DE1291972B - Drahtfoermige Schweisselektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drahtförmige Schweißelektrode aus einer Eisenlegierung zur Herstellung von Schweißungen hoher Streckgrenze und guter Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen.

Drahtförmige Schweißelektroden zum Schweißen von niedrig legierten Stählen mit hoher Streckgrenze und guter Kerbschlagzähigkeit sind bekannt. Die bekannten Schweißdrähte ergeben Schweißungen, deren Kerbschlagzähigkeit derjenigen der Stähle entspricht. Die Stahlindustrie hat jedoch kürzlich Bleche aus niedrig legiertem Stahl entwickelt, die noch höhere Streckgrenzen und noch höhere Kerbschlagzähigkeiten aufweisen. Dies erfordert die Entwicklung von Schweißdrähten, die im geschweißten Zustand eine solche Streckgrenze und eine solche Kerbschlagzähigkeit aufweisen, daß sie denen der bereits erhältlichen Stähle gleichkommen und noch weitere Verbesserungen solcher Stähle vorwegnehmen.

Unter hoher Kerbschlagzähigkeit wird bei der vorliegenden Erfindung insbesondere die Größe der Kerbschlagzähigkeit bei niedriger Temperatur verstanden.

Aus der britischen Patentschrift 914 339 ist bereits eine drahtförmige Schweißelektrode bekannt, bei der durch einen niedrigen Kohlenstoffgehalt die Streckgrenze der Schweißung verhältnismäßig hoch (70,0 kp/mm[hoch]2) und die Kerbschlagzähigkeit bei niedriger Temperatur günstig beeinflußt ist. Die Erzielung eines sehr niedrigen Kohlenstoffgehaltes ist jedoch bekanntlich sehr schwierig und teuer. Die Höhe der mit der bekannten drahtförmigen Schweißelektrode erzielbaren Streckgrenze ist jedoch im Rahmen der aufgezeigten Entwicklungen nicht ausreichend. Man kann die Streckgrenze auch nicht dadurch erhöhen, daß man bei dem bekannten Schweißdraht den Kohlenstoffgehalt heraufsetzt, weil hierdurch die Kerbschlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen verschlechtert würde.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißelektrode in Drahtform zur Herstellung von Schweißungen zu schaffen, die sowohl eine Charpy-V-Kerbschlagzähigkeit von mehr als 2,76 mkp bei niedrigen Temperaturen (-51°C) als auch eine hohe Streckgrenze in der Größenordnung von 80 bis 100 kp/mm[hoch]2 aufweisen, ohne daß der Kohlenstoffgehalt sehr niedrig gehalten werden muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine drahtförmige Schweißelektrode vor, die aus 0,05 bis 0,11 % Kohlenstoff, 1,40 bis 2,34 % Mangan, 0,29 bis 0,49 % Silicium, 1,56 bis 3,00 % Nickel, 0,00 bis 1,61 % Chrom, 0,38 bis 0,60 % Molybdän, 0,010 bis 0,025 % Titan, Rest Eisen und üblichen Verunreinigungen besteht.

Die bekannte drahtförmige Schweißelektrode unterscheidet sich nicht nur durch ihren niedrigeren Kohlenstoffgehalt, sondern auch durch die anteilsmäßige Zusammensetzung und auch dadurch von der drahtförmigen Schweißelektrode gemäß der Erfindung, daß sie weitere Bestandteile, wie z.B. Zirkonium und nicht unerhebliche Mengen Aluminium, enthält, dessen Anwesenheit in der Schweißelektrode gemäß der Erfindung so weit wie möglich ausgeschlossen wird.

Aus der deutschen Patentschrift 939 605 ist bereits bekannt, drahtförmigen Schweißelektroden Kupfer zuzulegieren. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die drahtförmige Schweißelektrode gegebenenfalls auch 0,01 bis 0,59 % Kupfer enthalten.

