DE4243290C1

DE4243290C1 - Verfahren zur Herstellung und Regenerierung von stählernen Verschleißelementen

Info

Publication number: DE4243290C1
Application number: DE19924243290
Authority: DE
Inventors: Eberhard Fritsche; Stephan Dr Ing Uhlemann; Juergen Smolarek; Wolfgang Nerger; Hans Dr Ing Froehlich; Heinz Dipl Ing Kretzschmar; Lothar Dipl Ing Merz
Original assignee: SCHWEISTECHNISCHE LEHR und VER; VALCO EDELSTAHL und SCHWEISTEC; VER MITTELDEUTSCHE BRAUNKOHLEN; Air Liquide GmbH
Current assignee: MITTELDEUTSCHE BRAUNKOHLENGESELLSCHAFT MBH, 06749
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2012-12-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oder Regenerierung von stählernen Verschleißelementen, insbeson dere Formzeugen für Braunkohlenbrikettpressen, unter Anwen dung des Lichtbogenauftragsschweißens.

Es ist bekannt, daß Formzeuge für Braunkohlenbrikettpressen zumeist aus mehreren Einzelteilen, den Formzeugelementen, aufgebaut sind. Solche Formzeuge sind enormer Verschleißbe lastung ausgesetzt. In Preßrichtung gesehen weist jedes Formzeug einen konisch sich verjüngenden Einlaufbereich, daran anschließend den Arbeitsbereich im engsten Durchlaß und danach den konisch sich erweiternden Auslaufbereich auf. Die Verschleißbeständigkeit des Formzeuges ist von entschei dender Bedeutung für die Effektivität einer Brikettfabrik und die Qualität der Briketts.

Im Fachbuch Braunkohlenbrikettierung, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1. Auflage 1984, Band 2, Seiten 93, 224, 253 ff sind die Einflußfaktoren auf die Brikettqualität ausführlich erläutert.

Jeder Formzeugwechsel ist mit großen Aufwendungen verbunden. Um die Verschleißbeständigkeit des Formzeuges zu verbessern, wurden bereits vielfältige Maßnahmen ergriffen. So wurde versucht, das gesamte Formzeug aus sehr harten Stahllegierun gen herzustellen, was jedoch mit überproportional großem Fertigungsaufwand verbunden war, zumal solche Formzeuge nach dem ersten Verschleiß nicht regenerierungsfähig sind, weil die dafür verwendeten Werkstoffe als Hartgußlegierungen schlechte Schweißeignung besitzen und beim Schweißen reißen.

Es wurde auch versucht, das Formzeug bzw. das Formzeugelement aus drei einzelnen Segmenten, nämlich aus dem Einlaufsegment, dem Arbeitssegment und dem Auslaufsegment, herzustellen, wobei lediglich das Arbeitssegment aus hochverschleißfestem Werkstoff und die Ein- und Auslaufsegmente aus geringwertigem Stahl- oder Grauguß bestehen. Diese Variante verringert zwar die Formzeugkosten, verbessert jedoch nicht grundsätzlich die Verschleißbeständigkeit des Formzeuges.

Es wurde auch versucht, das Formzeug mit einer Minustoleranz in der Formzeugkontur aus geringwertigem Stahl herzustellen und die restliche Werkstoffmenge durch Auftragschweißen einer harten Schicht zu ergänzen sowie die Fertigkontur durch me chanisches Nachschleifen herzustellen. Mit den bekannten Methoden konnten die Verschleißbeständigkeit des Formzeuges wesentlich verbessert und die Formzeugkosten verringert werden.

In Braunkohlenbrikettierung, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig, 1. Auflage 1984, Band 2, Seite 93, wird die sogenannte ZIS-Panzerung für Schwalbungen hervorgehoben, worunter ein Einschmelzen von Pasten u. a. nach DD-PS 2 33 037 mit den wichtigsten Bestandteilen Ferrochrom, Graphit, Ferrosilizium, Chrombor und Flußmittel zu verstehen ist. Ein grundsätzlicher Mangel der Formzeugfertigung durch das Auftragschweißen ist jedoch nach wie vor die Bildung von Rissen in der aufgeschweißten Schicht, die im Extremfall im Zentimeterabstand auftreten. Selbst durch sorgfältigste Handhabung beim Schweißen, genau kontrolliertem thermischen Zyklus und Vorwärmung kann die Rißbildung nicht vermieden werden, der Rißabstand erhöht sich jedoch auf 3 bis 4 cm und die Rißanzahl verringert sich entsprechend auf ein Drittel bis ein Viertel. Die Rißtiefe und -breite sind jedoch in jedem Fall erheblich.

