DE1440588B2

DE1440588B2 - Lichtbogenschweiftverfahren

Info

Publication number: DE1440588B2
Application number: DE19621440588
Authority: DE
Inventors: Otomaro Nishinomiya; Nishi Shigeru; Suzuki. Kazuhisa; Kobe; Takagi (Japan)
Original assignee: Shin Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha, Tokio
Priority date: 1961-12-30
Filing date: 1962-03-24
Publication date: 1970-09-17
Also published as: US3192079A; GB997934A; DE1440588A1

Description

1 2 ■ ' '

Die Erfindung betrifft ein Lichtbogenschweißver- Zähigkeit der Schweißnaht bezweckt werden, die mit fahren unter Verwendung mindestens einer Leit- und · derjenigen des Grundmetalls vergleichbar ist. einer Folgeelektrode zum Verbinden metallischer Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

Werkstücke mittels einer festen, verformbaren und daß in einer vorbereiteten Schweißnut zunächst ein zähen, dem Grundmetall in seinen Eigenschaften weit- 5 metallischer Leitniederschlag ausgebildet wird, der gehend entsprechenden Schweißnaht. anschließend mit einer der Normalisierungsbedingung

Eines der früher verwendeten Verfahren zur Wärme- entsprechenden Geschwindigkeit abgekühlt wird, und behandlung einer sogenannten Schweißnaht mit einem daß darauf ein Folgeniederschlag auf den Leitnieder-Auftragsmetall auf einem Bauteil sowie einer durch schlag in einem Zeitpunkt aufgeschweißt wird, in dem die Wärme beeinflußten Zone desselben besteht in der io der Leitniederschlag eine Temperatur zwischen dem Regelung der metallurgischen Qualität der Schweißnaht, Beginn und dem Ende der Martensitbildung erreicht indem man den ganzen Bauteil nach der Auftrags- hat, und daß anschließend die erhaltene doppelte schweißung in einen Ofen zur Wärmebehandlung Schweißraupe mit einer der Normalisierungsbedingung bringt. entsprechenden Geschwindigkeit abgekühlt wird.

Da nun aber den Bauteilen, die in einen solchen 15 Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin-Wärmebehandlungsofen eingebracht werden können, dung geht man so vor, daß in der vorbereiteten Schweißeine Grenze durch ihre Abmessungen gesetzt ist, war nut zunächst eine Legierungsschweißraupe aufgebracht es bisher praktisch unmöglich, das oben beschriebene wird, die beim Aufschweißen des Leitniederschlages Verfahren bei Bauteilen anzuwenden, deren Abmes- wieder aufschmilzt.

sungen diese Grenze überschritten. Seit kurzem ver- 20 Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens der wendet man, um große Bauteile vor dem Auftreten von Erfindung besteht darin, daß der Leitniederschlag nach Sprödbrüchen zu schützen, Stähle von sehr guter einem Schutzgas- und der,Folgeniederschlag nach dem Festigkeit, Dehnbarkeit und Zähigkeit, insbesondere Unterpulver-Schweißverfahren aufgebracht werden. Kerbschlagzähigkeit. Man kann jedoch die Schweiß- Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen

nähte solcher Stähle, die nach irgendeinem der üblichen 25 näher erläutert.

Verfahren geschweißt wurden, nicht einer solchen F i g. 1 ist ein Kurvenblatt zur Bestimmung der

Wärmebehandlung unterwerfen. Außerdem zeigte ein Abkühlungsgeschwindigkeit für ein Auftragsmetall; aufgeschweißtes Auftragsmetall nicht nur einen sehr F i g. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht

geringen Wert der Kerbschlagzähigkeit, sondern es einer Lichtbogenschweißvorrichtung, die zur Verwenwurde auch der der Einwirkung der Schweißhitze unter- 30 dung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist; liegende Teil der Schweißnaht spröde, so daß von der- F i g. 3 zeigt im Querschnitt die geometrische Form

selben Sprödbrüche ausgehen konnten. Aus diesen einer Nahtstelle an einem Paar miteinander zu verGründen hat man bereits früher erkannt, daß man von schweißender Teile;

der Anwendung des Schweiß Verfahrens auf Stähle Fig. 4 und 5 sind Nomogramme zur Berechnung

hoher Kerbschlagzähigkeit kein befriedigendes Ergeb- 35 der Schweißwärmeaufnahme auf Basis einer Abkühnis erwarten kann. Weiterhin führte ein Versuch, die lungszeit eines Auftragsmetalls und der Dicke des zu metallurgische Qualität einer Schweißnaht allein nach verschweißenden Bauteils bei Anwendung der Erfin-Vollendung der Schweißarbeit zu regeln, kaum zu dung auf ein Lichtbogenschweißverfahren in einer einem Erfolge. Kohlendioxydatmosphäre bzw. ein Tauchschweißver-

