DD217162A1

DD217162A1 - PROCESS FOR WELDING HIGH-ALLOYED UNO OR LOW-LAYERED STEELS

Info

Publication number: DD217162A1
Application number: DD25461183A
Authority: DD
Inventors: Adolf Beissert; Eberhard Borchers; Werner Hoehn; Siegmund Klar
Original assignee: Teltov Geraete Regler
Priority date: 1983-09-08
Filing date: 1983-09-08
Publication date: 1985-01-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweissen von hochlegierten mit un- oder niedrig legierten Staehlen insbesondere bei Baueinheiten fuer Messgeraete, wo vielfach die Notwendigkeit besteht, hochlegierte Bauteile, wie z. B. eine Druckuebertragungsmembran bei Druckmessumformern, mit Bauteilen aus un- oder niedrig legiertem Stahl, wie z. B. einem Membrantraeger zu verbinden. Dabei werden sehr hohe Dichtigkeitsanforderungen an die Verbindung gestellt, die gemaess der Erfindung ohne Auftragsschweissungen bzw. oertliches Einlegieren geeigneter Werkstoffe gewaehrleistet werden soll. Erreicht wird das dadurch, dass die zur Sicherung der notwendigen mechanisch-technologischen Eigenschaften erforderlichen Legierungsbestandteile durch galvanisches Auftragen entsprechender ein- oder mehrlagiger Schichten auf die Oberflaeche des un- oder niedrig legierten Stahles eingebracht werden. Die galvanische Schicht kann vorteilhafterweise eine Hartchromschicht sein. Fig. 1The invention relates to a method for welding of high-alloyed with unalloyed or low-alloyed steels in particular for units for measuring devices, where in many cases the need exists, high-alloy components such. As a Druckuebertragungsmembran at pressure transmitters, with components made of unalloyed or low alloy steel, such. B. to connect a membrane carrier. Very high tightness requirements are imposed on the connection, which according to the invention is to be guaranteed without build-up welding or local alloying in of suitable materials. This is achieved by introducing the alloying components required to secure the necessary mechanical and technological properties to the surface of the unalloyed or low-alloyed steel by electroplating appropriate single- or multi-layer coatings. The galvanic layer may advantageously be a hard chrome layer. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung , ' :.'..·Title of the invention, ':.

Verfahren zum Verschweißen von hochlegierten mit un- oder niedriglegierten StählenProcess for welding high-alloy steels with unalloyed or low-alloy steels

Anwendungsgebiet der Erfindung ^! 'Field of application of the invention ^! '

Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von Baueinheiten von Meßgeräten einsetzbar₉ wo vielfach die Notwendigkeit besteht, Bauteile aus hochlegiertem Stahl, wie z*b_e Druckübertrag ..ngsmembranen bei Druckmeßumformern, mit Bauteilen aus niedrig- oder unlegiertem Stahl,·· wie'ζ·Β· einem Membranträger zu verbinden, wobei hohe Dichtigkeitsanforderungen ar. die Verbindung gestellt werden«The invention is particularly in the manufacture of structural units of measurement devices usable ₉ where there is often the need of high-alloy steel components, such b * _e pressure transfer ..ngsmembranen with pressure transmitters, with components made of low- or unalloyed steel, ·· wie'ζ · Β · connect a membrane carrier, with high tightness requirements ar. the connection be made «

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen ,Characteristic of the known technical solutions,

Meßelemente werden häufig in ihrem aktiven Bereich aus Werkstoffen hergestellt, die eine hohe Beständigkeit gegen der: Angriff durch das zu messende Medium haben« . . .Measuring elements are often manufactured in their active area from materials that have a high resistance to: Attack by the medium to be measured «. , ,

Die Trägerelemente dieser Meßelemente kommen häufig mit dem zu messenden Medium nicht in Berührung und könnten aus einfachen, billigen Werkstoffen, wie un- oder niedriglegiertem Stahl, bestehen. Dabei bestehen aber immer zwei Probleme«, Zum einen ist der Korrosionsschutz gegen Luftfeuchtigkeit, Bearbeitungshilfsmittel, Handschweiß- und teilweise Meßmedien an der Oberfläche ' des un- bzw, niedriglegierten Stahles erforderlich und andererseits ist eine metallurgisch sichere Schweißverbindung, die imThe support elements of these measuring elements often do not come into contact with the medium to be measured and could consist of simple, inexpensive materials, such as unalloyed or low-alloy steel. However, there are always two problems. "On the one hand, the corrosion protection against atmospheric moisture, processing aids, hand welding and partially measuring media on the surface 'of low- or low-alloy steel is required and on the other hand is a metallurgically secure welded joint, the

-4 Regelfall sehr hohe Dichtigkeitsanforderungen' ( — 10 Pa « 1 «,-4 usually very high tightness requirements' (- 10 Pa «1»,

„Ί ,." ' '" ". . ' .· ' ' ' .' .'. ' s ) erfüllen muß, notwendig."Ί,." "'". ".' '' '' '.' . '.' s) must be fulfilled.

