DE4008091A1

DE4008091A1 - Verfahren zum aufbringen einer verschleissschutzschicht und verbrauchende elektroden fuer die durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE4008091A1
Application number: DE4008091A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Born; Peter Knauf; Hans-Joachim Dr Ing Retelsdorf
Original assignee: Durum Verschleissschutz GmbH
Current assignee: Durum Verschleissschutz GmbH
Priority date: 1989-05-20
Filing date: 1990-03-14
Publication date: 1990-11-22
Also published as: GB2232108A; GB2232108B; GB9011159D0; US5004886A; DE4008091C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Verschleiß schutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolf ramcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elek trischen Lichtbogenschweißens. Die Erfindung betrifft fernerhin Elek troden für die Durchführung solcher Verfahren. - Die Verschleißschutz schichten werden z.B. auf die Oberfläche von Werkzeugen und Geräten im Bergbau, in der Tiefbohrtechnik, in der keramischen lndustrie und dergleichen aufgebracht.

Die aus der Praxis bekannten Verfahren zum Aufbringen von Ver schleißschutzschichten des beschriebenen grundsätzlichen Aufbaus sind autogene Schweißverfahren oder elektrische Lichtbogenschweißverfahren. Die Schweißstäbe oder Schweißdrähte sind so eingerichtet, daß die gewünschten Verschleißschutzschichten entstehen. Im einzelnen ist zu diesem Stand der Technik folgendes zu bemerken: Im Rahmen der autogenen Schweißverfahren sind Schweißzusatzwerkstoffe bekannt, die nach dem Aufschweißen Wolframcarbide in einer Eisen legierungsmatrix oder in einer Nickellegierungsmatrix als Einlagerung enthalten. Die Schweißstäbe oder Schweißdrähte bestehen dabei aus einem Eisenröhrchen, welches mit Wolframcarbid-Körnern gefüllt ist. Dabei handelt es sich um gekörntes Wolframschmelzcarbid oder auch um Wolframcarbid/Cobalt-Pellets. Der Füllgrad der Eisenröhrchen liegt bei 60%. Allerdings ist es für autogene Schweißverfahren auch bekannt, mit Röhrchen zu arbeiten, die aus einer Eisen/Chrom/ Nickel-Legierung bestehen, die in der angegebenen Weise mit Wolfram carbid-Körnern gefüllt sind. Man erhält in diesem Falle eine Matrix aus korrosionsbeständiger Legierung. Ersetzt man die Eisenröhrchen durch Nickelröhrchen und füllt man in die Nickelröhrchen neben den Wolframcarbid-Körnern entsprechende Legierungselemente, feinteilig ein, so erhält man für die Verschleißschutzschicht z.B. eine Nickel/ Chrom/Bor/Silicium-Matrix in Form einer entsprechenden Legierung, wiederum durch autogene Auftragung.

Im Rahmen des elektrischen Lichtbogenschweißens zum Aufbringen von Verschleißschutzschichten arbeitet man mit Stabelektroden oder Füll drahtelektroden unter Verwendung von unlegierten Eisenröhrchen, die wie angegeben gefüllt sind (vgl. DE-GM 87 16 743, DE-PS 24 40 995, US-PS 21 37 471). Im Rahmen des elektrischen Lichtbogenschweißens mit verbrauchenden Elektroden lassen sich Verschleißschutzschichten mit Nickellegierungsmatrix bisher nicht befriedigend herstellen. Bei Versuchen zeigt sich, daß die Legierungszusammensetzung der Nickel legierungsmatrix entscheidenden Einfluß auf die Struktur und aufge lösten Anteile von den in der Elektrode enthaltenen Wolframcarbiden hat. Die Struktur des eingelagerten Wolframcarbids in der aufge schweißten Schicht ist im Rahmen der bekannten Maßnahmen nicht de finiert und nicht steuerbar.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, Verfahren anzugeben, die es erlauben, im Rahmen des elektrischen Lichtbogen schweißens Verschleißschutzschichten sehr definierter Nickellegierungs zusammensetzung mit definierter Struktur des eingelagerten Wolfram carbids gesteuert herzustellen.

Die Erfindung gibt zur Lösung dieser Aufgabe die Verfahrensweisen der nebengeordneten Patentansprüche 1 bis 4 an. Es versteht sich, daß im Rahmen der in den Patentansprüchen angegebenen Parameter die Stromstärke generell vom Durchmesser der Elektroden abhängt. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus den Patentansprüchen 5 bis 8.