Phosphor kann in Mengen von 0,003 bis 0,017 % und Schwefel in Mengen von 0,001 bis 0,017 % in der drahtförmigen Schweißelektrode gemäß der Erfindung vorhanden sein.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann bei Nickelgehalten von 1,56 % und höher und bei Anwesenheit von Chrom die Summe von Nickel und Chrom 2,4 bis 3,4 % betragen.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Chromgehalt der Schweißelektrode 0,12 bis 1,61 % beträgt. Wenn jedoch zwar eine außergewöhnliche hohe Kerbschlagzähigkeit, aber keine besonders hohe Streckgrenze erforderlich ist, kann der Chromgehalt bis auf 0 oder nahezu 0 abgesenkt werden.

Die vorliegende Erfindung löst die gestellte Aufgabe, ohne andere Nachteile in Kauf zu nehmen, und vermeidet das Erfordernis eines niedrigen Kohlenstoffgehalts in dem Draht, insbesondere jede einschneidende Begrenzung auf einen Kohlenstoffgehalt von maximal 0,05 %, ferner den Zwang, bei der Herstellung des Drahtes ein Vakuumschmelzverfahren anzuwenden, sie vermeidet weiterhin die Forderungen, die Rückstände an Desoxydationsmitteln niedrig zu halten und ein Lichtbogen-Schweißverfahren in Schutzgasatmosphäre mit nicht selbstverzehrenden Elektroden zu verwenden, sowie die Forderung nach einer anomalen oder ungewöhnlich kostspieligen Kontrolle des Phosphor- und Schwefelgehaltes der Elektrode.

Vorzugsweise wird die drahtförmige Schweißelektrode gemäß der Erfindung zum Lichtbogenschweißen von Stählen in einer Schutzgasatmosphäre verwendet. Die Elektrode in Drahtform wird in Wickeln verwendet und dem Lichtbogen als blanker Draht zugeführt. Das bevorzugte Verfahren, mit dem die Elektrode verwendet wird, ist ein Verfahren mit selbstverzehrender Elektrode und Schutzgasatmosphäre unter Verwendung von umgekehrter Polung. Zu anderen, auch zufriedenstellenden Verfahren gehören Verfahren mit selbstverzehrender Elektrode, einer Schutzgasatmosphäre, normaler oder umgekehrter Polung und mit Verwendung von Emissionsadditiven. Weitere Arten von Schutzgasen, die beim Lichtbogenschweißen mit erfindungsgemäßen selbstverzehrenden Elektroden bevorzugt werden, sind solche, bei denen dem inerten Schutzgas, im allgemeinen Argon, eine geringe Menge Sauerstoff oder eine geringe Menge Kohlendioxyd zugegeben wird.

Die erfindungsgemäße Schweißelektrode läßt sich auch bei anderen Verfahren anwenden, die oben nicht genannt wurden. Hierbei handelt es sich in erster Linie um Schutzgasverfahren, bei denen das Metall im Lichtbogen in feinen Tröpfchen abschmilzt und innerhalb einer Schutzgasatmosphäre auf das Werkstück aufgetragen wird. Ferner kann die erfindungsgemäße Elektrode auch mit einem Lichtbogenverfahren mit einer sich nicht selbst verzehrenden Elektrode in einer Schutzgasatmosphäre mit verdecktem Lichtbogen oder mit dem intermittierenden Verfahren gemäß der USA-Patentschrift 2 886 696 aufgetragen werden.

Bei bestimmten Anwendungen führen andere Schutzgasmischungen zu guten Ergebnissen. Beispiele für eine solche Mischung sind Argon und

Helium mit oder ohne geringe Zusätze an Sauerstoff und eine Mischung aus Argon und Helium mit geringen Zusätzen an Kohlendioxyd.

Die erfindungsgemäße drahtförmige Schweißelektrode läßt sich auf einen Grundwerkstoff, der im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie die Schweißelektrode hat, auftragen oder zum Verschweißen dieses Grundwerkstoffs verwenden. Gegebenenfalls kann der Grundwerkstoff auch eine andere Zusammensetzung als die erfindungsgemäße Schweißelektrode haben, so lange wie diese Zusammensetzung mit der Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Schweißelektrode verträglich ist. Vorzugsweise bestehen die zu verschweißenden Teile aus einer niedrig legierten Eisenverbindung, die hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit aufweist, so daß die guten Eigenschaften der neuen Schweißelektrode infolge der Gesamtfestigkeit und -zähigkeit des geschweißten Bauteils voll zum Tragen kommen.

