Werkstücks mit dem Überzug Zugspannungen darstellen.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Teilen mit aufgeschweißtem Überzug bekannt, das eine erhebliche Herabsetzung der bleibenden Spannungen gewährleistet. Bei seiner Durchführung wird nach dem Lichtbogen- Mehrlagen-Auftragschweißen des Werkstücks mit abschmelzender Elektrode und der mechanischen Bearbeitung ein Anlassen bewerkstelligt (Frumin I.I. "Automatisches Lichtbogen-Auftragschweißen", Avtomaticheskaya elektrodugovaya naplavka, Verlag "Metallurgizdat", 1961, Seite 374). Hierbei wird der Arbeitsgang der Auftragschweißung des Werkstücks mit abschmelzender Elektrode wie bei dem vorher beschriebenen Verfahren durchgeführt, weshalb die Grenzfläche zwischen dem Teil und dem Überzug die minimale Dicke der Verschmelzungszone aufweist und eben ist. Infolgedessen wird die Festigkeit eines derartigen Teils durch die vorstehend beschriebenen Faktoren herabgesetzt.

Die Veröffentlichung aus der deutschen Fachbuchreihe "Schweißtechnik", 1964, Bd. 36, Seite 136, beschreibt den Einfluß der Pendelgeschwindigkeit auf den Einbrand beim Schweißplattieren und der mehrlagigen Aufschweißung von Überzügen, ohne jedoch auf die hier vorliegenden Problemstellungen einzugehen.

Schließlich ist aus der US-PS 37 19 790 auch schon ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Dort sollen Schneidwerkzeuge geschaffen werden mit einer Verschleiß- oder Abnutzungsoberfläche, die aus einem gegen Abnutzung widerstandsfähigen Stahl, z. B. Hochleistungsstahl, besteht. Zur Schaffung einer hohen Festigkeit wird eine flache streifenförmige Elektrode angewendet, welche aus dem gleichen Material besteht. Sie durchdringt die Basisschicht des Grundmaterials einheitlich und wird mit diesem nur im unteren Bereich etwas vermischt. Während des Aufschweißens der Streifenelektrode wird Wärme entwickelt, wobei das Eindringen sowie die daraus resultierende Verdünnung minimal gehalten werden. Dadurch wird zwischen dem Basismaterial und der aufgeschweißten Streifenelektrode eine gleichmäßige Grenzfläche geschaffen. Nach dem Aufbringen der Schweißschicht kann eine Härtung durchgeführt werden. Da jedoch der Übergang vom Metall des Teils zum Überzugs-Metall sprunghaft ist, nehmen die Schubkräfte im Überzug an der Grenze zum Basisteil bedeutend ab, wodurch die Festigkeit des fertigen Produktes beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Widerstandsfähigkeit des Endproduktes zu erhöhen und bei der Auftragschweißung der ersten Lage eine Verschmelzungszone zu schaffen, wobei Einflüsse von Makro- und Mikrofehlern in dieser Zone auf die Festigkeit des fertigen Teiles weitgehend vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das fertige Erzeugnis, daß auf diese Weise hergestellt ist und ein Teil mit aufgeschweißtem Überzug darstellt, weist erfindungsgemäß im der Verschmelzungszone des Teils und des Überzugs eine Grenzfläche mit Relief auf, die von Vertiefungen und Vorsprüngen gebildet wird, welche sich mindestens in Wirkungsrichtung der gefährlichsten Kräfte, die im Teil während der Arbeit wirksam werden, kontinuierlich einfolgen, wobei in der gleichen Richtung mindestens im Bereich der Dicke der Verschmelzungszone die bleibenden Druckspannungen verteilt sind.

Die bleibenden Druckspannungen entstehen in der Verschmelzungszone des Teils mit dem Überzug beim Anlassen des Erzeugnisses und ihr Entstehen ist dadurch bedingt, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metalls des Überzugs in der Verschmelzungszone kleiner ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metalls des Teils, auf welches der Überzug aufgeschweißt ist. Aber dank der Form der Grenzfläche zwischen dem Teil und dem Überzug mit Relief wird eine allmähliche Änderung des thermischen Ausdehnungskoeffizients in der Verschmelzungszone dieser Metalle erzielt, wodurch die die Wärmeverformung herbeiführenden Kräfte stark abnehmen, die, unter anderem, beim Anlassen wirksam werden. Dank der Wirkung von bleibenden Druckspannungen in der Verschmelzungszone sind die Makro- und Mikrofehler in dieser Zone, die sich im zusammengepreßten Zustand befinden, keine Ursachen für die Entwicklung von Mikrorissen. Außerdem bedingen die bleibenden Druckspannungen eine bedeutende Erhöhung der Festigkeit des fertigen Erzeugnisses in der Verschmelzungszone, da die unter Einwirkung äußerer Beanspruchungen entstehender Zugspannungen um den Betrag dieser bleibenden Druckspannungen verringert werden, und bei großen Werten dieser bleibenden Druckspannungen es sich ergeben kann, daß das Metall des fertigen Erzeugnisses in dieser Zone während des Betriebs überhaupt keinen Zugbeanspruchungen ausgesetzt sein wird.

Die Form der Grenzfläche zwischen dem Teil und dem Überzug mit Relief, die durch das Eindringen der Sohle der ersten Lage des aufgeschweißten Metalls in das Metall des Teils bedingt ist, behebt die sprungartige Änderung der Spannungen beim Übergang von dem Metall des Teils zum Metall des Überzugs. Das führt zu einer bedeutenden Abnahme der Schubkräfte im Überzug an der Grenze mit der Teiloberfläche, trotzdem, daß die thermischen Ausdehnungskoeffiziente des Metalls des Teils und des Metalls der ersten auf das Teil aufgeschweißten Lage sich voneinander unterscheiden. Hierbei führt die entwickelte Form der Grenzfläche zwischen dem Teil und dem auf diesen Teil aufgeschweißtem Überzug mit Relief, die aus sich kontinuierlich folgenden Vertiefungen und Vorsprüngen besteht, zu einer stetigen Änderung der Richtung der Schubkräfte, die auf den Überzug an der Grenze mit dem Teil einwirken, wodurch die Haftkraft zwischen dem Überzug und dem Teil erhöht wird. Alle diese Umstände tragen zur Erhöhung der Festigkeit, darunter auch der Dauerfestigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Teils mit einem Überzug, gegenüber den nach den bekannten Verfahren hergestellten Teilen bei.

Die Einbuchtungen der Sohle der ersten Lage in das Metall des Teils können durch mechanische Bearbeitung der Oberfläche des Werkstücks, auf das der Überzug aufzuschweißen ist, und das nachfolgende Aufschweißen des Metalls der abschmelzenden Elektrode in die bei der mechanischen Bearbeitung erzielten Vertiefungen, gewährleistet werden. Hierbei sind unterschiedliche Arten der mechanischen Bearbeitung möglich, darunter auch spanende Bearbeitung oder Durchdrücken. Es sind auch verschiedenartige Ausführungsformen der Vertiefungen möglich: Rillen, runde punktförmige Vertiefungen u. dgl.m. Aber diese Vertiefungen müssen kontinuierlich einander folgen und sie dürfen nicht übermäßig tief sein, so daß, nur die Einbuchtung der Sohle der ersten Schweißlage gewährleistet wird, während ihre Außenfläche relativ eben bleibt.

Eine solche Ausführung der Erfindung kann bei der Herstellung von Teilen mit Überzügen zweckmäßig sein, die in bezug auf das Entstehen von makro- und mikrofehlern und die Wärmeverformungen beim Auftragschweißen besonders anfällig sind, da nach der mechanischen Bearbeitung das Auftragschweißen der ersten Lage mit der Einbuchtung ihrer Sohle bei Betriebszuständen des elektrischen Lichtbogens durchgeführt werden kann, bei welchen keine große Wärmemenge entwickelt wird.

Die Einbuchtung der Sohle der ersten Schweißlage in das Metall des Werkstücks kann gemäß der Grundlösung durch das Aufschweißen dieser Lage mit einer abschmelzenden Drahtelektrode bei einer gleichsinnigen Richtung der aufgeschweißten Raupen des Metalls und mit einer relativen Steigung dieser Raupen in der aufgeschweißten Lage, die dem Völligkeitsgrad der Fläche, d. h. den Füllfaktor des herausragenden Teils der Raupen gleich ist, durchgeführt werden. Wie bekannt, stellt die relative Steigung der Raupen des Metalls in der aufgeschweißten Lage das Verhältnis des Abstands zwischen diesen Raupen zu ihrer Breite dar, und der Völligkeitsgrad der Fläche des herausragenden Teils dieser Raupen stellt das Verhältnis der tatsächlichen Fläche ihres herausragenden Teils zur Fläche des Rechtecks dar, dessen eine Kante der Breite der Raupen und die zweite der Höhe des herausragenden Teils dieser Raupen gleich ist.

