DE1167632B - Verfahren zum Stumpfschweissen von Teilen aus Kohlenstoffstahl - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: B 23 k

Deutsche Kl.: 49 h - 36/01

Nummer: 1 167 632

Aktenzeichen: G 27925 VI a / 49 h

Anmeldetag: 10. September 1959

Auslegetag: 9. April 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stumpfschweißen von Teilen aus Kohlenstoffstahl, insbesondere den Enden von Rohren, ohne Flußmittel unter Verwendung eines aus Kohlenstoffstahl bestehenden Einsatzes, der zwischen die zu verschweißenden Ränder der Teile gebracht wird. Das Stumpfschweißen mit einem Einsatzring hat sich bisher insbesondere zum Verschweißen von Rohren aus rostfreiem Stahl bewährt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren so auszugestalten, daß es sich auch für Werkstücke aus Kohlenstoffstahl eignet. Das war bisher wegen der Bildung von Blasen und von porösen Stellen der Schweißnaht nur bedingt der Fall.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese Mängel durch Sauerstoff verursacht werden, der aus dem Metall der Werkstücke oder aus der Atmosphäre herrührt. Eine genaue Prüfung hat ergeben, daß dabei die folgenden Einflüsse eine entscheidende Rolle spielen:

(1) Die Zusammensetzung des Kohlenstoffstahles — es gibt weniger Blasen bei den höherstufig desoxydierten Stählen, bei denen Desoxydationsmittel hinzugefügt worden sind, um den Stahl zu beruhigen;

(2) die Temperatur des Schweißarbeitsganges — je höher die Temperatur, desto größer die Blasenbildung;

(3) die Länge der Zeit, während welcher die Schweißtemperatur aufrechterhalten wird — je größer die Zeitspanne, desto größer die Blasenbildung;

(4) die Menge des geschmolzenen Werkstoffes der Werkstücke—je größer die geschmolzene Menge, desto größer die Blasenbildung;

(5) die Abkühlgeschwindigkeit der Schweißung — je schneller diese Abkühlung, um so größer die Blasenbildung;

(6) eine etwaige Füllung des Rohres während des Schweißens mit indifferentem Gas — dann entstehen weniger Blasen.

Die Faktoren (2) bis (5) hängen von der Geschicklichkeit des Schweißers ab.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so auszugestalten, daß zu seiner Durchführung keine besondere Geschicklichkeit des Schweißers mehr erforderlich ist.

Diese Aufgabe ist nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Werkstoff für den Einsatz ein Kohlenstoffstahl verwendet wird, der als Desoxydationsmittel Silizium, Aluminium, Titan, Bor, Zirkonium, Chrom, Vanadium und/oder Mangan enthält, mit der Maß

Verfahren zum Stumpfschweißen von Teilen aus Kohlenstoffstahl

Anmelder:

Grinnell Corporation, Providence, R. I. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Licht,

München 2, Sendlinger Str. 55,

und Dr. R. Schmidt, Oppenau (Renchtal),

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. Mai 1959 (813 751) --

gabe, daß der Gehalt an Desoxydationsmittel im Einsatzwerkstoff größer ist als derjenige in den zu verschweißenden Teilen, mindestens jedoch 0,20 bis 0,35 % Silizium beträgt oder entspricht, je nach dem

Gehalt an Desoxydationsmittel in den zu verschweißenden Teilen.

Insbesondere bei schlechten Schweißbedingungen hat sich ein Gehalt an Desoxydationsmittel im Emsatzwerkstoff bewährt, der 0,65 bis 0,95% Silizium

beträgt oder entspricht.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist gekennzeichnet durch das folgende Verhältnis der im Werkstoff der zu verschweißenden Teile und im Einsatzwerkstoff enthaltenen desoxydierenden Zusätze, wobei die Zahlen für Silizium gelten:

Silizium in den Teilen	Silizium im Einsatz
0%	0,35%
0,05%	0,30%
0,10%	0,25%
0,15%	0,20%
0,20%	0,21%
0,25%	0,26%
0,30%	0,31%
0,35%	0,36%
0,40%	0,41%

Besonders empfiehlt sich die Verwendung eines inerten Gases und einer Wolframelektrode beim Ausführen des Verfahrens nach der Erfindung.