Die Erfindung wird nun weiter an Hand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Dabei ist

Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung, die eine Lichtbogen-Schweißanlage mit Schutzgasvorrichtung zeigt, mit der das bevorzugte Schweißverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen drahtförmigen Schweißelektrode ausgeführt wird,

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab ein Schnitt durch das in der unteren Hälfte von Fig. 1 dargestellte zu schweißende Werkstück und

Fig. 3 eine Kurve, die experimentelle Daten über die Abhängigkeit der Kerbschlagzähigkeit des Schweißgutes vom Titangehalt der Schweißelektrode zeigt.

Fig. 1 der Zeichnungen zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Schweißen mit der erfindungsgemäßen drahtförmigen Schweißelektrode. Dabei wird eine blanke drahtförmige Elektrode 5 mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung von einem Haspel 8 abgezogen. Der Haspel 8 wird in Bügeln 9 gehalten. Zwei von einem Motor angetriebene Rollen 6 schieben die Elektrode nach vorn. Die Rollen 6 schieben die drahtförmige Elektrode durch ein Kabel oder ein Rohr 4, das eine bestimmte Länge hat und den Drahtvorschubmechanismus mit einer Schweißpistole 11 verbindet. Eine Schutzgasmischung für die Schutzgasatmosphäre des Lichtbogens wird über eine Gasleitung von einem Gaszylinder 14 zugeführt. Die Gasleitung enthält ein Druckminderungsventil 15, einen Strömungsmesser 16 und eine zu dem Rohr 4 führende Leitung 13. In dem Rohr 4 strömt das Gasgemisch durch den Raum, der von dem Mantel des Rohres und der Drahtelektrode 5 begrenzt wird.

Eine Schweißstromquelle 19 ist mit einem elektrischen Pol über einen Leiter 20 an Teile eines metallischen zu verschweißenden Werkstücks 18 angeschlossen. Ein Leiter 21 führt von dem anderen Pol der Stromquelle 19 zu einem üblichen Stromabnahmeschuh 12 der Schweißpistole 11. Die Schweißpistole 11 steht in elektrischem Kontakt mit dem Ende der drahtförmigen Elektrode 5. Ein Reihenschalter 22 liegt in Serie mit dem Leiter 21.

Als Schweißstromquelle 19 wird vorzugsweise eine Gleichspannungs-Schweißstromquelle verwandt. Der negative Pol dieser Stromquelle ist an das Werkstück angeschlossen. Der positive Pol steht mit der Elektrode 5 in Verbindung. Hierdurch entsteht die sogenannte Gegenpolung des Schweißstrom-Lichtbogens, der selbst nicht dargestellt ist.

Sobald der Schweißer bei der eben beschriebenen Vorrichtung den auf der Schweißpistole 11 angeordneten Handgriff 23 erfaßt, betätigt er einen Druckauslöseschalter 24, der über geeignete übliche Steuerkreise die Spannung der Schweißstromquelle 19 an die Elektrode 5 und das metallische Werkstück 18 anlegt. Die Verbindung erfolgt über die Leitung 20, den Hauptschalter 22 und die Leitung 21. Gleichzeitig wird die Gasversorgungsleitung durch die Betätigung eines nicht gezeigten, magnetgesteuerten und in dieser Leitung liegenden Ventils geöffnet, und das Schutzgas strömt aus dem Gaszylinder 14 über die Leitung 13 und das Rohr 4 in die Schweißpistole 11. Das Gas strömt aus der Schweißpistole 11 aus und wirkt wie ein Schutzgasschirm, der die atmosphärische Luft von dem Gebiet zwischen dem Ende der Elektrode 5 und dem Werkstück 18 fernhält.

