AT314930B - Schweißpulver zum Auftragschweißen von Bändern aus austenitischem Cr-Ni-Stahl nach dem Unterpulverschweißverfahren - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft   ein Schweisspulver   zum Auftragschweissen von Zusatzwerkstoffen in Form von Bändern aus austenitischem Cr-Ni-Stahl nach dem Unterpulverschweissverfahren. 



   Die Unterpulverschweissung mit bandförmigen Elektroden wird in erster Linie für Auftragschweissungen ein- gesetzt. Die wichtigste Anwendung dieses Verfahrens ist die Schweissplattierung von unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl, wobei als Zusatzwerkstoff Bänder aus austenitischem Cr-Ni-Stahl verwendet werden. Unter austenitischem Cr-Ni-Stahl sind auch im Sinne der Erfindung sowohl Stähle mit rein austenitischem Gefüge, als auch solche mit höheren Ferritanteilen bis 50% zu verstehen, die gegebenenfalls auch noch Mo, Cu, Si, Nb, Mn, Ta, Ti und/oder N enthalten. 



   Bei der Schweissplattierung kommt es vor allem darauf an, dass der Einbrand in den Grundwerkstoff möglichst niedrig gehalten wird, damit nicht durch die Vermischung mit dem Grundwerkstoff die Korrosionsbeständigkeit   der Schweissplattierung   vermindert wird. Ferner muss die Oberfläche der gesamten Schweissplattierung möglichst glatt sein, da eine Bearbeitung der grossen schweissplattierten Flächen viel zu kostspielig ist. Eine glatte Oberfläche der Plattierung wird erreicht, wenn nicht nur die Oberfläche der einzelnen Schweissraupen glatt, sondern auch die Übergänge zwischen zwei benachbarten Schweissraupen regelmässig ausgebildet sind, d. h. weder Vertiefungen noch Überhöhungen aufweisen. Letztere Forderung wird am leichtesten erfüllt, wenn die Ränder der einzelnen Schweissraupen flach und gleichförmig ausgebildet sind. 



   Man war ursprünglich der Meinung, dass jedes Schweisspulver, das zur Unterpulverschweissung mit drahtförmigen Elektroden geeignet ist, auch für die Schweissung mit bandförmigen Elektroden eingesetzt werden kann. Dies hat sich jedoch als irrig erweisen, weil sich gezeigt hat, dass Schweisspulver, die für das Verschweissen von Drahtelektroden ausgezeichnete Eigenschaften besitzen, beim Verschweissen von Bandelektroden oft völlig versagen, weil sich Schweissraupen mit viel zu hohem Einbrand in den Grundwerkstoff oder völlig unbrauchbarer Oberfläche ergeben. 
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 sich aber nicht bewährt, da sie zu schlechter Schlackenentfernbarkeit,   Warmrissanfälligkeit   und schlechter Kor- rosionsbeständigkeit durch hohen Cr-Abbrand führten. 



   Für die praktische Anwendung des Plattieren mit bandförmigen Zusatzwerkstoffen aus austenitischem Cr-
Ni-Stahl wurden daher andere Schweisspulver herangezogen. Es handelte sich vorwiegend um geschäumte oder agglomerierte Pulver, die zur Hauptsache aus Metalloxyden bestehen. Sie hatten meist einen halbbasischen
Charakter und einen   SiC-Gehalt   unter 38%. Metallurgisch hatten diese Pulver den Vorteil, dass der Abbrand an
Cr und der Zubrand an Si gering war. 



   Allerdings   trat-beim Schweissen   ein relativ hoher Einbrand in den Grundwerkstoff aus unlegiertem Stahl auf. 



   Das führte nicht nur   durch dieAufnahme vonKohlenstoffzu einergeringerenKorrosionsbeständigkeitderSchweiss-   plattierung, sondern wegen der starken Vermischung mit dem unlegierten Grundwerkstoff auch zu einem Ab- sinken des Cr-Gehaltes im Schweissgut, der durch Zusatz von metallischem Chrom in das Pulver ausgeglichen werden musste. Ferner war mit diesen Schweisspulvern nur eine relativ rauhe Oberfläche der Schweissraupen zu erreichen. Die Ränder der Schweissraupen wurden meist ziemlich steil und ungleichmässig ausgebildet, so dass die Übergänge zwischen zwei Schweissraupen nicht gleichmässig bzw. glatt wurden und stellenweise Vertiefun- gen zeigten. 



