DE1296494B

DE1296494B - Schweisszusatzwerkstoff auf Eisen-Nickel-Basis zum Lichtbogen- oder Unterpulverschweissen und Verfahren zur Waermebehandlung des Schweissgutes

Info

Publication number: DE1296494B
Application number: DEI22953A
Authority: DE
Inventors: Fragetta William Anthona; Witherell Charles Eichhorn; Corrigan Donald Anthony
Original assignee: International Nickel Co Inc
Current assignee: Huntington Alloys Corp
Priority date: 1962-02-05
Filing date: 1963-01-02
Publication date: 1969-05-29
Also published as: GB1028692A; BE626916A; AT247099B; ES283760A1; US3243285A; LU42991A1; CH442938A; NL287493A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schweißzusatzwerkstoff auf Eisen-Nickel-Basis zur Bildung von hochfesten martensitischen Eisen-Nickel-Schweißungen und Schweißaufträgen auf eisenhaltigem Material durch Lichtbogenschweißen mit Mantelelektroden an Luft, durch Schutzgas-Lichtbogenschweißen oder durch Unterpulverschweißen sowie ein Verfahren zur Wärmebehandlung des niedergelegten Schweißgutes.

Es ist bekannt, daß eine Schweißung einfach als lokalisiertes Zusammenfließen von Metall definiert wird, wobei das Zusammenfließen durch Erhitzen auf geeignete Temperaturen erzielt wird. Gewöhnlich erzeugt die zum Zusammenfließen benötigte Hitze zahlreiche Nebenwirkungen, die je nach den Ver-Schweißungseigenschaften des zu schweißenden Metalls oft eine größere Rolle bei der Bestimmung der Schweißqualität spielen als irgendein anderer Faktor.

Im allgemeinen können diese Nebenwirkungen in wenigstens drei Gruppen eingestuft werden. Zuerst erfolgt die Verfestigung von geschmolzenem und überhitztem Schweißmetall üblicherweise sehr rasch, so daß die erhaltene Struktur, wenn sie erst fest ist, einem Gußstück ähnlich ist. Bekanntlich ist Guß im allgemeinen durch die Absonderung der Bestandteile mit höchstem Schmelzpunkt in den Zonen des Gusses gekennzeichnet, die sich zuerst verfestigen. Diese hochschmelzenden Bestandteile sondern sich auch aus der Schmelze während des Kühlens ab und bilden Dendriten, die in den schmelzflüssigen Bereich hineinragen. Notwendigerweise ist die erstarrte Schmelze nicht homogen, da die Dendriten im allgemeinen reich an hochschmelzenden Bestandteilen sind. Demzufolge ist das Ansprechen auf jede nachfolgende Wärmebehandlung, die notwendig werden kann, in verschiedenen Teilen des Gusses unterschiedlich. Dies ist natürlich nachteilig. Zum zweiten erzeugt das Schrumpfen der Masse des sich abkühlenden Schweißmetalls Spannungen in der Schweißung, die mit der örtlichen Lage der Naht, ihrer Größe und der Kühlgeschwindigkeit wechseln. Spannungen werden auch in und um eine Schweißung durch metallurgische Phasenänderungen und solche Phasenänderungen begleitende Volumänderungen beim Abkühlen des Materials erzeugt. Nicht selten nähern sich diese Spannungen der Streckgrenze des Werkstückmaterials oder überschreiten dieselbe sogar. Wenn das Schweißmetall oder das der Schweißung zunächstliegende Material diesen Spannungen nicht widerstehen kann, treten Risse entweder in der Schweißung oder im Grundmetall auf. Zum dritten steigert die Hitze der Schweißung die Temperatur des Werkstücks in der Nähe der Schweißung auf Temperaturen, die zwischen dem Schmelzpunkt bis gerade oberhalb Zimmertemperatur liegen. Es liegen oft außerordentlich große und/oder steile thermische Gradienten vor, die oft hohe Spannungen erzeugen. Diese steilen Gradienten ergeben auch einen weilen Bereich der Härtegrade und wechselnde metallurgische Strukturen in der von der Flitze beeinflußten ^6ο Zone des Grundmelalls.

Diese eben beschriebenen Wirkungen sind wenigstens teilweise schuld an vielen Schwierigkeiten beim bisherigen Schweißen hochfester Stähle, da die Festigkeit dieser Werkstoffe gewöhnlich auf Kosten der Zähigkeit und Duktilität erzielt wird. In anderen Worten, als allgemeine Regel gilt, daß das Metall um so brüchiger ist, je höher die Festigkeit ist, und je brüchiger es ist, desto schwieriger ist es zu schweißen, sogar wenn es nur unter geringer Beanspruchung steht. Genauer gesagt, obwohl Brüchigkeit nicht notwendigerweise schädlich ist, kann sie ein kritischer Faktor beim Verbinden dieser hochfesten Werkstoffe miteinander oder mit anderen Metallen sein und ist es auch oft. Wenn beispielsweise ein Material dazu neigt, brüchig zu sein, dann verursachen Kerben, Kratzer und Eindrücke, sogar die gerippte Oberfläche von Schweißraupen leicht einen Bruch infolge Sprödigkeit. Das wichtigste Merkmal von Brüchen infolge Sprödigkeit, die durch Kerben u. dgl. angeregt sind, besteht darin, daß sie bei durchschnittlichen Beanspruchungen auftreten, die beträchtlich geringer als die Bruchfestigkeit des Werkstoffs sind. Daher ist es sehr wichtig beim Schweißen von hochfesten Stählen, die durch das Schweißen hervorgerufenen Spannungen zu vermindern.

Um die obengenannten Spannungen zu vermeiden, hat man die Schweißungen erhitzt. So hat der Fachmann jedes Mittel verwendet, das die durch die Schweißhitze erzeugten thermischen Gradienten vermindern würde, wie beispielsweise Vorwärmen und/ oder Nachwärmen der Schweißnaht, um die entstehenden Spannungen in der Schweißung auf ein Minimum zu bringen. Während Vor- und/oder Nachwärmen nicht besonders schwierig bei kleinen Anordnungen mit dünnen Werkstücken ist, ist dies fast unmöglich bei großen Teilen mit großem Querschnitt zu verwirklichen. So war die Schwierigkeit, die Schweißspannungen bei großen Stücken zu vermindern, ein starkes Hindernis für die Verwendung von hochfesten Stählen, außer bei verhältnismäßig kleinen Anordnungen mit dünnen Werkstücken.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß es fast immer notwendig ist, hochfeste Stahlschweißungen wärmezubehandeln, um einen einheitlichen Festigkeitszustand über die Schweißzone zu erzielen, der an die Festigkeit des Stammetalls heranreicht. Diese Wärmebehandlungen bestehen üblicherweise im Aussetzen gegenüber hohen Temperaturen für längere Zeiträume und benötigen oft eine verwickelte Folge von Verfahrensabläufen, um die gewünschten Eigenschaften auszubilden. Die Anwendung einer umständlichen Folge von Wärmebehandlungsmaßnahmen ist nicht nur unwirtschaftlich, sondern oft auch unmöglich wegen der Natur und/oder des Zustands des zu schweißenden Gegenstandes. Demgemäß sah man sich beim Schweißen von hochfesten Stählen außerordentlich schwierigen Gegebenheiten gegenüber.

Obwohl viele Versuche gemacht wurden, die vorgenannten Schwierigkeiten und andere Nachteile zu überwinden, war, soweit bekannt, keiner völlig zufriedenstellend, wenn er technisch und in industriellem Maßstab in die Praxis umgesetzt wurde.

Es wurde nun festgestellt, daß hochfeste martensitische, praktisch rißfreie Schweißungen erzielt werden können, indem ein besonderer, an das angewendete Schweißverfahren angepaßter Schweißzusatzwerkstoff verwendet wird, der besondere Bestandteile in bestimmten Mengen unter besonderen Bedingungen enthält.

