DE1296930B - Umhuellte Schweisselektrode auf Nickel-Chrom-Basis - Google Patents

Umhuellte Schweisselektrode auf Nickel-Chrom-Basis

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DE1296930B
DE1296930B DEI24083A DEI0024083A DE1296930B DE 1296930 B DE1296930 B DE 1296930B DE I24083 A DEI24083 A DE I24083A DE I0024083 A DEI0024083 A DE I0024083A DE 1296930 B DE1296930 B DE 1296930B
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niobium
core
electrode
nickel
manganese
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Witherell Charles Eichhorn
Peck James Vincent
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International Nickel Co Inc
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Description

Die Erfindung betrifft umhüllte Schweißelektroden auf Nickel-Chrom-Basis.
Die Erfindung hat sich die Herstellung von Elektroden zum Ziel gesetzt, die zum Schweißen in sämtlichen Positionen geeignet sind und auch beim Verschweißen von Metallen, die sowohl gleichen als auch verschiedenen Temperatureinwirkungen ausgesetzt werden, Schweißungen liefern, die sogar bei lange einwirkenden Temperaturen oberhalb 5400C gute Eigenschaften besitzen. Die erfindungsgemäßen Elektroden werden insbesondere zum Verschweißen der bisher nur unter Schwierigkeiten verschweißbaren austenitischen rostfreien Stähle, die bei der Errichtung von Kraftwerksanlagen verwendet werden, eingesetzt.
Es wurden bereits Schweißelektroden zum Schweißen der vorstehend erwähnten Stähle entwickelt, die in die verfestigte Schweißnaht eine kleine Ferritmenge einbringen; diese Schweißungen weisen jedoch gewisse Nachteile auf. Werden sie beispielsweise längere Zeit höheren Temperaturen, z. B. 540 bis 9300C, ausgesetzt, dann wandelt sich der Ferrit in eine brüchige, spröde Phase, offensichtlich die Sigma (ff)-Phase, um. Darüber hinaus verschlechtern mehr als 2% der Ferritphase im Schweißgut die Kriechfestigkeit sowie die Zeitstandfestigkeit.
Ferner wird in der USA.-Patentschrift 3 024137 eine umhüllte Schweißelektrode mit einem Kern aus einer Nickel-Chrom-Legierung beschrieben, wobei die Elektrode jedoch im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Elektrode weder Molybdän noch Wolfram enthält. Der durch die erfindungsgemäßen ummantelten Schweißelektroden gegebene Fortschritt besteht einerseits darin, daß die unter Verwendung dieser Elektroden erzeugten Schweißgutablagerungen bei erhöhten Temperaturen wesentlich bessere Eigenschaften besitzen als die Schweißungen, die unter Verwendung der in der vorerwähnten USA.-Patentschrift beschriebenen Schweißelektroden erhalten werden. Aus der in Welding Journal — Welding Research Supplement,
ίο November 1960, S. 473-s bis 478-s, veröffentlichten Arbeit von C. E. W i t h e r e 11 geht hervor, daß die Schweißungen, die gemäß dieser USA.-Patentschrift hergestellt wurden, bei einem 100 stündigen Zeitstandversuch bis zum Bruch bei einer Temperatur
is von 6500C eine Beanspruchung von 24,6 kp/mm2 ermöglichen, wogegen gemäß der Erfindung unter den gleichen Bedingungen eine Beanspruchung von 42,2 kp/mm2 erreicht wird. Hieraus folgt, daß die mittels der erfindungsgemäßen Elektroden hergestellten
so Schweißungen im Gegensatz zu den Schweißablagerungen, die mit der in der genannten USA.-Patentschrift beschriebenen Elektrode erhalten werden, bei erhöhten Temperaturen wesentlich bessere Eigenschaften, wie beispielsweise Zeitstandfestigkeit, besitzen.
Erfindungsgemäß wird eine umhüllte, Niob enthaltende Schweißelektrode zum Lichtbogenschweißen geschaffen, die aus einem Kern aus einer Nickel-Chrom-Legierung sowie einer Flußmittelumhüllung besteht und deren Zusammensetzung aus der Tabelle I hervorgeht:
Tabelle I
Komponente
Beispiel
Kern C1)
Chrom
Eisen
Titan
Aluminium ...
