DE2320186A1 - Verfahren zum herstellen von grossbauteilen wie schwere, einteilige wellen - Google Patents

Verfahren zum herstellen von grossbauteilen wie schwere, einteilige wellen

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DE2320186A1 DE19732320186 DE2320186A DE2320186A1 DE 2320186 A1 DE2320186 A1 DE 2320186A1 DE 19732320186 DE19732320186 DE 19732320186 DE 2320186 A DE2320186 A DE 2320186A DE 2320186 A1 DE2320186 A1 DE 2320186A1
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    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F01D5/063Welded rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description

  • "Verfahren zum Herstellen von Großbauteilen wie schwere einteilige Wellen" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Großbauteilen wie schwere einteilige Wellen insbesondere für Turbinen und Generatoren mit einschluß-, lunker-, seigerungs- und rißfreiem Gefüge.
  • Großbauteile wie schwere Turbinenläufer und Generatorwellen unterliegen im Betrieb einer außerordentlich starken Beanspruchung. So werden Turbinenläufer im allgemeinen bei Temperaturen bis 6000C und Drücken bis 250 cb eingesetzt. Dies stellt hohe Anforderungen an die betreffenden Werkstoffe, die noch dadurch erhöht werden, daß die Entwicklung zu immer größeren Kraftwerkseinheiten, d.h. zu größeren Wellen und Läufern geht0 Hochbeanspruchte, umlaufende Bauteile wie Turbinenläufer und Generatorwellen unterliegen einer mehrachsigen Beanspruchung und werden üblicherweise als Stahlgußstück oder Schmiedeteile hergestellt. Dabei muß das Werkstück infolge der hohen Fliehkraftbeanspruchung aufgrund der heute üblichen hohen Drehzahlen bei ausreichender Zähigkeit eine hohe Streckgrenze besitzen. Des weiteren gehören zu den Anforderungen an einen Läuferwerkstoff insbesondere im Hochdruckteil eine hohe Zeitstandfestigkeit und geringe Zeitstandversprödung bei Temperaturen bis 6000C, eine niedrige Ubergangstemperatur der Kerbschlagzähigkeit und eine hohe Sprödbruchsicherheit bzw. Anlaßbeständigkeit. Hinzu kommt bei Generatorwellen eine möglichst hohe magnetische Induktion.
  • Die vorerwähnten Eigenschaften lassen sich mit den bekannten Legierungen nur durch ein Vergüten erreichen, welches üblicherweise aus einem Austenitisierungsglühen mit anschliessendem Öl- und Wasserabschrecken auf Temperaturen unter 6000C oder auch unter 30000 sowie einem langzeitigen Halten bei diesen TemFeraturen mit anschließender geregelter Abkühlung sowie einem abschließendem Anlassen besteht. Aus diesem Grund-e muß der Werkstoff eine geringe Anlaßsprödigkeit und insbesondere eine gute Durchvergütbarkeit besitzen, um ein möglichst gleichmäßiges Gefüge über den Querschnitt zu erreichen.
  • Der Erfolg einer Vergütungsbehandlung hängt jedoch in erster Linie vom Durchmesser und der dadurch bedingten unterschiedlichen Abkühlungsgeschwindigkeiten beim Abschrecken und selbstverständlich auch von der Legierungszusammensetzung ab.
  • Als Wellenwerkstoff kommen üblicherweise Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungen, beispielsweise die bekannten SchmiNedestKpe 31 NiCrMo 8 5 und die vanadinhaltige Legierung 32 NicrMa 5 mit verbesserter Zeitstandfestigkeit sowie für Reattcrwerkstoffe die Legierung 22 NiCrMo 3 7 infrage. Im einzelnen tet sich die spezielle Legierungszusammensetzung nach der jeweiligen Verwendung als Werkstoff für Hochdruck-, Mitteldruck - oder Niederdruck- bzw. Generatorwellen, die jeweils einer unterschiedlichen Druck- und Temperaturbeanspruchung unterliegen, Allen Werkstoffen ist jedoch der Nachteil gemeinsam, daß ihre Durchvergütbarkeit bei größeren Durchmessern insbesondere bei Durchmessern uber 1200 mm unzureichend ist und sich demzufolge zwischen Rand und Kern der Welle unterschiedliche mechanische Eigenschaften ergeben. Dies äußert sich insbesondere in einer der charakteristischsten Eigenschaften, nämlich der Übergangstemperatur der Kerbschlagzähigkeit, die möglichst niedrig liegen soll, jedoch in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung und dem Wellendurchmesser auch in gunstigen Fällen häufig Unterschiede über 1000 zwischen Rand und Kern aufweist.