   Durch die zunehmende Dicke der zu plattierenden Grundwerkstoffe war es nicht mehr möglich, die Ultra- schallprüfung auf fehlerfreie Haftung der Plattierung von der Grundwerkstoffseite aus durchzuführen, sondern es musste von der Plattierungsseite her geprüft werden. Die   Ultraschallprüfung   von der Plattierungsseite her ist aber im unbearbeiteten Zustand nur dann möglich, wenn die Oberfläche der Schweissraupen eine geringe Rauhigkeit aufweist und die Übergänge zwischen den Raupen glatt und ohne Vertiefungen sind. 



   Diese Forderungen konnten zunächst durch Verwendung eines geschäumten Schweisspulvers erfüllt werden, dessen Zusammensetzung innerhalb der Grenzen : 40 bis   5rP/o     Six2, 11   bis 17% CaO, 22 bis 28%   MgO   und 10 bis
16% Fluoride lag. 



   Der   hoheSi02-Gehalt des Pulvers   führte zwar zu einem erhöhtem Abbrand an   Cr,   der aber durch eine höhere
Legierung der bandförmigen Elektrode mit Cr ausgeglichen werden konnte. 



   Bei genauer Prüfung der Plattierung auf Oberflächenfehler mittels Farbeindringverfahren stellte sich jedoch heraus, dass mit einem solchen Pulver eine grosseAnzahl sehr feiner Poren im Oberflächenbereich der Plattierung (bis etwa 1 mm Tiefe) entstehen. Die Poren haben zumeist einen Durchmesser zwischen 0, 1 und 0, 5 mm und sind vielfach mit Schlacke gefüllt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Zusammensetzung der Schlacke in den Poren weitgehend mit'jener des geschmolzenen Schweisspulvers übereinstimmt. Es lag damit nahe, die Ursache für die Porenbildung beim Schweisspulver zu suchen. Diese Poren verursachten kostspielige und zeitraubende Ausbesserungsarbeiten und machten eine weitere Verwendung des Pulvers praktisch unmöglich. 



   Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Schweisspulver anzugeben, welches die beschriebene Porenbildung mit Sicherheit zu vermeiden gestattet, das eine völlig glatte Oberfläche der Schweissraupen ergibt und auch glatte Übergänge zwischen benachbarten Schweissraupen ermöglicht. 

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   Für die Unterpulverschweissung mit drahtförmiger Elektrode ist bekannt, dass die Porenanfälligkeit dadurch hervorgerufen werden kann, dass der Fluorgehalt des Schweisspulvers zu gering ist, um zusammen mit dem im Pulver vorhandenenSiO, genügend SiF4 zu bilden, um den unvermeidlichen Wasserstoff aus der Feuchtigkeit des Pulvers an HF stabil zu binden. Es wurde daher untersucht, ob mit Pulvern mit einem höheren Fluorgehalt die feinen Poren in den Schweissraupen vermieden werden können. 



   Dabei stellte sich jedoch entgegen den bisherigen Erfahrungen heraus, dass durch eine Erhöhung des Fluorid- 
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 Gehaltes auf   340/0   konnte zwar die Anzahl der Poren vermindert und die Oberfläche etwas verbessert werden. Es wurden aber dadurch die Ränder der Schweissraupen steil und unregelmässig sowie die Übergänge zwischen den Schweissraupen uneben. 



   Wenngleich durch einen Zusatz von Titandioxyd die Raupenränder in diesem Fall verbessert werden konnten, haftete jedoch   die Pulverschlacke   ausserordentlich fest an der Raupenoberfläche an ; sie war deshalb nur sehr schwer zu entfernen und das Pulver somit aus diesem Grunde für eine praktische Schweissanwendung ungeeignet. 



   Die Lösung des ausserordentlich schwierigen technischen Problems gelang nun völlig überraschend mit dem erfindungsgemässen Schweisspulver, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es im wesentlichen folgende Ana- 
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 trium, berechnet als Alkalioxyde, 1 bis 20   Gew.-%   Aluminium, berechnet als Aluminiumoxyd und 2 bis 10 Gew.-% Fluoride, berechnet als Kalziumfluoride, sowie unvermeidliche Verunreinigungen, mit der Massgabe, dass der maximale Siliciumgehalt, berechnet als Siliciumdioxyd, in Abhängigkeit vom Fluorgehalt die Bedingung :   0/0     Si02   max. = 68 bis   4,4 # %   F und der minimale Siliciumgehalt, berechnet als Siliciumdioxyd, in Abhängigkeit vom Aluminiumgehalt, berechnet als Aluminiumoxyd, die Bedingung : % Siq min. = 46 bis   0, 68 X % Al Q,   erfüllt. 



   Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform weist das erfindungsgemässe Schweisspulver im wesentlichen folgende Analyse auf : 39 bis 52   Gew. -0/0   Silicium, berechnet als Siliciumdioxyd, 20 bis 40   Gew. -0/0   Erdalkalimetallen, berechnet als Oxyd, insbesondere Magnesium und Kalzium, wobei Magnesium und Kalzium, be- 
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Natrium, berechnet als Alkalioxyd, 1 bis 10   Gew. -0/0   Aluminium, berechnet als Aluminiumoxyd und 2 bis 10   Gel.-%   Fluoriden, berechnet als Kalziumfluorid, sowie unvermeidlichen Verunreinigungen. 



   Es hat sich gezeigt, dass es beim erfindungsgemässen Schweisspulver nicht so sehr auf die Art der jeweils verwendeten Fluoride, von denen insbesondere CaF2, MgF2. NaF und Na3AlF6 zu nennen sind, sondern vorwiegend auf den Einfluss des vorhandenen Fluors ankommt. 



   Als unvermeidliche Verunreinigungen gelten vor allem ein geringer, im allgemeinen jedoch 3   Gew.-%   nicht übersteigender Gehalt an Eisenoxyd sowie Gehalte an Phosphor, Schwefel, und Kohlenstoff von je max. 



    0, 1 Gew.- o,   gegebenenfalls auch noch bis etwa 1 Gew.-% Ti bzw. Zr. 



   Das   erfindungsgemässe Schweisspulver   kann zur Verminderung des Abbrandes an Mangan bis 3   Gel.-%   chemisch gebundenes Mn, berechnet als MnO enthalten. Höhere Gehalte dürfen jedoch nicht vorliegen, weil sie eine schlechte Schlackenentfembarkeit bewirken. 



   Zu betonen ist, dass das erfindungsgemässe Schweisspulver grundsätzlich nach allen für diese Technik bekannten Verfahrensarten hergestellt werden kann, somit also durch Sintern oder Schmelzen, letzteres gegebenenfalls mit nachfolgendem Schäumen, bzw. durch Agglomerieren. Es treten dabei zwar Unterschiede im Schüttgewicht auf, die sich aber bei der praktischen Anwendung kaum auswirken. 



   Insbesondere dann, wenn das erfindungsgemässe Schweisspulver in agglomerierter Form vorliegt, kann es vorteilhaft sein, wenn es einen Zusatz von bis zu 10 Gew.-% Mangan, Nickel und/oder Chrom in metallischer Form enthält, um der Verdünnung des Schweissgutes entgegenzuwirken oder einen Legierungseffekt zu bewirken. 



  Dies gilt ebenso für einen im Schweisspulver enthaltenen Zusatz von bis zu 5   Gel.-%   Molybdän, Niob und/oder Kupfer in metallischer Form, während durch einen Zusatz von bis 5   Gel.-%   an Karbonaten, insbesondere   CaCOg,   und die dadurch bedingte Gasentwicklung beim Schweissvorgang in manchen Fällen eine weitere Verbesserung der Raupenränder und auch der Raupenoberfläche erzielt werden kann. 



   Die Erfindung wird nun an Hand   vonAusführungsbeispielen   näher erläutert. In der folgenden Tabelle 1 sind in verschiedener Weise (gesintert, geschäumt bzw. agglomeriert) hergestellte Schweisspulver nach der Erfindung paarweise angeführt. 

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  Tabelle 1 
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<tb> 
<tb> Schweisspulver <SEP> Herstell. <SEP> SiO2 <SEP> Al2O3 <SEP> Zusammensetzung <SEP> in <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> Fluoride <SEP> CaCo3 <SEP> Cr <SEP> SchüttgeNr. <SEP> typ <SEP> MgO <SEP> CaO <SEP> Na2O <SEP> K2O <SEP> MnO <SEP> (als <SEP> CaF2 <SEP> ber.) <SEP> Met.

