EP0103561A2 - Meisselhalter, sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP0103561A2
EP0103561A2 EP83890124A EP83890124A EP0103561A2 EP 0103561 A2 EP0103561 A2 EP 0103561A2 EP 83890124 A EP83890124 A EP 83890124A EP 83890124 A EP83890124 A EP 83890124A EP 0103561 A2 EP0103561 A2 EP 0103561A2
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EP
European Patent Office
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welding
steel
chisel
chisel holder
build
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Johannes Dipl.-Ing. Blumauer
Hubert Dipl.-Ing. Augustin
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Voestalpine AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/18—Mining picks; Holders therefor

Definitions

  • the invention relates to a chisel holder made of steel, in particular heat-resistant and rust-resistant steel, which has a bore for receiving a chisel shank and is connected to the base body of a cutting head of a cutting machine by welding, and a method for its production.
  • the chisels are inserted into the bores of the chisel holders and the chisel holders are connected to the base body of the cutting head by welding.
  • Such chisel holders are highly stressed because they come into contact with the rock to be cut, which breaks out only irregularly, and must therefore consist of high-quality steel.
  • Such chisel holders are therefore usually made of high-strength, high-strength steel, while the base of the cutting head consists of easily weldable structural steel. Welding such bit holders onto the base body of the cutting head is extremely difficult, since with such steels it is necessary to preheat the parts to be welded together.
  • the basic body of the cutting head is a voluminous and heavy component, since the cutting heads have a relatively large diameter, and the preheating of this basic body presents considerable difficulties, with the added risk of warping.
  • a chisel holder is already known from AT-PS 339 234, in which the part receiving the chisel shaft is made of high-strength, high-strength steel and is connected over the whole area to a foot made of unalloyed and low-alloyed, easily weldable steel. In this way it was achieved that the base body of the cutting head did not have to be preheated when welding on the bit holder, which already has a clear advantage in welding the bit holder to the base body of the Schrämkopfes revealed.
  • High-strength or heat-resistant steels for chisel holders such as tempering steel, hot-work steel or cold-work steel, would, due to the alloy composition of such steels, increase the risk of hardening and cracking during welding without high preheating of the base body of the cutting head to temperatures of around 500 ° C bring oneself.
  • the well-known chisel holder made of two materials was relatively complex and expensive to manufacture.
  • the known chisel holder had the disadvantage that the foot part had a significantly lower corrosion resistance, which could lead to premature destruction of the chisel holder.
  • the invention now aims to provide a chisel holder which is characterized by greater resistance to corrosion and which nevertheless enables simple welding to the base body of a cutting head without preheating the cutting head base body.
  • the invention essentially consists in the fact that the chisel holder to be connected to the base body of the cutting head, at least in the area of its foot part facing away from the receiving bore for the chisel shaft, has a jacket made of readily weldable steel applied by cladding.
  • the entire core of the chisel holder in which water bores can also be arranged, can be made of rust-resistant steel, in particular chromium-alloyed steel, the coat being dimensioned only as thick must ensure that the structure of the chisel holder is not affected during the subsequent connection welding with the cutting head and thus no hardening with possible crack formation can occur.
  • the entire chisel holder extends to the foot high-strength steel with better corrosion properties, it is also possible to allow high loads on the bit holder or to reduce the size of the bit holder.
  • the weld overlay enables the chisel holder to be welded to the base body of the cutting head without preheating the base body of the cutting head, and the design is preferably such that the jacket is made of ferritic or austenitic steel and has a wall thickness of 0.5 to 10 mm, in particular 1 up to 8 mm. Such wall thicknesses are usually sufficient to prevent a change in the structure when welding the connection to the cutting head. When using a sheath made of austenitic steel, wall thicknesses of up to 3 mm are sufficient, whereas the wall thickness must be dimensioned correspondingly higher when using ferritic steel as the material for the sheath.
  • the jacket extends at most over half the height of the bit holder, preferably less than a third of the height of the bit holder.
  • heat-resistant working steels or higher-strength tempering steels with a carbon equivalent of more than 0.3 can be used as the material for the chisel holder.
  • the weld overlay is preferably carried out with austenitic electrodes.
  • ferritic electrodes can also be used, for example with a composition C 0.1% by weight, Si 0.6 % By weight, Mn 1.2% by weight and Mo 0.5% by weight, balance Fe, use with success.
  • the bit holder preferably consists of a steel with the directional analysis Rest of Fe and the steel jacket with the directional analysis
  • the chisel holder according to the invention can be produced in a particularly simple manner in that an overlay weld with an austenitic or ferritic electrode of the following composition in wt.
  • the build-up welding preferably being carried out with an austenitic electrode with a thickness of 1 to 3 mm, preferably with a welding layer. If ferritic electrodes are used, it is generally necessary to work with at least two welding layers.
  • the structural change in the heat-affected zone of the welded-on jacket is eliminated by the heat treatment (soft annealing, tempering, stress relieving annealing) which is always provided for the bit holder, so that a homogeneous bit holder base material is again present and the risk of crack formation due to this inhomogeneity is eliminated.
  • a chisel holder 1 is shown, the receiving bore 2 for the chisel shaft is indicated by dashed lines.
  • a jacket 4 is applied by build-up welding, the height of which essentially corresponds to the height required for the subsequent connection welding.
  • the welding to the base body 5 of the cutting head takes place by means of weld seams 6, wherein electrodes made of ferritic material can be used for this welding without further notice.
  • the base body 5 of the cutting head usually consists of ferritic structural steel.
  • a steel of the composition X 38 Cr Mo V 51 was selected as the material for the chisel holder. While preheating this bit holder to temperatures of approximately 300 ° C., a jacket with the composition C 0.1% by weight, Si 0.6% by weight, Mn 1.2% by weight and Mo 0.5% by weight was coated in two welding layers. %, Balance Fe, used up, the thickness of the cladding layer being 6 mm was measured. A MAG-C manual welding was chosen as the welding process, whereby the casing layer was welded on after the chisel holder was punched, after which soft annealing, reworking and tempering were carried out.
  • an austenitic electrode with the composition 0.14% C, 0.4% Si, 2.0% Mn, 29.5% Cr and 9.0% Ni was used in a welding layer while maintaining a thickness of the cladding layer of 3 mm Surface welding material used for the jacket, using a MIG manual welding process.

