DE3050319T1 - Method of manufacturing articles with surfacing coating and article made by this method - Google Patents

Description

VBRPAHREN ZUR HIiRSTKLLUNG VOII TEILIiN MIT AUPGESCOTEISSTEM ÜBERZUG UND TEIL, IHR MITTELS DIESES VERFAHRENS HERGESTELLT IST

■ Anwendungsgebiet

5. ' _; Die Erfindung betrifft.die Schweisstechnik beim Auftragschweissen von Metallen. Genauer genommen betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung von Teilen mit

♦ · ■ - ■ ■ - -

aufgeschweisstem Überzug und die Teile, die mittels solcher Verfahren hergestellt sind. Solche Verfahren und Teile mit aufgeschweisstem Überzug kommen zum Einsatz,, wenn aus konstruktiven Gründen verschiedentlich^ Kombinationen der Eigenschaften des zentralen Teils und der Oberflächenschicht des Erzeugnissee zu gewährleisten sind bzw. wenn das durch die wirtschaftlichen Notwendig-' keit 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 Beständig-." keit 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.

Bisheriger Stand der Technik

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 annäherend dem therrni-

3". 3050313

sehen 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 Betriebszu- . ^; ständen des AuftragschweiSSens in· der Verschmelzungs- ■'-

■'.. zone 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 Zustande der Teile, beispielsweise in Wellen, ihren maximalen Wert an der Werk- stückoberfläche erreichen, bedingen die Makro- und Mikrofehler in der.Verschraelzungszone das Zustandekommen von Mikrorissen.-Diese Mikrorisse können auch beim Anlassen entstehen,, sowie unter Einwirkung von Temperaturänderungen beim Betrieb des Teils, die von dem Zustan.dekommen 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 diesel* 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 Paktoren wirken sich noch erheblicher infolge des Entstehens erheblicher bleibender Spannungen im nach dem Aufsehwöissen 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 erheb-. liehe Herabsetzung der bleibenden Spannungen gewähr-, leistet. Bei seiner Durchführung wird nach dem Lichtbogen-Mehrlagen-Auftragschweissen des Werkstücks mit : abschmelzender Elektrode und der mechanischen,Bear- :

■ . ■ <

beitung ein Anlassen.bewerkstelligt (Frumin I.I. "Automatisches Lichtbogen-Auftragschweissen",. Avtomatiches-. | kaya elektrodugovaya naplavka, Verlag "Metallurgizdat", 1961, Seite 374). Dieses Verfahren ist dem erfindungs-. gemässen Verfahren am. nächsten. Aber bei diesem bekannten Verfahren wird der Arbeitsgang der Auftragschweissung des Werkstücks mit abschmelzender Elektrode wie bei den bekannten, vorstehend beschriebenen Verfahren, durchgeführt, und aus diesem Grunde weist die Grenzfläche zwischen dem Teil und dem Überzug die minimale Dicke der Versehmelzungszone auf und ist eben. Infolgedessen wird die Festigkeit eines derartigen Teils durch alle vorstehend beschriebenen Faktoren beeinflusst, die eine Herabsetzung der Festigkeit dieses Teils herbeiführen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,' ein Verfahren zur Herstellung von Teilen mit aufgeschweisstem Überzug und zusammen mit dem Verfahren das Teil mit dem Überzug selbst zu entwickeln, das dank einer bestimmten Durchführung des Arbeitsgangs dor Auftragschweissung der ersten Lage eine solche Verschmelzungszone des Teils mit dem Überzug aufweist, dass das Vorhandensein, von Makro- und Mikrofehtlern in dieser Zone

- ßc -

sich auf die Festigkeit des fertigen Teils nicht auswirkt. . · '

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung von Teilen mit aufgeschweisstem Überzug

'5 durch Lichtbogen-Mehrlagen-Auftragschweissen des Teils mit abschmelzender Elektrode, mechanische Bearbeitung •sowie durch Anlassen, erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Aufschweissen der ersten Lage derart durchgeführt wird, dass periodische, nacheinander mindestens in einer Richtung kontinuierlich folgende Einbuchtungen der Sohle dieser Lage in das Metall des Teils gewährleistet werden, und. als abschmelzende Elektrode zur Auftragschweissung dieser.Lage eine solche Elektrode ver- _; . wendet wird,, deren Metall einen thermischen Ausdehnungs- " koeffizient aufweist, der kleiner ist als der thermi- J--sche Ausdehnungskoeffizient des Metalls des Teils. ;

Das fertige Erzeugnis, dass auf diese Weise hergestellt ist und ein Teil mit aufgeschweisstem Überzug ; darstellt, weist erfindungsgemäss im der Verschmelzungs-..

zone 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 Verschmelsungszone dieser Metalle erzielt, wodurch die

-Jif-

' die Wärmeverformung herbeiführenden Kräfte stark ab-. nehmen, die, unter anderem, beim Anlassen .wirksam-werden. Dank der 7/irküng von bleibenden Druckspannungen in der Versehmelzungszone sind die Makro- und Mikro-

. 5 fehler in dieser-Zone, die sich im zusammengepressten , Zuatand befinden, keine Ursachen für die Entwicklung von Mikrorissen. Ausserdem bedingen die bleibenden . Druckspannungen eine bedeutende Erhöhung der Festigkeit, des fertigen Erzeugnisses in der Verschmelzungs- zone, da die unter Einwirkung äusserer Beanspruchungen entstehender. Zugspannungen um den Betrag dieser blei- . :. benden Druckspannungen verringert werden, und bei gros-I sen 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 aufgeschweiasten 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 stettigen 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

. ..' ■■■■ ■■' ... ■' -Ρ- ';

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 unter- schiedliche 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,über-. massig 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 seih, die in bezug auf das Entstehen von makro- und mikro- . fehlern 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 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 auf-

. geschweissten. Lage, die dem Völligkeitsgrad der Fläche 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 Teile 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

10^:. aufgeschweisst wird, mit einer relativ ebenen Aussenflache 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 angeord-

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 aufge- schweissten Metalls und mit einer relativen Steigung der aufgeschweissten und in einer Richtung verlaufenden Raupen in der Lage, die dem yölligkeitsgrad der Fläche des herausragenden Teils dieser Raupen gleich ist, er- ^; zeugt 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 AiASsenfläebie 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 Beanspruehungszüstand 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-Aufbragschweissen 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 eine entwickelte Form der Grenzfläche zwischen dem Teil und.der auf dieses aufgeschweissten Lage zu erzielen. Hierbei gewährleistet das Punkt-Auftragschweissen die stärkste Entwicklung der Form dieser Grenzfläche.

Das Punkt-Auftiagschweissen der Metallage kann man durch Zustellung der abschmelzenden Drahtelektrode zur Teiloberfläche mit periodische,wechselnder Geschwindigkeit bei konstanter Geschwindigkeit der Vorschubbewegung dieser Elektrode gegenüber der Teiloberfläche und bei stabiler äusserer Kennlinie der Speisequelle durchgeführt. Einen Einzelnfall der Realisierung eines derartigen Punkt-Auftragschweissens stellt ein Verfahren dar, bei dem eine schrittweise Zustellung der. Drahtelektrode zur Teiloberfläche gewährleistet wird, wasj unter anderem, durch den Einsatz von Schrittelektromotoren bzw. Formvorschubrollen im Vor-

schubantrieb der Drahtelekt.rode erfolgt. .