Äußere Zeichen des Formzeugverschleißes am frisch gepreßten Brikett sind, daß die Festigkeit des Briketts sich verrin gert, d. h., daß die Briketts zerfallen, daß weiterhin die Kanten abbröckeln und daß vor allem die sogenannte Glanzhaut nicht mehr auftritt. Besonders der letztgenannte Mangel, das Verschwinden der Glanzhaut, ist bei aufgeschweißten Formzeu gen vorzeitig dominierend.

Weiterhin ist bekannt, Lichtbogenauftragsschweißen mit abschmelzenden draht- oder bandförmigen Füllelektroden unter Schutzgas oder unter Pulver vorzunehmen (Spencer, D., "Hardfacig processes and practice", in Welding Review, May 1988, Seite 84). Nachteilig dabei ist, daß die mit den verwendeten Füllelektroden erzeugte Schicht nicht den hohen Verschleiß- und Qualitätsanforderungen, insbesondere bei Formzeugen für Braunkohlenbrikettpressen, gerecht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung oder Regenerierung von stählernen Verschleißele menten, insbesondere von Formzeugen für Braunkohlenbrikett pressen, zu entwickeln, mit dem deren Verschleißbeständigkeit erhöht werden kann, bei gleichzeitig verringerten Fertigungs kosten.

Die Aufgabe wird unter Anwendung des Lichtbogenauftrags schweißens mit abschmelzenden draht- oder bandförmigen Füllelektroden unter Schutzgas oder unter Pulver erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verschleißschicht mit einer Elektrode aus einem unlegierten Stahlmantel von 0,3 bis 0,6 mm Dicke und einer Füllung aus pulverförmigem Werkstoffgemisch von 0,25 bis 0,35 mm Körnung mit einer Zu sammensetzung aus 0,9 bis 1,4% C; 1,5 bis 2,5% Si; 0,3 bis 0,6% Mn; 4,0 bis 6,5% Cr; 7,5 bis 9,5% Nb, 1,0 bis 1,1% Br; 0,5 bis 1,1% W; 0,05 bis 0,07% V, Rest Fe, aufgebracht wird.

Die Vorteile der Erfindung bestehen einerseits in den redu zierten Fertigkosten insgesamt, weil z. B. das Formzeugelement nicht vorprofiliert werden braucht und andererseits in der hohen Verschleißbeständigkeit sowie in der neuen Möglichkeit, das Formzeugelement lediglich durch Nachschleifen (ca. drei mal) ohne nochmaliges Auftragschweißen weiterverwenden zu können, indem nur das Verschleiß- und Schleifmaß an der Form zeugaufnahme nachgesetzt wird.

Die Standzeit zwischen zwei Verschleißterminen wird bedeutend erhöht, was an der wesentlich länger vorhandenen Glanzhaut, Kantenfestigkeit und Bruchfestigkeit zu erkennen ist. Ein überraschender Effekt der Erfindung besteht außerdem darin, daß der Pressenenergieaufwand um etwa 2% verringert wird.

Die Suche nach den Ursachen dieser Vorteile, insbesondere des letztgenannten Effekts, brachte die Erkenntnis, daß in der fachüblich nachgeschliffenen Oberfläche des Formzeugelementes keine Risse im Abstand von einem oder mehreren Zentimetern mehr zu erkennen sind, daß jedoch ein mikrofeines Rißnetz mit einem Maschenabstand von Bruchteilen eines Millimeters ausge bildet ist. Jeder dieser Mikro-Netzrisse hat nur geringe Tiefe, und was von ausschlaggebender Bedeutung ist, eine um ca. zwei Zehnerpotenzen geringere Rißbreite als bei den bisherigen Fertigungsverfahren.

Diese extrem kleinen Risse lassen keine festen Bestandteile, z. B. Kohlenstaub, eindringen. Die Ausbildung tieferer und breiterer Risse, die insgesamt qualitätsmindernd wirken kön nen, wird durch das Mikrorißnetz verhindert. Durch das Mi krorißnetz bewahrt das stählerne Verschleißteil, trotz seiner harten Oberfläche, einen größeren Teil seiner Elastizität und in das Mikrorißnetz eindringende Flüssigkeiten, wie Öle, können zu einem zusätzlichen Mikroschmiereffekt, der ver schleißkraftmindernd wirkt, führen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den An sprüchen 2 bis 9 dargestellt.

