DE102016005310A1 - VERBESSERTER SCHWEIßPROZESS - Google Patents

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DE102016005310A1
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Abstract

Die im vorliegenden Text beschriebene Erfindung betrifft allgemeinen einen verbesserten Prozess auf dem Gebiet des Schweißens unter Verwendung von Kontaktspitze-zu-Werkstück-Distanzen, die länger als empfohlen sind, in Verbindung mit effektiv reduzierten Schutzgasströmungsraten durch Hinzufügen zwischen 0,25 und 10 Teilen mindestens eines Porositätsreduktionsmittels zu der Elektrodenzusammensetzung, die eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: (a) mindestens einem Metallnitridbildner, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Ca, Ba und Al, einschließlich ihrer Metalllegierungen oder Legierungen, die mindestens eines der genannten Metalle enthalten, und wobei des Weiteren, wenn kein Al in dem mindestens einen Metallnitridbildner vorliegt, eine Li-Verbindung substituiert wird; oder (b) mindestens einem Seltenerdenmetall, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc und Y, einschließlich Kombinationen von (a) und (b).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die im vorliegenden Text beschriebene Erfindung betrifft allgemein einen verbesserten Prozess zum Schweißen unter Verwendung von Kontaktspitze-zu-Werkstück-Distanzen, die länger als empfohlen sind, in Verbindung mit reduzierten Schutzgasströmungsraten und Schweißzusammensetzungen zum Erreichen derselben.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Beim Schweißen und Fügen schwerer Profilplatten unter Verwendung einer übermäßig großen Kontaktspitze-zu-Werkstück-Distanz (Contact Tip to Work Distance, CTWD) im Vergleich zur empfohlenen Distanz (z. B. bis zu 2,5'', wenn eine empfohlene Distanz beispielsweise 1 3/8'' wäre) und unter Verwendung einer übermäßig hohen Spannung (z. B. bis zu 36 Volt) und höheren Schutzgasraten als den empfohlenen (was zu einer effektiv niedrigeren Schutzgasrate aufgrund von Verwirbelungen führt) kommt es im Inneren von Schweißraupen zu Porosität, wenn eine T5-Schweißelektrode verwendet wird.
  • Ohne an irgendeine Theorie oder einen bestimmten Betriebsmodus gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass mindestens eine der Ursachen dieser Porosität ein übermäßig hoher Stickstoffgehalt in der schmelzflüssigen Schweißpfütze ist.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Prozess zum Reduzieren der Porosität einer Schweißraupe bereitgestellt, die außerhalb der empfohlenen Kontaktspitze-zu-Werkstück-Distanz unter Verwendung einer abgeschirmten Flussmittelkernelektrode gezogen wird, wobei der Prozess den Schritt umfasst, mindestens einen Porositätsverringerer, der aus folgender Gruppe ausgewählt ist: (a) mindestens ein Metallnitridbildner, oder (b) mindestens eine Seltenerdenverbindung, zu der Elektrodenzusammensetzung hinzuzufügen, wobei das vorangestellte „oder” in einem trennenden Sinn verwendet wird, sowie Kombinationen von (a) und (b), wobei das vorangestellte „und” in einem verbindenden Sinn verwendet wird.
  • In einem Aspekt der Erfindung ist der mindestens eine Metallnitridbildner ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Ca, Ba und Al, einschließlich ihrer Metalllegierungen oder Legierungen, die mindestens eines der genannten Metalle enthalten.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfassen die Metalllegierungen des mindestens einen Nitridbildners eine Al/Zr-Pulverlegierung (50/50) und eine Ca/Si/Ba-Pulverlegierung (4–19% Ca/45–65% Si/8–18% Ba/max. 9% Fe/max. 1% Al).
