DD269338A1 - Verfahren zum unterpulverschweissen in vertikaler position - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweissen verschiedener Nahtformen mit verdecktem Lichtbogen unter Pulver in vertikaler oder geneigter Position fuer Bauteile aus vorzugsweise Stahl. Ein unmittelbar ueber dem Formschuh befindlicher Lichtbogenraum, der sich innerhalb der dreieckfoermigen Oeffnung ergibt, wird so eingeregelt, dass unter Beruecksichtigung der Viskositaet der Schlacke, entsprechend des verwendeten Pulvers, zur Stabilisierung des Schweissprozesses und der metallurgischen Reaktionen sich ein Verhaeltnis Schmelze/Schlacke von 1:2,5 bis 3,5 einstellt und die Schichtdicke der Schlacke etwa 2 mm betraegt. Es ist von Vorteil, Elektroden des Durchmessers von 1,0 bis 1,6 mm und ein Schweisspulver mit einem Kornspektrum von 0,25 bis 1,6 mm einzusetzen, wobei ein Anstellwinkel der Elektrode von 90...110 gewaehlt werden sollte. Mit dem Verfahren sind z. B. Ni-legierte Zusatzwerkstoffe mit einem Gehalt zwischen 2 bis 2,5% vorzusehen, wobei eine hohe Schlagarbeit bis 30C moeglich ist.

Description

herausgebildet und eine Schichtdicke der Schlacke (8) von mindestens 2,0 mm erreicht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Elektrode (5) von 1,0 bis 1,6 mm Durchmesser unter einer Schweißpulverschicht (6) mit einem Kornspektrum von 0,25 bis 1,6mm und einer Viskosität zwischen 0,2-0,5 Pas bei 1400⁰C stationär oder pendelnd, entsprechend der Nahtbrette, unter einem Anstellwinkel von 90° bis zu 110° in schleppender Anordnung zur Schweißnahtoberfläche mit einem Wärmeeintrag von maximal 18000 J/cm unter Anwendung des Formschuhes (1) abgeschmolzen wird, wobei unter Berücksichtigung eines Nilegierten Zusatzwerkstoffes, vorzugsweise mit 2 bis 2,5% Ni, eine hohe Schlagarbeit bis -30⁰C erreichbar ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen von Kehl-, Stirnkehl- und Stumpfnähten mit verdecktem Lichtbogen unter einer Schweißpulvenchicht für Bauteile, vorzugsweise aus Stahl, mit vertikalem oder geneigtem Nahtverlauf unter Werkstatt- und Baustellenbedingungen bei gleichzeitig hohen Forderungen an die Qualität der Schweißverbindung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß Schweißverbindungen in vertikaler Anordnung mit verschiedenen Schweißverfahren ausgeführt werden können.

Vorrangig findet zur Zeit die Elektrodenhandschweißung Anwendung, da das Schweißen nahezu wittemngsunabhängig ist und ein Schweißgut mit den Forderungen entsprechenden Eigenschaften abgesetzt werden kann. Damit ist es auch für Montageschweißungen auf den Baustellen geeignet.

Nachteilig ist die geringe Schweißleistung, die hohe physische Belastung des Schweißers und insbesondere die Abhängigkeit der Qualität vom ausführenden Schweißer.

Ferner ist bekannt, daß mit dem Elektroschlacke- und Elektrogasverfahren Schweißverbindungen in vertikale; Position ausgeführt werden können.

Diese Verfahren werden bevorzugt im Werkstattbereich und bei Schweißungen, wo keine hohen Forderungen an die Schweißguteigenschaften gestellt werden, angewendet. Die Einschränkungen für die Anwendung dieser Verfahren resultieren dabei aus dem witterungsbedingt notwendigen Schutz des Schmelzbades sowie den verfahrensbedingt auftretenden großen Schmelzbädern und Kristallisationsbedingungen.

Senkrechte Schweißverbindungen werden auch mit Hilfe des MAG- (MIG) Verfahrens manuell oder mechanisiert ausgeführt.

