DE1215835B

DE1215835B - Process for inert gas arc welding of work pieces made of unalloyed bulk steel

Info

Publication number: DE1215835B
Application number: DEG39131A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinrich Haala; Dr-Ing Wilhelm Mantel; Dipl-Ing Peter Ranke; Dr-Ing Lothar Wolff
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1963-11-08
Filing date: 1963-11-08
Publication date: 1966-05-05

Description

Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Werkstücken, aus unlegiertem Massenstahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Werkstücken aus unlegiertem Massenstahl, Es ist bekannt, beim Lichtbogenschweißen eine abschmelzende Drahtelektrode zu verwenden und den Lichtbogen unter einer die Schweißstelle bedeckenden Schutzgashülle brennen zu lassen, Bei diesem Verfahren finden zwischen dem geschmolzen neu Werkstück, der abschmelzenden Drahtelektrode und dem Schutzgas verwickelte physikalische und chemische Reaktionen statt. Der Ablauf und das Ergebnis dieser Vorgänge bestimmen, neben der Art der Verfahrensdurehfüluung selbst, in hohem Grade die Qualität der entstehenden Schweißnaht.Process for shielding gas arc welding of workpieces, made of unalloyed Bulk steel The invention relates to a method for gas-shielded arc welding of workpieces made of unalloyed bulk steel, It is known when arc welding Use a consumable wire electrode and place the arc under one of the die In this process, the protective gas envelope covering the welding point is allowed to burn find between the melted new workpiece, the melting wire electrode and the protective gas involved physical and chemical reactions take place. Of the The process and the result of these processes determine, in addition to the type of process duration itself, to a large extent, the quality of the resulting weld.

Eine Folgerung aus dieser bekannten Tatsache sind die Versuche, durch die chemische Zusammensetzung sowohl der Drahtelektrode als auch des Schutzgases die Qualität der Schweißnaht zu beeinflussen. So ist es unter anderem bekannt, beim Schutzgasschweißen der Schweiße zur Erzielung einer einwandfreien Schweißnaht desoxydierende Stoffe zuzuführen, üblicherweise werden diese Stoffe dem Schweißdraht schon bei seiner Herstellung als Legierungsbestandteile zugegeben. Für das Lichtbogenschweißen von unlegiertem Massenstahl unter Schutzgas sind. beispielsweise Drähte bekannt, die aus einer Stahllegierung mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und Zusätzen von Mangan mit Gehalten von 1 bis 1,6 Gewichtsprozent und Silizium mit Gehalten von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent als Desoxydationsmittel bestehen. Probeschweißungen mit Drähten dieser weitstreuenden Zusammensetzungen, die mit bekannten Prüfverfahren, wie Zerreiß- und Zähigkeitsprüfungen, untersucht werden, zeigen im allgemeinen einheitliche physikalische Eigenschaften und zufriedenstellende Gütewerte.A consequence of this well-known fact are the attempts by the chemical composition of both the wire electrode and the protective gas influencing the quality of the weld seam. So it is known, among other things, at Inert gas welding of the welds to achieve a perfect weld seam, deoxidizing Adding substances, these substances are usually already included in the welding wire added to its production as alloy components. For arc welding of unalloyed bulk steel are under protective gas. known for example wires, those made from a steel alloy with a low carbon content and manganese additives with contents of 1 to 1.6 percent by weight and silicon with contents of 0.5 to 1.5 percent by weight as a deoxidizer. Test welds with wires of these widely scattering compositions, which are tested using known test methods such as and toughness tests that are examined generally show uniform physical properties Properties and satisfactory quality values.

Diesen Versuchsergebnissen stehen jedoch die zahlreichen Erfahrungen aus der Praxis - gegenüber, bei denen Schweißnähte, die mit Drähten der obengenannten Zusammensetzungen hergestellt werden, trotz guter Zähigkeitswerte oft den hohen Sicherheitsanforderungen nicht entsprechen und sogar als unzulässig unsicher bezeichnet werden müssen. Eine häufig auftretende Erscheinung ist beispielsweise der rasche Abfall der bei Raumtemperatur noch guten Zähigkeitswerte bei Erreichen von Temperatunen unter - 20° C. Diese Eigenschaft einer Schweißnaht wird als Kriterium einer geringen Sprödbruchsicherheit angesehen und schränkt die Verwendung solcher Schweißverbindungen in der Kälte ein. Auch andere Qualitätskriterien der Schweißnaht, wie Porenhäufigkeit, Bindefehler und Gefügeschwächen, zeigen bis jetzt oft uneinheitliche Werte und beeinträchtigen dadurch ebenfalls die praktische Anwendbarkeit des Lichtbogenschweißens unter Schutzgas.However, these test results are matched by the numerous experiences from practice - as opposed to where welds made with wires of the above Compositions are produced, despite good toughness values, often the high ones Do not meet security requirements and are even labeled as impermissibly unsafe Need to become. A common phenomenon is, for example, rapid Decrease in toughness values, which are still good at room temperature, when temperatures are reached below - 20 ° C. This property of a weld seam is considered a low criterion Considered brittle fracture safety and restricts the use of such welded joints in the cold one. Other quality criteria of the weld seam, such as the frequency of pores, Defective bonding and structural weaknesses have often shown inconsistent values up to now and are detrimental thereby also the practical applicability of arc welding under protective gas.