Ti+ Al
Silicium
Mangan
Magnesium ...
Kohlenstoff ...
Zirkonium
Bor
Kobalt
Niob
Molybdän
Wolfram
Nickel
W + Mo + Nb
bis 25
0 bis 10
0 bis 2
0 bis 1
0,5 bis 2
0 bis 0,5
0 bis 3
0 bis 0,3
0 bis 0,1
0 bis 0,05
0 bis 0,005
0 bis 2,0
0 bis 8
0 bis 8
0 bis 4
Rest,
mindestens 55
13 bis 20
6 bis 8
0,5 bis 0,9
0 bis 0,5
0 bis 0,05
0 bis 1,5
0,01 bis 0,1
0 bis 0,07
0 bis 0,03
O bis 0,005
0 bis 0,1
2,5 bis 6,5
1,5 bis 3,5
2,5 bis 3,5
Rest,
mindestens 60
mindestens 8,75
15
7
0,6
0,4
weniger als 0,05
0,2
0,02
0,05
0,03
0,005
weniger als 0,1
67,5
Kern, angegeben in Gewichtsprozent des Kernes.
Tabelle I (Fortsetzung)
Komponente Bereich
o/ /o
Bevorzugter Bereich
Beispiel
/o
Umhüllung (2)
Titandioxyd
Mangancarbonat
Erdalkalicarbonate
Mangan
Wolfram
Molybdän
Niob (5)
Eisen (6)
Kryolith
Betonit (e)
Elektrode (3)
Molybdän (4)
Wolfram (4)
Niob (4)
(2) Umhüllung, angegeben in Gewichtsprozent der trockenen Umhüllung, wobei die trockene Umhüllung 20 bis 4O°/o des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.
(:i) Komponenten, angegeben in Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Elektrode.
Obwohl es möglich ist, daß die Legierung, aus welcher der Elektrodenkern besteht, bereits früher für andere Zwecke verwendet worden ist und auch umhüllte Elektroden mit einem Kern aus Nickel-Chrom-Legierungen und mit einer Umhüllung, die Mangancarbonat und Niob enthält, ebenfalls bekannt sind, ist bisher noch niemals erkannt worden, daß die erfindungsgemäße spezielle Kombination aus einer Kernlegierung und einer Flußmittelumhüllung, wobei festgelegte Mengenanteile an bestimmten Komponenten eingehalten werden, eine umhüllte Elektrode ergibt, die sich in allen Positionen gut einsetzen läßt und darüber hinaus Schweißungen liefert, die uner-
10 5
15 0 0 0 0 0
10 0 bis 35 bis 30 bis 40 bis 20 bis 25 bis 25 bis 35 bis 30 bis 35 bis 5
12 bis
12 bis
20 bis 30 (')
0 bis 12,5
0 bis 12,5
1 bis
12 bis
2 bis
18 18 25
10,8 7,2
18 3
bis 4 bis 3 1,5 bis 10
1,8 1,8
bis bis bis
2,5 2,5
(4) % W + 2 (% Mo), mindestens 1,5;
% Nb + °/o W + 2 (°/o Mo; beträgt 3,5 bis
(5) Beispielsweise als Eisen-Niob-Legierung, die ungefähr 60 Gewichtsprozent Niob enthält.
(6) Wahlweise.
(7) Calciumcarbonat.
wartete Vorteile bezüglich der Fehlerlosigkeit und hohen Festigkeit bei erhöhten Temperaturen besitzen, so wie dies erfindungsgemäß der Fall ist.
Die Zusammensetzungen des mittels der erfindungsgemäßen Elektroden niedergelegten Schweißgutes und/oder Schweißauftrages hängen natürlich von der genauen Zusammensetzung der Umhüllung, der Zusammensetzung des Kerndrahtes und der Zusammensetzung des zu verschweißenden Grundmetalls ab. Jedoch hat das Schweißgut, das unter Verwendung der erfindungsgemäßen Elektroden niedergelegt ist, stets die in Tabelle II angegebene Zusammensetzung.
Tabelle II
Bestandteile Bereich
Bevorzugter Bereich
Beispiel
Chrom
Eisen
Wolfram
Molybdän
W + 2 Mo
Niob
Nb + W + 2 Mo
Nb + W + Mo .
