Verfahren zum Lichtbogenschweissen unter Schutzgas Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbo genschweissen unter Schutzgas von Werkstücken aus Stahl.
Es ist bekannt, beim Lichtbogenschweissen Schweiss drähte zu verwenden, die aus einer Stahllegierung mit Zusätzen an desoxydierenden Stoffen bestehen. Häufig verwendete Desoxydationsmittel sind Mangan, Silizium und Titan. Aluminium, das an sich ebenfalls ein starkes Desoxydationsmittel .ist, wird jedoch für diesen Zweck kaum verwendet, da es im Vergleich zu den genannten anderen Elementen, die auch teilweise billiger sind, metallurgisch ungünstig auf die Schweissschmelze ein wirkt. Insbesondere wird der Fluss der Schmelze durch die Bildung von Aluminiumoxyd nachteilig beeinflusst.
Aus diesem Grunde wird der Aluminiumgehalt bei be kannten Schweissdrahtlegierungen für das Lichtbogen schweissen sehr klein gehalten. Diese geringen Mengen stellen jedoch im allgemeinen weniger einen beabsichtig ten Legierungsbestandteil dar, sie ergeben sich vielmehr bei den heutigen Stahlherstellungsverfahren meist zwang läufig.
Für das Lichtbogenschweissen unter Schutzgas sind zwar aluminiumbaltige Schweissdrähte bekanntgeworden, bei denen das Aluminium im wesentlichen alleine als Desoxydationsmittel wirken soll, doch haben sich diese Drähte im allgemeinen nicht bewährt. Sie sind weit gehend unbrauchbar, wenn unter einem Schutzgas mit sehr aktiven Bestandteilen, wie Kohlendioxyd, ge schweisst wird.
Aus der Metallurgie der Stahlherstellung ist eine weitere Verwendungsart des Aluminiums bekannt. Sie beruht auf der Eigenschaft dieses Elementes, Stickstoff unter Bildung von Aluminiumnitriden abzubinden. Gas förmiger Stickstoff, der durch Diffusion in die flüssige Stahlschmelze gelangt, wirkt schädlich auf das Gefüge des Stahles.
Diese Schädlichkeit ergibt sich aus Alte- rungs- und Härtungserscheinungen, die vor allem im Verlauf des langsamen Abkühlens beim Glühen zum Zwecke der Entspannung und des Härteausgleiches, aber auch während des Lagerns bei Raumtemperatur auftre ten und durch Ausscheidungsvorgänge, im wesentlichen von Eisennitriden, im Gefüge dies Stahles verursacht werden. Diese aus der Metallurgie :der Eisenhütten prozesse bekannten nachteiligen Wirkungen des Stick stoffes treten in kleinem Masse auch beim Schweissen von Stahl auf.
Selbst beim Schutzgasschweissen diffun diert noch eine erhebliche Menge Stickstoff durch die Schutzgashülle in die Schweissschmelze, abgesehen da von, dass sich meist im Schutzgase selbst noch Ver unreinigungen an Stickstoff befinden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaf fung eines Verfahrens zum Lichtbogenschweissen von Stahl unter Schutzgas, das auf Grund einer geeigneten Kombination eines Schutzgases und einer Drahtelek trode verhindert und gleichzeitig die notwendige Desoxy dation der Schweissschmelze unter Vermeidung nach teiliger Begleiterscheinungen gewährleistet.
Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch die kom binierte Anwendung eines Schutzgases der Zusammen- setzung:
EMI0001.0031
Argon <SEP> oder <SEP> Argon Heliumgemisch <SEP> oder <SEP> Helium <SEP> 70-99 <SEP> Volumprozent
<tb> Sauerstoff <SEP> 0-10 <SEP> Volumprozent
<tb> Kohlendioxyd <SEP> 0-25 <SEP> Volumprozent
<tb> Stickstoff <SEP> 0-0,5 <SEP> Volumprozent und einer abschmelzenden Drahtelektrode aus einer Stahllegierung, die durch Zusätze von Mangan und ausserdem von Silizium und/oder Titan und/oder Kal zium überdesoxydiert ist,
und einen Gehalt @an metalli schem Aluminium von 0,1 bis 0,6 GewA besitzt.
