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Schweißen von Eisenbahn- oder Straßenbahnschienen o. dgl. Die Erfindung
betrifft die Schweißung von Eisenbahn- oder! Straßenbahnschienen o. dgl., deren
Brinellhärte unter 22o liegt. .
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Zur Erläuterung der gestellten Aufgabe sind in Fig. i bis q. zwei
verschweißte Schienen !1 und B dargestellt, und zwar in Fig. i und 3 in Seitenansicht
und in Fig. 2 und q. in Aufsicht.
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Der in Fig. i und 2 dargestellte Schienenstoß ist mittels des reinen
Zwischengußverfahrens, der in Abb.3 und ¢ gezeigte Stoß mittels des sogenannten
kombinierten Schweißverfahrens unter Einklemmer!. eines Stahlbleches zwischen die
Schienenköpfe hergestellt. Das letztere Verfahren besteht bekanntlich darin, daß
nur diel Stoßlücke unter den Schienenköpfen mit dem Zwischengußmetall ausgefüllt
wird und hierauf die Schienenenden gegen das zwischen ihnen eingeklemmte Stoßblech
gestaucht werden. Ferner ist noch ein drittes Verfahren gebräuchlich, nämlich die
reine Stauchschweißung, bei der die zu verschweißenden Schienen aneinanderstoßen
und um die Stoßstelle herum flüssiges Metall gegossen wird, das den sogenannten
Utngußwulst bildet. Ein solcher Umgußwulst ist aber auch bei den beiden zuerst erwähnten
Verfahren üblich, wie die Fig. 2 und ¢ erkennen lassen.
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In unmittelbarer Nähe des Zwischenguß-und/oder Umgußmetalls i, das
bei wenigstens i5oo° geschmolzen worden ist, bestehen Zonen 2, in welchen Schmelzung
und gegenseitiges Legieren zwischen dem Metall i und dem Metall der zu verschweißenden
Schienen eingetreten ist. Dieses Schmelzen und Legieren erfolgte bei mindestens
etwa 140o°. Ferner sind Zonen 3 zu erkennen, die durch Überhitzung verändert worden
sind, und zwar bei einer über iooo° liegenden Temperatur.
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Bei dem kombinierten Schweißverfahren kommt hinzu, daß das Zwischenblech
¢ gewöhnlich nicht geschmolzen, aber durch das Schweißen verändert wird. Da ferner
das Zwischengußmetall verhältnismäßig geringe Festigkeitseigenschaften aufweist,
so besteht keine Stetigkeit. Diese Erscheinung ist besonders beim Schweißen harter
Stähle wichtig, deren Gefüge sich leicht verändert.
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Es liegt also die Aufgabe vor, trotz der Verschiedenartigkeit der
drei erwähnten Zonen, die aus Metallen bestehen, deren Zusammensetzung und während
der Schweißung erreichte Temperatur verschieden ist, eine Schweißstelle zu erhalten,
deren Eigenschaften den Eigenschaften der zu verschweißenden Schienen möglichst
nahekommen, wobei diese aus den verschiedensten Stahlsorten bestehen können. Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Zwischen- undioder Umgußmetall
ein Stahl mit bis zu etwa o,8 v. H.
Kohlenstoff Verwendung findet,
der vorzugsweise durch'--err_r--aluminothermisches Verfahren oder durch .ein-änderes
Schmelz.;. verfahren, z. B. im-elektrischen Nieder-, Nil tel- oder Hochfrequenzofen,
erzeugt isf außer den üblichen Begleitern (Mangan Silicium) Nickel bis zu 5 v. H.,
Chrom `'1f zu 2 v. H., Wolfram bis zu 1,5 v. H., Molybdän bis zu i. v. H. und Kupfer
bis zu 4 v. H. in solcher Menge und in einem solchen Verhältnis zueinander enthält,
däß er die Eigenschaften eines nicht selbsthärtenden Stahles besitzt, und der nach
der Verschweißung einer Wärmebehandlung unterworfen wird, die mindestens eine Erhitzung
auf über goo°, dem ein Glühen bei dieser Temperatur folgen kann, und nachfolgende
Abkühlung umfaßt.
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Die Wärmebehandlung muß je nach der Art der zu schweißenden Teile
und des Zwischen- oder Umgußmetalles auf verschiedene Weise durchgeführt werden;
aber es ist immer mindestens eine Erhitzung auf etwa über 9oo° erforderlich, um
das Gefüge, zu verbessern und um dem Zwischenguß die erforderliche Härte zu verleihen.
Die Wärmebehandlung kann auf diel gesämte Schweißzone ausgedehnt oder nur auf einen
Teil der letzteren, beispielsweise nur auf die Fahrfläche erstreckt werden.