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Abstract

Der Meisselhalter (1) aus warmfestem und rostträgem Stahl weist eine Bohrung (2) für die Aufnahme eines Meissels auf. Der Fuss (3) des Meisselhalters (11 wird mit dem Grundkörper (5) eines Schrämkopfes durch Schweissen verbunden, wobei der Meisselhalter zumindest im Bereich des Fussteiles (3) einen durch Auftragsschweissen aufgetragenen Mantel (4) aus gut schweissbarem Stahl aufweist. Dieser Mantel (4) erstreckt sich höchstens über die Hälfte der Höhe des Meisselhalters (1) und besteht aus ferritischem oder austenitischem Stahl einer Wandstärke von 0,5 bis 10 mm. Derjenige Teilbereich des Fusses (4) des Meisselhalters (1), auf welchem die Auftragsschweissung aufgetragen wird, ist im Bereich dieser Auftragsschweissung vor der Auftragsschweissung um die Stärke der Auftragsschweissung abgesetzt ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Meißelhalter aus Stahl, insbesondere warmfestem und rostträgem Stahl, welcher eine Bohrung für die Aufnahme eines Meißelschaftes aufweist und mit dem Grundkörper eines Schrämkopfes einer Schrämmaschine durch Schweißen verbunden wird,sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Bei Schrämköpfen von Schrämmaschinen sind die Meißel in Bohrungen von Meißelhaltern eingesetzt und die Meißelhalter werden mit dem Grundkörper des Schrämkopfes durch Schweißen verbunden. Solche Meißelhalter sind hoch beansprucht, da sie mit dem zu schrämenden Gestein, welches nur unregelmäßig ausbricht, in Berührung, kommen und müssen daher aus hochwertigem Stahl bestehen. Solche Meißelhalter bestehen daher üblicherweise aus warmfestem Stahl hoher Festigkeit, während der Grundkörper des Schrämkopfes in der Pegel aus gut schweißbarem Baustahl besteht. Das Anschweißen solcher Meißelhalter an den Grundkörper des Schrämkopfes gestaltet sich äußerst schwierig, da bei solchen Stählen eine Vorwärmung der miteinander zu verschweißenden Teile erforderlich ist. Der Grundkörper des Schrämkopfes ist ein voluminöser und schwerer Bauteil, da Schrämköpfe einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweisen, und es bietet die Vorwärmung dieses Grundkörpers beträchtliche Schwierigkeiten, wozu noch die Gefahr eines Verziehens kommt.
  • Aus der AT-PS 339 234 ist bereits ein Meißelhalter bekannt geworden, bei welchem der den Meißelschaft aufnehmende Teil aus warmfestem Stahl hoher Festigkeit besteht und ganzflächig mit einem Fuß aus unlegiertem und niedriglegiertem, gut schweißbarem Stahl verbunden ist. Auf diese Weise wurde erreicht, daß der Grundkörper des Schrämkopfes beim Aufschweißen des Meißelhalterp nicht vorgewärmt werden mußte, wodurch sich bereits ein deutlicher Vorteil bei der Verschweißung des Meißelhalters mit dem Grundkörper des Schrämkopfes ergab. Hochfeste bzw. warmfeste Stähle für Meißelhalter, wie beispielsweise Vergütungsstahl, Warmarbeitsstahl oder Kaltarbeitsstahl, würden, bedingt durch die Legierungszusammensetzung solcher Stähle, die Gefahr einer Aufhärtung und Gefahr einer Rißbildung bei einer Verschweißung ohne hohe Vorwärmung des Grundkörpers des Schrämkopfes auf Temperaturen von ungefähr 500 C mit sich bringen. Der aus zwei Werkstoffen aufgebaute bekannte MeiBelhalter war jedoch in seiner Fertigung relativ aufwendig und kostspielig. Insbesondere bei Meißelhaltern, in welchen Bohrungen für die Zuführung von Kühlwasser vorgesehen waren, ergab sich bei dem bekannten Meißelhalter der Nachteil, daß der Fußteil eine wesentlich geringere Korrosionsbeständigkeit aufwies, wodurch es zu vorzeitiger Zerstörung des Meißelhalters kommen konnte.