Titan
Aluminium
Mangan
Silicium
Magnesium
Kohlenstoff
Zirkonium
Bor
Kobalt
Nickel
bis 25
bis 10
bis 4
bis 5
mindestens 1,5
1,5 bis mindestens 3,5 bis 0,7 bis 0,5 0,2 bis 4,5 bisl
bis 0,1 bis 0,1 bis 0,01 bis 0,003 bis 2
Rest,
mindestens 13 bis 6 bis 2,5 bis 3,5 1,5 bis 3,5
2,5 bis 6,5
mindestens 8,75
bis 0,2
bis 0,1
0,5 bis
bis 0,7
bis 0,03
bis 0,07
bis 0,01
bis 0,003
bis 0,1
Rest,
mindestens
15 7 3 2
0,05
0,05
1,5
0,5
0,01
0,05
vorhanden, <0,01 vorhanden, <0,003 vorhanden, <0,l 67
5 6
Im allgemeinen sind Niob sowie Wolfram und damit die erforderliche Festigkeit und Korrosions Molybdän in der Elektrode teilweise in der Umhüllung beständigkeit des Schweißgutes gewährleistet ist. und teilweise in dem Kern enthalten, es können aber Ferner müssen entweder Titan (in Mengen bis zu 2%)
auch diese Elemente vollständig in der Umhüllung oder Aluminium (in Mengen bis zu 1 °/o) °der sowohl oder gänzlich in dem Kern vorliegen. Die Umhüllung 5 Titan als auch Aluminium (in Mengen von 0,5 bis 2 %) enthält schlackenbildende und Flußmittelbestandteile, in dem Kern enthalten sein. Diese Elemente tragen zu beispielsweise Mangancarbonat, Erdalkalimetall- einer Verfestigung des Schweißgutes bei. Sie sind wertcarbonate, Titandioxyd sowie Kryolith, und zwar in volle Desoxydationsmittel und sind in der Schweiße Mengen von mindestens 40%» bezogen auf das erforderlich, um zu gewährleisten, daß die Schweißung Trockengewicht der Umhüllung. io fehlerfrei und nicht von Poren durchsetzt ist, insbe-
Das Niob trägt zur Fehlerlosigkeit der Schweißung sondere beim Schweißen in ungewöhnlichen Stellungen, bei, erhöht die Verträglichkeit des Schweißgutes z. B. beim Schweißen über Kopf. Diese Elemente gegenüber einer Eisenverdünnung und unterstützt die können dem Kerndraht in relativ großen Mengen, bis Verfestigung der festen Lösung des Schweißzusatz- zu insgesamt 2 %> zugesetzt werden, beispielsweise bis Werkstoffes, ohne daß dabei der Schweißzusatz- 15 zu ungefähr 1% an jedem Element, ohne daß dabei werkstoff alterungshärtbar wird. Ist das Niob voll- die Schweißung zur Brüchigkeit neigt; dies ist deshalb ständig in dem Kern enthalten, dann liegt es in der Fall, da diese Elemente bei der Temperatur des Mengen von 2 bis 8 % vor- Ist andererseits das Niob Lichtbogens verhältnismäßig flüchtig sind und sich vollständig in der Umhüllung zugegen, so liegt es in daher nur ein geringer Prozentsatz eines jeden EIe-Mengen von 10 bis 35% der Umhüllung vor. In 20 mentes in der Schweißung wiederfindet. In diesem vorteilhafter Weise ist das Niob teilweise in dem Kern Zusammenhang sei bemerkt, daß die Ausbeute des und teilweise in der Umhüllung enthalten, da ein längs des Lichtbogens abgeschiedenen Aluminiums Überschuß an Niob in dem Kerndraht bewirkt, daß und Titans bei ungefähr 5 bis ungefähr 50% der urdie Legierung übermäßig starr wird. Wird der Um- sprünglichen Menge liegt.
