DE2605841A1 - Verfahren zum ausbessern abgenutzter oder beschaedigter wellen - Google Patents
Verfahren zum ausbessern abgenutzter oder beschaedigter wellenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbessern abgenutzter oder beschädigter Wellen, insbesondere
von Schiffsschraubenantriebswellen, Lagern u. dgl., nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, abgenutzte Stellen von Antriebswellen im Metall-
oder Plamraspritzverfahren auszubessern, aber die Ergebnisse solcher Reparaturen sind häufig unbefriedigend. Insbesondere
verbindet sich das aufgespritzte Metall oft nicht einwandfrei mit der Welle und löst sich infolgedessen
später im Betrieb wieder. Auch ist aufgespritztes Metall grundsätzlich porös, weshalb im Betrieb auf See Salzwasser
eindringen kann, das die Ablösung begünstigt und die Lager beschädigt. Elektrolytische Wirkungen beschleunigen
den Verschleiß noch.
Es ist vorgeschlagen worden, Drähte in Längsrichtung auf die beschädigte Stelle der Welle aufzuschweißen. Dieses
Verfahren ist aber nicht nur zeitraubend und schwierig zu automatisieren, sondern führt auch zu einer beträchtlichen
Biegeverformung der Welle, die nur teilweise durch
60983 4/076S original inspects)·
?605841
nachträgliche Auflage von Drähten an diametral gegenüberliegenden Linien der Welle ausgeglichen werden kann;
dadurch wird das Verfahren erheblich kompliziert.
Der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Ausbesserungsverfahren
zur Verfügung zu stellen, das bei Wellen und ähnlichen kreisrunden Bauelementen aller Größen einfach durchzuführen,
leicht zu standardisieren und zu automatisieren ist.
Erfindungsgemäß wird so vorgegangen, daß die auszubessernde
Stelle nach gründlicher Reinigung mit einem Draht umwickelt wird, dessen Werkstoff mit dem Metall der Welle verträglich
ist. Gleichzeitig wird die Zone der ersten Berührung des Drahtes mit der Welle fortlaufend auf die Schweißtemperatur
erhitzt, so daß der Draht mit den benachbarten Windungen und der Welle verschweißt wird. Schließlich wird
das aufgetragene Schweißgut bis zur Erzielung einer glatten Oberfläche bearbeitet.
Der aufgewickelte Draht hat vorzugsweise die gleiche oder ähnliche Zusammensetzung wie das Metall der Welle. Man
läßt vorzugsweise die Welle rotieren und führt den Schweißdraht durch eine nahe an der Welle angebrachte Schweißpistole
unter Schutzgasatmosphäre zu, wobei die Schweißpistole im Verlauf der Wicklung parallel zur Wellenachse
verschoben wird. So ergibt sich ein schraubenförmiger Auftrag aus homogenem Metall, der völlig mit dem ursprünglichen
Wellenmetall verschmolzen ist. Durch nachfolgende spanabhebende Bearbeitung kann die Wellenoberfläche den
Originalzustand und die ursprünglichen Abmessungen oder auch einen größeren Durchmesser erhalten.
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Das Verfahren ist besonders nützlich zinn Ausbessern abgenutzter
oder korrodierter Lagerstellen.
Die Drehzahl der Welle, der Drahtdurchmesser, Drahttyp,
Arbeitsgeschwindigkeit, Stromstärke, Schutzgas oder Flußmittel, Gasmenge, Elektrodengeschwindigkeit, Drahtzuführgeschwindigkeit,
Spannung, Induktion, Elektrodenpolarität, Werkstückpolarität, Spannungsregelung und sonstige Ausrüstung
hängen vom Wellendurchmesser und dem angewandten Schweißverfahren ab. Die Drehzahl des Werkstücks und seine
Zusammensetzung, sowie die Abmessungen und Zusammensetzung des Drahtes, dessen Zuführgeschwindigkeit und Spannung
und Stromstärke des Lichtbogens einschließlich der Zusammensetzung des Schutzgases bzw. Flußmittels, stehen miteinander
in komplexer Beziehung und hängen von den verschiedenen Parametern des Werkstücks, des Drahtes und
deren Zusammensetzung ab. Diese Beziehungen machen Versuche erforderlich, um optimale Resultate zu erzielen. Die
Parameter für bestimmte Verhältnisse werden nachstehend beispielsweise angegeben.