  • Die Erfindung zielt nun darauf ab, einen Meißelhalter zu schaffen, welcher sich durch höhere Korrosionsbeständigkeit auszeichnet und welcher dennoch eine einfache Aufschweißung auf den Grundkörper eines Schrämkopfes ohne Vorwärmung des Schrämkopfgrundkörpers ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß der mit dem Grundkörper des Schrämkopfes zu verbindende Meißelhalter zumindest im Bereich seines der Aufnahmebohrung für den Meißelschaft abgewendeten Fußteiles einen durch Auftragsschweißen aufgetragenen Mantel aus gut schweißbarem Stahl aufweist. Dadurch, daß der Meißelhalter einen durch Auftragsschweißen aufgetragenen Mantel aus gut schweißbarem Stahl aufweist, kann der gesamte Kern des Meißelhalters, in welchem auch Wasserbohrungen angeordnet sein können, aus rostträgem Stahl, insbesondere chromlegiertem Stahl, ausgebildet werden, wobei der Mantel lediglich so dick bemessen werden muß, daß bei der späteren Verbindungsschweißung mit dem Schrämkopf keine Beeinflussung des Gefüges des Meißelhalters eintritt und damit keine Aufhärtung mit eventueller Rißbildung auftreten kann. Da nun der gesamte Meißelhalter bis zum Fuß aus hochfestem Stahl mit besseren Korrosionseigenschaften bestehen kann, ist es auch möglich, hohe Belastungen des Meißelhalters zuzulassen oder aber die Größe des Meißelhalters zu verringern. Durch die Auftragsschweißung wird eine Verschweißung des Meißelhalters mit dem Grundkörper des Schrämkopfes ohne Vorwärmung des Grundkörpers des Schrämkopfes möglich und die Ausbildung ist vorzugsweise so getroffen, daß der Mantel aus ferritischem oder austenitischem Stahl besteht und eine Wandstärke von 0,5 bis 10 mm, insbesondere 1 bis 8 mm, aufweist. Derartige Wandstärken reichen in der Regel aus, um eine Veränderung des Gefüges bei der Verbindungsschweißung mit dem Schrämkopf zu verhindern. Bei Verwendung eines Mantels aus austenitischem Stahl genügen hiebei Wandstärken bis zu 3 mm, wohingegen die Wandstärke bei Verwendung von ferritischem Stahl als Material für den Mantel entsprechend höher bemessen werden muß.
  • Da lediglich der Fuß des Meißelhalters mit dem Schrämkopf verschweißt werden muß, reicht es aus, wenn der Mantel sich höchstens über die Hälfte der Höhe des Meißelhalters, vorzugsweise über weniger als ein Drittel der Höhe des Meißelhalters, erstreckt.
  • Als Material für den Meißelhalter kommen vor allen Dingen warmfeste Arbeitsstähle bzw. höherfeste Vergütungsstähle mit einem Kohlenstoffäquivalent von mehr als 0,3 in Frage. Ein derartiger Stahl ist beispielsweise die Type X 38 Cr Mo V 51, oder der Stahl V 130 (= höherfester Vergütungsstahl) mit der Zusammensetzung 0,39 Gew.% C, 0,3 Gew.% Si, 0,6 Gew.% Mn, 0,8 Gew.% Cr, 0,4 Gew.% Mo und 1,4 Gew.% Ni, Rest Fe. Bevorzugt wird die Auftragsschweißung mit austenitischen Elektroden vorgenommen. Da das Material des Grundkörpers des Schrämkopfes in aller Regel aus einfachem ferritischem Baustahl besteht, lassen sich aber auch ferritische Elektroden, beispielsweise mit einer Zusammensetzung C 0,1 Gew.%, Si 0,6 Gew.%, Mn 1,2 Gew.% und Mo 0,5 Gew.%, Rest Fe, mit Erfolg verwenden.
  • Vorzugsweise besteht der Meißelhalter aus einem Stahl mit der Richtanalyse
    Figure imgb0001
    Rest Fe und der Mantel aus einem Stahl mit der Richtanalyse
    Figure imgb0002