Sobald man die Elektrode nahe genug an das Werkstück gebracht hat, wird ein Lichtbogen gezündet, und zwischen der Elektrode und dem Werkstück 18 baut sich die normale Schweißspannung auf. Die Rollen 6 schieben die drahtförmige Elektrode 5 mit konstanter Geschwindigkeit vor, um die Elektrode dem Lichtbogen zuzuführen und diesen aufrechtzuerhalten, während das Metall von der Elektrode auf das Grundmetall oder in das Schmelzbad auf dem Werkstück übertragen wird. Das inerte Schutzgas dient nicht nur zur Erzielung der gewünschten Lichtbogeneigenschaften, sondern dient auch zum Schutz des heißen Schweißgutes. Ebenso wird das durch den Lichtbogen übertragene geschmolzene Elektrodenmetall vor einer Berührung mit oder vor einer Verschmutzung durch die Umgebungsluft geschützt. Jegliche zwischen der Elektrode und der Schweißraupe auftretenden Verluste an Legierungsbestandteilen infolge von Oxydation oder durch andere Einflüsse werden damit verhindert oder sehr niedrig gehalten.

Fig. 2 der Zeichnungen zeigt das allgemein mit 18 bezeichnete zu verschweißende Werkstück. Dieses besteht aus den beiden miteinander zu verbindenden Teilen. Diese sind mit einem Unterlegstreifen 25 versehen, der mit ihnen eine sich allgemein nach außen öffnende V-förmige Fuge bildet, deren Boden durch diesen Unterlegstreifen 25 verschlossen wird.

Beim Schweißvorgang wird zuerst eine Metallschicht 26, wenn dies z.B. für Versuchszwecke erwünscht ist, auf den die beiden Seiten der V-förmigen Fuge bildenden Grundwerkstoff und auf den geschlossenen Boden aufgetragen, der durch den Unterlegstreifen 25 begrenzt wird. Durch Bewegung der Schweißpistole 11 der vorhergehenden Fig. 1 in Längsrichtung (d.h. aus der Papierebene von Fig. 2 heraus) werden dann in aufeinanderfolgenden Gängen mehrere getrennte Raupen 27, 28, 29 usw. aufgetragen, so daß die V-förmige Fuge mit dem Metall der Elektrode 5 allgemein bis zu der Höhe der Raupe 30 gefüllt wird, die mit geringer konkaver Wölbung über die Ebene der benachbarten Oberflächen des Werkstückes 18 übersteht.

Um die physikalischen Eigenschaften von Probestäben aus dem von der Elektrode 5 niedergelegten Schweißgut zu ermitteln, werden aus der Mitte der Schweißung geeignete Probestäbe für Zug- und Kerbschlagbiegeversuche entnommen. Diese werden dann zur Bestimmung der Streckgrenze und der Kerbschlagzähigkeit (letztere auf einem Pendelschlagwerk) zerstörend geprüft. Da in den Beispielen zur Ermittlung der Kerbschlagzähigkeit Charpy-V-Proben verwendet werden, ist nachfolgend die Kerbschlagzähigkeit in mkp angegeben.

In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen drahtförmigen Elektrode besteht dieselbe aus 0,05 bis 0,11 % Kohlenstoff, 1,40 bis 2,34 % Mangan, 0,29 bis 0,49 % Silizium, 1,56 bis 3,00 % Nickel, 0,12 bis 1,61 % Chrom, 0,38 bis 0,60 % Molybdän, 0,01 bis 0,59 % Kupfer, 0,003 bis 0,017 % Phosphor, 0,001 bis 0,017 % Schwefel, 0,010 bis 0,025 % Titan, Rest Eisen und üblichen Verunreinigungen. Eine mit einer solchen bevorzugten Elektrode hergestellte Schweißung hat eine 0,2-Dehngrenze von 81,5 bis 103,0 kp/mm². Untersucht wurden runde Probestäbe mit einem Durchmesser von 12,8 mm. Die Kerbschlagzähigkeit wurde an Charpy-Proben mit V-förmiger Kerbe gemessen. Die Kerbe war dabei senkrecht zur Oberfläche des Werkstückes und zentrisch in der Schweißnaht angebracht. Es zeigte sich, daß das Schweißgut abhängig von seiner jeweiligen Zusammensetzung Energiemengen absorbieren kann, die bei Temperaturen von -68°C bis auf weniger als -118°C größer als 2,76 mkp sind. Bei -51°C absorbieren sie mehr als 2,76 mkp. Allgemein liegt die bei -51°C absorbierte Energiemenge im Bereich von 3,82 bis 17,83 mkp. Die Messung bei den Versuchen mit den Charpy-V-Proben erfolgte gemäß den von der American Society for Testing Materials vorgeschriebenen Standard-Meßverfahren. Die Probestäbe trugen die ASTM-Bezeichnung E 23-60. Eine Beschreibung findet sich in dem Buch ASTM Standards 1961, Teil 3, wobei der Probetyp A in Fig. 3 auf Seite 85 gezeigt wird.