Das Verfahren läßt sich auch auf die Aufarbeitung von • Lagerbuchsen aus Bronze oder Aluminiumbronze oder sonstigen
Legierungen auf Schiffsschraubenwellen anwenden. Bisher
wurden solche Buchsen, wenn sie nur wenig abgenutzt waren, abgedreht und durch eine neue auf die Welle aufgeschrumpfte
Buchse ersetzt, nachdem die Welle ihrerseits bearbeitet und ausgerichtet wurde.
Wenn das Verfahren auf Schiffsschraubenwellen und andere
Schiffsbauteile angewandt wird, die dem Salzwasser ausgesetzt
waren, wird eine chemische Entsalzung als Teil des vorbereitenden Reinigungsvorganges angesehen.
609834/0765
Mittels der schraubenförmigen Bewegung wird eine fortlaufende Schweißnaht aus einem mit dem Werkstoff der
Welle identischen oder verträglichen Metall rund um die abgenutzte oder beschädigte Zone der Welle gelegt. Die
kontinuierlich zugeführten Drahtwindungen werden gleichzeitig mit der Welle und miteinander verschweißt und ergeben
so eine Auflage aus mit der Welle verträglichem Schweißmetall unter Vervrendung eines elektrischen Schweißverfahrens
unter Schutzgas oder Flußmittel. Die angewandten Spannungen und Ströme gewährleisten die korrekte und
gleichmäßige Durchdringung in Anpassung an den jeweiligen Werkstoff der Welle und des Schweißmaterials. Das Verfahren
wird fortgesetzt, bis die Auflage ausreicht, um die betreffenden Stellen auf die gewünschten Abmessungen
abzudrehen. Das Auftragen der Schweißnaht wird durch Veränderung der Vorschub- und Spindelgeschwindigkeit der
Drehbank oder sonstigen verwendeten Maschine gesteuert; als solche kann z. B. auch eine Eohrdrehmaschine dienen.
Die Befreiung von Spannungen bzw. sonstige Wärmebehandlung kann erforderlichenfalls nach Beendigung des Verfahrens
durchgeführt werden, aber ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß meistens ein Selbstausgleich stattfindet;
wenn der Schweißprozeß bis zu einer geeigneten Bearbeitungsstufe verfolgt wird, um die Wärmeabführung
zu ermöglichen, ist es unwahrscheinlich, daß Oberflächenrisse auftreten.
Es ist nicht immer nötig, die Oberfläche vorbereitend abzudrehen oder durch Sandstrahlen od. dgl. vorzubereiten,
da das Verfahren bei jeder beliebigen sauberen Oberfläche angewandt werden kann.
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Für den Draht und die Welle können verschiedene Metalle
verwendet werden, z. B. kann Edelstahl auf Flußstahl und Aluminiumbronze auf Edelstahl, Flußstahl und andere Bronzen
aufgetragen werden. Wenn eine härtere Abriebfläche gewünscht wird, kann auch Nickelaluminiumbronze aufgetragen
werden.
Die Oberflächenhärte kann durch Verwendung eines passenden Metalls oder durch anschließende Wärmebehandlung erzielt
werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich schneller durchführen als bekannte Ausbesserungsverfahren wie Metallspritzen
und neigt weniger dazu, die Welle zu verziehen oder die Zusammensetzung des Grundmetalls in tieferen
Schichten zu beeinflussen.
In Weiterbildung des Verfahrens kann auch eine ebene Fläche durch Auflegen und Aufschweißen des Drahtes in
einer Spirale mit einer neuen Oberfläche versehen werden; ebenso kann der Draht auf die Innenfläche eines Zylinders
aufgebracht werden, wenn genügend Platz vorhanden ist, um die Schweißpistole aufzunehmen.