    Der erfindungsaemäße Meißelhalter läßt sich in besonders einfacher Weise dadurch herstellen, daß auf einen Meißelhaltergrundkörper eine Auftragsschweißung mit einer austenitischen oder ferritischen Elektrode folgender Zusammensetzung in Gew.%
    Figure imgb0003
  • vorgenommen wird, wobei vorzugsweise die Auftragsschweißung mit einer austenitischen Elektrode mit einer Stärke von 1 bis 3 mm, vorzugsweise mit einer Schweißlage, vorgenommen wird. Im Falle der Verwendung ferritischer Elektroden ist es in aller Regel erforderlich, mit wenigstens zwei Schweißlagen zu arbeiten.
  • An denjenigen Stellen, an welchen die Auftragsschweißung aufgetragen wird, ist es vorteilhaft, den Meißelhalter abgesetzt auszubilden, so daß sich eine glatte Außenoberfläche ergibt. Eine derartige Ausbildung ermöglicht auch eine Vereinfachung beim Gesenkschlagen der Meißelhalter, insbesondere dann, wenn auf Bohrungen für die Wasserzuführung Rücksicht genommen werden muß. Bei der Auftragsschweißung ist es erforderlich, den Meißelhalter soweit vorzuwärmen, daß Rißfreiheit gewährleistet wird, wobei diese Vorwärmung bedingt durch die kleine Bauteilgröße des Meißelhalters leicht durchführbar ist. Die Gefügeveränderung in der'Wärme- einflußzone des aufgeschweißten Mantels wird durch die für den Meißelhalter immer vorgesehene Wärmebehandlung (Weichglühen, Vergüten, Spannungsarmglühen) beseitigt, so daß wieder ein homogener Meißelhaltergrundwerkstoff vorliegt und so die Gefahr von Rißbildung infolge dieser Inhomogenität beseitigt ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung und an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • In der Zeichnung ist ein Meißelhalter 1 dargestellt, dessen Aufnahmebohrung 2 für den Meißelschaft strichliert angedeutet ist. Im Bereich des Fußes 3 des Meißelhalters ist ein Mantel 4 durch Auftragsschweißung aufgebracht, dessen Höhe im wesentlichen der für die nachfolgende Verbindungsschweißung erforderlichen Höhe entspricht. Die Verschweißung mit dem Grundkörper 5 des Schrämkopfes erfolgt durch Schweißnähte 6, wobei für diese Schweißung ohne weiteres Elektroden aus ferritischem Material verwendet werden können. Der Grundkörper 5 des Schrämkopfes besteht üblicherweise aus ferritischem Baustahl.
    • Ausführungsbeispiele:
  • Als Material für den Meißelhalter wurde ein Stahl der Zusammensetzung X 38 Cr Mo V 51 gewählt. Unter Vorwärmung dieses Meißelhalters auf Temperaturen von etwa 300°C wurde in zwei Schweißlagen ein Mantel mit der Zusammensetzung C 0,1 Gew.%, Si 0,6 Gew.%, Mn 1,2 Gew.% und Mo 0,5 Gew.%, Rest Fe, aufgebraucht, wobei die Dicke der Mantelschicht mit 6 mm bemessen wurde. Als Schweißverfahren wurde eine MAG-C-Handschweißung gewählt, wobei die Mantelschicht nach dem Gesenkschlagen der Meißelhalter aufgeschweißt wurde, worauf anschließend ein Weichglühen, Nacharbeiten und Vergüten vorgenommen wurde.
  • Alternativ wurde in einer Schweißlage unter Einhaltung einer Dicke der Mantelschicht von 3 mm eine austenitische Elektrode mit der Zusammensetzung 0,14%C, 0,4%Si, 2,0%Mn, 29,5%Cr und 9,0%Ni als Auftraasschweißmaterial für den Mantel herangezogen, wobei unter Verwendung eines MIG-Handschweißverfahrens gearbeitet wurde.
  • Weiters wurde eine Elektrode mit der Zusammensetzung 0,02%C, 0,9%Si, 0,8%Mn, 23,0%Cr, 2,7%Mo und 12,0%Ni (Böhler CN 23/12 Mo-A) praktisch erprobt. Sämtliche Meißelhalter konnten ohne Vorwärmung des Grundkörpers des Schrämkopfes ohne Beeinträchtigung der Festigkeitseigenschaften des Meißelhalters mit dem Grundkörper des Schrämkopfes verschweißt werden.

