DE3049283C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Elektroschlacke-Auftragsschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektroschlaeke-Auftragsschweißverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist bereits bekannt (Industrie-Anzeiger 95, Jg. Nr. 34,20.4.73, Seite 701,702).

Das Elektroschlacke-Auftragsschweißen beruht auf dem gleichen Schmelzprinzip wie das Elektroschlakkeumschmelzen, mit dem bekanntlich Metalle hoher Qualität erhalten werden. Beim Elektroschlacke-Auftragsschweißen wird nämlich eine abschmelzende Elektrode in eine geschmolzene Schlackeschicht eingetaucht, weiche das Metallbad darunter von der Umgebungsluft abschirmt der geschmolzenen Schlakkeschicht ein starker Strom über die abschmelzende Elektrode zugeführt, die abschmelzende Elektrode und die Oberfläche des Grundmetalls werden durch die Joule'sche Wärme der Schlacke geschmolzen und es findet eine Metallablagerung auf dem Grundmetall statt, während ein Block vertikal nach oben in Abhängigkeit von dem Abschmelzen der Elektrode gebildet wird. Beim Elektroschlacke-Auftragsschweißen können daher O₂ und N₂ der Umgebungsluft in das erstarrende Metall nur in begrenztem Ausmaß eindringen, so daß metallurgische Reaktionen der geschmolzenen Schlakke zu erwarten sind. Es kann dadurch ein erstarrtes Metall hoher Qualität erhalten werden. Die Metallablagerung auf dem Grundmetall ist äußerst zuverlässig, da ein vollständiges Schmelzen des Grundmetalls sichergestellt ist. Das Elektroschlacke-Auftragsschweißen wird daher beim Schweißen dicker Platten und dicker Bauteile verwendet.

Eine spürbare Tendenz nach größeren Kapazitäten bei modernen Industrieanlagen führt zu schlechteren Betriebsbedingungen und einer Zunahme an Zunder sowie einer Vergrößerung der Legierungsbestandteile der Bauteile, die in diesen Anlagen verwendet werden. Das Elektroschlacke-Auftragsschweißen hat immer mehr Beachtung gefunden als ein Mittel zur Erneuerung und Herstellung der Bauteile moderner Anlagen.

Unter den Bauteilen moderner Anlagen stellt die Walzwerkwalze bei der Eisenherstellung ein Bauteil dar, bei dem ein großer Wunsch nach einem zusammengesetzten Aufbau oder einer Erneuerung aus Gründen der Energieersparnis und einer besseren Nutzung der natürlichen Resourcen besteht.

In »Electroslag Welding« (2. Auflage), herausgegeben von B. E. Paton, übersetzt und veröffentlicht von »American Welding Society, Inc.« (Seiten 148-151) wird eine neue Herstellungs- und Erneuerungs-Methode einer Walze durch Elektroschlacke-Auftragsschweißen beschrieben, ferner geht daraus hervor, daß die Rotation einer Walze vorteilhaft ist, um eine Ablagerung gleichmäßiger Güte zu erhalten.

In der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 9 095/1969 wird ein Elektroschlacke-Auftragsschweißverfahren einer Walze vorgeschlagen, bei dem das Werkstück und eine Form gleichzeitig in Umdrehung versetzt werden und nur die Form während der Rotation nach unten bewegt wird.

In der veröffentlichten japanischen Gebrauchsmu-

' steranmeldung Nr. 15 238/1970 wird eine Form für das Elektroschlacke-Auftragsschweißen vorgeschlagen,

• welche Form in einen rotierenden Teil und einen nicht rotierenden Teil geteilt ist, wobei zwischen diesen beiden Teilen eine Dichtung vorgesehen ist.

Wenn die bekannten Elektroschlacke-Auftragsschweißverfahren, die vorstehend erläutert sind, bei 5 Verfahren zur Herstellung in zusammengesetzter oder Verbundbauweise oder zur Erneuerung von Walzen angewendet werden, die einen Durchmesser von beispielsweise 700 bis 1200 mm und eine Ablagerungsschichtdicke von beispielsweise 50 bis 100 mm aufweisen, muß die Anzahl oder Länge der Elektroden derart erhöht werden, daß diese Methoden durch eine übermäßige Schmelzpenetration des Grundmaterials in der Praxis ungeeignet werden.

Nach dem Stand der Technik, wie er in den vorstehend angegebenen veröffentlichten Patent- und Gebrauchsmusteranmeldungen beschrieben ist, ist eine Dichtungseinrichtung für das Kühlwasser, das der Form zugeführt wird, nicht ausreichend, um ein Austreten von Wasser zu verhindern, ferner erhöht die Form, die verwickelt aufgebaut ist, die Erstellungskosten der Anlage.

Aufgrund des Prinzips des Elektroschlacke-Auftragsschweißens, das vorstehend beschrieben ist, ist die Abkühlgeschwindigkeit des aufgebrachten Metalls nach dem Schweißen so langsam, so daß keine Rißbildung des Schweißmetalls beim Erstarren auftritt. In dieser Hinsicht ist das Elektroschlacke-Auftragsschweißen zur Ablagerung eines hochlegierten, einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweisenden Stahls auf eine Hülse oder auf eine Walze zur Oberflächenbehandlung geeignet. Der Umstand, daß das aufgebrachte und erstarrende Metall allmählich und kontinuierlich sich in vertikaler Richtung bildet, führt jedoch zu dem Problem, das in F i g. 1 erläutert ist und das dann auftritt, wenn die Zusammen-Setzungen des Grundmetalls und des Oberflächenmetalls voneinander abweichen.

Gemäß F i g. 1 ist ein Kupferband 2 so angeordnet, daß der erforderliche Schweißspalt (Oberflächenradius) zwischen dem Kupferband 2 und einem Werkstück 1 gebildet wird. Durch eine abschmelzende Elektrode 4, die eine vorher abgestimmte Zusammensetzung aufweist, erfolgt während der Oberflächenbehandlung eine ununterbrochene Zufuhr in das Schlackebad 3. Da die Kohlenstoff- und Legierungsgehalte des Werkstücks 1 niedriger sind als die der abschmelzenden Elektrode 4, ist der Schmelzpunkt des Grundmetalls im allgemeinen hoch. Wenn das geschmolzene Metall 7 von dem Werkstück 1 zu dem Metallbad 6 zur Oberflächenbehandlung abtropft, erstarrt das geschmolzene Metall 7 sofort oder, wenn es nicht sofort erstarrt, wird die Viskosität des geschmolzenen Metalls 7 so gering, daß das geschmolzene Metaii 7 nicht zufriedenstellend in das Metallbad diffundieren kann. Wenn eine solche zufriedenstellende Diffusion des geschmolzenen Metalls 7 nicht stattfindet, erstarrt das Metall in der Form, wie sie mit 8 angegeben ist, und führt zu der heterogenen Struktur 9-1. Da eine beträchtliche Diffusion auch unter nicht zufriedenstellenden Diffusionsbedingungen stattfindet, tritt eine Abscheidung auf, derart, daß die Kohlenstoff- und Legierungsbestandteile-Gehalte des abgelagerten Metalls an den dem Werkstück 1 benachbarten Stellen niedriger sind. Das geschmolzene Metall 7 tropft periodisch, pulsierend ab und die heterogene Struktur 9-1 bildet sich damit in Form der Schichten 9-2, die sich zu der behandelten Oberfläche des Werkstücks 1 erstrecken können. Beim Walzvorgang mit den Walzen, die eine heterogene Struktur aufweisen, wird das Rauherwerden der Oberfläche der Walzen beschleunigt und die Oberflächeneigenschaften des Walzenwerkstücks werden beeinträchtigt. Darüber hinaus können Wärmerisse durch die heterogene Struktur auftreten, wenn die Walze zum Warmwalzen verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Probleme zu lösen, die bei einer vertikalen und umfangsmäßigen Oberflächenbehandlung von Bauteilen mit großem Durchmesser von vorzugsweise etwa 700 mm und mehr mit einer Dickenablagerungsschicht von vorzugsweise etwa 50 mm Schichtdicke und mehr auftreten, welche Probleme die folgenden sind: (1) Welche Elektrode soll man zur Zufuhr eines starken Stroms verwenden und (2) wie kann man eine übermäßige Schmelzpenetration des Grundmetalls während der Oberflächenbehandlung in großer Schichtdicke vermeiden, die zu einer Erhöhung des Wärmeverbrauchs und einer Verminderung der Schweißgeschwindigkeit oder der Hebegeschwindigkeit des Metallbades führt.

Durch die Erfindung soll ferner ein Verfahren zum vertikalen Elektroschlackeschweißen bereitgestellt werden, mit dem zusammengesetzte oder Verbundwalzen hoher Qualität durch Oberflächenbehandlung des Walzenkörpers mit einem anderen Material als dem des Walzenkörpers hergestellt oder erneuert werden können.

Weiterhin soll durch die Erfindung eine Vorrichtung zur Elektroschlackeoberflächenbehandlung für Bauteile mit zylindrischer Oberfläche bereitgestellt werden, das in der Lage ist, Bauteile mit großem Durchmesser zu bearbeiten und Metal! hoher Qualität in dicker Schicht aufzutragen.

Durch die Erfindung soll auch eine Vorrichtung zur Elektroschlackeobcrflächenbehandlung bereitgestellt werden, die einen Kühlwassereinlaß und -auslaß aufweist, der in der Lage ist, das Kühlwasser der drehbaren Form über einen drehbaren Anschluß in einfacher Weise zuzuführen und der den Auswirkungen der Schweißwärme nicht ausgesetzt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur vertikalen Oberflächenbehandlung eines Bauteils mit zylindrischer Oberfläche ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrphasenwechselstrom der Schlacke über mehrere abschmelzende Elektroden in Form einer Stange, die einen großen Querschnitt aufweist, zugeführt wird, ferner dadurch, daß bei Durchführung der Oberflächenbehandlung das Werkstück rotiert und der Oberfläche des Schlackenbades kontinuierlich geschmolzenes Metall zugesetzt wird.

Nachstehend sind die Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens im einzelnen erläutert

Die abschmelzenden Elektroden werden anhand άζτ Stärke des Stromes ausgewählt, der der Schlacke über die Elektroden zugeführt wird. Das Material der abschmelzenden Elektroden kann allein einem hohen Stromfluß durch die Elektroden einen Widerstand entgegensetzen. Wenn Kohlenstoff, der ein typisches Material für nicht abschmelzende Elektroden ist, für die Elektroden verwendet wird, werden Sub-Oxide, wie SiO₂ und MnO, in der Schlacke mit dem Kohlenstoff zur Reaktion gebracht und das CO-Gas, das bei der Reaktion gebildet wird, bedeckt die Schlackeoberfläche in Form von Blasen. Die Schweißbarkeit wird beeinträchtigt und die Steuerung der Schmelzpenetration wird kompliziert, da der Abstand zwischen den Elektroden und dem Werkstück sich wegen des Verbrauchs der Spitze der Elektroden also durch

Veränderung der Elektrodenform variiert, welcher Verbrauch durch die vorstehend erwähnte Reaktion in der Schlacke erfolgt, ferner durch die Oxidation der Elektroden durch die Atmosphäre. Wenn ein Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie Wolfram oder Molybdän, anstelle von Kohlenstoff für die nichtabschmelzenden Elektroden verwendet wird, wird der Verbrauch durch Oxidation sogar noch gravierender, so daß sie dem starken elektrischen Strom nicht mehr standhalten können. Allgemein gilt, daß ein legierter Stahl oder ein legiertes Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von 1% und mehr zur Oberflächenbehandlung eines Bauteils, wie einer Walzwerkwalze verwendet wird, die Gegenstand der Erfindung ist, wobei das oberflächenbehandelte Bauteil verschleißfest ist und gegenüber Wärmerissen widerstandsfest sein soll. Falls die Ablagerung des legierten Stahls oder Eisens mit einem Kohlenstoffgehalt von 1% und mehr erfolgt und damit ein hoher Schmelzpunkt bei der Elektroschlackeoberflächenbehandlung auftritt, werden S1O2, MnO und dergleichen im allgemeinen zu einem Flux mit hohem Schmelzpunkt der bei der Ablagerung von Stahl mit geringem Kohlenstoff verwendet wird, zugegeben, um den Schmelzpunkt des Fluxes herabzusetzen. Die Reaktion zwischen den nichtabschmelzenden Elektroden und SiO₂, MnO und dergleichen läuft deshalb bei der Ablagerung eines Stahls mit hohem Kohlenstoffgehalt gegenüber der Ablagerung eines Stahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt beschleunigt ab. Die Elektroden, die erfindungsgemäß zum Einsatz kommen, sind deshalb abschmelzend, wobei es durch die Erfindung möglich wird, die Erzeugung von Blasen in der Schlacke zu verhindern und einen stabilen Schweißvorgang sicherzustellen, und zwar bei konstanter Aufrechterhaltung der identischen Gestalt der Elektroden.