In der Praxis wird die Reparatur einer abgenutzten Welle od. dgl. so ausgeführt, daß die Welle in eine Drehbank
oder eine ähnliche Drehmaschine eingespannt wird, die mit genau geregelter Drehzahl umlaufen kann. Die Drehzahl
kann je nach dem Durchmesser der Welle und der Menge des aufzutragenden Metalls so gering wie 0,2 U/m sein. Die
Vorschubgeschwindigkeit des Schweißkopfes längs der auszubessernden Zone der Welle ist verstellbar und läßt sich
mittels eines unabhängigen Motors veränderlicher Drehzahl, der von einem Potentiomer gesteuert wird, im Verhältnis
zur Drehzahl der Welle genau regeln.
6Q983WQ7S5
2805841
Vorhandene Maschinen können leicht so umgebaut werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf ihnen ausgeführt
werden kann, wobei besondere Aufmerksamkeit dem Schutz der Gleitbahnen der Maschine gegen Schweißspritzer und
der Schweißstromzufuhr zur Welle zu schenken ist. Wegen der hohen Gleichströme ist im allgemeinen die Stromzufuhr
durch die Maschinenlager unbefriedigend, da die hohe Stromdichte und die damit einhergehende Funkenbildung
die Lagerflächen der Drehmaschine zerstört und zu Schwankungen des Schweißstromes führt. Dieses Problem
läßt sich überwinden, indem die Maschine mit Schleifbürsten ausgerüstet wird, die mit der Antriebsspindel der
Maschine oder einer darauf befestigten Kontaktbuchse Kontakt machen. Stattdessen läßt sich auch ein Bürstenband
verwenden, das über das Werkstück gelegt wird.
Beispielsweise wurde eine Welle aus Edelstahl mit vier Umdrehungen je Minute gedreht und ein Draht aus Edelstahl
mit einem Durchmesser von 0,8 mm wurde durch einen Niederspannungslichtbogen unter Argon zugeführt und auf die
Welle aufgeschweißt. Die betreffende Zone der Welle wurde dann überdreht und auf die Endabmessungen geschliffen.
Diese Arbeit kann in Übereinstimmung mit vorher festgelegten Werten ausgeführt werden, um so die Wärmeexnwirkung
möglichst klein zu halten und schädliche Einflüsse auf das Grundmetall oder das aufgeschweißte Metall zu reduzieren.
Eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt.
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Die auszubessernde Welle 1 ist mit dem Spindelkastenantrieb 2 einer Drehbank verbunden und in Beruhigungslagern 3 und 4 geführt. Der Schlitten 5 der Drehbank
trägt das Lichtbogenschweißgerät 6, das zur Zufuhr des Schutzgases und des Schweißdrahtes 7 eingerichtet ist.
Das Schweißgerät läßt sich mittels einer Stellvorrichtung 8 in der Höhe verstellen. Der Schlitten 5 trägt außerdem
ein Schneidwerkzeug 9.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern im Zusammenhalt mit der Tabelle die verschiedenen Parameter für eine
Anzahl Kombinationen und Abmessungen von Wellen und Schweißdrähten.
In den Beispielen wurden Schweißgeräte der Firma Norman Butter und Company Limited mit den Bezeichnungen NBC
und NBC 500 verwendet, die mit Schweißströmen von 350 Ampere bzw. 500 Ampere arbeiten; der Parameter "Drahtzufuhr"
bedeutet die Skalenablesung auf diesen Geräten. In allen Beispielen hatte die Schweißelektrode positive
und das Werkstück negative Polarität. Die Werte für andere Durchmesser können aus den angegebenen Daten interpoliert
werden. Beiderseits der Schweißpistole liegt eine Drahtbürste an dem Werkstück an, um Metallspritzer zu entfernen,
da diese poröse Stellen hervorrufen könnten, insbesondere wenn weitere Schichten nachfolgend aufgebracht werden.