Es ist Zweck der Erfindung, eine hochfeste martensitische Eisen-Nickel-Schweißung mit einem solchen Schweißzusatzwerkstoff durch Lichtbogen- oder Unterpulverschweißen zu erzielen, die eine praktisch rißfreie, hochfeste Schweißstelle ergibt.

Gleicherweise umfaßt die Erfindung eine verbesserte nickelhaltige Stahlschweißelektrode, die einen besonderen Flußmittelmantel aufweist, der in einer neuen Kombination besondere Anteile von Bestandteilen aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Schweißzusatzwerkstoff zur Bildung von hochfesten, martensitischen Eisen-Nickel-Schweißungen und -Schweißaufträgen auf eisenhaltigem Material durch Lichtbogenschweißen mit Mantelelektroden an Luft oder durch Unterpulverschweißen, wobei der Schweißzusatzwerkstoff aus 13 bis 20% Nickel, 2 bis 13% Kobalt, 2 bis 10% Molybdän, wobei die Summe von Kobalt und Molybdän mindestens 6% ausmacht, und bis zu 5% Titan und/oder bis zu 5% Aluminium, wobei die Summe von Aluminium und Titan 1 bis 5% beträgt, weniger als 0,5% Kohlenstoff, weniger als 1% Silicium, weniger als 1,5% Mangan, bis zu 0,005% Bor, bis zu 0,01% Zirkonium, Rest Eisen, besteht.

Das mit dem Schweißzusatzwerkstoff nach der Erfindung niedergelegte Schweißgut stellt eine hochfeste, martensitische Eisen-Nickel-Schweiße bzw. -Auftragsschweiße dar, die praktisch rißfrei und frei von Porosität ist. Vorteilhafterweise kann die Schweißstelle auch mindestens ein Grundmetallteil einer martensitisch gealterten Eisenlegierung, beispielsweise eine martensitische Eisen-Nickel-Legierung von niedrigem Kohlenstoffgehalt, die alterungsgehärtet werden kann, enthalten, wie sie beispielsweise nachfolgend angegeben werden. Jedoch kann ein Grundmetallteil auch aus einer Eisenlegierung bestehen, die bis zu 1% Kohlenstoff enthält und durch eine Streckgrenze von mindestens 56 kg/mm² charakterisiert ist, oder auch aus einem nicht legierten Kohlenstoffstahl oder niedriglegierten Stählen bestehen, wie nachfolgend angegeben wird. Im allgemeinen enthält die am Teil haftende Schweiße in Gewichtsprozent angenähert 13 bis 20% Nickel, beispielsweise 15 bis 20%, 2 bis 13% Kobalt, 2 bis 10% Molybdän, wobei die Summe von Kobalt und Molybdän 6 bis 23% ausmacht, bis zu 2% Titan, beispielsweise bis zu 1%, weniger als 0,5%) Kohlenstoff, beispielsweise bis zu 0,15%, bis zu 2% Aluminium, beispielsweise bis zu 1%, weniger als 1% Silicium, beispielsweise bis zu 0,5%, bis zu 1,5% Mangan, beispielsweise bis zu 0,5%, und als Rest Eisen. Außerdem kann die Schweißung auch bis zu etwa 0,005% Bor und bis zu etwa 0,01% Zirkonium enthalten. Jedoch werden Bor und Zirkonium vorteilhafterweise so, gehalten, daß das Maximum etwa 0,003 bzw. etwa 0,007% beträgt.

Vorteilhafterweiseenthältdasniedergelegte Schweißgut in Gewichtsprozent angenähert 17,5 bis 18,5% Nickel, 7,5 bis 8,5% Kobalt, 4 bis 5% Molybdän, bis zu 1% Titan, bis zu 1% Aluminium, wobei die Summe von Titan und Aluminium 0,2 bis 1%, beispielsweise 0,2 bis 0,4% ausmacht, weniger als 0,03% Kohlenstoff, weniger als 0,1% Silicium, weniger als 0,01% Phosphor, weniger als 0,01% Schwefel und als Rest Eisen. Solche Schweißungen und/oder Schweißaufträge haben in frisch geschweißtem Zustand ausgezeichnete Festigkeiten, beispielsweise eine Zugfestigkeit von mindestens 95 kg/mm'-. Außerdem haben diese Abscheidungen im wärmebehandelten Zustand nach dem Schweißen, d. h. wenn sie 1 bis 3 Stunden auf 450 bis 540 C erhitzt wurden, ein martensitisches Gefüge, Kerbzugfestigkeiten und Zugfestigkeiten von wenigstens 155 kg/mm² und eine 0,2-Dehngrenze von mindestens 151 kg/mm². Im allgemeinen besteht eine geeignete Wärmebehandlung nach dem Schweißen für die Schweißungen oder Auflagen im Erhitzen der Schweißung und der von der Hitze beeinflußten Zone, d. h. der Zone, die der Auflage am nächsten ist, auf eine Temperatur von 450 bis 540⁰C für einen Zeitraum von 1 bis 6 Stunden. Vorteilhafterweise werden die von der Hitze beeinflußte Zone und das Schweißmetall einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen von 1 bis 3 Stunden auf 450 bis 540⁰C unterzogen, um die vorgenannten Festigkeiten zu erzielen. Noch vorteilhafter besteht die Wärmebehandlung nach dem Schweißen in etwa 3stündigem Erhitzen auf 480⁰C, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Das Schweißgut der vorgenannten Zusammensetzung kann mit dem erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff durch Lichtbogenschweißen an Luft mit einer ummantelten Elektrode oder durch Unterpulverschweißen oder durch Inertgas-Metall-Lichtbogenschweißen, einschließlich Inertgas-Wolfram-Lichtbogenschweißen sowie durch Lichtbogenschweißen in einer inerten Atmosphäre mit nackter Metallelektrode erzielt werden.

Beim Schweißen unter Anwendung der Unterpulverschweißung besteht der Schweißzusatzwerkstoff aus den in Tabelle I angegebenen Bestandteilen in den (in Gewichtsprozent) angegebenen Mengen.

Tabelle I

	Bereich	Vorteilhafter
Bestandteil	13 bis 20	Bereich
Nickel		15 bis 20,
		z.B.
	2 bis. 13	17,5 bis 18,5
Kobalt (Co) ...	2 bis 10	7,5 bis 8,5
Molybdän (Mo).	6 bis 23	4 bis 5
Co + Mo	bis zu 5
Titan (Ti)	bis zu 5	bis zu 3
Aluminium (Al).	1 bis 5	bis zu 3
Ti + Al	weniger als 0,5	2 bis 3
Kohlenstoff	weniger als 1	bis zu 0,03
Silicium	weniger als 1,5	bis zu 0,1
Mangan	bis zu 0 005	bis zu 0,1
Bor	bis zu 0,01	bis zu 0,001
Zirkonium	Rest	bis zu 0,007
Eisen	Rest

Vorteilhafterweise enthält der erfindungsgemäße Schweißzusatzwerkstoff für das Unterpulverschweißen weniger als 0,01% Schwefel, 0,1% Mangan und 0,01% Phosphor.

Erfindungsgemäß können beim Unterpulverschweißen alle handelsüblich erhältlichen, metallurgisch-neutralen Schweißmittel verwendet werden, insbesondere diejenigen Schweißmittel, die frei von Substanzen sind, die große Gasmengen entwickeln können. Jedoch hängt die besondere zu verwendende Art von Schweißmittel von der besonderen auszuführenden Schweißarbeit ab, beispielsweise vom angewandten Verfahren, von der Art der Verbindung

und der genauen Zusammensetzung des zu schweißenden Werkstoffs.

Schweißzusatzwerkstoffe für das Schweißen mit verdecktem Bogen mit Zusammensetzungen in den in der vorstehenden Tabelle I angegebenen Bereichen sind besonders vorteilhaft, da sie die Erzeugung von praktisch rißfreien und porenfreien Schweißungen bei Geschwindigkeiten bis zu etwa 50 kg/Stunde gestatten. Selbstverständlich werden für optimale Eigenschaften gewisse Geschwindigkeitsanpassungen vorgenommen. Außerdem können diese Schweißzusatzwerkstoffe zur Verbindung sehr dicker Abschnitte, beispielsweise von 2,5 cm und mehr, verwendet werden, sogar wenn das zu schweißende Grundmetall unter starker Spannung steht.