  • Um die Durchvergütbarkeit der bekannten Wellenlegierungen und damit deren Zähigkeit und Übergangstemperatur zu verbessern, ist es bekannt, den Nickelgehalt auf etwa 3,5% zu erhöhen, wie bei den bekannten Nickel-Chrom-Molybdan-Legierungen ASTM A 469-65 für Generatorwellen und A 470-65 für Turbinenläufer. Mit der Erhöhung des Nickelgehaltes ist jedoch bei den in Rede stehenden Legierungen gleichzeitig auch eine höhere Neigung zur Anlaßsprödigkeit verbunden, Die Durchvergütbarkeit könnte zwar auch durch eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes verbessert werden, der üblicherweise bei etwa a,1596 bis 0,35% liegt. Dem steht jedoch allein schon die Tatsache entgegen, daß höhere Kohlenstoffgehalte unabhängig vom jeweiligen Gefüge zu einer Erhöhung der Ubergangstemperaturen führen. Speziell bei Legierungen für Generatorwellen kommt noch hinzu, daß diese eine hohe magnetische Induktion besitzen müssen, die jedoch eine Funktion der chemischen Zusammensetzung, des Gefüges und der Festigkeit ist. Dabei bewirken sämtliche Legierungsbestandteile mit Ausnahme des Kobalts eine Erniedrigung der magnetischen Sättigung und Permeabilität, wobei die Beeinträchtigung durch den Kohlenstoff etwa 10-mal so groß ist wie bei den anderen Legierungsbestandteilen.
  • Neben der Auswahl und den Mengenanteilen der einzelnen Legierungsbestandteile geht ein wesentlicher Einfluß auf die Werkstoffeigenschaften insbesondere bei grösseren Wellengewichten von der Blockstruktur aus. Von entscheidender Bedeutung ist dabei die Homogenität, d.h. die Gleichmäßigkeit der chemischen Zusammensetzung und des Gefüges der Welle über die Länge und insbesondere über den Querschnitt. Zwar läßt sich durch die Vergütung des Gefüge verbessern und zum Teil auch Vergleichmäßigen, es gibt jedoch verfahrensbedingte Inhomogenitäten, wie Blockfehler und Einschlüsse, die sich, wenn sie einmal eingetreten sind, nicht mehr beseitigen lassen.
  • Zu den Blockfehlern zählen insbesondere Seigerungen, Lunker und Risse, während es sich bei den schädlichen Einschlüssen in erster Linie um Oxyde und während der Blockerstarrung freigesetzte Gase handelt, Den Seigerungen und oxydischen Einschlüssen kommt dabei die größe Bedeutung zu. So führt die Blockseigerung zu einer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung zwischen Blockfuß und Blockkopf sowie zwischen Randzone und Kern, die sich anders als die Kristallseigerung nicht mehr durch ein Ausgleichs- bzw.
  • Diffusionsglühen beseitigen läßt. Aber auch einer späteren Glühbehandlung zum Ausgleich von Konzentrationsunterschieden sind angesichts der Werkstückgrößen im Hinblick auf die Ofengröße einerseits und der sich beim Glühen zwangsläufig einstellenden Gefügeänderungen enge Grenzen gesetzt.