Das Punkt-Auf tragr;chweißsen der Lletallage kann bei einer periodischen Änderung der üu£:3crcn Kennlinie der Speisequelle.,' einer stettigen Zustellbewegung der ' abschmelzenden Drahtelektrode zur 'leiloberflache und ■ .dem Vorschub dieser Elektrode mit konstanter Geschwindigkeit gegenüber der Teiloberfläc.he durchgeführt, werden. Eine solche Ausführung:des Punkt-Auftrag-, schweissens kann beim Einsatz eines Regelsystema. 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 'Deiloberfläche ist oo geraäas l^l3 dor Grundlö'sung zweckmiiaslg, 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 grossen Wärmemenge, die durch den Betriebszustand beim Aufschweissen unter Gewährleistung der Einbuchtung der Sohle der erstenLage bedingt ist, auf die Wärme-■ Verformungen und das Gefüge der Metallphasen des Teils. Hierbei wird die Gangzahl ausgehend von der Bedingung der Gewährleistung eines optimalen ^ärmezustandes 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 Teiloberflache gemäss der Grundlösung zweckmässig, alle Schweisslagen, die der ersten Lage nachfolgen, welche unmittelbar auf die ',Verkstückoberfläche aufgeschweisst ist, bei Betriebszuständen aufzuschweissen, welche eine'möglichst geringe thermische Wirkung auf die Versehmelzungszone des Metalls des Teils und des Metalls der ersten, auf das Teil aufgeschweissten Lage ausüben. Dies gewährleistet die Aufrechterhaltung der !Form der Grenzfläche

■ zwischen dem Teil und der ersten auf das Teil aufge- ' ' ■;'■': schweissten Lage mit Relief.

Dies kann durch eine Verkleinerung der relativen Steigung der aüfgeschweissten Ketallraupen in der· La;;,o, ein; Herunterregeln dec 3chvveisüstroraü , einen ,-Jir.::,;... υ:·?, eines abschmelzenden Bandelektrode bzw. Pulvordrahts sowie durch andere hiittel erzielt werden.

^: , Das Teil mit aufgeschweisstem Überzug, das .^eaäss'. der Grundlösung hergestellt ist', kann eine verschiedenartige'Kombination der Metalle des Teils und des auf-

geschw.eissten Überzugs aufweisen. ' , ■

: :Bei der Herstellung eines Teils -aus kohlenstoffhaltigen bzw. aus niedriglegierten perlitischen Kon- ·■ struktionsstählen mit einem Rostschutzüberzug ist es.

zweckmässig, dass mindestens eine Lage, die unmittelbar mit der Teiloberfläche verschweisst. ist, aus hochregiertem 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 dyna-. mischer Beanspruchungen ausgesetzt sind.·Gegenüber den kohlenstoff haltigen und. niedriglegierten politischen. Konstruktionsstählen weist der hochlegierte Chromstahl einen niedrigeren-thermischen Ausdehnungskoeffizient auf ,· wodurch es möglich wird,, eine hohe Dauerfestigkeit infolge verhältnlsmässig hoher Druckspannungen sowohl in der, .Verschmelzungszone des Teils miz 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 passenden Metall hergestellt sein, darunier ; auch aus demselben hoch-legierten. 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 zu gewährleisten» .

Ss ist zweckmässig, dass', bei der Herstellung des ■ Teils aus kohlenstoffhaltigen bzw. niedriglegierten 10. perlitisc.hen Konstruktionsstählen mit einem Überzug,

in welchem die-erste Lage aus hochlegiertem Chromstahl. ■: . ausgeführt ist, mit dieser Lage Lagen aus nichtrosten- ■ dem austenitischem Stahl verschweisst werden. In diesem^: Falle verstärkt die Ausführung der Decklage aus nicht-.. rostendem austenitischen 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 erf indüngsgeraässen Teilen, die tragende Gleitelemente.aufweisen, ist es zweckmässig, letztere auf dem Überzug anzuordnen, der auf dem Teil aufge- . schweisst ist, Gleitelemente können aufgepresst, angeschweisst bzw. auf j ede beliebige andere Weise■auf dem . Überzug befestigt sein. Bei der Herstellung des Teils

mit einem Überzug entfällt erfindungsgemäss die Hotwendigkeit 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 Sr-. . -.- Zeugnisses insgesamt, nicht-auswirkt-. Hierbei/gewähr-.'■,■ leistet die angeführte Ausführung die Möglichkeit für ',.- die Verwendung verschiedener Metalle zur Herstellung . _:des Überzugs und der tragenden Gleitelemente, was wie-

derum die Erzielung optimaler Eigenschaften bei de:a Überzug und den tragenden Elementen ^ov/ährleicoet... Es ist zweckmässig, dass die tragenden Gleiteleraente in Form eines Überzugs aus Lagermetall, das . mit dem auf das Teil aufgeschweissten Überzug verschweisst ist, ausgef ührt sind. Eine solche Ausf C;n.rung^: gewährleistet eine Reduzierung des. Lageriaetallaufv/a-ids sowie die Unifizierung der Hersteliungstechnologie derartiger Erzeugnisse. . . . ■ . ■ ■ Die die Teile mit einem Überzug 'betreffende Erfindung wird am vorteilhai,t,esten für Schiffspropeller- .'.. wellen verwendet, die eine hohe Metallaufv/endigkeit ν 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 Yifesen der Erfindung, und seine Vorteile v/erden anhand der nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme, auf Zeichnungen näher '-. erläutert. ■ ■■■■■· . - ' ; '.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigt ■■ ..-.'. ' - ■ ?ig. I eine Maschine zum Auftragschweissen, auf v/elcher ein Überzug auf eine Welle erfindungsgernäss auf- \ . geschweisst wird; ·

Pig. 2 (a - d) die aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte beim Aufsshweissen auf die'Welle der ersten Lage mit Anwendung der erfindungsgemässen mechani-'..■'. sehen Bearbeitung;

Fig. 3 die Welle mit der auf sie aufgeschv/eissten ersten Lage.nach der Durchführung sämtlicher in Pig. 2, 2(a - d).gezeigten Arbeitsschritte im gegenüber Pig. 2 (a - d) vergrösserten I.iassstab;

Pig.■4 eine Verteilungslinie der bleibenden Spannungen · im Querschnitt der erfindungsgernäss hergesteil-

. ten Welle mit aufgeschv/eissten Überzug; ; Pig. 5 (α, b) ein erfindungsgomässc npiralfb'rmigo ein-.

. . ·. ■ gängige . Aufschv/eissen auf die V/elle der ersten . ' ; Lage- mit Erzielung von gleichgerichteten ■ Schweissraupen in der Lage, .

. I¹Ig. 6 eine Welle mit Rostschutzüberzug und Unmantelun-. gen aus Lagerstoff zwischen den LauflagersteIlen

gemäss der Erfindung,

Pig. 7 ein erf indungsgernässes mehrgängiges Aufschvveis-· sen auf die Welle der ersteh Lage auf gleichsinnig steigenden Spiralen,
Pig. 8 ein erfindungsgemässes Aufschweissen auf die

; Welle der ersten Lage auf kreuzweise verlaufen- * ..'·'■■■ den. Spiralen, : '. ■ · ;

Pig. 9 ein erfindungsgemässer Schweissdraht-Zustellme-. . · chanismus, der zum Punkt-Auftragschweissen der . ersten Lage eingesetzt wird, . . .\

Pig. 10 ein'erfindungsgemässes Punkt-Aufschw.eissen der

ersten Lage auf die Welle,-. ■ _: ■ ■ Pig.11 eine erfindungsgemässe Welle mit Überzug, dessen Lagen aus verschiedenartigen Metallen hergestellt sind.'; ; . .;

. Pas beste Ausführungsbeispiel

Die Erfindung kann bei der Herstellung der verschiedenartigsten Teile mit aufgeschweisstem Überzug eingesetzt werden, die unterschiedliche Pormen aufweisen

■25 . 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 ange-• .führten Verfahren nicht unterscheiden. Die Abweichungen v/erden hauptsächlich die Anordnung des .jeweiligen Teils. .

bei der Bearbeitung und die Art der.Relativbewegung zwi-. sehen dem Teil und dem Bearbeitungswerkseug betreffen. Hierbei bietet die nachstehend beschriebenen Beispiele

die Möglichkeit, eine klare und vollständige Beschreibung des Wesens der Erfindung zu liefern -und dia besten Varianten seiner Verwirklichung zu zeigen. ■ ...