Das Inlösunggehen oder das Nichtinlösunggehen von Wolframcarbid- Körnern in einer Nickellegierungsmatrix folgt komplexen thermodyna mischen Gesetzmäßigkeiten. Sie hängen von der Oberfläche der Körner und damit von der Körnung der umgebenden Schmelze nach Analyse und Temperatur ab. Sie hängen außerdem von der Zeit ab. Erfin dungsgemäß sind die Oberfläche der Körner und die Analyse der auf zunehmenden Schmelze so eingestellt, daß überraschenderweise die Ergebnisse, die erfindungsgemäß angestrebt werden, reproduzierbar erreicht werden. Gehen die Wolframcarbid-Körner beim Schweißvorgang in der Nickellegierungsmatrix in Lösung, so werden sie beim Erkalten in homogener Verteilung ausgeschieden. Auch bei hohem Wolframgehalt in der pulverförmigen Mischung entsteht im Rahmen der Erfindung eine Nickellegierungsmatrix, weil das metallische Wolfram, welches die Mischung mitbringt, dazu führt, daß Wolframcarbid in Form von feinen Kristallen in homogener Verteilung ausgeschieden wird, und zwar in einer Matrix, die im übrigen eine Nickellegierungsmatrix ist. Die Wolframcarbidkristalle werden bei dieser Aussage über die Matrix nicht mitgerechnet.

Gegenstand der Erfindung sind außerdem verbrauchende Elektroden, die für eines der beanspruchten Verfahren eingerichtet sind. Diese Elektroden sind Gegenstand der Patentansprüche 9 bis 12.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Stabelektrode Durchmesser 5,0 mm; eingesetztes Wolframcarbid ist Wolframschmelzcarbid in 0,3-1,2 mm Körnung.

Mischungsanteile
Ni
44,5 Gewichtsanteile
W	50,0 Gewichtsanteile
B	1,2 Gewichtsanteile
C	3,3 Gewichtsanteile
Si	1,0 Gewichtsanteile

Schweißparameter: 24 V und 150 A.
Aufgebrachte Verschleißschutzschicht hat Matrix : W-Carbide=1 : 1 Gewichtsanteile. Die Analysen sind:

Matrix: Ni 93,1%, W 2,5%, B 1,3%, C 1,2%, Si 1,9%;
W-Carbide: W 96%, C 4%.

Beispiel 2:

Fülldrahtelektrode, Durchmesser 2,8 mm; eingesetzte Wolframschmelz carbid-Körnung: 0,3-1,2 mm.

Mischungsanteile
Ni\|43,6%
Cr	8,7%
Si	3,6%
B	2,3%
W	40,0%
C	1,8%

Schweißparameter: 24 V und 200 A

Verschleißschutzschicht Matrix: W-Carbide=1,7 : 1 Gewichtsverhältnis.

Analysen:
Matrix: Ni 74,5%, Cr 13,9%, Si 5,3%, B 2,8%, W 2,4%, C 1,1%;
Carbide: W 96%, C 4%.

Beispiel 3

Fülldrahtelektrode Durchmesser 2,8 mm; eingesetzte Wolframschmelz carbid-Körnung: 0,01-0,3 mm.

Mischungszusammensetzung wie im Beispiel 2.

Schweißparameter: 28 V und 280 A

Die aufgebrachte Verschleißschutzschicht ist homogen mit feinverteilten WC-Ausscheidungen, d.h. es ist kein Wolframschmelzcarbid mehr vor handen.

Analyse:
Ni 44,2%, W 40,8%, Cr 8,5%, B 1,2%, C 1,8%, Si 3,5%.

Beispiel 4

Stabelektrode Durchmesser 4,0 mm; Wolframschmelzcarbid-Körnung: 0,01-0,3 mm.
Mischung wie im Beispiel 1.
Schweißparameter: 26 V und 190 A.

Verschleißschutzschicht ist homogen wie im Beispiel 3.

Analyse:
Ni 44,7%, W 50,3%, B 0,7%, C 3,3%, Si 1,0%.

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogen schweißens,
wobei mit einer verbrauchenden Stabelektrode aus einem Nickelröhrchen und mit einer Füllung aus Ni 50-40 Gew.-% W 45-55 Gew.-% B 0,1-1,5 Gew.-% C 3-4 Gew.-% Si 0-2 Gew.-% Summe (C+B+Si) 5 Gew.-%

Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhrchens 100 Gew.-%, bekannten Flußmitteln sowie mit Wolframcarbid-Körnern mit einer Körnung von 0,3-2,0 mm gearbeitet wird und wobei bei einer Spannung von 22-26 V im Stromstärkebereich von 70-150 A die Schweißparameter so eingestellt werden, daß die Wolframcarbid- Körner beim Schweißvorgang in der Nickellegierungsmatrix praktisch nicht in Lösung gehen.

2. Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogen schweißens,
wobei mit einer verbrauchenden Fülldrahtelektrode aus einem Nickelröhrchen und einer Füllung aus Ni 40-20 Gew.-% Cr 10- 4 Gew.-% Si 5- 2 Gew.-% B 3- 1 Gew.-% W 40-70 Gew.-% C 2- 3 Gew.-%

Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhr chens 100 Gew.-%, bekannten Flußmitteln sowie Wolframcarbid-Körnern mit einer Körnung von 0,3-2,0 mm gearbeitet wird und wobei bei einer Spannung von 22 bis 26 V im Stromstärkebereich von 180- 260 A die Schweißparameter so eingestellt werden, daß die Wolfram carbidkörner beim Schweißvorgang nicht in Lösung gehen.

3. Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogen schweißens,
wobei mit einer verbrauchenden Stabelektrode aus einem Nickelröhrchen und mit einer Füllung aus Ni 50-40 Gew.-% W 45-55 Gew.-% B 0,1-1,5 Gew.-% C 3-4 Gew.-% Si 0-2 Gew.-% Summe (C+B+Si) 5 Gew.-%

Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhrchens 100 Gew.-%, bekannten Flußmitteln sowie mit Wolframcarbid-Körnern mit einer Körnung von 0,01-0,3 mm gearbeitet wird und wobei bei einer Spannung von 22-26 V im Stromstärkebereich von 120- 220 A die Schweißparameter so eingestellt werden, daß die Wolfram carbidkörner beim Schweißvorgang in Lösung gehen und beim Erkalten in homogener Verteilung ausgeschieden werden.

4. Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutz aus einer Nickel legierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogenschweißens,
wobei mit einer verbrauchenden Fülldrahtelektrode aus einem Nickelröhrchen und mit einer Füllung aus Ni 40-20 Gew.-% Cr 10- 4 Gew.-% Si 5- 2 Gew.-% B 3- 1 Gew.-% W 40-70 Gew.-% C 2- 3 Gew.-%

Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhr chens 100 Gew.-%, bekannten Flußmitteln sowie Wolframcarbid-Körnern mit einer Körnung von 0,01-0,3 mm gearbeitet wird und wobei bei einer Spannung von 22-26 V im Stromstärkebereich von 200-320 A die Schweißparameter so eingestellt werden, daß die Wolframcarbid- Körner beim Schweißvorgang in der Nickellegierungsmatrix in Lösung gehen und beim Erkalten in homogener Verteilung ausgeschieden werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mit einem Nickelröhrchen mit Außendurchmesser von 1,5-8 mm und einer Wand dicke von 0,2-2 mm gearbeitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mit körnigem Wolframschmelzcarbid gearbeitet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mit Wolfram schmelzcarbid in Kugelform gearbeitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mit Wolfram carbid/Cobalt-Körnern (Pellets) gearbeitet wird.

9. Stabelektrode für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 sowie nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei die Mischung Ni 50-40 Gew.-% W 45-55 Gew.-% B 0,1-1,5 Gew.-% C 3-4 Gew.-% Si 0-2 Gew.-% Summe (C+B+Si) 5 Gew.-%

Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhr chens 100 Gew.-%, bekannte Flußmittel, sowie Wolframcarbid-Körner mit einer Körnung von 0,3-2,0 mm aufweist.

10. Stabelektrode für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 sowie einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Mischung Ni 50-40 Gew.-% W 45-55 Gew.-% B 0,1-1,5 Gew.-% C 3-4 Gew.-% Si 0-2 Gew.-% Summe(C+B+Si) 5 Gew.-%

Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhr chens 100 Gew.- %, bekannte Flußmittel, sowie Wolframcarbid-Körner mit einer Körnung von 0,01-0,03 mm aufweist.

11. Fülldrahtelektrode nach Anspruch 2 sowie einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Mischung Ni 40-20 Gew.-% Cr 10- 4 Gew.-% Si 5- 2 Gew.-% B 3- 1 Gew.-% W 40-70 Gew.-% C 2- 3 Gew.-%

Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhr chens 100 Gew.-%, bekannte Flußmittel sowie Wolframcarbid-Körner mit einer Körnung von 0,3-2,0 mm aufweist.

12. Fülldrahtelektrode nach Anspruch 4 sowie einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Mischung Ni 40-20 Gew.-% Cr 10- 4 Gew.-% Si 5- 2 Gew.-% B 3- 1 Gew.-% W 40-70 Gew.-% C 2- 3 Gew.-%

Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhr chens 100 Gew.-%, bekannte Flußmittel sowie Wolframcarbid-Körner mit einer Körnung von 0,01-0,3 mm aufweist.