DE1508321A1

DE1508321A1 - Flussmittel zum Schweissen

Info

Publication number: DE1508321A1
Application number: DE19661508321
Authority: DE
Inventors: Freedman Bernard Joseph; Ballass John Thomas
Original assignee: General Dynamics Corp
Current assignee: General Dynamics Corp
Priority date: 1965-04-29
Filing date: 1966-04-29
Publication date: 1969-05-22
Also published as: NL6605846A; CH454585A; GB1075047A; US3340107A; SE322964B; BE680284A; FR1496105A

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung

General Dynamics Corporation 1 Rockefeller Plaza, lew York, New York, IJ.S.A.

betreffend Flußmittel zum Schweißen

Die Erfindung betrifft ein Flußmittel zum Schweißen und "besonders ein solches, das für die Verwendung zum Schweißen von schwach legierten hochfesten Stählen geeignet ist.

Zur Erzielung einer hochwertigen Verschweißung ist die Verwendung eines Flußmittels notwendig, um

einen Schtzüberzug über dem Metall an der Schweißstelle zu erzeugen, der Oxydation des Metalls und andere unerwünschte Veränderungen im Metall beim Schweißen verhindert. Das besondere angewendete Flußmittel hängt von der Art des zu verschweißenden Metalls und dem angewandten Schweißverfahren ab.

909821/0504

Das erfindungsgeme.sse Flußmittel ist zum Schweißen von Stahl und besonders schwach legierten hochfesten Stählen vorgesehen. Während es bei einer Anzahl von Schweißverfahren, beispielsweise der Elektro-Schlacken-Methode befriedigend ist, ist es besonders gut geeignet für das Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren. Das Unterpulververfahren wendet eine Deckschicht von geschmolzenem Flußmittel an, um eine Schweißdrahtelektrode und den geschmolzenen Grundwerkstoff der zu verschweißenden Teile von der Atmosphäre abzuschirmen. Die bei Unterpulververfahren angewandten Flußmittel sind Geinische von granulierten, schmelzbaren Stoffen, die auf dem Auftragswerkstoff um das Ende der Drahtelektrode und den Grundwerkstoff in der Schmelzzone aufgetragen sind. Das Unterpulververfahren wird viel benutzt, da es unter anderem die Vorteile aufweist, leicht einer automatischen Anlage angepaßt zu werden, da,, es mit beachtlich höheren Geschwindigkeiten als die meisten anderen bekannten Schweißverfahren durchgeführt werden kann und man Verschweißungen von großer Stärke erzielt.

Es sind bereits Flussmittel zum Schweißen vorgeschlagen worden, die für schwach legierte hochfeste

Θ09821/Q504

Stähle "besonders gut geeignet sind, die Schweißverbindungen von besonders hoher Kerbschlagzähigkeit und bemerkenswerten anderen mechanischen Eigenschaften ergeben. Diese Flußmittel sind jedoch teuer in der Herstellung.

Entsprechend dieser Erfindung wird ein neues und verbessertes Flußmittel zum Schweißen angegeben, das beachtlich weniger kostspielig ist als die fiüher vorgeschlagenen Flußmittel. Die mit den neuen M

Flußmitteln hergestellten Schweißnähte sind in ihren mechanischen Eigenschaften den unter Verwendung der früher vorgeschlagenen Flußmittel hergestellten Schweißnähte im allgemeinen überlegen oder zumindest gleichwertig. Da das erfindungsgemässe Flußmittel nicht teuer ist, ist es genausogut von praktischem Nutzen beim Sehweißen weniger hochwertiger Stähle wie hochfester Stähle. Die neuen Flußmittel ergeben Schweißverbindungen von besonders hoher Festigkeit und hoher Kerbschlagzähigkeit. Außerdem ist dae \

erfindungsgemässe Flußmittel in geschmolzenem Zustand während dem Schweißvorgang
Kin hohem Maße fließfähig und dementsprechend erzeugt

es eine bemerkenswert glatte Oberfläche auf der Schweißnaht»

909821/0504

Das erfindungsgemässe Flußmittel zum Schweißen enthält ein Gemisch aus im wesentlichen 5-15 Gew.-^ Aluminiumoxyd (AIpO,) bis zu 15 Gew.-^ Manganoxyd (MnO), 20-55 Gew.-^ Natriumfluorid ( NaI¹ ) und restlich Siliziumdioxyd (SiOp) und Calciumoxyd (CaO), wobei die beiden letztgenannten Bestandteile in einem Gew.-Verhältnis SiOp ί CaO von 2:1 bis 1:1 vorhanden sind.