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist des Weiteren anzumerken, dass die Zugabe eines Seltenerdenmetalls die Nitridierungseigenschaften verbessert. Im Sinne dieser Anmeldung gehören zu den Seltenerdenmetallen, oft in der Silicid- oder Oxidform: ein Satz von siebzehn chemischen Elementen im Periodensystem der Elemente, speziell die fünfzehn Lanthanide: La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu; sowie Sc und Y. Scandium und Yttrium werden als Seltenerdenelemente angesehen, weil sie in denselben Erzlagern vorkommen wie die Lanthanide und ähnliche chemische Eigenschaften aufweisen. Trotz ihres Namens sind Seltenerdenelemente – mit Ausnahme des radioaktiven Promethiums – relativ reichlich in der Erdkruste vorhanden. Sie kommen in der freien Natur im Allgemeinen gemeinsam vor und lassen sich nur schwer voneinander trennen. Jedoch sind Seltenerdenelemente aufgrund ihrer geochemischen Eigenschaften in der Regel weit verteilt und finden sich nicht oft konzentriert als Seltenerdenmineralien in wirtschaftlich ausbeutbaren Erzlagern.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Elektrodenzusammensetzung für eine abgeschirmte T5-Flussmittelkernelektrode bereitgestellt, die Gehalte an diffundierbarem H4-Wasserstoff erfüllt, wie in Tabelle I veranschaulicht. Die Elektrodenzusammensetzungen, die im Sinne dieser Anmeldung die Bezeichnung T5 haben, werden mit einem CO2-Schutzgas verwendet, obgleich die Elektroden mit einer Mischung von CO2 und Ar verwendet werden können, um Schweißspritzer zu reduzieren. Es ist des Weiteren anzumerken, dass im Sinne dieser Anmeldung diese Elektroden eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis (CaF2) haben. Tabelle I
    Komponente Teile
    Gusseisenpulver 3,5–5
    Fe 50–60
    TiO2 0,4–1,0
    Mn 3,2–4,2
    Ferrosilicium (47–52% Si) 0,15–0,35
    Ferromangansilicium (59–63% Mn/29–32% Si) 8,6–12,6
    CaF2 18–22
    K2TiO3 3,0–7,0
    mindestens ein Porositätsverringerer 0,25–10,0
    Gesamtmenge 100
  • Im vorliegenden Text wird ein Prozess beschrieben, um die Porosität einer Schweißraupe zu reduzieren, die außerhalb der empfohlenen Kontaktspitze-zu-Werkstück-Distanz unter Verwendung einer abgeschirmten Flussmittelkern-T5-Elektrode gezogen wird, wobei die mit der T5-Elektrode gezogene Schweißnaht diffundierbaren Wasserstoff, gemessen in ml/100 g Schweißablagerung, von maximal 4,0 aufweist, wobei der Prozess folgenden Schritt umfasst: Hinzufügen zwischen 0,25 und 10 Teilen mindestens eines Porositätsreduktionsmittels zu der Elektrodenzusammensetzung, umfassend eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (a) mindestens einem Metallnitridbildner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Ca, Ba und Al, einschließlich ihrer Metalllegierungen oder Legierungen, die mindestens eines der genannten Metalle enthalten, und wobei des Weiteren, wenn kein Al in dem mindestens einen Metallnitridbildner vorliegt, eine Li-Verbindung substituiert wird; oder (b) mindestens einem Seltenerdenmetall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc und Y, einschließlich Kombinationen von (a) und (b).
  • In dem oben erwähnten Prozess wird die Li-Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Li2CO3 und LiF, bevorzugt LiF. In dem Prozess enthalten die Metalllegierungen des mindestens einen Nitridbildners eine Al/Zr-Pulverlegierung und eine Ca/Si/Ba-Pulverlegierung. In einem Aspekt der Erfindung enthält der beanspruchte Prozess die Zugabe mindestens eines Seltenerdenmetalls, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Cer und Lanthan.
  • In einer Zusammensetzung wird eine abgeschirmte Flussmittelkernelektrode mit einem Gehalt an diffundierbarem Wasserstoff in einer mit der Elektrode gezogenen Schweißnaht von maximal 4,0 ml/100 g Schweißablagerung bereitgestellt, wobei die Elektrode mindestens ein Porositätsreduktionsmittel umfasst, wobei die Elektrode eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis bildet, wobei das mindestens eine Porositätsreduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (a) mindestens einem Metallnitridbildner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Ca, Ba und Al, einschließlich ihrer Metalllegierungen oder Legierungen, die mindestens eines der genannten Metalle enthalten, und wobei des Weiteren, wenn kein Al in dem mindestens einen Metallnitridbildner vorliegt, eine Li-Verbindung substituiert wird; oder (b) mindestens einem Seltenerdenmetall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc und Y, einschließlich Kombinationen von (a) und (b).