Die Bestandteile in den hier angegebenen Verhältnissen, wie sie für den Schweißzusatzwerkstoff zur Verwendung für das Lichtbogenschweißen an Luft (Mantelelektrode), das Unterpulver- und das Schutzgas-Lichtbogenschweißen angegeben sind, sind für die Erfindung wesentlich. Nur wenn der Schweißzusatzwerkstoff solche Bestandteile in den vorgenannten Verhältnissen enthält, ist die Erzielung hochfester Schweißungen gewährleistet, die erfindungsgemäß praktisch rißfrei und frei von Porosität sind. Während sowohl Titan als auch Aluminium in dem Schweißzusatzwerkstoff vorliegen können, ist eine wesentliche Anforderung diejenige, daß wenigstens eines dieser Elemente vorliegt und daß die Gesamtmenge von beiden zwischen 1 und 5% liegt, da jedes oder beide dieser Bestandteile in Kombination mit den restlichen Bestandteilen primär für die weitestgehende Herabsetzung der Neigung zur Wärmerißbildung und zur Porosität verantwortlich ist. Vorteilhafterweise liegen zur Erzielung optimaler Eigenschaften, insbesondere beim Schweißen von stark beanspruchten (bzw. unter Spannungen stehenden) und/oder dicken Abschnitten, Titan oder Aluminium oder beide in dem Schweißzusatzwerkstoff in Mengen von 2 bis 3% vor. Während eines der Elemente oder beide bei den erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoffen wesentlich sind, ist es nicht notwendig, daß irgendeine besondere Menge von Titan oder Aluminium oder von beiden in dem niedergelegten Schweißgut erzielt wird, um praktisch rißfreie und porenfreie Abscheidungen zu erzielen. Im allgemeinen ergeben sich etwa 10 bis 35% des im Schweißzusatzwerkstoff vorliegenden Titans oder Aluminiums in der Schweißabscheidung, wenn mit einer Mantelelektrode geschweißt wird.

Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Mantelelektrode einen nickelhaltigen Stahlkerndraht und einen Flußmittelmantel. Der Kerndraht enthält in Gewichtsprozent 17,5 bis 18,5% Nickel, 7,5 bis 8.5% Kobalt, 4 bis 5% Molybdän und bis zu 3% Titan und/oder bis zu 3% Aluminium, wobei die Summe von Aluminium plus Titan 2 bis 3% ausmacht, bis zu 0,03% Kohlenstoff, bis zu 0,1% Silicium, bis zu 0,1% Mangan, weniger als 0,01% Phosphor und weniger als 0.01% Schwefel. Vorteilhafterweise werden der Bor- und Zirkoniumgehalt auf einem Minimum gehalten, d. h. auf weniger als 0,001% Bor und weniger als 0,005% Zirkonium. Vorteilhafterweise ist der Kerndraht vakuumgeschmolzen. Jedoch ist auch ein an Luft geschmolzener erfindungsgemäßer Schweißzusatzwerkstoff in Drahtform verwendbar.

Bekannte Flußmittelzusammensetzungen, die flußbildende und schlackenbildende Bestandteile enthalten, können als Mantel in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Kerndraht verwendet werden, wie dem Fachmann offensichtlich ist. Ein besonders vorteilhaftes Flußmittel zur Verwendung mit dem vorgenannten Kerndraht, der eine Zusammensetzung hat, die entweder im breiten oder vorteilhaften erfindungsgemäßen Bereich liegt, enthält die in der Tabelle II angegebenen Bestandteile in den (in Gewichtsprozent des trockenen Flußmittels) angegebenen Mengen.

Tabelle II

	Bereich	Vorteilhafter
Bestandteile		Bereich
Calcium-, Barium
oder Strontium-
carbonat und
Kombinationen	25 bis 45
davon	30 bis 50	30 bis 40
Kryolith	bis zu 30	35 bis 45
Titandioxyd (Rutil)	bis zu 20

Während das Flußmittel für den Mantel Titandioxyd enthalten kann, wie in Tabelle II gezeigt ist, ist das Flußmittel praktisch frei von elementarem und/oder metallischem Titan. Vorteilhafterweise wird als Erdalkalicarbonat beim erfindungsgemäßen Flußmittel Calciumcarbonat verwendet, da es der Elektrode größere Betriebssicherheit verleiht. Die bei der Herstellung des Flußmittels verwendeten Bestandteile sind vorzugsweise gepulvert. Im allgemeinen haben die gemischten Bestandteile üblicherweise eine Teilchengröße zwischen etwa 60 und etwa 300 μ.

Der Elektrodenmantel mit dieser Kombination von Bestandteilen erlaubt eine optimale Handhabung und in Verbindung mit dem Kerndraht die gewünschte hohe gleichmäßige Qualität der Schweißung und/oder des Schweißauftrags in Kombination mit ausgezeichneter Betriebssicherheit. Außer den in Tabelle II angegebenen Bestandteilen können Preßhilfsmittel, wie beispielsweise Bentonit oder ähnliche kolloidale Tone, und Befeuchtungsmittel, wie beispielsweise Gummisorten, Glykolate, Natriumcarboxymethylcellulose u. dgl., dem trockenen Flußmittel in Mengen zugesetzt werden, die bis zu etwa 5% des Mantels ausmachen.

Ein in Wasser dispergierbares Bindemittel wird gewöhnlich mit dem Flußmittel verwendet, um einen dauerhaften und harten überzug auf dem Kerndraht nach dem Trocknen und Einbrennen zu erzielen. Das Bindemittel ist vorteilhafterweise vom Silikattyp, da dies einen dauerhaften Mantel ergibt, d. h. einen Mantel, der gegen mechanische Beschädigung beständig ist, jedoch nicht vor der Verwendung ein nochmaliges Brennen erfordert. Der Silikatbinder kann eine wäßrige Lösung von Natriumsilikat und/ oder Kaliumsilikat sein. In der folgenden Tabelle III sind die Mengen (in Gewichtsprozent des trockenen Flußmittels) angegeben, die als Bindemittel verwendet werden können. Selbstverständlich kann auch eine Silikatlösung von anderem spezifischem Gewicht als hier angegeben verwendet werden.

Tabelle III

Bestandteil

Natriumsilikatlösung

(47° Be)

Wasser

Bereich

10 bis 20

soviel nötig ist,
um eine strangpreßbare Konsistenz zu erzielen

Beispiel

Der Flußmittelmantel kann auf dem Kerndraht auf jede geeignete Weise angebracht werden, beispielsweise durch Strangpressen, und kann auf der Drahtoberfläche durch geeignetes Trocknen und/oder Einbrennen getrocknet werden. Dies ergibt eine harte anhaftende Schicht von hoher mechanischer Festigkeit, die gegenüber mechanischer Beschädigung unter normalen Handhabungsbedingungen verhältnismäßig beständig ist. Eine zufriedenstellende Trocknungs- oder Einbrennbehandlung des Flußmittel- und Bindemittelgemisches umfaßt eine normale kontinuierliche Trocknungsbehandlung im Ofen, gefolgt von einer Einbrennbehandlung, die eine graduelle Steigerung der Temperatur bis zu etwa 320⁰C und Halten auf dieser Temperatur für etwa 2 Stunden umfaßt.

Beispiele typischer Mantelelektrodenabmessungen (Kerndurchmesser plus Flußmitteldicke) sind in Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV

Kern	Elektrodendurchmesser	Elektrodendurchmesser
durchmesser	Bereich	Beispiel
mm	mm	mm
2,38	3,1 bis 3,8	3,3
3,2	•4,3 bis 5,1	4,57
3,97	5,3 bis 5,8	5,6
4,76	6,4 bis 6,9	6,6

Wie dem Fachmann ersichtlich, ist es jedoch zulässig, das Verhältnis,von Kerndurchmesser zu Flußmitteldicke beträchtlich gegenüber den in der vorstehenden Tabelle angegebenen Verhältnissen abzuändern. Jedoch macht der Flußmittelmantel üblicherweise etwa 25°/o bis etwa 35 Gewichtsprozent der Elektrode einschließlich der schlackenbildenden und flußbildenden Bestandteile aus.