Es ist offensichtlich, daß die Zusammensetzung des von der Schweißelektrode niedergelegten Schweißguts, selbst wenn es nicht durch den zu schweißenden Grundwerkstoff verdünnt wird, trotzdem etwas von der Analyse der Elektrode selbst abweicht. Diese Abweichung erklärt sich aus geringen Verlusten an oxydationsfähigen Elementen. Diese erscheinen dann als Schlacke oder Gas oder als beides. Die Größe dieses Verlustes steigt mit dem Anteil der oxydierenden Bestandteile des beim Schweißen verwendeten Schutzgases. In einer derartigen Schutzgasatmosphäre ergibt eine solche Schweißelektrode ein Schweißgut, das aus 0,03 bis 0,10 % Kohlenstoff, 1,25 bis 2,15 % Mangan, 0,20 bis 0,45 % Silizium, 1,56 bis 3,00 % Nickel, 0,12 bis 1,61 % Chrom, 0,38 bis 0,60 % Molybdän, bis zu 0,55 % Kupfer, 0,008 bis 0,018 % Titan, Rest Eisen besteht. Zulässig sind auch Zusätze an Phosphor und Schwefel, wie dies bereits oben erwähnt wurde. Dieses Schweißgut hat die obengenannte hohe 0,2-Dehngrenze und hohe Kerbschlagzähigkeit und eignet sich daher als Verbindung von niedrig legierten Stählen mit hoher Streckgrenze und hoher Kerbschlagzähigkeit. Hierzu gehören verträgliche Stähle, die allgemein eine hohe Streckgrenze und eine hohe Kerbschlagzähigkeit in der gleichen Größenordnung wie das Schweißgut aufweisen.

Die erfindungsgemäße drahtförmige Schweißelektrode kann mit üblichen Schmelzverfahren hergestellt werden.

Bei der Herstellung der Elektrode wird somit die Legierung auf übliche Weise hergestellt, so daß die hauptsächlichen Legierungselemente in den gewünschten Anteilen auftreten. Das Schmelzen erfolgt in Luft- oder Gasatmosphäre. Ein Schmelzen oder Gießen unter Vakuum und eine Entgasung unter Vakuum sind überflüssig.

Unmittelbar vor dem Abgießen der Schmelze wird die Eisen-Titan-Legierung oder das metallische Titan zugesetzt, indem man es unter die Oberfläche der Schmelze einschließt. Das verwendete Anteil des äquivalenten Titans stellt eine definitive Abkehr vom Stand der Technik dar. Gemäß dem Stand der Technik wurde bei der Schweißelektrodenherstellung manchmal 0,9 kg Titan pro Tonne Schmelze verwendet. Dies entspricht einem Anteil von etwa 0,03 % Titan in der Schmelze und folglich in der Elektrode. Dies erfolgte z.B. zum Erzielen von zufriedenstellenden Eigenschaften nach dem dem Schweißen folgenden Entspannungsglühen. Nach dem Zusatz der Ferrotitanlegierung oder des metallischen Titans wird die Schmelze in der üblichen Weise abgegossen und erstarren gelassen. Auf diese Weise stellt man die Blöcke her, aus denen man die drahtförmige Elektrode durch Warmwalzen und anschließendes Drahtziehen in bekannter Weise herstellt.