409 558/250

Der Kohlenstoffstahl, aus dem die nach dem Verfahren der Erfindung stumpf zu verschweißenden Werkstücke bestehen, kann unberuhigter, beruhigter, halbberuhigter und unruhig vergossener Stahl sein.

Nunmehr sei die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 schaubildlich und im Schnitt zwei rohrförmige Werkstücke aus Kohlenstoffstahl, die mit dem bekannten Verfahren stumpfverschweißt sind,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung von Werkstücken, die mit dem Verfahren nach der Erfindung verschweißt sind,

F i g. 3 schaubildlich den Verlauf des Schweißvorganges,

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Abänderung der Fig. 3, F i g. 6 ein Schaubild,

F i g. 7 ein Röntgenbild der Schweißnaht in F i g. 1 und

Fig. 8 ein Röntgenbild der Schweißnaht der Fig. 2.

Zwischen den zu verschweißenden rohrförmigen Werkstücken 5 aus Kohlenstoffstahl wird ein Ring 2 mit ebenen Flanken 4 zwischen Vorsprüngen 6 der Werkstücke (Rohrsegmentansätze 11) eingefügt und mit diesen Vorsprüngen verschweißt (s. Fig. 3). Das geschieht, wie aus F i g. 3 weiter ersichtlich, während eines kontinuierlichen Arbeitsganges mit Hilfe einer Elektrode 8 aus Wolfram, wobei ein indifferentes Gas zugeführt wird. Auch die Luft im Innern 7 des Rohres (s. Fig. 1) wird durch ein indifferentes Gas, z.B. Argon, mittels einer Gasleitung7α ersetzt, die durch Abschlußplatten 9 hindurchgeht, wie aus Fig. 1

ίο hervorgeht.

Besteht der Einsatzring 2 aus demselben Kohlenstoffstahl, wie die Werkstücke 5, also aus einem Stahl, der denselben Gehalt an Desoxydationsmittel aufweist, dann erfordert es große Geschicklichkeit, um in der Schweißnaht 13 b das Entstehen von Blasen 5 a (Fig. 1) und 5c (Fig. 7) zu verhindern. Dieser Mangel entfällt aber, wenn der Werkstoff des Einsatzringes 2 ein Kohlenstoffstahl ist, der einen größeren Gehalt an Desoxydationsmittel hat als der Kohlenstoffstahl der Werkstücke 5.

Beispiel 1

Die Zuammensetzung des Stahles der Werkstücke 5, des Stahlringes 2 und der fertigen Schweißnaht 13 (Fig. 2) in Gewichtsprozenten war folgende:

Ausgangsmaterial
Si I P

Rohr

Einsatzring

Schweißnaht (Schmelzprodukt)

0,19 0,12 0,15

Diese Gehalte werden als Spuren angesehen.

0,10
0,46
0,16

0,009*
0,011 *
0,011 *

0,037 *
0,025 *
0,028 *

0,002*
0,003 *
0,002*

Da die Schweißschmelze aus etwa 25 bis 35 % des Einsatzringes bestand, der einen wesentlich größeren Gehalt an Silizium- und Mangan-Desoxydationsmitteln enthielt als das Rohrmaterial, und da der Rest Rohrmaterial war, enthielt die endgültige Schweißnaht 13 weniger von diesen Desoxydationsmitteln als der Einsatzring 2, jedoch mehr als das Rohrmaterial.

Einige der ursprünglich in dem Einsatz und den Segmenten vorhandenen Desoxydationsmittel, die während des Schweißens geschmolzen waren, sind aus dem geschmolzenen Metall als Schlacke ausgeschieden, so daß der Gesamtgehalt an Desoxydationsmitteln in der erstarrten Schweißnaht geringer ist als der gesamte Anfangsgehalt im geschmolzenen Stahl.

	C	Beispiel 2	Ausgan Si	gsmaterial P	! s	Al
	0,26 0,12 0,19		0,04 0,46 0,12	0,007* 0,011* 0,010*	! 0,028* 0,025 * 0,028 *	0,002* 0,003* 0,002*
Rohr
Einsatzring	Mn
Schweißnaht	0,69 1,03 0,73

Diese Gehalte werden als Spuren angesehen.