hüllung zu viel Niob als metallischer Zusatz zu- 25 Bor, Zirkonium und Magnesium, die jeweils wahlgegeben (gewöhnlich in Form einer Eisen-Niob- weise den erfindungsgemäßen Elektroden (gewöhnlich Legierung, die beispielsweise 60 Gewichtsprozent Niob dem Kern) zugesetzt werden können, üben eine enthält), dann werden die Eigenschaften des Schweiß- günstige Wirkung aus. So unterdrückt beispielsweise gutes verschlechtert. Im allgemeinen ist in dem im Magnesium im Schweißgut die Wirkung von etwa noch Handel erhältlichen Niob eine geringe Tantalmenge 30 vorhandenem Schwefel und ist außerdem deshalb von enthalten, wobei eine Tantalmenge, die bis zu ungefähr Wert, da es die Duktilität, insbesondere bei Temperaeinem Fünftel der Niobmenge entspricht, erfindungs- türen um 6500C, erhöht. Bor und Zirkonium werden gemäß als Niob angesehen wird. der Kernlegierung zur Erhöhung ihrer Schmiedbarkeit
Die Elemente Molybdän und Wolfram tragen zu- zugesetzt.
sammen mit dem Niob zur Verfestigung der festen 35 Die trockene Umhüllung macht 20 bis 40% des Lösung des Schweißgutes bei, die durch die erfindungs- Gewichtes der Elektrode, d.h. des Kerns und der gemäßen Elektroden erzeugt werden. Diese Elemente Umhüllung, aus. Als Erdalkalicarbonate werden scheinen in einer engen Beziehung zueinander zu Calciumcarbonat, Bariumcarbonat, Strontiumcarbostehen, so daß eine synergetische Wirkung der EIe- nat sowie Kombinationen dieser Carbonate vermente im Schweißgut auftritt. Diese Beziehung kann 40 wendet. Die Umhüllung kann ferner bis zu 30 % durch die Gleichung: Eisen enthalten. Mangancarbonat, Erdalkalicarbo
nate, Titandioxyd und Kryolith sind die fluß- und
% Nb + [% W + 2 (% Mo) ] S 3,5 schlackenbildenden Bestandteile. Das Mangancarbonat
dient ferner zur Einbringung größerer Manganwiedergegeben werden. 45 mengen in das Schweißgut, d. h. von wenigstens unge-In vorteilhafter Weise ist ein Teil eines jeden der fähr 0,2 %. Das Mangan ist ein notwendiger Bestanddrei Elemente Molybdän, Wolfram und Niob in der teil des Schweißgutes, welches dazu dient, die Fehler-Elektrode enthalten, damit eine optimale Festigkeit freiheit zu gewährleisten und das Auftreten von und metallurgische Stabilität des durch Verwendung Rissen bei hohen Temperaturen und von Poren zu der erfindungsgemäßen Elektroden niedergelegten 5" unterbinden, insbesondere in sehr stark beanspruchten Schweißgutes erzielt wird. Vorteilhafterweise werden und/oder dicken Querschnitten; Mangancarbonat Wolfram und/oder Molybdän teilweise der Umhüllung liefert nun dieses Mangan für das Schweißgut. Es und teilweise dem Kern zugegeben, und zwar dann, kann aber auch metallisches Mangan der Umhüllung wenn sie in Mengen verwendet werden, die sich den in Mengen bis zu 20 %, bezogen auf das Gewicht der oberen Gehalten des angegebenen Bereiches nähern, 55 Umhüllung, zugegeben werden. Wird das Mangan da ein Überschuß an einem oder an beiden Elementen der Umhüllung zugesetzt, so kann es in Form eines in dem Kern zur Folge hat, daß das Kernmaterial elektrolytischen Mangans oder Ferromangans u. dgl. schwierig zu einem Schweißkerndraht zu verarbeiten zugemischt werden. Mangan kann aber auch dem ist. Es ist aber auch vorzuziehen, daß nicht das ganze Kern zulegiert werden, und zwar in Mengen bis zu 3 %, Wolfram oder Molybdän der Umhüllung zugesetzt 60 bezogen auf das Gewicht des Kerns. Sofern also wird, da diesen teuren Metallen nicht genügend Zeit Mangan zugegen ist, kann dieses teilweise in dem zur Verfügung steht, um in ausreichendem Maße in Kern und teilweise in der Umhüllung oder vollständig die Schweiße einzudiffundieren. in dem Kern oder der Umhüllung enthalten sein. In Der Chromgehalt des Schweißgutes ist im Hinblick vorteilhafter Weise wird das Mangan, sofern es überauf die Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit der 65 haupt zugesetzt wird, nur der Umhüllung zugemischt, Schweißung bei erhöhten Temperaturen sowie auf die da seine Hauptfunktion darin besteht, das Auftreten mechanischen Eigenschaften von Bedeutung. Natur- von Rissen im Schweißgut zu unterbinden; es sollten lich muß auch Nickel in dem Kern zugegen sein, nur kleine Manganmengen, d. h. mindestens 0,2 und
nicht mehr als 4,5 %j über den Lichtbogen abgeschieden werden.
Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Bestandteilen der Umhüllung kann diese auch Hilfsstoffe zur Erleichterung des Strangpressens, wie beispielsweise Bentonit oder andere kolloidale Tone, Befeuchtungsmittel, wie beispielsweise Alginate, Gummiarten, Glykolate, Natriumcarboxymethylcellulose u. dgl., in Mengen, die insgesamt bis zu 5 Gewichtsprozent der Umhüllung ausmachen, enthalten.
Die zur Herstellung der Umhüllung verwendeten Bestandteile sind pulverförmig und besitzen vorzugsweise eine Teilchengröße zwischen ungefähr 50 und ungefähr 300 μ..
Gewöhnlich wird ein in Wasser dispergierbares Bindemittel, in vorteilhafter Weise ein silikatartiges Mittel, zur Herstellung eines dauerhaften und harten Überzugs auf dem Nickel-Chrom-Kern nach dem Trocknen und Einbrennen verwendet. In der folgenden Tabelle III sind die Mengen (in Gewichtsprozent der trockenen Umhüllung) von Bestandteilen angegeben, die für das Bindemittel verwendet werden können.
Tabelle HI
Die erfindungsgemäßen Elektroden sind nicht nur auf die Herstellung von Schweißungen auf Grundplatten entsprechender Zusammensetzungen beschränkt, sonsern auch zum Niederlegen von fehlerfreiem Schweißgut zwischen einer Vielzahl von eisenhaltigen und nichteisenhaltigen Legierungen geeignet. Diese Elektroden sind besonders für das Verschweißen von Nickel-Chrom-Legierungen untereinander, zum Verbinden dieser Legierungen mit Stahl, für die Auftragung derartiger Materialien auf Stahl, für das Schweißen von mit Nickel-Chrom-Legierungen plattierten Stählen und für das gegenseitige Verbinden von Nickel-Chrom-Legierungen, Weichstählen und rostfreien Stählen geeignet, und zwar in allen Positionen, ohne daß damit Nachteile wie Porosität und Warmrissigkeit, sogar wenn eine beträchtliche Verdünnung der Schweißung mit Eisen erfolgt, verbunden sind. Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
Bestandteile Bereich
·/· 		Beispiel
Vo
Natriumsilikat
lösung (47° Be) ..
Wasser 		10 bis 20
soweit nötig, um
Strangpreßbarkeit
zu erzielen		 15
2
Die Umhüllung kann auf den Kern auf jede geeignete Weise, beispielsweise durch Strangpressen, aufgebracht und auf der Oberfläche durch entsprechendes Trocknen und/oder Einbrennen getrocknet werden.
Beispiele für typische Elektrodenabmessungen (Kerndurchmesser plus Umhüllungsdicke) sind in der Tabelle IV angegeben:
Tabelle IV
if.™ Bereicn Beispiel
duTchmesser des Elektroden Elektroden
mm durchmessers durchmesser
2,38 mm mm
3,17 3 bis 3,8 3,3
4,0 4,3 bis 5,1 4,6
4,76 5,3 bis 5,8 5,6
6,3 bis 6,9 6,6
Die erfindungsgemäßen Elektroden sind insbesondere für die Herstellung von Nickel-Chrom-Schweißungen geeignet, die bei erhöhten Temperaturen eine hohe Festigkeit besitzen, so wie dies beim Betrieb von Kraftwerksanlagen erforderlich ist. Bei derartigen Konstruktionen ist es erforderlich, Auftragsschichten und Nähte auf bzw. zwischen Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Molybdän- oder Chrom-Molybdän-Stählen und austenitischen rostfreien Stählen sowie auf bzw. zwischen Nickel-Chrom-Legierungen anzubringen; die erfindungsgemäßen Elektroden haben sich dabei für derartige Zwecke als besonders geeignet erwiesen. Ihre vielseitige Verwendbarkeit stellt daher ein herausragendes Merkmal der vorliegenden Erfindung dar.