Der Zusatz von 0,3 bis 0,75 kg Titan pro Tonne Schmelze in der oben beschriebenen Weise führt zu einem Titangehalt von 0,010 bis 0,025 % in der fertigen Schweißelektrode. Dieser optimale Titangehalt wurde dadurch bestimmt, daß man unterschiedliche Mengen Titan einer Schmelze zusetzte, deren Grundzusammensetzung gleich der der Legierung Nr. 1427 war, die nachstehend in Tabelle 2 aufgeführt wird. Die Ergebnisse sind eindeutig aus Fig. 3 der Zeichnungen zu ersehen. Fig. 3 zeigt eine Kurve der von dem Schweißgut bei -51°C aufgenommenen Schlagarbeit (bei Kerbschlagbiegeversuchen mit Charpy-V-Proben) als Funktion des Titangehalts einer aus der Legierung Nr. 1427 bestehenden Elektrode. Der Titangehalt ist in Gewichtsprozent angegeben. Wie Fig. 3 zeigt, führt der absichtliche Titanzusatz zu der Schmelze, der eine Elektrode mit 0,010 bis 0,025 % Titan ergibt, zu einer großen Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit des Schweißguts.

Innerhalb des oben zuletzt genannten bevorzugten Bereiches für die Elektrodenzusammensetzung hat sich noch folgende weiter bevorzugte Zusammensetzung ergeben: 0,07 bis 0,11 % Kohlenstoff, 1,80 bis 2,34 % Mangan, 0,29 bis 0,45 % Silizium, 1,56 bis 3,00 % Nickel, 0,33 bis 1,61 % Chrom, 0,38 bis 0,60 % Molybdän, 0,01 bis 0,59 % Kupfer, 0,003 bis 0,017 % Phosphor, 0,001 bis 0,013 % Schwefel, 0,010 bis 0,025 % Titan, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Spezielle Zusammensetzungen, die sich als besonders gut herausgestellt haben, werden in den folgenden Tabellen 1, 2 und 3 genannt. Jede aufgeführte Legierung enthält auch noch 0,010 bis 0,025 % Titan. Dieses Element wird daher in den Tabellen nicht besonders aufgeführt. Der Restbestandteil jeder Legierung ist Eisen und übliche Verunreinigungen, so daß in jedem Falle bis auf 100 Gewichtsprozent aufgefüllt wird.

Die Legierung Nr. 163-5 hat eine Streckgrenze von 91,4 kp/mm² und zeigt eine solche Zähigkeit, daß sie Schlagarbeiten von mehr als 2,76 mkp bei Temperaturen bis herab zu -100°C aufnimmt.

Tabelle 1

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Legierung C Mn Si Ni Cr Mo Cu P S

Nr.

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163-5 0,11 1,93 0,38 2,57 0,36 0,55 0,08 0,007 0,005

1453 0,08 2,19 0,45 2,04 0,88 0,53 0,01 0,017 0,010

1465 0,08 1,92 0,41 2,10 0,86 0,56 0,09 0,010 0,013

Tabelle 2

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Legierung C Mn Si Ni Cr Mo Cu P S

Nr.

_____________________________________________________________________________________

1437 0,084 1,42 0,40 1,90 0,48 0,40 0,53 0,014 0,015

1398 0,081 1,49 0,46 1,88 0,63 0,42 0,14 0,015 0,015

1427 0,084 1,49 0,44 2,94 0,12 0,39 0,12 0,013 0,017

1407 0,095 1,43 0,47 2,03 0,61 0,42 0,14 0,014 0,015

163-19 0,079 1,91 0,29 2,03 0,59 0,57 0,01 0,003 0,006

Tabelle 3

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Legierung C Mn Si Ni Cr Mo Cu P S

Nr.

_____________________________________________________________________________________

163-3 0,072 1,91 0,42 2,04 0,55 0,60 0,59 0,003 0,001

1443 0,08 1,80 0,37 3,00 0,33 0,38 0,012 0,010 0,010

163-7 0,077 1,89 0,41 1,58 1,61 0,52 0,08 0,007 0,004

163-8 0,091 1,92 0,29 1,75 1,23 0,55 0,01 0,004 0,007

Die Legierung Nr. 1453 hat eine Streckgrenze von 102,0 kp/mm² und nimmt bei Temperaturen bis zu -68°C Schlagarbeiten von mehr als 2,73 mkp auf.

Die Legierung Nr. 1465 hat eine Streckgrenze von 102,0 kp/mm² und nimmt bei Temperaturen bis herab zu -70°C Schlagarbeiten von mehr als 2,73 mkp auf.