Es ist bekanntj daß bezüglich der Verbindungssfchweißtfng solche Forderungen nur erfüllt werden'können, wenn die metallurgischen Voraussetzungen j wie sie von E. Leinhos in /1 J beschrieben wurden, beachtet werden» . ·.'It is well-known that such requirements can only be fulfilled with regard to joint welding if the metallurgical requirements are described as they were described by E. Leinhos in / 1 J ». ·. '

Bisher werden Schweißverbindungen zwischen un- bzw» niedriglegiertem Stahl und austenitischen Chrom-Nickel-Stahl dadurch hergestellt, daß zum einen an der späteren Verbindungsstelle am Kohlenstoffstahl eine Auftragsschweißung hergestellt wird, die ' eine dem Chrom-Nickel-Stahl angepaßte Zusammensetzung hat, oder zum anderen, daß ein Zusatzwerkstoff benutzt wird, der so überle-» giert ist, daß das Mischschweißgut eine entsprechend angepaßte Zusammensetzung hat_e So far, welded joints between low- or low-alloyed steel and austenitic chromium-nickel steel are produced by, on the one hand at the later joint on the carbon steel build-up welding is made, which 'has a composition adapted to the chromium-nickel steel, or the other in that an additional material is used which is so superior that the mixed material to be welded has a suitably adapted composition _e

Zusätzlich ist es dabei noch erforderlich, den Korrosionsschutz der übrigen Oberfläche mit Hilfe von Überzügen (metallisch oder nichtmetallisch) zu gewährleisten» Dafür werden Üblicherweise galvanische Überzüge unterschiedlicher Art verwendet» Beide Methoden der Schweißung und der zusätzliche Korrosionsschutz stellen, einen hohen Aufwand an Material und Fertigungszeit dar.In addition, it is still necessary to ensure the corrosion protection of the rest of the surface by means of coatings (metallic or non-metallic) »Usually galvanic coatings of different types are used» Both methods of welding and the additional corrosion protection provide a high cost of material and manufacturing time represents.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist deshalb das Ziel der Erfindung, den Herstellungsaufwand für-₍ derartige Schweißverbindungen bei gleichzeitige? Sicherung 'des'Korrosionsschutzes zu verringern«It is therefore the object of the invention to reduce the production costs for ₍ such welded joints while at the same time securing the anticorrosion protection).

Darlegung des'Wesens der Erfinduii|Explanation of the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine metallurgisch sichere Schweißverbindung mit den genannten hohen Dichtigkeitsanforderungen zu schaffen, die ohne die bekannte Auftragsschweissung bzw«, dem örtlichen Einlegieren eines Zusatzwerkstoffes auskommt.The invention has for its object to provide a metallurgically secure welded joint with the said high tightness requirements, which manages without the known Auftragschweissung or «, the local alloying of a filler material.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, deß zum Schweißen solche Verfahren benutzt werden/ die nur eine gerinne, aber gut steuerbare Sinschmelztiefe in den Trägerwerkstoff zur Folge habenAccording to the invention, the object is achieved by welding such methods are used / have only a channel, but well controllable Sinschmelztiefe result in the carrier material