Durch das Schweißen der Verschleißschicht in Lagenbreiten von 10 bis 35 mm bei 10- bis 20%iger Überlappung wird eine gleichmäßige Oberfläche erreicht.

Bei der Herstellung von Verschleißelementen ist es hinsichtlich einer optimalen Nutzungsdauer ggf. bis zu einer Regenerierung vorteilhaft, auf den Grundkörper zuerst nur im Hauptbeanspruchungsbereich eine 3 bis 7 mm dicke erfindungs gemäße Verschleißschicht aufzutragen und dann die gesamte Verschleißoberfläche mit einer Verschleißschicht von 3 bis 5 mm Dicke zu überziehen.

Um bei der Regenerierung die Gefahr qualitätsmindernder Fehler in der neu aufgeschweißten Werkstoffschicht auszuschalten, ohne daß Reste der aufgeschweißten Werkstoffschicht abgeschliffen werden bzw. aufwendige metallurgische Voruntersuchungen vorgenommen werden müssen, kann der zu regenerierende Oberflächenbereich ohne Zusatzwerkstoff über 10 mm tief oder mit Zusatzwerkstoff bis 10 mm tief aufgeschmolzen werden.

Als wirtschaftlich ist das 3 bis 5 mm tiefe Aufschmelzen unter gleichzeitigem Aufschmelzen von un- oder niedriglegiertem Zusatzwerkstoff bei Begrenzung der Zusatzwerkstoffmenge auf 20% des aufgeschmolzenen Werkstoffvolumens anzusehen, womit eine ausreichende Pufferschicht mit neuen Qualitäten erreicht wird.

Als günstig für die Verschleiß- und Qualitätsparameter der Oberfläche hat sich das Schweißen mit einer Stromdichte von 15 bis 22 A/mm bezogen auf den gesamten Elektrodenquer schnitt erwiesen.

Vorteilhaft ist beim Schweißen ein Schutzgasgemisch aus 45 bis 75% Ar + 20 bis 50% He + 1 bis 5% CO₂ oder ein Schweißpulver mit 0,2 bis 2,0 mm Körnung bestehend aus 30% SiO₂ + TiO₂, 20% CaO + MgO, 20% Al₂O₃ + MnO und 30% CaF anzuwenden.

Die Erfindung soll an jeweils einem Beispiel für die Herstellung und die Regenerierung näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel 1

Der Grundkörper eines Formzeuges für eine Braunkohlenbrikett presse ist zweigeteilt, in ein oberes und ein unteres Ver schleißelement, bestehend aus unlegiertem Stahl. In jedes Verschleißelement ist in Längserstreckung eine durchgehende Vertiefung unprofiliert eingearbeitet, so daß zwischen oberem und unterem Verschleißelement der Preßhohlraum ausgebildet wird. Die Herstellung des hochverschleißfesten Verschleißele mentes erfolgt so, daß in der Vertiefung jedes Verschleiß elementes eine erste Werkstoffschicht von 6 mm Dicke nur im Hauptbeanspruchungsbereich des Verschleißelementes und daran anschließend eine zweite gleichartige Werkstoffschicht von 4 mm Dicke über die gesamte Verschleißoberfläche mittels Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode aufgeschweißt wird. Die Elektrode ist aus einem unlegierten Stahlmantel von 0,4 mm Dicke und einer Füllung von pulverförmigem Werkstoffgemisch von 0,25 bis 0,35 mm Körnung mit einer Zusammensetzung aus 0,9 bis 1,4% c, 1,5 bis 2,5% Si, 0,3 bis 0,6% Mn, 4,0 bis 6,5% Cr, 7,5 bis 9,5% Nb, 1,0 bis 1,1% Br, 0,5 bis 1,1% W, 0,05 bis 0,07% V, Rest Fe aufgebaut und in Form eines Drahtes von 2,8 mm Außendurchmesser geformt. Das verwendete Schweißpulver hat eine Körnung von 0,2 bis 2 mm und eine Zusammensetzung aus 30% SiO₂ + TiO₂, 20% CaO + MgO, 20% Al₂O₃ + MnO, 30% CaF₂. Es wird mit Stromdichten von 18 A/mm², bezogen auf den gesamten Elektrodenquerschnitt, mit Lagenbreiten von 20 mm bei 15%iger Überlappung geschweißt. Nach dem Schweißen wird das geometrische Profil des Verschleißelementes mechanisch nachgeschliffen.

Ausführungsbeispiel 2

Die verschlissene Schneidkante eines Baggereimers, die be reits durch verschiedene Auftragschweißungen mehrfach aufge arbeitet wurde, soll regeneriert werden.

Der zu regenerierende Oberflächenbereich wird mittels pen delnden Lichtbogen 5 mm tief, unter gleichzeitigem Aufschmel zen von un- oder niedriglegiertem Zusatzwerkstoff, aufge schmolzen. Die Zusatzwerkstoffmenge wird auf max. 20% des aufgeschmolzenen vorhandenen alten Zusatzwerkstoffvolumens begrenzt. Dabei wird ein Schweißschutzgasgemisch von 50 bis 80% Ar + 20 bis 50% He verwendet. Danach wird eine 5 mm dicke Werkstoffschicht über den gesamten Verschleißbereich mittels Lichtbogenschweißens mit abschmelzender Elektrode aufgeschweißt. Es wird eine Elektrode in Form eines Drahtes von 3 mm Außendurchmesser verwendet, die wie im Ausführungsbeispiel 1 angegeben aufgebaut ist. Geschweißt wird unter einem Schutzgasgemisch aus 45 bis 75% Ar + 20 bis 50% He + 1 bis 5% CO₂ sowie mit einer Stromdichte von 15 bis 20 A/mm² bezogen auf den gesamten Elektrodenquerschnitt und bei einer Lagenbreite von 20 mm bei 15%iger Überlappung.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung oder Regenerierung von stählernen Verschleißelementen, insbesondere Formzeugen für Braunkohlenbrikettpressen, bei Anwendung des Lichtbogenauftragsschweißens mit abschmelzenden draht- oder bandförmigen Füllelektroden unter Schutzgas oder unter Pulver, gekennzeichnet dadurch, daß die Ver schleißschicht mit einer Elektrode aus einem unlegierten Stahlmantel von 0,3 bis 0,6 mm Dicke und einer Füllung aus pulverförmigem Werkstoffgemisch von 0,25 bis 0,35 mm Kör nung mit einer Zusammensetzung aus
0,9 bis 1,4% C;
1,5 bis 2,5% Si;
0,3 bis 0,6% Mn;
4,0 bis 6,5% Cr;
7,5 bis 9,5% Nb;
1,0 bis 1,1% Br;
0,5 bis 1,1% W;
0,05 bis 0,07% V;
Rest Fe
aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in Lagenbreiten von 10 bis 35 mm bei 10 bis 20%iger Überlap pung geschweißt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, daß mit einem Schutzgasgemisch aus 45 bis 75% Ar + 20 bis 50% He + 1 bis 5% CO₂ geschweißt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß unter Schutz eines Schweißpulvers mit 0,2 bis 2,0 mm Körnung bestehend aus 30% SiO₂ + TiO₂; 20% CaO + MgO; 20% Al₂O₃ + MnO und 30% CaF₂ geschweißt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der zu regenerierende Oberflächenbereich mit Zusatzwerkstoff bis 10 mm tief aufgeschmolzen wird und danach die neue Verschleißschicht aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zu regenierende Oberflächenbereich unter gleichzeitigem Aufschmelzen von un- oder niedriglegiertem Zusatzwerkstoff 3 bis 5 mm tief aufgeschmolzen wird und die Zusatzwerkstoffmenge auf maximal 20% des aufgeschmolzenen Werkstoffvolumens begrenzt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der zu regenierende Oberflächenbereich vor dem Aufbringen des Werkstoffgemisches ohne Zusatzwerkstoff über 10 mm tief aufgeschmolzen wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Herstellung auf den Grundkörper zuerst nur im Hauptbeanspruchungsbereich eine 3 bis 7 mm dicke Verschleißschicht aufgetragen wird und dann die gesamte Verschleißoberfläche mit einer Schicht von 3 bis 5 mm Dicke überzogen wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß mit einer Stromdichte von 15 bis 22 A/mm² bezogen auf den gesamten Elektrodenquerschnitt geschweißt wird.