   <SEP> wicht <SEP> kp/l
<tb> 1 <SEP> gesintert <SEP> 43, <SEP> 5 <SEP> 7, <SEP> 6 <SEP> 30, <SEP> 1 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 9--9, <SEP> 5--0, <SEP> 92 <SEP> 
<tb> 2 <SEP> gesintert <SEP> 44,0 <SEP> 6,1 <SEP> 25,0 <SEP> 4,1 <SEP> 10,0 <SEP> - <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> 7, <SEP> 0--1, <SEP> 17
<tb> 3 <SEP> geschäumt <SEP> 51, <SEP> 4 <SEP> 4,5 <SEP> 10,5 <SEP> 18,9 <SEP> 6,2 <SEP> - <SEP> - <SEP> 7,1 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 83
<tb> 4 <SEP> geschäumt <SEP> 45,4 <SEP> 6,1 <SEP> 33,6 <SEP> 34,1 <SEP> 5,2 <SEP> - <SEP> - <SEP> 3,8 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,78
<tb> 5 <SEP> agglomeriert <SEP> 44, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 31, <SEP> 0 <SEP> 4,1 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 0-8, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 0-1, <SEP> 05 <SEP> 
<tb> 6 <SEP> agglomeriert <SEP> 41,0 <SEP> 18,0 <SEP> 23,0 <SEP> 4, <SEP> 1 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 0-5, <SEP> 5-2, <SEP> 9 <SEP> 1,

   <SEP> 19 <SEP> 
<tb> 
 

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Diese Schweisspulver wurden beispielsweise wie folgt hergestellt :
Für das gesinterte Pulver Nr. 1 wurden 2167 g Quarzmehl mit   99, 20/0 Si02,   253 g Tonerde mit 99,3% Al2O3, 1651 g gebrannter Magnesit mit   90, 7% MgO,   1,   6%     Si0, 4, 5% CaO   und   3, 20/0   Verunreinigungen (insbesondere FeO), 827 g Kalkspat mit   99, 1'% CaCOs   und 466 g Kryolith (98% ig), alle Substanzen mit einer Korngrösse feiner als 0, 3 mm, gemischt und 11 h bei 9700C gesintert. Der Sinterkuchen wurde mit einem Backenbrecher zerkleinert und für die Schweissversuche die Korngrösse 0, 35 bis 2, 5 mm ausgesiebt. 



   Für das geschmolzene und geschäumte Pulver gemäss Beispiel Nr. 4 wurden 1357 g Quarzmehl, 153 g Tonerde, 1111 g gebrannter Magnesit, 279 g Kalkspat, 112 g Kryolith und 109 g Soda (Na2CO3 techn. rein), alle mit derselben Zusammensetzung und Körnung wie oben, gemischt. 



   Das Schmelzen des Gemisches erfolgte in einer wassergekühlten Kupferkokille von 145 mm Durchmesser durch Widerstanderhitzung mittels einer 65 mm starken Graphitelektrode mit 900 bis 1000 A und 50 bis 60 V. Die Schmelze wurde innerhalb von 20 min auf 1670 C gebracht und dann in kaltes Wasser geschüttet. Das geschäumte Granulat wurde bei 3000C getrocknet, zerkleinert und für die Versuche ein Kornanteil von 0, 35 bis 2,5 mm ausgesiebt. 
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   Zu den Herstellungsangaben sei bemerkt, dass es dabei je nach der Herstellungsart zum Teil zu chemischen Umsetzungen kommt, die auch mit der Freisetzung von Gasen (z. B. CO2, SiF4) verbunden sind. Der Verfahrensablauf bei der Herstellung erfindungsgemässer Schweisspulver muss demnach in an sich bekannter Weise derart erfolgen, dass im Endergebnis ein in seiner Zusammensetzung der Erfindungsdefinition entsprechendes Schweisspulver erhalten wird. 



   Mit den in Tabelle 1 angeführten Schweisspulvern wurden Schweissversuche in Form von Auftragschweissungen mit Elektrodenbändern aus austenitischem Cr-Ni-Stahl jeweils auf einem 50 mm starken Blech aus unlegiertem Stahl (0,18% C, 0,23% Si, 0,51% Mn) mit Gleichstrom durchgeführt, wobei das Band am Pluspol angeschlossen war. 



   Die übrigen Versuchsbedingungen waren wie folgt : 
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<tb> 
<tb> Versuch <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb> Band <SEP> a <SEP> b <SEP> c
<tb> Bandabmessung <SEP> (mm) <SEP> 60 <SEP> x <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 75 <SEP> x <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 100 <SEP> x <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> Schweisspulver <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> 
<tb> Stromstärke <SEP> (A) <SEP> 650 <SEP> 720 <SEP> 850
<tb> Lichtbogenspannung <SEP> (V) <SEP> 29 <SEP> 29 <SEP> 29
<tb> Schweissgeschwindigkeit <SEP> (cm/min) <SEP> 11, <SEP> 0 <SEP> 10,5 <SEP> 10,0
<tb> 
 
Die verwendeten Elektrodenbänder und das Schweissgut der 1.