  • Die aus der Blockseigerung resultierenden Konzentrationsunterschiede der Legierungsmittel finden sich auch im fertigen Schmiedestück wieder und führen naturgemäß zu entsprechenden Unterschieden der Werkstoffeigenschaften zwischen der Randzone und dem Kern einer Welle und/oder über die Wellenachse. So erklären sich beispielsweise unterschiedliche magnetische Eigenschaften aus der negativen Seigerung, die im Bereich des Blockfußes zu einer Kohlenstoffverarmung und damit zu einer höheren magnetischen Induktion führt als im Bereich des Blockkopfes mit höherem Kohlenstoffgehalt. Hinzu kommen ebenfalls durch eine unterschiedliche Kohlenstoffverteilung bedingte unterschiedliche Ubergangstemperaturen.
  • Von ebenso großer Bedeutung wie die bei der Blockerstarrung nicht zu vermeidende Block- und Kristallseigerung sind aus der Desoxydation und den Futterwerkstoffen, mit denen die Schmelze zwangsläufig in Berührung kommt, herrührende oxydische Einschlüsse, die im Werkstoff als Kerben wirken und demzufolge die mechanischen Eigenschaften in starkem Maße beeinträchtigen, was sich insbesondere in einem schlechteren Sprödbruchverhalten äußert. Um die nicht zu vermeidenden Einschlüsse und eine zusätzliche Beeinträchtigung der Werkstoffeigenschaften durch übliche Verunreinigungen zu verringern, ist die Praxis dazu übergegangen, Wellenstähle vorzugsweise im Elektroofen zu erschmelzen und vor dem Vergießen einer Vakuumbehandlung zu unterwerfen. Das Schmelzen im Elektroofen und die Vakuumbehandlung sind jedoch mit erhöhten Investitions- und Herstellungskosten verbunde, Schließlich sind der Vergrößerung der Wellendurchmesser und -längen dadurch praktische Grenzen gesetzt, daß die Größen der vorhandenen Öfen, Vakuumanlagen, Kokillen und Schmiedepressen begrenzt sind. Hinzu kommen die mit der Werkstückgröße steigenden Schwierigkeiten beim Ölbad- und Wassersprühvergüten.
  • Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Herstellung von Läufern und Wellen als Einzelschmiedestücke besteht in dem außerordentlichen Materialverlust durch die mangelnde Verwertbarkeit des Blockkopfes und des Blockfußes sowie die erforderliche spanabhebende Bearbeitung nach dem Schmieden. Dieser Materialverlust kann die Größenordnung von 30 bis 60% erreichen, was zu einer weiteren Verteuerung führt.
  • Die vorerwähnten Schwierigkeiten haben dazu geführt, daß sich Werkstückdurchmesser über etwa 1900 mm Kammhöhe bzw.
  • Durchmesser und Blockgewichte über 300 t nicht mehr beherrschen lassen. Im Hinblick auf größere Einheiten sind daher andere Uberlegungen angestellt worden; so ist beispielsweise schon in der deutschen Patentschrift 859 171 ein Turbinenläufer beschrieben, der aus mehreren axial nebeneinanderliegenden Platten beherrschbarer Größe besteht. Auf einem ähnlichen Prinzip beruht ein in der deutschen Offenlegungsschrift 2 235 961 beschriebener Turbinenläufer aus axial nebeneinanderliegenden und miteinander verschweißten Ringen. Solche mehrteiligen Läufer bzw Wellen lassen sich zwar aus verhältnismäßig homogenen Einzelteilen herstellen, bringen jedoch neue Schwierigkeiten mit sich, die insbesondere aus der Notwendigkeit, die einzelnen Teile durch Schweißen, Verspannen oder auch Aufschrumpfen miteinander zu verbinden, resultieren. Zusammengesetzte Läufer und Wellen haben sich daher auch bei großen Einheiten bislang nicht durchsetzen können.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von Turbinenläufern und Generatorwellen oder dergleichen vorzugschlagen, das es gestattet, Werkstücke beliebiger Abmessungen mit völlig gleicbmäßigen oder auch zonenweise gezielt eingestellten technologischen Eigenschaften ohne eine Warmverformung oder Vergütung herzustellen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, das Werkstück kontinuierlich aus einer entsprechend zusammengesetzten Legierung aufzubauen. Im einzelnen besteht die Erfindung darin, daß das Werkstück durch ein kontinuierliches neben- und/ übereinander erfolgendes Niederschmelzen von Werkstoffsträngen zeilen- bzw. lagenweise aufgebaut wird.