Die Anwendung dieser Verfahrenstechnik bleibt jedoch auf Werkstattbedingungen begrenzt, da unter Baustellenmontagebedingungen der erforderliche Gasschutz nicht gewährleistet ist. Bekannt ist in diesem Zusammenhang auch der Einsatz von schutzgaslosen und selbstschützenden Pulverdrähten. Sie haben aber den Nachteil der exakten Parametereinhaltung und hohen Porenanfälligkeit. Selbstschützende Drähte bieten jedoch den Vorteil der Witterungsunabhängigkeit.

Des weiteren ist das UP-Schweißen mit zwei 2,4mm Elektroden (Twinarc) zum beidseitigen Stumpfstoßschweißen bekannt.

(US-PS 2673916 und US-PS 2755367). Die Stützung des flüssigen Schweißgutes erfolgt uurch ein verdichtetes Glasfiberbond, wobei dieses im Schmelz· und Erstarrungsbereich mit Hilfe einer Rolle angedrückt wird.

Die angegebenon Verfahren besitzen den gemeinsamen Nachteil, daß wesentliche für die Anwendung unter v/itterungsabhängigen Baustellenbedingungen erforderliche Voraussetzungen nicht erfüllt werden. Insbesondere werden bei ".' ι vorgegebenen Verfahrensvarianten und empfohlenen Schweißverfahren die für den schweißtechnologischen P eßablauf, die Prozeßstabilität sowie die Qualität der Schweißverbindungen und des Schweißgutes wichtigen Einflußgrößen ni. oeröcksichtigt. Zum anderen liegt der Nachteil eines hohen physischen und auch ökonomischen Aufwandes bei geringer Sei vveißleistung vor.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, des Verfahren zum verdeckten Lichtbogenschweißen in vertikaler Position zu vervollkommnen, so daß unter Verzicht eines hohen ökonomischen Aufwandes die witterungsbedingt auftretenden Einflußgrößen ausgeschlossen und unter Zugrundelegung einzustellender Schweißbedingungen ein stabiler Prozeßablauf sowie günstige Eigenschaften der Schweißverbindungen und des Schweißgutes bei niedrigen Einsatztemperaturen erreichbar sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schweißen in vertikaler Position zu entwickeln, wobei mit Hilfe vorgegebener Schweißbedingungen ein witterungsunabhängiges Schweißen mit gegenüber der Elektrodenhandschweißung gesteigerter Leistungsfähigkeit erreichbar ist. Gleichzeitig soll es die Herstellung eines hohl Zähigkeitseigenschaften anweisenden Schweißgutes ermöglichen.

Erfiridungsgemäß wird die Aufgabe bei Einsatz des Unterpulverschweißverfanrens dadurch gelöst, daß ein unmittelbar über einem Formschuh befindlicher Lichtbogenraum innerhalb einer dreieckförmigen öffnung durch die Wahl spezifischer Schweißbodingungen so eingestellt wird, daß unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Viskosität einer Schlacke des gewählten Schweißpulvers eine Schmelze (Schweißgut)-/Schlackenverhä1tnis von

1:2,5 bis 1:3,5

herausgebildet und nine Schichtdicke der Schlacke von mindestens 2,0mm erreicht werden.

Unter diesen Bedingungen tritt im Bereich der Wurzel eine quasi freie Nahtformung ciif, die durch eine durchgängig geschmolzene Schlacke im Bereich zwischen Formschuh und Nahtoberfläche gekennzeichnet wird.

Gleichzeitig sind diese Bedingungen Voraussetzung für den Ablauf der zur Erzeugung einer porenfreien Naht erforderlichen schweißmetallurgischen Reaktionsprozesse, d.h. den Ablauf der zwischen Pulver/Schlacke und der flüssigen Schmelze ablaufenden Reaktionen.

Beim Schweißen der nachfolgenden Lage ist das orfindungsgemäß angegebene Verhältnis zwischen flüssiger Schmelze (Schweißgut) und Schlacke wiederum so einzustellen.

Da die im Bauteil vorhandene Energiemenge sowohl Einfluß auf die schweißtechnologischen Bedingungen als auch den Ablauf der schweißmetallurgischen Reaktionen hat, kann der Erstarrungsprozeß des Schweißgutes und der Schlackenschicht durch eine zusätzliche kühlende Wirkung des Formschuhs unterstützt werden.