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Beispiel i Es sei angenommen, daß Straßen- oder Eisenbahnschienen
aus nicht vergütetem Stahl vorliegen, der beispielsweise eine normale Härte bis
zu 22o Brinell aufweist und etwa o,2 bis o,6 v. H. Kohlenstoff und mehr als etwa
o,6 v. H. Mangan enthält. Diese Schienen können nach zwei Verfahren geschweißt werden,
nämlich nach dem Zwischengußverfahren oder nach dem kombinierten Verfahren unter
Anwendung eines Zwischenbleches. Im letzteren Falle erhält das Zwischengußmetall
die folgende Zusammensetzung: Kohlenstoff o,i bis 0,4 v. H., Mangan bis zu i v.
H., Silicium, bis zu i v. H., Nickel bis zu 3 v. H., Chrom bis zu o,8 v. H., Kupfer
bis zu 2 v. H., Molybdän und Wolfram je bis zu o,5 v. H.
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Der Wärmebehandlung der Schweißzone nach mehr oder weniger starker
Abkühlung werden gleichzeitig die Zwischengußzone i und die überhitzten Zonen 3
beiderseits der letzteren unterzogen.
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Diese Wärmebehandlung umfaßt mindestens eine Erhitzung bis über den
Umwandlungspunkt, etwa auf goo bis iooo°, und Glühen bei dieser Temperatur während
etwa 25 bis 30 Minuten. Es ergibt sich dann nach Abkühlung folgendes i. eine
erhebliche Erhöhung der Festigkeit und der Durchbiegung (beider bis auf etwa das
Zehnfache) bei der Schlagprobe, 2. eine merkliche Erhöhung der möglichen Belastung
(bis zu etwa 5o v. H.) und der Durchbieggung (bis zu etwa ioo v. H.) bei der 'Bruchprobe,
eine beträchliche Erhöhung der Einsihnürung und der Dehnung bei der in der ;"Schienenlängsrichtung
ausgeführten Zugprobe.
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Beispiel 2 Es sei angenommen, daß sehr harte Straßen- oder Eisenbahnschienen
aus nicht vergütetem Stahl vorliegen, der eine Härte von etwa 22o Brinell besitzt
und z. B. mindestens etwa o,6 v. H. Kohlenstoff und mindestens etwa o,6 v. H. Mangan
enthält.
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Diese Schienen können ebenfalls nach den beiden gemannten Verfahren
geschweißt werden.
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Als Beispiel sei hier das Zwischengußverfahren behandelt.
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Das Zwischen- undloder Umgußmetall erhält die folgende Zusammensetzung:
Kohlenstoff o,2 bis 0,6 v. H., Mangan bis zu z v. H., Silicium bis zu i v. H., Nickel
i bis 5 v. H., Chrom bis zu 2,5 v. H., Kupfer bis zu 3 v. H., Molybdän und Wolfram
je bis zu i v. H.
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Der Wärmebehandlung Zier Schweißstelle wird nach mehr oder weniger
starker Abkühlung zunächst das geschmolzene Metall unterzogen. Sie ' umfaßt zwei
aufeinanderfolgende Glühungen, die beide bis über den Umwandlungspunkt hinaus getrieben
werden. Die erste Glühunä erfolgt bei einer Temperatur von über etwa iooo° während
etwa 30 Minuten. Die zweite Glühung erfolgt bei etwa 8.5o bis. 95o° ebenfalls
während etwa 30 Minuten. Man stellt dann nach Abkühlung folgendes fest: z.
eine beträchtliche Erhöhung der Festigkeit und der Durchbiegung, und zwar beider
bis auf etwa das Zehnfache, bei der Schlagprobe, .2. eine merkliche Erhöhung der
möglichen Belastung (bis zu etwa 5o v. 1-L) und der Durchbiegung (bis zu etwa ioo
v. H.) bei der Bruchprobe, 3. eine merkliche Erhöhung der Festigkeit bei der in
der Schienenlängsrichtung ausgeführten Zugprobe, 4. eine merkliche Erhöhung der
Einschnürung und der Dehnung bei derselben Zugprobe.
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Dieses Verfahren mit doppelter Wärmebehandlung kann bei aus gewöhnlichem
oder aus legiertem Stahl bestehenden Eisenbahnschienen, die nach dem Zwischengußverfahren
oder nach dein kombinierten Verfahren unter Anwendung eines Zwischenbleches geschweißt
sind, immer dann angewendet werden, wenn man eine außergewöhnliche Festigkeit gegen
Schlag
und gegen Biegung bei Verlegung der Schienen auf weit auseinanderliegenden Schwellen
anstrebt.