Eine umhüllte Elektrode mit einem Durchmesser von 4 mm wurde durch Überziehen eines Kerndrahtes (Zusammensetzung: 66,45% Nickel, 15,65% Chrom,
»5 2,82% Niob+ Tantal, 3,19% Wolfram, 2,87% Molybdän, 7,32% Eisen, 0,26% Mangan, 0,2% Silicium, 0,53% Aluminium, 0,57% Titan, 0,06 % Kohlenstoff, 0,04% Kupfer, 0,011 % Magnesium, 0,005% Bor, 0,032% Zirkonium und 0,007 % Schwefel) hergestellt. Die Umhüllung dieser Elektrode war eine Flußmittelzusammensetzung, wie sie in der Tabelle I unter der Rubrik »Beispiel« angegeben ist; die Umhüllung wurde durch Strangpressen aufgebracht, wobei ein Bindemittel verwendet wurde, welches zu ungefähr 15 Gewichtsprozent aus einer Natriumsilikatlösung (47° Baumo) und ungefähr 2 Gewichtsprozent Wasser bestand. Die auf diese Weise hergestellte Elektrode wurde im Ofen getrocknet und anschließend 2 Stunden lang bei 315°C gebrannt.
Zwischen zwei Platten von 25,4 · 127 · 152 mm aus rostfreiem Stahl (AlSl Typ 347) wurde eine Stumpfschweißung hergestellt. Der Stahl besaß dabei folgende Zusammensetzung: 18,55% Chrom, 11,43% Nickel, 0,79% Niob, 0,02% Molybdän, 0,055% Kohlenstoff, 0,67% Silicium, 1,65% Mangan, 0,020% Schwefel, 0,023% Phosphor, Rest Eisen.
Beispiel 2
Zwischen zwei Platten aus kohlenstoffarmem Stahl (Zusammensetzung: 0,44% Mangan, 0,19% Kohlenstoff, 0,022% Phosphor, 0,051 % Schwefel, Rest Eisen), die eine Größe von 25,4 · 127 · 152 mm besaßen, wurde, wie in dem vorstehenden Beispiel 1 beschrieben, eine Stumpfschweißung hergestellt, wobei Schweißelektrode und Schweißverfahren mit dem des Beispiels 1 identisch waren.
Beispiel 3
Eine Stumpfschweißung wurde in flacher Stellung zwischen zwei Platten aus einer Nickel-Chrom-Legierung (15,9 · 76,2 · 152,4 mm) unter Verwendung einer Elektrode mit einem Kerndraht mit 3,97 mm Durchmesser, deren Zusammensetzung im Beispiel 1 angegeben ist, hergestellt. Jede Platte bestand aus einer Legierung, die 66,45% Nickel, 15,65% Chrom, 2,82% Niob, 3,19% Wolfram, 2,87% Molybdän,
909523/353
7,32% Eisen, 0,26% Mangan, 0,2% Silicium, 0,53% Aluminium, 0,57% Titan, 0,06% Kohlenstoff, 0,04% Kupfer, 0,011% Magnesium, 0,006% Bor, 0,032% Zirkonium und 0,007% Schwefel enthielt.
B e i s ρ i e 1 4
Zur Bestimmung - der Warmrißbeständigkeit von Schweißungen bei der Herstellung einer ungleichen Naht zwischen einer.Nickel-Chrom-Legierung und einem austenitischen: -rostfreien Stahl wurde die Prüfung einer X-Schweißung vorgenommen. Eine derartige Kombination.;tritt häufig bei der Konstruktion von Dampfkraftwerken auf.
Zwei Stäbe mit einer Länge von 76,2 mm (19,05 mm im Quadrat) wurdeji mittels der im Beispiel 1 beschriebenen Elektrode; verschweißt. Einer der Stäbe besaß eine Zusammensetzung, die mit der Zusammensetzung des im Beispiel 3 beschriebenen Stabes identisch war, während der andere Stab aus einem rostfreien Stahl (AlSl3. Typ 316) bestand, der sich aus 18,8 % Chrom, 10,&?/DNickel, 1,21 % Mangan, 0,016 % Kohlenstoff, 0,18 % Molybdän, 0,08 % Kupfer, 0,76 % Silicium, 0,025% Phosphor, 0,02% Schwefel, Rest im wesentlichen Eisen, zusammensetzte.