  • Die Li-Verbindung ist aus der Gruppe bestehend aus Li2CO3 und LiF, bevorzugt LiF, ausgewählt. Die Metalllegierungen des mindestens einen Nitridbildners enthalten eine Al/Zr-Pulverlegierung und eine Ca/Si/Ba-Pulverlegierung. Das mindestens eine Seltenerdenmetall ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthan und Cer.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Prozess zum Reduzieren der Porosität einer Schweißraupe beschrieben, die außerhalb der empfohlenen Kontaktspitze-zu-Werkstück-Distanz unter Verwendung einer abgeschirmten Flussmittelkern-T5-Elektrode gezogen wird, wobei die mit der T5-Elektrode gezogene Schweißnaht diffundierbaren Wasserstoff, gemessen in ml/100 g Schweißablagerung, von maximal 4,0 aufweist, wobei der Prozess folgenden Schritt umfasst: Hinzufügen zwischen 0,25 und 10 Teilen mindestens eines Porositätsreduktionsmittels zu der Elektrodenzusammensetzung, die eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis umfasst, wobei das mindestens eine Porositätsreduktionsmittel mindestens ein Seltenerdenmetall umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc und Y.
  • In dem Prozess enthält die abgeschirmte Flussmittelkernelektrode des Weiteren eine Li-Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Li2CO3 und LiF, bevorzugt LiF. Das mindestens eine Seltenerdenmetall ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cer und Lanthan.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine abgeschirmte Flussmittelkernelektrode beschrieben, die einen diffundierbaren Wasserstoff in einer mit der Elektrode gezogenen Schweißnaht von maximal 4,0 ml/100 g Schweißablagerung aufweist, wobei die Elektrode mindestens ein Porositätsreduktionsmittel umfasst, wobei die Elektrode eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis bildet, und wobei das mindestens eine Porositätsreduktionsmittel mindestens ein Seltenerdenmetall enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc und Y.
  • Die Li-Verbindung wird in der Regel aus der Gruppe bestehend aus Li2CO3 und LiF, bevorzugt LiF, ausgewählt, während das mindestens eine Seltenerdenmetall aus der Gruppe bestehend aus Lanthan und Cer ausgewählt wird.
  • Diese und weitere Aufgaben dieser Erfindung werden offenkundig, wenn sie im Licht der Zeichnung, der detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Ansprüche betrachtet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Balkendiagramm von Stickstoff, der in Einzellagenschweißnähten unter Verwendung verschiedener Elektroden gemessen wurde, wobei die Schweißraupe zwei Inch vom Ende der Endschweißraupe angebohrt wurde, und wobei die verwendeten Schweißbedingungen folgende waren: CTWD = 2,5''; Drahtzufuhrgeschwindigkeit (Wire Feed Speed, WFS) = 300 ipm; Spannung = 36 V; Vorschubgeschwindigkeit = 11,9 ipm; Stromstärke = ca. 450 A; eine CO2-Gasströmungsrate von 35 CFH; und ein Drahtdurchmesser von 3/32''.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Der beste Modus zum Ausführen der Erfindung wird nun für die Zwecke der Veranschaulichung des besten Modus beschrieben, der dem Anmelder zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Patentanmeldung bekannt ist. Die Beispiele und Figuren sind nur veranschaulichend und sollen die Erfindung, die allein am Schutzumfang und Wesen der Ansprüche zu ermessen ist, nicht einschränken.
  • Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes verlangt, ist das Wort „und” verbindend, und das Wort „oder” ist trennend. Wenn der Artikel im trennenden Sinn verwendet wird, gefolgt von den Worten „oder beide” oder „Kombinationen davon”, so sind sowohl der verbindende als auch der trennende Sinn gemeint.