Weitere Zusammensetzungen, die auch zufriedenstellende Ergebnisse zeigten, werden in den Tabellen 2 und 3 genannt. Auch hier enthält jede Legierung wieder 0,010 bis 0,025 % Titan. Der Rest bis auf 100 % besteht aus Eisen und üblichen Verunreinigungen.

Die in Tabelle 2 aufgeführten Legierungen zeigen Streckgrenzen, die unter den Werten der anderen Legierungen liegen. Die Streckgrenzen liegen im Bereich von 81,5 bis 90,0 kp/mm². Bei vielen Anwendungen sind sie nützlich. Von den in Tabelle 2 aufgeführten Legierungen ragen die Legierungen Nr. 1398, 1427 und 163-19 hervor. Die in den Tabellen 1 und 3 aufgeführten Legierungen zeigen Streckgrenzen im Bereich von 91,4 bis 103,0 kp/mm². Die Nummern 1437 und 163-3 enthalten zusätzlich Kupfer. Bei den anderen Legierungen liegt Kupfer als Verunreinigung vor. Allgemein gesehen, zeigen die in den obigen Tabellen aufgeführten Legierungen eine Streckgrenze von mehr als 77,3 kp/mm² und bei -50°C eine Kerbschlagzähigkeit an Charpy-V-Proben von mehr als 2,73 mkp.

Die Streckgrenzen des mit der erfindungsgemäßen Elektrode niedergelegten Schweißgutes liegen somit weit über dem Minimumert von 56,2 kp/mm², der mit dem niedrig legierten Stahl HY-80 erzielt wird. In der Tat ist das niedergelegte Schweißgut auch fester und zäher als die niedrig legierten Schweißstähle des Standes der Technik. Die erfindungsgemäße Schweißelektrode eignet sich somit zur Verwendung als selbstverzehrende Elektrode zum Schweißen der sich heute in der Entwicklung befindenden niedrig legierten Stähle mit höheren Streckgrenzen. Ebenso ist diese Elektrode auch gleichwertig den kürzlich entwickelten niedrig legierten Stählen, die eine höhere Streckgrenze als HY-80 haben. Genannt seien z.B. die abgeschreckten und angelassenen Stähle vom Typ T-1 usw. Mit T-1 wird ein Stahl aus der Gruppe der T-Stähle bezeichnet, bei denen es sich um von der US-Steel Corporation hergestellte Plattenwerkstoffe mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften handelt. Diese werden durch genaue Abstimmung geringer Mengen von Legierungsbestandteilen (Mangan, Nickel, Chrom, Molybdän und Bor) in dem Eisen erzielt, worauf warmgewalzt wird und darauf eine Abschreck- und Anlaß-Wärmebehandlung erfolgt.

Die oben beschriebenen Eigenschaften der Schweißungen, die mit den erfindungsgemäßen Schweißelektroden hergestellt werden, lassen sich, wie oben angegeben wurde, dann erzielen, wenn die Schweißungen mit einem Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren ausgeführt werden. Die für die erfindungsgemäßen Elektrodenzusammensetzungen bevorzugten Schweißbedingungen schließen die Verwendung eines Sprühlichtbogens mit umgekehrter Gleichspannungspolung ein. Verwendet wird eine nicht turbulente Schutzgasatmosphäre aus 99 % Argon und 1 % Sauerstoff und eine Drahtvorschubgeschwindigkeit von mehr als 2,5 m/Min.

Mit der Erfindung erzielt man eine Schweißung mit hoher Schweißgeschwindigkeit, die sich ohne weitere Wärmebehandlung verwenden läßt, die eine hohe Streckgrenze und hohe Kerbschlagzähigkeit aufweist und nicht zu Rißbildung neigt.

Typische Schweißbedingungen zum Schweißen einer 38 mm dicken Panzerplatte mit den erfindungsgemäßen Schweißelektroden waren wie folgt:

Elektrodendurchmesser 1,59 mm

Gas 99 % Argon

-1 % Sauerstoff

mit 1120 l/h

Elektrische Versorgung Gleichstrom mit

umgekehrter Polung

Strom etwa 340 A

Lichtbogenspannung 26 bis 30 V

Schweißgeschwindigkeit

pro Schweißraupe 228 bis 305 mm/Min.