Zum anderen werden die abschmelzenden Elektroden in Form einer Stange verwendet, um einen starken Strom zwischen 10 000 und 100 000 A dem Schlackebad zuzuführen. Falls Drahtelektroden, die üblicherweise bei dem Elektroschlackeschweißen verwendet werden, dazu eingesetzt werden, um den vorstehend angegebenen starken Strom zuzuführen, sind 20 Elektroden und mehr erforderlich, was die Montage, den Betrieb und die Anlageinstandhaltung der Elektroschlackeoberflächenbehandlung kompliziert und unpraktisch macht Der Einsatz von Drahtelektroden ist nicht nur unpraktisch, vielmehr zeigt auch die Oberflächenbehandlung einen sehr gravierenden Nachteil, falls legierter Stahl oder legiertes Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von 1% und mehr für die Elektroden verwendet wird, der bzw. das ein bevorzugtes Oberflächenbehandlungsmaterial bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist. Es ist nämlich schwierig, den vorstehend erwähnten Stahl bzw. das vorstehend erwähnte Eisen wegen seiner Härte oder seiner Verfestigung zu Rollen oder Spulen zu formen. Wenn die Legierungsbestandteile des Stahls oder Eisens Nickel oder Molybdän sind, die für eine Oberflächenhärtung notwendig sind, ist es unmöglich, den Stahl oder das Eisen zu Rollen oder Spulen zu formen. Es wurden dann Elektroden in Form von Bandspulen in Betracht gezogen. Die erforderliche Anzahl der Elektroden in Form von Bandspulen ist relativ groß und das Einarbeiten der Bänder in die Spulenform ist sehr kompliziert Es wurde dann ein Flux mit einem Drahtelektrodenkern in Betracht gezogen, z. B. eine Elektrode, die aus einem weichen Stahlmantel und einer Füllung zusammengesetzt ist, welche aus einem Gemisch aus einem Pulver mit hohem Kohlenstoffgehalt und einem Pulver einer Legierungskomponente besteht, wobei die gesamte Elektrodenzusammensetzung so angepaßt ist, daß sie einem legierten Stahl oder Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von 1 % und mehr entspricht. Wenn eine solche Elektrode durch Elektroschlackeschmelzen geschmolzen wird, wird ein Bestandteil der Elektrode mit hohem Schmelzpunkt im nichtgeschmolzenen Zustand in das abgelagerte Metall übergeführt, da der Mantel mit hohem Kohlenstoffgehalt und die hochlegierte Füllung einen niedrigen bzw. hohen Schmelzpunkt aufweisen. Selbst wenn der, Bestandteil mit hohem Schmelzpunkt schmilzt, verfestigt er sich, um in das Metallbad zu diffundieren, das eine niedrigere Temperatur als die Schlacke aufweist, so daß er unterhalb der Schlacke auftritt, was zu einer ungleichmäßigen Struktur oder Abscheidung führt. Der Flux mit Drahtelektrodenkern kann also wegen einer Qualitätsverschlechterung nicht verwendet werden. Um die Probleme, die bei den gewickelten Drahtelektroden, gewickelten Bandelektroden und einem Flux mit Drahtelektrodenkern auftreten, muß legierter Stahl oder legiertes Eisen mit der erforderlichen Zusammensetzung zu Elektroden in Form langer Stangen gegossen oder gewalzt werden. Falls die Stangenelektroden eine kleine Querschnittsfläche aufweisen, beispielsweise Stahlstangen mit kleinem Durchmesser, ist die Anzahl der Elektroden so zahlreich wie im Falle der Drahtoder Bandelektroden. Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Schlacke durch Elektroden mit kleinem Querschnitt sicherzustellen, ist es darüber hinaus erforderlich, nicht nur die Elektroden umfangsmäßig anzuordnen, sondern darüber hinaus eine beträchtliche Anzahl von Elektroden in jeder Position nahe des Werkstücks und der Form sowie in der Mitte zwischen dem Werkstück und der Form anzubringen. Die vorstehend geschilderte langwierige Montage zahlreicher Elektroden macht die Durchführung der Elektroschlackeoberflächenbehandlung vom Standpunkt der Montage wie des Betriebs unmöglich. Die Stangenelektroden müssen daher einen großen Durchmesser aufweisen.

Nach der Erfindung wird neben des Einsatzes einer Vielzahl abschmelzender Elektroden in Form von Stangen mit großem Querschnitt drittens das Werkstück rotiert und zwar aus folgenden Gründen. Durch die Rotation des Werkstücks nimmt die Stromzufuhr je Elektrode zu und die Anzahl der Elektroden kann deshalb beträchtlich gesenkt werden. Die Anzahl der Elektroden kann etwa 10 oder weniger sein. Falls beim Betrieb mit identischen Elektroden das Werkstück rotiert, kann der Strom dem Schlackebad zufriedenstellend in der Nähe der Form und des Werkstücks durch, die Werkstückrotation zugeführt werden, wodurch ein vollständiges Schmelzen des Grundmetaiis und des aufzubringenden Metalls sichergestellt ist, desgleichen eine gute formseitige Gußhaut des aufgebrachten Metalls. Eines der Ziele der Rotation des Werkstücks besteht darin, eine gleichmäßige Umfangstemperaturverteilung der Schlacke auch bei einer kleineren Anzahl von Elektroden zu erreichen. Diese gleichmäßige Umfangstemperatur wird durch die umfangsmäßige Rotation der Schlacke aufgrund der Werkstückrotation erhalten, während die gleichmäßige radiale Temperatur durch den großen Querschnitt der Stangenelektroden erreicht wird.

Es wird viertens erläutert, wie erfindungsgemäß eine übermäßige Schmelzpenetration des Grundmetalls verhindert wird. In dem Fall, wo Elektroden in Form

von Stangen mit großem Querschnitt benutzt werden, kann das Grundmetall eine tiefe Schmelzpenetration aufweisen, die zwischen 50 und 100 mm betragen kann. Verglichen mit dem konventionellen Elektroschlackeschweißen dicker Platten, ist die Schweißgeschwindigkeit bei der konventionellen Elektroschlackeoberflächenbehandlung gering und der Temperaturanstieg des Werkstücks groß, weil der Durchmesser (genauer gesagt der Radius) des einer Oberflächenbehandlung zu unterziehenden Werkstücks, der dem Umfang oder der Breite der einer Elektroschlackeschweißung zu unterziehenden Platte entspricht, von begrenzter Größe und klein ist, wird vom Umfang zum Inneren des Werkstücks Wärme konzentriert und die Wärmestrahlung von dem Werkstück ist gering. Die Schmelzpenetration des Grundmetalls erreicht deshalb eine beträchtliche Tiefe, so daß selbst bei Verwendung von Stangenelektroden mit großem Querschnitt der Abstand zwischen den Elektroden und der geschmolzenen Oberfläche des Werkstücks stark vergrößert werden muß. Dies führt wiederum zu einem Temperaturabfall der Schlacke in der Nähe der geschmolzenen Oberfläche des Werkstücks und zu einer Änderung der Schmelzpenetration schon bei einer geringen Änderung der Schweißbedingungen, wie der Stromstärke, der Spannung usw. Die Steuerung der Schmelzpenetration wird deshalb schwierig und die Schmelzpenetration zeigt eine solche Ungleichmäßigkeit, daß eine gerade Schweißnaht nicht mehr erhalten werden kann. Dies führt zu einer Zerstörung der Bauteile, z. B. von unter Druck stehenden Walzen, aufgrund von Spannungskonzentrationen durch Restspannung oder ungleichförmigen Aufbau an den Verbindungsflächen.

Bei der Herstellung von zusammengesetzten oder Verbundbauteilen durch Elektroschlackeoberflächenbehandlung trifft man auf das noch größere Problem der Abscheidung, die dadurch verursacht wird, daß das Grundmetall mit einer Zusammensetzung, die sich von der des Oberflächenmetalls unterscheidet, in unterschiedlicher Menge während des Oberflächenbehandlungsvorgangs schmilzt.

Ein großes Problem besteht ferner darin, daß mit zunehmender Tiefe der Schmeizpenetration die Wahrscheinlichkeit des Auftretens solcher Fehlstellen, wie Gasporen (pinholes) und von Schlackeneinschlüssen in der geschmolzenen Zone aufgrund der vorstehend im Zusammenhang mit dem Problem der tiefen Schmelzpenetration erläuterten Gründe, größer wird und dadurch die Qualität sich verschlechtern kann. Um die Probleme, die bei einer übermäßigen Schmelzpenetration auftreten, zu vermeiden, muß die Temperatur der Schlacke erhöht und die Tiefe der Schmelzpenetration verringert werder.. verglichen mit der konventionellen Elektroschlackeoberflächsnbehandlung. Dies wird durch eine besonders wichtige erfindungsgemäße Maßnahme erreicht, indem die Temperatur der Schlacke nahe des Werkstückes mit Hilfe der vorstehend erwähnten Elektroden mit großem Querschnitt erhöht und die absorbierte Wärmemenge je Schweißnaht des Werkstücks dadurch gering gehalten wird, daß geschmolzenes Metall dem Metallbad zugegeben wird, während die Schlacke auf hoher Temperatur gehalten wird. Die Schmelzpenetration beträgt höchstens 30 mm und im Idealfall 15 mm oder weniger. Aufgrund dieser geringen Schmelzpenetration kann eine ausreichend hohe Temperatur der Schlacke in der Nähe der Schmelzzone des Werkstücks aufrechterhalten werden (die Temperaturverteilung der Schlacke wird vergrößert), um die vorstehend angegebenen Probleme zu beseitigen. Da das Werkstück, wie vorstehend erwähnt, rotiert wird, werden das geschmolzene Metall, selbst wenn es dem Metallbad an einer einzigen Stelle des Bades zugesetzt wird, das Metall und dessen Wärme gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt. Der Zusatz einer zu großen Menge an geschmolzenem Metall führt zu einer übermäßigen Geschwindigkeit des Anstiegs des Metalls in dem Bad oder der Schweißgeschwindigkeit, wodurch

ίο die Erstarrungsstruktur des abgelagerten Metalls in der mittleren Zone nachteiligerweise gröber wird und darüber hinaus kleine Gasporen oder Löcher in der abgelagerten Schicht gebildet werden. Der Zusatz von geschmolzenem Metall führt zu einer wesentlichen Verminderung der Größe der gesamten Oberflächenbehandlungsvorrichtung, ferner zu einer kompakten Oberflächenbehandlungsvorrichtung.

Falls das geschmolzene Metall nicht zugegeben wird, wenn abschmelzende Elektroden in Form einer Stange verwendet werden, wird die Abnahme der Länge der Elektroden durch das Verhältnis der Querschnittsfläche der Elektroden zu der Querschnittsfläche des Oberflächenbelags bestimmt, und zwar in einer Weise, daß mit zunehmender Querschnittsfläche der Elektroden, die Länge der Elektroden kürzer werden kann. Da die Querschnittsfläche der Elektroden maximal um 30% gegenüber der Querschnittsfläche des Oberflächenbelags erhöht werden kann, beträgt die erforderliche Länge der Elektroden mindestens das Dreifache der Länge des Oberflächenbelages. Aus diesem Grunde sind mindestens sechs Meter lange Elektroden bei einer Länge des Oberflächenbelages von beispielsweise 2 m erforderlich. Bei einer Oberflächenbehandlung unter Verwendung derart langer Elektroden ist sowohl der Betrieb wie die Montage schwierig, selbst wenn zusätzliche säulenförmige Elektrodenabschnitte mit einem säulenförmigen Elektrodenabschnitt während des Oberflächenbehandlungsvorgangs verbunden werden.

Da erfindungsgemäß dem Metallbad geschmolzenes Metall zugesetzt wird, kann die Elektrodenlänge beinahe die gleiche sein wie die Länge des Oberflächenbelags, was zur Folge hat, daß die Höhe der gesamten Oberflächenbehandlungsanlage gering ist und darüber hinaus die Oberflächenbehandlung nicht komplizierter wird, verglichen mit der Oberflächenbehandlung ohne Zusatz an geschmolzenem Metall.