  • Porosität in der schmelzflüssigen Schweißpfütze kann durch viele Faktoren verursacht werden, von denen mindestens einer das Vorhandensein von übermäßig viel Stickstoff enthält. Eine Vorgehensweise zum Reduzieren des Stickstoffgehalts ist das Kombinieren des Stickstoffs im schmelzflüssigen Zustand. Dies geschieht durch die Zugabe mindestens eines Metallnitridbildners, z. B. die Zugabe von metallischem Ti, Zr, Ca, Ba und Al und Metalllegierungen davon, oder Legierungen, die mindestens eines der genannten Metalle enthalten, oder durch die Zugabe mindestens eines Seltenerdenminerals oder beider Zugaben. Die Nitridbildner kombinieren sich mit dem verfügbaren Stickstoff in Lösung und schwimmen in die Schlacke aus. Es können ein paar Nitride in der erstarrten Lösung vorhanden sein, nachdem das Schweißen vollendet ist. Unter Verwendung der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung konnte die Menge an Schweißmetallstickstoff im Vergleich zu dem Flussmittelkernelektroden-Standardprodukt UltraCore® 75C von der Lincoln Electrical Company um 25–55% reduziert werden. Bei Fehlen von Al in der Elektrode ist es möglich, Lithiumcarbonat (Li2CO3) und Lithiumfluorid (LiF) zu substituieren, obgleich anzumerken ist, dass Li2CO3 Wasser absorbiert und dazu neigt, den Wasserstoffgehalt im Schweißmetall zu vergrößern, weshalb es nicht bevorzugt ist.
  • Die Zugabe von LiF scheint in einigen Fällen die Tröpfchentransfergröße in dem Schweißlichtbogen zu beeinflussen, indem das Tröpfchen kugelförmiger wird und eine zusätzliche Abschirmung für das Lichtbogenplasma erzeugt, was zu einer weiteren Verringerung der Porosität führen kann.
  • Lincoln Electrics UltraCore® 75C ist eine T5-Schweißelektrode, die für eine hohe Ablagerung in den flachen und horizontalen Positionen ausgelegt ist, um Gehalte an diffundierbaren H4-Wasserstoff zu erreichen. Sie wird in der Regel zum Schweißen mit 100% CO2 als einem Schutzgas für höchste Lichtbogenleistung und bestes Schweißraupenaussehen verwendet. Die empfohlene Strömungsrate liegt zwischen 40–55 CFH.
  • Im Sinne dieser Anmeldung enthält eine T5-Schweißelektrode eine abgeschirmte T5-Flussmittelkernelektrode, die Gehalte an diffundierbarem H4-Wasserstoff erfüllt, wie in Tabelle II veranschaulicht. Die Elektrodenzusammensetzungen, die im Sinne dieser Anmeldung die Bezeichnung T5 haben, werden mit einem CO2-Schutzgas verwendet, obgleich die Elektroden auch mit einer Mischung von CO2 und Ar verwendet werden können, um Schweißspritzer zu reduzieren. Es ist des Weiteren anzumerken, dass im Sinne dieser Anmeldung diese Elektroden eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis (CaF2) haben.
  • Darüber hinaus umfasst im Sinne dieser Anmeldung die Kalk-basierte Schlacke oder CaF2, die bzw. das entsteht, bevorzugt ungefähr 80% des Schlackesystems.
  • Im Sinne dieser Anmeldung meint der Begriff „ungefähr” innerhalb 10% des genannten Wertes, sofern nichts anderes angemerkt wird.
  • Lincoln Electrics Schweißelektroden vom Typ UltraCore® 75C werden in der Regel in den folgenden Drahtdurchmessern verkauft, die sowohl in Inch als auch (in Klammern) in mm angegeben sind: 1/16'' (1,6), 5/64'' (2,0) und 3/32'' (2,4). Die mechanischen Eigenschaften, wie sie von AWS A5.20/A5.20M (2005) verlangt werden, sind in Tabelle II unten veranschaulicht. Tabelle II
    Praktische Fließgrenze MPa (ksi) Zugfestigkeit MPa (ksi) Längung % Kerbschlagversuch nach Charpy J(ft·lbf)
    bei –29°C (–20F) bei –40°C (–40°F)
    Anforderungen – AWS E70T-5C-JH4 400 (58) min. 480–655 (7095) 22 min. 27 (20) min. 27 (20) min.