Die unter Verwendung der bevorzugten erfindungsgemäßen Manteielektrode hergestellten Schweißungen und/oder Schweißaufträge werden nach dem Schweißen wärmebehandelt, indem sie 1 bis 3 Stunden auf 450 bis 540⁰C und vorteilhafterweise 3 Stunden auf 480C erhitzt werden. Diese nach dem Schweißen wärmebehandelten Schweißungen haben Kerbzugfestigkeiten und Zugfestigkeiten über 155 kg/mm² und eine 0,2-Dehngrenze oberhalb 150 kg/mm². Bei Verwendung dieser Elektrode ist keine vorherige Wärmebehandlung des Grundmetalls notwendig, und es kann eine niedrige Schweißpausentemperatur, das ist die niedrigste Temperatur des abgeschiedenen Schweißmetalls, bevor die nächste Auflage begonnen wird, ohne schädliche Wirkung angewandt werden. So schadet eine Pausentemperatur von nur etwa 37⁰C oder weniger der Festigkeit oder Qualität der Schweißung nicht.

Der Elektrodendraht bzw. die Seele zur Verwendung beim Inertgas-Lichtbogenschweißen, einschließlich des Inertgas-Wolfram-Lichtbogenschweißens und des Inertgas-Lichtbogenschweißens mit dem Schweißzusatzwerkstoff als Elektrode, zur Erzielung von Schweißungen mit den hier genannten Zusammensetzungen besteht nach Gewichtsprozenten aus 13 bis 20% Nickel, 2 bis 13% Kobalt, 2 bis 10% Molybdän, wobei die Summe von Kobalt plus Molybdän wenigstens 6% ausmacht, und bis zu 0,5% Titan und/oder bis zu 0,5% Aluminium, wobei die Summe von Titan plus Aluminium 0,1 bis 0,5% ausmacht, weniger als 0,5% Kohlenstoff, weniger als 1% Silicium, weniger als 1,5% Mangan, Rest Eisen.

Außerdem können Bor und Zirkonium in Mengen bis zu 0,005% bzw. bis zu 0,01% vorliegen. Vorteilhafterweise beträgt der Borgehalt weniger als 0,003% und der Zirkoniumgehalt weniger als 0,007%, da jedes dieser Elemente die Qualität der Schweißung nachteilig beeinflußt. Es sei darauf hingewiesen, daß, obwohl sowohl Titan als auch Aluminium im erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff zum Inertgas-Lichtbogenschweißen vorliegen können, die wesentlichste Anforderung diejenige ist, daß wenigstens eines dieser Elemente vorliegt und daß die Gesamtmenge beider zwischen 0,1 und 0,5% liegt, um praktisch das Fehlen von Rissen und/oder Porosität zu gewährleisten. Während Titan oder Aluminium oder diese beiden Metalle beim erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff für die Inertgas-Schweißung erforderlich sind, ist es in diesem Zusammenhang unnötig, jedes oder beide dieser Elemente in dem niedergelegten Schweißgut vorzufinden, obwohl bis zu 90% in dem Schweißgut vorgefunden werden können. Daher kann das mit dem erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff beim Inertgas-Lichtbogenschweißen niedergelegte Schweißgut bis zu etwa 0,4% Titan, beispielsweise etwa 0,2 bis etwa 0,4%, und bis zu etwa 0,4% Aluminium, beispielsweise etwa 0,2 bis etwa 0,4%, enthalten.

Wenn Schweißungen bei stark beanspruchten Verbindungen, beispielsweise bei schweren Profilen von mehr als etwa 2,5 cm Dicke gemacht werden sollen und wo eine hohe Schweißqualität, d. h.

Abwesenheit von Porosität und Neigung zur Rißbildung, ein Erfordernis ist, wird für das Inertgas-Metall-Lichtbogenschweißen vorzugsweise ein Draht aus vakuumgeschmolzenem Schweißzusatzwerkstoff verwendet. Das Vakuumschmelzen hat die Wirkung, die Empfindlichkeit für Querrisse in stark gespannten und/oder dicken Schweißungen zu beseitigen.

Vorzugsweise besteht der erfindungsgemäße vakuumgeschmolzene Schweißzusatzwerkstoffdraht in Gewichtsprozent aus 17,5 bis 18,5% Nickel, 7,5 bis 8,5% Kobalt, 4 bis 5% Molybdän und bis zu 0,5% Titan und/oder bis zu 0,5% Aluminium, wobei die Summe von Aluminium plus Titan 0,35 bis 0,5% beträgt, weniger als 0,03% Kohlenstoff, weniger als 0,1% Silicium, weniger als 0,1% Mangan, weniger als 0,01% Phosphor, weniger als 0,01% Schwefel, weniger als 0,003% Bor, weniger als 0,007% Zirkonium, Rest Eisen.

Jeder der vorgenannten Bestandteile in der vakuumgeschmolzenen, für das Schutzgasschweißen zu

verwendenden Elektrode in den vorgenannten besonderen Anteilen dient einem besonderen Zweck in Kombination mit jedem anderen Bestandteil des vakuumgeschmolzenen Elektrodendrahtes. So

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ίο

ist beispielsweise Titan oder Aluminium oder es sind beide in Mengen von 0,35% notwendig, um Porosität und längslaufende Hitzerisse beim Schweißen von dicken und/oder stark beanspruchten Profilen zu beseitigen. Hier kann jedoch die Menge an Titan, Aluminium und die Summe von Aluminium plus Titan nicht auf mehr als 0,5% erhöht werden, da sonst wieder die Empfindlichkeit gegen Rißbildung bei Schweißungen auftritt, die nach

einen Durchmesser von 3,97 mm. Während der Schweißung wurde die Platte starr an eine 150 mm dicke Stahlplatte geklammert. Die Schweißungen wurden ohne Vorwärmen in zwei Durchgängen durchgeführt, einer von jeder Seite des V-Stoßes unter Verwendung eines Unterpulverlichtbogens mit Einzeldrahtzuführung bei etwa 450 A Gleichstrom umgekehrter Polarität und einem handelsüblich erhältlichen neutralen Flußmittel, das für das Licht

behandlung aufweisen. Außerdem sind solche Schweißungen praktisch rißfrei und frei von Porosität, sogar wenn sie stark gespannt sind und/oder dicken

dem Inertgas-Metall-Lichtbogenschweißverfahren er- io bogenschweißen von Stählen käuflich ist. Nach dem zeugt worden sind. Außerdem findet sich, wenn Schweißen war kein Verziehen der Verbindung zu jedes oder beide dieser Elemente insgesamt mehr als beobachten.

0,5°/o ausmachen, auf der Oberfläche durch die Die Verbindung wurde quer in acht je 12,7 mm

Schweißung etwas Oxyd, was natürlich schädlich breite Streifen geschnitten. Die Querschnitte wurden ist. Nur wenn die vorgenannte vorteilhafte Kombi- 15 poliert und geätzt und bei 30facher Vergrößerung nation von Bestandteilen in besonderen Anteilen (3Ox) untersucht. Diese Untersuchung zeigte keine eingehalten wird, ergeben sich beim Inertgas-Metall- Risse, keine Porosität oder andere Mängel. Diese Lichtbogenschweißen Verschweißungen, die Festig- Streifen wurden dann 3 Stunden bei 482"C auskeitswerte über 155 kg/mm² und Werte für die gehärtet, an Luft abgekühlt und bei 30facher Ver-0,2-Dehngrenze über 150 kg/mm² nach der auf die 20 größerung untersucht. Die Untersuchung zeigte hier beschriebene Weise durchgeführten Wärme- keine Risse, keine Porosität oder andere Mängel.