Claims (8)

1. Meißelhalter aus Stahl, insbesondere warmfestem und rostträgem Stahl, welcher eine Bohrung für die Aufnahme eines Meißelschaftes aufweist und mit dem Grundkörper eines Schrämkopfes einer Schrämmaschine durch Schweißen verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Grundkörper (5) des Schrämkopfes zu verbindende Meißelhalter (1) zumindest im Bereich seines der Aufnahmebohrung (2) für den Meißelschaft abgewendeten Fußteiles (3) einen durch Auftragsschweißenaufgetragenen Mantel (4) aus gut schweißbarem Stahl aufweist.
2. Meißelhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (4) aus ferritischem oder austenitischen Stahl besteht und eine Wandstärke von 0,5 bis 10 mm, insbesondere 1 bis 8 mm, aufweist.
3. Meißelhalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (4) sich höchstens über die Hälfte der Höhe des Meißelhalters (1), vorzugsweise über weniger als ein Drittel der Höhe des Meißelhalters (1), erstreckt.
4. Meißelhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißelhalter (1) aus einem Stahl mit der Richtanalyse
Figure imgb0004
Rest Fe und daß der Mantel aus einem Stahl mit der Richtanalyse
Figure imgb0005
Gew.%, Rest Fe besteht.
5. Verfahren zur Herstellung eines Meißelhalters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Meißelhaltergrundkörper eine Auftragsschweißung mit einer austenitischen oder ferritischen Elektrode folgender Zusammensetzung in Gew.%
Figure imgb0006
vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftraqsschweißung mit einer austenitischen Elektrode mit einer Stärke von 1 bis 3 mm, vorzugsweise mit einer Schweißlage, vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbereich (3) des Meißelhalters (1), auf welchen die Auftragsschweißung aufgetragen wird, um die Stärke der Auftragsschweißung abgesetzt ausgebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Auftragsschweißung zu versehende Meißelhalter (1) im Gesenk geschlagen wird.
EP83890124A 1982-08-11 1983-07-25 Meisselhalter, sowie Verfahren zu seiner Herstellung Withdrawn EP0103561A3 (de)

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JP (1) JPS6013193A (de)
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AU (1) AU1726083A (de)
CS (1) CS585283A2 (de)
HU (1) HU187116B (de)
MA (1) MA19869A1 (de)
PL (1) PL137582B1 (de)
ZA (1) ZA835428B (de)

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MA19869A1 (fr) 1984-04-01
PL137582B1 (en) 1986-06-30
AT374563B (de) 1984-05-10
AU1726083A (en) 1984-02-16
EP0103561A3 (de) 1985-11-27
ATA307582A (de) 1983-09-15
CS585283A2 (en) 1985-06-13
ZA835428B (en) 1984-03-28
JPS6013193A (ja) 1985-01-23
PL243387A1 (en) 1984-04-24

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