    Typische Ergebnisse (bei Schweißung mit 100% CO2) 465–510 (6874) 545–580 (7984) 29–32 91–142 (67–105) 53–113 (39–83)
  • Die Ablagerungszusammensetzung, wie von AWS A5.20/A5.20M (2005) verlangt, ist in Table III veranschaulicht. Tabelle III
    % C % Mn % Si % S % P Diffundierbarer Wasserstoff (ml/100 g Schweißablagerung)
    Anforderungen – AWS E70T-5C-JH4 0,12 max. 1,75 max. 0,90 max. 0,03 max. 0,03 max. 4,0 max
    Typische Ergebnisse (bei Schweißung mit 100% CO2) 0,06– 0,08 1,51– 1,66 0,44– 0,53 0,01 0,01 2–4
  • Die typischen Betriebsverfahrens für die flache und horizontale Schweißposition sind folgende, wie in Tabelle IV angegeben. Tabelle IV
    Durchmesser, Polarität, Schutzgas CTWD mm (in) Drahtzufuhrgeschwindigkeit m/min (in/min) Spannung (Volt) Strom, ungefähr (A) Abschmelzrate kg/h (lb/hr) Ablagerungsrate kg/h (lb/hr)
    1/16'' (1,6 mm), Gleichstrom+, 100% CO2 19–25 (3/4–1) 5,1 (200) 29–34 230 4,0 (8,7) 3,1 (6,9)
    6,4 (250) 31–36 270 5,0 (11,101) 3,8 (8,5)
    7,6 (300) 32–37 295 5,9 (13,1) 4,5 (10,0)
    8,9 (350) 33–38 335 6,9 (15,2) 5,5 (12,1)
    10,2 (400) 33–38 360 7,9 (17,4) 6,3 (13,9)
    12,7 (500) 35–40 415 9,9 (21,8) 7,9 (17,5)
    5/64'' (2,0 mm), Gleichstrom+, 100% CO2 25–32 (1–1¼) 5,1 (200) 29–34 295 5,7 (12,7) 4,8 (10,5)
    6,4 (250) 30–35 345 7,2 (15,9) 6,0 (13,2)
    7,6 (300) 32–37 390 8,6 (19,0) 7,1 (15,6)
    8,9 (350) 33–38 425 10,1 (22,3) 8,5 (18,7)
    10,2 (400) 34–39 465 11,5 (25,3) 9,9 (21,8)
    3/32'' (2,4 mm), Gleichstrom+, 100% CO2 32 (1 3/8) 3,2 (125) 23–28 335 5,5 (12,2) 4,8 (10,7)
    5,1 (200) 27–32 445 8,8 (19,3) 7,6 (16,7)
    6,4 (250) 29–34 500 10,9 (24,1) 9,6 (21,3)
    7,6 (300) 31–36 590 13,2 (29,2) 11,8 (26,0)
    8,3 (325) 32–37 605 14,2 (31,4) 12,8 (28,3)
  • Ein Vergleichssatz von Beispielen wurde hergestellt (siehe Tabelle V), und eine Teilmenge wurde getestet, um eine verringerte Porosität zu veranschaulichen, wie in 1 veranschaulicht. Tabelle V
    Figure DE102016005310A1_0002
    Figure DE102016005310A1_0003
  • In der obigen Tabelle repräsentiert (S) eine standardmäßige T5-Schweißelektrode, wie sie durch die Lincoln Electrical Company verkauft wird, und mindestens die Beispiele (1) bis (4) weisen reduzierte Porosität auf. Von Beispielen (7) bis (13) wird erwartet, dass sie ebenfalls reduzierte Porosität aufweisen. Die Beispiele (5) und (6) erwiesen sich als nicht besser als eine standardmäßige abgeschirmte Flussmittelkern-T5-Schweißelektrode. Wie in 1 veranschaulicht, war die Porosität beim Schweißen außerhalb der in Tabelle IV veranschaulichten empfohlenen Spezifikationen inakzeptabel.
  • In 1 erwiesen sich die Muster 1–4 als besser als die standardmäßige T5-Elektrode (S) und auch als besser als die Vergleichstestzusammensetzungen 5–6, deren Zusammensetzungen in Tabelle IV zu finden sind. Die bisher beste Zusammensetzung zeigte eine 52%-ige Reduzierung des Stickstoffs im Schweißmetall im Vergleich zur standardmäßigen T5-Elektrode (S). Es wird erwartet, dass die Muster 7–13 besser sind als die standardmäßige Elektrode (S).
  • Die Einarbeitung von Metallnitridbildnern, z. B. die Zugabe mindestens eines metallischen Ti, Zr, Ca, Ba und Al, einschließlich ihrer Metalllegierungen oder Legierungen, die mindestens eines der genannten Metalle enthalten, zu der Flussmittelkernelektrode UltraCore® 75C mit der standardmäßigen Zusammensetzung führte zu einer reduzierten Porosität, was mindestens teilweise darauf zurückzuführen ist, dass der Stickstoffgehalt zwischen ungefähr 25 und 55% im Vergleich zu dem standardmäßigen Flussmittelkernelektrodenprodukt UltraCore® 75C lag. Es ist anzumerken, dass Flussmittelkernelektroden des Typs UltraCore® 75C den Porositätstest, der in der Legende zu Tabelle VI veranschaulicht ist, nicht bestehen. Bei Fehlen von Al in der Elektrode ist es möglich, Lithiumcarbonat (Li2CO3) und Lithiumfluorid (LiF) zu substituieren. Ein weiterer Satz experimenteller Ergebnisse ist in Tabelle VI veranschaulicht. Tabelle VI (Nennfüllgehalt in Prozent ist 25,5%)
    (S) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20)
    Komponente Teile
    Gusseisenpulver 3,5–5 3,00 1,50 1,50 1,50
    Al 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,50
    Fe 50–60 56,85 58,85 59,35 59,85 60,35 61,35 61,10
    TiO2 0,4–1,0 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70
    Mn-Erz (etwas Al) 3,2–4,2 3,80 3,80 3,80 3,80 3,80 3,80 3,80
    Fe/Si-Legierung 0,15–0,35
    Fe/Mn/Si-Legierung 8,6–12,60 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00
    CaF2 18–22 20,20 20,20 20,20 20,20 20,20 20,20 20,20
    K2TiO3 3,0–7,0 4,70 4,70 4,70 4,70 4,70 4,70 4,70
    Ti 2,00 1,50 1,00 0,50 1,50 0,50 1,00
    Gesamtmenge 100 100 100 100 100 100 100 100
    Physikalische Daten
    0,2% praktische Fließgrenze (ksi) 58 (min) 79,8 77,3 79,2 76,9 81,7 80,2 73,9
    Zugfestigkeit (ksi) 70–95 92,2 89,2 91,0 88,8 93,8 90,7 85,4
    % Längung 22 (min) 25 26 19 23 25 27 28
    Kerbschlagversuch nach Charpy (–20°F) (ft·lbs) 55 67 36 31 36 59 38
    Kerbschlagversuch nach Charpy (–40 T) ((ft·lbs)) 20 (min) 24 22 30 19 22 39 33
    Chemische Zusammensetzung des Schweißmetalls
    C 0,12 (max) 0,07 0,05 0,07 0,07 0,06 0,07 0,06
    Mn 1,75 (max) 1,51 1,54 1,55 1,43 1,53 1,49 1,41
    Si 0,9 (max) 0,50 0,51 0,48 0,41 0,48 0,44 0,43
    S 0,03 (max) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
    P 0,03 (max) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
    N 0,0052 0,0090 0,0073 0,0087 0,0054 0,0167 0,0050
    O 0,0633 0,0732 0,0594 0,0662 0,0583 0,0795 0,0530
    Cu 0,036 0,048 0,098 0,089 0,093 0,103 0,072
    Ni 0,0310 0,0240 0,0450 0,0390 0,0410 0,0460 0,0230
    Al Bericht 0,032 0,038 0,042 0,062 0,041 0,045 0,029
    Ti 0,0748 0,0827 0,0563 0,0318 0,0784 0,0350 0,0594
    Diffundierbarer Wasserstoff 4,0 (max) < 4 < 4 < 4 < 4 < 4 < 4 < 4
    (ml/100 g Schweißablagerung)
    * WFS (ipm) = 300; CTWD (in) = 2½; Spannung = 36; Vorschubgeschwindigkeit (ipm) = 11,9; Strom = 450 (ungefähr); Gasströmungsrate (cfh) = 35
  • Ein weiterer Satz Experimente ist in Tabelle VII charakterisiert, wo die Einbindung von Seltenerdenmetallen veranschaulicht ist, einschließlich Seltenerdensiliciden und -oxiden. Tabelle VII (Nennfüllgehalt in Prozent ist 25,5%)
    (S) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27)
    Komponente Teile
    Al 0,75 0,75 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
    Fe 50–60 61,35 60,85 57,10 59,10 60,20 59,80 57,80
    Mn 4,00 2,00 1,10
    TiO2 0,4–1,0 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70
    Mn-Erz (etwas Al) 3,2–4,2 3,80 3,80 3,80 3,80 3,80 3,80 3,80
    Fe/Mn/Si-Legierung 8,6–12,60 8,00 8,00 4,00 5,80 8,00 8,00
    CaF2 18–22 20,20 20,20 20,20 20,20 20,20 20,20 20,20
    K2TiO3 3,0–7,0 4,70 4,70 4,70 4,70 4,70 4,70 4,70
    Ti 0,50 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
    Seltenerden-Silicid(1) 8,00 4,00 2,00
    CeO2 2,00 4,00
    Gesamtmenge 100 100 100 100 100 100 100 100
    Schlackezusammensetzung 25,60% 25,60% 25,60% 25,60% 25,60% 25,60% 24,90% 24,90%
    Metallische Zusammensetzung 74,40% 74,40% 74,40% 74,40% 74,40% 74,40% 75,10% 75,10%
    CaF % Schlacke 78,90% 78,90% 78,90% 78,90% 78,90% 78,90% 81,10% 81,10%
    * WFS (ipm) = 300; CTWD (in) = 2½; Spannung = 36; Vorschubgeschwindigkeit (ipm) = 11,9; Strom = 450 (ungefähr); Gasströmungsrate (cfh) = 35
    (1) Im Sinne dieser Anmeldung hat Seltenerden-Silicid die ungefähre Zusammensetzung, wie in Tabelle VIII veranschaulicht. Tabelle VIII
    Element Prozentsatz Element Prozentsatz
    Si Rest Pr 1–2%
    Re 29–35% C 1% max.
    Fe 26–33% Mo 1% max.
    Ce 14–18% P 0,2% max.
    La 9–12% S 0,2% max.
    Nd 4–5% Ti 0,1% max
  • In einer speziellen Analyse von Seitenerden-Siliciden wurde die folgende Zusammensetzung experimentell bestimmt, wie in Tabelle IX veranschaulicht. Tabelle IX
    Figure DE102016005310A1_0004
  • Es wird angenommen, dass die Einbindung mindestens eines Seltenerden-Silicids und/oder mindestens eines Seltenerdenoxids, bevorzugt Kombinationen davon, die Eigenschaften des Schweiß-Endprodukts verbessert, wie in Tabelle VII veranschaulicht.
  • Der beste Modus zum Ausführen der Erfindung ist für die Zwecke der Veranschaulichung des besten Modus beschrieben worden, der dem Anmelder derzeit bekannt ist. Die Beispiele sind nur veranschaulichend und sollen die Erfindung, die allein am Schutzumfang und Wesen der Ansprüche zu ermessen ist, nicht einschränken. Die Erfindung wurde anhand bevorzugter und alternativer Ausführungsformen beschrieben. Natürlich fallen dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der Spezifikation Modifizierungen und Änderungen ein. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Modifizierungen und Änderungen darin aufgenommen wind, insofern sie in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche oder ihrer Äquivalente fallen.

Claims (15)

  1. Prozess zum Reduzieren der Porosität einer Schweißraupe unter Verwendung einer abgeschirmten Flussmittelkern-T5-Elektrode, wobei die mit der T5-Elektrode gezogene Schweißnaht diffundierbaren Wasserstoff, gemessen in ml/100 g Schweißablagerung, von maximal 4,0 aufweist, wobei der Prozess folgenden Schritt umfasst: Hinzufügen zwischen 0,25 und 10 Teilen mindestens eines Porositätsreduktionsmittels zu der Elektrodenzusammensetzung, die eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (a) mindestens einem Metallnitridbildner, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Ca, Ba und Al, einschließlich ihrer Metalllegierungen oder Legierungen, die mindestens eines der genannten Metalle enthalten, und wobei des Weiteren, wenn kein Al in dem mindestens einen Metallnitridbildner vorliegt, eine Li-Verbindung substituiert wird; oder (b) mindestens einem Seltenerdenmetall, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc und Y; einschließlich Kombinationen von (a) und (b).
  2. Prozess nach Anspruch 1, wobei die Li-Verbindung aus der Gruppe bestehend aus Li2CO3 und LiF ausgewählt ist.
  3. Prozess nach Anspruch 2, wobei die Li-Verbindung LiF ist.
  4. Prozess nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Metalllegierungen des mindestens einen Nitridbildners eine Al/Zr-Pulverlegierung und eine Ca/Si/Ba-Pulverlegierung umfassen.
  5. Prozess nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine Seltenerdenmetall aus der Gruppe bestehend aus Cer und Lanthan ausgewählt ist.
  6. Prozess nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die abgeschirmte Flussmittelkern-T5-Elektrode umfasst: Komponente Teile Gusseisenpulver 3,5–5 Fe 50–60 TiO2 0,4–1,0 Mn 3,2–4,2 Ferrosilicium (47–52% Si) 0,15–0,35 Ferromangansilicium (59–63% Mn/29–32% Si) 8,6–12,6 CaF2 18–22 K2TiO3 3,0–7,0 mindestens ein Porositätsverringerer 0,25–10,0 Gesamtmenge 100
  7. Abgeschirmte Flussmittelkernelektrode mit einem Gehalt an diffundierbarem Wasserstoff in einer mit der Elektrode gezogenen Schweißnaht von maximal 4,0 ml/100 g Schweißablagerung, wobei die Elektrode mindestens ein Porositätsreduktionsmittel umfasst, wobei die Elektrode eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis bildet, wobei das mindestens eine Porositätsreduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (a) mindestens einem Metallnitridbildner, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Ca, Ba und Al, einschließlich ihrer Metalllegierungen oder Legierungen, die mindestens eines der genannten Metalle enthalten, und wobei des Weiteren, wenn kein Al in dem mindestens einen Metallnitridbildner vorliegt, eine Li-Verbindung substituiert wird; oder (b) mindestens einem Seltenerdenmetall, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc und Y, einschließlich Kombinationen von (a) und (b).
  8. Abgeschirmte Flussmittelkernelektrode nach Anspruch 7, wobei die Li-Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Li2CO3 und LiF.
  9. Abgeschirmte Flussmittelkernelektrode nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Metalllegierungen des mindestens einen Nitridbildners eine Al/Zr-Pulverlegierung und eine Ca/Si/Ba-Pulverlegierung umfassen; und/oder wobei das mindestens eine Seltenerdenmetall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lanthan und Cer.
  10. Prozess zum Reduzieren der Porosität einer Schweißraupe unter Verwendung einer abgeschirmten Flussmittelkern-P5-Elektrode, wobei die mit der T5-Elektrode gezogene Schweißnaht diffundierbaren Wasserstoff, gemessen in ml/100 g Schweißablagerung, von maximal 4,0 aufweist, wobei der Prozess folgenden Schritt umfasst: Hinzufügen zwischen 0,25 und 10 Teilen mindestens eines Porositätsreduktionsmittels zu der Elektrodenzusammensetzung, die eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis umfasst, wobei das mindestens eine Porositätsreduktionsmittel mindestens ein Seltenerdenmetall umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc und Y.
  11. Prozess nach Anspruch 10, wobei die abgeschirmte Flussmittelkernelektrode des Weiteren Folgendes umfasst: eine Li-Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Li2CO3 und LiF.
  12. Prozess nach Anspruch 13, wobei das mindestens eine Seltenerdenmetall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Cer und Lanthan.
  13. Abgeschirmte Flussmittelkernelektrode mit einem Gehalt an diffundierbarem Wasserstoff in einer mit der Elektrode gezogenen Schweißnaht von maximal 4,0 ml/100 g Schweißablagerung, wobei die Elektrode mindestens ein Porositätsreduktionsmittel umfasst, wobei die Elektrode eine Schlacke auf Kalkfluorid-Basis bildet, und wobei das mindestens eine Porositätsreduktionsmittel Folgendes umfasst: mindestens ein Seltenerdenmetall, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc und Y.
  14. Abgeschirmte Flussmittelkernelektrode nach Anspruch 13, die des Weiteren Folgendes umfasst: eine Li-Verbindung, die aus der Gruppe bestehend aus Li2CO3 und LiF ausgewählt ist.
  15. Abgeschirmte Flussmittelkernelektrode nach Anspruch 13 oder 14, wobei das mindestens eine Seltenerdenmetall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lanthan und Cer.
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