Gekerbte und ungekerbte Proben wurden dann von diesen Streifen gefertigt. Die gekerbten Zugproben hatten einen Durchmesser von 7,62 mm und waren

Querschnitt haben, d. h. 2,5 cm dick oder mehr. 25 in der Mitte der Schweißung mit einer 60 -V-Kerbe überdies sind diese Schweißungen in frisch ge- auf eine Tiefe eingekerbt, daß der Durchmesser schweißtem Zustand sehr fest, d. h., sie haben Kerbschlagzähigkeiten über 105 kg/mm².

Das mit diesem erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff als Elektrode bei der Inertgas-Metall-Lichtbogenschweißung verwendete Schutzgas muß praktisch frei von Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd sein, d. h., es muß inert gegenüber dem Schweißzusatzwerkstoff, den Grundmetallen u. dgl. sein. Vorzugsweise wird reines Argon oder reines Helium oder es werden Kombinationen davon verwendet, die weniger als etwa 0,1 °/o des Gesamtvolumens an Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxyd enthalten.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäße Schweißzusatzwerkstoff praktisch frei von
Wasserstoff ist. Eine Methode zur Gewährleistung
guter Schweißungen und/oder Auftragsschweißungen Die völlige Abwesenheit von Rissen bei diesen

unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schweiß- 45 Stumpfschweißungen in ausgehärteten Platten und zusatzwerkstoffes besteht darin, den Schweißzusatz- die ungewöhnlich hohen Zugfestigkeitswerte, die in werkstoff etwa 10 bis etwa 20 Stunden auf eine Tabelle V wiedergegeben sind, zeigen deutlich die Temperatur von etwa 200 bis etwa 345'¹C zu er- Eignung dieses Drahtes, um hohe Festigkeit und gute hitzen. dichte Schweißungen durch Unterpulverschweißen

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Er- 5° zu erhalten, läuterung der Erfindung und zum besseren Aufzeigen

in der Kerbe etwa 5,4 mm betrug. Der Radius am Kerbgrund betrug 0,01524 mm. Die ungekerbte Zugprobe hatte einen Durchmesser von 6,4 mm.

Diese quer zur Schweißnaht entnommenen Proben wurden dann auf ihre Zugfestigkeit bei Raumtemperatur geprüft. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in der Tabelle V enthalten.

Tabelle V

Kerbzug festigkeit kp/mm²	0,2- Grenze kp/mm²	Zug festigkeit kp/mm²·	Bruch dehnung auf 25,4 mm °/o	Bruch einschnü rung %	Lage des Bruches
164,0	158,5	164,5	9	47	Grund werkstoff

der erfindungsgemäßen Vorteile, insbesondere beim Schweißen von martensitisch gealterten Stählen.

Beispiel 2

Eine Stumpfnaht wurde durch Schweißen mit verdecktem Bogen einer 25,4 mm dicken Platte mit einer Rockwell-C-Härte von etwa 50 und der gleichen Zusammensetzung wie die Platte im Beispiel 1 unter Verwendung eines Schweißdrahtes der identischen Zusammensetzung wie derjenige des Beispiels 1 hergestellt. Außerdem waren auch das Flußmittel

Beispiel 1

Eine Stumpfnaht wurde durch Schweißen mit verdeckten Bogen unter Verwendung von ausgehärteten 12,7 mm dicken Platten mit einer Härte von etwa 50 Rockwell C (Rc), die aus 18,6% Nickel,

7,0% Kobalt, 4,5% Molybdän, 0,22% Titan, 60 und die Schweißbedingungen die gleichen wie im 0,031% Kohlenstoff, 0,11% Silicium, 0,085% Alu- Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß ein Schweißstrom minium, 0,008% Phosphor und 0,010% Schwefel
bestanden, hergestellt. Der verwendete Elektrodendraht zum Schweißen mit verdecktem Bogen enthielt 15,8% Nickel, 7,5% Kobalt, 4,9% Molybdän, 65 breiten Streifen im Beispiel 1 untersucht. Es wurden 2,2'Vo Titan, 0,012¹Vd Kohlenstoff, weniger als weder Risse noch Porosität noch irgendwelche 0,05¹Vu Silicium, etwa 0,05% Aluminium, etwa Mängel in den polierten und geätzten Querschnitten 0,005% Phosphor, etwa 0,01»/o Schwefel und hatte bei einer Vergrößerung von 30x beobachtet. Diese

von etwa 650 A angewandt wurde.

Die fertige Verbindung wurde in Streifen geschnitten und auf die gleiche Weise wie die 12,7 mm

Ergebnisse der 25,4 mm dicken ausgehärteten Platte unter starken Spannungen zeigt weiter die Brauchbarkeit dieses Elektrodendrahtes, um gute Schweißungen nach dem Schweißverfahren mit verdecktem Bogen zu erhalten.

Beispiel 3

Eine Stumpfschweißung wurde hergestellt unter Verwendung des Inertgas-Metall-Lichtbogenschweißverfahrens und eines vakuumerschmolzenen Schweißdrahtes von 1,575 mm Durchmesser, der aus 18% Nickel, 8% Kobalt, 4,5% Molybdän, 0,4% Titan, 0,1% Aluminium, Rest Eisen, bestand. Der Schweißdraht enthielt praktisch kein Bor, keinen Kohlenstoff, keinen Phosphor und kein Silicium. Als Gas wurde Argon verwendet, und dies enthielt weniger als insgesamt 0,1% Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd und Sauerstoff.

Als Grundwerkstoff wurde eine ausgehärtete 12,7 mm dicke Platte mit der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 1 angegeben verwendet. Die Platte wurde während der Schweißung fest an eine etwa 150 mm dicke Stahlplatte geklammert. Es war kein Vorwärmen oder Nachwärmen notwendig. Die Temperatur zwischen zwei Schweißgängen wurde auf weniger als 120⁰C gehalten. Nach dem Schweißen war kein Verzug der Verbindung zu beobachten.

Diese Schweißung wurde quer zur Schweißnaht geschnitten und auf ähnliche Weise wie im Beispiel 1 beschrieben untersucht. Es konnten keine Risse, keine Porosität oder andere Mängel irgendwelcher Art beobachtet werden. In Tabelle VI sind die Ergebnisse wiedergegeben, die an Proben erhalten wurden, die aus den quergeschnittenen Streifen der Schweißung, die bei 482⁰C 3 Stunden ausgehärtet und dann luftabgekühlt war, gearbeitet waren.

Tabelle VI

Art der Probe	0,2-	Zug	Bruch dehnung	Bruch einschnü	Bruchstelle
	Grenze	festigkeit	auf 25,4 mm	rung
	kp/mm²	kp/mm²	%	%
Quer zur	160,0	167,0	12	51	Über
Schweiß					gangs-
naht					zone
Schweißgut	155,0	165,5	8	29	—

Schweißdrahtes der Zusammensetzung, wie sie für den vakuumerschmolzenen Draht im Beispiel 3 angegeben wurde, vorgenommen. Die Verbindung wurde auf die gleiche Weise und unter den gleichen Bedingungen geschweißt, wie sie für die Stumpfschweißnaht in der 12,7 mm dicken Platte im Beispiel 3 beschrieben wurde. Die Makrountersuchung bei 30facher Vergrößerung der polierten und geätzten Querschnitte zeigte völlige Abwesenheit von Rissen, Porosität und anderen Mängeln, was die vollständige Brauchbarkeit dieses vakuumerschmolzenen Elektrodendrahtes zeigt.