Die Geschwindigkeit des kontinuierlichen Zusatzes an geschmolzenem Metall übt einen kritischen Einfluß auf die Schmelzpenetration des Werkstücks aus. Die Metallzusatzgeschwindigkeit sollte deshalb genau mit der vorbestimmten Geschwindigkeit erfolgen, die durch die Tiefe der Schmeizpenetration festgelegt wird und. falls es notwendig ist die Schmelzpenetration während des Oberflächenvorgangs zu steuern, sollte nicht die Metallzusatzgeschwindigkeit, sondern die Stromstärke und die Spannung zur Steuerung der Schmelzpenetration geändert werden. Infolgedessen sollte das geschmolzene Metall kontinuierich mit konstanter Geschwindigkeit zugesetzt werden und eine Unterbrechung des Zusatzes an geschmolzenem Metall sollte lediglich für eine Zeitspanne von weniger als einer Minute erfolgen. Falls die Unterbrechung eine Minute oder länger dauert, verändert sich nicht nur die Schmelzpenetrationstiefe, sondern es werden solche metallurgischen Fehler, wie eine Verschlechterung der Gußhaut und eine Ungleichmäßigkeit der Metallstruktur hervorgerufen.

Es wird fünftens beschrieben, wie erfindungsgemäß das Problem der Zufuhr eines starken Stroms bei der Rotation des Werkstücks gelöst wird. Falls in dieser Hinsicht eine Anlage mit einem Kollektor großer Dimension erforderlich ist, um von dem rotierenden Werkstück einen Strom zwischen 10 000 und 100 000 A zu sammeln, würde eine solche Anlage in der Praxis ungeeignet werden. Eines der kennzeichnenden Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Verwendung einer elektrischen Mehrphasenwechselstromquelle mit Sternschaltung als Stromquelle zur Oberflächenbehandlung, bei der der elektrische Strom jeder Phase jeder Elektrode zugeführt wird, wobei ferner das Werkstück mit dem Stern- oder Nullpunkt verbunden ist. Der Strom, der von dem Werkstück zur elektrischen Stromquelle zurückfließt, kann auf einem Niveau von maximal etwa 2-3% (100-1000 A) des gesamten Stroms erfindungsgemäß gehalten werden, wodurch die Stromannahme des Werkstücks trotz der Werkstückrotation sehr einfach wird. Der Ausdruck »Mehrphasenwechselstrom« bezieht sich normalerweise auf einen Dreiphasenwechselstrom, der im allgemeinen in der Industrie in großem Umfang verwendet wird. Bei dem Dreiphasenwechselstrom weist jede Phase eine Phasendifferenz von 120° auf, und die resultierende Stromstärke und Spannung sind zu jedem Zeitpunkt null. Die Phasendifferenzen von Zweiphasen- und Vierphasenwechselströmen betragen 180 bzw. 90°. Der Mehrphasenwechselstrom wird als Sternschaltungsquelle angeschlossen, und das Werkstück wird mit dem Stern- oder Nullpunkt verbunden, da der elektrische Strom jeder Phase einem Einphasenstrom entspricht und von den anderen Phasen dieser Schaltung nicht abhängig ist. Die Spannung und die Stromstärke einer Phase kann nämlich unabhängig von den anderen Phasen eingestellt werden, und der nicht ausgeglichene Strom jeder Phase kann durch eine Rückkupplungsschleife über das Werkstück zu dem Nullpunkt der elektrischen Stromquelle nach der erfindungsgemäßen Schaltung fließen. Der nicht ausgeglichene Strom an dem Nullpunkt beträgt höchstens 1000 A. Die Mehrphasenwechselstromquelle kann vorzugsweise die Oberflächenbehandlung durch Verwendung einer Anlage mit starkem Strom stabilisieren, da der Impedanzabfall, eine Herabsetzung des Leistungsfaktors und die Erwärmung der Anlage durch einen Magnetflußaustritt verhindert werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Elektroschlackeoberflächenbehandlung besteht aus

50

— einer Mehrphasenwechselstromquelle mit Sternschaltungsausgang und konstanter Spannungscharakterisiik, wobei das Werkstück mit dein Stern- oder Nullpunkt der Sternschaltung elektrisch verbunden ist,

— einem Schleifring zur Verbindung des Werkstücks mit dem Nullpunkt der Sternschaltung,

— einer Form zur Festlegung eines Auftragsschweißraumes, die in der Nähe des Werkstücks angeordnet und mit Fortschreiten des Auftragsschweißens nach oben bewegbar ist,

— mehreren abschmelzbaren Elektroden in Stangenform mit großem Querschnitt,

— einer Elektrodenbewegungseinrichtung zum gleichzeitigen Heben und Senken sämtlicher abschmelzender Elektroden,

— einem Gefäß (tundish) zum Zusetzen des geschmolzenen Metalls, das über dem Auftragsschweißraum angeordnet und mit Fortschreiten des Auftragsschweißens nach oben bewegbar ist, und
— eine Rotationseinrichtung zur synchronen Rotation der Form und des Werkstücks um die Achse des Werkstücks während der Aufwärtsbewegung des Gefäßes und der Form.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der F i g. 2 —14 der beigefügten Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch das Elektroschlacke-Auftragsschweißen,

Fig.2 schematisch und teilweise geschnitten eine Vorrichtung zum Elektroschlacke-Auftragsschweißen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 2,

Fig.4 die Schaltung der Elektroden, wie sie erfindungsgemäß zum Einsatz kommt,

F i g. 5 ein elektrisches Stromversorgungssystem, wie es erfindungsgemäß zum Einsatz kommt,

F i g. 6 den Zusammenhang zwischen einem Penetrationsverhältnis und einem Metallbadverhältnis,

F i g. 7 den Zusammenhang zwischen dem Penetrationsverhältnis und dem Metallbadverhältnis,

F i g. 8 den Zusammenhang zwischen dem Metallzusatzverhältnis und dem Metallbadverhältnis,

F i g. 9 ein Diagramm der Stromdichte in einem Schlackebad in Abhängigkeit von dem Metallzusatzverhältnis,

Fig. 10 von vorn und teilweise geschnitten eine Ansicht einer Vorrichtung zum Elektroschlackeauftragsschweißen nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 eine Draufsicht auf die wesentlichen Teile der Vorrichtung nach F i g. 10,

Fig. 12 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Anlage zum Elektroschlacke-Auftragsschweißen nach einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 13 einen Querschnitt entlang der Linie A-A nach Fig. 12 und

Fig. 14 eine der Fig. 12 ähnliche Ansicht, die eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

In Fig.2 und 3 ist eine Vorrichtung zum Elektroschlacke-Auftragsschweißen zur Herstellung einer zusammengesetzten oder Verbund-Walze schematiseh dargestellt, welche zusammengesetzte Walze durch Oberflächenbehandlung des Umfangs am zylindrischen Teil eines Walzenwerkstücks kleinen Durchmessers erzeugt wird. Das Walzenwerkstück 10 ist vertikal in der Mitte des Drehtisches 19 angeordnet. Eine wassergekühlte Kupferform 17 ist so angeordnet, daß ein Spalt mit dem Oberflächenradius um den äußeren Umfang des Walzenwerkstücks 10 durch den inneren Radius der Form 17 und den Durchmesser des Walzenwerkstücks 10 festgelegt wird. Vor dem Beginn des Elektroschlackeschweißens werden abschmelzende Stangenelektroden 12 so aufgehängt, daß sie umfangsmäßig um das Walzenwerkstück 10 und in der Mitte des Spaltes zwischen dem Walzenwerkstück 10 und der Form 17 angeordnet sind. In den Raum, der durch eine Anstellwanne 20, die Form 17 und das Walzenwerkstück 10 gebildet wird, wird geschmolzene Schlacke 14 gegeben und damit das Elektroschlackeschweißen in Gang gesetzt

Die abschmelzenden Stangenelektroden 12 weisen einen großen Querschnitt auf und können eine rechteckige oder runde Querschnittsform besitzen. Die

radialen Abstände der abschmelzenden Stangenelektroden 12 von der Oberfläche des Walzenwerkstücks 10 und der inneren Oberfläche der Form 17 sollten weniger als 30 mm sein, wobei diese Abstände um die Form 17 herum über eine Länge von wenigstens 10%, bezogen auf die Umfangslänge der Form 17, bestehen sollten.

Die vorstehend angegebene Forderung bezüglich des Abstandes sei anhand eines Beispiels erläutert, bei dem der Durchmesser des Walzenwerkstücks 10 700 mm und der Oberflächen- oder Belagradius (der Abstand zwischen der Form 17 und dem Walzenwerkstück 10) 100 mm beträgt. Die Form 17 weist bei diesem Beispiel einen inneren Durchmesser von 1000 mm auf. Die abschmelzenden Stangenelektroden 12, die einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und in der Mitte des Spaltes zwischen der Form 17 und dem Walzenwerkstück 10 angeordnet sind, sollten eine Dicke von wenigstens 40 mm = dem Oberflächenbehandlungsradius—20 χ 30 mm aufweisen. Weiterhin sollten die abschmelzenden Stangenelektroden 12 eine Gesamtbreite oder einen Gesamtumfang von wenigstens etwa 300mm, d.h. 10% der Umfangslänge der Form 17, aufweisen. Wenn die Anzahl der abschmelzenden Stangenelektroden 12 sechs beträgt, dann muß die Breite bzw. der Umfang jeder Elektrode mehr als 50 mm sein.

Wenn der Querschnitt der abschmelzenden Stangenelektroden 12 rund ist, dann sind verhältnismäßig zahlreiche Elektroden erforderlich, um der Bedingung zu genügen, daß die notwendige Geometrie und Position der Elektroden entlang des Oberflächenbehandlungsraumes wenigstens über 10% der Umfangslänge vorliegt. Elektroden mit viereckigem, rechteckigem oder quadratischem Querschnitt werden deshalb Elektroden mit rundem Querschnitt vorgezogen. Vorteilhaft sind ferner Elektroden, die einen viereckigen, gekrümmten Querschnitt aufweisen, und zwar mit gekrümmten langen Seiten, wobei der Radius dem Radius des Oberflächenbehandlungsraumes (Oberflächenbehandlungsradius) entspricht.

Wenn abschmelzende Stangenelektroden 12 mit einer Größe von 50 χ 80 mm zur Oberflächenbehandlung bei dem vorstehend angegebenen Beispiel benutzt werden, kann ein Strom zwischen 2000 und 5000 A durch jede der abschmelzenden Stangenelektroden 12 fließen, d. h., der erforderliche starke Strom kann durch maximal etwa 10 Elektroden geschickt werden, was hinsichtlich der Vereinfachung des Oberflächenbehandlungsvorganges von Vorteil ist.

Wie F i g. 3 deutlich zu entnehmen ist, werden eir,e Vielzahl von abschmelzenden Stangenelektroden 12 erfindungsgemäß eingesetzt. Da eine Vielzahl von Elektroden 12 eingesetzt wird, kann eine Mehrphasenwechselstromquelle verwendet werden, wobei die Wärmequelle um den Umfang des Oberflächenbehandlungsraumes herum verteilt wird und das geschmolzene Metall über einen Raum zwischen den voneinander getrennten Elektroden auf das Schlackebad gegeben werden kann. Die Wärmequelleverteilung und die Werkstückrotation, die durch den Pfeil in F i g. 3 wiedergegeben sind, führen zu einer gleichmäßigen Temperatur der Schlacke entlang des Umfangs des geschmolzenen Schlackebades 14.

Mit Beginn des Schweißens wird das Walzenwerkstück 10 in Rotation versetzt. Wenn die Temperatur des Grundmetalls so erhöht wird, daß die Oberfläche des Walzenwerkstücks 10 zu schmelzen beginnt, wird das geschmolzene Metall, das die gleiche Zusammensetzung

wie die abschmelzenden Stangenelektroden aufweist, kontinuiedich dem geschmolzenen Schlackefoad 14 über eine Auslaßöffnung kontinuierlich zugegeben, die im Boden des Gefäßes (tundish) 18 vorgesehen ist Das geschmolzene Metall 13 tritt dann durch das geschmolzene Schlackebad 14 hindurch und wird mit dem Metall vermischt, das beim Abschmelzen der abschmelzenden Stangenelektroden 12 gebildet worden ist, so daß das Metallbad 15 entsteht. Das Metallbad 15 wird durch die wassergekühlte Form 7 gekühlt und erstarrt dadurch unter Bildung von abgelagertem Metall 16, was zur Folge hat, daß die Elektroschlackeoberflächenbehandlung entsprechend der Ablagerung des Metalls fortschreitet

Die Zusatzgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls 13 sollte hinsichtlich der Anstiegsgeschwindigkeit des Metallbades 15 gesteuert werden, und zwar derart, daß die Anstiegsgeschwindigkeit pro Minute innerhalb von 7 — 25% des Spaltes zwischen der Form 17 und dem Walzenwerkstück 10 liegt. Falls die Anstiegsgeschwindigkeit, d. h. die Schweißgeschwindigkeit, weniger als 7 mm/Min, für den Fall beträgt, daß der Abstand zwischen der Form 17 und dem Walzenwerkstück 10 100 mm mißt, ist es schwierig, eine Tiefe der Schmelzpenet ation von weniger als 30 mm beizubehalten. Wenn andererseits die Schweißgeschwindigkeit mehr als 25 mm/Min, beträgt, können sich Gasblasen in der Mitte der abgelagerten Metallschicht biilden, so daß eine fehlerfrei abgelagerte Metallschicht nicht erhalten werden kann. Der Bereich der Schweißgeschwindigkeit wird durch den Spalt zwischen der Form 17 und dem Werkstück 10 bestimmt, und zwar aus folgenden Gründen. Durch eine Herabsetzung der Spaltbreite wird nämlich die Menge und der Wärmeinhalt der Schlacke vermindert, wodurch die Schmel;;penetration verringert wird. Eine Herabsetzung der Spaltbreite führt ferner zu einer konvexen Form des Metallbades 15, so daß Löcher oder kleine Gasporen sich in dem abgelagerten Metall bilden können. Aus diesem Grunde muß die Zusatzgeschwindigkeit mit abnehmender Spaltbreite entsprechend vermindert werden, so daß die Schweißgeschwindigkeit an die oberflächliche Schmelzpenetration angepaßt ist und daß ferner das Metallbad 15 eine geringe Tiefe beibehält.

