DE1483448B2 - Hochbasisches Schweißpulver für die Unterpulverschweißung von Stählen - Google Patents

Description

a) 1 bis weniger als 10% Siliciumdioxyd,

b) 8 bis 40% Calciumfluorid,

c) 30 bis 80% Erdalkalioxyde, vorzugsweise CaI-ciumoxyd und Magnesiumoxyd enthält, mit

' der Maßgabe, daß der Anteil der Erdalkalioxyde, gemessen in Gewichtsprozent, min- '⁵ destens 4mal größer als der Anteil des Siliumdioxyds ist,

d) daß weiter bis ,30% mindestens eines der Oxyde des Aluminiums, Zirkoniums, Titans, Eisens, Chroms oder Mangans enthalten sind,

und daß dem nichtmetallischen Teil des Pulvers noch etwa 4% Desoxydationsmittel in Form von Metallen oder Metallegierungen, wie Ferrolegierungen von Silicium, Mangan sowie von Aluminium, Titan oder Zirkonium, zugesetzt sind.

2. Hochbasisches Schweißpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein nichtmetallischer Teil aus einem Gemisch von 8% Siliciumdioxyd, 25% Calciumfluorid, 10% CaI-ciumoxyd, 32% Magnesiumoxyd, 20% Aluminium-,oxyd, 3% Manganoxyd, 1% Natriumoxyd, 1% Kaliumoxyd besteht.

3. Hochbasisches Schweißpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein nichtmetallischer Teil aus einem Gemisch von 7% Siliciumdioxyd, 30% Calciumfluorid, 5% Calciumoxyd, 35% Magnesiumoxyd, 21% Aluminiumoxyd, 1% Natriumoxyd, 1% Kaliumoxyd besteht.

4. Abwandlung der Unterpulverschweißung, für die das hochbasische Schweißpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 3 verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Desoxydationsmittel ganz oder teilweise im Schweißdraht enthalten ist.

Die Erfindung betrifft ein hochbasisches Schweißpulver für die Unterpulverschweißung von Stählen zum Erzielen von Schweißnähten mit; hoher Kerb-Schlagzähigkeit bis zu Temperaturen von — 6O⁰C und tiefer.

Die zunehmende Automation in der Fertigung macht es erforderlich, Schweißverfahren, die bisher nur von Hand und z.B. unter Verwendung hoch-. wertiger Mantelelektroden durchgeführt werden konnten, in automatischer Weise durchzuführen. Insbesondere bei der Unterpulverschweißung von Eisen, Eisenlegierungen oder eisenfreien Legierungen ergeben sich hierbei häufig Schwierigkeiten, wenn an die Qualität der Schweißung besondere Anforderungen gestellt werden. So ist es bisher nicht möglich, die Unterpulverschweißung für Fertigungszwecke einzusetzen, wenn eine hohe Kerbschlagzähigkeit bei tiefer Temperatur (— 60° C und tiefer) gefordert wird, wie dies z. B. für Flüssiggas-Behälter, Panzerungen u. dgl. erforderlich ist. Der Behälterbau und die Verarbeitung von Panzerplatten geht dabei von einem Grundmaterial hoher Festigkeit aus (z. B. 80 kg/mm²), und die Schweißnähte müssen auch bei den genannten tiefen Temperaturen hohe Kerbschlagzähigkeitswerte aufweisen. Diese läßt sich bisher praktisch nur unter Verwendung basischer Mantelelektroden erzielen.

Es sind bereits Schweißpulver auf Basis von Erdalkalioxyden (wie Calciumoxyd, Magnesiumoxyd) und Calciumfluorid bekannt, wobei der Erdalkalioxyd-Anteil von etwa 5 bis 85%, der Calciumfluorid-Gehalt etwa 7 bis 30% beträgt (USA.-Patentschrift 3 023 133). Diese Schweißpulver enthalten jedoch stets relativ hohe Anteile an SiO₂, nämlich 10 bis 30%. Ein so hoher SiO₂-Gehalt führt aber zu einer unerwünschten Aufsilizierung des Schweißgutes (vgl. deutsche Auslegeschrift 1 116 514) und damit zu einer Minderung der Kerbschlagzähigkeit. Versuche, den SiO₂-Anteil unter etwa 20% zu senken, z. B. auf 14% (vgl. USA.-Patentschrift 3 023133), führen aber zu einer Verschlechterung der Schweißeigenschaften des Pulvers, z. B. Nahtbildverschlechterung, Porosität der Naht, ungünstiges Schmelzverhalten, ohne die Kerbschlagzähigkeit zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zusammensetzung eines Schweißpulvers der eingangs genannten Art so zu wählen, daß unter Vermeidung der zuvor genannten Mängel die Kerschlagzähigkeit der mit ihm erzielten Schweißnaht wesentlich gesteigert wird.