Drahtvorschub 4550 bis 8900 mm/Min.

Ist eine außergewöhnlich hohe Kerbschlagzähigkeit oder die Fähigkeit, Stoßenergien (besonders bei niedrigen Temperaturen) zu absorbieren, von besonderer Bedeutung, wobei aber eine außergewöhnlich hohe Streckgrenze weniger bedeutungsvoll ist, wenn z.B. die Streckgrenze des zu schweißenden Stahles selbst nicht besonders hoch ist, hat es sich häufig als günstig herausgestellt, den Chromgehalt unter die obengenannte 0,12%-Grenze abzusenken, während die übrigen Bestandteile in den genannten Bereichen bleiben. Es hat sich gezeigt, daß die erforderliche außergewöhnlich hohe Kerbschlagzähigkeit auch dann erreicht wird, wenn der obengenannte kritische Titangehalt der Schweißelektrode von 0,010 bis 0,025 % eingehalten wird.

Als Beispiel wurde eine Schweißelektrode nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt, die aus 0,095 % Kohlenstoff, 1,57 % Mangan, 0,31 % Silizium, 2,44 % Nickel, 0,057 % Chrom, 0,45 % Molybdän, 0,013 % Titan, 0,006 % Phosphor, 0,022 % Schwefel, Rest Eisen und üblichen Verunreinigungen bestand. Untersuchungen an ausgeführten Schweißungen, die mit dieser Schweißelektrode in einer Schutzgasatmosphäre hergestellt wurden, zeigten eine Streckgrenze von 84,4 kp/mm² und Kerbschlagzähigkeiten bei -50°C von 9,00 mkp und bei Temperaturen bis herab zu -98°C von mehr als 2,73 mkp. In einem zweiten Bereich umfaßt die Erfindung somit eine selbstverzehrende drahtförmige Schweißelektrode mit einer Zusammensetzung von: 0,05 bis 0,11 % Kohlenstoff, 1,40 bis 2,34 % Mangan, 0,29 bis 0,49 % Silizium, 1,56 bis 3,00 % Nickel, 0 bis weniger als 0,12 % Chrom, 0,38 bis 0,60 % Molybdän, 0,01 bis 0,59 % Kupfer, 0,010 bis 0,025 % Titan, Rest Eisen und üblichen Verunreinigungen.

Aus demjenigen, was oben in bezug auf das Niederlegen des Schweißgutes gesagt wurde, ergibt sich, daß das durch die Schweißelektrode des zweiten Bereiches in der typischen Gasmischung von 99 % Argon und 1 % Sauerstoff niedergelegte Schweißgut folgende Zusammensetzung hat: 0,03 bis 0,10 % Kohlenstoff, 1,25 bis 2,15 % Mangan, 0,20 bis 0,45 % Silizium, 1,56 bis 3,00 % Nickel, 0 bis weniger als 0,12 % Chrom, 0,38 bis 0,60 % Molybdän, bis zu 0,55 % Kupfer, 0,008 bis 0,018 % Titan, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Claims (6)

1. Drahtförmige Schweißelektrode aus einer Eisenlegierung zur Herstellung von Schweißungen hoher Streckgrenze und guter Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus 0,05 bis 0,11 % Kohlenstoff, 1,40 bis 2,34 % Mangan, 0,29 bis 0,49 % Silizium, 1,56 bis 3,00 % Nickel, 0,00 bis 1,61 % Chrom, 0,38 bis 0,60 % Molybdän, 0,010 bis 0,025 % Titan, Rest Eisen und üblichen Verunreinigungen besteht.

2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie noch 0,01 bis 0,59 % Kupfer enthält.

3. Schweißelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie noch 0,003 bis 0,017 % Phosphor enthält.

4. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie noch 0,001 bis 0,017 % Schwefel enthält.

5. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nickelgehalten von 1,56 % und höher und bei Anwesenheit von Chrom die Summe von Nickel und Chrom 2,4 bis 3,4 % beträgt.

6. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt 0,12 bis 1,61 % beträgt.