  • Das kontinuierliche Niederschmelzen einzelner oder mehrerer Werkstoffstränge bringt den Vorteil mit sich, daß sich stets nur eine äußerst geringe Werkstoffmenge im flüssigen Zustand befindet und diese ohne die Gefahr von nicht metallischen Einschlüssen, Lunker und Seigerungen zur Erstarrung gebracht werden kann. Die Verwendung eines einheitlichen Abschmelzmaterials führt dabei zu einem chemisch völlig einheitlichen Aufbau, der zusammen mit stets gleichbleibenden Abkühlungsbedingungen ein homogenes vorzugsweise perlitisches Gefüge ergibt. Die Folge davon ist ein Werkstück mit isotropen Eigenschaften, wie es sich mit den herkömmlichen Verfahren grundsätzlich nicht herstellen läßt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in der Weise durchführen, daß zunächst auf eine als Träger fungierende Unterlage, beispielsweise eine Stahl- oder Kupfer unterlage Längslagen aufgebracht werden, um einen Kern herzustellen. Nach dem Aufbringen mehrerer Längslagen wird dann die Unterlage entfernt und auf den in Rotation versetzten Kern zeilen- bzw. lagenweise der Werkstoff dosiert niedergeschmolzen. Je nach Verwendungszweck kann jedoch auch ein auf andere Weise hergestellter artgleicher oder artfremder Voll- oder Hohlkern verwendet werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Herstellen von Großbauteilen werden die Abschmelzgeschwindigkeit, das elektrische Wärmeeinbringen, die Vorwärmung und gegebenenfalls die Kühlung des Werkstücks auf das spezielle Abschmelzverfahren, auf die eingesetzten Werkstoffe und auf die sich ändernden Abmessungen des Werkstückes so abgestimmt, daß über das gesamte Bauteil die geforderten WerkstUckeigenschafJGen eingehalten werden.
  • Dabei werden ei einzelne Lagen aufgebracht die im Vergleich zum Werkstückdruckmesser außerordentlich dünn sind.
  • Ein wesentlicher Vorteil des e:eSindungsgemäBen Verfahrens besteht darin, daß sich die gewünschten Werkstückeigenschafen praktisch ohne Rücksicht auf übliche schmeizmetallurgi sche Überlegungen und Probleme einer Vergütung durch entsprechende Auswahl der Legierungsbestandteile gezielt einstellen lassen. Dabei erlaubt das dosierte Niederschmelzen kleiner Schmelzgutmengen eine gezielte, zonenweise unterschiedliche Legierungszusammensetzung. So kann dem Werkstück beispielsweise im Kern und der Randzone und/oder an den Wellenenden bzw. -ballen eine unterschiedliche Zusammensetzung gegeben werden, die der dort auftretenden spezifischen Beanspruchung Rechnung trägt Beispielsweise könnte die Legierungszusammensetzung in einzelnen Zonen der mechanischen Beanspruchung einerseits und/oder dem gegebenen Kraftlinienfluß bei Generatorwellen andererseits gezielt angepaßt werden. Der Zonenübergang erfolgt dabei vorzugsweise kontinuierlich, so daß sich eine stetige Konzentrationsänderung zwischen den benachbarten Zonen ergibt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet des weiteren die Möglichkeit, das Werkstück bzw. das niedergebrachte Schmelzgut kontinuierlich einer gesteuerten Wärmebehandlung oder Zwangsabkühlung zu unterwerfen, um das Gefüge insgesamt oder auch nur zonenweise einzustellen oder zu beeinflussen. So könnte beispielsweise der untere Teil einer horizontal eingespannten Welle ein Bad mit bestimmter Temperatur durchlaufen oder über eine Brennerreihe geführt werden.
  • In seiner Gesamtheit bedarf ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Werkstück dagegen allenfalls eines Spannungsfreiglühens. Andererseits können sich angesichts des erfindungsgemäßen zeilen- bzw. lagenweisen Aufbaus rotierender Teile von innen nach außen auch zentripetale innere Spannungen ergeben, die der Fliehkraft entgegengerichtet sind und demzufolge der Werkstoffbelastung im Betrieb entgegenwirken. Auf diese Weise lassen sich ohne Schwierigkeiten vorgespannte Wellen herstellen.