. !Beispiel I. - ^; ■.·.■' ^:" ·' .- " ■■■ ■ ' ..'Dieses Beispiel besieht sich auf die Herstellung einei" V/elle mit -250 ^Ti ijui-chraesser und 4000 mm Län^e .mit einem 5 mm dicken Rostschutzüberzug. Die auftragzuschweissende Welle ist aus kohlenstoffhaltigem perliti- schem', Kons trukt ions stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,3% hergestellt, der von der Industrie der •UdSSR unter der Handelsbezeichnung Stahl 30 produziert ; wird. Dieser Stahl .weist einen thermischen Ausdehnung-· ; koeffizient von 14*10 auf. Eine ausführlichere .Charakteristik dieses Stahls als auch der anderen Stähle., die ':. in den angeführten Beispielen erv;ähnt werden, sind in nachstehend angeführter Tabelle I zusammengestellt·.

Zum Aufschweissen des Überzugs wird die V/eile I auf; der Auftr.ag^schweissmaschine (Fig. I) angeordnet, deren . Support 2 mit einem Aufschvjeisskopf 3 zum Vorschub eines .Schweissdrahts 4, einer Induktionserwärmungseinrichtung 5 und einem Meisselhalter 6 ausgestattet ist.

.Nach dem Einspannen der Welle I, die ein Schmiedestück darstellt, wird die Aussenflache der Welle bis auf den Aufschweissdurchmesser geschruppt. Weiterhin wird'im Meisselhalter 6 ein-MeIssei 7 . zum Schneiden eines- gleichseitigen Spitzgewindes cinge-■ spannt. Hiernach wird durch eine Drehbewegung dar V/eile I und die Vorschubbewegung'.des Supports 2 in Richtung der Achse der Welle I das Schneiden von Rillen mit einer Tiefe von 5 mm und einem Spitzenwinkel· von 60° (?ig.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 Schneidern der Rillen wird mittels .einor

Induktionserwäi-mungseinrlchtung 5 derjenige Stumpf J.or

305Q319

. .Welle I von dem aus das nachfolgende Aufschweissen begonnen wird, bis auf die: Temperatur von 16O°C auf einem ν ca. -250 mm langem Abschnitt erwärmt. Hiernach baut mar: die Induktionserwärmungceinrichtung ab bzw. man schiebt 5.-·. ■ sie zur Seite und durchführt die Vorbereitung zum Auf-' 'schweissen der ersten Lage. /

• Als abschmelzende Elektrode wird ein Schweiss-■ draht mit einem■Durchmesser von 2.mm aus hochlegiertem .Chromstahl verwendet, der ca. 0,12% Kohlenstoff und I»3% Chrom enthält und von der Industrie der UdSSR .

unter der Handelsbezeichnung CB-12x13 produziert, wird. ;_w ■Der'Werkstoff dieses Schweissdrahts weist einen thermi-" sehen Ausdehnungskoeffizient von.10·IQ~° /⁰C auf. Sine · ausführlichere Charakteristik des Werkstoffs dieses Schweissdrahts sowie die Charakteristiken der anderen . """ Schweissdräh'te, die in den beschriebenen Beispielen % erwähnt werden, ist in nachstehender Tabelle 2 ange- ' ■ . „ . ; führt. Als Flussmittel wird ein Flussmittel verwendet, '■"-das 32%' Siliciumdioxyd, 3% Mangandioxyd, 20% Aluminium- ioxyd, yfo Kalciumoxyd, .17% Magnesiumoxyd, bis zu 2% Eisenmonooxyd und 24% Kalciumfluorid enthält. Dieses. Flussmittel wird von der Industrie der UdSSR unter der Handelsbezeichnung AH-26c produziert.

Der Aufschweissbetrieb: wird-wie folgt festgelegt: Aufschweissgeschwindigkeit ca..25 m/Stunde, Lichtbogenspannung 30 V, Schweissatrom 200; A. . ■■·■.■· Der Aufschweisskopf 3 wird; an die Stelle ^:ange- · ; stellt, wo das Aufschweissen beginnen soll und'der . Schwoissdraht wird/genau auf die Mitte einer der geschnittenen Rillen eingestellte Hiernach v/ird 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, v;obei das beim Riilenschneiden eingestellte Verhältnis der Drehgeschwindigkeit der Welle I. und der _: Vorschubgeschwindigkeit des Supports 2.längs der Achse

. der _;V/elle Itenutzt wird. Bei den vorgegebener, üetrl^os-

zuständen des Auftragschv/eissenswerden die gsßchnit-. tenen Rillen vollständig^mit dem IiTetall der abschmelzenden Elektrode in einem Durchgang ausgefüllt. Hiernach wird das Schneiden neuer Rillen dui-cnge- : fuhrt, die den anfänglich geschnitten Rillen läer.ticch sind;(Pig. 2-a) aber eine entgegengesetzte Steigungsrichtung der Spiralengänge (Pig. 2-c) aufweisen, und weiterhin wird in diese Rillen das Metall der.ab-. schmelzenden Elektrode auf die gleiche V/eise wie öeir.i

anfänglichen Aufsehwcissen (Pig. 2-b) aber mit entge- ' . gengesetzter Steigungsrichtung der Spiralen beim Auf-. schv/eissen (Pig. 2-d), die den. neu geschnittenen Rillen

entsprechen aufgeschweisst. _: :

'■■■■; Hierbei werden die 1,5 nim grossen SteSe zwischen . den Rillen abgeschmolzen und das Metall der Welle I

wird mit dem Metall des Schweissdrahts 4 vermischt. Die ■ ■■■; Welle I wird auf der gesamten Oberfläche mit dem ^'etall' ..'.'. der abschmelzenden Elektrode bedeckt,' das die erste auf-20: geschweisste Lage 8 (Pig. 3) bildet. . '

: In Pig. 3, die den Längsschnitt der Vveile.I 'mit der auf sie aufgeschweissten Lage 8 veranschaulicht, ist der Charakter der Grenzfläche S zwischen'ihnen deutlich zu erkennen. Man kann sehen, dass die Grenz- : fläche S eine Porm mit Relief aufweist, das durch Ver- ■ . tiefungen und Vorsprünge erzeugt wird, welche sich mindestens in Richtung· längs .der Achse der-'Welle 2 abwechselnd ■'. folgen, d.h. in V/irkungsrichtung der gefährlichsten Beanspruchungen, die beim Betrieb der Welle in Erscheinung .treten. , ■ ■

Nach dem Aufschweissen der ersten Lage v/ird das Aufschweissen der nachfolgenden Lagen bis zur Erzielung der vorgegebenen Dicke des'überzug 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 Plussmittel wie beim Aufschweissender ersten Lage verv/endet. werden. Die Betriebszustände beim Auftragschweissen bleiben grundsätzlich dieselben wie beim Aufschweissen der ersten Lagey aber der Schweissstronv wird um 20% heruntergeregelt und gleich 160 A eingestellt. · '

Das Aufschweissen einer jeden nachfolgenden Lage wird entsprechend dein konventionellen Verfahren in einem Durchgang und spiralenförmig durchgeführt mit einer relativen Steigung der.aufzuschv/eissenden Metallraupen in der Lage von 0,35. , ■

i'Iachdem die erforderliche Dicke des Überzugs auf- : geschweisst worden ist, kühlt man die Welle ohne Unter- '. brechung ihrer Drehbewegung ab und führt die vorläufige < 15. mechanische Bearbeitung' des aufgeschweissten Überzugs. • bis zur' Erzielung der erforderlichen Masse mit' einer ^; Zugabe für die entgültige Bearbeitung, die I bis 1,5 mm ^; . 'beträgt,durch. . .

Hierauf wird die V/olle I mit dem aufgeschweissten Überzug angelassen,, zu welchem Zv;eck sie in einen An-. ... ; wärm-Schachtofen in Senkrechtstellung eingebracht wird. Die Wärmebehandlung der V/elle mit einem aufgeschweissten Überzug 9 wird bei folgenden Zuständen durchgeführt: Erwärmung mit einer Geschwindigkeit von 8O⁰G pro.Stunde .bis auf die Temperatur von 63O°C, Standzeit bei dieser Temperatur 4 Stunden, Abkühlung zusammen mit dem Anwärm-Schaehtofen. · ^:

■ In Pig. 4 ist die Verteilungslinie der bleibenden Spannungen über den Schnitt der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten V/elle I mit auf geschweisst em überzug 9 veranschaulicht. Diese Linie wurde nach dem bekannten Sax-Verfähren durch Ausbohren und Abdrehen eines Prüflings mit nachfolgender Messung der Verformun-. . ' ... gen, an Hand der die bleibenden Spannungen errechnet wurden-, erzielt. .. :. :^: ;.- ' .