Mit Fortschreiten des Schweißens werden die Form 17 und das Gefäß 18 gleichzeitig nach oben bewegt. Während des Schweißens werden das Walzenwerkstück 10 und das abgelagerte Metall 16, das einstückig auf dem Walzenwerkstück 10 abgelagert wird, in einer Richtung in Rotation versetzt. Das Metallbad 15 und das geschmolzene Schlackebad 14 beginnen zu rotieren, wobei sie der Rotation des Walzenwerkstücks 10 mit dem abgelagerten Metall 16 folgen. Die Form 17 wird vorzugsweise synchron mit der Werkstücksrotation in Umdrehung versetzt, wodurch eine Reibung zwischen der Form 17 und dem abgelagerten Metall 16 vermieden wird.

Die abschmelzenden Stangenelektroden 12 müssen mit einer Geschwindigkeit, die ihrem Abschmelzen entspricht, gesenkt werden. Der Schweißsirom und die Schweißspannung werden so gesteuert, daß ein bestimmter Bereich der Schmelzpenetration, vorzugsweise 10±5mm, erhalten wird. Die Menge der Komponenten der abschmelzenden Stangenelektroden 12, die dem abgelagerten Metall 16 zugeführt wird, wird durch die Ausbeute der betreffenden Komponenten bestimmt. Die Zusammensetzung der abschmelzenden Stangenelektroden 12 wird deshalb der des abgelager

ten Metalls 16 angepaßt, wobei die Ausbeute berücksichtigt wird. Falls Kohlenstoff, der, wie vorstehend erwähnt, einer dieser Komponenten ist, in Form von Graphit vorliegt, reagiert das Graphit mit den Sub-Oxiden in der Schlacke. Der Kohlenstoff muß deshalb in den Elektroden in Form von chemisch stabilem Cementit vorliegen. Der Schweißvorgang ist abgeschlossen, wenn eine bestimmte Oberflächenbehandlungslänge erreicht ist

Ein erfindungsgemäßes Stromversorgungssystem ist in F i g. 4 und 5 dargestellt Mit der Bezugsziffer 21 sind die sekundären Wicklungen eines Dreiphasenschweißstromtransformators bezeichnet, der eine konstante Spannungscharakteristik aufweist Die Bezugszeichen »u«, »v« und »tv« geben die Phasen des Dreiphasenwechselstroms wieder. Die sekundären Wicklungen 21 sind durch eine Sternschaltung verbunden. Insgesamt neun Elektroden wird Strom in einer solchen Art und Weise zugeführt, daß die Phasen des Stromes durch die Elektroden »u«, »v« und »w« sind, welche nacheinander in Umfangsrichtung um das Waizenwerkstück 10 angeordnet sind. Das Walzenwerkstück 10 ist mit dem Null- oder Sternpunkt der Sternschaltung verbunden.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens, bei der auf einem Werkstück ein Metall einer Art abgelagert wird, die gegenüber der des Werkstücks unterschiedlich ist, wird das geschmolzene Metall 13, das eine Zusammensetzung entsprechend der des Oberflächenbehandlungsmetalls aufweist, kontinuierlich dem Niveau der geschmolzenen Schlacke 14 zugesetzt, wobei das Metallzugabeverhältnis η (%), das durch den Anteil der zugesetzten Menge des geschmolzenen Metalls zu dem gesamten zugesetzten Metall bestimmt wird:

η>98-4.3ρ

ist, worin ρ die Stromdichte in dem Schlackebad in A/cm² bedeutet.

Vor der Erläuterung der Fig. 6 bis 9 sei der Hintergrund des Metallzugabeverhältnisses (η) erläutert.

Es wurden zunächst Versuche durchgeführt, um ein Metallbad mit einer hohen Temperatur und einer großen Menge zu erhalten. Um die Rühr- oder Diffusionseigenschaften des Metallbades zu vergrößern, wurde bei diesen Versuchen ein tiefes Metallbad und eine Schmelzpenetration geringer Tiefe aufrechterhalten, um eine geringe Schmelzmenge des Grundmetalls zu erhalten. Bevor mit den Forschungsarbeiten begonnen wurde, wurden der Schweißstrom und die Schweißspannung, welche grundlegende Betriebsparameter (Schweißbedingungen) des Elektroschlackeschweißens darstellen, im Hinblick auf ihren Einfluß auf das Elektroschlackeschweißen untersucht. Es stellte sich dabei heraus, daß die Tiefe des Metallbades mit ansteigendem Schweißstrom erheblich zunimmt, die Tiefe der Schmelzpenetration mit ansteigendem Schweißstrom ebenfalls zunimmt und eine ausreichende Schmelzpenetration im Bereich zwischen 10 und 20 mm nicht erhalten werden kann, solange sich die Spannung auf einem sehr geringen Niveau befindet. Eine Abnahme der Schweißspannung erwies sich als sehr wirksam, im Vergleich zu einer Abnahme des Schweißstromes, um die Schmelzpenetration herabzusetzen. Die Tiefe des Metallbades nahm nachteiligerweise mit abnehmendem Schweißstrom ab, ohne durch eine Abnahme der Schweißspannung spürbar erhöht zu werden. Es wurde infolgedessen festgestellt, daß ein tiefes Metallbad und eine Schmelzpenetration geringer Tiefe durch Steuerung des Schweißstromes und der Schweißspannung nicht gleichzeitig erhalten werden können, abgesehen von einem extrem starken Schweißstrom und einer extrem niedrigen Schweißspannung. Wenn nämlich der Schweißstrem 23 A/cm² oder mehr, bezogen auf die Stromdichte in dem Schlackebad, und die Schweißspannung 15 V oder weniger beträgt, so können ein Metallbad von 100 mm Dicke oder mehr und ungefähr eine 10 mm dicke Schmelzpenetration erreicht werden,

ίο wodurch die Struktur des abgelagerten Metalls frei von Inhomogenitäten wird. Um das Schweißen unter diesen Spannungs- und Strombedingungen durchführen zu können, muß jedoch die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke sehr groß sein. Eine derartige Schlacke weist allerdings eine sehr geringe Wirksamkeit wegen der niedrigen, darin erfolgenden Wärmeerzeugung auf und neigt zur Bildung von Fehlern, wie Schlackeeinflüssen und Gasporen.

Eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit trägt in starkem Ausmaß dazu bei, daß die Metallbadtiefe entsprechend der Zunahme des Schweißstromes, wie vorstehend erläutert, zunimmt Die Abschmelzgeschwindigkeit der Elektroden und damit der Schweißstrom werden mit zunehmendem Schweißstrom größer.

Da die Elektrode gegenüber dem abgelagerten Metall beim Elektroschlackeschweißen vertikal angeordnet ist, ist die Elektrode als vertikal bewegliche Wärmequelle anzusehen, die den Temperaturgradienten in dem Metallbad aufrechterhält. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit gering ist, ist der Wärmegradient stufenartig und das Metallbad wird tief. Durch die Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit der Elektrode kann daher die Schweißgeschwindigkeit erhöht werden.

Es wurden zweitens Experimente durchgeführt, um die Schweißgeschwindigkeit so zu erhöhen, daß die Metallbadtieff zunimmt, wobei das Verfahren dadurch vervollständigt wurde, daß ein anderes Zusatzmaterial als das der abschmelzenden Elektroden eingesetzt wurde. Da bei der Ausführungsform der Erfindung der Zusatz an geschmolzenem Metall neben der Kontrolle der Grundbetriebsparameter, d. h. der Schweißstrom und die Geschwindigkeit, einstellbar ist, können die Bedingungen des Schweißvorgangs innerhalb eines sehr weiten Bereichs ausgewählt werden, verglichen mit jenen, auf denen die Kontrolle der Grundbetriebsparameter beruht. Darüber hinaus können Ablagerungen unterschiedlicher Form bei der Ausführungsform der Erfindung erhalten werden.

In Fig.6 ist das Metallbadverhältnis, aas durch »Metallbadtiefe (D)/Schmelzpenetrationstiefe (P) + Oberflächenbelagradius (G)« dargestellt wird, in der Abszisse wiedergegeben, während das Penetrationsverhältnis, das durch »Schmelzpenetrationstiefe (PySchmelzpenetrationstiefe (P) + Oberflächenbelagsradius (G)« wiedergegeben wird, in der Ordinate dargestellt ist Die Form des abgelagerten Materials und die Qualität (Auftreten einer heterogenen Struktur) wurden unter verschiedenen Bedingungen untersucht, wobei die Ergebnisse in F i g. 6 dargestellt sind. In F i g. 6 bedeutet das Symbol χ ein völlig unerwünschtes, abgelagertes Material aufgrund von Schichten heterogener Struktur, die sich von dem Werkstück zu der Mitte des abgelagerten Metalls erstrecken. Das Symbol O bedeutet kein Auftreten oder nur ein geringes Auftreten von Schichten heterogener Struktur. Die Länge dieser Schichten war so gering, daß sie beim Einsatz der oberflächenbehandelten Gegenstände kein

Problem darstellten. Das Symbol ® bedeutet keinerlei Auftreten einer heterogenen Struktur.

Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, unterscheiden sich die Bereiche dieser drei Symbole klar voneinander. Bei einem Metallbadverhältnis von 0,6 oder mehr wird keine heterogene Struktur erzeugt bzw. deren Erzeugung stellt in der Praxis kein Problem dar. Bei einem Metallbadverhältnis von mehr als 0,6 und einem Penetrationsverhältnis von weniger als 0,2 wird ferner überhaupt keine heterogene Struktur gebildet Diese Umstände belegen die Vorstellung, daß sowohl eine oberflächliche Schmelzpenetration wie ein tiefes Metallbad erforderlich sind, um das Entstehen einer heterogenen Struktur zu verhindern.

Es werden nun die Schweißbedingungen erläutert, um ein Penetrationsverhältnis von mehr als 0,6 zu erreichen. In Fig.7 sind die Daten nach Fig.6 wiedergegeben, und es werden die Schweißbedingungen hinsichtlich des Zusatemetalls, d.h. einer Oberflächenbehandlung mit oder ohne dem Zusatz von geschmolzenem Metall und die Menge des zugesetzten geschmolzenen Metalls, in F i g. 7 gezeigt. Das Symbol χ in F i g. 7 veranschaulicht das konventionelle Verfahren ohne Zusatz von geschmolzenem Metall, und das Symbol O das Oberflächenbehandlungsverfahren unter Zusatz von geschmolzenem Metall. Die Zahlen geben das Metallzugabeverhältnis (η) wieder. Wie Fi g. 7 zu entnehmen ist, sind die meisten Daten, die ein Metallbadverhältnis von weniger als 0,6 zeigen, jene des herkömmlichen Verfahrens ohne Zusatz von geschmolzenem Metall, wobei einige Daten unter Zusatz von geschmolzenem Metall ein Metallbadverhältnis von weniger als 0,6 zeigen. Alle Daten, die ein Metallbadverhältnis von 0,6 oder mehr zeigen, erfolgten unter Zusatz von geschmolzenen Metall. Aus F i g. 7 ist zu schließen, daß die Daten, die im äußersten rechten unteren Bereich der Fig. 7 angegeben sind, eine Tendenz zu einem höheren Metallzugabeverhältnis (η) besitzen.