Dies gelingt bei einem solchen Schweißpulver erfindungsgemäß dadurch,, daß der nichtmetallische Teil des Schweißpulvers

a) 1 bis weniger als 10% Siliciumdioxyd,

b) 8 bis 40% Calciumfluorid,

c) 30 bis 80% Erdalkalioxyde, vorzugsweise Calciumoxyd und Magnesiumoxyd enthält, mit der Maßgabe, daß der Anteil der Erdalkalioxyde, gemessen in Gewichtsprozent, mindestens 4mal größer als der Anteil des Siliciumdioxyds ist,

d) daß weiter bis 30% mindestens eines der Oxyde des Aluminiums, Zirkoniums, Titans, Eisens, Chroms oder Mangans enthalten sind,

und daß dem nichtmetallischen Teil des Pulvers noch etwa 4% Desoxydationsmittel in Form von Metallen oder Metallegierungen, wie Ferrolegierungen von Silicium, Mangan sowie von Aluminium, Titan oder Zirkonium, zugesetzt sind.

Es ist zwar bereits bekannt (vgl. »Schweißtechnik«, 6 [1956], Heft 12, S. 367 bis 369), die Unterpulverschweißung von Stählen in Gegenwart von Silicium oder Ferroaluminium durchzuführen, jedoch zu dem Zweck der Vermeidung von Poreneinschlüssen. Erst aber die hier vorgeschlagene Wahl eines Si O₂-Gehaltes unter 10% und ein Verhältnis von Erdalkalioxyd- zu -Siliciumdioxyd-Anteil von mindestens 4 führen unter Hinzunahme eines solchen metallischen Desoxydationsmittels zu einem höchbäsischen Schweißpulver, das die Nachteile der bekannten Schweißpulver überwindet und die Anwendung des Unterpulverschweißens auch dort ermöglicht, wo hohe Kerschlagzähigkeitswerte bei tiefer Temperatur wie bei der Fertigung von Behältern und Panzerungen gefordert sind. Ferner läßt sich das Unterpulverschweißen mit diesem Schweißpulver mit handelsüblichen Elektrodendrähten durchführen, so daß sich die bisher notwendige Verwendung von Spezialelektroden erübrigt.

3 4

Die Erfindung ermöglicht eine völlig freie Wahl der MgO 32%

Schweißgutzusammensetzung bezüglich des Silicium- CaO 10%

Gehaltes, eine erhebliche Verminderung des Ab- SiO₂ 8%

brandes an Legierungselementen aus dem Zusatz- MnO 3%

werkstoff, die Förderung des Abbrandes von Schwefel 5 Na₂O ." 1 %

und Phosphor aus dem Schweißgut und die Aus- K₂O 1 %

schaltung oder Verminderung von Silicat- und/oder ..,'■.. IÖÖ%T

Oxydeinschlüssen im Schweißgut, ohne daß die

Schweißeigenschaften des Pulvers leiden. 100 Teile dieses Pulvers enthalten 4 Teile Desoxy-

Die untere Grenze des SiO₂-Gehaltes des Schweiß- io dationsmittel.

pulvers gemäß der Erfindung ist lediglich durch wirt- Das Produkt wird im folgenden als Schweißpulver A

schaftliche Gesichtspunkte (Verwendung SiO₂-haltiger bezeichnet. . . .

Rohstoffe und/oder SiO₂-haltiger Bindemittel) be- Beispiel 2

dingt. Das Schweißpulver ist vorzugsweise ein Granu- Gemäß den obigen Angaben wurde ein Schweiß-

lat mit Korngrößen von 0,3 bis 2 mm. 15 pulver hergestellt, wobei die Anteile des Gemisches

An Stelle dessen, daß das metallische Desoxydations- so gewählt wurden, daß ein agglomeriertes Pulver mit

mittel in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen folgender Zusammensetzung entstand:

Schweißpulver allein enthalten ist, kann es auch ganz Al Ω 0\ °/

oder teilweise im Schweißdraht enthalten sein. .-,Λ?³ ' .^?