V/i e aus ?ig. 4 ersichtlich, stellen -bei . der'.Welle: .I mit äufgeschweisstem Überzug.9, die nach dem beschrie-

benen Verfahren erfindungsgemäss hergestellt worden ist, die blöibondon Spannungen in dor VorschirLelzun^szorio dar Welle I und des Überzugs 9 Druckspannungen dar, die eine

■■■.■■■■ ■.·■.■·.'■. 2 ■ * ' ■ Grosse von ca. 10 kp/mm aufweisen. Hierbei -erreichen diese .Druckspannungen an der Oberfläche des Überzugs 9

2
eine Höhe von ca. 25 kp/rnm .' · .

.".'.■ Beispiel 2 ...

Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung einer Schiffspropellerwelle mit einem Durchmesser von 400 mm und der Länge des. zylindrischen Teils, der aufgesc.hwelsst 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 zv/ei Abschnitten, v/o die Lauflägerstellen angeordnet sind.. Die Welle, die ;, aufgeschweisst werden soll, ist aus kohlenstoffhaltigem perlitischem Konstruktionsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. O',4%· hergestellt, der von der Industrie der UdSSR unter der Handelsbezeichnung Stahl'40 produziert wird. Dieser Stahl weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von I4.IO"" 1/⁰C auf. Bei der Herstellung dieser Welle mit dem Überzug wird dieselbe-Auftragschweissmaschine verwendet, .v/ie es im Beispiel I

^: beschrieben ist.

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

Hiernach folgt die Vorbereitung zum Auftragschv/eissen der. ersten Lage. Als abschmelzende. Elektrode wird Schweissdraht CB - 12x13 mit 2 mm Durchmesser, der mit dem Schweissdraht in Beispiel I identisch ist, und als !Plussmittel das Plussmittel AH-26c ebenfalls wie in Bei-. .spiel',I verwendet. Die Betriebszustände beim Aufschweissen werden wie folgt eingestellt : Aufsohweissge.schwinäigkeit 28 m/Stunde, Lichtbogenspannung 34 V, Schweissstrom 250 A. Hiernach, wird die Induktionswärmeeinrichtung eingeschaltet und einen der Wellenstümpfe' wird bis auf die Temperatur von 250⁰C erwärmt. ■ ■ .

; Hiernach wird die erste Schweisslage aufgeschweisst. -...Dieses Auf schweissen wird in einem Durchgang Spiralenfö'rmiß (Pig. 5a) durchgeführt, so dass die aufgeschv/eissten Raupen 10'des Metalls der.abschmelzenden Elektrode die gleiche Richtung aufweisen. Die relative Steigung«^ beim Aufschweissen dieser ersten Schweisslage 8 wird, gleich dem VÖlligkeitsgrad ψ der Fläche des herausragenden Teils der aufgeschweissten Raupen 10 des Metalls der abschmelzenden Elektrode festgelegt. Dieser Koeffizient 4^ ergibt sich zu: . ' • ψ _ Pg)

wobei , . ;

P-, tatsächliche Schnittsfläche des herausragenden : Teils der aufgeschv/eissten Raupen 10 des Metalls

der abschmelzenden Elektrode, ;

B Breite der Schweissraupen 10 und '.-..■ :

h- Höhe.des herausragenden Teils der Schweissraupen

(Pig. 5-b) bedeuten.. : ., . ■ ■ . ; 20- Bei den angeführten Betriebszüständen für das Auf-.,;, tragschweissen der ersten Lage ist 'die 3reite B der " Schweissraupen .10 14 mm gleich und: der VÖlligkeitsgrad der Fläche.des herausragenden Teils dieser Raupen beträgt Ό,55. Es ist bekannt, dass die relative Steigung. c^ das Verhältnis des Abstands m zv/ischen den Raupen ^: ■':· zur Breite 3 dieser Raupen darstellt, d.h. oC =■ m/3(2). . Das bedenkt,. dass m =«- B (3), und: mit Berücksichtigung, der Gleichung oi ■—ψ muss der'Abstand m zwischen den Schweissraupen in der Schweisslage 7,7 mm betragen. Die Steigung Ή einer eingängigen Spirale ergibt sich zu:

. wo D . Wellendurchmesser 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 Sc hwe issraup en gleichgesetzt v/erden.'-Im vorliegenden Falle ist. also H = 7,7 ram. . V : .Nach dem Aufschweissen der ersten Lage wird 'das ; Auf schweissen: der nachfolgenden Sciaweisslagen durchgeführt, bis die erforderliche Dicke des Überzugs mit Berücksichtigung der Zugabe für die mechanische Bearbei-■: tung erreicht ist. Das Auf schweissen dieser lagen wird ■ unter Anwendung desselben Schweissdrahts und desselben Plussmittels sowie bei den gleichen Betriebszuständen wie böirn Aufschweissen der ersten Lage durchgeführt.

Die relative Steigung cC 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 I durchgeführt. .

Weiterhin werden auf der Welle an den der Anordnung der Lauflager entsprechenden Stellen Ummantelungen II (Fig. 6) aus Kupferlagerlegierung beispielsweise aus der Legierung angeordnet, die 10% Zinn,. 2% Zink und als übriges Kupfer enthält und von der Industrie der UdSSR ' unter der Handelsbezeichnung Bp- QU, 10-2 produziert wird,. Hierauf folgt die mechanische Bearbeitung der Oberflächen der.Ummantelung auf vorgegebene Masse und Oberflächengüte....

Wie aus Pig. 5-b ersichtlich, weist die Grenzoberfläche S. zwischen der Welle I und der ersten auf sie aufgeschweissten Lage S eine Form mit Relief sich und . in Längsrichtung folgenden Vertiefungen und Vor-Sprüngen auf. Der Verlauf der Verteilungslinie der bleibenden Spannungen für die Welle I mit dem auf ihr . aufgeschweisstem Überzug 9 und den Uramantelungen II, die gemäss dem.beschriebenen Verfahren hergestellt' ist, ist-derselbe wie für Wellen mit auf gesciaweisstem über- . zug, die gemäss dem in Beispiel I beschriebenem Verfahren hergestellt worden sind.

Beispeiel· 3. '

Dieses Beispiel bezieht sich- auf die Herstellung ■-

2λ ; ■■; '' - \ ■■ ■:■.■■ ■. ■

einer korrosionsbeständigen Schutzummantelung für eine

■ Schiffspropellerwelle mit 300 mm Durchmesser und 1200 mm Länge. Um das korrosionsbeständige Metall einzu- . sparen, wird die Ummantelung mit Aufschweissen eines

5' Überzugs aus einem solchen Metall'auf das.Grundmetail aus kohlenstoffhaltigem Stahl mit Ausnutzung der vorliegendenErfindung hergestellt. ■ . ■ ' ' Die Ummantelung wird aus kohlenstoffhaltigem per-* '., ■ ' . litischem Konstruktionsblechstahl mit. einem. Kohlenstoffgehalt von ca. 0,35% hergestellt, der in. der UdSSR ·■■... .· . unter.der Handelsbezeichnung Blechstahl 35 produziert wird. Dieser Stahl.weist einen thermischen Ausdehnungs- .f" koeffizient von 14.10 I/°C auf. Die Dicke des Blechs,r aus welchem die Ummantelung hergestellt wird, beträgt 16 mm. Ein Blech der erforderlichen Grosse wird in :. einer y/alzenblechbiegmaschine 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.. I . ^r . gezeigten Auftragschweissmaschine 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 Solmass und auf der Aussenflache 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 200⁰C

■ ■ vorgewärmt. .·..■· . . .