Da alle diese bekannten Unsicherheiten durch Mängel in der Verfahrensdurchführung verursacht werden können, wurde und wird laufend versucht, durch verfahrenstechnische Verbesserungen diese Unsicherheiten zu beseitigen, Trotz zahlreicher Teil erfolge ist es jedoch bisher noch nicht gelungen, auf diesem Wege endgültig zufriedenstellende Ergebnisse zu erhalten.Since all these known uncertainties are due to deficiencies in the implementation of the procedure can be caused, has been and is continuously attempted by procedural Improvements to eliminate these uncertainties, despite numerous partial successes However, it has not yet been achieved in this way finally satisfactory Get results.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf Grund neuer Erkenntnisse über die Ursachen der bisherigen Unsicherheiten ein Verfahren anzugeben, das es gestattet, Schweißarbeiten mit einem hohen Grad an Sicherheit hinsichtlich der Qualität der Schweißnaht durchzuführen.The present invention is based on the object of new Insights into the causes of the previous uncertainties to specify a procedure, which allows welding work to be carried out with a high degree of safety the quality of the weld.

Diese Aufgabe wird durch ein Schweißverfahren gelöst, das gekennzeichnet ist durch die kombinierte Anwendung einer abschmelzenden Drahtelektrode, die in an sich bekannter Weise aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,06 bis 0,12 Gewichtsprozent, einem Mangangehalt von 1,4 bis 2,0 Gewichtsprozent und einem Gehalt an Silizium, der sich zum Mangangehalt wie 1: 2,2 bis 3,2 verhält, besteht und eines Schutzgases der Zusammensetzung 80 bis 92 Volumprozent Argon, 0 bis 0,5 Volumprozent Stickstoff, 3 bis 9 Volumprozent Sauerstoff und 5 bis 1.0 Volumprozent Kohlendioxyd.This object is achieved by a welding process that is characterized is due to the combined use of a consumable wire electrode, which in in a manner known per se from a steel alloy with a carbon content of 0.06 to 0.12 percent by weight, a manganese content of 1.4 to 2.0 percent by weight and a content of silicon, which is related to the manganese content as 1: 2.2 to 3.2, and a protective gas with a composition of 80 to 92 percent by volume argon, 0 to 0.5 volume percent nitrogen, 3 to 9 volume percent oxygen and 5 to 1.0 Volume percent carbon dioxide.

In diesem Schutzgas können noch die üblichen Verunreinigungen wie Wasserstoff und Wasserdampf bis zu etwa 0,5 Volumprozent enthalten sein, Dieangegebene Menge ist Reinargon. Bei der Herstellung des Schutzgases kann auch Rohargon verwendet werden, sofern es sich zur Herstellung der angegebenen Zusammensetzung eignet.In this protective gas, the usual impurities such as Hydrogen and water vapor may be included up to about 0.5 percent by volume, those indicated lot is pure argon. Crude argon can also be used in the production of the protective gas if it is suitable for the production of the specified composition.