Sind dickere Querschnitte bzw. unterschiedliche Nahtarten zu schweißen, machen sich zur Einhaltung der erfindungsgemäßen Bedingungen Formschuhe mit anderen geometrischen Verhältnissen erforderlich.

Entscheidend für die im Zusammenhang mit einem gesicherten schweißtechnologischen Ablauf einerseits und dem Erreichen hoher mechanischer Güteworte und insbesondere Zähigkeitseigenschaften bestehenden Problemen andererseits ist dabei, daß die erfindungsgemäßen Schweißgut-ZSchlackenverhältnisse als Funktion der Parameter und das gesicherte Abdecken durch die Schlacke eingehalten werden.

Ausführungsbeisplel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden, wobei die Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens in Form des Schweißens einer St^!rnkehlnaht wiedergibt.

Ein profilierter Formschuh 1 wird gegen das Grundblech 2 und das Deckblech 3 federnd gedruckt, wobei durch das Profil des Formschuhes 1 eine dreieckförmige Öffnung 4 entsteht.

Durch Abschmelzen der Elektrode 5 unter der Schweißpulverschicht 6 werden bei Anwendung oben genannter Bedingungen die Naht 7 sowie die die Naht schützende Schlacke 8 gebildet.

Geschweißt werden kann beispielsweise mit einem Drahtdurchmesser von Ί,2 mm, wobei die Maske 10Mn 4 zum Einsatz kommt. Als Pulver mit entsprechender Schlackenviskosität wird Pi 28ES eingesetzt. Die Pulverkörnung wird mit max. 1,6mm begrenzt. Die mit der Stromquelle RGSa 315 zur Erzielung entsprechender Kehl- bzw. Stirnkehlnähte realisierten Schweißparameter sind wie folgt:

Nahtart	Nahtdicke	Schweiß-	-spannung	•geschwindigk.	Pendel
		•Stromstärke	V	cm/min	breite
	mm	A	23	12	mm
Stirnkehl·	5,5	125			6
naht			23	14
Kehlnaht	4	110	23	11,5	5
	5	130	23	11	7
	5,5	135		7

In einem 2. Ausführungsbeispiel werden weitere Verfahrensbedingungen vorgeschlagen, die die erfolgreiche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewährleisten. Danach sind Elektroden im Durchmesserbereich vu» 1,0 bis 1,6mm verwendbar, wobei das Schweißpulver ein Kornspektrum von 0,25 bis 1,6mm besitzt und die Schlacke eine Viskosität zwischen 0,2 bis 0,5Pa · s bei 1400°C erreicht. Die Elektroden werden stationär oder pendelnd unter einem Anstellwinkel von 9O⁰C bis 110°C schleppend geführt, wobei ein Wärmeeintrag von maximal 18000 J/m unter Anwendung eines Formschuhes zu verzeichnen ist. Vorteilhaft wird ein mit etwa 2 bis 2,5% Ni legierter Zusatzwerkstoff eingesetzt, wodurch eine hohe Schlagarbeit bis -30⁰C erreichbar ist.

Claims (1)

1. Verfahren zum Unterpulverschweißen in vertikaler Position an Kehl-, Stirnkehlnähten und Stumpfstößen zur Anwendung unter witterungsabhängigen Baustellenbedingungen sowie auch Wertstattbedingungen bei gleichzeitig hohen Anforderungen an die Eigenschaften der Schweißverbindung sowie einer gegenüber der Handschweißung gesteigerten Leistungsfähigkeit, gekennzeichnet dadurch, daß ain unmittelbar Über einem Formschuh (1) befindlicher Lichtbogenraum innerhalb einer dreieckförmigen Öffnung (4) durch die Wahl spezifischer Schweißbedingungen so eingestellt wird, daß unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Viskosität einer Schlacke (8) des gewählten Schweißpulvers ein Schmelze (Schweißgut)-/Schlackenverhältnis von

1:2,5 bis 1:3,5