DE2519274C3 - Method and device for build-up welding - Google Patents

Description

Die Erfindung betriff! ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragschweißen, insbesondere zum zeilen- und lagenweisen Aufbauschweißen großer Bauteile durch Elektroschmelzschweißen, vorzugsweise Unter-Pulver-Schweißen.The invention concerns! a method and a device for build-up welding, in particular for Line-by-line and layer-by-layer build-up welding of large components by electrofusion welding, preferably Sub-powder welding.

Beim zeilen- und lagenweisen Aufbauschweißen von großen Bauteilen bereitet das einwandfreie Gestalten vertikal verlaufender Werkstückflächen große Schwie rigkeiten. Ohne stützende Wände ist das Elektroschweißen an einer vertikalen Wand nur mit kleinen Lichtbogenleistungen, wie sie beim manuellen Stabelektrodenschweißen mit dünnen Elektroden vorkommen, möglich. Bei größeren Lichtbogenleistungen und beim Unterpulverschweißen müssen die Schweiße und auch die Pulverabdeckung gegen die Schwerkraft gestützt und im Hinblick auf die gewünschte Oberflächenstruktur eingeformt werden. Hierfür sind verschiedene Verfahren bekannt, die sich zumeist mechanischer Hilfsmittel bedienen. So wird beim Elektroschlackeschweißen eine wassergekühlte Kupferkokille verwendet, die entweder mit dem aufsteigenden Schweißgut synchron nach oben geführt wird oder feststeht und nach dem Erstarren der Schweiße entfernt wird.In the case of line and layer build-up welding of large components, this prepares flawless design vertical workpiece surfaces great difficulties. Without supporting walls, this is electric welding on a vertical wall only with small arc outputs, as is the case with manual stick electrode welding occur with thin electrodes, possible. With larger arc powers and with Submerged arc welding, both the weld and the powder cover, need to be supported against gravity and molded with a view to the desired surface structure. There are several for this Processes known which mostly use mechanical aids. This is how it is with electroslag welding a water-cooled copper mold used either with the rising weld metal is synchronously guided upwards or is fixed and the weld is removed after solidification.

Es ist auch bekannt, ein hitzebeständiges mineralisches Material, beispielsweise Asbestschnur oder -platten, zum Abstützen der Schweiße und der Pulverabdeckung zu verwenden. In jedem Falle handelt es sich um Formen, die nach dem Erstarren der Schweiße entfernt werden. Formen als Bestandteil des Werkstücks wurden lediglich verwendet, wenn sie beispielsweise nach einem Walzenauftragschweißen beim Entfernen unbrauchbaren Materials als Rest oder Werkstückkante in begrenzter Höhe stehenblieben. Für das Herstellen dickwandiger oder massiver Werkstücke oder Werkstückschk.-hien aus reinem Schweißgut, wie beispielsweise schwere einteilige Wellen, kam bisher nur ein Einformen in der oben beschriebenen Form in Betracht.It is also known to use a heat-resistant mineral material such as asbestos cord or -Plates to be used to support the weld and powder cover. Act in any case they are shapes that are removed after the perspiration has solidified. Shapes as part of the Workpieces were only used when they were, for example, after roller deposition welding when removing unusable material as remnants or the workpiece edge remained at a limited height. for the production of thick-walled or solid workpieces or workpiece components from pure weld metal, such as For example, heavy one-piece shafts, so far only a molding in the form described above came in Consideration.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zürn Auftragschweißen, insbesondere Aufbauschweißen zu schaffen, das keiner besonderen Formen oder Kokillen bedarf. Die Erfindung geht bei der Lösung dieser Aufgabe von dem Gedanken aus, das The invention is based on the object of creating a method for build-up welding, in particular build-up welding, which does not require any special shapes or molds. In solving this problem, the invention is based on the idea that

ίο Schweißgut selbst als Form zu benutzen.ίο to use the weld metal itself as a mold.

Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß an den vertikalen Werkstückflächen mit geringer Schweißleistung ein Wall aufgeschweißt wird und der Zwischenraum zwischen den Wällen mit großer Schweißleistung ausgefüllt wird. Wenn die Schweißleistung für das Errichten der Wälle hinreichend gering ist, kommt es nicht zu einem Herabtropfen der Schweiße, da die Oberflächenspannung der Schweiße größer als die aus der Masse der Schweiße und der Schwerkraft resultierende Vertikalkraft ist. Demzufolge lassen sich Schweißraupen ohne Schwierigkeit zu einem schmalen Wall übereinanderlegen, der wesentlich weniger stark bearbeitet werden muß als die Werkstückfläche beim üblichen Auftragschweißen, bei dem eine Form mindestens teilweise zum Bestandteil des Werkstückes wird.According to the invention this is achieved in that on a wall is welded onto the vertical workpiece surfaces with low welding power and the space in between between the walls is filled with great welding power. If the welding performance for the The erection of the walls is sufficiently small, there is no dripping of sweat, since the The surface tension of the sweat is greater than that from the mass of the sweat and gravity resulting vertical force is. As a result, weld beads can be narrowed without difficulty Lay walls on top of each other, which have to be processed much less than the workpiece surface customary build-up welding, in which a shape is at least partially part of the workpiece will.

Gegenüber dem Auftragschweißen mit Kokillen bzw. Formen, die später entfernt werden müssen, besitzt das erfindungsgemäße Auftragschweißen den Vorteil des Wegfalls der Formen und einer geringeren spanabhebenden Bearbeitung. Da das Auftragschweißen insbesondere bei großen Bauteilen zumeist im Rahmen einer Einzelfertigung erfolgt, erfordert das herkömmliche Auftragschweißen im Unterschied zum erfindungsgemäßen Auftragschweißen zunächst die Anfertigung mindestens einer besonderen Kokille oder Form. Hinzu kommt, daß Kokillen und Formen infolge ihrer Kühlwirkung für die Gefügebildung der mit ihnen in Berührung kommenden Schweiße nachteilig sein können. So kann es infolge der größeren Abkühlungsgeschwindigkeit im Bereich einer Kokille oder Form dort zu einem anderen Gefüge kommen als in der Masse des Werkstücks.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigtCompared to build-up welding with permanent molds or molds which have to be removed later, build-up welding according to the invention has the advantage of eliminating the molds and less machining. Since the build-up welding, especially in the case of large components, usually takes place as part of a single production, the conventional build-up welding, in contrast to the build-up welding according to the invention, first requires the production of at least one special mold or shape. In addition, molds and molds can be disadvantageous for the microstructure formation of the welds that come into contact with them as a result of their cooling effect. As a result of the greater cooling rate in the area of a mold or mold, a different structure can occur there than in the mass of the workpiece.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing. In the drawing shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung,1 shows a schematic representation of a welding device according to the invention,

Fig. 2 eine Phase des erfindungsgemäßen Schweißens. 2 shows a phase of the welding according to the invention.

Mit der Schweißvorrichtung nach F i g. 1 soll eine Turbinenläuferwelle durch Auftragschweißen hergestellt werden. Dazu ist über der Oberfläche des sich drehenden Werkstücks 1 ein horizontal und vertikal beweglicher Hauptschweißkopf 2 mit einer Leistung von 15 bis 35 kW angeordnet. Es können jedoch auch mehrere Hauptschweißköpfe 2 hintereinander angeordnet sein, um die Schweißleistung zu erhöhen. An den Stirnseiten des Werkstücks 1 befindet sich je ein horizontal und vertikal verfahrbarer Hilfsschweißkopf 3. Während der Hauptschweißkopf nach dem UP-Verfahren arbeitet, sind die Hilfsschweißköpfe 3 für das Schutzgasschweißen mit abschmelzender Drahtelektrode (MIG- oder MAG-Schweißen) eingerichtet. Die Hilfsschweißköpfe 3 arbeiten mit Kurzlichtbögen und besitzen eine so geringe Abschmelzleistung, daß ein Herabtropfen der Schweiße ausgeschlossen ist. Dadurch können an den Stirnseiten des Werkstücks 1With the welding device according to FIG. 1 is intended to produce a turbine rotor shaft by build-up welding will. For this purpose, there is a horizontal and vertical line above the surface of the rotating workpiece 1 movable main welding head 2 arranged with a power of 15 to 35 kW. However, it can also several main welding heads 2 can be arranged one behind the other in order to increase the welding performance. To the Front sides of the workpiece 1 are each a horizontally and vertically movable auxiliary welding head 3. While the main welding head works according to the SA method, the auxiliary welding heads 3 are for the Inert gas welding with melting wire electrode (MIG or MAG welding) set up. the Auxiliary welding heads 3 work with short arcs and have such a low deposition rate that a Dripping of sweat is excluded. As a result, on the end faces of the workpiece 1