In allen Fällen soll eine konstante Spannung aufrechterhalten werden.
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Beispiel | Welle | Draht | Schweißgerät |
1 | Edelstahl ENl8C | Aluminiumbronze BS 2901 Teil 3 |
NBC35O |
2 | Aluminiumbronze DGS8452 |
Il | NBC500 |
3 | Aluminiumbronze | ■I | Il |
4 | Monel K5OO | Monel 60 | NBC350 |
5 | Il | ■ 1 | NBC500 |
6 | Edelstahl EN18C | Edelstahl 29/9R BS29O1 Teil 2 |
NBC35O |
7 | Edelstahl EN58J | Inconel 625 | NBC500 |
S 9 |
Il Bronze BS14OO |
Il Phosohorbronze |
η NBC35O |
10 Bronze BS1400 1969
11 Bronze Admiralty Spec. DGS 203 oder LG4
12 Flußstahl EN3C
13 " EN3B
14 · " EN3C
15 EN5K C 0,25-0,35 Si 0,05-0,35
Mn 0,6-1,0 S 0,05 P 0,05
16 Flußstahl EN3L
18 EN5K
(Ni 1,38 Mn 0,22 Si 0,46 P 0,021 Sn 5,22 Rest Cu)
Pho sphorbronze
Phosphorbronze N
Phosphorbronze N
PZ 60OO BS 2901
Teil 1, Al 6
Teil 1, Al 6
PZ 6000 C 0,25-0,3 Si 0,3-0,5
Mn 1,3-1,6
S 0,04 P 0,04
PZ 6000 BS 2901
Teil 1 Al 6
Teil 1 Al 6
PZ 6000
NBC500
Il
NBC35O
NBC500
Il
a) | Beispiel Nr. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
b) | Wellendurchmesser (ram) | 50 | 37,5 | 75 bis 100 |
50 | 75 bis 100 |
50 | 75 | 100 | |
O | Drahtdurchmesser | 0,8 | 1,6 | 0,8 | 0,08 | 1,00 bis 1,20 |
0,8 | 0,08 | l,Obis 1,2 |
|
d) | Wellendrehzahl U/min | 6 | 6 bis 8 | 2 bis 9 | 6 | 4 | 6 | 3 | 3 bis 6 | |
e) f) |
Schutzgas 2 |
Argon | Argon | Argon | Argon (rein) |
Argon (rein) |
Cougar (Anm.1) |
Cougar | Cougar | |
6098: | g) | Gasdruck, kg/cm Elektrodenvorschub mm/umdr. |
3,15 3,75 |
2,45 bis 2,80 3,80 |
2,45 bis 2,80 4,20 |
2,45 bis 3,15 2,35 |
2,45 bis 3,15 3,20 |
3,15 2,40 |
3,45 bis 3,15 3f8O |
3,45 bis 3,15 4,75 |
*^ *s» |
h) | Drahtzufuhr (Anm.2) | 5 | 6,5 | 6,2 | 10 | 60 bis 70 | 10 | 84 | 57 bis 65 » |
O ^4 |
i) | Spannung (Volt) | 25 | 24 | 28 | 24 | 27 | 25 | 33 | 30 IS |
cn cn |
Stromstärke (Ampere) | 120 bis 130 |
120 bis 130 |
88 | 130 bis 150 |
260 bis 280 |
230 | 280 bis 290 |
280 bis* 300 |
|
Anm. 1) Cougar 92,5% A; 5% CO2; 2,5% 0,
Anm. 2) Drahtzufuhr als Skalenwert des benutzten Schweißgerätes ^?
Tabelle (Fortsetzung) Beispiel Nr.