Zur Herstellung der erfindungsgemässen Flußmittel verwendet man Rohstoffe, vorzugsweise von üblichem handelsmäßigen Reinheitsgrad, obwohl Ver~ unreinigungen die Wirkung des Flußmittels gewöhnlich nicht merklich nachteilig beeinflussen. Man verwendet vorzugsweise -Rohmaterialien ei. er Teilchengröße <0,297 mm (50 mesh screed. Zur Herstellung der Flußmittel werden Kieselerde, Kalk, Aluminiumoxyd, Manganoxyd, Flußspat und Natriumfluorsilikat in den gewählten Anteilen in trockenem Zustand zu einem gleichmäßigen Gemisch vermischt. Man kann mineralische Kieselerde mit mindestens 90 4> SiOp und maximal 5 io Aluminium verwenden. Der Kalk kann ebenfalls handelsübliche Reinheit aufweisen und mindestens 92 fo CaO nach Trocknen bei 1O93°C (2000⁰F) enthalten, sowie ferner maximal 1,5 $ Magnesium und 2 $ Aluminium.

Ebenso kann man Manganoxyd von handelsüblicher

909821/0504

üeinheit verwenden mit minimal 45 i° Mangan, maximal 8 '<fo Eisen, maximal 5 °/° Aluminium, maximal 1 °/o Zink, Arsen und Blei und maximal 2 ¥» Barium. Man verwendet calziniertes Aluminiumoxyd von handelsüblicher Reinheit mit 99 $> Al₉O₅ nach irocknen bei 1093⁰G (2000⁰P). Man kann technisches Natriumfluorid mit mindestens 95 $ NaF verwenden.

Man kann das erfindungsgemässe Flußmittel aus den genannten .Rohmaterialien auf übliche Weise herstellen, wie durch Schmelzen, Sintern oder unter Verwendung von Bindemitteln.

Beim Schmelzverfahren v/erden die Rohmaterialien mechanisch zusammengemischt und das G-emisch in einen 3-raphittiegel gebracht und auf etwa 1316 - 1427⁰C (24OO - 2600⁰F) zum schmelzen erhitzt. Nach weiteren 20 min Erhitzen des G-emischs zur Erzielung einer vollkommenen Schmelze wird auf .Raumtemperatur abgeschreckt und dann das Gemisch zerkleinert und gemahlen.

Bei der Herstellung des Flußmittels durch Sintern wird ein mechanisches G-emisch der Bestandteile in einem Ofen auf etwa 90O⁰C (165O⁰F) etwa 1,5 h erhitzt. Das Cfemisch wird dann abgekühlt, zerkleinert, zur Erzielung der gewünschten Teilchen-Größenverteilung

909821 /050

gesiebt und auf gleiche v/eise wie die geschmolzenen Materialien verwendet.

Bei der Herstellung des Flußmittels unter Verwendung von Bindemitteln werden die Bestandteile mit Y/asserglas in einem Verhältnis von etwa 1 Teil Wasserglas auf 3 Teile Flußmittelgemisch vermischt. Diese Masse wird dann etwa 3 h auf 48 2⁰C (90O⁰F) erhitzt, zerkleinert, gesiebt und auf übliche Weise verwendet. Yon den drei geeigneten Methoden zur Herstellung des Flußmittels wird im allgemeinen das Schmelzverfahren bevorzugt angewandt.

Die i'abelle 1 bringt mehrere spezifische Beispiele von erfindungsgemässen Flußmitteln zum Schweißen, die nach der Schmelzmethode hergestellt wurden. Die Analysen wurden ermittelt aus den Gemischen der Bestandteile vor dem Zusammenschmelzen.

T a b e 1 1 e 1

	Analyse	des	Flußmittels	MnO	in G-ew.-ffl
Flußmittel	SiO₂	CaO	Al₂O₅	4	NaF
A	34	17	15	4	30
B	29	14	13	4	40
G	27	13	11	4	45
D	22	11	8	4	55
E	40	21	15	20

909821/050A

Die genannten Flußmittel verwandte man zum Schweißen von ΗΥ-30-Stahl, d.i. ein hochfester, niedriglegierter Stahl mit einer Streckgrenze (0,2 io Abbiegung) 5620 - 7030 kg/cm² (30 000-100 000 psi). ΗΥ-80-Stahl hat die folgende Zusammensetzung außer Eisen :

Element Gew. -jo

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

Phosphor < 0,035

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

Kickel · 2-2,75

Chrom 0,9 - 1,4

Molybdän 0,23 - 0,35

Die genaue Zusammensetzung von ΗΥ-80-Stahl ist beschrieben in US-Government Specification kIL-S-16216D (JSAVY).