Diese vorgenannte Kombination einer an sich bekannten Schweißdrahtlegierung mit einem Schutzgas der vorgenannten Zusammensetzung ist das Ergebnis der überraschenden Erkenntnis, daß nicht, wie bisher angenommen wurde, allein die Verfahrensdurchführung als entscheidend für die Qualität der Schweißung betrachtet werden muß, sondern daß auch die Menge der desoxydierenden Stoffe, die an die Schweißstelle gelangen, eine entscheidende Rolle spielt Durch' -eine- zielbewußte - Auswertung zahlreicher Versuchsergebnisse unter diesem Gesichtspunkt. konnte insbesondere nachgewiesen werden, daß es besonders vorteilhaft ist, die sogenannte 17berdesoxydation' des Schweißdrahtes so niedrig wie möglich zu halten und die Zusammensetzung des Schutzgases .sorgfältig der Zusammensetzung des Drahtes anzupassen. Die angegebenen Bereiche der chemischen Zusammensetzung, sowohl-des Schweißdrahtes als auch des Schutzgases, beinhalten günstige Kombinationen für das Lichtbogenschweißen von unlegierten Massenstählen. Zur Anpassung an spezifische Schweißaufgaben können die geeignetsten Werte aus diesen Bereichen ausgewählt werden.This aforementioned combination of a welding wire alloy known per se with a protective gas of the aforementioned composition is the result of the surprising Realization that not, as was previously assumed, only the implementation of the procedure must be regarded as decisive for the quality of the weld, but that also the amount of deoxidizing substances that reach the welding point, A decisive role is played by the -a-purposeful-evaluation of numerous Experimental results from this point of view. could be demonstrated in particular that it is particularly advantageous to carry out the so-called over-deoxidation Keep welding wire as low as possible and the composition of the protective gas .Carefully adapt to the composition of the wire. The specified ranges the chemical composition of both the welding wire and the shielding gas, contain favorable combinations for arc welding of unalloyed bulk steels. To adapt to specific welding tasks, the most suitable values can be selected from these Areas are selected.

Es hat sich weiterhin als Vorteil erwiesen, dem Schweißdraht der beschriebenen Zusammensetzung noch zusätzliche geringe Mengen anderer Metalle, insbesondere Titan mit einem Gehalt von 0 bis 0,2 Gewichtsprozent, Vanadium mit einem Gehalt von 0 bis 0,1 Gewichtsprozent und Chrom mit einem Gehalt von 0. bis 0,4 Gewichtsprozent, zuzulegieren. Auch hier können aus den angegebenen günstigen Gehaltsbereichen bei Vorliegen spezieller Probleme die am besten geeigneten Werte ermittelt werden.It has also proven to be advantageous to the welding wire described Composition still additional small amounts of other metals, especially titanium with a content of 0 to 0.2 percent by weight, vanadium with a content of 0 up to 0.1 percent by weight and chromium with a content of 0. to 0.4 percent by weight, to alloy. Here, too, you can choose from the specified favorable salary ranges If there are special problems, the most suitable values can be determined.

Als Beispiel für die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden einige Untersuchungen beschrieben, die unter dem Gesichtspunkt der Sprödbruchsicherheit der Schweißnaht durchgeführt wurden.As an example of the advantages of the method according to the invention In the following some investigations are described which were carried out from the point of view of Brittle fracture safety of the weld seam have been carried out.

Verwendet wurden hierzu Schweißdrähte mit einem Mangangehalt von 1,5 bis 1,8 und einem Gehalt an Silizium, der sich zum Mangangehalt wie 1:2,5 bis 3,0 verhält, in Kombination mit einem Schutzgas der Zusammensetzung: Argon . . . . . . . . . . 85 bis 92% Sauerstoff ....... 4 bis 7% Kohlendioxyd .... 5 bis 10% Stickstoff . . . . . . . . 0 bis 0,3% Diese Zusammensetzungen von Draht und Schutzgas haben sich in Kombination als besonders vorteilhaft erwiesen.For this purpose, welding wires with a manganese content of 1.5 to 1.8 and a silicon content that is related to the manganese content of 1: 2.5 to 3.0, in combination with a protective gas of the composition: Argon. . . . . . . . . . 85 to 92% Oxygen ....... 4 to 7% Carbon dioxide .... 5 to 10% Nitrogen. . . . . . . . 0 to 0.3% These compositions of wire and protective gas have proven to be particularly advantageous in combination.

Als qualitätskennzeichnende Größe wurde die Kerbschlagzähigkeit bestimmt. Ihre Abhängigkeit von der Temperatur gilt als Kriterium für den Grad der Sprödbruchsicherheit. Die folgenden Werte sind das Ergebnis umfangreicher Versuchsreihen. Alle Messungen wurden mit einer DVM-Probenform durchgeführt. Alle Proben bestanden aus reinem Schweißgut.The notched impact strength was determined as a quality-defining parameter. Their dependence on the temperature is a criterion for the degree of brittle fracture resistance. The following values are the result of extensive series of tests. All measurements were performed with a DVM sample mold. All samples consisted of pure weld metal.