Die angeführte Ausführung der Grundlösung ohne vorhergehende mechanische Bearbeitung gewährleistet die Formung der ersten Lage, die auf die Teiloberfläche aufgeschweißt wird, mit einer relativ ebenen Außenfläche und mit Einbuchtungen der Sohle dieser Lage in das Metall des Teils, die eine wellige Form der Grenzfläche zwischen dem Teil und dem auf dieses aufgeschweißten Überzug ergeben. Eine solche Ausführung der Grundlösung ist am einfachsten vom technologischen Standpunkt aus und kann mittels der bekannten Ausrüstungen realisiert werden. Aber eine solche Ausführung paßt nur für Teile, bei welchen die während des Betriebs in Erscheinung tretenden gefährlichsten Beanspruchungen, nur in einer Richtung wirken. Gemäß der angeführten Ausführung beim Aufschweißen der ersten Lage mit Einbuchtungen ihrer Sohle in das Metall des Teils, werden die aufgeschweißten Raupen quer zur Wirkungsrichtung der besagten Beanspruchungen angeordnet.

Die Einbuchtungen der Sohle der ersten Lage in das Metall des Teils können gemäß der Grundlösung durch Aufschweißen dieser Lage mit einer Drahtelektrode mit kreuzartiger Anordnung der Raupen des aufgeschweißten Metalls und mit einer relativen Steigung der aufgeschweißten und in einer Richtung verlaufenden Raupen in der Lage, die dem Völligkeitsgrad der Fläche des herausragenden Teils dieser Raupen gleich ist, erzeugt werden.

Die angeführte Lösung wie auch die vorhergehende Lösung ohne vorausgehende mechanische Bearbeitung gewährleistet die Formung der ersten Lage, die auf das Teiloberfläche aufgeschweißt wird, mit einer relativ ebenen Außenfläche und mit Einbuchtungen ihrer Sohle in das Metall des Teils, die kontinuierlich einander folgen. Aber bei dem kreuzartigen Verlauf der aufgeschweißten Metallraupen wird eine stärker entwickelte Form der Grenzfläche zwischen dem Teil und der aufgeschweißten Lage mit einer kontinuierlichen Aufeinanderfolge von Vertiefungen und Vorsprüngen in allen Richtungen gewährleistet.

Aus diesem Grunde ist diese Ausführung für Teile zu bevorzugen, die einen komplizierten räumlichen Beanspruchungszustand aufweisen, bei dem die gefährlichen Kräfte in verschiedenen Richtungen wirken.

Die Einbuchtungen der Sohle der ersten Lage in das Metall des Teils können gemäß der Grundlösung durch Punkt-Auftragschweißen dieser Lage mit einem Abstand zwischen den Mittelpunkten der benachbarten Schweißpunkten des aufgeschweißten Metalls erzeugt werden, der 0,30 bis 0,68 des Durchmessers dieser Punkte auf der Werkstückoberfläche gleich ist.

Eine solche Ausführung, ebenfalls wie die vorhergehende, gestattet es, ohne vorausgehende mechanische Bearbeitung die gewünschte Form der Grenzfläche zwischen dem Teil und der auf dieses aufgeschweißten Lage zu erzielen. Hierbei gewährleistet das Punkt- Auftragschweißen die stärkste Ausbildung der Form dieser Grenzfläche.

Das Punkt-Auftragschweißen der Metallage kann man durch intermittierenden Vorschub der abschmelzenden Drahtelektrode zur Teiloberfläche bei konstanter Geschwindigkeit der Vorschubbewegung dieser Elektrode gegenüber der Teiloberfläche und bei stabiler äußerer Kennlinie der Speisequelle durchgeführt. Einen Einzelfall der Realisierung eines derartigen Punkt-Auftragschweißens stellt ein Verfahren dar, bei dem ein schrittweiser Vorschub der Drahtelektrode zur Teiloberfläche gewährleistet wird, was, unter anderem, durch den Einsatz von Schrittelektromotoren bzw. Formvorschubrollen im Vorschubantrieb der Drahtelektrode erfolgt.

Das Punkt-Auftragschweißen der Metallage kann bei einer periodischen Änderung der äußeren Kennlinie der Speisequelle, einer stetigen Zustellbewegung der abschmelzenden Drahtelektrode zur Teiloberfläche und dem Vorschub dieser Elektrode mit konstanter Geschwindigkeit gegenüber der Teiloberfläche durchgeführt werden. Eine solche Ausführung des Punkt-Auftragschweißens kann beim Einsatz eines Regelsystems der Kennwerte der Lichtbogenentladung zweckmäßig sein, mit der das System der periodischen Änderung der äußeren Kennlinie der Speisequelle gekoppelt wird.

Beim beliebigen Verfahren der Auftragschweißung der ersten Lage auf der Teiloberfläche ist es gemäß der Grundlösung zweckmäßig, daß das Aufschweißen dieser Lage mit der abschmelzenden Drahtelektrode in mehreren Gängen durchgeführt wird. Bei der Erzeugung der Einbuchtungen der Sohle der ersten Lage in das Metall des Teils ermöglicht das mehrgängige Aufschweißen die Verminderung der schädlichen Auswirkung der größen Wärmemenge, die durch den Betriebszustand beim Aufschweißen unter Gewährleistung der Einbuchtung der Sohle der ersten Lage bedingt ist, auf die Wärmeverformung und das Gefüge der Metallphasen des Teils. Hierbei wird die Gangzahl ausgehend von der Bedingung der Gewährleistung eines optimalen Wärmezustandes beim Auftragschweißen innerhalb der wirtschaftlich zweckmäßigen Leistung beim Auftragschweißen gewählt.

Außerdem ist es bei jedem beliebigen Verfahren für das Aufschweißen der ersten Lage auf die Teiloberfläche gemäß der Grundlösung zweckmäßig, alle Schweißlagen, die der ersten Lage nachfolgen, welche unmittelbar auf die Werkstückoberfläche aufgeschweißt ist, bei Betriebszuständen aufzuschweißen, welche eine möglichst geringe thermische Wirkung auf die Verschmelzungszone des Metalls des Teils und des Metalls der ersten auf das Teil aufgeschweißten Lage ausüben. Dies gewährleistet die Aufrecherhaltung der Form der Grenzfläche zwischen dem Teil und der ersten auf das Teil aufgeschweißten Lage mit Relief.

Dies kann durch eine Verkleinerung der relativen Steigung der aufgeschweißten Metallraupen in der Lage, ein Herunterregeln des Schweißstroms, einen Einsatz eines abschmelzenden Bandelektrode bzw. Pulverdrahts sowie durch andere Mittel erzielt werden.

Das Teil mit aufgeschweißtem Überzug, das gemäß der Grundlösung hergestellt ist, kann eine verschiedenartige Kombination der Metalle des Teils und des aufgeschweißten Überzugs aufweisen.

Bei der Herstellung eines Teils aus kohlenstoffhaltigen bzw. aus niedriglegierten perlitischen Konstruktionsstählen mit einem Rostschutzüberzug ist es zweckmäßig, daß mindestens eine Lage, die unmittelbar mit der Teiloberfläche verschweißt ist, aus hochlegiertem Chromstahl hergestellt wird. Teile aus kohlenstoffhaltigen bzw. niedriglegierten perlitischen Konstruktionsstählen finden die breiteste Anwendung in Maschinen und Mechanismen als Elemente, die zur Übertragung von Kräften bestimmt und der Einwirkung dynamischer Beanspruchungen ausgesetzt sind. Gegenüber den kohlenstoffhaltigen und niedriglegierten perlitischen Konstruktionsstählen weist der hochlegierte Chromstahl einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizient auf, wodurch es möglich wird, eine hohe Dauerfestigkeit infolge verhältnismäßig hoher Druckspannungen sowohl in der Verschmelzungszone des Teils mit dem Überzug als auch in dem Überzug selbst zu gewährleisten. Außerdem weist der hochlegierte Chromstahl eine hohe Festigkeit und Plastizität auf, und aus diesem Grunde wird das erfindungsgemäße fertige Erzeugnis eine hohe Lebensdauer aufweisen. Die Lagen des Überzugs, die der Lage aus hochlegiertem Chromstahl folgen, können aus beliebigem passendem Metall hergestellt sein, darunter auch aus demselben hochlegierten Chromstahl, aus dem die erste Lage hergestellt ist und der günstige Rostschutzeigenschaften aufweist.

Die Überzüge der Teile gemäß der Grundlösung können Lagen aufweisen, welche aus verschiedenen Metallen hergestellt sind. In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Grenzflächen in der Verschmelzungszone solcher Metalle mit Relief auszuführen, um eine allmähliche Änderung des thermischen Ausdehnungskoeffizients über die Dicke des Überzugs zur gewährleisten.

Es ist zweckmäßig, daß bei der Herstellung des Teils aus kohlenstoffhaltigen bzw. niedriglegierten perlitischen Konstruktionsstählen mit einem Überzug in welchem die erste Lage aus hochlegiertem Chromstahl ausgeführt ist, mit dieser Lage Lagen aus nichtrostendem austenitischem Stahl verschweißt werden. In diesem Falle verstärkt die Ausführung der Decklage aus nichtrostendem austenitischem Stahl den Rostschutz solcher Teile.

