CH631100A5 - Weld filler metal for the heterogeneous fusion welding of cast iron - Google Patents
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- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3033—Ni as the principal constituent
Description
Die Erfindung betrifft einen Schweisszusatzwerkstoff zum Heterogenschmelzschweissen von Gusseisen, insbesondere von Gusseisen mit Kugelgraphit, bestehend im wesentlichen aus einer Nickelbasislegierung, die neben Kohlenstoff, Silizium und Mangan ein karbidbildendes Element aus der Reihe Titan, Niob/Tantal und Zirkonium enthält. The invention relates to a welding filler material for heterogeneous fusion welding of cast iron, in particular of spheroidal graphite cast iron, consisting essentially of a nickel-based alloy which, in addition to carbon, silicon and manganese, contains a carbide-forming element from the series titanium, niobium / tantalum and zirconium.
Für das Schweissen von Gusseisen, insbesondere von Gusseisen mit Kugelgraphit, sogenanntem Späroguss, sind eine Reihe von Vorschlägen bekannt. Dabei kann grundsätzlich unterschieden werden zwischen solchen Lösungen, bei denen ein homogenes Schweissgut angestrebt wird, d.h. ein Schweissgut, bei dem der Kohlenstoff überwiegend in Form von Kugelgraphit vorliegt und solchen Lösungen, bei denen ein aus Nickel und insbesondere Nickel-Eisen-Legierungen bestehendes, somit also ein heterogenes Schweissgut gebildet wird. A number of proposals are known for welding cast iron, in particular spheroidal graphite cast iron, so-called nodular cast iron. A basic distinction can be made between solutions in which a homogeneous weld metal is sought, i.e. a weld metal in which the carbon is predominantly in the form of spheroidal graphite and those solutions in which a material consisting of nickel and in particular nickel-iron alloys, that is to say a heterogeneous weld metal, is formed.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Verbesserung beim Heterogenschmelzschweissen, also der zuletzt genannten Schweissmethode, weil die bisher bekannten Lösungen zwar gewisse Verbesserungen hinsichtlich der technologischen Kennwerte des reinen Schweissgutes mit sich gebracht haben, den wesentlichen Nachteil der Schweissung, nämlich die ungünstige Wärmebeeinflussung der Randzonen, aber nur durch eine nachträgliche Wärmebehandlung der geschweissten Teile verbessern konnten. Es bestand daher das dringende Bedürfnis zur Schaffung eines Schweiss-zusatzwerkstoffes, dessen Anwendung Schweissresultate erbringt, bei denen vollauf zufriedenstellende technologische Kennwerte quer zur Schweissrichtung auch im Randbereich der Schweisszone ohne spezielle Wärmebehandlung der geschweissten Teile erzielbar sind. The present invention is concerned with an improvement in heterogeneous fusion welding, that is to say the last-mentioned welding method, because the solutions known hitherto have brought about certain improvements with regard to the technological parameters of the pure weld metal, the main disadvantage of welding, namely the unfavorable influence on the heat of the peripheral zones, but could only be improved by subsequent heat treatment of the welded parts. There was therefore an urgent need to create a welding filler material, the application of which produces welding results in which fully satisfactory technological parameters transverse to the welding direction can also be achieved in the edge area of the welding zone without special heat treatment of the welded parts.
Es ist aus der DE-AS 2 437 247 bekannt, dass mit modifizierten Nickel-Eisen-Elektroden bei der Entnahme von Längszugproben aus Mehrlagen-Verbindungschweissungen relativ hohe Dehnungswerte in der Grössenordnung von etwa 25% feststellbar sind. Prüft man derartige Schweissver- It is known from DE-AS 2 437 247 that with modified nickel-iron electrodes relatively high elongation values in the order of magnitude of about 25% can be determined when taking longitudinal tensile specimens from multilayer welds. If you test such welding
bindungen jedoch quer zur Schweissrichtung (Querzugproben), so tritt der Bruch meistens schon bei ganz geringen Dehnungswerten in der Übergangszone zwischen Schweissgut und Grundwerkstoff ein, wobei diese Dehnungswerte in der Regel unter 5% liegen. However, bonds transverse to the direction of welding (transverse tensile tests), the breakage usually occurs at very low elongation values in the transition zone between the weld metal and the base material, these elongation values generally being less than 5%.
