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Schweissstück
Die Erfindung betrifft ein Schweissstück mit einer Schweissablagerung oder Auflage aus einer auste- nitischen Legierung.
Ziel der Erfindung sind Schweissungen, welche im wesentlichen keine Tendenz zur Rissbildung in der
Hitze und keine Porosität zeigen, duktil sind und beim Altern nicht härten, einschliesslich eisenverdünni ter Schweissungen und Auflagen mit diesen Eigenschaften.
Die erfindungsgemässe Schweissablagerung oder Auflage besteht aus einer austenitischen Legierung folgender Zusammensetzung (in Gel.-%):
EMI1.1
<tb>
<tb> Element <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Nickel <SEP> Rest <SEP> Rest
<tb> Eisen <SEP> bis <SEP> 40 <SEP> 7
<tb> Chrom <SEP> 10-20 <SEP> 15
<tb> Mangan <SEP> 3-9, <SEP> 5 <SEP> 8
<tb> Titan <SEP> weniger <SEP> als <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 3
<tb> Niob <SEP> 0-3,5 <SEP> 2
<tb> Kobalt <SEP> bis <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb>
Die Erfindung wird am zweckmässigsten mit Hilfe einer Schweisselektrode verwirklicht, mit einem Kern, bestehend aus etwa 10-30 Gew.-% Chrom, bis zu etwa 8 Gew.-% Eisen, etwa 2-3, 5 Gew.-% Titan, bis zu etwa 7 Gew.-% Mangan, bis zu etwa 3. 5 Gew.
-0/0 Niob. Rest im wesentlichen Nickel, wobei der Kern eine Ummantelung aufweist, die aus einer Flussmittelmischung hergestellt ist, welche etwa 15-40 Gew.-Teile eines Erdalkalicarbonats, z. B. Calcium-, Barium-oder Strontiumcarbonat, etwa 10-35 Gew.-Teile Kryolith, etwa 5-30 Gew.-Teile Mangancarbonat, etwa 10-35 Gew.-Teile Titandioxyd, etwa 4-35 Gew.-Teile Manganpulver, etwa 2-5 Gew.-Teile Bentonit, bis zu etwa 20 Gew.-Teile Niob und ein Bindemittel vom Silikattyp enthält ; die Elektrode enthält samt Ummantelung bis zu 4. 5 Gew.-% Niob und etwa 4-15 Gew.-% Mangan, bezogen auf das Gewicht der Elektrode.
Die Zusammensetzung der Ablagerungen oder Auflagen variiert natürlich etwas je nach der genauen Zusammensetzung des Flussmittels. dem Typ des als Kern verwendeten Drahtes und der Zusammensetzung des der Schweissung unterzogenen Grundmetalls. Alle erfindungsgemässen erzeugten Schweissablagerungen sind aber austenitisch und weisen Zusammensetzungen innerhalb der in obiger Tabelle angegebenen Bereiche auf.
Die erfindungsgemässen Schweissablagerungen selbst stellen Gusslegierungen dar, welche durch eine hohe Duktilität, grosse Festigkeit, Porenfreiheit, gute Korrosionsbeständigkeit und gute mechanische
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Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen gekennzeichnet sind.
Die folgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel l : Aus einem Drahtkern mit einem Gehalt von 71% Nickel, 16. 5% Chrom, 6, 81o Eisen,
EMI2.1
Drahtkern wurde mit einer Flussmittelmischung der unten angegebenen Zusammensetzung durch Auspressen überzogen, wobei ein Bindemittel, das aus etwa 15 Gew.-Teilen (bezogen auf das Flussmittel) einer Natriumsilikatlösung (470 Baumé) und etwa 2 Gew.-% Wasser bestand, verwendet wurde.
Bestandteile
EMI2.2
<tb>
<tb> Calciumcarbonat <SEP> 18
<tb> Kryolith <SEP> 18
<tb> Mangancarbonat <SEP> 18
<tb> Titandioxyd <SEP> (Rutil) <SEP> 18
<tb> Elektrolytmanganpulver <SEP> 15
<tb> Niob <SEP> *) <SEP> 10
<tb> Bentonit <SEP> 3
<tb>
EMI2.3
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Tabelle II Chemische Analyse der Schweissablagerung auf A-212 Stahl
EMI3.1
<tb>
<tb> Abstand <SEP> von <SEP> der <SEP> Überlagerungs-Stahlbasis-Metallgrenzfläche
<tb> Element <SEP> 0, <SEP> 025-0, <SEP> 050 <SEP> cm <SEP> 0,63 <SEP> cm
<tb> Ni <SEP> Rest <SEP> Rest
<tb> Fe <SEP> 25 <SEP> 10
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP>
<tb> Cr <SEP> 13,2 <SEP> 15
<tb> Nb+Ta <SEP> l, <SEP> 7 <SEP> 1,9
<tb> Mn <SEP> 6,8 <SEP> 7, <SEP> 5
<tb> Ti <SEP> 0,2 <SEP> 0,24
<tb> Al <SEP> 0. <SEP> 01 <SEP> 0,01
<tb> Si <SEP> 0. <SEP> 5 <SEP> 0.