Es ist zweckmäßig, daß bei der Herstellung solcher Teile nach dem Aufschweißen der Lagen aus nichtrostendem austenitischem Stahl eine Abwälzung der aufgeschweißten Teiloberfläche durchgeführt wird, um die Lagen aus nichtrostendem austenitischem Stahl zusammenzustauchen.

Bei erfindungsgemäßen Teilen, die tragende Gleitelemente aufweisen, ist es zweckmäßig, letztere auf dem Überzug anzuordnen, der auf dem Teil aufgeschweißt ist. Gleitelemente können aufgepreßt, angeschweißt bzw. auf jede beliebige andere Weise auf dem Überzug befestigt sein. Bei der Herstellung des Teils mit einem Überzug entfällt erfindungsgemäß die Notwendigkeit eines allmählichen Übergangs von den tragenden Gleitelementen zu dem Grundkörper des Teils, da die Vergrößerung der Spannungen an den Kanten der tragenden Gleitelemente sich auf die Dauerfestigkeit des Erzeugnisses insgesamt nicht auswirkt. Hierbei gewährleistet die angeführte Ausführung die Möglichkeit für die Verwendung verschiedener Metalle zur Herstellung des Überzugs und der tragenden Gleitelemente, was wiederum die Erzielung optimaler Eigenschaften bei dem Überzug und den tragenden Elementen gewährleistet.

Es ist zweckmäßig, daß die tragenden Gleitelemente in Form eines Überzugs aus Lagermetall, das mit dem auf das Teil aufgeschweißten Überzug verschweißt ist, ausgeführt sind. Eine solche Ausführung gewährleistet eine Reduzierung des Lagermetallaufwands sowie die Vereinheitlichung der Herstellungstechnologie derartiger Erzeugnisse.

Die die Teile mit einem Überzug betreffende Erfindung wird am vorteilhaftesten für Schiffspropellerwellen verwendet, die eine hohe Metallaufwendigkeit aufweisen und deren Betriebsverhältnisse derart sind, daß sie große dynamische Kräfte zu übertragen haben und der Einwirkung von Seewasser ausgesetzt sind, das korrosionsaktiv ist.

Das Wesen der Erfindung und seine Vorteile werden anhand der nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigt

Fig. 1 eine Maschine zum Auftragschweißen, auf welcher ein Überzug auf eine Welle aufgeschweißt wird;

Fig. 2 (a-d) die aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte beim Aufschweißen auf die Welle der ersten Lage;

Fig. 3 die Welle mit der auf sie aufgeschweißten ersten Lage nach der Durchführung sämtlicher in Fig. 2, 2(a-d) gezeigten Arbeitsschritte im gegenüber Fig. 2(a-d) vergrößerten Maßstab;

Fig. 4 eine Verteilungslinie der bleibenden Spannungen im Querschnitt der erfindungsgemäß hergestellten Welle mit aufgeschweißtem Überzug;

Fig. 5(a, b) ein erfindungsgemäßes spiralförmiges eingängiges Aufschweißen auf die Welle der ersten Lage mit Erzielung von gleichgerichteten Schweißraupen in der Lage,

Fig. 6 eine Welle mit Rostschutzüberzug und Ummantelungen aus Lagerstoff zwischen den Lauflagerstellen gemäß der Erfindung,

Fig. 7 ein erfindungsgemäßes mehrgängiges Aufschweißen auf die Welle der ersten Lage auf gleichsinnig steigenden Spiralen,

Fig. 8 ein erfindungsgemäßes Aufschweißen auf die Welle der ersten Lage auf kreuzweise verlaufenden Spiralen,

Fig. 9 ein Schweißdraht-Zustellmechanismus, der zum Punkt-Auftragschweißen der ersten Lage eingesetzt wird,

Fig. 10 ein erfindungsgemäßes Punkt-Aufschweißen der ersten Lage auf die Welle,

Fig. 11 eine erfindungsgemäße Welle mit Überzug, dessen Lagen aus verschiedenartigen Metallen hergestellt sind.

Das beste Ausführungsbeispiel

Die Erfindung kann bei der Herstellung der verschiedenartigsten Teile mit aufgeschweißtem Überzug eingesetzt werden, die unterschiedliche Formen aufweisen und für verschiedene Zwecke bestimmt sind. Da aber die breiteste Anwendung die Erfindung bei der Herstellung von Wellen, und insbesondere von Schiffspropellerwellen und der Ummantelungen für diese Wellen finden kann, beziehen sich die nachstehend angeführten Beispiele unmittelbar auf derartige Teile. Die Herstellungsverfahren für andere Teile werden sich grundsätzlich von den angeführten Verfahren nicht unterscheiden. Die Abweichungen werden hauptsächlich die Anordnung des jeweiligen Teils bei der Bearbeitung und die Art der Relativbewegung zwischen dem Teil und dem Bearbeitungswerkzeug betreffen. Hierbei bietet die nachstehend beschriebenen Beispiele die Möglichkeit, eine klare und vollständige Beschreibung des Wesens der Erfindung zu liefern und die besten Varianten seiner Verwirklichung zu zeigen.

Beispiel 1

Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung einer Welle mit 250 mm Durchmesser und 4000 mm Länge mit einem 5 mm dicken Rostschutzüberzug. Die auftragzuschweißende Welle ist aus kohlenstoffhaltigem perlitischem Konstruktionsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,3% hergestellt. Dieser Stahl weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von 14 · 10^-6 auf. Eine ausführlichere Charakteristik dieses Stahls als auch der anderen Stähle, die in den angeführten Beispielen erwähnt werden, sind in nachstehend angeführter Tabelle 1 zusammengestellt (Stahl 30).

Zum Aufschweißen des Überzugs wird die Welle 1 auf der Auftragschweißmaschine (Fig. 1) angeordnet, deren Support 2 mit einem Aufschweißkopf 3 zum Vorschub eines Schweißdrahts 4, einer Induktionserwärmungseinrichtung 5 und einem Meißelhalter 6 ausgestattet ist.

Nach dem Einspannen der Welle 1, die ein Schmiedestück darstellt, wird die Außenfläche der Welle bis auf den Aufschweißdurchmesser geschruppt.

Weiterhin wird im Meißelhalter 6 ein Meißel 7 zum Schneiden eines gleichseitigen Spitzgewindes eingespannt. Hiernach wird durch eine Drehbewegung der Welle 1 und die Vorschubbewegung des Supports 2 in Richtung der Achse der Welle 1 das Schneiden von Rillen mit einer Tiefe von 5 mm und einem Spitzenwinkel von 60° (Fig. 2-a) durchgeführt. Diese Rillen werden zweigängig mit gleichsinnigem Verlauf der Spiralen und einer Steigung von 13 mm für jede Spirale geschnitten. Der Abstand zwischen den nebeneinanderliegenden Kämmen der Spiralen beträgt hierbei ca. 1,5 mm.

Nach dem Schneiden der Rillen wird mittels einer Induktionserwärmungseinrichtung 5 derjenige Stumpf der Welle 1 von dem aus das nachfolgende Aufschweißen begonnen wird, bis auf die Temperatur von 160°C auf einem ca. 250 mm langem Abschnitt erwärmt. Hiernach baut man die Induktionserwärmungseinrichtung ab bzw. man schiebt sie zur Seite und durchführt die Vorbereitung zum Aufschweißen der ersten Lage.

Als abschmelzende Elektrode wird ein Schweißdraht mit einem Durchmesser von 2 mm aus hochlegiertem Chromstahl verwendet, der ca. 0,12% Kohlenstoff und 1,3% Chrom enthält. Der Werkstoff dieses Schweißdrahts weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von 10 · 10^{-6 1}/°C auf. Eine ausführlichere Charakteristik des Werkstoffs dieses Schweißdrahts sowie die Charakteristiken der anderen Schweißdrähte, die in den beschriebenen Beispielen erwähnt werden, ist in nachstehender Tabelle 2 angeführt. Als Flußmittel wird ein Flußmittel verwendet, das 32% Siliciumdioxyd, 3% Mangandioxyd, 20% Aluminiumoxyd, 3% Kalciumoxyd, 17% Magnesiumoxyd, bis zu 1% Eisenmonooxyd und 24% Kalziumfluorid enthält.

Der Aufschweißbetrieb wird wie folgt festgelegt: Aufschweißgeschwindigkeit ca. 25 m/Stunde, Lichtbogenspannung 30 V, Schweißstrom 200 A.

Der Aufschweißkopf 3 wird an die Stelle angestellt, wo das Aufschweißen beginnen soll und der Schweißdraht wird genau auf die Mitte einer der geschnittenen Rillen eingestellt. Hiernach wird das Aufschweißen durchgeführt.