Hierauf v/ird das Auf.schweissen der ersten Sehv/eiss-■lage durchgeführt, wobei zum Unterschied vom Beispiel,2 das Aufschweissen in Spiralen mit gleichem Steigungssinn in drei Durchgängen erfolgt (Fig. 7). Die relative

^■■■■■■■■■',j.^;.".^;\-^:- /.■■■■" .^::/^;·- .'-Z- . ■ ' 3050319

"'■ -Steigung der pchweissraupen in der Schweisslage \vird : _: ■ gleich: O, 55,:ä.ti. gleich -dem .Völligkeitsgrad ■ _'ψ der. ;

fläche der herausragenden Teile der Schweissraupeii.bei '·. eingestellten:Betriebszuständen festgelegt. Bei einer solchen relativen Steigung .. &i ergibt ..ich die Steigung ■■.-' Hm .einer jeden aufzuschweissenden Spirale zu Hn = 3 oC η (5), wobei η Gangzahl, d.h. .14.0,55.3 = 23,Im iat^; und die Versetzung a zwischen ihnen beträgt a - Hm/n (6), ; d.h. a = 23,1/3 = 7,7 m. .' . ' ■1Ö. ..;■ Nach dem Aufschweissen der ersten Schv/eisslage

■ wird das Aufschweissen der nachfolgenden Schv/eisslagen ■ durchgeführt, bis die vorgegebene Dicke, des Überzugs _:_ ■ mit Berücksichtigung der Zugabe für die mechanische 3e-' ärbeitung erreicht ist.. Das Aufschweissen' dieser Lagen _ . wird ebenfalls wie das Aufschweissen der ersten Schv/eiss-. lage in Spiralen mit gleichem Steigungssinn in drei -Durchgängen durchgeführt. Die relative Steigung ^ der :Schv/eissraupen in der Schweisslage wird aber gleich 0,3 " eingestellt. -

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

. Weiterhin wird das Anlassen bei senkrechter Stel-' lung der Ummantelung mit dem Überzug in einem Anwärm-.: Schachtofen bei folgenden Betriebszuständen durchgeführt: Erwärmung bis auf die Temperatur von 63O°C mit einer Erwärmungsgeschv/indigkeit von 100⁰C pro Stunde, · eine Standzeit von 3 Stunde, Abkühlung gemeinsam mit dem Ofen. : . ■ .·.....- ' . ...

■ Hierauf folgt die mechanische Bearbeitung der Um- · . mantelung 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 gomäss dem beschriebenen Verfahren hergestellten Ummantelung ist die ?orm der Grenzfläche S zwischen der .Ummantelung und dem auf ihr auf gesell weiss-■·■ tem Überzug sowie der Linienverlauf der bleibendenden Spannungen identisch mit diesen Parametern für die Welle I 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 r. ":

■ . .-■.■. ■ . ■ ■ .■■■■■. ■^; ' ' · ' * · ■

Dicke von.6 mm aufweist. Die aufzuschweissende Welle :. *.

ist aus kohlenstoffhaltigem perlitischem Konstruktions-* stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,2% herge- ;..„;. stellt, der von der Industrie der UdSSR unter der · ]'"·* Handelsbezeichnung Stahl 20 produziert wird.. Dieser . "·\ Stahl weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von,"-.-.

14.10"⁶ i/°c auf. ; ;.' ■■'■■':'']■'

■ _: Bei der Herstellung dieser V/elle mit dem Über- ^:

' ■ zug wird eine ebensolche Auftragachweisemaschine verwen-■ det und es werden auch grundsätzlich ebensolche Betriebszustände eingestellt v;ie in de'n vorstehend beschriebenen Beispielen. Aber mit Berücksichtigung des verhältnis-2-5 ■ massig kleinen Durchmessers dieser Welle und ihrer . . grossen Länge, v/ird das Aufschweissen der ersten Lage des Metalls der abschmelzenden Elektrode in mehreren Durchgängen, spiralenförmig, mit erfindungsgemäss kreuzartiger Anordnung der Spiralenlinien durchgeführt. . . 30. Als abschmelzende Elektrode wird ein Schweissdraht ...: mit 2 mm Durchmesser ver\yendet, der ca.0,06% Kohlenstoff und 1,4% Chrom enthält und von der Industrie, der UdSSR unter der Handelsbezeichnung CB.-06x14 produziertwird. Der thermische Ausdeiinnngskoeffizient dieses Schweiss-'-drahts beträgt .10..10 ■ l/°C. Als Plussmittel wird das ' .. .Flussmittel mit der Handelsbezeichnung AK-26.C verwen- '. - ;■ '^; ·: . /detV " ' . ■ ''X :■■'.. .;■■■■" ^{v :} '. -^;' ■ ' ·■'■■■ '-^:~ -;'. \ . ■■■ ■ ' '■ ' ' ■ ■

Nach dem Einspannen der Welle auf der Auftrag-:. s.cliweissmasch'ine werden folgende Betrlebszustände für. das Auftragschweissen eingestellt: Aufsch'weissge- . _: .schwindigkelt 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 au? die ^:Welle beim Aufschweissen der ersten Schweisslage ■ .wird die Gangzahl gleich 8 für die Spirale sowohl mit

dem einen als auch mit dem entgegengesetzten Steigungs—. ■ sinn gesetzt. Ausgehend davon, dass die relative Stei- ; gung o^ der Schweissraupen mit gleichem Steigungs-. sinn in der Schweisslage dem Völligkeitsgrad ψ der Pläche ihres .herausragenden Teils gleich ist, kann leicht abgeleitet v/erden, dass die Steigung Hm einer ■ jeden Spirale mit dem einen und dem entgegengesetzten Steigungssinn dem nachstehend angeführten Wex"t gleich sein muss: Λ . ^:

won 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 Erv/ärmung des vYellenstumpfs bis auf die Temperatur von 200⁰C, die wie in den schon vorstehend beschriebenen Beispielen durchgeführt wird, v/ird 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 Slek-

tröde auf dieser Spirale wird das Aufs chwe is sen der zv/eiten Spirale mit entgegengesetztem Steigungssinn, ' entsprechend der linkssteigenden Spirale (Fig. 8) aus-. geführt. Das Aufschweissen dieser zweiten Spirale be-' ginnt-man.mit einer Drehung der·Welle bezüglich des ^:Anfangs der ersten Spirale um die Achse der Welle I um den Winkel von 180°. ·. . '

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 I und der erstenauf ihr auf ge s chweis s ten Schweisslage 8 weist ein , . . Relief auf, in dem sich die Vertiefungen und V or Sprünge * kontinuierlich sowohl in Richtung entlang der Achse der:*

Welle^:I als auch rund um ihre Achse folgen. Eine solche ■ ■ Fläche mit Relief ist bezüglich ihrer Form stärker ent-. wickelt als, die Grenzfläche S, die nach den ,in. Bei-, spielen 2 und 3 (Fig. 5-b) beschriebenen Verfahren er- ■ zielt wird. .'■ ".■■■·. . ^: . \ ^;

\ Nach dem Aufschweissen der ersten Schweisslage . . v/erden die nachfolgenden Schvjeisslagen aufgeschweisst, bis die vorgegebene Dicke des Überzugs mit Berücksichtigung.der Zugabe für die mechanische^ Bearbeitung erreicht ±Bi. - . . ' ;■ Vv-- '■ ν ■■'·.-■■ ; ^: v· ■ . ■. v.

.Alle nachfolgenden Schweisslagen werden auf gleichsinnig steigenden Spiralen in acht Durchgängen V . , V für jede Lagevaufgeschweisst. Hierbei bleiben die Betriebszustände für das Aufschweissen praktisch, dieselben vvie beim Aufschweissen der ersten Schweisslage, wobei auch der gleiche Schweissdraht und das gleiche Fluss

mittel verwendet werden. Aber der Schwelssstroni v/ird um • 20% reduziert, d.h. er wird gleich 180 A eingestellt. ... Hiernach werden die mechanische Bearbeitung und· _: das Anlassen der Welle mit dem aufgeschweissten Uoer-.zug durchgeführt, die auf die gleiche Weise wie in den vorstellend 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 auf ge schwel s's tem Überzug, welche in den vorstehend angeführten Beispielen beschrieben worden sind.