11
13
16
17
co
co»
a) b)
c)
d) e)
f)
or)
01 h)
i)
240 | 2 4O | 240 | 44,5 | 50 | 75 | 100 | 125 | 125 | 250 | 3,15 4,55 |
1,6 | 1,6 | 1,6 | 0,08 | 0,08 | 0,08 | 1,0 | 1,0 und 1,2 |
1,0 und 1,2 |
1,0 bis 1,2 |
57 · bis , 65 , |
1 | 1 | 1 | 5 bis 6 |
5 bis 6 |
3 | 3 | 4 | 4 | 0,3 | 27 |
Argon | Argon | Argon | Argon | Argon | Cougar | Cougar | Argon | Argon CougH | 270 bis 290 |
|
2,45 bis 3,15 2,5 bis 5,0 |
2,45 bis 3,15 4,75 |
2,45 bis 3,15 4,75 |
2,45 bis 2,80 2,35 |
2,45 bis 2,80 4,20 |
2,45 bis 2,80 3,80 |
3,15 4,55 |
2,45 bis 2,80 4r2O |
2,45 bis 2,80 4,20 |
tsi CO 0 cn 00 ' |
|
4,8 | 6,5 | 6,5 | 10 (MAX) |
10 (MAX) |
84 | 57 bis 65 |
57 bis 70 |
57 bis 70 |
||
29 | 30 | 32 | 24 | 24 | 33 | 30 | 30 | 30 | ||
290 | 300 | 320 | 130 bis 150 |
130 bis 150 |
280 bis 290 |
280 bis 300 |
280 bis 300 |
280 bis 300 |
||
- 11 Tabelle 2
Beispiel Nr, | Einstellungen am Schweißgerät | Leistungs-* stufe |
Spannung fein |
Indukti vität |
Spannung jjrob |
schwach | 4 | 100 | |
1 | D | schwach | 5 | 100 |
2 | B | schwach | 2 | 1OO |
3 | D | schwach | 4 | 1OO |
4 | D | schwach | 4-6 | 100 |
5 | C | schwach | 4 | 100 |
6 | D | schwach | 5-6 | 6,5 |
7 | C | schwach | 3-5 | 70 |
8 | D | schwach | 4-5 | 0 |
9 | D | schwach | 5 | 0 |
10 | D | hoch | 3 | 0 |
11 | A | schwach | 4 | 100 |
12 | D | schwach | 4 | 100 |
13 | D | schwach | 5-6 | 6,5 |
14 | C | schwach | 3 | 70 |
15 | D | schwach | 3 | 70 |
16 | D | schwach | 3 | 70 |
17 | D | hoch | 1 | 7O |
18 | A |
609834/0785
Claims (10)
- Patentanspruchs( l.yverfahren zum Ausbessern abgenutzter oder beschädigter Wellen, insbesondere Schiffsschraubenantriebswellen, und anderer Drehteile durch Aufschweißen von Drähten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:a) Reinigen der auszubessernden Zone;b) Aufwickeln eines Drahtes aus einem mit dem Werkstoff der Welle verträglichen Metall mit bestimmter Zufuhrgeschwindigkeit und bestimmtem Vorschub;c) fortlaufendes Erhitzen der Kontaktstelle zwischen Draht und Welle auf die Schweißtemperatur, so daß der Draht mit den benachbarten Windungen und der Welle verschweißt wird;d) nachträgliches Bearbeiten des aufgetragenen Schweißgutes bis zur Erzielung einer glatten Oberfläche.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht aus dem gleichen Werkstoff wie die Welle besteht.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle gedreht wird und der Draht von einem während der Drehung längs der Welle verschiebbaren Träger zugeführt wird.609834/0765
- 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht durch eine nahe der Welle angeordnete und in Längsrichtung derselben vorgeschobene Schweißpistole zugeführt wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpistole mit Schutzgas oder unter Flußmittelschutz arbeitet.
- 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stromkreis über eine oder mehrerean der Welle anliegende Bürsten geschlossen wird.
- 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Schweißverfahren verwendet wird.
- 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung einen Entsalzungsvorgang umfaßt.
- 9. Abänderung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht als Spirale auf eine ebene Fläche aufgebracht wird.
- 10. Abänderung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht auf die Innenfläche eines Zylinders aufgebracht wird.609834/0765e e rs e ι te
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