DE1508318A1 - Flussmittel zum Schweissen - Google Patents

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung

General Dynamics Corporation 1 Hockefeiler Plaza, New York, New York, U.S.A.

betreffend
Flußmittel zum Schweißen

Diese Erfindung betrifft ein Flußmittel und besonders ein solches zum Schweißen von niedriglegierten hochfesten Stählen.

Zur Erzielung einer hochwertigen Verschweißung ist die Verwendung eines Flußmittels notwendig, um einen üchutzbelag über dem Metall an der Schweißstelle auszubilden, damit seine Oxydation und andere unerwünschte Veränderungen im Metall während dem Schweißen vorhindert werden* Das besondere angewendete Flußmittel hängt von der Art des zu verschweißenden Metalls und dem angewandten Schweißverfahren ab.

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Das erfindungsgemässe Flußmittel ist zum Schweißen von Stahl, "besonders von schwach legierten, hochfesten Stählen, vorgesehen. Während es "bei einer Reihe von Schweißverfahren, beispielsweise heim Elektro-Sohlackensahweißverfahren befriedigend ist, ist es besonders gut für die Unterpulver-Lichtbogenschweißung geeignet. Beim Unterpulverschweißen wird ein Mantel von geschmolzenem Flußmittel angewandt, um eine Schweißdrahtelektrode und den geschmolzenen Grundwerkstoff der zu verschweißenden Teile von der Atmosphäre abzuschirmen. Flußmittel beim Unterpulverschweißen sind Gemische von granulierten, schmelzbaren Stoffen^die auf dem Auftragswerkstoff um das Ende der Drahtelektrode und den Grundwerkstoff in der Schmelzzone aufgetragen sind. Die Unterpulververschweißung findet weite Anwendung, da sie unter anderem die Vorteile aufweist, leicht einer aromatischen Anlage angepaßt zu werden, weil sie mit beachtlich höheren Geschwindigkeiten als die meisten anderen bekannten Schweißmethoden ausgeführt wird und da man Verschweißungen von großer Stärke erzielt.

Mineralischer Flußspat, besonders Calciumfluorid (CaFg) ist seit langem als Flußmittel bekannt und ein Bestandteil vieler bekannter Flußmittelzusammensetzungen. Derartige Flußmittelgemisohe enthalten

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jedoch relativ kleine Mengen Galciumfluorid und erwiesen sich nicht als befriedigend zur Herstellung von Schweißverbindungen mit genügend hoher Kerbschlagzähigkeit und anderen mechanischen Eigenschaften für vielerlei Zwecke, besonders bei Verwendung zum Schweißen niedriglegierter hochfester Stähle.

Es sind bereits Flußmittel vorgeschlagen worden, die besonders gut geeignet sind für

niedriglegierte hochfeste Stähle, die Schweißver- ™

bindungen von besonders hoher Kerbschlagzähigkeit und bemerkenswerten anderen mechanischen Eigenschaften ergeben. Diese Flußmittel sind jedoch teuer in der Herstellung.

Es wird nun ein neues und verbessertes Flußmittel zum Schweißen angegeben, des beachtlich weniger kostspiexig ist als die früher vorgeschlagenen Flußmittel.. Die mit den neuen Flußmitteln hergestellten Schweißnähte sind in ihren mecha-

dcn
nisDher EiivenschaftenKunter Verwendung der früher vorgeschlagenen ilukmittel hergestellten Schweißnähte in allgemeinen überleben eier zumindest gleichwertig. Da das erfinduni?s^eniässe Flußmittel nicht 'JeV.er ist, ist es genauso put von praktischem -,utzpii bei:;. oc^;-v.-eii; en weniger hochwertig er Stahlsorten wie iioc'ti'o Eiter otü'le. Das neue iluirmittel ergibt

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₍ Schweißverbindungen von besondere honet⁴ Zug-' festigkeit und hoher KerbSchlagzähigkeit. Außerdem ist das erfindungegemäsae Flußmittel in geadhmoleenem Zustand während dem Bohweiflrorgang in hohem Maße fließfähig und erzeugt dementsprechend eine glatte Oberfläche auf der Schweißnaht, wodurch die Entfernung der Sohlaoke über der Schweißstelle erleiohtert wird.

. Da· erfindungsgeaässe Schweißmittel enthält ein Q-emieoh aus im weaentlichen 4· - 15 Gew.-# Aluminiumoxyd (AIgO,), 2-15 öew.-ji Manganoxyd (HnO), 35 - 55 CJew.-j( Oalciumfluorid (OaF₂) und reatlioh Billaiumdioxyd (BiO₂) und Oaloiumoxyd (OaO), wobei die beiden letztgenannten Bestandteile In einem aew.-Verhältnt· ßiOj I OnO etwa 2H bi· 1t1 vorhanden Bind.