und die zur Sicherstellung einer ausreichend zähen, verformungsfähigen und dichten Schweißnaht notwendigen Anteile an Chrom und Nickel im Schweißgut durch galvanisches Aufbringen einer entsprechenden Schicht auf den un- oder niedriglegierten Trägerwerkstoff gewährleistet wird₉ > Die galvanisch aufgebrachte Schicht kann vorteilhafterweise eine Hartchromschicht sein» . " Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die galvanische Schicht zweischichtig, bestehend aus einer Nickel- und einer Chromschicht, ausgeführt» , Es wurde festgestellt, daß gute Ergebnisse mit Hartchromschichten im Bereich von 15 - 30 /Um Schichtdicke erzielt werden« . < Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die galvanische Schicht nicht nur im Bereich der Verbindungsschweißung, z_eB. einer dünnen'Edelstahlmembran mit dem Membranträger bei Metallmembraneinheiten von Druckmessern, sondern auf den gesamten, der den KorrosionseinflUssen der äußeren Atmosphäre ausgesetzten, Bereich des un- oder niedriglegierten Trägerwerkstoffes aufgetragen. . Damit wirkt diese Schicht gleichzeitig als Kbrrosionsschutzschicht_s die durch den Schweißvorgang nicht beeinträchtigt wird. Dabei kann die Schicht an den nur gegen Korrosion zu schützenden Abschnitten des Trägerwerkstoffes sowohl in der Diake, als auch in der Materialzusammensetzung unterschiedlich zu der an der Schweißstelle sein»and the necessary to ensure a sufficiently tough, ductile and dense weld seam portions of chromium and nickel in the weld metal is ensured by electroplating a corresponding layer on the unalloyed or low-alloyed carrier material ₉ > The electroplated layer may advantageously be a hard chrome layer ». "In another development, the electroplated layer has two layers consisting of a nickel and a chromium layer, executed," It has been found that good results with hard chrome coatings in the range of 15 -. Be / To layer thickness achieved 30 «<After a Another advantageous embodiment of the invention is the galvanic layer not only in the field of joint welding, z _e B. a dünn'Edelstahlmembran with the membrane support in metal membrane units of pressure gauges, but on the entire, the corrosion of the outer atmosphere exposed area of the or low-alloyed base material applied.. Thus, this layer acts as Kbrrosionsschutzschicht which is not affected by the welding process _s. Here, the layer under shoot the only against corrosion to be protected, sections of the carrier material in both the Diake, as well as the material composition dlich to be at the weld »

In den meisten Fällen wird die außerhalb der Schweißstelle als Korrosionsschutz wirkende Schicht eine Nickelschicht von ca, 3 ~ 12y m Dicke sein, während im Bereich der Schweißstelle in jedem Fall eine Chromschicht von ca« 15 - 30 /U m Dicke und gegebenen- ,< falls außerdem o.g. Nickelschicht zur Auftragung kommt«In most cases, the layer acting as corrosion protection outside the weld will be a nickel layer of approx. 3 ~ 12y m thickness, whereas in the region of the weld a chromium layer of approx. 15 - 30 / U m thickness and given < if, in addition, the nickel layer is applied "

Ausfiihrungsbeispielexemplary embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einer Metallmembraneinheit, wie sie in Druck- bzw_e Differenzdruckmeßumformern zur Übertragung des Druckes eines Meßmediums auf eine Übertragungsflüssigkeit benutzt wird, beschrieben» . ^l The invention is described below on a metal membrane unit, as used in pressure or _e Differenzdruckmeßumformern for transmitting the pressure of a measured medium to a transmission fluid described. ^l

Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen: . .The accompanying drawings show:. ,

Figei Eine Metailmembraneinheit eines Druck- oder Differenzdruckmeßumf ormers;Figei A metal membrane unit of a pressure or differential pressure transducer;

Figo 2 Darstellung des Einbrennprofils an der Schweißstelle j Fige 3 Lage des Mischschweißgutes im SchaefflerdiagrammjFig. 2 Representation of the burn-in profile at the welding point Fig. 3 Position of the mixed-material weld in the Schaeffler diagram