In den beiden Beispielen 1 und 2, in denen der Stahleinsatz 2 einen wesentlich größeren Gehalt an Desoxydationsmitteln als das Rohrmaterial enthält, war die Schweißung 13, 10 und 12 im Grunddurchgang auf ihrer ganzen Länge im wesentlichen blasen-4 zeigen, und unterin F i g. 1 gezeigten

frei, wie es die F i g. 2, 3 und
schied sich dadurch von der
Schweißung.

Das in Fig. 8 gezeigte Röntgenbild stellt eine Schweißung 13 α wie die in den F i g. 2 und 3 gezeigte

5 6

dar, die im Einklang mit der vorliegenden Erfindung Die Beziehung des Mindestgehaltes an Desoxyerstellt wurde, und zeigt die Schweißung über ihre dationssilizium im Einsatz (unter der Annahme, daß ganze Länge blasenfrei. Silizium das einzige Desoxydationsmittel darin ist) zu . .,„..,.„,, , „. „ dem Siliziumgehalt im Rohr (unter gleicher Annahme) Als Beispiel fur die Rohrabmessungen der Fig. 1 _{5 ist als Kury}* _{s in F} i g. 6 für gute Schweißbedinbis 5 könnte folgendes dienen: _gfm^ z. B. F i g. 2, dargestellt; jedoch liegt ein zu-Rohraußendurchmesser 168 mm verlässiger Gehalt, um auch bei schlechteren Schweiß-Lichte Weite 154 mm bedingungen, z.B. Fig. 4, im wesentlichen blasen-

, .. , „ freie Schweißung zu sichern, innerhalb des schraffier-

Wandstarke 7 mm _{10 teQ Bandes}£ _in Fig. 6.

Stärke der Grundansätze (6) 2,36 mm I_n der Praxis ist es wünschenswert, im Einsatz 2

. . , „ ,. ., , . „. einen Gehalt an Desoxydationsmitteln zu wählen, der

Als Beispiel fur die Abmessungen des in Fig. 3 _{sogar noch den för schlechte} Schweißbedingungen

gezeigten Ringes mag dienen: erforderlichen sicheren Gehalt übertrifft und der

Außendurchmesser 161 mm ¹S innerhalb der Fläche c in F i g. 6 liegt.

τ ,4 „„-u-^^^ ι <t rvrr. Wie F i g. 6 zeigt, sollte der Mindestsiüziumgehalt

Innendurchmesser loZ mm -τ-.· .",„,,, . , _o.,. . ,⁶V .

im Einsatz 2 0,3 % sein, wenn der Sihziumgehalt im Dicke (axial) 1,59 mm _{Rohr QQ5 o/o beträgt} ^ ^₆ Schweißbedingungen gut

Beismel 3 ^se^^{n sou<ten}· Wenn andererseits die Schweißbedin-

^ 20 gungen schlecht sein sollten, wäre ein Gehalt beim

Das Rohr und der Einsatzring, die in F i g. 4 be- selben Rohr von 0,6 % nötig. Ein Gehalt gleich etwa

nutzt wurden, hatten die gleichen Zusammensetzungen 0,9 °/o Silizium im Einsatz würde für dieses Rohr-

wie jene, die in den Fig. 2 und 3 benutzt wurden; material noch zuverlässiger eine Sicherung gegen

jedoch geschah das Schweißen unter schlechteren Blasen bieten.

