DE3215776A1

DE3215776A1 - Verfahren zum verschweissen von werkstuecken aus gusseisen, insbesondere unlegiertem oder schwach legiertem grauen gusseisen, mittels eines energiestrahls

Info

Publication number: DE3215776A1
Application number: DE19823215776
Authority: DE
Inventors: Walther Dr. Dipl.-Ing. 8031 Puchheim Hiller
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1982-04-28
Filing date: 1982-04-28
Publication date: 1983-11-03

Description

Verfahren zum Verschweißen von Werkstücken aus Gußeisen,
insbesondere unlegiertem oder schwach legiertem grauen Gußeisen,mittels eines Energiestrahls Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von Werkstücken aus Gußeisen, insbesondere unlegiertem oder schwach legiertem grauen Gußeisen', mittels eines Energiestrahls (Elektronenstrahl oder Laser).
Bei grauem Gußeisen liegt der Kohlenstoff, dessen gesamter Masseanteil meistens mehr als 3 % beträgt, größtenteils ungebunden in Form von lamellarem oder globularem Graphit im Gefüge vor. Diese Gefügeausbildung stellt sich bei verhältnismäßig langsamer Abkühlung der Schmelze unter Mitwirkung gra##hitisierender Begleitelemente ein und führt zu einer grauen Bruchfläche.
Wird im Gegensatz dazu die Eisen-Kohlen stoff-Legierung schnell abgekühlt, so erstarrt das System metastabil und der gesamte Kohlenstoff liegt bei Raumtemperatur als Eisencarbid (Fe3C) gebunden vor. Ein solches Material ist durch eine weiße Bruchfläche gekennzeichnet.
Das Verschweißen von Werkstücken aus grauem Gußeisen mittels eines Energiestrahls (Elektronenstrahl, Laser) konnte in der Produktionstechnik bisher nicht Eingang finden, da die Gefahr von Rissen in der weiß erstarrenden Schweißverbindung, auch bei Anwendung verschiedener Hilfsmaßnahmen, nicht mit der erforderlichen Sicherheit auszuschließen war. So wurde z.B. versucht, der Entstehung einer spröden, rißanfälligen Schweißnaht durch Einlegen von Folien aus Weicheisen oder Nickel in die Schweißfuge entgegenzuwirken. Befriedigende Ergebnisse waren dabei jedoch nicht erzielbar.
Zur Rißgefahr tragen folgende Faktoren wesentlich bei: a) Hohes Verhältnis des im Schweißgut (aufgeschmolzener Grundwerkstoff und Zusatzmaterial) vorliegenden Kohlenstoffgehalts zu dem der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts entsprechenden eutektischen Kohlenstoffgehalt (eutektischer Sättigungsgrad); praktisch ist dieses Verhältnis bei weiß erstarrtem Gefüge ein Maß für den Volumenanteil von Carbiden im Gesamtgefüge; b) Härte des Matrixanteils des Gefüges; diese steht mit dem Volumenanteil des Martensits in der Matrix in Zusammenhang.
Durch Einlegieren von Eisen läßt sich zwar der eutektische Sättigungsgrad stark reduzieren, doch hat ein solches Schweißgut zufolge seiner martensitischen Matrix eine sehr hohe Härte. Durch Einlegieren von Nickel hingegen läßt sich die Härte zwar etwas reduzieren (Restaustenitanteil), doch wird der eutektische Sättigungsgrad nicht entscheidUtd beeinflußt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere einen günstigen Kompromiß zwischen niedrigem Carbidanteil im Gesamtgefüge und niedriger Härte der Matrix zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß im Schweißgut durch Einbringen entsprechend legierten Zusatzmaterials eine chemische Zusammensetzung eingestellt Wird, die an wesentlichen Legierungselementen weniger als 2,3 % Kohlenstoff und mehr als 8,0 % Chrom aufweist.
In vorteilhafter Ausgestaltung wi#rd das Zusatzmaterial vor dem Schweißprozeß an der Fügestelle in Form einer Folie oder eines Drahtes eingelegt, wobei das Zusatzmaterial im,#,wesentlichen eine Zusammensetzung von weniger als 0,20 4-Sohlenstoff, 0 bis 9,0 % Mangan, 16,0 bis 30,0 % Chrom und 0 bis 10,0 % Nickel aufweist.
Durch die Erfindung wurde erreicht, daß sich durch Erniedrigung des eutektischen SMttigungsgrads der Volumenanteil der Carbide im Gesamtgefüge und durch Bremsung der Austenitumwandlung der Volumenanteil des Martensits in der Matrix auf ein unschädliches Maß reduzieren lassen.
Bei der Anwendung eines entsprechenden Zusatzmaterials ist eine Zusammensetzung des Schweißgutes einstellbar, die gleich oder ähnlich der Zusammensetzung eines ledeburitischqn chromlegierten Werkzeugstahls ist.
Wird z.B. das Schweißgut durch entsprechende Aufteilung des zu schmelzenden Bereichs auf Grundmaterial und Zusatzmaterial zur einen Hfllfte aus grauem Gußeisen mit im wesentlichen 3,4 % Kohlenstoff und 1,8 % Silicium und zur anderen Hälfte aus einem Chromstahl mit im wesentlichen 0,1 % Kohlenstoff, 0,6 % Silicium, 24,0 % Chrom aufgebaut, so ergibt sich eine resultierende Zusammensetzung des Schweißgutes mit im wesentlichen 1,75 % Kohlenstoff, 1,2 % Silicium, 12 % Chrom. Der eutektische Sättigungsgrad des Schweißguts liegt bei etwa 0,55 im Vergleich zu 0,93 des' ursprünglichen Gußeisens. Zufolge des Chromgehalts hat die Matrix des Schweißgutgefüges einen hohen Restaustenitanteil und demnach eine mäßig hohe Härte von etwa 450 HV gegenüber der Härte von etwa 750 HV, die sich in einem Schweißgut ohne Chromstahlzusatz unter sonst gleichen Bedingungen einstellen würde.
Das erforderliche Zusatzmaterial - Chromstahl - kann z.B.
vor dem Schweißprozeß an der Fügestelle in Form einer Folie oder eines Drahtes. eingelegt'oder aber während des Schweißprozesses dem schmelzflüssigen Bereich in Draht-oder Bandform kontinuierlich zugeführt werden.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Verschweißen von Werkstücken aus Gußeisen, insbesondere unlegiertem oder schwachlegiertem grauen Gußeisen, mittels eines Energiestrahis, dadurch gekennzeichnet, daß im Schweißgut durch Einbringen entsprechend legierten Zusatzmaterials eine chemische Zusammensetzung eingestellt wird, die an wesentlichen Legierungselementen weniger als 2,3 % Kohlenstoff und mehr als 8,0 % Chrom aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial vor dem Schweißprozeß an der Fügestelle in Form einer Folie oder eines Drahts eingelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial während des Schweißprozesses dem schmelzflüssigen Bereich in Draht- oder Bandform kontinuierlich zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial im wesentlichen eine Zusammenvon weniger als 0,20 % Kohlenstoff, 0 bis 9,0 Mangan, 16,0 bis 30,0 % Chrom und 0 bis 10,0 % Nickel aufweist.