Die als ein mögliches Anwendungsbeispiel ausgewählte Metallmembraneinheit _s; die keinesfalls als eine Begrenzung der Erfindung anzusehen ist, besteht aus einem Membranträger 1* aus unlegiertem Stahl., einer dünnen, ca_e O₉O5 mm dicken hochlegierten und damit sehr korrosionsbeständigen Metallmembran 2 (X 5 Cr Ni , 18,10)j die Sm Umfangsbereich mit dem Membranträger zu verschweißen ist,. Der Raum zwischen Membranträger und Membran wird später mit einer Flüssigkeit zur Druckübertragung gefüllt₉ die je nach Geratetyp einem Druck bis zu 40 MPa ausgesetzt wird. Um die Druckübertragung von einem Meßmedium auf die Füllflüssigkeit möglichst fehlerfrei zu gewährleisten« muß die Membran sehr dünn sein (kleine Federkonstante) und vor allem an ihrem Rand so befestigt sein, daß keine Füllflüssigkeit entweichen kann» Daher sind an der Verbindungsstelle Dichtigkeitsforderungen von kleiner als 10 Pa . 1 « see zu erfüllen_e Die Verschweißung der genannten Membran mit dem Träger erfolgt mittels eines bekannten Elektronenstrahlschweaßverfahrens, wobei infolge der geringen Membrandicke in bekannter Weise ein Schweiß=· ring 3 aus dem gleichen Material wie die Membran verwendet wird» Erfindungsgemäß wird auf den Membranträger 1 eine Hartchromschicht von 2.5 M^ Dicke galvanisch aufgetragen» Diese Schicht sichert die zur Gewährleistung der erforderlichen mechanisch-technologischen Eigenschaften notwendigen Legierungsbestandteile in der Schweißnahte Dadurch, daß diese Hartchromschicht 4 auch auf den äußeren, außerhalb der Schweißstelle liegenden, Bereich des Membranträgers aufgetragen wird_s ist gleichzeitig der notwendige Korrosionsschutz gegeben, wobei wie schon vorstehend beschrieben, die Hartchromschicht in diesem Bereich wesentlich dünner gehalten Werden kann« Ebenso kann in dem erwähnten Bereich die Hartchromschicht durch eine geeignete Nickelschicht von ca« 3 — 12 yiim Stärke ersetzt werden» Bei der Verschweissung sind die Schweißparameter für das Elektronenstrahlschweißen soThe metal membrane unit _s selected as a possible application example; which is in no way to be regarded as a limitation of the invention, consists of a membrane support 1 * made of carbon steel., A thin, ca _e O ₉ O5 mm thick highly alloyed and thus very corrosion-resistant metal membrane 2 (X 5 Cr Ni, 18.10) j the Sm circumferential area to be welded to the membrane support ,. The space between the membrane carrier and membrane is later filled with a liquid for pressure transmission ₉ which is exposed to a pressure of up to 40 MPa depending on the type of device. In order to ensure the pressure transfer from a measuring medium to the filling fluid as accurately as possible «the membrane must be very thin (small spring constant) and especially at its edge be fixed so that no filling liquid can escape» Therefore, at the junction leak requirements of less than 10 Pa. 1 "sea to fulfill _e The welding of said membrane to the support is effected by means of a known Elektronenstrahlschweaßverfahrens, being of the same material used due to the small membrane thickness in a known manner, a welding = · ring 3 as the membrane" According to the invention the membrane support 1 a hard chrome layer of 2.5 M ^ thickness galvanically applied »This layer ensures the necessary to ensure the required mechanical and technological properties alloy components in the weld in that this hard chrome layer 4 is also applied to the outer, lying outside the weld, area of the membrane support is _s At the same time the necessary corrosion protection is given, whereby, as already described above, the hard chrome layer can be kept substantially thinner in this area. "Similarly, in the mentioned range the hard chrome layer can be replaced by a suitable nickel layer of approx 12 yiim strength to be replaced "When welding the welding parameters for electron beam welding so

festzulegen, daß das Mischschweißgut:über eine Dehnung von mindestens ' · ' 2. ' to specify that the mixed material to be welded: has an elongation of at least '·' 2. '

15 % bzw. über ein Produkt aus Zugfestigkeit (in kp/mm ) und Bruchdehnung (in %) von mindestens iOÖOj verfügt.15 % or a product of tensile strength (in kp / mm) and elongation at break (in %) of at least 10 % .

Das ist dann der Fall, wenn bei der o,g_o Hartchromschichtdicke der Grundwerkstoffanteil vom Membranträger £~ 25 % beträgt. Es wurde gefunden, daß unter diesen Bedingungen geschweißte Teile eine Dichtigkeit von-^IO Pa . 1 . s ,geprüft mittels Heliumlecksuchgerät, aufweisen. ,This is the case when at the o, g _o Hartchromschichtdicke the base material content of the membrane support £ ~ 25 % . It has been found that under these conditions welded parts have a tightness of 10 Pa. 1 . s, tested by helium leak detector, have. .