Schweißbedingungen. So sind einige Abschnitte 12 25 Im Hinblick auf F i g. 6 ist der Mindestgehalt von der Schweißschmelze breiter und enthalten mehr als Silizium im Einsatz unter guten Schweißbedingungen 85 bis 90% vom Rohrmaterial; die Temperaturen 0,2% bei einem Rohr, das 0,15% Silizium enthält, waren höher als die in den F i g. 2 und 3 benutzten, und ist unter diesen Bedingungen 0,35 % Silizium bei und einige Abschnitte der Schweißschmelze wurden einem Rohr, das praktisch kein Silizium enthält. Um auf diesen hohen Temperaturen während einer ver- 30 jedoch gegen schlechtere Schweißbedingungen sicher hältnismäßig langen Zeit belassen. Da jedoch der zu sein, ist ein zuverlässigerer Siliziumgehalt im EinRing 2 den richtigen Gehalt an Desoxydationsmitteln satz 0,5% bei einem Rohr mit 0,15% Silizium und hatte, ist die Schweißung im wesentlichen blasenfrei, 0,65% bei einem praktisch siliziumfreien Rohr. Es und ein Röntgenbild von ihr würde dem in Fig. 8 liegt auf der Hand, daß 0,65% Silizium eine blasengezeigten Röntgenbild entsprechen. 35 freie Schweißung unter guten und schlechten Schweiß-

Die Zusammensetzungen der endgültigen Schweiß- bedingungen und bei allen unlegierten Stahlzusam-

nähte der Beispiele 1, 2 und 3 erfüllen die Förde- mensetzungen des Rohres sichert. Um jedoch gegen

rangen der Normen und sind metallurgisch dicht. Blasen bei Schweißbedingungen sicher zu sein, die

Die Blasen in der Schweißnaht der F i g. 1 werden noch schlechter sind, ist es das Beste, einen noch

wahrscheinlich, aus Sauerstoff gebildet, der aus ver- 40 größeren Überschuß zu haben, der innerhalb oder

schiedenen Quellen herrührt; er stammt zum Teil aus oberhalb des Bandes c liegt, etwa 0,95 *>/» SiIi-

der Zersetzung von Oxyden im Rohr, wenn es ge- zium.

schmolzen wird, zum Teil aus Sauerstoff, der im Man kann infolgedessen sagen, daß der Mindest-

Rohr gelöst ist, wenn es gefertigt wird, und aus der gehalt an Silicium im Einsatz zwischen 0,2 und

Lösung durch das schnelle Abkühlen der Schweiß- 45 0,35%, allgemeiner zwischen 0,2 und 0,65% und

schmelze ausgeschieden wird, und zum Teil aus noch allgemeiner zwischen 0,2 und 0,95% schwan-

Sauerstoff von der umgebenden Atmosphäre, der sich ken kann.

in der flüssigen Schmelze löst und aus der Lösung Obwohl der Mindestgehalt an Silizium im Einsatz

ausgeschieden wird, wenn die Schmelze schnell ab- abnehmen kann, wenn der Siliziumgehalt im Rohr

gekühlt wird. 50 wächst, sollte der Siliziuminhalt im Einsatz immer

In den Beispielen 1, 2 und 3 enthält der Einsatz höher als der im Rohr sein, um die Schweißung zu

genügend Desoxydationsmittel, die zusammen mit verbessern. Im Schaubild biegt also die Kurven bei

den Desoxydationsmitteln im Rohrmaterial in die d ab, wo der Siliziumgehalt im Einsatz etwas höher

Schweißschmelze einfließen, um solche Blasen zu ver- als der im Rohr ist, und verläuft dann nach oben als

hindern. ■ ₅₅ Kurve α' parallel zur Kurve e, bei der SilMuminhalt

Der Mindestgehalt an Desoxydationsmitteln im im Einsatz gleich dem Siliziumgehalt im Rohr ist.

Einsatz 2 ist der Gehalt, der hierzu erforderlich ist, Anderenfalls würde der Gebrauch des Ringes 2 eher

da der Gehalt, an Blasen wechselt, je nachdem, ob schaden als nutzen. Bei guten Schweißbedingungen

die Schweißung unter guten oder schlechten Bedin- geben also Siliziumgehalte im Einsatz in den Flächen

gungen gemacht wird, so folgt, daß der Mindestgehalt 60 des Schaubildes oberhalb der Kurve a-a^r blasenfreie

an Desoxydationsmitteln von solchen Bedingungen Schweißungen. In den Schaubildflächen innerhalb

abhängt. Da das im Rohrmaterial anwesende Desoxy- oder oberhalb des Bandes b jedoch gewährleisten die

dationsmittel wirksame Mithilfe zum Ausschluß der Siliziuminhalte im Einsatz einen Sicherheitsfaktor für

Blasen leistet, hängt der Mindestgehalt an Desoxy- schlechtere Schweißbedingungen, während die SiIi-

dationsmitteln im Einsatz 2 auch von dem Desoxy- 65 ziuminhalte im Einsatz innerhalb oder über dem

dationsmittelinhalt im Rohrmaterial ab. Wenn das Bande liegen können, um blasenfreie Schweißung

Rohrmaterial mehr Desoxydationsmittel enthält, wird unter noch schlechteren Schweißbedingungen zu

weniger davon im Einsatz benötigt. sichern.