Beispiel 5 ' . ■'':■_'*

Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstel- ;_ ■ ■■ lung einer Welle mit aufgeschweisstem überzug, bei dom " _"" .das· Aufschweissen dei~ ersten Lage durch Punkt-Auftragschweissen des Metalls der abschmelzenden■'Elektrode sr- "--■-■ findungsgemäss ausgeführt v/ird. . . "..-.

Das Beispiel betrifft die Herstellung einer Welle . mit 100 mm Durchmesser und 2500 mm Länge und einen ■6 mm dicken korrosionsbeständigen Überzug. Die zum Aufschweif-""

sen bestimmte Weile ist aus dem Stahl 35 hergestellt. "■■"'.·'.■ '. Zum Auftragschv/eissen des Überzugs v/ird ein ■ Schweissdraht jnit dem Durchmes,ser von 2 mm verwendet-, der ca.0,12% Kohlenstoff und 1,3% Chrom enthält und von der Industrie der UdSSR unter der Handelsbezeichnung.· 03-12x13 produziert wird.. Der thermische Ausddmungs- '■,.'■ koeffizient'dieses Schweissdrahts ist gleich 1Ό.10"⁶ l/°C. Als Flussmittel wird das Flussmittel AH-26c verwendet.

Zum Auftragschweissen des Überzugs wird grundsätzlich eine ebensolche Auftragschweissmaschine eingesetzt, viie in den vorstehend beschriebenen. Beispielen. ' Zur Erzielung des Punkt -Auf tragschwei'ssens der ersten Schweisslage bei einer stabilen äusseren Kennlinie der Speisequelle wird ein schrittförmiger Vorschub des . Schweissdrahts gewährleistet. Hierzu wird im Schweiss- ■ draht-Vorschubmechaniamuü als Antriebsrolle oino' Pormrolle 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 • 5 ■ . Abtriebsrolle 15 zu stehen kommen. Hierbei werden die ■'.Abmessungen der Abflachung derart gewählt, dass das ■ Verhältnis der Vorschubzeit des Drahts zur Stillstand^,; zeit des Drahts, 0,55 bis 0,75 beträgt.

Der Betriebszustand für das Auftragschweissen der ersten Schweisslage wird wie folgt eingestellt: Auf-; . schweissgesehwindigkeit 26 m/Stunde S.chweissstrom 200 ■ ■ bis 220 A, Lichtbogenspannung 30 bis 32 V. Beim Erfüllen der angeführten Bedingungen muss die Geschwindigkeit der Zustellbewegung des Schweissdrahts zur Ober*'* fläche der Welle I 156 m/Stunde betragen, um ein stabi-, .. les 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 Tempe- "" ' . ratur von 220⁰C erviärmt, v;ozu man wie auch in den vor- ;*·*■ stehend beschriebenen Beispielen eine Induktionserwärmungseinrichtung verwendet. ; ■ . ' ,^; Hiernach wird das Aufschweissen der ersten Schweisslage ausgeführt,- zu welchem Zweck, man die Welle. M in Drehung setzt, den Support 2-mit dom Auftragschwel3ßkopf . . 3 die Vorschubbewegung ausführen lässt und somit wie auch in den vorstehend beschriebenen Beispielen das Ab- ■ fahren der Welle auf einer Spirale durchführt (Pig. 10). _: ■Hierbei wird das Auf3Chweissen der ersten Schweisslage in einem Durchgang mit einer relativen Steigung oi der bedingt ununterbrochenen Schv/eissraupen in der Schweisslage von 0,85 durchgeführt. Bei einer solchen relativen Steigung oL wird gemass Versuchsergebnissen bei den vorstehend angeführten Betriebszuständen eine Uberdeckung der Verschmelzungszonen der einzelnen Schweiss- , punkte in benachbarten Windungen der Spirale gewähr- .-

.■.■■.■ ■. '..'■'■.■■. \

leistet. , , ; .

Wälirend des Vorschubs des Schweissdrahts 4, der beim Kontakt der Rolle 12 durchgeführt wird, erfolgt das Zünden des Lichtbogens und es läuft ' das Auf-" tragschweissen des Punkts des Metalls der. abschnelzonden Elektrode ab. Bei den angeführten Betriebszuständen beträgt die Zeit, während der die Zustellbewegung des Schweissdrahts zur Oberfläche der Welle I 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 .

. ■ ■ ■■ ■ ...Ponft-Antriebsrolle 12 kommt gegenüber dem Schweissdraht eine der Abflachungen 13 zu stehen, und trotz der weite* fortlaufenden Drehung der Form-Antriebsrolle 12 setzt der Schweissdrahtvorschub aus. Hierbei folgt zuerst eine ' ' kurze Periode, während der aer 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 Y/ert er-- "

2Ö reicht, erlischt der Lichtbogen. .Nach der Drehung der -""' Form-Antriebsrolle 12 um einen Winkel, bei dem mit dem , Schweissdrahfc die kreisförmige Oberfläche diesser. Rolle 12 in Berührung kommt, setzt der Schweissdralitvorschub 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 Schweiscpunkts

Ίο: ■ / : '. ^: ■ ■ ■ -■ ■.

1,4 3 und der Abstand zwischen den Mittelpunkten der aufeinanderfolgenden Schweisspunkteauf der Wellenober- ■ fläche 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 Geschwindig-. ' . keit seiner Zustellbewegung zur auft.ragzuschweissender Oberfläche, installiert. Das Auftragschweissen der

nachfolgenden Schweisslagen wird bei den gleichen Betriebszuständes des Lichtbogens und der gleichen Auf- :, schweissgeschwindigkeit wie beim Aufschweissen der nach.4 folgenden Schweisslagen in Beispiel.4 durchgeführt. 15. · . Nach dem Aufschweissen der erforderlichen Zahl

der Schweisslagen wird die Welle mit dem aufgeschweiss-".. - . ·· ■ . .*"

ten Überzug mechanisch bearbeitet und angelassen, was auf die in den vorstehend beschriebenen'Beispielen an- ■." ■ geführte Art und'Weise durchgeführt wird. .

' ' Die Grenzfläche S zwischen der Welle Ί 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 wird bei den'Wellen mit Überzug, die gemäss Beispielen I 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

■ ■■ ---.V-:^ .■ "■.',"■■''■■■. :■. ■ ζλ '■■■■ ■.■': ■ ■. ■ '"... ■■■. ■

- -scr■-. . . · . . ■;■■ ■ ■

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 änderenden Geschwindigkeit, die Versendung einer Stromquelle zum Speisen des Lichtbogens mit periodi- .

■'. scher Änderung der äusseren Kennlinie sowie eine ■Kombination-der. angeführten Mittel. Hierbei müssen die. Se- , triebszustände beim Aufschweissen der ersten Schweiss-■ lage, das Verhältnis der Lichtbogenbrenndauer zur Pausendauer grundsätzlich die gleichen bleiben, wie sie in Beispiel 5 angeführt sind, und das Aufschweissen der ersten Schweisslage mit Schweisspünkten gewährleisten, bei-denen der Abstand zwischen ihren Mittelpunkten 0,30 bis 0,60 des Durchmessers dieser Punkte auf der■,Wellenoberfläche gleich ist.

Die angeführten Beispiele I 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 ausverschiedenartigen Metallen hergestellt wird. Beispiel 6 '

■ Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer

Welle mit aufgeschweissten 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, Jfo Mangan enthält und von der Industrie der UdSSR unter der ■ Handelsbezeichnung C8-04X19HIIM3 produziert wird. Der Stahl.dieser Elektrode weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von 16.10 l/°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 besehrieben, bei den gleichen Schweiss- '--*-*■ lichtbogenparametern. :*.-:.