Beispiel 5

Eine Stumpfschweißung wurde unter erschwerten Bedingungen durchgeführt, indem die 12,7 mm dicken Platten während der Schweißung fest an eine 150 mm dicke Stahlplatte geklammert waren. Es wurde eine ausgehärtete Platte (50 Rockwell C) verwendet, deren Zusammensetzung identisch mit derjenigen der Platte des Beispiels 1 war. Als Elektrode wurde eine Mantelelektrode von 3,97 mm Durchmesser verwendet. Die Drahtseele der Mantelelektrode bestand aus 18% Nickel, 8% Kobalt, 4,5% Molybdän, 2,2% Titan, 0,1% Aluminium, Rest Eisen. Der Flußmittelmantel bestand aus 47% Calciumcarbonat, 50% Kryolith, 3% Bentonit und einem Bindemittel, das aus 15 Gewichtsprozent des trockenen Flußmittels in einer wäßrigen Natriumsilikatlösung bestand. Es wurde weder Vorwärmen noch Nachwärmen angewandt, und die Temperatur zwischen zwei Schweißgängen wurde auf weniger als etwa 120⁰C gehalten. Nach dem Schweißen war kein Verzug der Verbindung zu beobachten.

Nach beendeter Schweißung wurde die Verbindung quer in acht Streifen geteilt, von denen jeder 12,7 mm breit war. Diese Streifen wurden poliert und geätzt und bei einer 30fachen Vergrößerung untersucht, wobei festgestellt wurde, daß sie völlig frei von Rissen, Porosität und anderen Mängeln waren. Diese Streifen wurden dann 3 Stunden bei 482° C ausgehärtet und zu gekerbten und ungekerbten Zugproben verarbeitet, die identisch mit den im Beispiel 1 beschriebenen waren. Die Ergebnisse der anschließenden Zugfestigkeitsprüfungen, die bei Raumtemperatur durchgeführt wurden, sind in der Tabelle VII angegeben.

Diese Ergebnisse zeigen die Brauchbarkeit dieser vakuumerschmolzenen Schweißdrahtzusammensetzung, um gute Schweißungen von hoher Festigkeit nach dem Gas-Metall-Lichtbogenschweißverfahren zu erhalten. Außerdem ergab ein an Luft erschmolzener Draht mit praktisch der gleichen Zusammensetzung wie der vakuumerschmolzene Draht ein Schweißgut mit 5% Bruchdehnung und 32% Brucheinschnürung bei einer quer zur Schweißung entnommenen Probe.

Beispiel 4

Eine Stumpfschweißung wurde nach dem Gas-Metall-Lichtbogenschweißverfahren an einer ausgehärteten 25,4 mm dicken Platte der gleichen Härte und Zusammensetzung wie diejenige im Beispiel 1 unter Verwendung eines im Vakuum erschmolzenen

	0,2- Grenze kp/mm²	Tabelle VIl	Bruch dehnung auf 25,4 mm	Bruch einschnü rung	Lage der Bruchstelle
Kerbzug festigkeit kp/mm²	159,0	Zug festigkeit kp/mm²	5	20	Grund werkstoff
55 194,0	165,0

Beispiel 6

Eine Stumpfschweißung wurde an einer 25,4 mm dicken Platte unter Verwendung einer Mantelelektrode der im Beispiel 5 angegebenen Zusammensetzung durchgeführt, wobei eine ausgehärtete Platte der gleichen Zusammensetzung und unter den gleichen Schweißbedingungen wie im Beispiel 5 beschrieben verwendet wurde. Die fertige Schweißnaht wurde quer an acht Stellen zerschnitten und die polierten und geätzten Querschnitte der Streifen bei

30facher Vergrößerung untersucht und dabei festgestellt, daß sie völlig frei von Rissen, Poren und anderen Mangeln waren.

Beispiel 7

12,7 mm dicke Stumpfschweißungen wurden an 12,7 mm dicken Platten unter ähnlichen Bedingungen, wie sie im Beispiel 5 beschrieben sind, durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß die Mantelelektrode eine Seele bevorzugter Zusammensetzung hatte, um ein Schweißgut niederzulegen, das günstige Kerbschlagzähigkeitseigenschaften aufwies. Die Seele hatte eine Zusammensetzung aus 18% Nickel, 7,65% Kobalt, 2,2% Molybdän, 2,32% Titan, 0,019% Kohlenstoff, weniger als 0,1% Mangan, 0,1% Silicium, Rest Eisen und der Flußmittelmantel aus 50% Kryolith, 47% Calciumcarbonat, 3% Bentonit und einem Natriumsilikatbindemittel.
Die Stumpfschweißungen wurden in 12,7 mm breite Streifen geschnitten und verschiedenen Wärmebehandlungen nach dem Schweißen unterzogen, die zwischen 1 Stunde bei 149 ⁰C und 3 Stunden bei 482°C lagen. Der Zweck dieses Bereichs der Wärmebehandlung bestand darin, die Eigenschaften von Schweißungen festzustellen, die verschiedenen Aushärtungsbehandlungen nach dem Schweißen unterzogen waren. Diese Proben wurden dann bei Raumtemperatur untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle VIII angegeben.

Tabelle VIII

Schweiß versuchs nummer	Wärmeb nachdem Zeit Stunden	ehandlung Schweißen Temperatur ⁰C	Härte des Schweißgutes nach der Wärme behandlung Rockwell C	0,2-Grenze kp/mm²	Zugfestigkeit kp/mm²	Bruchdehnung auf 25,4 mm %	Bruch einschnürung %	Charpy-V-Kerb- schlagzähigkeit bei Raum temperatur
1	wie ge	ichweißt	37*)	100,0	110,0	3	7	4,29
2	1	149	38	98,5	111,3	3	9	4,70
3	1	260	38	102,2	115,0	10	33	4,15
4	1	371	41	115,5	127,7	12	43	2,35
5	1	427	46	127,5	136,8	10	34	2,07
6	1	482	42	138,7	144,7	10	39	2,49
7	3	482	47	147,2	153,0	9	15	1,94

*) Härte nach Schweißen ohne weitere Behandlung.

Die in der Tabelle VIII zusammengestellten Ergebnisse zeigen die Vielseitigkeit dieser Zusammensetzung, bei der 0,2-Grenzen von über 98,5 kp/mm², eine Zugfestigkeit von über 105,5, beispielsweise 110,4 kp/mm² und mehr, zusammen mit einer Charpy-V-Kerbschlagzähigkeit bei Raumtemperatur von über 4,15 mkp jeweils in unbehandeltem Zustand nach dem Schweißen erzielt wurden. Nach einer 3stündigen Aushärtung bei 482° C ergab die gleiche Schweißung eine 0,2-Grenze von nahezu 147,7 kp/mm², eine Zugfestigkeit von 153,0 kp/mm² und eine gute Duktilität für eine Schweißung dieser Festigkeit. Es sei darauf hingewiesen, daß der Molybdängehalt des Seelendrahtes nur 2,2% betrug, da diese Molybdänmenge in Kombination mit dem Rest der Elektrode Schweißgut mit ausgezeichneter Kerbschlagzähigkeit ergibt, obwohl die Zugfestigkeit und die 0,2-Dehngrenze etwas unter dem Optimum liegen.

Beispiel 8

Um die Wirkungen von Titan und Aluminium im erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff der Mantelelektrode zu zeigen, wurden zwei Reihen von Schweißversuchen unter Verwendung von 'Drahtseelen durchgeführt, die wechselnde Mengen an Titan bei einer Reihe und wechselnde Mengen von Aluminium bei der anderen Reihe enthielten. Die bei der mit Titan durchgeführten Versuchsreihe verwendeten Drahtseelen bestanden neben Titan aus 18.5¹O Nickel. 3.5% Kobalt. 5% Molybdän, 0.05% Kohlenstoff. 0.2¹¹Z₀ Aluminium, 0.1% Mangan, 0.1%

55

60 Silicium, Rest Eisen. Die bei der Versuchsreihe mit Aluminium verwendeten Drahtseelen bestanden neben Aluminium aus 18,5% Nickel, 3,5% Kobalt, 5% Molybdän, 0,05% Kohlenstoff, 0,4% Titan, 0,1% Mangan, 0,1% Silicium, Rest Eisen. Jede der Drahtseelen bei jeder Versuchsreihe hatte einen Durchmesser von 3,97 mm und war durch Strangpressen mit einer Mischung aus 47% Calciumcarbonat, 50% Kryolith, 3% Bentonit und einem Natriumsilikatbindemittel ummantelt.