Aus der deutschen Patentschrift 811 712 ist bereits 40 fahren;

ein Verfahren zum Schweißen mit mindestens zwei F i g. 6 ist ein Kurvenblatt; sie zeigt die Energie-

die Schweißfuge in einem Zuge füllenden Schweiß- aufnahme einer erfindungsgemäßen Schweißnaht auf köpfen bekannt, wobei die folgende Elektrode in der die Testtemperatur bezogen;

noch flüssigen Schlacke und gegebenenfalls der noch F i g. 7 ist eine graphische Darstellung der physi-

flüssigen Restschmelze der vorauslaufenden Elektrode 45 kaiischen Eigenschaften einer nach dem erfindungsso abgeschmolzen wird, daß die erstarrte Schmelze der gemäßen Verfahren gebildeten Schweißnaht, vorauslaufenden Elektrode in nur unwesentlichem Der Erfindung zufolge kann man zunächst eine

Maße wieder aufschmilzt und damit eine zeitlich ge- primäre Abschmelzelektrode verwenden, um ein pritrennte Kristallisation der von den einzelnen Elektroden märes Auftragsmetall auf einen Baute il aus dem Grundabgeschmolzenen Stahlmengen in der Schweißnaht 5° metall aufzubringen. Nach dem Erstarren dieses Aufstattfindet. Die nacheinander erfolgende Auftragung tragsmetalls wird dasselbe mit der Kühlungsgeschwinvon zwei Schweißraupen ist auch schon aus dem Buch digkeit eines Normalglühens abgekühlt, während eine

von E. O. P a ton: »Automatische Lichtbogen- sekundäre Abschmelzelektrode, die in einem bestimm-

schweißung«, Halle/Saale, 1958, insbesondere S. 98 ten Abstand von der primären Elektrode gehalten und 99, bekannt. Mit der Betrachtung der Verhältnisse 55 wird, dazu verwendet wird, auf das primäre Auftragseiner einzelnen Schweißraupe befaßt sich ein Artikel metall eine weitere Metallschicht auizuschweißen und in der Zeitschrift »Schweißen und Schneiden«, 8 (1956), das primäre Auftragsmetall dadurch zu tempern, so Heft 11, S. 442 bis 449. daß der geschweißte Teil des Werkstücks aus einem

Die genannten Druckschriften beziehen sich jedoch zusammengesetzten Auftragsmetall besteht, dessen nur auf normale Verhältnisse und geben keinen Hin- 60 metallurgische Qualität genau eingestellt ist. Gleichweis, wie das Lichtbogenschweißverfahren für Stähle zeitig wird die Zone des Werkstücks, auf die sich die hoher Kerbschlagzähigkeit verbessert werden kann. Schweißhitze auswirkt, mit der optimalen Geschwindig-

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe keit gekühlt. Auf diese Weise wird ein spröder Bereich, besteht daher darin, ein Lichtbogenschweißverfahren der gegebenenfalls in dem Werkstück entstehen könnte, für Stähle hoher Kerbschlagzähigkeit zur Verfügung 65 auf ein Mindestmaß beschränkt, zu stellen, bei welchem die Schweißnaht praktisch die Das erfindungsgemäße Verfahren, wie es hier kurz

gleichen physikalischen Eigenschaften wie das Grund- beschrieben wurde, ist außerordentlich gut geeignet metall hat. Insbesondere soll eine hohe Kerbschlag- für die Vornahme eines automatischen Schweißens

3 4

wärmebehandelter Stähle von hoher Kerbschlagzähig- Kurve B, welche den Beginn der Ausfällung des Perlits keit. aus dem Austenit darstellt. Weiterhin schneidet die

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß der Erfin- Kurve ca an einer Stelle c eine Kurve C, welche den dung zufolge das zuerst gebildete primäre Auftrags- Beginn der Bildung des Übergangsgefüges darstellt, metall aus dem geschmolzenen Zustande erstarrt und 5 Es wird weiterhin angenommen, daß die gedachte mit einer Geschwindigkeit wie beim Normalglühen Kühlkurve ca an einem Punkt i/eine Linie Mischneidet, abgekühlt wird, was ganz allgemein eine Abkühlungs- welche den Beginn der Umwandlung des Stahlgefüges ■geschwindigkeit bedeutet, bei welcher ein Stahl aus in Martensit darstellt, und an einem Punkt e eine dem austenitischen Zustande abgekühlt wird, um ein Linie Mf, an welcher die Umwandlung des Gefüges Mischgefüge zu entwickeln, das entweder aus Ferrit, io in Martensit vollendet ist.

einem Übergangsgefüge und Martensit oder aus Ferrit, Es soll nunmehr angenommen werden, daß, wenn

Perlit, einem Übergangsgefüge und Martensit in dem der vorhergehende Metallauftrag auf einer Temperatur gekühlten Stahl besteht. ist, die einem Punkt wie B₁ auf dem Teil a-b der Kühl-