Die Erfindung löst das genannte Problem mit einem Schweisszusatzwerkstoff, der im wesentlichen aus einer Nik-kel-Basis-Legierung besteht, die neben Kohlenstoff, Silizium und Mangan ein karbidbildendes Element aus der Reihe Titan, Niob/Tantal und Zirkonium enthält; der Werkstoff ist dadurch gekennzeichnet, dass er, bezogen auf das Gewicht der Legierungsbestandteile, folgende Legierungselemente enthält: The invention solves the above-mentioned problem with a welding filler material which essentially consists of a Nik-kel-based alloy which, in addition to carbon, silicon and manganese, contains a carbide-forming element from the series titanium, niobium / tantalum and zirconium; The material is characterized in that, based on the weight of the alloy components, it contains the following alloy elements:
zumindest 75% Ni, at least 75% Ni,
max. 2,0% C, Max. 2.0% C,
0,05 bis 5,0% Si, 0.05 to 5.0% Si,
0,1 bis 20,0% Mn, 0.1 to 20.0% Mn,
0,5 bis 5,0% Ti, Nb/Ta und/oder Zr, 2,0 bis 20,0% Co, 0.5 to 5.0% Ti, Nb / Ta and / or Zr, 2.0 to 20.0% Co,
max. 15,0% Fe Max. 15.0% Fe
Gemäss bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung enthält der Schweisszusatzwerkstoff 0,05 bis 3,0% Si bzw. 0,1 bis 10,0% Mn. According to preferred embodiments of the invention, the welding filler material contains 0.05 to 3.0% Si or 0.1 to 10.0% Mn.
Massgebend für die Problemlösung ist die auf das Schweissgut abgestellte Zusammensetzung des erfindungsge-mässen Schweisszusatzwerkstoffes, der sich im Falle blanker, zum Schutzgasschweissen bestimmter Drähte bzw. Stäbe praktisch mit deijenigen des Schweissgutes deckt. Den Fachleuten auf dem Schweissgebiet ist es bekannt und geläufig, welche Anpassungen bzw. Abwandlungen vorzunehmen sind, um bei anderen Ausführungsformen, so etwa bei ummantelten Stabelektroden, die auch einen Teil der Legierungsbestandteile in der Umhüllung enthalten können, bei Schweissbändern durch eine entsprechende Band/Pulver-Kombination oder bei der Fülldrahtschweissung das gewünschte Schweissgut zu erreichen. The decisive factor in solving the problem is the composition of the welding filler material according to the invention, which in the case of bare wires or rods intended for gas-shielded arc welding practically coincides with that of the weld metal. It is known and familiar to the experts in the field of welding which adaptations or modifications are to be made in order to use different bands, for example in the case of coated stick electrodes, which may also contain part of the alloy components in the sheath, in the case of sweat bands by means of a corresponding band / powder Combination or in the case of cored wire welding to achieve the desired weld metal.
Bei der Verwendung des erfindungsgemässen Schweisszusatzwerkstoffes macht sich der Kobalt-Anteil im Schweissgut so bemerkbar, dass bei der sorgfältig abgestimmten Legierungszusammensetzung in durchaus überraschender Weise die Bildung spröder Gefügebestandteile in der wärmebe-einflussten Übergangszone des Grundwerkstoffes gehemmt wird, so dass kein vorzeitiger Bruch in dieser Zone eintrintt. Wie umfangreiche Versuche gezeigt haben, erfolgt der Bruch der Querzugproben, bei denen in der Grössenordnung von 15 bis 20% liegende Dehnungswerte erreicht werden, im Grundwerkstoff ausserhalb der Übergangszone nach entsprechend hoher Verformung. When using the welding filler material according to the invention, the cobalt content in the weld metal is so noticeable that the carefully coordinated alloy composition surprisingly inhibits the formation of brittle structural components in the heat-affected transition zone of the base material, so that there is no premature break in this zone comes in. As extensive tests have shown, the transverse tensile specimens, in which strain values in the order of magnitude of 15 to 20% are reached, break in the base material outside the transition zone after a correspondingly high degree of deformation.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert: The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments:
Beispiel 1 example 1
Vergleichsweise wurden mit 15 mm dicken Sphäroguss-platten Schweissverbindungen (V-Nähte) unter Anwendung des Schutzgasschweissverfahrens mit blanken Drähten von 1,2 mm Durchmesser hergestellt, wobei ohne Vorwärmung und ohne Wärmenachbehandlung geschweisst wurde. Das mit der Drahtzusammensetzung praktisch übereinstimmende reine Schweissgut hatte die in der folgenden Tabelle angeführte chemische Zusammensetzung, woraus sich ergibt, For comparison, welded joints (V-seams) were produced with 15 mm thick nodular cast iron plates using the inert gas welding process with bare wires of 1.2 mm diameter, welding being carried out without preheating and without post-treatment. The pure weld metal practically corresponding to the wire composition had the chemical composition given in the following table, from which it follows that
dass bei den Proben 1 und 2 Kobalt in den Fe/Ni-Legierun-gen nur im Rahmen einer ungewollten Verunreinigung enthalten war, während die Probe 3 der Erfindungsdefinition entspricht: that samples 1 and 2 contained cobalt in the Fe / Ni alloys only as part of an unwanted contamination, while sample 3 corresponds to the definition of the invention:
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
Tabelle 1 Table 1
631 100 631 100
Proben rehearse
Legierungszusammensetzung Alloy composition
Nr. No.