   Lage der Schweissplattierung hatten folgende Zusammensetzung : 
Tabelle 2 
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<tb> 
<tb> Versuch <SEP> Zusammensetzung <SEP> Gew.- <SEP> Aufmischung <SEP> 
<tb> Nr. <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> Mo <SEP> Nb <SEP> 0/0 <SEP> 
<tb> Band <SEP> a <SEP> 0,017 <SEP> 0,44 <SEP> 2,29 <SEP> 24,26 <SEP> 10,63 <SEP> - <SEP> - <SEP> 15,0
<tb> 1. <SEP> Lage <SEP> 0,035 <SEP> 0,98 <SEP> 1,15 <SEP> 19,26 <SEP> 9,05 <SEP> Bandb <SEP> 0, <SEP> 017 <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP> 2, <SEP> 06 <SEP> 24, <SEP> 03 <SEP> 11, <SEP> 98-0, <SEP> 78 <SEP> 
<tb> 1. <SEP> Lage <SEP> 0,037 <SEP> 1,01 <SEP> 1,15 <SEP> 20,32 <SEP> 10,62 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 50 <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP> 
<tb> Bande <SEP> 0,016 <SEP> 0, <SEP> 32 <SEP> 1, <SEP> 74 <SEP> 20, <SEP> 40 <SEP> 14,50 <SEP> 2, <SEP> 63-
<tb> 1.

   <SEP> Lage <SEP> 0,034 <SEP> 0,92 <SEP> 1,06 <SEP> 18,12 <SEP> 13,38 <SEP> 2,41 <SEP> - <SEP> 7,6
<tb> 
 
Bei allen diesen Versuchen sowie einer Vielzahl weiterer Erprobungen der erfindungsgemässen Schweisspulver wurden Schweissraupen erzielt, bei denen nicht nur die gefürchtete Porenbildung zur Gänze beseitigt ist, sondern die auch eine ausserordentlich glatte Oberfläche und flache Ränder besitzen, so   dass sich sehrebenmä-     ssige Übergänge   zu   benachbarten Schweissraupen ausbilden, wodurch eine Ultraschallprüfung   von der Plattierungsseite her ermöglicht ist. Der Einbrand ist beim Schweissen mit diesen Pulvern gering und damit auch die Auf- 

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 mischung mit dem Grundwerkstoff in den geforderten Grenzen gehalten. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Schweisspulver zum Auftragschweissen von Zusatzwerkstoffen in Form von Bändern aus austenitischem Cr-Ni-Stahl nach dem Unterpulverschweissverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass es im wesentlichen folgendeAnalyse aufweist : 36 bis 55   Gew.-%   Silicium, berechnet als Siliciumdioxyd, 10 bis 45   Gew.-%   Erdalkalimetalle, berechnet als Erdalkalioxyde, insbesondere Magnesium und Kalzium, wobei Magnesium und Kalzium, berechnet als   MgO   und CaO, im Verhältnis 1 : 3 bis   10 :

   1   stehen, 2 bis 10   Gel.-%   Alkalimetalle, vorzugsweise Natrium, berechnet als Alkalioxyde, 1 bis 20   Gew.-%   Aluminium, berechnet als Aluminiumoxyd und 2 bis 10 Gew.-% Fluoride, berechnet als Kalziumfluorid, sowie unvermeidliche Verunreinigungen, mit der Massgabe, dass der maximale Siliciumgehalt, berechnet als Siliciumdioxyd, in Abhängigkeit vom Fluorgehalt die Bedingung : %   S102   max. = 68 bis   4,   4 x % F und der minimale Siliciumgehalt, berechnet als Siliciumdioxyd, in Ab- 
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Claims (1)

1. Analyse aufweist : 39 bis 52 Gew. -0/0 Silicium, berechnet als Siliciumdioxyd, 20 bis 40 Gew. -% Erdalkalime- talle, berechnet als Oxyd, insbesondere Magnesium und Kalzium, wobei Magnesium und Kalzium, berechnet EMI5.2 3 Grew.-% chemisch gebundenes Mangan, berechnet als MnO enthält.

   4. SchweisspulvernachdenAnsprflehenlund2, dadurch gekennzeichnet, dassesbislOGew.-% Mangan, Nickel und/oder Chrom in metallischer Form enthält.

   5. Schweisspulver nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es bis 5 Gew.-% Molybdän, Niob und/oder Kupfer in metallischer Form enthält.

   6. Schweisspulver nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich bis zu 5 Grew.-% Karbonate, insbesondere CaCOg enthält.