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Aufkohlungs-Schweißverfahren Die Erfindung hat ein Aufkohlungsschweißverfahren
zur Herstellung harter bzw. härtbarer und verschleißfester Auftragschweißungen zum
Gegenstand.
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Bisher mußten neben der Überwindung der schweißtechnischen Schwierigkeiten,
wie sie beim Verschweißen hochkohlenstoffhaltiger Zusatzwerkstoffe auftreten, Spezial-Auftragschweißdrähte
verwendet werden, deren Preis etwa das Zehnfache der normalen Schweißdrähte beträgt,
um eine wenige Grade härtere Auftragschweißung zu erzielen, als sie mit normalen
Schweißdrähten zu erreichen ist.
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Nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren werden die schweißtechnischen
Schwierigkeiten vermieden, und durch die Verwendung niedrig Bekohlter Zusatzdrähte
wird verhindert, daß eine hochkohlenstoffhaltige Schmelze der wesentlich oberhalb
der Schmelztemperatur liegenden Temperatur der Schweißflamme bzw. des Lichtbogens
ausgesetzt wird, wodurch sich schweißtechnisch einwandfreie Auftragschweißungen
mit Kohlenstoffgehalten von 10/, und mehr ohne Schwierigkeiten ausführen
lassen.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren besteht darin, daß der
zur Erzielung der hohen Härtbarkeit erforderliche Kohlenstoff der Schweiße im Anschluß
an den eigentlichen Abschmelzvorgang kurz vor ihrem Erstarren zugesetzt wird. Es
werden als Schweißdrähte die normalen unlegierten oder niedrig legierten Verbindungs-Schweißdrähte
verwendet. Von besonderer Bedeutung ist die Unabhängigkeit von Spezial-Auftragschweißdrähten,
d. h. die Verwendbarkeit jedes normalen Verbindungs-Schweißdrahtes.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist anwendbar bei allen
Schmelz-Schweißverfahren, wie der Autogen-Schweißung und der Arcatom-
Schweißung.
Bei der elektrischen Lichtbogen-Schweißung ist seine Anwendbarkeit grundsätzlich
ebenfalls möglich.
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Die nachträgliche Zuführung von Kohlenstoff zum Schmelzbad ermöglicht
die Verwendung von niedrig Bekohlten Schweißdrähten, wie sie in jedem Betrieb zur
Herstellung normaler Verbindungsschweißungen an unlegierten und niedrig legierten
Baustählen und Konstruktionsstählen in Gebrauch sind. Das Verfahren ergibt eine
sehr weitgende Veredelung des Werkstoffes während des Schweißvorganges; es erlaubt
z. B. einen normalen unlegierten Verbindungsschweißdraht mit 0,1o bis 0,15 % C während
der Auftragschweißung in einem Werkzeugstahl mit 1,o % C und mehr umzuwandeln, der
entsprechend seiner chemischen Zusammensetzung eine Härtbarkeit auf Härtewerte bis
zu 65 Rc-Einheiten besitzt.
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Bei Verwendung legierter Schweißdrähte, wie sie für vergütbare Verbindungsschweißungen
an höher beanspruchten Konstruktionselementen benutzt werden, lassen sich durch
die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufkohlung während des Schweißens entsprechend
hochwertige Auftragschweißungen herstellen, die, gehärtet, in ihren Eigenschaften
hochwertigen Werkzeugstählen entsprechen, bzw. diese sogar erheblich übertreffen.
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Verwendet man hochlegierte Zusatzdrähte, z. B. solche aus Schnellstahl,
so lassen sich unter bestimmten Schweißbedingungen Auftragschweißungen herstellen,
die in ihren Leistungen die Werkzeugstähle gleicher chemischer Zusammensetzung ganz
erheblich übertreffen. So läßt sich z. B. nach dem Arcatom-Schweißverfahren mittels
des Aufkohlungsverfahrens hergestellten Schnellstahl-Auftragschweißungen die Anlaßbeständigkeit
der Auftragschweißungen von 55o° C um 10o° C auf 65o° C erhöhen.
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Es liegt auf der Hand, welche Leistungssteigerung mit dieser Erhöhung
der Anlaßbeständigkeit verbunden ist. Bezüglich des Arcatom-Schweißverfahrens ist
außerdem zu bemerken, daß überhaupt erst das Aufkohlungsverfahren nach der Erfindung
die richtige Ausnutzung des Arcatom-Verfahrens, das für die Herstellung hochwertiger
Schweißungen besonders geeignet ist, für das Aufschweißen von hochlegierten und
hochkohlenstoffhaltigen Schnellstählen und damit für die Herstellung von Hochleistungswerkzeugen
durch Auftragschweißung möglich macht.
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Die bei der Arcatom-Schweißung normalerweise auftretende Entkohlung
des Schweißgutes um 50% und mehr stellt bei allen derartigen Schweißungen die erforderliche
Härtbarkeit in Frage, während bei Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Aufkohlungsverfahrens diese Kohlenstoffverluste nicht nur ausgeglichen werden können,
sondern sogar der Kohlenstoffgehalt über den Ausgangswert hinaus gesteigert werden
kann.