<SEP> 5 <SEP>
<tb>
Daraus ist ersichtlich, dass die Erfindung rissfreie Nickelchrom-Legierung-Schweissnähte ergibt, welche eine ausgezeichnete Toleranz für die Verdünnung mit Eisen besitzen.
Be is pie 1 3 : Alterungseinfluss auf die Schweissablagerungen der Erfindung.
Unter Verwendung einer Elektrode von der Zusammensetzung und der Grösse wie in Beispiel 1 wurde ein Gesamtschweissmetallblock von 3. 81 cm2 und 1, 27 cm Dicke hergestellt. Es wurde quantitativ bestimmt, dass der Gesamtschweissmetallblock an Gewicht 14, 8go Chrom, 7, 40/o Eisen, 20/o Niob plus Tan-
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sentlichen aus Nickel bestand. Der Gesamtschweissmetallblock wurde dann einer Hitzebehandlung unterworfen, um zu bestimmen, ob irgendein Alterungseinfluss vorliegt.
Die Ergebnisse der Rockwell-B-Härte-Bestimmungen, die vor und nach einer Hitzebehandlung bei 704'während 15 Stunden vorgenommen wurden, sind 85, 6 bzw. 86, 0, was natürlich zeigt, dass ein geringer oder kein Alterungshärtungseinfluss vorlag. In bestimmten Bereichen ist dies ein entschiedener Vorteil. da hier kein Schweissungsduktilitätsverlust vorliegt, selbst wenn das erfindungsgemässe Schweissstück einschliesslich der Schweissnaht einer spannungsbehebenden Hitzebehandlung unterworfen wird. Zum Beispiel zeigte es sich bei der Herstellung bestimmter Strukturen, wie z. B. der Aufbringung von Schweissmetall auf grosse Querschnitte, als notwendig, die Schweissungen einer Hitzebehandlung zur Spannungsaufhebung zu unterwerfen.
Beispiel 4 : Einfluss von Mangan auf Rissbildung in der Hitze von Nickelchrom-Schweissnähten.
Eine Reihe von Versuchsschweisselektroden wurde hergestellt, bei welchen der Manganzusatz aus der Überzugsschmelze allein von 0 abwich und die Mengenverhältnisse der Bestandteile im wesentlicheninnerhalb der in nachstehender Tabelle III angegebenen Bereiche lagen.
Tabelle III
EMI3.3
<tb>
<tb> Bestandteile <SEP> Bereich
<tb> Erdalkalicarbonat <SEP> 15-40
<tb> Kryolith <SEP> 10-35
<tb> Mangancarbonat <SEP> 5-30
<tb> Titandioxyd <SEP> (Rutil) <SEP> 10-35
<tb> Manganpulver <SEP> 5-35 <SEP>
<tb> Bentonit <SEP> 2-5
<tb>
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Der Drahtkern enthielt etwa Sla Titan und etwa 2% Mangan bei allen Versuchen dieser Reihe. Die Überzugszusammensetzungen sind in der nachfolgenden Tabelle IV aufgeführt. (Es ist zu erwähnen, dass kein Niob im Schmelzüberzug oder Drahtkern dieser Elektroden vorhanden ist).
Tabelle IV
EMI4.1
<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> der <SEP> trockenen <SEP> Schmelze <SEP> in <SEP> Gew.-Teilen
<tb> Elektrode <SEP> C <SEP> COg <SEP> Klyolith <SEP> MnCOg <SEP> TiO <SEP> Mn-Pulver <SEP> Bentonit <SEP>
<tb> Nr.
<tb>
1 <SEP> 33 <SEP> 32--32-3
<tb> 2 <SEP> 31 <SEP> 30 <SEP> 5 <SEP> 31 <SEP> - <SEP> 3 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 7 <SEP> 30-3
<tb> 4 <SEP> 27 <SEP> 26 <SEP> 18 <SEP> 26-3 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 25 <SEP> 24 <SEP> 18 <SEP> 25 <SEP> 5 <SEP> 3
<tb> 6 <SEP> 23 <SEP> 23 <SEP> 18 <SEP> 23 <SEP> 10 <SEP> 3
<tb> 7 <SEP> 22 <SEP> 21 <SEP> 18 <SEP> 21 <SEP> 15 <SEP> 3
<tb>
Unter Verwendung dieser Elektroden wurde eine Reihe von X-Schweissungs-Rissversuchen durchgeführt. Der X-Schweissungs-Rissversuch wird so durchgeführt, dass eine Schweissnaht gebildet wird, wobei zwei 7,62 cm lange Stücke eines Stabmaterials von 6, 45 cm mit einer doppelten V-Nutenschweissung verbunden wurden.