Die F i g. 1 der Zeichnungen zeigt ein Umwand- kurve ca entspricht, wobei also das Auftragsmetall ein lungsdiagramm für eine Eisenablagerung bei stetiger 15 Gefüge von Ferrit gemischt mit Austenit hat, dieser ,-Abkühlung von dem ^4₃-Punkt aus und mit Abküh- Metallauftrag durch einen folgenden bzw. sekundären lungsgeschwindigkeiten wie bei dem obenerwähnten Metallauftrag wieder erhitzt wird. Der vorhergehende Normal- bzw. Normalisierungsglühen. In der F i g. 1 Metallauftrag kann also beispielsweise längs einer stellt die Abszisse die Abkühlungszeit für den Auftrag Kurve a-b^b^ abgekühlt werden, wobei dann die Umdar und die Ordinate die Temperatur desselben. Die 20 Wandlung von Austenit in Ferrit sehr verzögert ist. .Abkühlungsgeschwindigkeit im Normalglühen wird in Dadurch bekommt der vorhergehende Metallauftrag dem Diagramm durch die schraffierte Fläche dargestellt; ein dendritisches Gefüge, in welchem der f ederf örmige sie ist einerseits begrenzt durch eine gestrichelte Ferrit sehr vorherrscht. Demzufolge * ist bei einem .Kurve es' für die niedrigste Abkühlungsgeschwindig- solchen Auftragsmetall die Wirkung des Anlassens keit (bzw. die untere kritische Abkühlungsgeschwin- 25 gering.

•digkeit), bei welcher das Martensit-Gefüge im Auftrag Wird ! der vorhergehende Metallauftrag wieder

noch ausgefällt werden kann (durch einen Punkt es erhitzt auf eine Temperatur entsprechend dem Punkt C₁ hindurchgehend), andererseits durch eine weitere ge- auf dem Teil b-c der Abkühlungskurve ca, in welchem strichelte Kurve cf der höchsten Abkühlungsge- Bereich ein Teil des Austenits in dem Auftragsmetall schwindigkeit, bei welcher der proeutektoide Ferrit 30 in Perlit umgewandelt wird und die Ausfällung des entwickelt werden kann. Perlits vollendet ist, aus dem gleichen Grunde wie in

Ein durch Abkühlen mit einer Geschwindigkeit dem obenerwähnten Fall, dann erfolgt die Abkühlung innerhalb des soeben beschriebenen Bereiches zum Er- längs einer Kurve 0-C₁-C₂. In diesem Falle wird der starren gebrachter Stahl besitzt im Vergleich zu Stählen, Austenit an der Umwandlung in das Übergangsgefüge zu deren Erstarrung eine andere Abkühlungsgeschwin- 35 und in Martensit verhindert mit dem Ergebnis, daß digkeit verwendet wurde, eine ganz ausgezeichnete das Gefüge des Auftragsmetalls Ferrit gemischt mit Zähigkeit und Dehnbarkeit. Wie bereits erwähnt, Perlit ist, wobei der Ferrit vorherrscht. Daher wird gehört zu dem vorliegenden Verfahren zunächst das das Auftragsmetall nicht stark getempert. . . .:

Abkühlen des primären Metallauftrages mit einer Wird das vorhergehende Auftragsmetall auf eine

Abkühlungsgeschwindigkeit wie beim Normalglühen. 40 Temperatur wieder erhitzt, welche dem Punkt J₁ auf Es ist hierbei zu beachten, daß während eines Zeit- dem Teil c-d der Abkühlungskurve ca entspricht, wobei raums entsprechend jenem Teil der dargestellten Ab- das Auftragsmetall ein Gefüge aus Ferrit, Perlit, Überkühlungskurve zwischen einem Punkt Ms, wo die gangsgef üge und Austenit hat, aus dem gleichen Grunde Bildung des Martensits beginnt, und einem Punkt Mf, wie in dem vorhergehenden Falle, dann kann die wo die Bildung des Martensits beendet ist, ein sekun- 45 Abkühlung beispielsweise längs einer Kurve a-d_x-d₂ däres Auftragsmetall auf die vorhergehende Metall- erfolgen. Das Auftragsmetall bekommt dann ein Geschieht aufgeschweißt wird, um dieselbe zu tempern. füge, in welchem die Übergangsstruktur in einen Bei der Bildung des sekundären Metallauftrages sphäroiditischen Ferrit und Perlit umgewandelt worden wird der obere Teil des vorhergehenden Auftrages ist; es hat keine dichte kristalline Struktur, wieder geschmolzen und auf eine Temperatur über 50 Wird andererseits das primäre bzw. vorhergehende dem y4₃-Punkt erhitzt, jedoch wird der größte Teil des Auftragsmetall in ähnlicher Weise wieder erhitzt auf wieder geschmolzenen Teils des vorhergehenden Metall- eine Temperatur etwa dem Punkt ^₁ entsprechend, auftrage auf eine Temperatur unter dem v4_a-Punkt innerhalb eines Temperaturbereiches von dem dem erhitzt. Durch dieses Wiedererhitzen wird der vorher- Mi-Punkt entsprechenden Punkt d bis zu dem dem gehende Metallauftrag der sogenannten Temper- bzw. 55 M/-Punkt entsprechenden Punkt e, dann kann die Anlaßbehandlung unterworfen. Abkühlung längs einer Kurve a-e_x-e₂ erfolgen. Dann