Die Elektroden der beiden Versuchsreihen wurden an Hand von Rißprüfungen von X-Schweißungen an zwei Blöcken von gealtertem martensitischem Stahl einer Größe von 25,4 χ 25,4 χ 76,2 mm mit einer Härte von etwa 46 Rc und einem Gehalt von 18,5% Nickel, 6,5% Kobalt, 7,5% Molybdän, 0,3% Titan, 0,02% Kohlenstoff, Rest Eisen bewertet. Der Rißtest an der X-Schweißung wurde angewandt, da dies eine außerordentlich scharfe Prüfung ist, die ein zuverlässiges Anzeichen für das Vorliegen und/oder die Abwesenheit von Längsrissen ist. Es wurde nicht vorgewärmt, und die Temperatur zwischen zwei Schweißgängen wurde unterhalb 121 C gehalten. Nach dem Schweißen wurden die Prüfstücke auf Schweißrisse und andere Mängel untersucht. Außerdem wurden Härtebestimmungen des Schweißgutes in frisch geschweißtem Zustand durchgeführt. Nachdem diese bestimmt waren, wurde ein Teil jeder X-Schweißung 3 Stunden bei 482 C ausgehärtet und wiederum die Härte der Schweißung ermittelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle IX angegeben.

Tabelle IX

Schweiß- Versuchs-	Kerndraht	wechselnd	Schweißgut	—	Härte des Schweißgutes, Rc	ausgehärtet	Porosität	Längsrisse in der Schweißnaht, Risse
* Wl kj %Λ \^ 11 ij nummer	%Ti	%AI	%Ti	—	Frisch geschweißt	36	der Schweißung	pro X-Schweißungs- abschnitt
8*)	<0,l	0,2	0,1	— .	30	35	stark	>40
9*)	0,49	0,2	0,1	—	30	38	wenig	>40
10	1,00	0,2	0,17	—	31	41	keine	>40
11	1,39	0,2	0,19	—	36	40	keine	21,4
12	1,84	0,2	0,22	<0,01	32	47	keine	4
13	2,%	0,2	0,81	<0,l	33	41	keine	keiner
14*)	0,4	<0,03	—	0,14	30	42	stark	>40
15*)	OA	0,5	—	0,24	29	42	keine	>40
16	0,4	0,99	—	0,43	33	47	keine	>40
17	0,4	1,55	—	0,8	36	47	keine	8,5
18	0,4	2,15	—	32	50	kejne	8
19	0,4	3,43	—	37	•keine	keiner

*_:) Gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung.

Die Werte zeigen deutlich die günstige Wirkung von Titan und/oder Aluminium zur Verminderung von Längsrissen in der Schweißung bei Verwendung von Mantelelektroden beim Lichtbogenschweißen großer Querschnitte. Außerdem sei darauf ,hingewiesen, daß außerordentlich geringer Titangehalt (Schweißung Nr. 8) oder außerordentlich geringer Aluminiumgehalt (Schweißung Nr. 14) eine starke Porosität der Schweißung sowie Längsrisse hervorrief.

Tabelle X Beispiel 9

40

Ähnliche Prüfungen wie die im Beispiel 8 beschriebenen wurden auch durchgeführt, um die Wirkung von Titan auf das Längsreißen von Schweißungen von dicken Querschnitten unter Verwendung von an Luft erschmolzenem Schweißdraht mit einem Durchmesser von etwa 1,58 mm beim Inertgas-Metall-Lichtbogenschweißen zu zeigen. Jeder Schweißdraht bestand neben einem wechselnden Titangehalt aus 18% Nickel, 8% Kobalt, 4,7°/,, Molybdän, weniger als 0,05°/o Mangan, 0,05% Silicium, 0,01% Kohlenstoff, weniger als 0,15% Aluminium, Rest Eisen. Als Gas wurde Argon verwendet, und dies enthielt insgesamt weniger als 0,1 Volumprozent Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd und Sauerstoff. Die X-Schweißungen wurden durch Niederlegen von Schweißgut zwischen zwei 25,4 χ 25,4 χ 150-mm-Stücken von ausgehärtetem martensitischem Stahl aus 18,6% Nickel, 7,0% Kobalt, 4,5% Molybdän, 0,22% Titan, 0,01% Mangan, 0,11% Silicium, 0,031% Kohlenstoff, 0,01% Schwefel, 0,008% Phosphor, 0,085% Aluminium, 0,003% Bor, weniger als 0,01 "/0 Zirkonium, Rest Eisen durchgeführt. Alle anderen Schweißbedingungen waren ähnlich denjenigen des Beispiels 8. Die Ergebnisse sowie die Zusammensetzungen der Schweißdrähte sind in Tabelle X aufgeführt.

Schweiß	% Titan	Längsrisse in der	Porosität
versuchs	im	Schweißnaht,
nummer	Schweißdraht	Risse pro Querschnitt	wenig
15	0,18	keiner	sehr gering
16	0,57	keiner	sehr gering
17	0,83	2,5 -	sehr gering
18	0,97	5,0	sehr gering
19	1,1	1,25	sehr gering
20	1,66	• 3,25

Aus der Tabelle X ist zu ersehen, daß bei Vorliegen von mehr als etwa 0,83% Titan sich Längsrisse in der Schweißung auszubilden scheinen. Während 0,18% Titan keine Längsrisse in der Schweißung zeigen, ergab sich bei Verwendung eines Schweißdrahtes mit diesem geringen Titangehalt eine gewisse Porosität im Sch.weißgut. Um die Porosität sowohl wie die Längsrisse bei Schweißungen von dickem Querschnitt auszuschließen, ist es notwendig, zu höheren Titangehalten, beispielsweise 0,35%, überzugehen.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf das Schweißen und das Auftragen von martensitischen, gealterten Eisen-Nickel-Legierungen, d. h. martensitaushärtenden Legierungen auf Eisenbasis oder Stählen, die eine Eisenmatrix aufweisen, die etwa 10 bis etwa 25% Nickel enthält und vom austenitischen Zustand bei erhöhter Temperatur in den martensitischen Zustand oder einen martensitähnlichen Zustand übergehen kann, beispielsweise durch Abkühlen auf Raumtemperatur, Kühlen und/oder durch Kaltverarbeitung, und zwar auch bei großen Querschnitten, beispielsweise bis zu 25,4 mm dick und dicker und unter schwerer Beanspruchung. Die Matrizes dieser martensitaushärtenden Legierungen auf Eisenbasis werden mit einem ode^r mehreren härtenden Elementen, wie beispielsweise Silicium,