Die BUr HfcretellUöi der erfindungegemäesen Flußmittel verwendeten Auegangematerialien sind vorzugsweise von Ublioher handelsmäöiger Reinheit, obwohl Verunreinigungen Ale Wirkung des Bohweiß-Flußmittel· nioht Bier kit oh beeinflussen» Die Aubgangsmaterialien haben vorzugsweise eine Teilchengröße <pOi297 am. Zur Herstellung der Flußmittel werden Jlteeelerde, Kalk, Aluminiumoxyd, Manganoxyd

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und SluÜipat in den angegebenen Anteilen in, trookenem ZuMand bu eine» ^leiohaäßigen.CJemiioh vermisoht« Man kann mineraliaohe Jtieielerde mit mindesten· 90 Jl* IiO₂ und mMinal 9 H Aluainium.oxy4 verwenden. Ebenso kann man Kalk von handelsüblicher Reinheit mit einem Gehalt an mindesten« 92 ik OaO nach Trocknen bei 1093⁰CI (2000⁰P) verwenden, der auch maximal 1,5 $> Magnesium und 2 # Aluminiumeeyd enthalten kann. Ebenso kann man handelsübliches

Manganoxyd verwenden mit minimal 45 £ Mangangehalt, ' f

I maximal θ fl Bisen, maximal 5 $ Aluminium und '

maximal 1 96 Zink, Ars ei und Blei und maximal 2 i»

Barium. Man verwendet gebranntes Aluminiumoxyd ,

ebenfalls von handelsmäßiger Reinheit mit 99 #

Al₂O,-&ehalt naoh Irooknen bei 1093° (BOOO⁰?). Der mineralisohe !Flußspat enthält mindestens 95 5^

Das erfindungsgemässe Flußmittel zum Sohweiflen kann man aus den erwähnten Ausgangsmaterialien naoh üblichen Methoden herstellen, wie duroh Sohmelzen, Sintern, oder unter Verwendung von Bindemitteln.

Beim Schnelzverfahren werden die Rohmaterialien mechanisch zusammengemischt und das öemisoh in einen

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gebracht und auf etwa, }31β~1427 Ο (3400 - 86QO⁰I) au« BohmeHen erhi^H,- N»oh ^eiteren 20 min Brhituen des öemiBOh· zur Sr« ilelung einer vollkommenen SohmeHe wlr^ auf .' Raumtemperatur abgesohreokt und dann da β Gfemiiih zerkleinert und gemahlen.

Bei der Herstellung dee JlußjHliittli duroh Sintern wird ein mechanisohee Gemieoh der Bestandteile in einem Ofen auf etwa 900°0 (165O⁰J¹) etwa 1,5 h erhitzt. Dae Gemisch wird dann abgekühlt, zerkleinert, zur Erzielung der gewünschten Teilohen-(Jrößenverteilung geeJdbt und auf gleiche Weise wie die geschmolzenen Materialien verwendet*

Bei der Herstellung des Flußmittels unter Verwendung von Bindemitteln werden die Bestandteile mit Wasserglas in einem Verhältnis von etwa 1 Teil Wasserglas auf 3 Teile Flußmittelgemisch vermischt. Diese Hasse wird dann etwa 3 h auf 482⁰O (900⁰P) erhitzt, zerkleinert, gesiebt und auf übliohe Weise verwendet. Von den drei geeigneten Methoden zur Herstellung des Plußmlttele wird im allgemeinen das Schmelzverfahren bevorzugt angewandt.

Die Tabelle 1 bringt mehrere spezifisohe Beiepiele von erfindungagemäseen Flußmitteln zum Sohweilen, die naoh der Sohmelzttethode hergestellt

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ί."

WUfIIn. DIt Analysen wurden ermittelt auf&en (JemiBohm der Bestandteile vor dem Zusammen-

	ylufli	α.».	IbIl	1 β	1	Al2O,	, MnO	Jew.-*
·« !	A	Analyee	dee HuflmittelB in (	13,5	4,5	OaP2
B	iittel SlO2	OaO	12,5	4,0	35
O	31,5	15,5	10,0	5,0	41
D '	28,5	14,0	8,0	4,0	45
27,0	13,0		55
22,0	11,0

Di· genannten Flußmittel verwandte man zum Sohwtißtn von HY-BO-Stahl, d.i. ein hoohfester, niedriflegierter Stahl mit einer Streokgrenee (0,2 5620' - 7030 kg/om² (80 000 - 100 000 pei). ΗΤ-80-Stahl hat die folgende ZusammenBetzungi

Element gew.