Bei spiel 5
Da bei der Konstruktion von Kraftwerkbauelementen oft die Notwendigkeit besteht, Kohlenstoffstahl oder ähnliche eisenhaltige Legierungen mit einer höheren Legierung zu verbinden, wurden Untersuchungen durchgeführt, inwieweit die erfindungsgemäße Elektrode diesem Zweck gerecht wird. Es wurde dabei eine Schweißauftragsschicht auf einem gewöhnlichen Kohlenstoffstahl mit einem Gehalt von 0,2% Kohlenstoff, 0,45% Mangan, 0,28% Schwefel, 0,01 % Phosphor, Rest im wesentlichen Eisen, niedergelegt, wobei die Kohlenstoffstahlplatte folgende Abmessungen besaß: Länge 152,4 mm, Breite 76,2 mm und Dicke 9,52 mm. Die zur Herstellung der Auftragsschicht verwendete Schweißelektrode besaß einen Kern, der aus 15% Chrom, 7% Eisen, 3% Wolfram, 3% Molybdän, 3% Niob, 0,6% Titan, 0,4% Aluminium, 0,2% Mangan, 0,5% Silicium, 0,02% Magnesium, 0,05% Kohlenstoff, 0,03% Zirkonium, 0,005% Bor, 0,1% Kobalt, Rest Nickel bestand, sowie eine Umhüllung aus 25% Calciumcarbonat, 18% Kryolith, 18% Mangancarbonat, 18% Titandioxyd, 10,8% Niob, 7,2% Eisen, 3% Bentonit und 15 Gewichtsprozent Natriumsilikatlösung (47°Be) als Bindemittel und 2 Gewichtsprozent Wasser. Die Elektrode wurde ofengetrocknet und anschließend bei 316° C gebrannt.
Nachdem die Herstellung der Auftragsschicht beendet worden war, wurde die Oberfläche zur Entfernung sämtlicher Unregelmäßigkeiten sowie der Riffelung der Schweißraupen abgefeilt. Dieser Arbeitsgang verminderte die Dicke der Auftragsschicht auf 3,17 mm, von der Oberfläche der Kohlenstoffstahlplatte ab gerechnet. Dann wurde die Oberfläche poliert, geätzt und bei 30facher Vergrößerung auf Mängel untersucht. Es waren keine Risse, keine Porosität oder irgendwelche andere Fehler zu beobachten.
Die Auftragsschicht wurde dann einem 180 "-Faltversuch unterworfen, indem die Auftragsschicht über eine Stahlstange mit einem Durchmesser von 38,1 mm derart gebogen wurde, daß die Spannungen in Längsrichtung (152,4 mm) der Schweißraupen des Schweißauftrages gerichtet waren. Die Prüfung wurde dann abgebrochen, wenn die beiden Schenkel des zu einem U verbogenen Prüfstückes praktisch parallel waren. Dann wurde die gebogene Oberfläche wieder bei 30facher Vergrößerung auf Fehler untersucht. Diese Prüfung zeigte lediglich das Vorliegen einiger kleiner Risse, die jedoch kleiner ajs 0,39 mm waren und daher für das unbewaffnete Auge unsichtbar blieben.
Die vorstehend beschriebenen Schweißungen wurden folgenden Prüfungen unterzogen:
A. Untersuchung des Querschnittes Querschnitte wurden poliert, mit Säure geätzt und bei einer 30fachen Vergrößerung untersucht.
B. 180°-Faltversuch
Prüfstücke quer zur Schweißnaht mit einer Dicke von 9,4 mm wurden über eine Stahlstange mit einem Durchmesser von 38,1 mm so lange gebogen, bis die Schenkel des Prüfstückes parallel waren; darauf wurde die Oberfläche bei 3Ofacher Vergrößerung untersucht.
C. Wärmebehandlung
Die Stumpfschweißungen wurden 48 Stunden lang einer Temperatur von 650° C ausgesetzt, anschließend an Luft abgekühlt, worauf Prüfstücke quer zur Schweißnaht nach den Prüfungsmethoden A und B untersucht wurden.