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Die gleichen Gesichtspunkte treffen für die Lichtbogenschweißung zu,
bei der ebenfalls mit einer sehr starken Entkohlung des Schweißgutes zu rechnen
ist. Auch hier wird durch das erfindungsgemäß durchgeführte Aufkohlungsverfahren
ein besonders wirtschaftliches Schweißverfahren für derartige Auftragschweißungen
erzielt. ' Die Möglichkeiten, die sich aus der Anwendung des Aufkohlungsverfahrens
ergeben, werden durch folgende Beispiele erläutert: 1. Normale unlegierte Verbindungsschweißdrähte
mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, z. B. ein Draht mit 0,1% C, o, 6 % Mn und 0,3 0%
Si, lassen sich während des Schweißens in hochhärtbaren Werkzeugstahl mit Rockwellhärten
bis zu 65 Rc-Einheiten verwandeln.
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2. Legierte Konstruktionsschweißdrähte, z. B. ein Draht mit 0,3 %
C, 2,o % Cr und o,6 % Mn, lassen sich während des Schweißens in hochhärtbare, hochwertige
Werkzeugstähle umwandeln, wie dies in den Schaubildern Abb. 1 bis 3 wiedergegeben
ist. Es ist dort die Härte und die Anlaßbeständigkeit von mit einem Schweißdraht
dieser Zusammensetzung - bei verschieden hohem Aufkohlungsgrad - hergestellten Auftragschweißungen
verglichen mit Spezial-Auftragschweißdrähten d, e, f.
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Die Abb. i zeigt eine Probe a mit 0,59 % C (82o° C Wasser). Der verglichene
teure Auftragwerkstoff d ist bei 8q.0° C in Öl gehärtet.
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Die Abb. z zeigt eine Probe b mit o,go % C, aufgekohlt auf diesen
Wert. (82o° C Wasser.) Der verglichene noch teurere Auftragwerkstoff e ist bei 86o°
C in Öl gehärtet.
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Die Abb. 3 zeigt eine Probe c mit 1,1% C (82o° C Wasser). Der verglichene
sehr teure Auftragwerkstoff f ist bei 88o° C in Öl gehärtet.
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3. Bei hochlegierten Schweißdrähten, z. B. einem Schnellstahl mit
o,80/, C, 8,o0/0 W und q.0/0 Cr, läßt sich beim Verschweißen nach dem erfindungsgemäßen
Aufkohlungsverfahren unter bestimmten Schweißbedingungen eine Erhöhung der Anlaßbeständigkeit
dieser Stähle von 55o° C auf 65o° C und höher erzielen. Die in der Zeichnung, Abb.
q., wiedergegebenen Versuchsergebnisse zeigen die Anlaßbeständigkeit von Auftragschweißungen
nach dem neuen Aufkohlungsverfahren mit einem Schnellstahl bei martensitischem,
austenitischem und martensitisch-austenitischem Ausgangsgefüge g, h, i durch
Änderung der Schweißbedingungen.
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Es ergeben sich aus der Verbindung eines wirtschaftlichen Fertigungsverfahrens
- wie es die Auftragschweißung an sich darstellt - mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Veredelungsverfahren viele Möglichkeiten. Weitere Vorteile des Aufkohlungsverfahrens
bei der Herstellung hochhärtbarer und verschleißfester Auftragschweißungen sind:
a) Der Aufkohlungsgrad einer Auftragschweißung kann bei Verwendung des gleichen
Zusatzdrahtes in sehr weiten Grenzen verändert werden, z. B. von 0,5 bis 1,5 % C.
Mit dem gleichen Schweißdraht können Schweißungen für verschiedene Beanspruchungsarten
hergestellt werden.
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b) Durch verschiedenhoheAufkohlung der einzelnen Lagen einer Auftragschweißung
kann man einen guten Übergang zwischen dem niedrig Bekohlten Grundwerkstoff und
der Hartaufschweißung herstellen, so daß die Gefahr des Auftretens von Schweißrissen,
Schmiede- und Härterissen vermieden wird.
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c) Derartige Übergänge im Kohlenstoffgehalt und damit in der Härtbarkeit
lassen sich auch in Längsrichtung der Schweißung erzielen, so daß schroffe
Übergänge
im Kohlenstoffgehalt, die sich bei Wärmebehandlungen und mechanischen Beanspruchungen
wie Kerben auswirken, an den Übergangsstellen bzw. am Anfangs- und Endpunkt einer
Aufschweißung vermieden werden.
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d) Das aufgetragenehochkohlenstoffhaltige Schweißgut ist sehr weitgehend
durch Schmieden verformbar (Ausschmieden bis zur Messerschneide). Es ist also durch
Schmieden in allen Fällen eine weitgehende Anpassung des aufgetragenen Schweißgutes
an die gewünschte Form zu erzielen, so daß die Nacharbeit durch spanabhebende Bearbeitung
und durch Schleifen auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann.
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Es sind bisher die Auftragschweißungen immer mit den Eigenschaften
von Werkzeugstählen verglichen. Das bedeutet keineswegs, daß Auftragschweißungen
nur für Werkzeuge in Frage kommen. In allen Industriezweigen, wo auf Abnutzung und
Verschleiß beanspruchte Maschinenteile, Konstruktionselemente, Geräte usw. eine
längere Lebensdauer haben sollen, kann die Auftragschweißung angewendet werden.
Die Einfachheit der Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens, das
mit geringen zusätzlichen Mitteln überall, wo eine Schweißvorrichtung vorhanden
ist, eingesetzt werden kann - und zwar ohne daß Spezial-Auftragschweißdrähte notwendig
sind -, gibt die Möglichkeit, in jedem kleinen handwerklichen Betrieb verschleißfeste
Auftragschweißungen herzustellen.