Bei einer ersten Versuchsreihe wurden die Proben in wasserstofffrei geglühtem Zustand, d. h. nach einer Glühzeit von 4 Stunden bei 250 ° C, untersucht. Es ergaben sich folgende Werte für die Kerbschlagzähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur: bei +20° C . . . . . . . . . . 18 bis 21 mkp/cm2 bei -20° C . . . . . . . . . . 1.3 bis 14 mkp/cm2 bei -40° C . . . . . . . . . . 10 bis 13 mkp/cm2 bei -60° C .. . . . . . ... . . - 8 bis 11 mkp/cm2 Bei einer zweiten Versuchsreihe wurden die Proben in normalgeglühtem Zustand, d. h. nach einer Glühzeit von 0,5 Stunden bei 940° C, untersucht. Für die Kerbschlagzähigkeit ergaben sich hierbei die folgenden Werte: bei -I-20° C . . . . . . . . . . 23 bis 24 mkp/cm2 bei -20° C . . . . . . . . . . 16 bis 17 mkp/cm2 bei -40° C . . . . . . . . . . 15 bis 15 mkp/cm2 bei -60° C . . . . . . . . . . 8 bis 12mkp/cm2 Die Meßergebnisse beider Versuchsreihen zeigen ein langsames Absinken der Kerbschlagzähigkeit mit fallender Temperatur. Der bekannte, häufig schon ab -20° C auftretende sogenannte Steilabfall der Kerbschlagzähigkeit fehlt zumindest oberhalb -60° C. . Aus diesen Ergebnissen kann auf einen hohen Grad an Sprödbruchsicherheit geschlossen werden, der den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens stark erweitert.In a first series of tests, the samples were examined in the hydrogen-free annealed state, ie after an annealing time of 4 hours at 250.degree. The following values were obtained for the notched impact strength as a function of the temperature: at + 20 ° C. . . . . . . . . . 18 to 21 mkp / cm2 at -20 ° C. . . . . . . . . . 1.3 to 14 mkp / cm2 at -40 ° C. . . . . . . . . . 10 to 13 mkp / cm2 at -60 ° C ... . . . . ... . - 8 to 11 mkp / cm2 In a second series of tests, the samples were examined in the normal-annealed condition, ie after an annealing time of 0.5 hours at 940 ° C. The following values were obtained for the notched impact strength: at -I-20 ° C. . . . . . . . . . 23 to 24 mkp / cm2 at -20 ° C. . . . . . . . . . 16 to 17 mkp / cm2 at -40 ° C. . . . . . . . . . 15 to 15 mkp / cm2 at -60 ° C. . . . . . . . . . 8 to 12 mkp / cm2 The measurement results of both series of tests show a slow decrease in the notched impact strength with decreasing temperature. The well-known, so-called steep drop in notched impact strength, which often occurs at temperatures as low as -20 ° C, is absent at least above -60 ° C. From these results it can be concluded that there is a high degree of brittle fracture security, which greatly expands the scope of the method according to the invention.

Der Erfindungsgedanke, der durch eine geeignete Kombination der chemischen Zusammensetzungen von Drahtelektrode und Schutzgas unter dem Gesichtspunkt, die überdesoxydation so niedrig wie möglich zu halten, gekennzeichnet ist, ist nicht auf das Lichtbogenschweißen unter Schutzgas von urlegierten Massenstählen beschränkt, sondern läßt sich sinngemäß auch auf das Schweißen anderer Werkstoffe übertragen.The idea of the invention, through a suitable combination of the chemical Compositions of wire electrode and shielding gas from the point of view that Keeping over deoxidation as low as possible is not marked limited to arc welding under shielding gas of non-alloy bulk steels, but can also be applied analogously to the welding of other materials.

Claims

Claims: 1. Method for gas-shielded arc welding of Workpieces made of non-alloy bulk steel, characterized by the combined application a) a melting wire electrode, which in a known manner from a Steel alloy with a carbon content of 0.06 to 0.12 percent by weight, a Manganese content of 1.4 to 2.0 percent by weight and a content of silicon, which is to the manganese content as 1: 2.2 to 3.2 is, and b) a protective gas of the composition 80 to 92 volume percent, 0 to 0.5 volume percent nitrogen, 3 to 9 volume percent Oxygen and 5 to 10 percent by volume carbon dioxide.

2. Arc welding method according to claim 1, characterized in that the welding wire is 0 to 0.2 percent by weight Contains titanium.

3. A method for arc welding according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the welding wire contains 0 to 0.1 weight percent vanadium.

4. A method for arc welding according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the welding wire contains 0 to 0.4 percent by weight of chromium. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1073 660, 1116513.