Bei
spiel		 Röntgen-
untersuchung
bei 2%
Empfindlichkeit		 Test A Test B Teste
keine Fehler keine
Fehler		 keine
Fehler		 keine
Fehler
2 keine Fehler keine
Fehler		 keine
Fehler		 keine
Fehler
3 keine Fehler keine
Fehler		 keine
Fehler		 keine
Fehler
4 keine Fehler keine
Fehler		 keine
Fehler		 keine
Fehler
35
40
45
50 Dann wurden quer zur Schweißnaht Zugfestigkeitsproben (aus 15,8 mm breiten quergeschnittenen Abschnitten) aus der gemäß Beispiel 3 hergestellten Schweißung gearbeitet. Die verjüngten Querschnitte der Proben besaßen einen Durchmesser von 6,4 mm, wobei die Schweißung in der Mitte des verjüngten Abschnittes lag. Alle Proben wurden auf ihre Zugfestigkeit in frisch geschweißtem Zustand geprüft.
Es wurden zwei Arten von Prüfungen durchgeführt: (1) Kurzzeitzugfestigkeits- und Duktilitätsprüfungen, einschließlich der Zugfestigkeit in kp/mm2, der 0,2-Dehngrenze in kp/mm2, der Brucheinschnürung in % un(i der Bruchdehnung in %, und zwar sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 650° C, und (2) Zeitstandprüfungen bei 65O0C. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der folgenden Tabelle V zusammengefaßt:
Tabelle V
Art
der Prüfung		 Prüf
temperatur		 Zugfestigkeit 0,2-Dehn-
grenze		 Bruchdehnung,
bezogen auf
eine Meßlänge
von 25,4 mm		 Bruch-
ein schnürung		 Beanspruchung Standzeit
bis zum
Bruch
0C kp/mm2 kp/mm8 ·/· % kp/mm8 Stunden
(1) 21 82,1 46,5 29,3 34,5
(1) 650 60,8 38,3 20,0 24,0 — —
(2) 650 — — 2,5 5,5 40,8 427,7
(2) 650 — — 1,0 6,2 42,2 120,4
(2) 650 — — 2,0 7,8 42,9 107,6
Diese Werte zeigen die hohe Festigkeit dieser Schweißung sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 65O0C.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    20
    Umhüllte niobhaltige Schweißelektrode zum Lichtbogenschweißen mit einem aus einer Nickel-Chrom-Legierung bestehenden Kern und einer Flußmittelumhüllung, deren Trockengewicht 20 bis 40% des Gesamtgewichtes der Elektrode ausmacht, wobei die Umhüllung, bezogen auf das Trockengewicht derselben, aus 10 bis 35% Titandioxyd, 5 bis 30% Mangancarbonat, 15 bis 40% Erdalkalicarbonate, bis 20% Mangan, bis 25% Wolfram, bis 25% Molybdän, bis 35% Niob, bis 30% Eisen, bis 5% Formpreßhilfen, Rest 10 bis 35 % Kryolith besteht, dadurchgekennzeichnet, daß der Kern aus 10 bis 25 % Chrom und bis 2 % Titan oder bis 1 % Aluminium oder 0,5 bis 2% Titan und Aluminium, Rest mindestens 55% Nickel und üblichen Desoxydationsmitteln und Verunreinigungen besteht, sowie gegebenenfalls weiterhin bis 10% Eisen, bis 0,5% Silicium, bis 3 % Mangan, bis 0,3 % Magnesium, bis 0,1 % Kohlenstoff, bis 0,05% Zirkonium, bis 0,005% Bor, bis 2% Kobalt, bis 8% Niob, bis 8% Molybdän und bis 4% Wolfram enthält, und daß außerdem die Elektrode, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, stets bis 4% Molybdän und stets bis 3% Wolfram enthält, wobei die Summe des Wolfram- und des doppelten Molybdängehaltes mindestens 1,5% beträgt, und ferner stets Niob enthält, wobei das Niob entweder nur im Kern in einer Menge von 2 bis 8 % des Kernes oder nur in der Umhüllung in einer Menge von 10 bis 35 % des Trockengewichtes der Umhüllung oder im Kern und der Umhüllung in einer Menge von 1,5 bis 10 %> bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrode, enthalten ist, mit der Maßgabe, daß stets die Summe des Niob-, Wolfram- und des doppelten Molybdängehaltes 3,5 bis 15% beträgt.
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