7 8

In F i g. 6 sind b und c als Bänder dargestellt, etwa Vio bis Vso Teile Zirkonium ersetzt werden

weil die Gehalte an Desoxydationsmittehi innerhalb kann, wie dargelegt wurde,

der Bänder etwas schwanken. Chrom ist etwa ein drittel- bis einhalbmal so wirk-

Wie festgestellt wurde, nimmt die Blasenneigung sam wie Silizium, so daß jeder Teil Silizium durch ab, wenn der Siliziuminhalt im Rohrstahl wächst; 5 etwa 3 bis 2 Teile Chrom ersetzt werden kann,

herkömmlicher Kohlenstoffstahl enthält jedoch sehr Bor ist etwa zehn- bis hundertmal so wirksam wie selten genug Desoxydationsmittel, um Blasen zu ver- Silizium, so daß jeder Teil Silizium durch etwa Vio

hindern. bis Vioo Teile Bor ersetzt werden kann.

Die meisten Kohlenstoffstähle haben weniger als Mangan ist etwa ein drittel- bis ein fünftelmal so 0,2% Silizium oder gleichwertige Desoxydations- io wirksam wie Silizium, so daß jeder Teil Silizium

mittel und nur ein ungewöhnlich beruhigter, un- durch etwa 3 bis 5 Teile Mangan ersetzt werden

legierter Stahl hat größere Gehalte und auch dann kann.

niemals mehr als 0,35 % Silizium. Infolgedessen Obwohl über die zahlenmäßigen Gehalte und Vereignet sich im praktischen Ergebnis diese Erfindung hältnisse der Desoxydationsmittel berichtet wurde, besonders für den Gebrauch mit Kohlenstoffstählen, 15 haben Desoxydationsmittel wie z. B. Aluminium die die weniger als 0,2% Silizium haben. Neigung, teilweise ausgebrannt zu werden, bevor sie

Silizium ist nur eines der geeigneten Des- ihre desoxydierende Funktion ausüben können.

Oxydationsmittel; sind andere im Einsatz 2 vor- Darüber hinaus wäre es, weil die Mindestgehalte

handen, so kann der Siliziumgehalt entsprechend an Desoxydationsmitteln im Einsatz von den sehr

vermindert oder ganz durch die anderen, erfindungs- 20 schwankenden Schweißbedingungen abhängen, schwie-

gemäßen Desoxydationsmittel ersetzt werden. rig, hier das genaue Minimum zu erläutern, das für

Die Desoxydationswirkung dieser verschiedenen jede Gruppe von Schweißbedingungen erforderlich

anderen Mittel weicht jedoch von der des Siliziums ab. ist. Daher rührt der Vorschlag, daß die größeren, in

Zum Beispiel ist Aluminium etwa zwei- bis fünf- und über dem Bandö gezeigten Gehalte benutzt mal wirksamer als Silizium. Infolgedessen können 25 werden. Um noch sicherer zu gehen, werden die alle einzelnen auf der senkrechten Achse des Schau- noch höheren in und über dem Band c gezeigten Gebildes der Fig. 6 gezeigten Siliziumgehalte durch halte vorgeschlagen. Andererseits können bei guten Aluminium im Verhältnis von etwa ¹Zt zu Vs Teilen Schweißbedingungen die Mindestgehalte der Kurve Aluminium für jeden Teil Silizium ersetzt werden. a-d mit Erfolg benutzt und deshalb als Mindest-Das gleiche trifft für das Desoxydationsmittel im 30 werte betrachtet werden.