  • Eine gezielte kontinuierliche Wärmebehandlung kann auch über die Abschmelzenergie erreicht werden, da die fühlbare Wärme des Schmelzgutes zu einem wesentlichen Teil in den benachban --bereits erstarrten Werkstoff übergeht. Schließlich können sich etwa ergebende Fehler unmittelbar nach ihrem Entstehen festgestellt und gegebenenfalls beseitigt werden, wenn der Schmelzzone eine entsprechende Prüfvorrichtung folgt.
  • Das erfindungsgemäße dosierte Niederschmelzen von Werkstoffsträngen läßt sich nach Elektroschmelschweißverfahren ~ durchführen. Wegen der hohen Schmelzgutreinheit ist das Unterpulver-Abschmelzen besonders geeignet. Dieses Verfahren ermöglicht zudem, die Legierungsbestandteile teilweise über die Elektrpde, beispielsweise eine Drahtelektrode, und teilweise über das Pulver und/oder andere Zusatzwerkstoffe in das Schmelzgut einzubringen.
  • Es ist zwar bekannt, Schweißgut auf Grundkörper aufzubringen, um Werkstücke mit besonderen Oberflächeneigenschaften, beispielsweise mit einer verschleißfesten Oberfläche herzustellen. Bekannt ist auch das Reparaturschweißen zum Ausgeich von Werkstoffverlusten wie beispielsweise das Reparaturschweißen von Kokillen. Schließlich ist auch bereits versucht worden, Druckbehälter durch Schweißen herzustellen.
  • Das Herstellen überdimensionaler Wellen und Läufer ist jedoch bislang nicht bekannt und auch nicht versucht worden, da die Fachwelt offensichtlich glaubte, die bestehenden Schwierigkeiten durch größere Aggregate sowie eine Verfeinerung der Legierungstechnik und der Wärmebehandlung überwinden zu können.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Welle in einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung und Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Welle und Vorrichtung.
  • Die Vorrichtung besteht aus einer Grundplatte 3 mit seitlichen Böcken 4 zum Einspannen eines Kerns 5 sowie einem automatisch verfahrbaren Galgen 6, an dessen horizontalem Ausleger 7 ein Schweißkopf 8 befestigt ist. Neben dem Schweißkopf 8 befindet sich ein Pulverbehälter 9 mit einem im Bereich der Schweißkopfspitze endend-n Dosierrohr 10.
  • Die Vorrichtung ist an eine Spannungswell 11 angeschlossen.
  • Dem Schweißkopf 5 wird von einer Vorratsrolle 12 eine Draatelektrode 13 zugeführt, die an der Schweißkopfspitze ko-ntir;uierlich auf den von einem Antrieb 14 in Rotation versetzten Kern 5 niedergeschmolzen wird. Auf diese Weise wird die Welle 14, ausgehend von dem Kern 5 in Form spiralförmig verlaufender Schweißraupen aufgebaut, Der Schweißraupenverlauf ist je nach der gesteuerten Bewegung des Schweißkopfes unterschiedlich; so können sich die einzelnen Raupen überlappen oder kammar-tig ineinander greifen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch mit mehreren in Reihe, hintereinander oder gestaffelt angeordneten Schweißköpfen durchführen. So kann die Welle auch mittels mehrerer Schweißkopfgruppen bzw. mit Mehrfachschweißköpfen jeweils abschnittsweise gleichzeitig aufgebaut werden, um eine möglichst hohe Leistung und Witschaftlichkeit zu erreichen. Schließlich kann das Schweißgut auch in axialer Richtung, d.h. mit fortschreitender Wellenstirnfläche aufgebracht werden. Mit einer in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung wurden im Rahmen eines Versuchs auf ein Tragblech zunächst mehrere Lagen von nebeneinanderliegenden Längsraupen aufgebracht. Durch eine abnehmende Raupenzahl je Lage wurde auf diese Weise ein etwa halbzylindrischer Körper mit einem Rads von 100 mm hergestellt. Danach wurde das Verfahren unterbrochen und die Blechunterlage einschließlich der benachbarten Schweißgutzone spanabhebend entfernt. Nach dem Einspannen des Halbzylinders wurden auf die beim Spanen hergestellte ebene Fläche in der vorbeschriebenen Weise mehrere Schweißgutlagen aufgebracht.