Das erfindungsgemäße Schweißpulver ist allgemein 20 >, λ ,^₀,⁰

für die Schlackenbehandlung von Metallschmelzen .-JL ".' " -₀/°

geeignet und kann z. B. außer für die Unterpulver- _ς-_η ^J

¹I) schweißung auch für die Elektroschfacke-Schweißung ^T ²A To/

^y j , j INa?\J i/o

verwendet werden. κ Π ι °/

Das erfindungsgemäße Schweißpulver kann ge- 25 ² ''" —_g

schmolzen, gesintert oder agglomeriert sein. Vorzugs- 100%

weise wird es durch Agglomerieren hergestellt, ins- 100 Teile dieses Pulvers enthalten 4 Teile Desoxy-

besondere wenn das Schweißpulver selbst das Des- dationsmittel.

Oxydationsmittel enthält. Das Produkt wird im folgenden als Schweiß-

Ein Schweißpulver gemäß der Erfindung in agglo- 30 pulver B bezeichnet.

merierter Form für die Unterpulverschweißung kann Mit den Schweißpulvern A und B wurden verz. B. wie folgt hergestellt werden: Ein Gemisch aus schiedene Stahlsorten nach folgendem Plan gegeglühtem Magnesit, technischem Manganoxyd, Fluß- schweißt:

spat, Bauxit und Desoxydationsmittel (gleiche Teile ßlechdicke 15 mm

Ferrosihcium und Ferromangan) wird unter Zugabe 35 Nahtvorbereitung 60°-V

von Wasserglas zu einer körnigen Masse agglomeriert, cu,™;«,» + «λ λ

ι· ι* » ·ι ι·· τι j. ij CU WClJD Qä tell .......·.. JoU J\

die nach dem Aussieben bei einer Temperatur von ™ _v

400 ± 100⁰C geglüht wird. Im folgenden sind zwei 50 cm/min

Beispiele für die Zusammensetzung und Schweiß- _{Entnahme der Proben} .. Quer zur Naht, Kerbe

quahtat von zwei bevorzugten erfindungsgemaßen 40 «»nW^r-ht 7„_r Naht

Schweißpulvern angegeben. oberfläche

Beispiel 1 DVM (nach DIN. 50115) Gemäß den obigen Angaben wurde ein Schweiß- _ , cu-n uj utt* 1 ) pulver hergestellt, wobei die Anteile des Gemisches ,^Es .^^urden Schweißproben durch Unterpulverso gewählt wurden, daß ein agglomeriertes Pulver 45 ^schweu3en von drei Stahlsorten (I bis III mit untermitfolgender Zusammensetzung entstand: schiedhchen Festigkeitswerten hergestel und die ^{a 6} Kerbschlagzahigkeitswerte der Naht ermittelt.

Al₂O₃ 20% Die Einzelheiten sind der folgenden Tabelle zu

CaF₂ 25% entnehmen:

	Stahl I	]	C(	Stahl II	3,06	Si 0,3	Stahl III
Festigkeit (kg/mm2)	42		VIn	60	1,6	Ni 0,5	80
Zusammensetzung des Stahls in %, Rest Fe	C 0,1		Si(	C 0,16	3,3	V 0,15	' C 0,21
	Mn 0,9		Ni	Mn 1,3	3,35		Mn 0,9
	Si 0,1		S(		3,004		Si 0,47
	S 0,024		P		3,020		Cr 0,8
	P 0,042						Mo 0,16
						S 0,008
						P 0,015
Zusammensetzung des reinen zum Schweißen der Stähle					C 0,07
verwendeten Drahtes in %, Rest Fe			Mn 2,1
			Si 0,39
		• Ni 2,4
		Mo 0,4
		S 0,005
	P 0,028

483 448

Fortsetzung

	Stahl I	Stahl 11 Schweißpulver	Stahl III B
Kerbzähigkeit der Schweißnaht nach DVM bei - 60° C (mkg/cm2), Mittelwert von 3 Messungen	11,4	12,6	.. 7'3

Alle in der Beschreibung angegebenen Prozentwerte beziehen sich auf das Gewicht. Die qualitativen und quantitativen Werte der Schweißpulverzusammensetzung sind jeweils die analytisch ermittelten Werte.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Hochbasisches Schweißpulver für die Unterpulverschweißung von Stählen zum Erzielen von Schweißnähten mit hoher Kerbschlagzähigkeit bis zu Temperaturen von —60° C und tiefer, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmetallische Teil des Schweißpulvers