Das Aufschweißen des Metalls der abschmelzenden Elektrode wird zweigängig in den Spiralen (Fig. 2-b) mit der gleichen Steigung wie beim Schneiden der Rillen durchgeführt, wobei das beim Rillenschneiden eingestellte Verhältnis der Drehgeschwindigkeit der Welle 1 und der Vorschubgeschwindigkeit des Supports 2 längs der Achse der Welle 1 benutzt wird. Bei den vorgegebenen Betriebszuständen des Auftragschweißens werden die geschnittenen Rillen vollständig mit dem Metall der abschmelzenden Elektrode in einem Durchgang ausgefüllt.

Hiernach wird das Schneiden neuer Rillen durchgeführt, die den anfänglich geschnittenen Rillen identisch sind (Fig. 2-a) aber eine entgegengesetzte Steigungsrichtung der Spiralengänge (Fig. 2-c) aufweisen, und weiterhin wird in diese Rillen das Metall der abschmelzenden Elektrode auf die gleiche Weise wie beim anfänglichen Aufschweißen (Fig. 2-b) aber mit engegengesetzter Steigungsrichtung der Spiralen beim Aufschweißen (Fig. 2-d), die den neu geschnittenen Rillen entsprechen aufgeschweißt.

Hierbei werden die 1,5 mm großen Stege zwischen den Rillen abgeschmolzen und das Metall der Welle 1 wird mit dem Metall des Schweißdrahts 4 vermischt. Die Welle 1 wird auf der gesamten Oberfläche mit dem Metall der abschmelzenden Elektrode bedeckt, das die erste aufgeschweißte Lage 8 (Fig. 3) bildet.

In Fig. 3, die den Längsschnitt der Welle 1 mit der auf sie aufgescheißten Lage 8 veranschaulicht, ist der Charakter der Grenzfläche S zwischen ihnen deutlich zu erkennen. Man kann sehen, daß die Grenzfläche S eine Form mit Relief aufweist, das durch Vertiefungen und Vorsprünge erzeugt wird, welche sich mindestens in Richtung längs der Achse der Welle 2 abwechselnd folgen, d. h. in Wirkungsrichtung der gefährlichsten Beanspruchungen, die beim Betrieb der Welle in Erscheinung treten.

Nach dem Aufschweißen der ersten Lage wird das Aufschweißen der nachfolgenden Lagen bis zur Erzielung der vorgegebenen Dicke des Überzugs mit Berücksichtigung der Zugabe für die mechanische Bearbeitung durchgeführt.

Das Aufschweißen der nachfolgenden Lagen wird ohne vorausgehende mechanische Bearbeitung durchgeführt, wobei derselbe Schweißdraht und dasselbe Flußmittel wie beim Aufschweißen der ersten Lage verwendet werden. Die Betriebszustände beim Auftragschweißen bleiben grundsätzlich dieselben wie beim Aufschweißen der ersten Lage, aber der Schweißstrom wird um 20% heruntergeregelt und gleich 160 A eingestellt.

Das Aufschweißen einer jeden nachfolgenden Lage wird entsprechend dem konventionellen Verfahren in einem Durchgang und spiralenförmig durchgeführt mit einer relativen Steigung der aufzuschweißenden Metallraupen in der Lage von 0,35.

Nachdem die erforderliche Dicke des Überzugs aufgeschweißt worden ist, kühlt man die Welle ohne Unterbrechung ihrer Drehbewegung ab und führt die vorläufige mechanische Bearbeitung des aufgeschweißten Überzugs bis zur Erzielung der erforderlichen Masse mit einer Zugabe für die entgültige Bearbeitung, die 1 bis 1,5 mm beträgt, durch.

Hierauf wird die Welle 1 mit dem aufgeschweißten Überzug angelassen, zu welchem Zweck sie in einen Anwärm- Schachtofen in Senkrechtstellung eingebracht wird. Die Wärmebehandlung der Welle 1 mit einem aufgeschweißten Überzug 9 wird bei folgenden Zuständen durchgeführ: Erwärmung mit einer Geschwindigkeit von 80°C pro Stunde bis auf die Temperatur von 630°C, Standzeit bei dieser Temperatur 4 Stunden, Abkühlung zusammen mit dem Anwärm- Schachtofen.

In Fig. 4 ist die Verteilungslinie der bleibenden Spannungen über den Schnitt der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Welle 1 mit aufgeschweißtem Überzug 9 veranschaulicht. Diese Linie wurde durch Ausbohren und Abdrehen eines Prüflings mit nachfolgender Messung der Verformungen, an Hand der die bleibenden Spannungen errechnet wurden, erzielt.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, stellen bei der Welle 1 mit aufgeschweißtem Überzug 9, die nach dem beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß hergestellt worden ist, die bleibenden Spannungen in der Verschmelzungszone der Welle 1 und der Überzugs 9 Druckspannungen dar, die eine Größe von ca. 10 kp/mm² aufweisen. Hierbei erreichen diese Druckspannungen an der Oberfläche des Überzugs 9 eine Höhe von ca. 25 kp/mm².

Beispiel 2

Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung einer Schiffspropellerwelle mit einem Durchmesser von 400 mm und der Länge des zylindrischen Teils, der aufgeschweißt werden soll, von 6000 mm. Die Welle soll einen korrosionsbeständigen Überzug auf der gesamten Länge des zylindrischen Teils haben und gleichzeitig einen Überzug aus Lagerstoff an zwei Abschnitten, wo die Lauflagerstellen angeordnet sind. Die Welle, die aufgeschweißt werden soll, ist aus kohlenstoffhaltigem perlitischem Konstruktionsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,4% hergestellt (Tabelle 1, Stahl 40). Dieser Stahl weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von 14.10^-6 1/°C auf. Bei der Herstellung dieser Welle mit dem Überzug wird dieselbe Auftragschweißmaschine verwendet, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist.

Vor dem Aufschweißen der ersten Lage wird die zylindrische Oberfläche des Wellenschmiedestücks bis auf den Aufschweißdurchmesser abgedreht.

Hiernach folgt die Vorbereitung zum Auftragschweißen der ersten Lage. Als abschmelzende Elektrode wird Schweißdraht mit 2 mm Durchmesser, der mit dem Schweißdraht in Beispiel 1 identisch ist, und Flußmittel wie in Beispiel 1 verwendet. Die Betriebszustände beim Aufschweißen werden wie folgt eingestellt: Aufschweißgeschwindigkeit 28 m/Stunde, Lichtbogenspannung 34 V, Schweißstrom 250 A. Hiernach wird die Induktionswärmeeinrichtung eingeschaltet und einen der Wellenstümpfe wird bis auf die Temperatur von 250°C erwärmt.

Hiernach wird die erste Schweißlage aufgeschweißt. Dieses Aufschweißen wird in einem Durchgang spiralenförmig (Fig. 5a) durchgeführt, so daß die aufgeschweißten Raupen 10 des Metalls der abschmelzenden Elektrode die gleiche Richtung aufweisen. Die relative Steigung α beim Aufschweißen dieser ersten Schweißlage 8 wird gleich dem Völligkeitsgrad c der Fläche des herausragenden Teils der aufgeschweißten Raupen 10 des Metalls der abschmelzenden Elektrode festgelegt. Dieser Koeffizient ψ ergibt sich zu:

wobei
F₀tatsächliche Schnittsfläche des herausragenden Teils der aufgeschweißten Raupen 10 des Metalls der abschmelzenden Elektrode, BBreite der Schweißraupen 10 und hHöhe des herausragenden Teils der Schweißraupen 10 (Fig. 5-b) bedeuten.

Bei den angeführten Betriebszuständen für das Auftragschweißen der ersten Lage ist die Breite B der Schweißraupen 10 14 mm gleich und der Völligkeitsgrad der Fläche des herausragenden Teils dieser Raupen beträgt 0,55. Es ist bekannt, daß die relative Steigung α das Verhältnis des Abstands m zwischen den Raupen nur Breite B dieser Raupen darstellt, d. h. α = m/B (2). Das bedenkt, daß m = α B (3), und mit Berücksichtigung der Gleichung α = ψ muß der Abstand m zwischen den Schweißraupen in der Schweißlage 7,7 mm betragen. Die Steigung H einer eingängigen Spirale ergibt sich zu:

wo DWellendurchmesser ist.

Da m wesentlich kleiner ist als der Wellendurchmesser D, kann beim eingängigen spiralenförmigen Aufschweißen die Steigung H der Spirale mit für praktische Zwecke ausreichender Genauigkeit dem Abstand m zwischen den Schweißraupen gleichgesetzt werden. Im vorliegenden Falle ist also H = 7,7 mm.

Nach dem Aufschweißen der ersten Lage wird das Aufschweißen der nachfolgenden Schweißlagen durchgeführt, bis die erforderliche Dicke des Überzugs mit Berücksichtigung der Zugabe für die mechanische Bearbeitung erreicht ist. Das Aufschweißen dieser Lagen wird unter Anwendung desselben Schweißdrahts und desselben Flußmittels sowie bei den gleichen Betriebszuständen wie beim Aufschweißen der ersten Lage durchgeführt. Die relative Steigung α der Schweißraupen in der Lage wird aber gleich 0,35 festgelegt.