Die Daten der Fig.6 und 7 ^cowie die Daten der weiteren Versuche wurden hinsichtlich der Schweißbedingungen analysiert, und zwar einschließlich des Schweißstromes und der Schweißspannung. Die Ergebnisse dieser Analyse sind in Fig.8 dargestellt. Die Daten in F i g. 8 zeigen an, daß die Metallbadtiefe bestimmt wird von dem Verhältnis des Schweißstromes zu dem Metallzugabeverhältnis (η) und das Metallbadverhältnis von der Stromdichte in dem Schlackebad und dem Metallzugabeverhältnis (η). Die Stromdichte in dem Schlackebad wird erhalten, indem der Schweißstrom durch die Oberflächenspaltfläche dividiert wird, die ihrerseits durch die kleinste Querschnittsfläche des Raumes definiert wird, der zwischen der Oberfläche des Werkstücks und der Oberfläche der Form gebildet wird. Die Analyseergebnisse zeigen an, daß der Einfluß der Schweißspannung auf das Metallbadverhältnis und das Metallzugabeverhältnis {η) vernachlässigbar ist. Wie aus F i g. 8 ersichtlich ist, nimmt das Metallbadverhältnis mit zunehmendem Metallzugabeverhältnis (η) und zunehmender Stromdichte in dem Schlackebad zu. Damit das Metallbadverhältnis nicht weniger als 0,6 beträgt, sollten die Stromdichte in dem Schlackebad und das Metallzugabeverhältnis (tj) so gewählt werden, daß die Kurven der F i g. 8 sich auf oder oberhalb der gestrichelten Linie befinden. Die so gewählte Stromdichte und das so gewählte Metallzugabeverhältnis (η) sind in F i g. 9 dargestellt, nämlich wenn η(%) nicht kleiner als 98-4.3ρ (η>98-4.3ρ) ist, dann ist die Bedingung für ein Metallbadverhältnis von mindestens 0,6 erfüllt, wodurch es möglich wird, eine zusammengesetzte oder Verbundoberflächenbehandlung durchzuführen, ohne daß eine heterogene Struktur erzeugt wird. Der folgende Punkt ist im Hinblick auf Fig.9 von Bedeutung. Ein kleines Metallzugabeverhältnis (η) führt nämlich nicht zur Erzeugung einer heterogenen Struktur, selbst wenn eine hohe Stromdichte in der Schlacke aufrechterhalten wird. Wie vorstehend erläutert, ist allerdings eine spezielle Schlacke erforderlich,

ίο und die maximal verwendbare Stromdichte bei dem Elektroschlackeoberflächenbehandlungsvorgang kann 20 A/cm² betragen. Falls die Stromdichte in der Schlacke hoch ist, beispielsweise 20 A/cm², und die Schweißspannung 20 V oder mehr beträgt, dann

is bestehen die erforderlichen Schweißbedingungen um eine zufriedenstellende Qualität zu erreichen darin, daß eine spezielle Schlacke verwendet wird und geschmolzenes Metall, beispielsweise mindestens 10%, zugesetzt wird. Bevorzugte Schweißbedingungen sind vom Standpunkt der Betriebsleistung und einer guten Qualität eine Stromdichte in dem Schlackebad zwischen 7 und 15 A/cm² und ein Metallzugabeverhältnis von nicht weniger als 45%.

Die Position der Schlackebadoberfläche, an der das geschmolzene Metall zugegeben wird oder zufließt, ist vorzugsweise beinahe die Mitte, in radialer Richtung des Oberflächenbehandlungsraumes gesehen. Das notwendige Metallbadverhältnis von 0,6 oder mehr kann nicht erhalten werden, wenn diese Position äußerst nah an dem Werkstück oder der Form sich befindet. Der Raum zwischen den benachbarten Elektroden kann etwa 100 mm, bezogen auf die LJmfangslänge, betragen, was ausreicht, damit das geschmolzene Metall dazwischen durchfließen kann.

Die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist von dem Durchmesser des Werkstücks unabhängig. Die Rotationsgeschwindigkeit sollte jedoch vorzugsweise so sein, daß die Umfangsgeschwindigkeit in der Mitte des Oberflächenbehandlungsspaltes 1 m/Min, oder mehr beträgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Elektroschlackeeberflächenbehandlung setzt sich aus einfachen Maßnahmen des Schweißens, der Blockerzeugung und

« des Gießens zusammen, die in einfacher Weise durchgeführt werden und eine gleichmäßige Produktion von Produkten hoher Qualität ermöglichen.

Was erstens das Stromversorgungrsystem angeht, kann der Strom den einzelnen abschmelzenden Stangenelektroden 12 (Fig.2 und 3) über das Stromversorgungssystem, das an jede der Elektroden angeschlossen ist, zugeführt werden, was technisch keine Probleme hervorruft, abgesehen von Anlagen großer Dimension und einem komplizierten Betrieb. Da Anlagen großer Dimension und ein komplizierter Betrieb unerwünscht sind, wird der Strom durch das einzige Stromversorgungssystem sämtlichen abschmelzenden Stangenelektroden 12 nach einer erfindungsgemäßen Maßnahme zugeführt.

Allgemein gilt, daß es zwei Arten von Stromquellen zur Stromversorgung der abschmelzenden Elektroden beim Elektroschlackeschweißen oder -umschmelzen gibt, nämlich Stromquellen mit konstanter externer Spannungscharakteristik und konstanter externer Stromcharakteristik. Wenn die Stromquelle eine konstante externe Spannungscharakteristik aufweist, dann wird die Position der Spitze der abschmelzenden Spannungselektroden in dem geschmolzenen Schlacke-

lü

bad 14 konstant gehalten, und der Betrieb erfolgt in stabiler Weise, vorausgesetzt, daß ein konstanter Wert der Elektrodenzufuhrgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, der von der Größe des Stromes abhängt Die Spannung wird durch die Stromquelle festgelegt Wenn die Stromquelle eine konstante externe Stromcharakteristik besitzt, kann ein stabiler Betrieb dadurch verwirklicht werden, daß die Elektrodenzufuhrgeschwindigkeit derart gesteuert wird, daß ein konstanter Strom aufrechterhalten wird, der über eine Rückkupplungsschleife gesteuert wird, wodurch dem System zur Zufuhr der Elektroden eine konstante Betriebsspannung aufgegeben wird.

Um einen stabilen Betrieb zu verwirklichen, wenn gleichzeitig eine Mehrphasenwechselstromquelle und π Zufuhrströme zu sämtlichen abschmelzenden Stangenelektroden verwendet werden, ist es erforderlich, eine Stromquelle einzusetzen, die eine konstante Spannungscharakteristik besitzt ferner den Nullpunkt oder Sternpunkt »0« (Fig.4) der Stromquelle mit dem > <> Walzenwerkstück 10 (Fig.2 und 3) zu verbinden. Die Gründe für diese Notwendigkeit beim Einsatz der Mehrphasenwechselstromquelle werden beim Vergleich zum Einsatz einer Einphasenstromquelle erläutert. Falls ein Mehrelektrodenschweißen mit Hilfe einer Einphasenstromquelle durchgeführt wird, werden die Elektroden parallel geschaltet Wenn die parallelgeschalteten Elektroden mit untereinander unterschiedlichen Geschwindigkeiten schmelzen, dann weicht die Eintauchtiefe der Elektroden voneinander ab. Die jn Spannung einer oder mehrerer Elektroden, die tief in die geschmolzene Schlacke eingetaucht sind, wird dann erhöht, wobei ein Strom durch diese Elektroden fließt, der größer ist als der der anderen Elektroden, was zur Folge hat, daß das Phänomen des Ausgleichs der Spannungen in allen Elektroden auftritt. Die Eintauchtiefe der Elektroden wird deshalb bei dem Betrieb mit unterschiedlichen Schmelzgeschwindigkeiten ausgeglichen, trotz der gleichzeitigen Zufuhr aller Elektroden. Darüber hinaus werden Strom- und Spannungsunterschiede durch die Eintauchtiefeänderung der Elektroden beseitigt, wodurch eine stabile Durchführung des Oberflächenbehandlungsvorganges möglich wird.

Wenn andererseits eine Mehrphasenwechselstromquelle verwendet wird, dann sind nicht alle Elektroden -ti jeder Phase, sondern lediglich einige Elektroden einer bestimmten Phase parallel geschaltet, ferner sind die Elektroden einer Phase nicht parallel zu den Elektroden der anderen Phasen geschaltet. Das vorstehend erläuterte Phänomen des Sich-Ausgleichens tritt nur bei den Elektroden einer bestimmten Phase auf, jedoch nicht bei allen Elektroden. Die konstante Spannungscharakteristik der Mehrphasenwechselstromquelle ist deshalb zur Verwirklichung des Phänomens des Sich-Ausgleichens notwendig, nämlich um einen starken Strom durch die Elektroden mit niedriger Spannung und einen schwachen Strom durch die Elektroden mit hoher Spannung fließen zu lassen, und zwar unter Verwendung der Charakteristik der Stromquelle Der unausgeglichene Strom zwischen den Phasen (u, v, w, F i g. 4) wird über das Walzenwerkstück 10 (F i g. 5) dem Nullpunkt 0 der Stromquelle zugeführt.

Die Anzahl der abschmelzenden Elektroden kann die gleiche sein oder ein Vielfaches der Anzahl der Phasen der Stromquelle betragen. Die umfangsmäßige Anordnung der Elektroden stimmt vorzugsweise mit der Phasensequenz des Mehrphasenwechselstroms überein.

Es wird zweitens das Gefäß (tundish), das zum Zusetzen des geschmolzenen Metalls verwendet wird, erläutert Das geschmolzene Metall wird kontinuierlich mit Hilfe des Gefäßes dem Schlackebad vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit zugesetzt Der Einsatz des Gefäßes macht es möglich, dem Schlackebad mit konstanter Geschwindigkeit kontinuierlich und in einfacher Weise geschmolzenes Metall zuzusetzen.

Die erforderliche Zusatzgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls kann durch entsprechende Auswahl des Durchmessers der Auslaßöffnung erfolgen, die am Boden des Gefäßes vorgesehen ist Die Zusatzgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls sollte zwischen 5 und 30 kg/Min, betragen, wobei sie erheblich niedriger ist als jene, die mit den herkömmlichen Verfahren erreicht werden, wie das Oberlaufverfahren mit einer kippbaren Pfanne oder das Verfahren mit Riffe einer elektromagnetischen Pumpe. Wenn diese herkömmlichen Verfahren zur Steuerung der Zusatzgeschwindigkeit zwischen 5 und 30 kg/Min, angewendet werden, dann erstarrt das geschmolzene Metall am Ausguß der Pfanne od. dgl. oder falls keine Erstarrung stattfindet dann ändert sich die Zusatzgeschwindigkeit während des Zusatzes des geschmolzenen Metalls stark. Auch werden die Einrichtungen, einschließlich der kippbaren Pfanne oder der elektromagnetischen Pumpe, groß und ihr Betrieb wird kompliziert.

Ein Beispiel für den Durchmesser der Auslaßöffnung, um die vorstehend genannte Zusatzgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls zu erhalten, ist das folgende: Der Durchmesser der Auslaßöffnung beträgt zwischen ' 3 und 6 mm und die Tiefe der Schmelze in dem Gefäß zwischen 200 und 500 mm. Eine nahezu konstante Zusatzgeschwindigkeit, beispielsweise 15 kg/Min., durch eine Auslaßöffnung mit einem Durchmesser von 5 mm kann durch Steuerung der Temperatur der Schmelze sichergestellt werden. Wenn das Niveau der Schmelze in dem Gefäß sich während des Oberflächenbehandlungsvorgangs senkt, so kann ein kontinuierlicher Zusatz des geschmolzenen Metalls mit konstanter Geschwindigkeit zu dem Schlackebad auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß die Schmelze in dem Gefäß ergänzt wird.

Drittens ist ein Schleifring zur elektrischen Verbindung des Nullpunktes der Mehrphasenwechselstromquelle mit dem Werkstück erforderlich, das rotiert, vorzugsweise synchron mit der Form. Die Verbindung zwischen dem Nullpunkt der Stromquelle und dem Werkstück ist erforderlich, um alle Elektroden gleichzeitig zuzuführen oder zu bewegen. Diese Verbindung ist auch für die Rückkopplung der unausgeglichenen Ströme jeder Phase wesentlich, einschließlich des unausgeglichenen Stroms der Elektroden einer bestimmten Phase, über die Verbindung mit der Stromquelle. Da der unausgeglichene Strom normalerweise wenige % des Gesamtstroms (200-400 A bei einem Gesamtstrom von 20 000 A) ausmacht, ist die Anbringung des Schleifringes bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Elektroschlackeoberflächenbehandlung einfach. Die Verbindung kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß ihre rotierenden und stationären Teile mit einem Schleifring (Schleifringen) aus Kupfer bzw. einigen Gleitkontakten aus Kohlenstoff versehen sind.