Für die Verschweißungen verwandte man einen Schweißdraht von 0,4 cm (5/32") Durchmesser der folgenden chemischen Zusammensetzung außer Eisen:

909821/0504

Element G-ew.-S

C OkO9

S 0,004

P 0,006

Si 0,74

Mn 1,40

Cr 0,04

Ni 1,03

Gu 0,48

Mo 0,28

Zr 0,076

Man stellte Schweißverbindungen mit dem beschriebenen 0,4 cm (5/32") dicken Schweißdraht an 2,54 cm (1") dicken ΗΥ-80-Stahlplatten mit einer einfachen Ab schrägung .von 45° her. Es wurden mechanische Prüfungen· vorgenommen, deren Ergebnisse in der Tabelle 2 wiedergegeben sind. Es wurde ein Wärmeangebot von 17 520 Joule/cm (44 500 joules/inch) zugeführt bei umgepolten Gleichstrom 550 A Stromstärke, 27 V Bogenspannung, bei einem Vorschub der Elektrode 50,8 cm/min (20"/min). Eine andere Schweißverbindung unter Verwendung von Flußmittel C wurde auf gleiche Weise hergestellt, jedoch wurde ein Wärmeangebot von etwa 21 260 Joule/cm (54 000 joules/inch) durch Grleichstromgegenpolung mit 600 A Stromstärke und 30 V Bogenspannung zugeführt, deren Versuchaergebnisse

909821 /0504

in der Tabelle 2 durch einen ⁺ gekennzeichnet sind. Man verwandte Schweißdrahtelektroden aus blankem Metall und das granulierte Flußmittel wurde an der Schweißstelle in ausreichender Menge zugeführt.

Die Schweißnähte wurden mechanisch geprüft. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 wiedergegeben.

809821/0504

Tabelle Mechanische Eigenschaften des Schweißmetalls

Y-Kerbschlagzähigkeitsarbeit nach Charpy mkg (ft.lbs.)

	CD	Flußmittel	Zugfestigkeit kg/cm (psi)	Streckgrenze (0,2Abbiegug) kg/cm (psi)	Däaaung 3,556cm #0,4")	Einschnürung	Raum— temp.	-17,8⁰C (O⁰F)	(-6O⁰F)	-62,3⁰C (-80F)	cn CD OO co
O	O CD OO	A	8050 (114 600)	6800 (96 500)	22,1	61,4	11,78 (86)	9,82 (71)	7,88 (57)	5,75 (42)
RIGINAL INSF	O	B	7800 (111 100)	6600 (93 900)	22,9	64,6	16,16 (118)	11,78 (86)	9,54 (69)	8,76 (64)
□	cn O **-	σ	7550 (107 700)	6350 (90 300)	22,9	66,3	16,71 (122)	14,12 (103)	10,38 (75)	6,98 (51)
		D	8200 · (116 800)	6500 (92 300)	17,9	56,1	16,02 (117)	11,63 (85)	5,67 (41)	5,47 (40)
		E	7450 (106 000)	5850 (83 000)	22,1	56,0	9,85 (72)	9,31 (68)	5,12 (37)	3,53 (26)
		7800 (110 800)	6350 (90 200).	24,3	61,9	13,84 (101)	11,22 (82)	7,94 (58)	5,75 (42)

Aus der Tabelle 2 ist ersichtlich, daß das erfindungsgemässe Flußmittel eine Schweißnaht mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften wie der Grundwerkstoff ergibt. Von besonderem Interesse ist die hohe Kerbschlagzähigkeit der erhaltenen Schweißnähte bei Verwendung des erfindungsgemüssen Flußmittels. Aus den Daten ist zu ersehen, daß die bevorzugte Flußmittelzusammensetzung durch die Flußmittel B und C dargestellt wird.

Man kann das erfindungsgemässe Flußmittel für andere Schweißmethoden verwenden, beispielsweise als Flußmittelkern eines röhrenförmigen Schweißdrahts. Der Zusatz von gewissen Stoffen zum Schweißkern die als Sehtzgas über der Schweißstelle wirken, wird ebenfalls in Betracht gezogen, wie von H.A. Wilson in "Welding Journal" Band 4Ö Nr. 1, Januar 1961» beschrieben wurde. Außerdem kann man das erfindungsgemässe Flußmittel mit Metallteilchen vermischen, die beispielsweise die gleiche Analysenzusammensetzung wie der Schweißdraht oder der zu verbindende Stahl aufweisen. Solche Flußmittelgemische sind dem Fachmann gut bekannt und da diese bei der Elektroschweißung von der Schweißstelle magnetisch angezogen werden, kann man sie auch da

909821/0504

verwenden, wo eine Zuführung des Flußmittels auf Grund der Schwerkraft nicht möglich ist.

Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind beispielhaft und viele Varianten und Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsbereich abzuweichen.

Patentanspruch

909821/050/.

Claims

DR. ING. F.WÜKSTHOFF

DiFL. ure. β. puls

DH.&T.PBCHMAN» PATENTANWÄLTE

aaoeu

U-31 540

Patenten s ρ r u c h

Flußmittel zum Sehweißen, gekennzeichnet durch einen Gehalt an im
wesentlichen etwa 5-15 Gew.-^ Aluminiumoxyd, bis zu etwa 15 Gew._r^ Manganoxyd, etwa 20 - 55, vorzugsweise 40 - 45 Gew.-# Natriumfluorid und restlich im wesentlichen Siliziumdioxyd und Galciumoxyd in einem Gew.-Verhältnis Siliziumdioxyd ι Calciumoxyd etwa 2t1 bis 1:1.

III61

909821/0504