Für den beschriebenen Fall wurden folgende Schweißparameter angewendet: - ^N ,For the case described, the following welding parameters were used: - ^N ,

Beschleunigungsspannung' 30 kV Strahlstrom \ . 35 ^ffiA Schweißgeschwindigkeit 33 cm/min ,Acceleration voltage '30 kV beam current \. 35 ^ffi A welding speed 33 cm / min,

Fig. 2 zeigt das sich ergebende Einbrandprofil an der Schweißstelle. Die. Flächenanteile der einzelnen zu verbindenden Teile verhalten sich dabei wie folgt:Fig. 2 shows the resulting penetration profile at the weld. The. Area shares of the individual parts to be connected behave as follows:

Schweißring 3 + Membran 2 = 74,0 % Welding ring 3 + membrane 2 = 74.0 %

fiartchrpmschicht h - 2,9 % . _v fiatch layer h - 2.9 % . _v

-Membranträger 1 = 23_S1 %Membrane carrier 1 = 23 _S 1%

• - " : (H52-3> ' . ' ;. ;• - ": (H52-3> '.';.;

Aus den Flächenanteilen und den¹ Richtanalysen der eingesetzten Werkstoffe ergibt sich die in Fig« 3 dargestellte Lage des Mischschweißgutes im Schaefflerdiagramrcu ^l In dem dargestellten Bereich liegen die Zugfestigkeitswerte zwischen 630 MPa und 1100 MPa und die Bruchdehnungen bei I5 - 45 %. Die Erfindung gewährleistet somit eine hochbelastbare und hochdichte/ Verbindung eines hochlegierten Werkstoffes, hier einer dünnen Edelstahlmembran, mit einem un- oder niedriglegierten Werkstoff, hier einem unlegierten Membranträger, ohne daß auf den unlegierten Werkstoff eine entsprechend den Materialien der zu verbindenden Werkstoffe angepaßte Auftragsschweißung bzw. ein örtliches Einlegieren eines bestimmtem angepaßten, Zusatzv/erkstoffes notwendig wird. Zusätzliche Maßnahmen zur Gewährleistung des notwendigen Korrosionsschutzes entfallen.From the surface portions and the ¹ in the element analysis of the materials used, the position of the mixing weld shown in Figure "3 in Schaefflerdiagramrcu ^l results In the illustrated range, the tensile strength between 630 MPa and 1100 MPa and the elongation at break will be I5 - 45%. The invention thus ensures a high-strength and high-density / compound high-alloy material, here a thin stainless steel membrane, with an unalloyed or low-alloyed material, here an unalloyed membrane support, without on the unalloyed material according to the materials of the materials to be joined matched build-up welding or a local alloying of a certain adapted additive substance becomes necessary. Additional measures to ensure the necessary corrosion protection eliminated.

E₉ Leinhos "Mechanische Eigenschaften uj,d Gefügeausbil-'"dung von. mit Chrom und Nickel legiertem Schweißgut" . /E ₉ Leinhos "Mechanical Properties uj, d Structure Formation of. with chromium and nickel alloyed weld metal ". /

Freiberger Forschungshefte, B 114, Eisen- , :. Hüttenwesen ; . ' . ·Freiberger Research Booklets, B 114, Eisen-,:. Metallurgy; , '. ·

VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig I966 >VEB German publishing house for raw materials industry, Leipzig I966>

Claims

Claim of invention.

1. A method for welding high-alloyed with ün ~ or low-alloyed steels, in particular for assemblies for measuring »means of fine welding, such as electron beam or laser welding, characterized in that the required to secure the necessary mechanical and technological properties alloy components by electroplating a corresponding - or multilayer coatings are applied to the surface of the unalloyed or low-alloyed steel ».

2. The method according to item 1, characterized in that a hard chrome layer is applied to the surface of the unalloyed or low-alloyed steel.

3 Method according to item 1, characterized in that first a nickel layer and then a chromium layer are applied «

4, method according to item 1, characterized in that the nickel layer and / or the chromium layer is extended beyond the region of the weld to the entire, exposed to the corrosion influences of the outer atmosphere, area of the unalloyed or low-alloyed steel, wherein the thickness of the galvanic Layer in the latter area much thinner,

according to the requirements of corrosion protection, can be.

5 «Method according to points 1 to 4, characterized in that the hard chrome layer has a thickness of 15 - 30 A m» preferably of 25 / * - m «

6. The method according to item 4, characterized in that the layer thickness of the applied outside the weld chromium or nickel layer is at least 3-12 jW m »

7 »Method according to one or more of the preceding points, characterized in that the welding parameters are selected so that the areal penetration fraction of the unalloyed or low-alloyed

Steel is less than 25 % ,

2L eitan Zeldinunaen