Viertens ist eine bewegliche Form zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Elektroschläkkeoberflächenbehandlung erforderlich. Das Niveau des Schlackebades muß sich ständig in der Nähe des oberen Endes der Form befinden. Aus diesem Grunde ist eine

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Einrichtung zum Heben der Form oder zum Senken des . Werkstücks mit Fortschreiten des Schweißens erforderlich, um das Schlackeniveau aufrechtzuerhalten. Während des Hebens der Form oder des Senkens des Werkstückes soll der Abstand zwischen dem Gefäß und dem Niveau des Schlackebades konstant gehalten werden, so daß irgendeine Veränderung der Zugabeposition des geschmolzenen Metalls verhindert ist. Das Gefäß sollte deshalb synchron mit der Form bewegt und angehalten werden, se daß ein konstanter Abstand von der Form eingehalten wird.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Fig. 10 bis 14 veranschaulicht, die nachstehend erläutert werden.

In Fig. 10 sind vier Tragsäulen 34 auf einem stationären Boden 31 angeordnet, wobei sie an ihrem oberen Ende eine Plattform 35 tragen. Auf dem stationären Boden 31 ist ein Drehtisch 19 angebracht, ferner ist an die Plattform 35 eine Halteeinrichtung 32 bedienbar angeschlossen. Das Walzenwerkstück 10 wird vertikal gehalten und ist zwischen der oberen Halteeinrichtung 32 und dem Drehtisch (untere Halteeinrichtung) 19 eingeklemmt.

Ein vertikal bewegbarer Boden 33, der durch die nachstehend erläuterte Antriebseinrichtung angehoben werden kann, ist entlang der Tragsäulen 34 geführt und mit einer Öffnung zur Aufnahme der Form 17 versehen. Die Antriebseinrichtung ist durch einen Motor 48 gebildet, der auf der Plattform 35 angeordnet ist. Durch den Antrieb des Motors 48 werden die Form 17, die das Walzenwerkstück 10 mit ihrer inneren Oberfläche umgibt, und das Gefäß 18 gleichzeitig angehoben und gesenkt.

Die abschmelzenden Stangenelektroden sind an einem einzigen Elektrodenhaltearm 43 (Fig. 11) befestigt, der vertikal bewegbar ist und über vier Drähte 25 an der Plattform 35 aufgehängt ist. Der Elektrodenhaltearm wird mit Hilfe der Drähte und einer Antriebseinrichtung, die durch den Motor 48 der Plattform 35 angebracht ist, angehoben oder gesenkt.

Eine Mehrphasenwechselstromquelle 11 ist auf dem stationären Boden 31 angeordnet und mit einer Sternschaltung verbunden. Jede Phase u, ν und w des Dreiphasenwechselstroms fließt über ringförmige Stromzuführungsschienen 42 und flexible Kabel 44 zu jeder Elektrode. Die Plattform 35 ist gegenüber den Stromzuführungsleitungen isoliert, so daß eine Leitung zwischen den abschmelzenden Stangenelektroden 12 über den Elektrodenhaltearm 43 nicht erfolgt. Der Nullpunkt »0« der Stromquelle 11 ist mit dem Walzenwerkstück 10 über ein Kabel 47 und einen Schleifring 45 aus Stahl verbunden, der um den Drehtisch 19 herum angeordnet ist. Ober Gleitstücke 46 aus Kohlenstoff wird dem Nullpunkt »0« von dem Walzenwerkstück 10 Strom zugeführt

Das Gefäß 18 ist rechts oben in Fi g. 10 angeordnet so daß das geschmolzene Metall 13 von der Auslaßöffnung zur Mitte der geschmolzenen Schlacke 14 fließt Das Gefäß 18 ist horizontal mit Hilfe einer in Fig. 10 nicht dargestellten Einrichtung bewegbar. Wenn die Menge des geschmolzenen Metalls 13, das in dem Gefäß 18 enthalten ist, klein wird, dann wird das Gefäß 18 horizontal in radialer Richtung in bezug auf die Achse des Walzenwerkstücks 10 bewegt so daß die konstante Metallgießposition auf dem Schlackebad durch eine geringe horizontale Verschiebung des Gefäßes 18 aufrechterhalten werden kann.

Eine synchrone Rotationseinrichtung zur Rotation des Walzenwerkstücks 10 und der Form 17, die nachstehend als synchrone Rotationseinrichtung bezeichnet wird, umfaßt separate Antriebsmotore 21 und 26, die synchron mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit durch einen Synchronisierungsmotor 22 rotieren.

In F i g. 11 weist die Elektrodenhalteeinrichtung 43 die Form eines Kreises mit einem bogenförmigen offenen Teil auf, das einem Viertel des Kreises entspricht. Das Gefäß 18 beeinträchtigt daher die Elektrodenhalteeinrichtung 43 wegen des bogenförmigen offenen Teils nicht. Auch kann das geschmolzene Metall in einfacher Weise von einer Pfanne (nicht dargestellt) in das Gefäß 18 gegeben werden, falls eine Pfanne verwendet wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung, die anhand der Fig. 12 und 13 beschrieben wird, besteht die Vorrichtung aus

— einem stationären Boden;

— einem Drehtisch, der an dem stationären Boden angeordnet ist und der ein darauf vertikal angeordnetes Werkstück trägt;

— einer Mehrphasenwechselstromquelle mit einem Sternschaltungsausgang und einer konstanten Spannungscharakteristik, wobei das Werkstück mit dem Null- oder Sternpunkt der Sternschaltung elektrisch verbunden ist;

— einem Schleifring zum Anschluß des Werkstücks an den Nullpunkt der Sternschaltung;

- einer Form zur Festlegung des Oberflächenbehandlungsraumes, die in der Nähe des Werkstücks angeordnet ist und mit Fortschreiten des Oberflächenbehandlungsvorgangs nach oben bewegbar ist;

— einer Vielzahl abschmelzender Elektroden in Stangenform mit großem Querschnitt;

— einer Elektrodenbewegungseinrichtung zum gleichzeitigen Heben und Senken sämtlicher abschmelzender Elektroden;

— einem Gefäß (tundish) zum Zusetzen eines geschmolzenen Metalls, das über dem Oberflächenbehandlungsraum angeordnet ist und mit Fortschreiten des Oberfiächenbehandlungsvorgangs nach oben bewegbar ist;

— einer Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Wärme des oberflächenbehandelten Werkstückes;

— einem vertikal bewegbaren Boden, auf dem die Form, das Gefäß und die Heizeinrichtung angeordnet sind, und

— einer synchronen Rotationseinrichtung zur Rotation des Werkstückes, der Form und der Heizeinrichtung um die Werkstückachse während einer Abwärtsbewegung des Gefäßes und der Form, welche synchrone Rotationseinrichtung auf dem vertikal bewegbaren Boden angeordnet ist und die die Rotationsgeschwindigkeiten des Werkstückes, der Form und der Heizeinrichtung synchronisiert

In Fig. 12 wird das zylindrische Werkstück 50 in vertikaler Position durch eine obere Halteeinrichtung 66 und einen Drehtisch (untere Halteeinrichtung) 61 gehalten. Der Drehtisch 61 ist drehbar auf dem stationären Boden 70 angeordnet und bewirkt die Rotation des zylindrischen Werkstücks 50. Die Plattform 60, an der die obere Halteeinrichtung 66 befestigt

es ist, wird von vier Tragsäulen 59 getragen. Die Antriebskraft eines Antriebsmotors 54-1 wird auf den Drehtisch 61 über ein Schneckenreduziergetriebe 57-1 und ein Transmissionsgetriebe 57-2 übertragen. Der

Antriebsmotor 54-1 ist mit einem Tachometer 54-2 versehen, ferner mit einer synchronen Rotationseinrichtung 65.

Die Form 52, die das zylindrische Werkstück 50 mit ihrer inneren Oberfläche umgibt, und die Heizung 53 zur Aufrechterhaltung der Wärme des abgelagerten Metalls sind zweckmäßig aus einem einstückigen Körper, einschließlich des Verbindungstisches 72, hergestellt. Die Form 52 und die Heizung 53 sind an dem vertikalen bewegbaren Boden 64 aufgehängt, der aus einer Arbeitsbühne und einem Boden zur Anbringung des Antriebsmotors 55-1 besteht. Die Form 52 und die Heizung 53 sind ferner koaxial zum zylindrischen Werkstück 50 angeordnet. Der vertikal bewegbare Boden 64 kann angehoben und gesenkt werden, wobei er der Bewegung des Gegengewichtes 69 folgt, das mit dem vertikal bewegbaren Boden 64 über Ketten 68 verbunden ist, die über Kettenzahnräder 67 laufen.

Die Antriebskraft des Antriebsmotors 55-1 wird auf die Form 52 und die Heizung 53 über das Schneckenreduziergetriebe 58-1 und das Transmissionsgetriebe 58-2 übertragen, wodurch die Rotation der Form 52 und der Heizung 53 erfolgt. Die Rotation des Antriebsmotors 55-1, die von dem Tachometer 55-2 überwacht wird, ist elektrisch mit der Rotation des Antriebsmotors 54-1 synchronisiert, wobei beide Rotationen synchron mit Hilfe einer synchronen Rotationseinrichtung 65 gesteuert werden.

Ein Merkmal der in Fig. 12 dargestellten und vorstehend beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß sowohl auf das Werkstück wie auf die Form eine äußere Antriebskraft einwirkt und das Werkstück mit der Form synchron rotiert. Ein weiteres Merkmal, das auf das Kühlwasserversorgungssystem abgestellt ist, wird nachstehend beschrieben.

Die Form 52, der das Kühlwasser zugeführt wird, ist erfindungsgemäß nicht geteilt. Herkömmlicherweise wird die Form in einen oberen und einen unteren Abschnitt geteilt, von denen einer bewegbar ist, wobei eine Dichtung verwendet wird, um den Raum zwischen diesen beiden Abschnitten abzudichten. Da die Dichtung in der Nähe der Schweißwärmequelle angeordnet ist, kommt es dazu, daß die Dichtung aufgrund thermischer Deformationen od. dgl. nicht mehr in der Lage ist, einen Wasseraustritt zu verhindern. Darüber hinaus weist die Anlage mit der Form eine beträchtliche Größe auf und ist teuer, wenn ein herkömmliches Versorgungssystem für das Kühlwasser vorgesehen wird.

Bei der in Fig. 12 dargestellten Vorrichtung ist ein drehbares Anschlußstück 62 und ein stationäres Anschlußstück 63 unterhalb des zylindrischen Werkstücks 50 angeordnet, das in vertikaler Position gehalten wird. Da die Anschlußstücke 62 und 63, einschließlich der Wasserleitungen (nicht dargestellt), in einem Abstand von der Schweißwärmequelle angeordnet sind, sind sie keiner ernsthaften Wärmeeinwirkung ausgesetzt, und die gesamte Vorrichtung wird sehr kompakt.

Die synchrone Rotation der Form 52 mit dem zylindrischen Werkstück 50 kann durch einen einzigen Motor verwirklicht werden, jedoch werden vorzugsweise separate Motoren (55-1 und 54-1) für den synchronen Antrieb der Form 52 bzw. des zylindrischen Werkstücks 55 verwendet Wenn ein einziger Motor zum Einsatz kommt, ist es erforderlich, die Rotation der Form 52 und des zylindrischen Werkstücks 50 mechanisch zu synchronisieren. Dies ist jedoch schwierig, wenn die Oberflächenbehandlung bei einem langen Werkstück erfolgt, da aufgrund der Notwendigkeit der Heizung der an der Oberfläche zu behandelnden Teile des Werkstücks während des Oberflächenbehandlungsvorgangs die Form nach oben während des Oberflächenbehandlungsvorgangs bewegt wird. Bei der elektrischen Synchronisation der Rotation kann entweder eine Phasenwinkelsteuerung der drei Phasen mit einem Synchronisierungsmotor oder eine Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit mit einem Impulsgenerator angewendet werden. Die synchrone Rotation muß derart sein, daß der Unterschied der Rotationsgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück und der Forrn 0,1% oder weniger beträgt, was vorzugsweise durch eine elektrische Synchronisation erreicht werden kann.

In Fig. 12 und 13 sind weder das Gefäß, die Mehrphasenwechselstromquelle noch der Schleifring der Einfachheit halber dargestellt, jedoch stellen beide unerläßliche Teile der Oberflächenbehandiungsvorrichtung dar. Ihre Arbeitsweise und ihre Beziehung zu den anderen Teilen der in Fig. 12 und 13 dargestellten Vorrichtung ist aus der Beschreibung zu den F i g. 10 bis 13 verständlich.