Nach dem Aufschweissen sämtlicher Schweisslagenfolgen die mechanische Bearbeitung und das Anlassen ebenso wie in Beispiel 5.

Die gemäss diesem Verfahren hergestellte Welle I besitzt einen überzug, in welchem die Decklagen 16 (Pig. 11) aus nichtrostendem austehitischem Stahl' hergestellt sind, und zwischen diesen Lagen 16 und dem Metall der Wolle I eine Zwischenlage 8 aU3 hochlegiortem Chromstahl liegt. . '

30. Zur Umwandlung der bleibenden Zugspannungen, die . in den Lagen aus nichtrostendem austenitischea Stahl

entstehen, in Druckspannungen, kann die hergestellte . . Welle mit dem Überzug gefriemelt werden. In diesem Falle ■: v;eist der Linienverlauf der Verteilung der bleibenden Spannungen den gleichen Charakter auf, v>?ie 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' einsr. Stahlwelle mit äufgeschweissten Überzug, dessen ^eckelagen mit. einer Dicke von 12 mm zum Schutz gegen iior- ' . rosion 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 Einbuchtung der Sohle dieser Lage in ~_ ' das Metall der Welle gemäss dem Wesen der Erfindung auf-: '. geschweisst. Dieses Aufschweissen kann nach einem ^jeden der in Beispiele I bis 5 beschriebenen Verfahren durch-'" geführt werden, darunter auch durch Aufschweissen des ^:._. Metalls der abschmelzenden Elektrode spiralenförmig, in ." . einem Durchgang, wie in Beispiel 2 beschrieben. Naoh dem /Aufschweissen der ersten S chvveiBi.il α ^o unJ--cteac Abkühlung der Welle falg^' dia muchaniaühe iiö^rboi'iuAö .."■' . 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 Siliciumbrcaze besteht, die von der Industrie . . der UdSSR unter der Handelsbezeichnung Bronze Ä.:vV3-I produziert wird. Diese Bronze enthält von 2,75v'£ ^i^a 3,5/^ Silicium, von 1,0% bis 1,5% Mangan und als Rest Kupfer. .30 Die Aufschweissgeschwindigkeit wird gleich 18 m/Stunde eingestellt. Zum Bronzeauftragschweissen wird das ^chutzgas-Argon-Impulsliphtbogenschweissen bei folgenden Betriebszuständen verwenden: Strom im zusätzlichen Lichtbogen 90 A, Spannung am zusätzlichen Lichtbogen 22 V, Irnpulsatrorn 650 A, Stromimpuladauor 1,8 m/s,. Impulsfrequenz 50 Hz. ..

Das Aufschweissen sämtlicher Sronzelagen wird

opiralenförmig in einem Durchgang mit einer relativen Steigung der Schweissraupen des Metalls 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 Y/arme zustand en . ' . durchgeführt: Erwärmung mit einer Geschwindigkeit von ■120°C/Stunde bis auf die Temperatur von 63O°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 Veio- ·.„· fahren hergestellt ist, ist identisch mit dem Linien- ;_

verlauf bei der Welle mit Überzug aus austenitischem • ... nichtrostendem Stahl, der nicht gefriemeIt worden ist.

Die vorstehend.beschriebenen Verfahren wurden bei ■ verschiedenartigen Kombinationen der Metalle der Welle ' und der aufgeschweissten Überzüge erprobt. In den nachstehend angeführten Tabellen I und 2 sind ausführliche Angaben üher .die chemische Zusammensetzung des Metalls der Welle bzw. der.aufgeschweissten Schweisslagen, die in der Beschreibung erwähnt bzw. erprobt worden sind, '■ zusammengestellt. . , .

Industrielle Anw^endba^rkej/b

Werkstücke mit aufgeschweisstem'Überzug, die mit Anwendung der vorliegenden Erfindung wie in den Aüsführungsbeispielen beschrieben hergestellt worden sind, weisen eine Grenzfläche S mit Relief in der Verschmelzungszone des Metalls des Teils I und der.ersten auf

ihreaufgeschweissten Lage 8 auf. Hierbei sind in dieser Verschmelzungszone und in der ersten aufgeschv/ciss-.■;. ten; Schweisslage 8 bleibende Druckspannungen, wirksam. In. der Verschmelzungszone wird dabei eine allmähliche' Änderung des. thermischenAusdehnungskoeffizients und das Moht Vorhandensein von Sprungart igen Spannungsände-. rungen gewährleistet. ...

Infolgedessen sind in einem solchen Teil die Makro-' und Mikrofehler in der Verschmelzungszone der Sinwirkung zusammendrückender Kräfte ausgesetzt und werden beim Betrieb nur unwesentlich zugbeansprucht bzw. solche

', Zugbeanspruchungen treten überhaupt nicht in'Erscheinung, falls die bleibenden Druckspannungen gross genug ; "-sind. In diesen Verhältnissen' ist die Wahrscheinlich- . '-·.

keit 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 V/erkstoffe 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 Siege-Dauerprüfmaschine . durchgeführt,, die die Biegebeanspruchung der Probe mit . einer Frequenz von 1000 bis 1750' τηΐη~^χ gewährleistete. . Bei der Untersuchung der Korrosionsermüdungsfestigkeit wurde als aggressives Medium syntetisches Seewasser verwendet, das eine 3 prozentige ITatriumchloridlösung darstellte. Die Grenzlastspielzahl bei den Dauertest igkeitsprüfungen betrug■10x10 LastspieIe, und die.

KorroGionsermüdungsfestigkeit wurde ausgehend von der

fi ft ' ' Grenzlastspielzahl im Bereich von 50x10 bis 80x10

Lastspiele bestimmt. '

Die Prüfungen ergaben, dass die Dauerfestigkeit. der Proben 20 bis 24 kp/mm gleich ist, und die Korrosionsermüdungsfestigkeit bei einer Grenz^lastspielzahl von 10x10 Lastspielen im Bereich von 18 bis 21 kp/mm • ■' liegt. Die Dauerschwingversuche mit den Proben mit auf-.

geschweisstem Überzug und erfindungsgemässer Bronzeurrvmantelung 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 Schlackeein--" 1-5 Schlüsse und Oberflächenrisse, die in den Proben während ■ ■ 'der Versuche' entstanden. :""

Die Herstellung der Proben und die Durchführung . I^ 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 metallaufwendiger 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 teueren 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 er-■■■'..· folgt. '■ ' ' . ·■■■.. . . ■■'. ' /

Tabelle I

Chemische Zusammensetzung von kohlenstoffhaltigen perlitischen Konstruktionsstählen

Handelsbezeich	Kohlenstoff	Mangan
nung	0,17-0,24 .	0,35-0,6 5
Stahl -20	0,27-0,35	0,50-0,80
,·. -30 ■■	0,32-0,40	0,50-0,80
' ■. -35 . ■	0,37-0,45	0,50-0,80
■-40	0,36-0,44	0,50-0,80
40XH

Tabelle I '(Fortsetzung)

Silizium . Chrom ■ " liickel

0,17-0,37
0,17-0,37
0,17-0,37

0	,17-0,	37	o,	-	,75	1	-	4
ο	,17-0,	37	45-0		,0-1,

Tabelle 2
Chemische Zusammensetzung von Schweissdrähten

Handelsbe- Kohlen- Silicium Hangan
zeichnung stoff

Chrom

CB 12x13 0,09-0,14 0,3-0,7/ 0,3-0,7 12-14

10x13

:, 0,08-0,12 0,3-0,7 0,3-0,7 / 12-14

06X14 nicht.über 0,3-0,7 0,3-0,7 1.3-15

0,08 ^:

04X19H9 . nicht über 0,5-1,0 " 1-2 ■ 18-20

0,06

06X19H9T nicht über 0,4-1,0, 1-2 18-20

0,08

O6X19HIOM3T nicht über 0,3-0,8 1-2 18-20

0,08 . ; ..