Schweißraupen zu etwa 8 bis 10 mm breiten Wällen 4 übereinandergelegt werden.Welding beads are placed one on top of the other to form walls 4 to about 8 to 10 mm wide.

Obwohl die Abschmelzleistung der Hilfsschweißköpfe 3 erheblich geringer ist als die des bei jeder Längsbewegung über das Werkstück 1 eine Lage Schweißraupen legenden Hauptschweißkopfes 2, erreichen die als Form für die Schweißlagrn dienenden Wälle 4 stets ihre vorgesehene Höhe, ehe der Hauptschweißkopf 2 seine horizontale Hin- und Herbewegung vollzogen hat, da die vom Hilfsschweißkopf niederzbschmelzende Schweißgutmenge stets geringer ist als die vom Hauptschweißkopf niederzuschmelzende Schweißgutmenge.Although the deposition rate of the auxiliary welding heads 3 is considerably lower than that of each Achieve longitudinal movement over the workpiece 1, a layer of the main welding head 2 laying weld beads those that serve as a form for the welding layers Walls 4 always their intended height before the main welding head 2 its horizontal back and forth Has completed moving, since the amount of weld metal being melted down by the auxiliary welding head is always is less than the amount of weld metal to be melted down by the main welding head.

Um ein Abgleiten der Pulveraufschüttung an den vertikalen Werkstückflächen zu vermeiden, muß die Breite des Walles 4 etwa gleich dem halben Schü'.tkegeldurchmesser der Pulveraufschüttung zuzüglich eines Sicherheitsabstandes von 10 bis 20 mm sein.In order to prevent the heap of powder from sliding off the vertical workpiece surfaces, the The width of the rampart 4 is approximately equal to half the diameter of the cone the bulk of the powder plus a safety distance of 10 to 20 mm.

Um einen gleichbleibenden Durchmesser des Bauteiles im Bereich neben dem Wall 4 sicherzustellen, ohne die Abschmelzleistung des Hauptschweißkopfes verändern zu müssen, muß die Querschnittsfläche F der vorletzten Schweißraupe gleich der auszufüllenden Querschnittsfläche Fi zwischen der vorletzten Schweißraupe und der Innenseite des Walls sein.In order to ensure a constant diameter of the component in the area next to the wall 4 without To have to change the deposition rate of the main welding head, the cross-sectional area F must penultimate weld bead equal to the cross-sectional area Fi to be filled between the penultimate weld bead and be the inside of the wall.

Wenn F\ größer als F wäre, würde der Durchmesser des Bauteiles an dieser Stelle kleiner werden, da das niedergeschmolzene Schweißgut nicht ausreicht, um den Raum zwischen der vorletzten Schweißraupe und dem Rand des Walls vollständig zu füllen. Wenn F₁ kleiner als Fwäre, würde der Durchmesser des Bauteiles an dieser Stelle größer werden, da die Schweißgutmenge zu groß für das Auffüllen des Raumes zwischen der vorletzten Schweißraupe und dem Rand des Walles ist. Die Breite des Walls muß also so gewählt werden, daß Fi gleich FisLIf F \ were greater than F, the diameter of the component would be smaller at this point, since the melted weld metal is not sufficient to completely fill the space between the penultimate weld bead and the edge of the wall. If F _{1 were} smaller than F, the diameter of the component would be larger at this point, since the amount of weld metal is too large to fill the space between the penultimate weld bead and the edge of the wall. The width of the wall must therefore be chosen so that Fi equals FisL