Die Ausführungsform der Vorrichtung, die im Zusammenhang mit den Fig. 14 und 15 beschrieben ist, umfaßt

— einen stationären Boden;

— ein rotierendes Anschlußstück, das drehbar an dem stationären Boden angeordnet ist und Öffnungen zum Zu- und Abfluß des Kühlwassers aufweist;

— eine Mehrphasenwechselstromquelle mit einem Sternschaltungsausgang und einer konstanten Spannungscharakteristik, wobei das Werkstück mit dem Null- oder Sternpunkt der Sternschaltung elektrisch verbunden ist;

— einen Schleifring zum Anschluß des Werkstücks an den Nullpunkt der Sternschaltung;

— eine Form zur Festlegung eines Oberflächenbehandlungsraumes, die in der Nähe des Werkstücks angeordnet ist und mit Fortschreiten des Oberflächenbehandlungsvorganges nach oben bewegbar ist;

— mehrere abschmelzende Elektroden in Stangenform mit großem Querschnitt;

— eine Elektrodenbewegungseinrichtung zum gleichzeitigen Heben und Senken sämtlicher abschmelzender Elektroden;

— ein Gefäß (tundish) zum Zusetzen eines geschmolzenen Metalls, das über dem Oberflächenbehandlungsraum angeordnet und mit Fortschreiten des Oberflächenbehandlungsvorgangs nach oben bewegbarist;

— Schläuche, die verlängerbar sind, wenn die Form sich nach oben bewegt, und die die Form und die öffnungen des drehbaren Anschlußstückes verbinden und

— eine synchrone Rotationseinrichtung zur Rotation des Werkstücks und der Form um die Werkstückachse während der Aufwärtsbewegung des Gefäßes und der Form.

Gemäß Fig. 14 ist das zylindrische Werkstück 50 drehbar und vertikal zwischen der oberen Halteeinrichtung 66 und der unteren Halteeinrichtung 96 gehalten. Die obere und die untere Halteeinrichtung 66 und 96 sind starr an Ort und Stelle durch einen Rahmen befestigt, der durch die Plattform 60, den stationären Boden 70 und die vier Tragsäulen 59 gebildet wird. Die

Form 52 (Fig. 15), die das zylindrische Werkstück 50 mit ihrer inneren ringförmigen Oberfläche umgibt, ist wassergekühlt und mit einem Zufuhranschlußstutzen 83 und einem Abflußanschlußstutzen 84 versehen. Der Zufuhranschlußstutzen 83 und der Abflußanschlußstutzen 84 sowie ein Wassermantel 86, der mit den Anschlußstücken 83 und 84 kommuniziert, sind auf einer Tragplattform 87 angeordnet. Die Tragplattform 87 weist einen herausragenden Teil 87-1 auf, der an ihrem Umfang angebracht ist, wobei sie durch horizontale Rollen 88 mittels des horizontalen Abschnitts des herausragenden Teils 87-1 drehbar angeordnet ist. Die Tragplattform 87 wird während der Rotation durch die vertikalen Rollen 89 geführt, welche die horizontale Bewegung des vertikalen Abschnitts des herausragenden Teils 87-1 begrenzen. Die Position der vertikalen Roiien 83 kann durch eine Schraube 12.1 eingestellt werden. Der Antriebsmechanismus der synchronen Rotationseinrichtung der insgesamt mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist, weist einen Antriebsmotor 79-2, ein Schneckenreduziergetriebe 78-2, ein Transmissionsgetriebe 85 und einen Synchronisierungsmotor 80-2 auf, die miteinander in Wirkverbindung stehen, so daß die Form 52 in Rotation versetzt wird.

Die Arbeitsbühne 69 kann in der Nähe des Bodens 90 vorgesehen sein, auf dem die vorstehend erwähnten Teile 79-2,78-2,85 und 80-2 angeordnet sind. Der Boden 90 kann mit Hilfe des Motors 56 (Fig. 14) angehoben werden, der die Antriebskraft auf den Boden 90 über das Kettenzahnrad 67 und die Kette 68 mit dem Gegengewicht 69 überträgt.

Die untere Halteeinrichtung % (Fig. 14) ist koaxial zur Rotationsachse des zylindrischen Werkstücks 50 angeordnet und an dem stationären Boden 70 über das drehbare Anschlußstück 36 angebracht, das koaxial zur unteren Halteeinrichtung % verläuft. Vorzugsweise sind bei der Oberflächenbehandlungsvorrichtung, die in Fig. 15 dargestellt ist, Haspeln oder Spulen 104 für die Schläuche 105 vorgesehen, derart, daß die Spulen 104 synchron mit der Werkstückrotation rotieren.

Die Spulen 104 sind an den unteren Halteeinrichtungen 96 über eine Tragplatte 106 angebracht. Die Schläuche 105 verbinden die Form 52 mit dem Kühlwassereinlaß 108 bzw. -auslaß 109 des drehbaren Anschlußstückes 63 über (a) drehbare Anschlußstücke 107-1 und 107-2, die am Ende der Säulen 105 angebracht sind, die die Spulen 104-1 bzw. 104-2 tragen, (b) den Mantel 86, und (c) die Zufuhr- und Abflußstutzen 83 bzw. 84. Die Schläuche 105 werden von den Spulen 104-1 und 104-2 entsprechend der vertikalen Bewegung der Form 52, vorzugsweise mittels (nicht dargestellter) Federn, mit denen die Spulen 104-101 und 104-102 versehen sind, abgezogen cder aufgewickelt.

Das drehbare Anschlußstück 63 besteht aus einem äußeren Gehäuse 63-2 und einem inneren drehbaren Körper 63-1 und ist mit einem Wassereinlaß 108 und einem Wasserauslaß 109 versehen. Eine (nicht dargestellte) mechanische Dichtung wird damit gebildet, um einen Wasseraustritt während der Rotation des drehbaren Anschlußstücks 63 zu verhindern. Der innere drehbare Körper 63-1 ist an der unteren Halteeinrichtung 96 befestigt und mit Hilfe des Antriebsmechanismus 100 rotierbar. Das äußere Gehäuse 63-1 ist an dem stationären Boden 70 befestigt. Die untere Halteeinrichtung 96 liegt drehbar auf einem Sockel 111 über Axiallager 112 auf, wobei ein Radiallager 113, das an dem Außengehäuse 63-2 angeordnet ist, mit dem inneren drehbaren Körper 63-1 in Eingriff steht, wodurch das zylindrische Werkstück 50 gleichmäßig rotieren kann.

Der Antriebsmechanismus der synchronen Rotationseinrichtung, der insgesamt mit der Bezugsziffer 120 bezeichnet ist, weist ein Transmissionsgetriebe 57-2, ein Schneckenreduziergetriebe 57-1, einen Antriebsmotor 79-1 und einen Synchronisierungsmotor 80-1 auf.

Die in Fig. 14 und 15 dargestellte Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung arbeitet folgendermaßen.

Das zylindrische Werkstück 50 wird durch den Antriebsmechanismus 120 in Rotation versetzt, welcher gleichzeitig eine Rotation der Spulen 104-1, 104-2 bewirkt, die an der Tragplatte 106 befestigt sind. Während das zylindrische Werkstück 50 wie oben angegeben rotiert, rotiert die Form 52 durch den Antriebsmechanismus 100 mit einer Geschwindigkeit, die elektrisch mit der Rotationsgeschwindigkeit des zylindrischen Werkstücks 50 synchronisiert ist. Die Form 52 wird nicht nur in Umfangsrichtung bewegt, sondern auch nach oben, während das Kühlwasser über die Schläuche 105 der Form 62 bei der Oberflächenbehandlung zugeführt wird.

Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Elektroschlacke-Oberflächenbehandlung.

Beispiel 1

Die Elektroschlacke-Oberflächenbehandlung wurde unter folgenden Betriebsbedingungen und mit folgendem Werkstück durchgeführt.

A) Walzenwerkstück

Der Durchmesser des Walzenwerkstückkörpers, der einer Oberflächenbehandlung zu unterziehen war, betrug 700 mm und seine Länge 1800 mm. Das Walzenwerkstück war aus JlS S 45C (Kohlenstoffstahl) hergestellt.

B) Form

Der innere Durchmesser der Form betrug 90 mm und somit der Oberflächenbehandlungsradius 100 rnm.

C) Elektroden

Die Abmessungen jeder der neun Elektroden waren 50 mm χ 100 mm χ 2500 mm. Die Zusammensetzung der Elektrodengußstücke betrug 1,7% C, 0.3% Si, 0,7% Mn, 2,0% Cr, 2,5% Ni und 0,7% Mo; der Rest war im wesentlichen Fe.

D) Geschmolzenes Metall

Das geschmolzene Metall, das eine Temperatur so von 1500⁰C hatte, wurde mit einer Geschwindigkeit von 15 kg/Min, zugegeben. Die Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls war 1,7% C, 0,3% Si, 0,7% Mn, l.S% Cr, 2,4% Ni und 0,8% Mo; der Rest war im wesentlichen Fe.
E) Stromstärke

Es wurde ein Strom von 2000 bis 2200 A χ 9 Elektroden, d.h. 18 000 bis 19 800 A, durch die Elektroden geschickt

F) Spannung

30 bis 35 Volt

(Die Stromstärke und die Spannung wurden den entsprechenden, oben angegebenen Bereichen angepaßt)

G) Rotationsgeschwindigkeit des Walzenwerkstücks 1 U/Min.

Die Ergebnisse der Oberflächenbehandlung zur Herstellung einer zusammengesetzten oder Verbundwalze unter den oben angegebenen Bedingun-

to

15

gen sind folgendermaßen.

11) Sehweißgcsehwindigkeii
15 mm/Min.

1) Metall/ugabcveihältnis -η

(Der Anteil des zugegebenen geschmolzenen Metalls /um gesamten zugesetzten Material)
80%

I) Sehwoißzeit
UO Min.

K) Schmelzpenetration des Walzenwerkstücks
etwa 10 mm

L) ObcrfHiehenqualiiäi des abgelagerten Metalls

Giatt. ohne Unebenheiten oder Unregelmäßigkeiten.

Die erhaltene Verbundwalze wurde geschnitten, um ihre Struktur /u untersuchen, wobei eine vollständige Metallablagerung, keine Ausscheidung oder Ausseigerung des abgelagerten Metalls und keine Fehler festgestellt wurden. Es konnte also eine Verbundwal/e nut henorragender Qualität innerhalb eines kurzen Schweiß/eitraumes erhalten werden.

Beispiel 2
(Vergleichsbeispiel)

Die Elektroschlacke-Oberflächenbehandlung wurde unter folgenden Betriebsbedingungen und mit folgendem Werkstück durchgeführt.

A) Walzen« erksiück

Der Durchmesser und die Länge des Walzenwerkstuckkörpers, der einer Oberflächenbehandlung zu J5 unterziehen war. betrug 2S0 mm bzw. 1500 mm. Die Länge des gesamten Walzenwerkstücks war 2600 mm. Die Zusammensetzung des Walzenwerkstücks war 0.4% C. 1% Ni und 0.5% Mo: der Rest war hauptsächlich Fe.

B) Form

Der innere Durchmesser der Form betrug 440 mm und damit der Oberflächenbehandlungsradius SO mm.

C) Elektroden

Es wurden 15 Flux-Kern-Elektroden mit einem Durchmesser von 3.2 mm und einer Zusammensetzung von 1.2% C. 1% Ni. 1% Cr verwendet, wobei der Rest Fe war.

D) Geschmolzenes Metall

Es wurde ein geschmolzenes Metall, das die gleiche Zusammensetzung wie die Elektrode aufwies, auf die Schiackeschicht an einer Stelle der Schiackeschicht aufgebracht. Die Zugabegeschwindigkeit betrus 9 kg/Min.

E) Flux (Schlacke)

Der Hauptbestandteil war
CaF:-CaO-SiO₂-TiO₃

F) Stromstärke

400 Ax 15 Elektroden

G) Spannung

40 Volt an jeder Elektrode

H) Rotationsgeschwindigkeit des Walzenwerkstücks 2 U/Min.

Die Ergebnisse der Oberflächenbehandlung zur Herstellung eines Verbundbauteils unter den vorstehenden Bedingungen waren folgendermaßen.