O4XI9HIBT3 nicht über nicht über 1-2 18-20

0,06 0,06

Tabelle 2 (Portsetzung)

Wickel ,	Molybdän Titan	Schwefel	Phosphor
		nicht über	nicht, über
nicht über		0,025	Ό,030
0,60
nicht über	■ ■' - - ■..'	0,025	0,030
0,60
nicht über	'■■- -	0,025	0,030
0,60
8-10	' - ' ■ -	0,018	0,025
8-10	0,5-1	0,015.	0,030
9-11	2-3 0,5-0,	8 0,018	0,025.

10-12

2-3

0,018

0,025

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:.

   i. Verfahren zur Herstellung von Teilen mit aufgeschweisstem Überzug durch Lichtbogen-Mehrlagen-Auftragschweissen des Teils mit abschmelzender Elektrode, mechanische Bearbeitung sowie durch Anlassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschweissen der ersten Schweisslage derart ausgeführt wird, um einander mindestens in einer Richtung kontinuierlich folgende Einbuchtungen der Sohle dieser Schweisslage in das Metall des Teils zu gewährleisten, . und als abschmelzende Elektrode zur Auftrags chv/e is sung : dieser Lage eine solche Elektrode verwendet Wird, deren "■.-Metall einen thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist, der kleiner ist. als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Teilmetalls.

   2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtungen der ·- .Sohle der ersten Schweisslage in das Metall des Teils durch aufeinanderfolgende eine mechanische Bearbeitung und ein .Aufschweissen des Metalls in die Vertiefungen, '-'" die bei der mechanischen Bearbeitung hergestellt worden · sind, erzeugt werden.

   .. 3· Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtungen der Sohle der ersten Schweisslage. in das Metall des Teils durch Aufschweissen dieser Lage mit einer abschmelzenden Drahtelektrode bei gleichsinniger Anordnung der Raupen des Metalls und bei einer relativen Steigung dieser Raupen in der Schweisslage, die dem Völligkeitsgrad der Fläche ihres herausragenden Teils .gleich ist j erzeugt werden. . . .

   4. Verfahren nach Anspruch I, d ad u r c h\ g e k e η η ζ e i c h η e t, dass die Einbuchtungen '■■· der Sohle der ersten Schweisslage in das Metall des Teils durch Aufschweissen dieser Lage mit einer Drahtelektrode mit kreuzartiger Anordnung der Schweissraupeii des Metalls und mit einer relativen Steigung der gleich-

   .sinnig steigenden Schweissraupen des Metalls in der ' VV. Lage, die dem Völligkeitsgrad der Fläche ihres heraus- : ■ ragenden Teils gleich ist, erzeugt werden. l·

   5. Verfahren nach Anspruch I,. da d u r c h V .... . .:·

   • 5 . ■■■ g e k en η ζ eic h η e t, dass die Einbuchtungen" . . ·. , der Sohle der ersten Schweisslage in.das Metall des . ■ .■ / Teils durch Punkt-Auf tragschweissen dieser Lage mit . y -V-einem Abstand zwischen den Mittelpunkten der benachbar- -\ / ten S chwe isspunkte des Metalls, der 0,30 bis 0,68.. des : Durchmessers dieser Schwe isspunkte auf der Yiierkstückober- V fläche beträgt, erzeugt werden. _: ^: -Vj

   6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h y . ge k e η η ζ eic h η et, dass das Punkt-Auftrag- ■ ;VV i schweissen der ersten Schweisslage des Metalls durch . :^ : { ·. den Vorschub der abschmelzenden, Drahtelektrode zur Teil-" _; oberfläche mit periodisch wechselnder Vorschubge- 1-^t-- !: schviindigkeit und bei konstanter Geschwindigkeit der :"""'";. j Relativbewegung dieser Elektrode entlang der Teilober- - " j fläche sowie bei stabiler äusserer Kennlinie der Speises- : i [,

   quelle durchgeführt wird. ■.■;*.»,:„ '-'■

   7. Verfahren nach Anspruch 6, d ad u rc h " '■·■" [: g e k e η η ζ ei c h η e t, dass, die periodische Ande- '., rung der Vorschubgeschwindigkeit der abschmelzenden [.. Drahtelektrode durch einen schrittweisen Vorschub dieser ;■

   Elektrode durchgeführt wird. . .'■:■' F

   V 8. Verfahren nach Anspruch 5» d a d u r c h ··

   ge ken η ζ e ich η e t, dass das Punkt-Auftrag-' . t^:

   schweissen der ersten Schweisslage des Metalls beim Be- / . </ triebszustand mit periodischer Änderung der äusseren Kennlinie der Speisequelle, einem kontinuierlichen Vor- s, schub der abschmelzenden Drahtelektrode zur Teilober- J fläche und dem Vorschub der Elektrode mit konstanter V Relativgeschwindigkeit entlang der Werkstückoberfläche

   ■ ■ erfolgt. ' ... ■:,·' ■' ■ · . V ■ .;, . , . . ■ · . ' _:\-. κ

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 8, \ dad u r c h ge k e η η ze ic h η et, dass das _: Aufschweissen der ersten Schweisslage mit einer Draht- ^;

   r-

   elektrode in mehreren Durchgängen ausgeführt wird.

   10, Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschweissen der der ersten Schweisslage nächfolgenden , Schweisslagen bei' Betriebszuständen durchgeführt wird, . die eine möglichst geringe Wärmewirkung auf die Ver- _: schmelzungszöne des Metalls des Teils und des Metalls der ersten auf das Y/erkstück aufgeschweissten Schv/eisslage, ausüben.

   ... 1.1·.' Teil mit aufgeschweisstem überzug, d a d u r c h ge ken η ze i c h η e t, dass die Grenzfläche zwischen. dem Teil und dem Überzug in der Verschmelzungszone ein.';. · .-Relief aufweist, das von Vertiefungen und Vorsprüngen V . gebildet wird,.die kontinuierlich einander mindestens -"--in Wirkungsrichtung der gefährlichsten Kräfte folgen, die im Teil während des Betriebs entstehen, und in der -___ gleichen Richtung mindestens im Bereich der Dicke der -.„., Verschmelzungszone die bleibenden Druckspannungen ver- .* „

   ■; teilt sind. "--"-

   ,. . 12. Teil mit Überzug nach Anspruch 11, da- : ■ "

   du rc h Vg e k e η η ζ eic h η e t, dass der Uber*- * zug mit Sohweisslagen aus verschiedenartigen Metallen ausgeführt ist, und die Grenzflächen in der Verschmelzungszone dieser verschiedenartigen Metalle ein Relief aufweisen.

   13. Teil mit aufgeschweisstem Überzug nach Ansprüchen 11, 12, der aus kohlenstoffhaltigem bzw. niedriglegiertem Stahl mit korrosionsbeständigem überzug hergestellt ist, dadurch g e k e η η ζ e ic h η et, dass mindestens die erste Schweisslage .des Überzugs, die unmittelbar mit der'Oberfläche des Teils verschweisst ist, aus hochlegiertem Chromstahl hergestellt wird.
   ■■:'■■ .■ ■ '. 14. Teil mit aufgeschweisstem überzug nach An-Spruch 12, d a d u r c h... ge k■ e η η ζ ei c h η e t, dass.auf die Schweisslage aus hochlegiertem Chromstahl ein überzug aus nichtrostendem austenitischen Stahl.

   aufgeschweisst ist.

   ■■'15. Teil mit aufgeschwelsstem Uberaug nach den;.-. ■ Ansprüchen von 11 bis 14 mit tragenden Gleitelementen, d a.d u r e h g e k e η n;:z eic h η et, dass die tragenden .Gleitelementβ auf einem Überzug angeordnet sind, der auf den Teil aufgeschweisst ist. .. ., ■ ■■': . 16. Teil nach Anspruch 15, d a d u r c h. ^v g e k; e η η ζ e i c h η et, .dass die tragenden. Gleitele-.

   •mente in Porm eines Überzugs aus Lagermetallegierung . hergestellt sind, die mit einem auf dem Teii;.aüfgeschweisstem Überzug verschweisst ist,

   17. Teil nach einem der Ansprüche 11 bis 16, der eine Schifsspropellerwelle darstellt.