Die Hilfsschweißköpfe sind vorzugsweise für eine Leistung von 2,5 bis 7 kW ausgelegt. Sofern ein einzelner Hilfsschweißkopf wegen zu geringer Schweißleistung nicht ausreicht, um einen Wall 4 in der erforderlichen Höhe und Breite allein zu errichten, werden in Umfangsrichtung des Werkstückes 1 mehrere Hilfsschweißköpfe 3 hintereinander so angeordnet, da3 das Schweißgut des ersten Kopfes schon ausreichend abgekühlt ist, bevor es in den nächsten Schweißpunkt einläuftThe auxiliary welding heads are preferably designed for an output of 2.5 to 7 kW. Unless a single auxiliary welding head is insufficient to create a wall 4 in the required height and width to be erected alone, are several in the circumferential direction of the workpiece 1 Auxiliary welding heads 3 arranged one behind the other so that the weld metal of the first head is already sufficient has cooled down before it enters the next welding point

Das Schweißgut für die Wälle 4 kann die gleichen, ähnliche oder andere mechanische Eigenschaften aufweisen als das Schweißgut, das zum Herstellen des eigentlichen Werkstückes verwendet wird. So sollte beispielsweise ein stark profilierter Körper mit vielen Ausnehmungen, etwa ein Scheibenläufer einer Turbine aus einem Schweißgut mit etwa denselben Eigenschaften bestehen, wie sie die Wälle besitzen. Dadurch wird erheblich an Zerspanungsarbeit eingespart, zumal die Rauhigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Stirnflächen sehr viel geringer ist und lediglich ein Glätten durch spanabhebendes Bearbeiten erfordert.The weld metal for the walls 4 can have the same, similar or different mechanical properties have than the weld metal that is used to manufacture the actual workpiece. So should for example, a strongly profiled body with many recesses, such as a disc rotor of a turbine consist of a weld metal with roughly the same properties as the walls. This will Significant savings in machining work, especially since the roughness of the end faces produced according to the invention is much lower and only requires smoothing by machining.

Vorteilhafterweise ist die Viskosität der Schweiße für die Wälle so hoch, daß außer den Stirnflächen und zurückweichenden Flächen auch überkragende Stirnprofile möglich sind. Die Abweichung von der Vertikalen kann 30° und mehr betragen.Advantageously, the viscosity of the weld for the walls is so high that, in addition to the end faces and receding surfaces, protruding end profiles are also possible. The deviation from the Vertical can be 30 ° and more.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Auftragschweißen, insbesondere zum zeilen- und lagenweisen Aufbauschweißen großer Bauteile durch Elektroschmelzschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß an den vertikalen Werkstückflächen mit geringer Schweißleistung Wälle (4) aufgeschweißt werden und der Zwischenraum zwischen den Wällen mit großer Schweißleistung ausgefüllt wird.1. Process for build-up welding, in particular for line-wise and layer-wise build-up welding large components by electrofusion welding, characterized in that on the vertical workpiece surfaces with low welding power Walls (4) are welded on and the space between the walls with large Welding performance is completed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälle mit abschmelzender Elektrode aufgeschweißt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that that the walls are welded with a melting electrode. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausfüllen des Zwischenraumes zwischen den Wällen gleichzeitig mit deren fortschreitendem Aufschweißen erfolgt3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the filling of the gap takes place between the walls simultaneously with their progressive welding 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälle ganz oder teilweise von der Vertikalen abweichen.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the Ramparts deviate completely or partially from the vertical. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens ein Schweißgerät (2) für das Aufbauschweißen zwischen den Wällen (4) und mindestens ein Schweißgerät (3) zum Aufschweißen der Wälle.5. Device for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized by at least one welding device (2) for the build-up welding between the walls (4) and at least one welding device (3) for welding on the walls. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißgerät (2) einen MAG- oder M IG-Schweißkopf besitzt.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the welding device (2) is a MAG or MIG welding head.