909 522/324

Kohlenstoff, Berryllium, Aluminium, Titan, Niob, Tantal, Molybdän, Vanadium, Stickstoff, Kobalt, Wolfram und Kupfer, in Mengen legiert, die in fester Lösung in der martensitischen Matrix nach der Umwandlung festgehalten werden können und die aktiviert werden können, um die Legierung durch Aushärten bei einer Temperatur unter derjenigen Temperatur zu härten, bei welcher die Matrix austenitisch wird. Die Legierung enthält üblicherweise Kohlenstoff in Mengen von etwa 0,02 bis zu etwa 0,1% und nicht mehr als jeweils 0,2% an Silicium und Mangan. Die Legierung kann auch Chrom enthalten, jedoch mit der allgemeinen Ausnahme, daß bei Vorliegen von Chrom in größeren Mengen als etwa 1 % die Summe der Prozentsätze von Nickel und Chrom geringer als etwa 23 oder 24% ist. Beispiele für martensitaushärtenden Grundwerkstoff, dem die erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoffe besonders angepaßt sind, sind diejenigen, die mit Aluminium und/oder Titan ausgehärtet werden, beispielsweise in Mengen von jeweils etwa bis zu 7%, wobei die Summe von Aluminium und Titan zwischen etwa 1,5 und etwa 7% liegt, sowie diejenigen, die mit etwa 2 bis etwa 30% Kobalt und etwa 1 bis etwa 15% Molybdän ausgehärtet werden, wobei der Prozentsatz an Kobalt mal dem Prozentsatz an Molybdän zwischen etwa 10 und etwa 100 liegt (% Co · % Mo = 10 bis 100). Ein besonders vorteilhafter martensitaushärtender Grundwerkstoff, der mit Titan oder Aluminium aushärtet, enthält neben etwa 1,5 bis etwa 7% Titan plus Aluminium etwa 18 bis etwa 30% Ni, bis zu etwa 2% Niob, bis zu etwa 0,1% Kohlenstoff, bis zu etwa 0,2% Mangan, bis zu etwa 0,2% Silicium, bis zu etwa 10% Kobalt, bis zu etwa 0,05% Calcium, bis zu etwa 0,05% Bor, bis zu etwa 0,1% Zirkonium, bis zu etwa 0,25% Vanadium und als Rest Eisen. Ein besonders vorteilhafter martensitaushärtender Grundwerkstoff, der mit Kobalt und Molybdän in den vorgenannten Mengen aushärtet, enthält neben Kobalt und Molybdän etwa 10 bis etwa 25% Nickel, bis zu etwa 8% Chrom, vorausgesetzt, daß bei Vorliegen von Chrom die Summe von Nickel und Chrom etwa 10 bis etwa 23% ausmacht, bis zu etwa 0,15% Kohlenstoff, bis zu etwa 0,1% Stickstoff, bis zu etwa 2% Kupfer, bis zu etwa 2% Wolfram, bis zu etwa 6% Vanadium, bis zu etwa 3% Niob, bis zu etwa 3% Titan, bis zu etwa 3% Aluminium, bis zu etwa 2% Beryllium, bis zu etwa 0,2% Silicium, bis zu etwa 0,25% Mangan, bis zu etwa 0,1% Bor, bis zu etwa 0,25% Zirkonium, bis zu etwa 0,1% Calcium, Rest Eisen, wobei mehr Eisen als jedes andere Element vorliegt und die Elemente außer Nickel, Kobalt, Molybdän und Eisen vorzugsweise weniger als insgesamt etwa K)¹Vo ausmachen. Außerdem ist die Erfindung anwendbar auf das Schweißen von Eisenlegierungen, wie beispielsweise Kohlenstoffstahl, niedriglegierte Stähle u. dgl., die von etwa 90 bis etwa 100% Eisen, bis zu etwa 6% Nickel, bis zu etwa 5% Molybdän, bis zu etwa 6% Chrom, bis zu etwa 3¹Vo Vanadium, bis zu 0,6% Kohlenstoff, bis zu etwa 1% Silicium, bis zu etwa 3% Mangan und bis zu etwa 0,5% Kupfer enthalten.

Claims

Patentansprüche: ('$

1. Schweißzusatzwerkstoff zur Bildung von hochfesten martensitischen Eisen-Nickel-Schweißungen und -Schweißaufträgen auf eisenhaltigem Material durch Lichtbogenschweißen mit Mantelelektroden an Luft oder durch Unterpulverschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißzusatzwerkstoff aus 13 bis 20% Nickel, 2 bis 13% Kobalt, 2 bis 10% Molybdän, wobei die Summe von Kobalt und Molybdän mindestens 6%) beträgt, und bis zu 5% Titan und/oder bis zu 5% Aluminium, wobei die Summe von Aluminium und Titan 1 bis 5% beträgt, weniger als 0,5% Kohlenstoff, weniger als 1% Silicium, weniger als 1,5% Mangan, bis zu 0,005% Bor, bis zu 0,01% Zirkonium, Rest Eisen besteht.

2. Schweißzusatzwerkstoff zur Bildung von hochfesten martensitischen Eisen-Nickel-Schweißungen und -Schweißaufträgen auf eisenhaltigem Material durch Schutzgas-Lichtbogenschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißzusatzwerkstoff aus 13 bis 20% Nickel, 2 bis 13% Kobalt, 2 bis 10% Molybdän, wobei die Summe von Kobalt und Molybdän mindestens 6% beträgt, und bis zu 0,5% Titan und/oder bis zu 0,5% Aluminium, wobei die Summe von Titan und Aluminium 0,1 bis 0,5% beträgt, weniger als 0,5% Kohlenstoff, weniger als 1% Silicium, weniger als 1,5% Mangan, bis zu 0,005% Bor, bis zu 0,01% Zirkonium, Rest Eisen besteht.

3. Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 17,5 bis 18,5% Nickel, 7,5 bis 8,5% Kobalt, 4 bis 5% Molybdän und bis zu 0,5% Titan und/oder bis zu 0,5% Aluminium, wobei die Summe von Titan plus Aluminium 0,35 bis 0,5% beträgt, weniger als 0,03% Kohlenstoff, weniger als 0,1% Silicium, weniger als 0,1% Mangan, weniger als 0,01% Phosphor, weniger als 0,01% Schwefel, weniger als 0,003% Bor und weniger als 0,007% Zirkonium besteht.

4. Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißzusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahts zum Unterpulverschweißen bei Verwendung eines Flußmittels, das flußbildende und schlackebildende Bestandteile enthält, vorliegt und der Draht aus 15 bis 20% Nickel, 7,5 bis 8,5% Kobalt, 4 bis 5% Molybdän und bis zu 3% Titan und/oder bis zu 3% Aluminium, wobei die Summe von Titan und Aluminium 2 bis 3% beträgt, bis zu 0,03% Kohlenstoff, bis zu 0,1¹Vo Silicium, weniger als 0,1% Mangan, bis zu 0,001% Bor, bis zu 0,007% Zirkonium, Rest Eisen besteht.

5. Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelgehalt des Drahts für das Unterpulverlichtbogenschweißen 17,5 bis 18,5% Nickel beträgt.

6. Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißzusatzwerkstoff in Form einer Mantelelektrode mit einer Drahtseele vorliegt, die aus 13 bis 20% Nickel, 2 bis 13% Kobalt, 2 bis 10% Molybdän, wobei die Summe von Kobalt plus Molybdän mindestens 6% beträgt und bis zu 5% Titan und/oder bis zu 5% Aluminium, wobei die Summe von Titan plus Aluminium 1 bis 5% · beträgt, weniger als 0,5% Kohlenstoff, weniger als 1,5% Mangan, weniger als 1% Silicium,

weniger als 0,005% Bor, weniger als 0,01% Zirkonium, Rest Eisen besteht, und der Flußmittelmantel aus 25 bis 45% Calciumcarbonat, Bariumcarbonat oder Strontiumcarbonat oder Mischungen davon, 30 bis 50% Kryolith und bis zu 30% Titandioxyd besteht.

7. Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine Drahtseele enthält, die aus 17,5 bis 18,5% Nickel, 7,5 bis 8,5% Kobalt, 4 bis 5% Molybdän und bis zu 3% Titan und/oder bis zu 3% Aluminium, wobei die Summe von Titan plus Aluminium 2 bis 3% beträgt, bis zu 0,03% Kohlenstoff, bis zu 0,1% Silicium, bis zu 0,1% Mangan, weniger als 0,01% Phosphor, weniger als 0,01%

Schwefel, weniger als 0,001% Bor, weniger als 0,005% Zirkonium, Rest Eisen besteht, und der Flußmittelmantel aus 30 bis 40% Calciumcarbonat, 35 bis 45% Kryolith, bis zu 20% Titandioxyd und bis zu 5% Strangpreßhilfen und einem Silicatbindemittel besteht.

8. Verfahren zur Wärmebehandlung des unter Verwendung eines Schweißzusatzwerkstoffes nach Anspruch 1 oder 2 niedergelegten Schweißgutes, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißgut 1 bis 6 Stunden auf eine Temperatur von 450 bis 540⁰C erhitzt wird.

9. Verfahren zur Wärmebehandlung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißgut 3 Stunden auf 48O⁰C erhitzt wird.