Kohlenstoff < 0,22 Mangan 0,1 - 0,4

Phoaphor < 0,035

Schwefel <0,04 Silizium 0,15-0,35

Niokel 2 - 2,75

Chrom 0,9 - 1,4

Molybdän 0,23 - 0,35

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vollständige Zusammensetzung von HY-80-Stahl wird in der US-Q-overnment Speoification MII1-8-I62I6D (NAVY) angegeben.

tür die Verachweißungen verwandte man einen Schweißdraht von 0,4 om (5/32*) Durchmesser der folgenden chemischen Zusammensetzung ι außer Elsen»

Element flew. -4>

0 0,09

S 0,004

P Ο,ΌΟβ

Sl 0,74

Mn 1,40

Or 0,04

Ni 1,03 .Ou * , 0,48

Mo- 0,28

Br 0,07«

Man stellte Sohwiiflverbindungen mit dem be-* schriebenen 0,4 om (5/32*) <Uoken Schweißdraht an 1,54 om (1*) dicken Ηϊ-80-Stahlplatten mit einer •infaohen.Abeohrägung von 45° her. Ss wurden mechanisohe Prüfungen vorgenommen, deren Ergebnisse in der*Tabelle 2 wiedergegeben sind. Se wurde ein färtfiingebot von 17 520 Joule/om (44 500 joulee/inch)

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zugeführt bei umgepolte» GHeiohjtrom 990 A, Strometttrke, 87 V Jogenep^nnung, bei eint» Vor-8ohub der elektrode 30,β οm/min (20"/min), line andere Sahwti#T*r1&indung unter Verwendung de« Flußmittel· 0 wurde auf glflohe Wiiee hergfet jedooh wurde tin äfärineangebot von etwa 21 260 Joule/om (94 000 joult«/inoh) duroh Q-leiohstromgegenpolung mit 600 A Btromatärke und 30 V Bogenapannung augeführt, deren Vereuohaergebniese in der Tabelle 2 duroh einen * gekennaeiohnet sind. Man verwandte Schweißdrahtelektroden auβ blankem Metall und das granulierte Flußmittel wurde an der Schweißstelle in ausreichender Menge augeführt,

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I :

Aus dtr Tabelle 2 let ereiohtltoh, dal da· •rflhdungigemägs· Flußmittel ein· Sahweißnaht mit ähnlichen raeohanliohen Eigenschaften wie der Grunlwtrfcetoff ergibt« Von besonderem Intere··· let die höhe Kerb schlagtähidrfilt. -der trhaltenen Schweißnähte bei Verwendung des erfindungagemUaeen fiuJUdttele» Au· den Daten ist tu ersehen, daß lie fctYoreugte Ylußmitteltueammetisetsiung duroh die Flußmittel B und C Aargestellt wird.

Man kann das erfindungsgemässe Flußmittel für andere Schweißmethoden verwenden, beispielsweise als Flußmittelkern 4» eines röhrenförmigen Sohweißdrahts. Der Zusate von gewiesen Stoffen zum Schweißkern.die als Schutzgas über der Schweißstelle wirken, wird ebenfalls in Betraoht gezogen, wie von R.A. Wilson in "Welding Journal¹¹ Band 40 Nr. 1, Januar 1961, beachfieben wurde. Außerdem kann man das erfindungsgemässe Flußmittel mit Metallteilohen vermisohen, die beispielsweise die gleiche Analysen-Zusammensetzung wie der Schweißdraht oder der zu verbindende Stahl aufweisen. Solohe Flußmittelgemische sind dem Faohmann gut bekannt und da diese bei der Elektrosohweißung von der Schweißstelle magnetisch angezogen werden, kann man sl^ auoh da -verwenden, wo eine Zuführung des Flußmittel· auf Grund der Schwerkraft nicht möglich ist.

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Di· beschriebenen Aueführungeforsen der lrfiiduMf sind totiiplelkftf-t mat rielt Tarierten und Inderungen können rer|[eno^»en «erIm₁ ohne vom Irfindungsbereich abtuveicnen.

Patentanspruch

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Claims (1)

1. . r.vnov*

   DIFL. UTG. G. PUUi OKJLt.PSOHMAVJT

   β UtMCUMM · 1 C Π Q Q 1 fi

   nnntTrinn Mtnm U-31 536

   Patentanepruoh

   Flußmittel zum Schweißen, gekennzeichnet duroh einen Gehalt an im wesentlichen etwa 4 - 15 Gew.-# Aluminiumoxyd, etwa 2-15 Gew.-^ Manganoxyd, etwa 35 - 55, vorzugsweise 41 - 45 Gew.-# Calciumfluorid und restlich im wesentlichen Siliziumdioxyd, und Calciumoxyd in einem Gew.-Verhältnis Siliziumdioxyd t Caloiumoxyd etwa 2i1 bis 1*1.

   III61

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