  • Nachdem sich infolge der abnehmenden Raupenzahl ein etwa zylindrischer Körper mit einem Außendurchmesser von 160 mm gebildet watte, wurde der Kern in Rotation versetzt, um nunmehr durch Aufbringen spiralförmig verlaufender Schweißraupen in mehreren Lagen eine Welle herzustellen. Dies und das Herstellen des Kerns geschah mit einer kupferummantelten Abschmelzelektrode folgender Zusammensetzung: 0,12% Kohlenstoff, 0,10% Silizium, 1,60% Mangan, 1,55% Nickel, 0,65% Molybdän, 0,33% Chrom, 0,08% Kupfer, Rest Eisen sowie mit einem basischen Pulver der Zusammensetzung: 14,0% Si02, 1,0% Fe, 1,3% r 3% Mn, 5,4% CaO, 26,0% CaF2, 19,0% Al203, 2,0% Na20, 31,0% MgO.
  • Die Wärmemenge lag bei 20 000 J/cm, wobei die Werkstücktemperatur im Bereich der Abschmelzzone im wesentlichen konstant gehalten wurde. Die Schmelzgutanalyse ergab sich zu: 0,08% Kohlenstoff, 0,34% Silizium, 1,82% Mangan, 1,51% Nickel, 0,63% Molybdän, 0,31% Chrom, 0,08% Kupfer, Rest Eisen.
  • In der vorbeschriebenen Weise wurde eine Versuchswelle mit einem Außendurchmesser von 900 mm hergestellt, die lediglich eine geringfügige spanabhebende Bearbeitung zur Beseitigung der 1 mm nicht übersteigenden Durchmessertoleranz erforderte. Dies zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit einem äußerst geringen Materialverlust verbunden ist0 Die fertige Welle wurde anschließend eingehend untersucht, wobei sinh weder Poren, Seigerungen und Risse noch nichtmetallische Einschlüsse ergaben. Rand und Kernproben ergaben eine über den gesamten Querschnitt völlig gleichmässige chemische Zusammensetzung, ein homogenes Gefüge und bei der Untersuchung bis zu Temperaturen von 5000 C mit Ausnahme von versuchsbedingten Schwankungen gleiche mechanische Eigenschaften in achsialer, tangentialer und radialer Richtung.
  • Die Ergebnisse vonn Zugerversuchen bei Raumtemperatur (Tabelle I) und 500°C (Tabelle II) sind in den nachfolgenden Tabellen zusammengestellt; sie zeigen, daß der Werkstoff von versuchsbedingten Schwankungen abgesehen isotrope Eigenschaften aufweist.
  • Tabelle 1 Proben- 0,2 Streck- Zugfestig- Dehnung Binschnülage grenze keit rung (N/mm²) (N/mm²) (%) (%) axial 529 787 19,1 48 tangential 560 800 19,5 50 radial 563 740 16,8 54 Tabelle II Proben- 0,2 Streck- Zugfestig- Dehnung Einschnülage grenze keit rung (N/mm²) (N/mm²) (%) (%) axial 490 606 17,0 65 tangential 489 611 17,8 54 radial 490 614 17,2 64 Bei einem weiteren Versuch sollte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Welle mit höherer Festigkeit hergestellt werden. Dies geschah mit einem Pulver der vorerwähnten Art, jedoch mit einer Elektrode folgender Zusammensetzung: 0,14% Kohlenstoff, 0,15% Silizium, 1,82% Mangan, 1,10% Chrom, 0,60% Molybdän, 2,55% Nidr el, 0,10 Vanadin, Rest Eisen.