Ferner betrifft die Erfindung eine abschmelzende Drahtelektrode zur Durchführung des Verfahrens, wel che sich dadurch auszeichnet, d'ass sie aus einer Stahllie- gierung besteht, die durch Zusätze von Mangan und ausserdem von Silizium und/oder Titan und/oder Kal- ziem überdesoxydiert ist und einen Gehalt an metal lischem Aluminium von 0,1-0,6 Gew.% besitzt.
Überdesoxydation des Schweissdrahtes heisst in die sem Zusammenhang, dass die in der Stahllegierung des Drahtes enthaltenen Zusätze der desoxydierenden Stoffe Mangan und ausserdem von Silizium und/oder Titan und/oder Kalzium in einer Menge vorhanden sein müs sen, die, unter Berücksichtigung der Schutzgaszusam mensetzung, zur Desoxydation der Schweissschmelze aus reicht und darüber hinaus den Gehalt des Drahtes an metallischem Aluminium vor Oxydation schützt.
Der Zusatz von metallischem Aluminium zur Schweissdrahtlegierung, der im Gegensatz zur derzeiti gen ablehnenden Meinung der Fachwelt über die Brauchbarkeit von aluminiumlegierten Schweissdrähten steht, beruht auf der Erkenntnis, dass sich Aluminium dann und nur dann metallurgisch vorteilhaft auf die Schweissschmelze auswirkt, wenn durch geeignete Mass nahmen dafür gesorgt wird, dass das Aluminium in metallischer Form in die Schmelze gelangt.
Diese Massnahmen können zum einen aus der Zu legierung von anderen Desoxydationsmitteln bestehen, wie Mangan, Silizium und Titan zum Schweissdrahtwerk stoff, wobei die Menge dieser Zusätze z. ,B. so gewählt wird, dass durch ihre Anwesenheit in der Schweiss schmelze eine Oxydation des Aluminiums weitgehend verhindert wird und damit für die Schmelze keine Nach teile, wie Beeinträchtigung des Flusses durch Alumi niumoxyd, entstehen. Zum anderen kann ein Schutzgas verwendet werden, dessen Oxydationswirkung auf Grund seiner Zusammensetzung so gering ist, dass auch eine Oxydation des Aluminiums durch das Gas vermieden wird.
Wenn insbesondere Argon verwendet wird, ergibt sich der wirtschaftlich bedeutsame Vorteil, dass ohne Gefährdung der Schweissnaht-Qualität sogenanntes Roh argon verwendet werden kann, da dessen Stickstoff gehalt durch das im Schweissdraht enthaltene Aluminium abgebunden wird.
Durch die Verwendung eines Schutzgases der ge nannten Zusammensetzung in Kombination mit der ge nannten Drahtelektrode wird zweckmässig erreicht, dass in der Schweissschmelze metallisches Aluminium zur Abbindung des Stickstoffes zur Verfügung steht. Die Bedeutung liegt somit auf der Tatsache, dass Bedenken gegen den Einsatz des Schutzgasschweissens bei hohen Qualitätsanforderungen, die auf Grund der durch den Stickstoff hervorgerufenen Härtungs- und Alterungs erscheinungen bestehen, beseitigt werden. Insbesondere wird vermieden, dass durch Glühungen zum Zwecke der Entspannung und des Ausgleichs örtlicher Härte- spitzen statt der erwarteten Erhöhung der Zähigkeit eine Versprödung verursacht wird. Auch wird z.
B. ver hindert, dass das Streckgrenzen-Verhältnis auf Werte über 80 % ansteigt, was im Streben nach Sicherheit gegen Sprödbruch als sehr ungünstig angesehen wird.
Method for arc welding under protective gas The invention relates to a method for arc welding under protective gas of workpieces made of steel.
It is known to use welding wires in arc welding, which consist of a steel alloy with additives of deoxidizing substances. Commonly used deoxidizers are manganese, silicon and titanium. Aluminum, which in itself is also a strong deoxidizing agent, is hardly used for this purpose, since it has a metallurgically unfavorable effect on the weld melt compared to the other elements mentioned, some of which are also cheaper. In particular, the flow of the melt is adversely affected by the formation of aluminum oxide.