Hiernach wird eine mechanische Bearbeitung der aufgeschweißten Oberfläche der Welle und ihr Anlassen durchgeführt. Diese Arbeitsgänge werden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 durchgeführt.

Weiterhin werden auf der Welle an den der Anordnung der Lauflager entsprechenden Stellen Ummantelungen 11 (Fig. 6) aus Kupferlagerlegierung beispielsweise aus der Legierung angeordnet, die 10% Zinn, 2% Zink und als übriges Kupfer enthält. Hierauf folgt die mechanische Bearbeitung der Oberflächen der Ummantelung auf vorgegebene Masse und Oberflächengüte.

Wie aus Fig. 5-b ersichtlich, weist die Grenzoberfläche S zwischen der Welle 1 und der ersten auf sie aufgeschweißten Lage 8 eine Form mit Relief sich und in Längsrichtung folgenden Vertiefungen und Vorsprüngen auf. Der Verlauf der Verteilungslinie der bleibenden Spannungen für die Welle 1 mit dem auf ihr aufgeschweißtem Überzug 9 und den Ummantelungen 11, die gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist, ist derselbe wie für Wellen mit aufgeschweißtem Überzug, die gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind.

Beispiel 3

Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung einer korrosionsbeständigen Schutzummantelung für eine Schiffspropellerwelle mit 300 mm Durchmesser und 1200 mm Länge. Um das korrosionsbeständige Metall einzusparen, wird die Ummantelung mit Aufschweißen eines Überzugs aus einem solchen Metall auf das Grundmetall aus kohlenstoffhaltigem Stahl mit Ausnutzung der vorliegenden Erfindung hergestellt.

Die Ummantelung wird aus kohlenstoffhaltigem perlitischem Konstruktionsblechstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,35% hergestellt (Tabelle 1, Stahl 35). Dieser Stahl weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von 14 · 10^-6 1/°C auf. Die Dicke des Blechs, aus welchem die Ummantelung hergestellt wird, beträgt 16 mm. Ein Blech der erforderlichen Größe wird in einer Walzenblechbiegemaschine zurechtgebogen und an den Kanten durch eine Längsnaht zusammengeschweißt, wodurch auf die bekannte Weise ein Hohlzylinder erzeugt wird.

Hiernach wird die Ummantelung auf der in Fig. 1 gezeigten Auftragschweißmaschnine angeordnet.

Nach dem Einspannen der Ummantelung in den Dornen der Auftragschweißmaschine wird sie auf dem Innendurchmesser mit einer Zugabe von 3-4 mm gegenüber dem Sollmaß und auf der Außenfläche bis zur Entfernung der Zunderschicht abgedreht.

Hierauf folgt die Vorbereitung zum Aufschweißen der ersten Schweißlage, wobei die gleichen Betriebszustände eingestellt werden, wie sie im vorhergehenden Beispiel 2 zur Anwendung kamen. Hierbei werden die gleichen abschmelzenden Elektroden und das gleiche Flußmittel wie in Beispiel 2 verwendet und die Ummantelung wird vorläufig bis auf die Temperatur von 200°C vorgewärmt.

Hierauf wird das Aufschweißen der ersten Schweißlage durchgeführt, wobei zum Unterschied vom Beispiel 2 das Aufschweißen in Spiralen mit gleichem Steigungssinn in drei Durchgängen erfolgt (Fig. 7). Die relative Steigung der Schweißraupen in der Schweißlage wird gleich 0,55, d. h. gleich dem Völligkeitsgrad ψ der Fläche der herausragenden Teile der Schweißraupen bei eingestellten Betriebszuständen festgelegt. Bei einer solchen relativen Steigung α ergibt sich die Steigung Hm einer jeden aufzuschweißenden Spirale zu Hm = B α n (5), wobei n Gangzahl, d. h. 14 · 0,55 · 3 = 23,1 mm ist und die Versetzung a zwischen ihnen beträgt a = Hm/n (6), d. h. a = 23,1/3 = 7,7 mm.

Nach dem Aufschweißen der ersten Schweißlage wird das Aufschweißen der nachfolgenden Schweißlagen durchgeführt, bis die vorgegebene Dicke des Überzugs mit Berücksichtigung der Zugabe für die mechanische Bearbeitung erreicht ist. Das Aufschweißen dieser Lagen wird ebenfalls wie das Aufschweißen der ersten Schweißlage in Spiralen mit gleichem Steigungssinn in drei Durchgängen durchgeführt. Die relative Steigung α der Schweißraupen in der Schweißlage wird aber gleich 0,3 eingestellt.

Hierauf folgt die mechanische Bearbeitung der Ummantelung mit dem Überzug auf der Außenfläche, um die Sollmasse mit Berücksichtigung der Bearbeitungszugabe zum endgültigen Schlichten zu erzielen.

Weiterhin wird das Anlassen bei senkrechter Stellung der Ummantelung mit dem Überzug in einem Anwärm- Schachtofen bei folgenden Betriebszuständen durchgeführt: Erwärmung bis auf die Temperatur von 630°C mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 100°C pro Stunde, eine Standzeit von 3 Stunden, Abkühlung gemeinsam mit dem Ofen.

Hierauf folgt die mechanische Bearbeitung der Ummantelung mit dem Überzug auf das Sollmaß ihres Innendurchmessers und der Stirnflächen in bezug auf den Außendurchmesser. Die Befestigung der Ummantelung auf der Schiffspropellerwelle wird gemäß den bekannten Verfahren ausgeführt, darunter auch durch Aufpressen in heißem Zustand. Anschließend folgt das endgültige Abdrehen des Außendurchmessers der Ummantelung.

Bei der gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellten Ummantelung ist die Form der Grenzfläche S zwischen der Ummantelung und dem auf ihr aufgeschweißtem Überzug sowie der Linienverlauf der bleibenden Spannungen identisch mit diesen Parametern für die Welle 1 mit dem Überzug 9 in Beispiel 2.

Beispiel 4

Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Welle mit 70 mm Durchmesser und 2000 mm Länge mit aufgeschweißtem korrosionsbeständigem Überzug, der eine Dicke von 6 mm aufweist. Die aufzuschweißende Welle ist aus kohlenstoffhaltigem perlitischem Konstruktionsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,2% hergestellt (Tabelle 1, Stahl 20). Dieser Stahl weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von 14 · 10^-6 1/°C auf.

Bei der Herstellung dieser Welle mit dem Überzug wird eine ebensolche Auftragschweißmaschine verwendet und es werden auch grundsätzlich ebensolche Betriebszustände eingestellt wie in den vorstehend beschriebenen Beispielen. Aber mit Berücksichtigung des verhältnismäßig kleinen Durchmessers dieser Welle und ihrer großen Länge, wird das Aufschweißen der ersten Lage des Metalls der abschmelzenden Elektrode in mehreren Durchgängen, spiralenförmig, mit erfindungsgemäß kreuzartiger Anordnung der Spiralenlinien durchgeführt.

Als abschmelzende Elektrode wird ein Schweißdraht mit 2 mm Durchmesser verwendet, der ca. 0,06% Kohlenstoff und 1,4% Chrom enthält, und Flußmittel wie in Beispiel 1. Der thermische Ausdehnungskoeffizient dieses Schweißdrahts beträgt 10 · 10^-6 1/°C.

Nach dem Einspannen der Welle auf der Auftragschweißmaschine werden folgende Betriebszustände für das Auftragschweißen eingestellt: Aufschweißgeschwindigkeit 25,5 m/Stunde, Lichtbogenspannung 32 V, Schweißstrom 220 A. Bei diesen Bedingungen beträgt die Breite der Schweißraupe des Metalls der abschmelzenden Elektrode B 14 mm und der Völligkeitsgrad ψ der Fläche des herausragenden Teils wird gleich 0,6 sein.

Zur Herabsetzung der Einwirkung der Wärme auf die Welle beim Aufschweißen der ersten Schweißlage wird die Gangzahl gleich 8 für die Spirale sowohl mit dem einen als auch mit dem entgegengesetzten Steigungssinn gesetzt. Ausgehend davon, daß die relative Steigung α der Schweißraupen mit gleichem Steigungssinn in der Schweißlage dem Völligkeitsgrad ψ der Fläche ihres herausragenden Teils gleich ist, kann leicht abgeleitet werden, daß die Steigung Hm einer jeden Spirale mit dem einen und dem entgegengesetzten Steigungssinn dem nachstehend angeführten Wert gleich sein muß:

wo n Gangzahl der in gleicher Richtung steigenden Spiralen ist.

Infolge der großen Gangzahl muß die Steigung der mehrgängigen Spirale nach dieser Formel berechnet werden. Aus der Berechnung nach dieser Formel folgt, daß die Steigung der Spiralen im vorliegenden Falle 135,4 mm gleich sein muß.