Rohr zu, das auf der waagerechten Schaubildachse Wenn man wünscht, gerade den bloßen Mindestgezeigt ist, d. h., alle einzelnen Silizhimgehalte kön- gehalt an Desoxydationsmittehi im Einsatz 2 und nen durch Aluminium in den obengenannten Ver- keinen Sicherheitsüberschuß zu benutzen, dann muß hältnissen ersetzt werden. man eine Versuchsschweißung mit diesem Mindest-

Während also 0,3% Silizium im Einsatz bei 35 gehalt unter den zu benutzenden Schweißbedingun-0,05% Silizium im Rohrmaterial nötig ist, müssen, gen anführen, um zu bestimmen, ob sie blasenfrei wenn man 0,1% der 0,3% Silizium im Einsatz wird. Wenn sie es nicht ist, so sollte der Gehalt an durch Aluminium ersetzen will, nur die Hälfte bis Desoxydationsmittehi im Ring 2 gesteigert werden, ein Fünftel dieser 0,1% verwendet werden, um die bis er reicht, um eine blasenfreie Schweißung zu ergleiche Desoxydationswirkung hervorzurufen; daraus 40 halten. Die einzige zuverlässige Probe zur Bestimergibt sich eine Mindestmenge an Desoxydations- mung des absoluten Minimums für die auftretenden mitteln im Einsatz von 0,2% Silizium und zwischen Schweißbedingungen ist also die Beobachtung der 0,05 und 0,02% Aluminium. Diese Menge an Schweißnaht, um zu bestimmen, ob sie genügend Silizium und Aluminium würde in der Desoxydations- blasenfrei für das geschweißte Rohr und für die wirkung gleichwertig oder gleich 0,3 % Silizium sein. 45 Durchführung der beabsichtigten Aufgabe ist.

Wenn weiterhin das Rohr anstatt 0,05% Silizium Obwohl bei Verwendung des richtigen Gehaltes an

nur 0,04% Silizium und dazu zwischen etwa 0,005 Desoxydationsmittehi Schweißungen zuverlässig ohne

und 0,002% Aluminium hätte, so käme dieser Alu- Blasen erreicht werden können, die bei Durchsicht

miniumgehalt einer Desoxydationswirkung von der Schweißung oder ihres Röntgenbildes sichtbar

0,01% Silizium gleich; daher wäre die gesamte Des- 50 werden, kann die Schweißung einige Blasen enthalten

Oxydationswirkung im Rohr gleichwertig mit 0,05 % und doch noch als blasenfrei im hier benutzten Sinne

Silizium, was nach dem Schaubild etwa 0,3% SiIi- betrachtet werden, weil diese Blasen ihrer Anzahl

zium oder sein Äquivalent im Einsatz erfordern nach zu wenig und zu klein sind, um das Rohr etwa

würde. in der sicheren Benutzung für den beabsichtigten

Auf diese Weise ist es möglich, den Mindestgehalt 55 Zweck zu beeinträchtigen. Aus diesem Grunde ist es

an Desoxydationsmitteln im Einsatz für jede Korn- unmöglich, absolut genaue Blasenfreiheit zu defi-

bination von Desoxydationsmittehi im Einsatz und nieren. Andererseits kann jeder Fachmann schnell

im Rohr auszuwählen. erkennen, wenn eine Schweißung wegen der Blasen

Titan ist etwa ein bis einhalbmal so wirksam wie nicht befriedigt und wenn eine befriedigt, so richtet

Silizium, so daß ein Teil Silizium durch etwa 1 bis* 60 sich der hier benutzte Ausdruck blasenfrei an diese

2 Teile Titan ersetzt werden kann, wie oben dar- Fachleute.

gelegt wurde. Wenn außerdem erst einmal Fachleute geschult

Vanadium ist etwa zwei- bis viermal so wirksam sind, daß Blasen gemäß vorliegender Erfindung mit

wie Silizium, so daß jeder Teil Silizium durch etwa einem angemessenen, über dem des Rohres liegenden

¹Ii bis V4 Teile Vanadium ersetzt werden kann, wie 65 Gehalt an Desoxydationsmitteln im Einsatz ver-

oben dargelegt wurde. mieden werden können, so haben sie überhaupt

Zirkonium ist etwa zehn- bis fünfzigmal so wirk- keine Schwierigkeit mehr beim Bestimmen der

sam wie Silizium, so daß jeder Teil Silizium durch richtigen Gehalte, um diese Arbeit durchzuführen.