C C.
Si Si
Mn Mn
Ti Ti
Nb Nb
Fe Fe
Co Co
Ni Ni
1 1
0,18 0.18
0,43 0.43
1,31 1.31
0,04 0.04
1,12 1.12
31,4 31.4
0,08 0.08
Rest rest
2 2nd
0,25 0.25
1,09 1.09
0,56 0.56
0,33 0.33
0,36 0.36
49,1 49.1
0,11 0.11
Rest rest
3 3rd
0,15 0.15
0,47 0.47
2,81 2.81
0,15 0.15
3,10 3.10
1,72 1.72
5,91 5.91
Rest rest
Der Sphäroguss hatte die nachstehende chemische Zusam mensetzung: 3,48% C, 2,41% Si, 0,17% Mn, 0,022% P, 0,003% S, 0,047% Mg, Rest: Fe. The nodular cast iron had the following chemical composition: 3.48% C, 2.41% Si, 0.17% Mn, 0.022% P, 0.003% S, 0.047% Mg, balance: Fe.
Die Streckgrenze crs lag bei 343 n/mm2, die Zugfestigkeit crB bei 465 N/mm2; die Bruchdehnung 8S wurde mit 19,2% ermittelt. The yield strength crs was 343 n / mm2, the tensile strength crB was 465 N / mm2; the elongation at break 8S was found to be 19.2%.
Aus den geschweissten Platten wurden quer zur Schweissnaht Rund-Zerreissproben entnommen und auf ihre Eigenschaften geprüft. Folgende Werte wurden dabei erhalten: Round tensile samples were taken from the welded plates at right angles to the weld seam and tested for their properties. The following values were obtained:
15 15
Tabelle 2 Table 2
Proben Nr. Sample No.
1 1
2 2nd
3 3rd
Streckgrenze <tS Yield point <tS
N/mm2 N / mm2
330 327 339 330 327 339
Zugfestigkeit a B Tensile strength a B
N/mm2 N / mm2
Bruchdehnung Elongation at break
55 55
% %
411 390 471 411 390 471
1,7 1,3 17,0 1.7 1.3 17.0
Bruch in der Übergangszone in der Übergangszone im Grundwerkstoff ausserhalb der Übergangszone Break in the transition zone in the transition zone in the base material outside the transition zone
Beispiel 2 Example 2
In diesem Falle wurden Verbindungsschweissungen als (Kerndrahtdurchmesser 4 mm) durchgeiuiiri, wobei sich fol-V-Nähte mit den schon im Beispiel 1 beschriebenen 15 mm 30 gende, mit der Kerndrahtzusammensetzung weitgehend dicken Sphärogussplatten mit umhüllten Stabelektroden übereinstimmende Analyse des reinen Schweissgutes ergab: In this case, connection welds were carried out as (core wire diameter 4 mm), whereby fol-V seams with the 15 mm 30 gauze plates described above in Example 1, largely thick with the core wire composition and with thick rod nodular cast iron plates with covered rod electrodes, showed an analysis of the pure weld metal:
Tabelle 3 Table 3
Proben Nr. Sample No.
Si Si
Legierungszusammensetzung Mn Zr Nb Fe Alloy composition Mn Zr Nb Fe
Co Co
Ni Ni
0,12 0.12
0,39 0.39
1,51 1.51
0,42 0.42
2,85 2.85
3,2 3.2
6,25 6.25
Rest rest
Die Prüfung der übereinstimmend mit Beispiel 1 entnommenen Rund-Zerreissproben erbrachte folgendes Ergebnis: The examination of the round tensile tests taken in accordance with Example 1 gave the following result:
Tabelle 4 Table 4
Proben Nr. Sample No.
Streckgrenze <*s Yield point <* s
N/mm2 N / mm2
Zugfestigkeit Bruchdehnung crB S5 Tensile strength elongation at break crB S5
N/mm2 % N / mm2%
Bruch fracture
358 358
463 463
18,5 18.5
im Grundwerkstoff ausserhalb der Übergangszone s in the base material outside the transition zone s
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Legal Events
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PL | Patent ceased |