Nach der Erwärmung des Wellenstumpfs bis auf die Temperatur von 200°C, die wie in den schon vorstehend beschriebenen Beispielen durchgeführt wird, wird das Aufschweißen auf einer der Spiralen, beispielsweise auf der rechtssteigenden Spirale, bei der Steigung der Spirale Hm von 135,4 mm ausgeführt. Nach dem Aufschweißen der Schweißraupe des Metalls der abschmelzenden Elektrode auf dieser Spirale wird das Aufschweißen der zweiten Spirale mit entgegengesetztem Steigungssinn, entsprechend der linkssteigenden Spirale (Fig. 8) ausgeführt. Das Aufschweißen dieser zweiten Spirale beginnt man mit einer Drehung der Welle bezüglich des Anfangs der ersten Spirale um die Achse der Welle 1 um den Winkel von 180°C.

Nachdem das Aufschweißen auf der zweiten Spirale abgeschlossen ist, führt man das Aufschweißen der dritten Spirale aus, die gleichsinnig mit der ersten steigt aber ihr gegenüber in Richtung der Wellenachse um den Betrag a = Hm/n, d. h. um den Betrag a = 135,4/8 = 16,8 mm versetzt ist.

Weiterhin wird identisch und in der angeführten Reihenfolge das Aufschweißen der nachfolgenden Spiralen durchgeführt, die die erste Schweißlage bilden.

Die Grenzfläche zwischen der Welle 1 und der ersten auf ihr aufgeschweißten Schweißlage 8 weist ein Relief auf, in dem sich die Vertiefungen und Vorsprünge kontinuierlich sowohl in Richtung entlang der Achse der Welle 1 als auch rund um ihre Achse folgen. Eine solche Fläche weist ein stärkeres Relief auf als die Grenzfläche S, die nach den in Beispielen 2 und 3 (Fig. 5-b) beschriebenen Verfahren erzielt wird.

Nach dem Aufschweißen der ersten Schweißlage werden die nachfolgenden Schweißlagen aufgeschweißt, bis die vorgegebene Dicke des Überzugs mit Berücksichtigung der Zugabe für die mechanische Bearbeitung erreicht ist.

Alle nachfolgenden Schweißlagen werden auf gleichsinnig steigenden Spiralen in acht Durchgängen für jede Lage aufgeschweißt. Hierbei bleiben die Betriebszustände für das Aufschweißen praktisch dieselben wie beim Aufschweißen der ersten Schweißlage, wobei auch der gleiche Schweißdraht und das gleiche Flußmittel verwendet werden. Aber der Schweißstrom wird um 20% reduziert, d. h. er wird gleich 180 A eingestellt.

Hiernach werden die mechanische Bearbeitung und das Anlassen der Welle mit dem aufgeschweißten Überzug durchgeführt, die auf die gleiche Weise wie in den vorstehend angeführten Beispielen erfolgen.

Der Verlauf der Verteilungslinie der bleibenden Spannungen in der Welle, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist, bleibt derselbe wie bei den Teilen mit aufgeschweißtem Überzug, welche in den vorstehend angeführten Beispielen beschrieben worden sind.

Beispiel 5

Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Welle mit aufgeschweißtem Überzug, bei dem das Aufschweißen der ersten Lage durch Punkt-Auftragschweißen des Metalls der abschmelzenden Elektrode erfindungsgemäß ausgeführt wird.

Das Beispiel betrifft die Herstellung einer Welle mit 100 mm Durchmesser und 2500 mm Länge und einen 6 mm dicken korrosionsbeständigen Überzug. Die zum Aufschweißen bestimmte Welle ist aus dem Stahl 35 hergestellt.

Zum Auftragschweißen des Überzugs wird ein Schweißdraht mit dem Durchmesser von 2 mm verwendet, der ca. 0,12% Kohlenstoff und 1,3% Chrom enthält. Der thermische Ausdehnungskoeffizient dieses Schweißdrahts ist gleiche 10 · 10^-6 1/°C. Als Flußmittel wird das Flußmittel von Beispiel 1 verwendet.

Zum Auftragschweißen des Überzugs wird grundsätzlich eine ebensolche Auftragschweißmaschine eingesetzt, wie in den vorstehend beschriebenen Beispielen. Zur Erzielung des Punkt-Auftragschweißens der ersten Schweißlage bei einer stabilen äußeren Kennlinie der Speisequelle wird ein schrittförmiger Vorschub des Schweißdrahts gewährleistet. Hierzu wird im Schweißdraht- Vorschubmechanismus als Antriebsrolle eine Formrolle 12 (Fig. 9) mit Abflachungen 13 verwendet, und ein Begrenzer 14 der Bewegung einer Abtriebsrolle 15 eingebaut, die gegen die Antriebsrolle 12 gedrückt wird, wodurch der Vorschub des Schweißdrahts 4 unterbrochen wird, wenn die Abflachungen 13 gegenüber der Abtriebsrolle 15 zu stehen kommen. Hierbei werden die Abmessungen der Abflachung derart gewählt, daß das Verhältnis der Vorschubzeit des Drahts zur Stillstandzeit des Drahts, 0,55 bis 0,75 beträgt.

Der Betriebszustand für das Auftragschweißen der ersten Schweißlage wird wie folgt eingestellt: Aufschweißgeschwindigkeit 26 m/Stunde Schweißstrom 200 bis 220 A, Lichtbogenspannung 30 bis 32 V. Beim Erfüllen der angeführten Bedingungen muß die Geschwindigkeit der Zustellbewegung des Schweißdrahts zur Oberfläche der Welle 1 156 m/Stunde betragen, um ein stabiles Brennen des Lichtbogens zu gewährleisten.

Vor Beginn des Auftragschweißens der ersten Schweißlage wird mindestens der anfängliche Abschnitt der Welle auf einer Länge von 300 mm bis auf die Temperatur von 220°C erwärmt, wozu man wie auch in den vorstehend beschriebenen Beispielen eine Induktionserwärmungseinrichtung verwendet.

Hiernach wird das Aufschweißen der ersten Schweißlage ausgeführt, zu welchem Zweck man die Welle 1 in Drehung setzt, den Support 2 mit dem Auftragschweißkopf 3 die Vorschubbewegung ausführen läßt und somit wie auch in den vorstehend beschriebenen Beispielen das Abfahren der Welle auf einer Spirale durchführt (Fig. 10). Hierbei wird das Aufschweißen der ersten Schweißlage in einem Durchgang mit einer relativen Steigung α der bedingt ununterbrochenen Schweißraupen in der Schweißlage von 0,85 durchgeführt. Bei einer solchen relativen Steigung α wird gemäß Versuchsergebnissen bei den vorstehend angeführten Betriebszuständen eine Überdeckung der Verschmelzungszonen der einzelnen Schweißpunkte in benachbarten Windungen der Spirale gewährleistet.

Während des Vorschubs des Schweißdrahts 4, der beim Kontakt der Rolle 12 durchgeführt wird, erfolgt das Zünden des Lichtbogens und es läuft das Auftragschweißen des Punkts des Metalls der abschmelzenden Elektrode ab. Bei den angeführten Betriebszuständen beträgt die Zeit, während der die Zustellbewegung des Schweißdrahts zur Oberfläche der Welle 1 vor sich geht, 0,5 bis 0,6 s, und der Durchmesser des Schweißpunkts des Metalls der abschmelzenden Elektrode ist gleich 15 bis 16 mm. Bei der nachfolgenden Drehung der Form-Antriebsrolle 12 kommt gegenüber dem Schweißdraht eine der Abflachungen 13 zu stehen, und trotz der weiter fortlaufenden Drehung der Form-Antriebsrolle 12 setzt der Schweißdrahtvorschub aus. Hierbei folgt zuerst eine kurze Periode, während der der Lichtbogen gestreckt wird, deren Dauer bei den angeführten Betriebszuständen 0,20 bis 0,25 s beträgt und die durch die Vergrößerung der Lichtbogenstrecke bedingt ist, und anschließend, wenn die Lichtbogenstrecke ihren kritischen Wert errreicht, erlischt der Lichtbogen. Nach der Drehung der Form-Antriebsrolle 12 um einen Winkel, bei dem mit dem Schweißdraht die kreisförmige Oberfläche dieser Rolle 12 in Berührung kommt, setzt der Schweißdrahtvorschub erneut ein. Da bei den angeführten Betriebszuständen für das Aufschweißen der ersten Schweißlage die Zeit, für die der Lichtbogen erlöscht, weniger als 0,8 s beträgt, verbleibt beim erneuten Vorschub des Schweißdrahts sein Ende gegenüber dem Abschnitt mit aufgeschmolzener und ionisierter Schlacke, die während des Aufschweißens des vorhergehenden Schweißpunkts entstanden ist. Bei diesen Verhältnissen zündet der Lichtbogen stabil und das Aufschweißen des an der Reihe stehenden Schweißpunkts des Metalls der abschmelzenden Elektrode beginnt.