Der Grund dafür, daß die Wiedererhitzungstempe- bekommt das Auftragsmetall ein Gefüge aus Ferrit, ratur des vorhergehenden Metallauftrages so be- Perlit, Übergangsstruktur, Martensit und Austenit, schränkt ist, wie es eben beschrieben wurde, wenn das wobei Übergangsstruktur und Martensit unmittelbar folgende Auftragsmetall aufgetragen wird, ist folgen- 60 nach ihrer Bildung im labilen Zustande verbleiben, der: Es soll angenommen werden, daß das primäre Dieses Wiedererhitzen führt zu der Umkristallisation Auftragsmetall mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit des Gefüges, wobei Ferrit und Perlit sphäroidisiert des Normalglühens abgekühlt wird, welche durch die werden unter Bildung von Sorbit und Umwandlung dünne, voll ausgezogene Kurve ca dargestellt ist. des nicht umgewandelten Austenits in ein Gemisch aus Ebenso wird angenommen, daß die Kurve ca an einem 65 Ferrit und Perlit. Man bekommt somit eine dichte und Punkt α eine Kurve A schneidet, welche den Beginn zähe Schweißnaht.

der Ausfällung des Ferrits aus dem Austenit darstellt. Wird das primäre Auftragsmetall auf eine Tempe-

Die Kurve ca schneidet ferner an einem Punkt b eine ratur wieder erhitzt, welche einem Punkt /_x unter dem

5 6

■ r.ikt e entspricht, dann kann sich daraus eine Ab- beschrieben werden für eine Schweißung nach dem kühluhgskurve a-Z₁-Z₂ ergeben. In diesem Falle ist die Tauch-Lichtbogenschweißverfahren, wobei zunächst in Umwandlung des Auftragsmetalls praktisch bereits die Nut eines Grundmetalls ein legiertes Auftragsvöllig vollendet. Das Auftragsmetall hat daher ein metall bzw. eine Schweißraupe, welche einen oder sphäroidisiertes Gefüge aus Ferrit, Perlit, Übergangs- 5 mehrere der gewünschten Legierungsbestandteile entstruktur und Martensit; das ergibt keine dichte und hält, eingebracht wird, worauf ein Lichtbogenschweißzähe Schweißnaht. verfahren unter einer Schutzgasatmosphäre von Kohlen-Der optimale Wert dieser Abkühlungsgeschwindig- dioxyd (CO₂) verwendet wird, um die anfänglich einkeit kann leicht ermittelt werden aus Umwandlungs- gebrachte Schweißraupe nochmals zu schmelzen und diagrammen für eine stetige Kühlung, aufgezeichnet io ein primäres Auftragsmetall einzubringen, um dann im Zusammenhang mit den chemischen Bestandteilen schließlich ein Tauch-Lichtbogenschweißverfahren zu eines Schweißmetalls, welches für die Auftrags- verwenden zwecks Einbringen eines sekundären Aufschweißung verwendet wird. . tragsmetalls auf die vorhergehende Schweißraupe, um Ebenso ist verständlich, daß, wenn man ein gesundes dadurch eine Schweißnaht zu bekommen, die'.. in Auftragsmetall erzeugen will, indem man gemäß der 15 metallurgischer Hinsicht einwandfrei ist.
vorliegenden Erfindung die metallurgische Qualität Es soll angenommen werden, daß ein Lichtbogengenau einstellt, das Schweißmetall genügend entoxydiert schweißgerät mit mehreren Schweißköpfen, wie es und beruhigt sein muß. nachstehend noch beschrieben werden wird, mit einer Wenn beispielsweise ein Schweißmetall mit Mangan bestimmten Geschwindigkeit in der Richtung des oder Silizium entoxydiert werden soll, dann soll sich 20 Pfeils T in F i g. 2 wandert, wobei die Schweißköpfe der Gesamtgehalt an Sauerstoff in dem Metall auf zu der Nut 3 in dem Grundmetall ausgerichtet sind, vorzugsweise 0,060% oder weniger belaufen. Außerdem Unter diesen Umständen wird ein Bindeflußmittel 4 ^ können in dem Metall Mangan oder Silizium Vorzugs- mit angemessenen Anteilen geeigneter Legierungs- (ν weise in einer Mange von 1,0 bis 1,5°/₀ bzw. 0,3 bis elemente, wie z. B. Mangan, Silizium, Nickel u. dgl., 0,5 °/₀ enthalten sein. 25 zunächst in dem oberen Nutenteil 3 durch ein wandern-' Ferner kann man, um die Festigkeit, die Dehnbar- des Entladerohr 5 ausgebreitet. Dann wird ein Tauchkeit und die Kerbschlagzähigkeit eines Auftrags- lichtbogenschweißkopf, der hier als Ganzes mit 6 metalls bei niedriger Temperatur zu verbessern, dem bezeichnet ist, betätigt, um zunächst in dem oberen Schweißmetall zweckmäßigerweise 0,5 bis 4% Nickel, Nutenteil 3 eine Legierungsschweißraupe 7 mit den 0,1 bis 0,5 °/₀ Chrom und/oder 0,1 bis 0,5 °/₀ Molyb- 3p obenerwähnten Legierungselementen abzulagern, was dän hinzusetzen. jedoch nicht genügt, um die Nut voll auszufüllen. Der Für den Zusatz irgendeines beliebigen Legierungs- Schweißkopf 6 enthält eine Rolle Schweißdraht 8 zur bestandteile bzw. -bestandteilen zu einem Auftrags- Bildung der Schweißraupe 7 in dem Nutenteil 3. Die .metall kann man einen Schweißdraht aus einer Stahl- ,beim Einbringen der Schweißraupe 7 gebildete Schlacke legierung, die einen solchen Bestandteil bzw. Bestand- 35 und der auf der Raupe verbleibende Teil des Fluß-. teile enthält und/oder ein Flußmittel mit den gleichen mittels können durch eine Wiedergewinnungsvor-Legierungsbestandteilen in einem Tauch-Lichtbogen- richtung 9 entfernt werden, so daß die Schweißraupe schweißverfahren verwenden. Beim Lichtbogenschweiß- völlig sauber ist.