  • Der Versuch wurde im übrigen in der vorerwähnten Weise durchgeführt und ergab folgende Schmelzgutanalyse: 0,09% Kohlenstoff, 0,38 Silizium, 2,05% Mangan, 1,02% Chrom, 0,57% Molybdän, 2,48% Nickel, 0,09% Vanadin, Rest Eisen.
  • Die anschließende chemische und physikalische Untersuchung von Kern- und Randproben ergab einen fehlerfreien Werkstoff mit völlig gleichmäßigem ferritisch-perlitischem Gefüge ohne Zwischenstufengefüge sowie einer Streckgrenze von 905 N/mm2, einer Zugfestigkeit von 1027 N/mm2 und einer RT-Kerbschlagzähigkeit von 65 J/cm2.
  • Die vorstehenden Versuche zeigen, daß es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem maximalen Werkstoffverlust möglich ist, ohne jede Warmverformung und Glühbehandlung, Wellen jeglicher Abmessungen und jeglichen Gewichts mit isotropen Eigenschaften bei minimalen Werkstoffverlusten herzustellen. Vor allem lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Wellen mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt und damit entsprechend hoher magnetischer Induktion herstellen. Dabei bietet sich die Möglichkeit, die technologischen Eigenschaften ohne Rücksich auf die nach den herkömmlichen Verfahren zwingend erforderliche Warmverformgebung und Vergütung gezielt einzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher insbesondere zum Herstellen von Läufern und Wellen aus unlegierten Stählen mit maximal 0,10% Kohlenstoff, 0,05 bis 1,0% Silizium, 0,20 bis 2,50% Mangan, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
  • Zur Beeinflussung der technologischen Eigenschaften können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens selbstverständlich auch niedriglegierte, insbesondere mit je bis 5,0% Chrom und/oder Nickel, bis 2,0% Molybdän, bis 1,0% Vanadin und Nitridbildnern wie bis 0,2% Tantal/Niob, bis 0,5% Titan und bis 0,5% Aluminium sowie bis 1,5% Kupfer, bis 0,5% Selen und bis 0,5% Zirkonium legierte Stähle verwendet werden.
  • Die jeweiligen Mengenanteile müssen dabei unter Berücksichtigung der gewünschten Festigkeit und Zähigkeit ausgewählt und aufeinander abgestimmt werden. Bei unlegierten Stählen lassen sich Streckgrenzen bis zu 350 N/mm² und mehr bei einer Kerbschlagzähigkeit von etwa 200 J/mm2 und mehr einstellen. Legierte Stähle erreichen dagegen Streckgrenzen bis zu 1000 N/mm2 und mehr. Der geringe apparative Aufwand an Ort und Stelle, d.h. beim Abnehmer der Welle durchzuführen.

Claims (9)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Großbauteilen wie schwere, einteilige Wellen, insbesondere für Turbinen und Generatoren mit einschluß-, lunker-, seigerungs- und rißfreiem d d a d u r ¢ b g e e n n n z z e e i i c h n e t, daß sie durch ein kontinuierliches neben- und übereinander erfolgendes Niederschmelzen von Werkstoffsträngen zeilen-und schichtweise aufgebaut werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß durch Aufbringen von Längslagen auf eine Unterlage ein Kern hergestellt und die Werkstoffstränge nach dem Entfernen der Ünterlage zeilen-und Lagenweise auf dem rotierenden Kern niedergeschmolzen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g -k e n n z e i c h n e t, daß die Legierungszuasmmensetzung in Längsrichtung und/oder über dem Querschnitt variiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, a a g u r c, b g e k e n n -z e 1 c h n e t, daß sich die Legierungszusammensetzung kontinuierlich ändert.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gefüge der Lagen durch Steuerung der Abschmelzenergie cinete11t wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h - e k c n z e 1 c h n e t, da£> Lagen kontinuierlich einer Zwangsabkühlung oder Erwärmung unterworfen werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß gleichzeitg mehrere Werkstoffstränge niedergeschmolzen werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Niederschmelzen unter einem Abdeckpulver erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das Pulver metallische Bestandteile enthält.
L e e r s e i t e
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