I) Stromdichte im Schlackebad

6.6 A/cm'
I) Seh weißgeschwindigkeit

17 mm/Min.
K) Metallzugabeverhältnis η

75%
L) Schweißzeit

130 Min.
M) Schmelzpenetration des Wal/.enwerkstüeks

etwa 35 mm, was einem Penetrationsverhältnis von

0,30 entspricht.
N) Tiefe des Metallbades

81 mm. was einem Metallbadverhällnis von 0.7 entspricht.

Die erhaltene zusammengesetzte oder Verbundwalze

wurde geschnitten, um ihre Struktur /u untersuchen.

wobei während des Oberflächenbehandlungsvorgangs keine Bildung einer heterogenen Struktur festgestellt werden konnte.

Beispiel 3

Die Elektrosehlacke-Obcrflächcnbehandlung wurde unter folgenden Betriebsbedingungen und mit folgendem Werkstück durchgeführt.

•40

A) Walzenwerkstück

Der Durchmesser und die Länge des Walzenwerkstückkörpers, der einer Oberflächenbehandlung zu JO unterziehen war. betrug 685 bzw. 2200 mm. Die Länge des gesamten Werkstücks war 4500 mm. Die Zusammensetzung des Walzenwerkstücks war 0.8% C. 1% Cr und 0.3% Mo; der Rest war hauptsächlich Fe.

B) Form

Der innere Durchmesser der Form betrug 872 mm und damit der Oberflächenbehandlungsradius 92 mm.

C) Elektroden

Der Querschnitt jeder der sechs Elektroden betrug 50 mm χ 80 mm. Die Zusammensetzung der Elektroden war 1.6% C. 2% Cr. 3% Ni und 1 % Mo; der Rest war im wesentlichen Fe.

Ί5 D) Geschmolzenes Metall

Geschmolzenes Metall, das die gleiche Zusammensetzung wie die sechs Elektroden aufwies, wurde mit einer Geschwindigkeit von 20 kg/Min, an einer Stelle der Schlackeschicht zugegeben,
so E) Flux (Schlacke)

Die Hauptkomponenten waren
CaF₂-CaO-SiO₂-TiO₃
F) Stromstärke

2600 A χ 6 Elektroden
G) Spannung

30VoIt

H) Rotationsgeschwindigkeit des Walzenwerkstücks 1 U/Min.

Die Ergebnisse der Oberflächenbehandlung zur Herstellung einer Verbundwalze unter den vorstehenden Bedingungen waren folgendermaßen.
1) Stromdichte im Schlackebad

7,0 A/cm²
J) Schweißgeschwindigkeit

13 mm/Min.
K) Metallzugabeverhältnis η

84%
U Schweißzeit

■%f.iJ_x

170 Min.
M) Schmelzpenetration des Walzenwerkstücks

Etwa 10 mm, was einem Penetrationsverhältnis von

0,16 entspricht.
N) Tiefe des Metallbades 81 mm, was einem Metallbadverhältnis von 1,1 entspricht

Die erhaltene zusammengesetzte oder Verbundwalze wurde geschnitten, um ihre Struktur zu untersuchen, wobei keine Bildung einer heterogenen Struktur bei dem Oberflächenbehandlungsvorgang festgestellt werden konnte.

Die Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben ist, ist beispielsweise in folgenden Fällen industriell anwendbar.

A) Obwohl Elektroschlacke-Oberflächenbehandlungsverfahren zylindrischer Bauteile in einer Anzahl von Patentschriften und anderer Druckschriften beschrieben sind, weisen diese Verfahren bei der industriellen Herstellung zylindrischer Bauteile Schwierigkeiten auf, vor allem, weil die Qualität, die mit den herkömmlichen Verfahren im allgemeinen erreicht wird, bei Betriebsbedingungen unter sehr hoher Beanspruchung nicht ausreicht. Die Schwierigkeiten hinsichtlich der Qualität können zwar beseitigt werden, wenn die Elektroschlacke-Oberflächenbehandlungsvorrichtung kompliziert, mit großen Abmessungen und kostspielig aufgebaut wird, jedoch ist der Einsatz einer solchen Vorrichtung nicht mehr wirtschaftlich. Die Erfindung beseitigt die vorstehend genannten Schwierigkeiten und stellt ein Elektroschlacke-Oberflächenbehandlungsverfahren sowie eine Vorrichtung dafür zur Verfugung, das bzw. die in der Industrie insbesondere bei der Herstellung und der Erneuerung von Walzwerkwalzen in der Metallindustrie Anwendung Finden kann.

B) Es können zylindrische, zusammengesetzte oder Verbundbauteile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung hergestellt werden.

C) Nach einem Merkmal der Erfindung kann eine oberflächliche, d. h. eine geringe Tiefe aufweisende Schmelzpenetration, die auf ein minimales Ausmaß einstellbar ist, mit Vorteil zur Erneuerung und zur Reparatur zylindrischer Verbundbauteile verwendet werden. Nach der Erfindung kann die Schmelzpenetration auf ein Niveau eingestellt werden, das geringer ist als die Oberflächenschicht, die auf dem Werkstück abgelagert worden ist, wobei das gleiche Oberflächenmetall wie diese Schicht ε-if dem Werkstück abgelagert wird, während die Schmelzpenetration wie oben angegeben, eingestellt wird.

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

Claims (27)

Patentansprüche:

1. Elektro-Schlacke-Auftragsschweiß verfahren für Bauteile mit zylindrischer Oberfläche in vertikaler Richtung, bei dem das Bauteil in Rotation versetzt wird und der Schlacke über mehrere abschmelzende, stangenförmige Elektroden mit großem Querschnitt Strom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß den Elektroden beim Schweißen ein Mehrphasen-Wechselstrom zugeführt und der Oberfläche des Schlackenbades zusätzlich kontinuierlich geschmolzenes Metall zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne.·, daß Elektroden verwendet werden, deren Gesamtbreite wenigstens 10% der Umfangslänge der Form beträgt und daß die Bedingung erfüllt wird, daß die radialen Abstände der abschmelzenden Elektroden von der Oberfläche des Werkstücks und der Innenoberfläche der Form weniger als 30 mm betragen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei auf einem Werkstück ein Metall einer Art abgelagert wird, die gegenüber der des Werkstücks unterschiedlich ist. dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall, das eine Zusammensetzung aufweist, die der des Oberflächenbehandlungsmetalls entspricht, der Oberfläche der geschmolzenen Schlacke kontinuierlich zugesetzt wird und das Metallzugabeverhältnis t)(%), das durch den Anteil der zugesetzten Menge des geschmolzenen Metalls zu dem gesamten zugesetzten Metall bestimmt wird.

η > 98 - 4,3 ρ

ist, wobei ρ die Stromdichte in dem Schlackebad in A/cm² ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls in bezug auf die Anstiegsgeschwindigkeit des Meta'Ibades derart gesteuert wird, daß die Anstiegsgeschwindigkeit pro Minuten zwischen 7 und 25% des Spaltes zwischen der Form und dem Werkstück beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Werkstück und die Form in Rotation versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation der Form und die Rotation des Werkstücks synchronisiert sind.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abschmelzenden Elektroden einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die langen Seiten des viereckigen Querschnitts der abschmelzbaren Elektroden mit einem Radius gekrümmt sind, der dem Radius des Spaltes entspricht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die abschmelzenden Elektroden einen runden Querschnitt aufweisen.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abschmelzenden Elektroden aus einer Eisen- oder Stahllegierung mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 1% bestehen.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatz-

35 geschwindigkeit des geschmolzenen Metalls zwischen 5 und 30 kg/min beträgt

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekannzeichnet durch

eine Mehrphasen-Wechselstromquelle (11) mit Sternschaltungsausgang und konstanter Spannungscharakteristik, wobei das Werkstück (10; 50) mit dem Nullpunkt der Sternschaltung elektrisch verbunden ist;

einen Schleifring (45) zur Verbindung des Werkstücks (10; 50) mit dem Nullpunkt der Sternschaltung

eine Form (17; 52) zur Festlegung eines Auftragsschweißraumes, die in der Nähe des Werkstücks (10; 50) angeordnet und mit Fortschreiten des Auftragsschweißens nach oben bewegbar ist;
mehrere abschmelzende, stangenförmige Elektroden (12) mit großem Querschnitt;
eine Elektrodenbewegungseinmchtung zum gleichzeitigen Heben und Senken sämtlicher abschmelzender Elektroden (12);

ein Gefäß (18) zum Zusetzen des geschmolzenen Metalls (13), das über dem Auftragsschweißraum angeordnet und mit Fortschreiten des Auftragsschweißens nach oben bewegbar ist

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine synchrone Rotationseinrichtung (21, 22, 2ii) zur synchronen Rotation der Form (17; 52) und des Werkstücks (10; 50) um die Achse des Werkstücks (10) während der Aufwärtsbewegung des Gefäßes (18) und der Form (17; 52).

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch

einen stationären Boden (31);

Tragsäulen (34) auf dem stationä ren Boden (31);

einer Plattform (35), die an dem oberen Ende der Tragsäulen (34) getragen wird;

einem an dem stationären Boden (31) drehbar angeordneten Drehtisch (19); und

einer Halteeinrichtung (32), die mit der Plattform

(35) in Wirkverbindung steht, wobei das Werkstück

(10) zwischen der Halteeinrichtung (32) und dem Drehtisch (19) vertikal gehalten ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch

einen vertikal bewegbaren Boden (33), der entlang der Tragsäulen (34) geführt ist und der die gleichzeitige vertikale Bewegung der Form (17) und des Gefäßes (18) bewirkt; und
eine Antriebseinrichtung für diesen vertikal bewegbaren Boden (33).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung an der Plattform (35) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine einzige vertikal bewegbare Elektrodenhalteeinrichtung (43), an der sämtliche abschmelzenden Elektroden (12) befestigt sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung zur vertikalen Bewegung der vertikal bewegbaren Elektrodenhalteeinrichtung (43), welche Antriebseinrichtung an der Plattform (35) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifring (45) um den Drehtisch (19) herum angebracht ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch

gekennzeichnet, daß das Gefäß (18) horizontal in radialer Richtung gegenüber der Achse des Werkstücks (10) bewegbar ist

20. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen stationären Boden (17);

einen Drehtisch (61), der an dem stationären Boden (17) angeordnet ist und der ein darauf vertikal angeordnetes Werkstück (50) trägt;
eine Einrichtung (53) zur Aufrechterhaltung der Wärme des oberflächenbehandelten Werkstücks (50); einen vertikal bewegbaren Boden (64), auf dem die Form (52), das Gefäß und die Heizeinrichtung (53) angeordnet sind; und

eine synchrone Rotationseinrichtung (54,55,65) zur synchronen Rotation des Werkstücks (50), der Form (52) und der Heizeinrichtung (53) um die Werkstückachse während einer Aufwärtsbewegung des Gefäßes und der Form (52), welche synchrone Rotationseinrichtung auf dem vertikal bewegbaren Boden (64) ist und die Rotationsgeschwindigkeit des Gefäßes, des Werkstücks (50), der Form (52) und der Heizeinrichtung (53) synchronisiert (F i g. 12).

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen drehbaren Anschluß mit einem oberen und einem unteren Anschlußstück (62, 63) einschließlich Wasserleitungen, wobei das Werkstück (50) vertikal auf dem oberen Anschlußstück (62) angeordnet ist

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die synchrone Rotationseinrichtung separate Motoren (55-1 und 54-i) zum Antrieb der Form (52) bzw. des Werkstücks (50) aufweist, welche Motoren elektrisch synchronisiert sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch

einen stationären Boden (17);
einen drehbaren Anschluß, der d^rehbar an dem stationären Boden (18) angeordnet ist und öffnungen zum Zu- und Abfluß des Kühlwassers aufweist;
Schläuche (105), die verlängerbar sind, wenn die Form (52) sich aufwärts bewegt und die die Form (52) und die Öffnungen des drehbaren Anschlusses verbinden; und eine synchrone Rotationseinrichtung zur synchronen Rotation des Werkstücks (50) und der Form (52), um die Werkstücksachse während einer Aufwärtsbewegun£ des Gefäßes und der Form (52) (Fig. 14 und 15).

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine untere Halterung (96), die koaxial zur Rotationsachse des Werkstücks (50) verläuft und auf dem stationären Boden (17) mittels des drehbaren Anschlusses angebracht ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch Trommeln oder Haspeln (104) für die Schläuche (105), die synchron mit der Rotation des Werkstücks (50) rotieren.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommeln oder Haspeln (104) an der unteren Halterung (96) befestigt sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Anschluß aus einem Außengehäuse (63-2) und einem inneren Drehstück (63-1) besteht, welches innere Drehstück (63-1) an der unteren Halterung (96) befestigt ist und mit Hilfe der synchronen Rotationseinrichtung in Rotation versetzt wird.