Die Schweissdurchgänge wurden an den wechselseitigen Seiten des doppelten V, zwei zur selben Zeit, eingelegt, wobei eine ausreichende Zeit zwischen jedem Paar von Durchgängen verstrich, um das Probestück auf unterhalb 380 C abkühlen zu lassen. Während der Schweissung wurde nach der Durchführung jedes Durchganges eine visuelle Untersuchung angestellt, um zu bestimmen, ob irgendeine grobe Rissbildung erfolgt war. Nach der Schweissung wurde das Probestück zweimal in Flächen senkrecht zur Richtung der Schweissung zerteilt, und die Schnittoberflächen der Schweissung wurden auf einer gummigebundenen feinen Schleifscheibe poliert, geätzt und unter einem Binocularmikroskop auf Risse untersucht. Die Ergebnisse dieser Versuche, die die günstige Wirkung des Mangans zeigen, sind in Tabelle V unten aufgeführt.
Tabelle V
EMI4.2
<tb>
<tb> Elektrode <SEP> Mangangehalt <SEP> des <SEP> Anzahl <SEP> der <SEP> Risse <SEP> *
<tb> Nr. <SEP> Schweissmetalles <SEP> in <SEP> der
<tb> unverdünnten <SEP> Ablagerung, <SEP> %
<tb> 1 <SEP> l, <SEP> 75 <SEP> 12
<tb> 2 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 2. <SEP> 35 <SEP> 16
<tb> 4 <SEP> 3, <SEP> 25 <SEP> 10
<tb> 5 <SEP> 4, <SEP> 45 <SEP> 4
<tb> 6 <SEP> 6, <SEP> 00 <SEP> 2
<tb> 7 <SEP> 7, <SEP> 75 <SEP> 0
<tb>
*Gesamtzahl der Risse je X-Schweissnahtquerschnitt, bestimmt aus der Untersuchung von vier polierten und geätzten Querschnitten aus jeder X-Schweissung bei 30facher Vergrösserung.
Beispiel5 :EinflussvonManganaufdieRissbildunginderHitzevonmitEisenverdünntenNickel- chrom-Legierungsauflagen.
Unter Verwendung derselben Elektrodenleihe wie in Beispiel 4 beschrieben und in Tabelle IV gezeigt, wurde eine Reihe von Einzelschichtauflagerungen mit mehrfachen Schweissraupen auf einer Fluss-
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(rubber-bondet No. 100 grit abrasive wheel) poliert. Den Auflagen wurde danach eine Längsbiegung erteilt, bis Risse in den Auflagen auftraten. Die Verlängerung wurde gemessen zwischen Schreibmarken, die im Abstand von 2,54 cm voneinander, entgegengesetzt von der Mitte der Auflage, vor der Biegung angebracht worden waren. Die Ergebnisse dieser Biegeteste sind in Tabelle VI aufgeführt.
Tabelle VI
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<tb>
<tb> Elektrode <SEP> Mangangehalt <SEP> der <SEP> mit <SEP> Eisen <SEP> Verlängerung <SEP> bis
<tb> Nr. <SEP> verdünnten <SEP> Auflage.'10 <SEP> bis <SEP> z. <SEP> Fehler. <SEP> % <SEP>
<tb> 1 <SEP> 1,66 <SEP> 20
<tb> 2 <SEP> 2,01 <SEP> 18
<tb> 3 <SEP> 2,10 <SEP> 27
<tb> 4 <SEP> 2,75 <SEP> 40
<tb> 5 <SEP> 3, <SEP> 70 <SEP> 42
<tb> 6 <SEP> 4, <SEP> 94 <SEP> 48
<tb>
Beide Tabellen V und VI zeigen, dass der Mangangehalt in der Schweissablagerung und/oder Auflage einen sehr erwünschten und günstigen Einfluss hat, auch wenn die Schweissnaht mit Eisen verdünnt ist.
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Die Erfindung ist auf die Schweissung und Auflagerung von Nickel und Eisen selbst und von Nickelund Eisenlegierungen mit einem Gehalt bis zu 30% Chrom, bis zu 30% Kupfer, bis zu 0, 25"/0 Kohlenstoff und bis zu 401a Kobalt anwendbar.
Zum Beispiel ist die Erfindung besonders geeignet zur Schweissung von Nickelchromlegierungen aneinander, zum Verbinden dieser Legierungen an Stahl und zur Auflagerung derartiger Materialien auf Stahl, zur Schweissung der Verkleidungsseite von Nickelchrom-Legierungs- Verkleidungsstählen und zum Verbinden von Nickelchromlegierungen, Flussstahl AISI-200-, 300-, 400und 500-Stählen untereinander oder aneinander selbst, in jeder beliebigen Stellung, wobei schädliche Eigenschaften, Porosität und Rissbildung in der Hitze ausbleiben, selbst wenn eine Verdünnung der Schweissnaht mit Eisen auftritt.
Die gute Schweiss qualität, die nach der Erfindung ermöglicht wird, erlaubt die Verwendung der Bogenschweisstechniken, selbst bei äusserst kritischen Anwendungen, bei welchen Sicherstellung von Spitzenqualität von äusserster Wichtigkeit ist.