For this reason, the aluminum content of known welding wire alloys for arc welding is kept very small. However, these small amounts are generally less of an intended alloy component than they are usually inevitable in today's steel production processes.
For arc welding under protective gas, aluminum-containing welding wires have become known in which the aluminum is intended to act essentially alone as a deoxidizing agent, but these wires have generally not proven their worth. They are largely unusable if welding is carried out under a protective gas with very active components such as carbon dioxide.
Another use of aluminum is known from the metallurgy of steel production. It is based on the property of this element to bind nitrogen with the formation of aluminum nitrides. Gaseous nitrogen, which diffuses into the liquid steel melt, has a damaging effect on the structure of the steel.
This harmfulness results from aging and hardening phenomena, which occur mainly during the slow cooling during annealing for the purpose of relaxation and hardness compensation, but also during storage at room temperature and due to precipitation processes, mainly of iron nitrides, in the structure caused by this steel. These negative effects of the stick material known from metallurgy: the ironworks processes also occur to a small extent when welding steel.
Even with inert gas welding, a considerable amount of nitrogen still diffuses through the inert gas envelope into the weld melt, apart from the fact that nitrogen impurities are usually still in the inert gas itself.
The present invention now aims to create a method for arc welding steel under protective gas, which prevents due to a suitable combination of a protective gas and a Drahtelek electrode and at the same time ensures the necessary deoxy dation of the weld melt while avoiding after partial side effects.
According to the invention, this is achieved through the combined use of a protective gas with the following composition:
EMI0001.0031
Argon <SEP> or <SEP> Argon and helium mixture <SEP> or <SEP> Helium <SEP> 70-99 <SEP> volume percentage
<tb> Oxygen <SEP> 0-10 <SEP> volume percent
<tb> Carbon dioxide <SEP> 0-25 <SEP> percent by volume
<tb> nitrogen <SEP> 0-0.5 <SEP> volume percent and a melting wire electrode made of a steel alloy which is over-deoxidized by the addition of manganese and also silicon and / or titanium and / or calcium,
and a content of metallic aluminum from 0.1 to 0.6 wtA.
The invention also relates to a consumable wire electrode for carrying out the method, which is characterized by the fact that it consists of a steel alloy which is over-deoxidized by the addition of manganese and also silicon and / or titanium and / or calcium and a content of metallic aluminum of 0.1-0.6 wt.% Has.
In this context, over-deoxidation of the welding wire means that the additives of the deoxidizing substances manganese and also silicon and / or titanium and / or calcium contained in the steel alloy of the wire must be present in an amount that, taking into account the composition of the protective gas, sufficient to deoxidize the weld melt and also protect the metal aluminum content of the wire from oxidation.
The addition of metallic aluminum to the welding wire alloy, which is in contrast to the current negative opinion of the experts about the usefulness of aluminum alloy welding wires, is based on the knowledge that aluminum has a metallurgically advantageous effect on the weld melt if and only if appropriate measures are taken it is ensured that the aluminum enters the melt in metallic form.
These measures can consist on the one hand of the alloy to other deoxidizers, such as manganese, silicon and titanium for the welding wire material, the amount of these additives z. , B. is chosen so that its presence in the weld melt largely prevents oxidation of the aluminum and thus no disadvantages for the melt, such as impairment of the flow by aluminum oxide. On the other hand, a protective gas can be used whose oxidizing effect is so low due to its composition that oxidation of the aluminum by the gas is also avoided.
If argon is used in particular, there is the economically significant advantage that so-called raw argon can be used without endangering the weld seam quality, since its nitrogen content is bound by the aluminum contained in the welding wire.
By using a protective gas of the composition mentioned in combination with the wire electrode mentioned, it is expediently achieved that metallic aluminum is available in the weld pool to bind the nitrogen. The importance is therefore based on the fact that concerns about the use of inert gas welding with high quality requirements, which exist due to the hardening and aging phenomena caused by the nitrogen, are eliminated. In particular, it is avoided that annealing for the purpose of relaxation and compensation of local hardness peaks causes embrittlement instead of the expected increase in toughness. Also z.
B. prevents the yield strength ratio from increasing to values above 80%, which is viewed as very unfavorable in the pursuit of security against brittle fracture.