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Beispiel 3 Ein drittes Verfahren kommt bei den sogenannten wärmebehandelten
Schienen zur Anwendung. Diese Schienen haben im allgemeinen dadurch ein feineres
Gefüge erhalten, daß sie im Wasserbad abgeschreckt worden sind. In diesem Falle
ruft natürlich die Überhitzung der Zonen 3 besonders schäd-' liche Wirkungen hervor.
Es ist daher notwendig, daß die Schweißstelle regelrecht einer neuen Härtung unterzogen
wird. Die Wärmebehandlung besteht dann in einer Erhitzung über den Umwandlungspunkt,
und zwar auf über goo° C, auf die dann eine Abkühlung folgt, die bei einer bestimmten
Temperatur durch eine Härtung im Wasserbad oder im mit Wasser geschwängerten Luftbad
unterbrochen wird, worauf sich an, das Härten ein Anlassen anschließen kann.
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Es sei angenommen, daß Straßen- oder Eisenbahnschienen zu schweißen
sind, die eine Härte etwa bis zu 22o' Brinell besitzen und die eine Wärmebehandlung
erfahren haben, d. h. im Wasserbad oder im mit Wasser geschwängerten Luftbad (mit
oder ohne Anlassen) gehärtet worden sind, und die mindestens etwa o,2 v. H. Kohlenstoff
und mindestens etwa 0,4 Mangan enthalten. Auch solche Schienen können nach den genannten
beiden Verfahren geschweißt werden: Für beide Verfahren soll jetzt ein Beispiel
angegeben `verden: A. Zwischengußverfahren Das Zwischen- und gegebenenfalls auch
Umgußmetall erhält folgende Zusammensetzung Kohlenstoff o,i bis 0,4 v. H., Mangan
bis zu i v. H., Silicium bis zu i v. I1., Nickel bis zu 3 v. H., Chrom bis zu 1,5
v. H., Kupfer bis zu 2 v. H., Molybdän und Wolfram j e bis zu 0,5 v. H.
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Der Wärmebehandlung nach einer mehr oder weniger starken ,Abkühlung
werden gleichzeitig die Zonen i rund 3 unterzogen.
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Diese Wärmebehandlung umfaßt mindestens eine Erhitzung über den Umwandlungspunkt,
und zwar auf mehr als etwa iooo°, und Glühen bei dieser Temperatur während etwa
30 Minuten, -%vqrauf eine Härtung im Wasserbad oder im mit Wasser geschwängerten
Luftbad bei einer Temperatur von etwa $oo bis goo° folgt. Diese Härtung kann mit
einer begrenzten Wassermenge ausgeführt werden, wenn man ein sofortiges Anlassen
durch die noch innewohnende Wärme wünscht, wobei dieses Anlassen bei einer unter
dem Umwandlungspunkt liegenden Temperatur erfolgt. .Diese Härtung. kann, jedoch
auch bis zum äußersten getrieben werden und in diesem Falle ein Anlässen! an die
Härtung angeschlossen werden, indem die in Abkühlung befindliche oder vollständig
abgekühlte Schweißsteile erwärmt wird, und zwar auf eine unter dem Umwandlungspunkt
liegende Temperatur. Man stellt dann folgendes fest: i. eine beträchtliche Erhöhung
der Festigkeit und der Durchbiegung, und zwar beider bis auf etwa das Zehnfache,
bei der Schlagprobe, 2. eine merkliche Erhöhung der möglichen Belastung und der
Durchbiegung bei der Bruchprobe, 3. eine merkbare Erhöhung der Festigkeit, der Einschnürung
und der Dehnung bei der in der Schienenlängsrichtung ausgeführten Zugprobe, 4. eine
Brinellhärte, die derjenigen der Schienen vor der Schweißung nahekommt. Bei dieser
Behandlung wird die bei der Schweißung zugeführte Wärme nicht ausgenutzt. B. Kombiniertes
Verfahren mittels Zwischenblechs Das Zwischen- und Umgußmetall erhält die folgende
Zusammensetzung: Kohlenstoff o,i bis 0,4 v. H., Mangan bis zu i v. H., Silicium
bis zu i v. H., Nickel bis zu 3 v. H., Chrom bis zu o,8 v. H., Kupfer bis zu 2 v.
H., Molybdän und Wolfram je bis zu o,5 v. H.
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Die Wärmebehandlung der Schweißstelle nach einer mehr oder weniger
starken Abkühlung wird wie bei den vorstehend mittels des Zwischengußverfahrens
verschweißten Schienen gleichzeitig auf die Zonen 1, 2 und 3 erstreckt. Auch die
Wärmebehandlung erfolgt in der vorstehend angegebenen Weise, und auch die dabei
festgestellten Ergebnisse sind die gleichgünstigen.