verfahren unter Gasabschirmung kann man einen Für das Aufschweißen des primären Auftragsmetalls Schweißdraht aus einem legierten Stahl, welcher den 40 wird dann ein Gasschutz-Lichtbogenschweißkopf, der gewünschten Bestandteil bzw. Bestandteile enthält, hier als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, in Tätigkeit verwenden. Wahlweise kann eine Schweißstahllegie- gesetzt, um auf der Legierungsraupe 7 in dem Nutenrung, welche einen der Legierungsbestandteile oder teil 3 eine Schweißraupe aus dem primären Auftrags-• mehrere derselben enthält, zunächst in eine Schweißnut metall zu bilden und die Werkstücke 1 und 2 bei der ( ( eingebracht werden, die sich in einem Bauteil aus dem 45 Vorwärtsbewegung des Schweißkopfes miteinander zu Grundmetall befindet, worauf diese Legierung noch- verschweißen. Der Kopf 10 enthält eine Verrichtung 60 mais vollkommen geschmolzen wird durch die Ver- für die Zuführung von Kohlendioxyd sowie eine Rolle Wendung eines Schweißdrahtes bei einem Lichtbogen- Schweißdraht 14 zur Bildung der Primärschweißschweißverfahren üblicher Art mit Gasabschirmung, raupe 11. Während dieses Schweißvorgangs wird die um dadurch das bzw. die Legierungsbestandteile in das 50 zuerst eingebrachte Legierungsraupe 7 wieder ge-Auftragsmetall zu diffundieren. Auf diese Weise kann schmolzen, und die Legierungselemente werden in die . ein Auftragsmetall gebildet werden, welches bestimmte geschmolzene Masse, bestehend aus der Schweiß-Legierungsbestandteile enthält. raupe 7 und dem durch den Schweißkopf 10 zugein der F i g. 2 der Zeichnungen ist schematisch eine führten Metall, diffundiert, bis die primäre Schweiß-Lichtbogenschweißvorrichtung zur Ausführung des 55 raupe 11 in der gewünschten Zusammensetzung gesoweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens bildet worden ist.