9 10

Der Gehalt an Desoxydationsmitteln im Einsatz Benutzt man hauptsächlich Bor als Desoxydations-

sollte jedoch nicht so groß sein, daß er die Schwei- mittel, so kann die Zusammensetzung des Einsatzes

ßung spröde macht oder ihr eine Zusammensetzung wie folgt variieren:

gibt, die metallurgisch von der des Rohres so ver- ^ q ^q _{mg n} ^

schieden ist, daß das geschweißte Rohr für seinen 5 ' '

beabsichtigten Zweck nicht befriedigt. ^Mn 0,075 bis 1,25

Im allgemeinen ist der Desoxydationsmittelgehalt Si 0 bis 0,15

im Einsatz angemessen, wenn der Desoxydations- P 0,01 bis 0,02*

mittelgehalt in der Schweißung nicht wesentlich ge- s 0 015 bis 0 03 *

ringer als 0,12 °/o Silizium ist, wobei die Tatsache in io », 0001 bis 0003*

Betracht gezogen wird, daß etwas von den Des- nnn-i-u· nnm

Oxydationsmitteln ausschlackt. ^{B 0}>^{001 bls} °>⁰¹⁰

Silizium ist ein bevorzugtes Desoxydationsmittel, Benutzt man hauptsächlich Vanadium als Des-

und folgende Zusammensetzung ist eine bevorzugte Oxydationsmittel, so kann die Zusammensetzung des

Zusammensetzung für den Einsatz: 15 Einsatzes wie folgt variieren:

^C 0,10 bis 0,15 _c 0,10 bis 0,15

^Mn · LOO bis 1,20 _Mn 0,075 bis 1,25

Si 0,40 bis 0,60 _{Si 0 big Q 15}

^p 0,010 bis 0,020* 2o ρ ::::::::::::: 0,01 bis o',o2*

^S 0,015 bis 0,030* _s 0,015bis0,03*

^A1 0,001 bis 0,003* _A1 0,001 bis 0,003*

Ein Silizium- oder gleichwertiger Desoxydations- V 0,10 bis 0,40

mittelinhalt von 0,35% im Einsatz sorgt für eine 25 , ,,.,',. ,

blasenfreie Schweißung sogar bei Schweißeisen. ^B™^tzt ψ* hauptsächlich Zirkonium als Des-

Wahrscheinlich nimmt der Blasengehalt mit An- Oxydationsmittel, so kann die Zusammensetzung des

wachsen des Kohlenstoffgehaltes des Rohres und Einsatzes wie folgt varneren: ■

Einsatzes, ab. Dementsprechend kann die Mindest- C ....... 0,10 bis ,0,15

menge an Desoxydationsmitteln im Einsatz beim 30 χ,- *■-■■-■ _nri^_<Ui ·.'<■>«

a 5 j tr 11 λ. α i. I^ · τ. χ. · * ' Mn 0,075 bis 1,25

Anstieg des Kohlenstoffgehaltes im Rohremsatz ge- , . ■ "

senkt werden. Der Fi g. 6 lag ein Werkstückstahl mit ^Sl ° ^bls °>¹⁵

verhältnismäßig wenig Kohlenstoff zugrunde. P 0,01 bis 0,02 *

Benutzt man hauptsächlich Silizium als Des"-' " S 0,015 bis 0,03 *

Oxydationsmittel, so kann die Zusammensetzung des 35 Al 0 001 bis 0 003 *

Einsatzes wie folgt variieren: Zt '.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 0,05 bis 0^20

,, 0075 K 195 Benutzt man hauptsächlich Chrom als Des-

^Mn U₅U/5 ms 1,25 Oxydationsmittel, so kann die Zusammensetzung des

Si 0,20 bis 0,75 ₄₀ Einsatzes wie folgt variieren:

^P 0,01 bis 0,02* _c 0,10 bis 0,15

^S 0,015bis0,03* _Mn 0,075 Ms 1,25

Al 0,001 bis 0,003* _{si 0 bis 015}

Benutzt man hauptsächlich Aluminium als Des- 45 P 0,01 bis 0,03 *

Oxydationsmittel, so kann die Zusammensetzung des S 0 015 bis 0 03 *

Einsatzes wie folgt variieren: », 0001 bis 0003 *

C 0,10 bis 0,15 Cr 0,25 bis 1,00

Mn 0,075 bis 1,25 50 Benutzt man hauptsächlich Mangan als Des-

Si 0 bis 0,15 Oxydationsmittel, so kann die Zusammensetzung des

P 0 01 bis 002 * Einsatzes wie folgt variieren:

S 0,015 bis 0,03 * C 0,10 bis 0,15

Al 0,10 bis 0,15 ₅₅ Mn 0,60 bis 3,75

Si 0 .bis 0,15

Benutzt man hauptsächlich Titan als Des- P 0 01 bis 0 02 *

Oxydationsmittel, so kann die Zusammensetzung des q 0015 bis 003 *

Einsatzes wie folgt variieren: _{A 1 n}'_nni '

C 0,10 bis 0,15 Bei einer bevorzugten Erfindungsform wird das

Mn 0,075 bis 1,25 Desoxydationsmittel mit dem Kohlenstoffstahl des

Si 0 bis 0,15 Einsatzes während der Herstellung dieses Stahles ein-

p η m KJc r> rv> * legiert, wobei dieser Einsatz aus dem Stahl in her-

S 0,015bis0,03* ⁶⁵ kommhcher Weise gefertigt wird.

Al 0,001 bis 0,003 * * τν · λ * ι, α 7

* Die m den vorstehenden Zusammensetzungen mit *

Ti 0,20 bis 0,30 bezeichneten Gehalte werden als Spuren angesehen.

Es ist aber auch möglich, einen Einsatz mit den erforderlichen Zusatzgehalten an Desoxydationsmitteln derart zu versehen, daß man einen aus herkömmlichem Kohlenstoffstahl gefertigten Einsatz verwendet, der den erforderlichen Zusatzgehalt an Desoxydationsmitteln in der Form eines Belages 14 rund um den Einsatz 16 herum trägt, wie es die Fig. 5 zeigt. Wenn so der Einsatz und das Rohrmaterial zusammenschmelzen, um die Schmelze zu bilden, liefert der Belag das erforderliche Zusatz-Desoxydationsmittel und wird in der Schmelze vollständig aufgelöst.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stumpfschweißen von Teilen aus Kohlenstoffstahl, insbesondere den Enden von Rohren, ohne Flußmittel unter Verwendung eines aus Kohlenstoffstahl bestehenden Einsatzes, der zwischen die zu verschweißenden Ränder der Teile gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für den Einsatz ein Kohlenstoffstahl verwendet wird, der als Desoxydationsmittel Silizium, Aluminium, Titan, Bor, Zirkonium, Chrom, Vanadium und/oder Mangan enthält, mit der Maßgabe, daß der Gehalt an Desoxydationsmittel im Einsatzwerkstoff größer ist als derjenige in den zu verschweißenden Teilen, mindestens jedoch 0,20 bis 0,35 Ve Silizium beträgt oder entspricht, je nach dem Gehalt an Desoxydationsmittel in den zu verschweißenden Teilen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei schlechten Schweißbedingungen der Gehalt an Desoxydaüonsmittel im Einsatzwerkstoff 0,65 bis 0,95 °/o Silizium beträgt oder entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das folgende Verhältnis der im Werkstoff der zu verschweißenden Teile und im Einsatzwerkstoff enthaltenen desoxydierenden Zusätze, wobei die Zahlen für Silizium gelten:

Silizium in den Teilen Silizium im Einsatz O°/o 0,35% 0,05% 0,30% 0,10% 0,25% 0,15% 0,20% 0,20% 0,21% 0,25% 0,26% 0,30% 0,31% 0,35% 0,36% 0,40% 0,41%

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines inerten Gases und einer Wolframelektrode.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 663 132.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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