Weiterhin wiederholt sich das Aufschweißen. Hierbei beträgt das Zeitintervall zwischen dem Aufschweißen eines jeden nachfolgenden Schweißpunkts 1,4 s und der Abstand zwischen den Mittelpunkten der aufeinanderfolgenden Schweißpunkte auf der Wellenoberfläche ist 10 mm gleich. Somit beträgt dieser Abstand 0,63 bis 0,66 des Durchmessers dieser Punkte des Schweißmetalls auf der Wellenoberfläche.

Nach dem Aufschweißen der ersten Schweißlage wird an der Maschine ein gewöhnlicher Schweißdraht- Vorschubmechanismus mit einer konstanten Geschwindigkeit seiner Zustellbewegung zur auftragzuschweißender Oberfläche, installiert. Das Auftragschweißen der nachfolgenden Schweißlagen wird bei den gleichen Betriebszuständen des Lichtbogens und der gleichen Aufschweißgeschwindigkeit wie beim Aufschweißen der nachfolgenden Schweißlagen in Beispiel 4 durchgeführt.

Nach dem Aufschweißen der erforderlichen Zahl der Schweißlagen wird die Welle mit dem aufgeschweißten Überzug mechanisch bearbeitet und angelassen, was auf die in den vorstehend beschriebenen Beispielen angeführte Art und Weise durchgeführt wird.

Die Grenzfläche S zwischen der Welle 1 und der ersten auf ihr aufgeschweißten Schweißlage 8 des Überzugs 9 stellt eine Oberfläche mit stark entwickeltem Relief, das eine Wabenstruktur aufweist, dar. Der Linienverlauf der bleibenden Spannungen der Welle mit dem Überzug, der gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist, ist derselbe wie bei den Wellen mit Überzug, die gemäß Beispielen 1 bis 4 hergestellt worden sind.

Bei der Beschreibung des Beispiels 5 wurde einer der Wege zur Gewährleistung des Punkt-Auftragschweißens mittels der Anwendung einer Form-Antriebsrolle im Schweißdraht-Vorschubmechanismus beschrieben. Da die Mittel zur Gewährleistung des Punkt-Auftragschweißens mit dem Wesen der Erfindung nicht zusammenhängen, werden keine weiteren Beispiele angeführt. Aber es ist verständlich, daß auch andere Mittel zur Gewährleistung des Punkt-Auftragschweißens möglich sind, darunter auch die Anwendung einer nockenförmigen Antriebsrolle mit einer Oberfläche, die eine Änderung der Schweißdraht- Vorschubgeschwindigkeit innerhalb eines Bereich gewährleistet, in dem der Lichtbogen stabil brennt, der Einsatz von Schrittmotoren oder eines Antriebs für den Schweißdraht-Vorschubmechanismus mit einer sich periodisch ändernden Geschwindigkeit, die Versendung einer Stromquelle zum Speisen des Lichtbogens mit periodischer Änderung der äußeren Kennlinie sowie eine Kombination der angeführten Mittel. Hierbei müssen die Betriebszustände beim Aufschweißen der ersten Schweißlage, das Verhältnis der Lichtbogenbrenndauer zur Pausendauer grundsätzlich die gleichen bleiben, wie sie in Beispiel 5 angeführt sind, und das Aufschweißen der ersten Schweißlage mit Schweißpunkten gewährleisten, bei denen der Abstand zwischen ihren Mittelpunkten 0,30 bis 0,60 des Durchmessers dieser Punkt auf der Wellenoberfläche gleich ist.

Die angeführten Beispiele 1 bis 5 zum Realisieren des erfindungsgemäßen Verfahrens bezogen sich auf die Herstellung von Wellen mit aufgeschweißtem Überzug, der aus gleichartigem Metall hergestellt wurde. Die nachfolgenden Beispiele beziehen sich auf die Herstellung von Wellen mit aufgeschweißtem Überzug, der aus verschiedenartigen Metallen hergestellt wird.

Beispiel 6

Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Welle mit aufgeschweißtem Überzug, dessen Decklagen aus nichtrostendem austenitischem Stahl bestehen.

Die Welle, auf die der Überzug aufzuschweißen ist, ist dieselbe wie in Beispiel 4. Auf diese Welle wird, wie in Beispiel 4 beschrieben, auf Spiralen, deren Steigungsrichtungen sich kreuzen, die erste Schweißlage aus hochlegiertem Chromstahl aufgetragen.

Nach dem Aufschweißen der ersten Schweißlage und dem Abkühlen der Welle folgt die mechanische Bearbeitung der Oberfläche auf Glättungsklasse 3.

Weiterhin wird die Vorbereitung zum Auftragschweißen des nichtrostenden austenitischen Stahls durchgeführt. Als abschmelzende Elektrode wird ein Schweißdraht mit 2 mm Durchmesser verwendet, das ca. 0,04% Kohlenstoff, 1,9% Chrom, 1,1% Nickel, 3% Mangan enthält. Der Stahl dieser Elektrode weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von 16 · 10^-6 1/°C auf.

Die Betriebszustände für das Auftragschweißen der ersten und der nachfolgenden Schweißlagen werden wie folgt gewählt: Aufschweißgeschwindigkeit 25 m/Stunde Lichtbogenspannung 32 V, Schweißstrom 40 A. Das Aufschweißen sämtlicher Schweißlagen des nichtrostenden austenitischen Stahls wird auf Spiralen mit gleicher Steigungsrichtung in acht Durchgängen durchgeführt, wie in Beispiel 5 beschrieben, bei den gleichen Schweißlichtbogenparametern.

Nach dem Aufschweißen sämtlicher Schweißlagen folgen die mechanische Bearbeitung und das Anlassen ebenso wie in Beispiel 5.

Die gemäß diesem Verfahren hergestellte Welle 1 besitzt einen Überzug, in welchem die Decklagen 16 (Fig. 11) aus nichtrostendem austenitischem Stahl hergestellt sind, und zwischen diesen Lagen 16 und dem Metall der Welle 1 eine Zwischenlage 8 aus hochlegiertem Chromstahl liegt.

Zur Umwandlung der bleibenden Zugspannungen, die in den Lagen aus nichtrostendem austenitischem Stahl entstehen, in Druckspannungen, kann die hergestellte Welle mit dem Überzug gefriemelt werden. In diesem Falle weist der Linienverlauf der Verteilung der bleibenden Spannungen den gleichen Charakter auf, wie der Linienverlauf der Verteilung der bleibenden Spannungen in Wellen, die gemäß den in Beispielen 1 bis 5 beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind.

Beispiel 7

Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Stahlwelle mit aufgeschweißtem Überzug, dessen Deckelagen mit einer Dicke von 12 mm zum Schutz gegen Korrosion und Verschleiß in den Lauflagern aus Bronze hergestellt sind.

Die für das Aufschweißen bestimmte Welle besitzt einen Durchmesser von 300 mm und eine Länge von 5500 mm und ist aus Stahl 35 hergestellt.

Auf diese Welle wird eine Lage hochlegierten Chromstahls mit Einbuchtungen der Sohle dieser Lage in das Metall der Welle gemäß dem Wesen der Erfindung aufgeschweißt. Dieses Aufschweißen kann nach einem jeden der in Beispiele 1 bis 5 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, darunter auch durch Aufschweißen des Metalls der abschmelzenden Elektrode spiralenförmig, in einem Durchgang, wie in Beispiel 2 beschrieben.

Nach dem Aufschweißen der ersten Schweißlage und der Abkühlung der Welle folgt die mechanische Bearbeitung der Oberfläche dieser Lage bis auf Glättungsklasse 3.

Hiernach wird die Vorbereitung zum Aufschweißen der Bronze durchgeführt. Als abschmelzende Elektrode wird ein Schweißdraht mit 2 mm Durchmesser verwendet, der aus Siliciumbronze besteht. Diese Bronze enthält von 2,75% bis 3,5% Silicium, von 1,0% bis 1,5% Mangan und als Rest Kupfer. Die Aufschweißgeschwindigkeit wird gleich 18 m/Stunde eingestellt. Zum Bronzeauftragschweißen wird das Schutzgas-Argon-Impulslichtbogenschweißen bei folgenden Betriebszuständen verwenden: Strom im zusätzlichen Lichtbogen 90 A, Spannung am zusätzlichen Lichtbogen 22 V, Impulsstrom 650 A, Stromimpulsdauer 1,8 m/s, Impulsfrequenz 50 Hz.

Das Aufschweißen sämtlicher Bronzelagen wird spiralenförmig in einem Durchgang mit einer relativen Steigung der Schweißraupen des Metall in jeder Lage gleich 0,55 durchgeführt.

Nach dem Aufschweißen des Bronzeüberzugs mit der erforderlichen Dicke mit Berücksichtigung der Zugabe für die mechanische Bearbeitung werden eine mechanische Bearbeitung und das Anlassen der Welle mit dem aufgeschweißten Überzug durchgeführt. Das Anlassen wird in einem Anwärm-Schachtofen bei senkrechter Anordnung der Welle mit dem Überzug und bei folgenden Wärmezuständen durchgeführt: Erwärmung mit einer Geschwindigkeit von 120°C/Stunde bis auf die Temperatur von 630°C, Standzeit bei dieser Temperatur -3,5 Stunden, Abkühlung zusammen mit dem Ofen.

Hiernach folgt die endgültige mechanische Bearbeitung bis auf die erforderliche Glättungsklasse der Oberfläche.

Der Linienverlauf der bleibenden Spannungen bei der Welle mit Überzug, der gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist, ist identisch mit dem Linienverlauf bei der Welle mit Überzug aus austenitischem nichtrostendem Stahl, der nicht gefriemelt worden ist.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren wurden bei verschiedenartigen Kombinationen der Metalle der Welle und der aufgeschweißten Überzüge erprobt. In den nachstehend angeführten Tabellen 1 und 2 sind ausführliche Angaben über die chemische Zusammensetzung des Metalls der Welle bzw. der aufgeschweißten Schweißlagen, die in der Beschreibung erwähnt bzw. erprobt worden sind, zusammengestellt.

Industrielle Anwendbarkeit

Werkstücke mit aufgeschweißtem Überzug, die mit Anwendung der vorliegenden Erfindung wie in den Ausführungsbeispielen beschrieben hergestellt worden sind, weisen eine Grenzfläche S mit Relief in der Verschmelzungszone des Metalls der Welle 1 und der ersten auf ihre aufgeschweißten Lage 8 auf. Hierbei sind in dieser Verschmelzungszone und in der ersten aufgeschweißten Schweißlage 8 bleibende Druckspannungen wirksam. In der Verschmelzungszone wird dabei eine allmähliche Änderung des thermischen Ausdehnungskoeffizients und das Nichtvorhandensein von sprungartigen Spannungsänderungen gewährleistet.

Infolgedessen sind in einem solchen Teil die Makro- und Mikrofehler in der Verschmelzungszone der Einwirkung zusammendrückender Kräfte ausgesetzt und werden beim Betrieb nur unwesentlich zugbeansprucht bzw. solche Zugbeanspruchungen treten überhaupt sich in Erscheinung, falls die bleibenden Druckspannungen groß genug sind. In diesen Verhältnissen ist die Wahrscheinlichkeit einer Bildung von Mikrorissen in der Verschmelzungszone und ihrer Weiterentwicklung äußerst gering. Dabei bedingen die Form der Grenzfläche S mit Relief und das Nichtvorhandensein sprungartiger Änderungen der Spannungen in der Verschmelzungszone eine wesentliche Verminderung der Wahrscheinlichkeit, daß der Überzug abgeschert wird.

Die Dauer- und Korrosionsermüdungsfestigkeit der Teile mit aufgeschweißtem Überzug, die erfindungsgemäß hergestellt worden sind, wurde an Prüflingen festgestellt, welche man aus der nachstehend angeführten Kombination der Werkstoffe des Teils und des aufgeschweißten Überzugs herstellte, einschließlich tragender Gleitelemente. Hierbei betrug der Durchmesser der Prüflinge 60 bis 70 mm. Die Prüfungen wurde auf einer Biege-Dauerprüfmaschine durchgeführt, die die Biegebeanspruchung der Probe mit einer Frequenz von 1000 bis 1750 min^-1 gewährleistete. Bei der Untersuchung der Korrosionsermüdungsfestigkeit wurde als aggressives Medium syntetisches Seewasser verwendet, das eine 3prozentige Natriumchloridlösung darstellte. Die Grenzlastspielzahl bei den Dauerfestigkeitsprüfungen betrug 10×10⁶ Lastspiele, und die Korrosionsermüdungsfestigkeit wurde ausgehend von der Grenzlastspielzahl im Bereich von 50×10⁶ bis 80×10⁶ Lastspiele bestimmt.

Die Prüfungen ergaben, daß die Dauerfestigkeit der Proben 20 bis 24 kp/mm² gleich ist, und die Korrosionsermüdungsfestigkeit bei einer Grenzlastspielzahl von 10×10⁶ Lastspielen im Bereich von 18 bis 21 kp/mm² liegt. Die Dauerschwingversuche mit den Proben mit aufgeschweißtem Überzug und erfindungsgemäßer Bronzeummantelung haben erwiesen, das die Bronzeummantelung die Dauerfestigkeit der Proben nicht beeinträchtigt. Die Dauerfestigkeit der Proben wurde auch durch Fehler nicht beeinträchtigt, welche beim Auftragschweißen des Überzugs entstanden, darunter auch Gas- und Schlackeeinschlüsse und Oberflächenrisse, die in den Proben während der Versuche entstanden.

Die Herstellung der Proben und die Durchführung ihrer Versuche wurde nach einem Verfahren durchgeführt, das eine begründete Übertragung der Ergebnisse der Untersuchung auf konkrete Objekte gewährleistete.

All dies ermöglichte eine Begründung der breiten Anwendung der Erfindung mit Erzielung der vorstehend angeführten Vorteile für die metallaufwendigen Teile, welche der Einwirkung hoher dynamischer Beanspruchungen ausgesetzt sind und in einem aggressiven Medium arbeiten. Die Erfindung ermöglicht es, eine große Lebensdauer solcher Teile zu gewährleisten und dabei die Herstellungskosten durch eine sparsame Verwendung von mangelhaften und teuren Werkstoffen zu erzielen.

Zu den Objekten, für die die Erfindung unmittelbar verwendet werden kann, gehören Schiffspropellerwellen, welche eine Länge von mehreren Metern bei einem großen Verhältnis der Wellenlänge zum Wellendurchmesser aufweisen und deren Betrieb mit der Übertragung großer Kräfte zusammenhängt und in aggressiven Seewasser erfolgt.

Tabelle 1

Chemische Zusammensetzung von kohlenstoffhaltigen perlitischen Konstruktionsstählen

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von Teilen mit aufgeschweißtem Überzug, das das Lichtbogen-Auftragschweißen des Teils mit abschmelzender Elektrode, eine mechanische Bearbeitung und das Anlassen beinhaltet, wobei als abschmelzende Elektrode zur Auftragschweißung des Überzugs eine solche Elektrode verwendet wird, deren Metall einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metalls des Teils und wobei das Teil im Bereich der Sohle des Überzugs eingebuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der ersten Überzugslage periodische, zumindest in einer Richtung kontinuierlich folgende Einbuchtungen der Sohle geschaffen werden, derart, daß in der Verschmelzungszone ein Relief mit Vertiefungen und Vorsprüngen gebildet wird, die kontinuierlich einander mindestens in Wirkungsrichtung der gefährlichsten Kräfte folgen, die im Teil während des Betriebs entstehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen der Sohle der ersten Schweißlage in das Metall des Teils aufeinanderfolgend durch mechanische Bearbeitung und Aufschweißen des Metalls in die geschaffenen Vertiefungen hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen der Sohle der ersten Schweißlage in das Metall des Teils durch Aufschweißen dieser Lage mit einer abschmelzenden Drahtelektrode als gleichsinnig angeordnete Raupen erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen der Sohle der ersten Schweißlage in das Metall des Teils durch Aufschweißen dieser Lage mit einer Drahtelektrode mit kreuzartig angeordneten Raupen erzeugt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen der Sohle der ersten Schweißlage in das Metall des Teils durch Punktauftragschweißen dieser Lage mit einem Abstand zwischen den Mittelpunkten der benachbarten Schweißpunkte des Metalls erzeugt werden, der 0,30 bis 0,68 des Durchmessers dieser Schweißpunkte auf der Werkstückoberfläche beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Punktauftragschweißen der ersten Schweißlage des Metalls durch den Vorschub der abschmelzenden Drahtelektrode zur Teiloberfläche mit periodisch wechselnder Vorschubgeschwindigkeit und bei konstanter Geschwindigkeit der Relativbewegung dieser Elektrode entlang der Teiloberfläche sowie bei stabiler äußerer Kennlinie der Speisequelle durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Änderung der Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden Drahtelektrode durch einen schrittweisen Vorschub dieser Elektrode durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Punktauftragschweißen der ersten Schweißlage des Metalls beim Betriebszustand mit periodischer Änderung der äußeren Kennlinie der Speisequelle einem kontinuierlichen Vorschub der abschmelzenden Drahtelektrode zur Teiloberfläche und dem Vorschub der Elektrode mit konstanter Relativgeschwindigkeit entlang der Werkstückoberfläche erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschweißen der ersten Schweißlage mit einer Drahtelektrode in mehreren Durchgängen ausgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Raupen im Metall des Teiles dem Füllfaktor entspricht.

11. Teil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug mit Schweißlagen aus verschiedenartigen Metallen ausgeführt ist.

12. Teil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei kohlenstoffhaltigem bzw. niedriglegiertem Stahl mindestens die erste Schweißlage des Überzugs aus hochlegiertem Chromstahl hergestellt ist.

13. Teil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schweißlage aus hochlegiertem Chromstahl ein Überzug aus nichtrostendem austenitischem Stahl aufgeschweißt ist.

14. Teil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieses eine Schiffspropellerwelle darstellt.