dargestellt. Einer der Grundmetallteile 1 ist hier darge- Die auf diese Weise gebildete primäre Schweißstellt bei dem Vorgang des Anschweißens an den raupe 11 wird dann nach den Lehren der Erfindung anderen Grundmetallteil 2 mittels einer Stumpfnaht in einer kritischen Wärmebehandlung unterworfen. Zu . der Form eines doppelten V. Jedes der Werkstücke 1 60 diesem Zweck ist ein als Ganzes mit 16 bezeichneter und 2 besteht aus einem wärmebehandelten Mn-Si- Tauchlichtbogenschweißkopf so angeordnet, daß er Stahlblech mit einer Zugfestigkeit von 60 kg/mm², bei . sich nach dem Wanderschweißkopf 10 längs der Nut 3 einer Blechstärke von 25 mm. Wie am besten aus der an den Werkstücken 1 und 2 bewegt, wobei ein be-F i g. 3 ersichtlich ist, stoßen die beiden Werkstücke stimmter Abstand zwischen den beiden Schweißköpfen mit ihren Stirnenden mittels einer Doppel- V-Nut 65 auf rechterhalten werden muß. Zu dem Schweißkopf 16 stumpf aneinander. Der V-Winkel der Nut hat eine . gehört ein Entladerohr 15 für den Auftrag eines Fluß-Größe von 80°, A ist gleich B gleich 8 mm und mittels sowie eine Rolle Schweißdraht 17. Bei dieser . N = 9 mm. Die Erfindung soll nun als ein Beispiel Anordnung kann der Schweißkopf 16 so betrieben

7 8

werden, daß er eine Metallmasse auf dem Teil der Die Gleichung (1) kann zahlenmäßig gelöst werden primären Schweißraupe 11 aufträgt, der von der Stel- durch Verwendung des in F i g. 4 dargestellten Nomolung des Schweißkopfes 10 um den bestimmten Abstand gramms, in welchem die linke Senkrechte die Schweißlängs der Nut 3 entfernt ist. Es ist hierbei zu beachten, hitzeaufnahme daß der in F i g. 2 mit dem Buchstaben / bezeichnete 5 60E₀-I₀ Abstand so gewählt werden muß, daß der Teil der ^{c =} Z primären Schweißraupe 11 direkt unter dem Schweißkopf 16 durch eine von dem letzteren aufgetragene in Joule/cm darstellt, die Mittelsenkrechte die Ab-Metallmasse wieder erhitzt wird, und zwar zu dem kühlungszeit Sc in Sekunden, welche erforderlich ist, Zeitpunkt, wo der betreffende Teil der primären io um die primäre Schweißraupe von 1500 auf 400⁰C Schweißraupe längs einer besonderen Abkühlungs- abzukühlen, die rechte Senkrechte die Dicke t der zu kurve, die je nach den Umständen zu wählen ist, schweißenden Platte in mm.

abgekühlt worden ist, so daß die Temperatur auf dem Wird das in der F i g. 4 dargestellte Nomogramm

betreffenden Kurventeil zwischen dem Ms-Punkt und verwendet, um die optimale Geschwindigkeit zu be-

dem M/-Punkt liegt. 15 stimmen, mit welcher die primäre Schweißraupe 11

Bei der Einstellung des Schweißkopfes 16 für den im Normalisierungsglühen abgekühlt wird, dann

sekundären Schweißvorgang dient die aus dem Schweiß- zeichnet man zunächst ein Umwandlungsdiagramm

kopf 16 kommende Metallmasse dazu, den Teil der für stetige Abkühlung auf, und zwar mit Bezug auf die

primären Schweißraupe 11 neben dem Schweißkopf 16 primäre Schweißraupe, worauf man die Abkühlungs-

wieder zu erhitzen und zu schmelzen, um die in der 20 zeit S_c aus dem Umwandlungsdiagramm erhalten kann,

primären Schweißraupe 11 enthaltenen Legierungs- Andererseits kann die Dicke t einer zu schweißenden

elemente in das geschmolzene Metall zu diffundieren Platte in irgendeiner üblichen Weise gemessen werden,

und ebenso um dem geschmolzenen Metall ein oder Die betreffenden Werte auf den Linien der, Abkühlungs-

mehrere der gewünschten Legierungselemente aus dem geschwindigkeit und der Dicke in dem Nomogramm

Schweißdraht 17 und/oder aus dem Flußmittel 15' 25 nach F i g. 4, entsprechend den Größen der Abküh-

hinzuzusetzen. Dann erstarrt das geschmolzene Metall- lungsdauer S₀ und der Dicke der Platte t, ergeben den

gemisch zu einer sekundären Schweißraupe 12, welche entsprechenden Wert der Schweißhitzeaufnahme auf

ihrerseits mit einer Geschwindigkeit wie beim Nor- der betreffenden Senkrechten in der gleichen Figur,

malisierungsglühen "abgekühlt wird, wie es vorher bei Auf diese Weise kann also die optimale Abkühlungs-

F i g. 1 beschrieben wurde. 30 geschwindigkeit bestimmt werden. Man kann demnach

Nachdem der obere Nutenteil in dieser Weise ver- auf diese Weise Schweißverhältnisse auswählen, bei

schweißt worden ist, können die zu einer Einheit ver- welchen die primäre Schweißraupe unter optimalen

schweißten Werkstücke 1 und 2 umgedreht werden, Normalisierungsbedingungen abgekühlt wird,

worauf der untere Nutenteil 3 in der gleichen Weise Es ist sehr erwünscht, daß eine sekundäre Schweiß-

wie vorher mit einer Schweißraupe versehen wird. 35 raupe wie 12, die bei dem sekundären Schweißvorgang

Wird der primäre Lichtbogenschweißvorgang unter aufgetragen wird, der primären Schweißraupe 11 den

Verwendung eines Schweißdrahtes 14 aus einem legier- Normalisierungseffekt verleiht und daß gleichzeitig die

ten Stahl ausgeführt, dann kann man den anfänglichen sekundäre Schweißraupe mit der Geschwindigkeit des

Lichtbogenschweißvorgang mittels der Bauteile 4, 5, Normalisierungsglühens abgekühlt wird. Hierfür wurde

6, 7 und 8 auch fortfallen lassen. 40 unter den gleichen Bedingungen wie bei Gleichung (1)

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß zur Ab- die folgende Gleichung experimentell ermittelt: kühlung der primären Schweißraupe 11 mit einer Ge-

schwindigkeit wie beim Normalisierungsglühen diese / 60 · L_n · l_u

Geschwindigkeit je nach der Schweißhitzeaufnahme \ V₁₁

aus dem primären Lichtbogenschweißkopf 10 geregelt 45

werden muß. Unter Berücksichtigung der Beziehung 4^ . \q3

zwischen der Dicke einer zu verschweißenden Platte,

6,4

(2)

der Schweißhitzeaufnahme und der Abkühlungszeit,

während welcher eine primäre Schweißraupe wie 11 In dieser Formel bedeutet

von 1500 auf 400°C abgekühlt wird, bei einer Schweiß- 50 _{s =} _Abkühi_ungszej_t, während welcher die sekun-

nut von der Form wie inFig. 3 hat man experimentell _{däre Schweißraupe von 1500} auf 400°C abge-

die folgende Gleichung ermittelt: kühlt wird, in Sekunden,

E_u = Schweißspannung in Volt, 60 E₀ · Ic γ·⁸⁴⁵ I_n = Schweißstromstärke in Ampere,

⁵⁵ Vu = Schweißgeschwindigkeit in cm/Minute, (X) t = Dicke der zu schweißenden Platte in mm.

Die F i g. 5 zeigt ein Nomogramm für die zahlenmäßige Lösung der Gleichung (2). Wie in der F i g. 4 60 stellt auch hier die linke Senkrechte die SchweißIn dieser Formel bedeutet hitzeaufnahme

'c — Abkühlungszeit, während welcher die primäre

Schweißraupe von 1500 auf 400° C abgekühlt j_u = ^Ό

wird, in Sekunden, V_u

Ec = Schweißspannung in Volt, 65

Ic — Schweißstromstärke in Ampere, in Joule/cm dar, die Mittelsenkrechte die Abkühlungs-

Vc = Schweißgeschwindigkeit in cm/Minute, zeit S_u in Sekunden, während welcher eine sekundäre

t = Dicke der zu verschweißenden Platte in mm. Schweißraupe von 1500 auf 400⁰C abgekühlt wird, die

rechte Senkrechte die Dicke t einer zu schweißenden Platte in mm. Das Nomogramm kann in der gleichen Weise benutzt werden, wie es vorher im Zusammenhang mit der F i g. 4 beschrieben wurde.

Als ein Beispiel soll hier die optimale Abkühlungsgeschwindigkeit für die in der F i g. 2 dargestellten Plattenteile 1 und 2 mit Hilfe der Nomogramme nach den F i g. 4 und 5 bestimmt werden. ;

Wie es oben beschrieben wurde, zeichnete man zunächst ein Umwandlungsdiagramm bei stetiger Kühlung für die primäre Schweißraupe 11 auf; man erhielt dabei eine Abkühlzeit von 39 bis 53 Sekunden, während welcher Zeit die Schweißraupe von 1500 auf 400° C abgekühlt wurde. Wie erinnerlich, hatten die Plattenteile 1 und 2 eine Dicke von 25 mm. In der F i g. 4 wurde nun eine gerade Linie durch einen Teilstrich 25 auf der Dickenlinie und einen Teilstrich 49 auf der Abkühlungszeitlinie gezogen. Diese Gerade ergab mit der Senkrechten für die Schweißhitzeaufnahme einen Schnittpunkt bei einer Ablesung von etwa 25100, also die Schweißhitze, die dem Teil der zu verschweißenden Platten zuzuführen war. Von dieser Wärmemenge ausgehend wählte man eine Schweißstromstärke von 550 bis 580 Ampere, eine Schweißspannung von 39 bis 40 Volt und eine Schweißgeschwindigkeit von 52 bis 55 cm/Minute. Die primäre Schweißraupe wurde mit der aus dem Umwandlungsdiagramm für stetige Abkühlung entnommenen besonderen Geschwindigkeit zwecks Normalisieren derselben abgekühlt.

Wie erinnerlich, mußte eine sekundäre Schweißraupe wie 12 zum Tempern der primären Schweißraupe auf die letztere aufgebracht werden, wenn sie eine Temperatur zwischen Ms-Punkt und M/-Punkt angenommen hatte, und zwar soll angenommen werden, daß diese Temperatur sich auf 400⁰C beläuft. Aus der Größe der vorher erhaltenen Abkühlungszeit S_c und der Schweißgeschwindigkeit von 52 bis 55 cm/Minute konnte man den Abstand / zwischen der Primär- und der Sekundär-Elektrode (s. die F i g. 2) für einen Bereich von 360 bis 460 mm wählen. Die Schweißbedingungen für die sekundäre Schweißraupe wurden in der gleichen Weise festgelegt, wie es vorher für die primäre Schweißraupe beschrieben wurde. Auf diese Weise fand man eine Schweißstromstärke von 387 bis 620 Ampere, eine Schweißspannung von 36 bis 38 Volt und eine Schweißgeschwindigkeit von 52 bis 55 cm/Minute.

Um die physikalischen Eigenschaften der auf diese Weise gebildeten Schweißnaht zu bestimmen, wurden aus der geschweißten Platte normale Probestücke für den Charpy-Kerbschlagzähigkeitstest mit V-Kerbe in einer solchen Weise herausgeschnitten, daß der herausgeschnittene Teil der Schweißnaht durch die Mitte des Stücks senkrecht zu der längeren Seite desselben hindurchging. Diese Probestäbe wurden dem Test bei niedrigen Temperaturen unterworfen. Als Ergebnis erhielt man die in F i g. 6 dargestellte Kurve A. Ebenso wurden aus der geschweißten Platte Fallhammer-Probenstäbe des N. P. L.-Typs (N. P. L. = National Physical Laboratory) herausgeschnitten, wobei ebenfalls die Schweißnaht durch die Mitte desselben senkrecht zu der längeren Seite verlief, und einem Test auf Sprödbruch sowie auf die Kennzeichen der weiteren Ausbreitung der Risse unterworfen, und zwar mit einem Hammer von 27 kg Fallgewicht bei einer Fallhöhe von 5 m über dem Probestab. Das Ergebnis ist in dem oberen Teil der F i g. 7 dargestellt.

Ferner wurde ein Paar 25 mm starker Platten aus einem wärmebehandelten Niedrigtemperaturstahl mit

ίο einem Gehalt von 0,99°/₀Mn, 0,26% Si, 1,57% Ni und 0,30% Mo in der gleichen Weise, wie es vorher beschrieben wurde, stumpf aneinandergeschweißt. Die auf diese Weise gebildete Schweißnaht wurde den oben erwähntenKerbschlagzähigkeits- und Fallhammertesten unterworfen. Die Ergebnisse sind in der Kurve B in F i g. 6 sowie im unteren Teil der F i g. 7 festgehalten. Aus den F i g. 6 und 7 ist ersichtlich, daß eine gemäß den Lehren der Erfindung wärmebehandelte Schweißnaht hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften,

zo insbesondere einer hohen Kerbschlagzähigkeit, durchaus vergleichbar ist mit einem wärmebehandelten Grundmetall.

Mikroskopische Teste zeigten an, daß das sekundäre Auftragsmetall ein gemischtes Gefüge aus feinkörnigem

Ferrit, Perlit und Übergangsstruktur hatte, das primäre Auftragsmetall im oberen Teil ein solches aus feinkörnigem Ferrit und Perlit, im unteren Teil eine hinsichtlich Qualität geregelte Struktur einschließlich zähen Sorbits.

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtbogenschweiß verfahren unter Verwendung mindestens einer Leit- und einer Folgeelektrode zum Verbinden metallischer Werkstücke mittels einer festen, verformbaren und zähen, dem Grundmetall in seinen Eigenschaften weitgehend entsprechenden Schweißnaht, dadurch gekennzeichnet, daß in einer vorbereiteten Schweißnut zunächst ein metallischer Leitniederschlag ausgebildet wird, der anschließend mit einer der Normalisierungsbedingung entsprechenden Geschwindigkeit abgekühlt wird, und daß darauf ein Folgeniederschlag auf den Leitniederschlag in einem Zeitpunkt aufgeschweißt wird, in dem der Leitniederschlag eine Temperatur zwischen dem Beginn und dem Ende der Martensitbildung erreicht hat, und daß anschließend die erhaltene doppelte Schweißraupe mit einer der Normalisierungsbedingung entsprechenden Geschwindigkeit abgekühlt wird.

2. Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der vorbereiteten Schweißnut zunächst eine Legierungsschweißraupe aufgebracht wird, die beim Aufschweißen des Leitniederschlages wieder aufschmilzt.

3. Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitniederschlag nach einem Schutzgas- und der Folgeniederschlag nach dem Unterpulver-Schweißverfahren aufgebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen