DE1540754C

DE1540754C - Verfahren zum verdeckten Lichtbogenschweißen

Info

Publication number: DE1540754C
Application number: DE19651540754
Authority: DE
Inventors: Toyoaki Machida; Tanaka Norio; Kabata Masaharu; Sagamihara; Bada (Japan)
Original assignee: Fuji Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Fuji Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1964-09-14
Filing date: 1965-09-14
Publication date: 1973-04-26

Description

■ Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum verdeckten Lichtbogenschweißen I-förmiger Schweißkanten mit einer Drahtelektrode.

Bei üblichen automatischen oder halbautomatischen Schweißverfahren kann in gewissen Fällen ein einseitiges Schweißen nicht zufriedenstellend durchgeführt werden, so daß ein Verschweißen von beiden Seiten und eine Vorbearbeitung der zu schweißenden Teile durchgeführt werden muß, indem z. B. die Nähtischen des Stahlblechs X-, V- oder I-förmig ausgebildet werden, weil eine Wurzelschweißnaht nicht zufriedenstellend ist und eine vollständige Schweißverbindung durch übliche Verfahren nicht erzielt werden kann. Beim Verschweißen von verhältnismäßig dicken Blechen oder sonstigen Gegenständen ist es deshalb nachteilig, daß entweder die hergestellten Schweißnähte nicht zufriedenstellend sind oder daß eine Vorbearbeitung der Nahtflächen zur Ausbildung eines X-, V- oder I -förmigen Querschnitts erfolgen muß, wozu ein verhältnismäßig großer Arbeitsaufwand zur Vorbearbeitung erforderlich ist.

Es ist ferner bekannt (französische Patentschrift 1 298 044), beim Verschweißen von V-Nähten nach UP-Verfahren in der Nahtfuge einen mit einem basischen Fluß umhüllten Draht anzuordnen. Da der Draht durch den überzug aus Flußmittel isoliert ist, wird dabei als nachteilig angesehen, daß dadurch die Lichtbogenerzeugung behindert wird. Es ist ferner , bekannt (USA.-Patentschrift 1 950 393),, beim Ver-' schweißen von I-Nähten in der Nahtfuge · Einlagen vorzusehen. Durch das Einsetzen eines einstückigen Profildrahts oder Winkelprofils in die I-Fuge wird dabei bezweckt, einen Bogen für das Schweißmetall zu-bilden.-Dabei wird..jedoch die Einlage in die I -Fuge nicht verschmolzen, wodurch sich nachteilige. metallogische Effekte ergeben. ^; -

Es ist* deshalb Aufgabe der Erfindung, unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile, und Schwierigkeiten ■ ein Verfahren zum vollautomatischen oder halbautomatischen Lichtbogenschweißen dicker Bleche derart zu gestalten; daß diese mit einer I-Naht unter weitgehender Vermeidung von Schweißspaniiungen zufriedenstellend verschweißt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum verdeckten Lichtbogenschweißen I -förmiger Schweißkanten mit einer Drahtelektrode erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Nahtfuge vor dem Verschweißen mehrere, die Nahtfuge ausfüllende Seelendrähte übereinandergeschichtet werden, welche ein Desoxydationsmittel, ein Legierungselement und ein basische Schlacke bildendes Material enthalten.

Besondere Vorteile der Erfindung sind insbesondere

, darin zu sehen:

• 1. Die Vorbereitung der Schweißkanten wird erheblieh vereinfacht, da I-förmige Kanten wie durch Gasschneiden ausgebildete Kanten als Nahtflächen Verwendung finden können. Deshalb ist eine solche Vorbearbeitung der Kanten nicht erforderlich, die nur durch eine verhältnismäßig aufwendige Bearbeitung erzielt werden kann.
2. Der Wirkungsgrad der Verschweißung wird bemerkenswert verbessert und die Anzahl von Schweißschichten erniedrigt, so daß sehr dicke Bleche nur von einer Seite geschweißt werden können, wenn eine Flußmittelschicht als Unterlage oder eine wassergekühlte Kupferstützplatte verwandt wird, wodurch ohne weiteres eine zufriedenstellende Schweißnaht hergestellt werden kann. ■ '■ . '

3. Durch eine geeignete Menge eines Desoxydations-. mittels, basischer schlackebildender Materialien und Legierungselemente in dem Seelendraht werden desoxydierende und veredelnde Reaktionen beträchtlich begünstigt, was zu einer verbesserten Kerbzähigkeit des Schweißmetalls sowie zu einer geringeren Empfindlichkeit gegen Verrosten, öl und Feuchtigkeit führt, und wobei keine Blasen, Poren oder sonstige Fehlstellen ausgebildet werden. ..·■:'.....

4. Die Schweißspannung ist sehr gering, weil die Kanten I-förmig sind. · "

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen -

, Fig. la und Ib ein Beispiel eines einseitigen Schweißverfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 2a bis 2f die Anordnung"von Stahlplatten für ein einseitiges Tauch-Lichtbogenschweißverfahren gemäß der Erfindung,.

Fig. 3a bis 3d Beispiele für ein Schweißverfahren gemäß der Erfindung mit einer einmaligen Verschweißung von beiden Seiten,

F i g. 4 eine graphische Darstellung des Einflusses

der Anzahl der Seelendrähte zwischen den Schweißkanten auf die chemische Zusammensetzung und auf die von dem Schweißmetall absorbierte Energie bei einem Schweißverfahren gemäß der Erfindung,

F i g. 5 den Einfluß der Flächengröße der Nahtfuge auf die chemische Zusammensetzung und die vom Schweißmetall absorbierte Energie bei einem Verfahren gemäß der Erfindung,

F i g. 6 den Einfluß der Anzahl von Seelendrähten in der Nahtfuge auf den Schlagversuchswert und die chemische Zusammensetzung des Schweißmetalls bei einem CO₂-Lichtbogenschweißverfahren gemäß der Erfindung,

F i g. 7 a bis 7 f die Kantenausbildungen der Fläche A bis F entsprechend Beispiel 1 in Tabelle 5,

Fig. 8a und 8b die Kantenausbildungen der Fläche G und H im Beispiel 1 in Tabelle 6 und

F i g. 9 a bis 9 e die Nahtfugenausbildungen für die Fläche I, J, K, L und M im Beispiel 2 in Tabelle 10.

Bei bekannten Schweißverfahren liegt bei Verwendung einer I-förmig vorbereiteten Nahtfuge ohne Wurzelöffnung die maximal verschweißbare Blechstärke unter 20 mm, selbst wenn die Nahtflächen abgeschrägt werden. Bei wachsender Blechstärke muß eine I -förmige Kantenausbildung Verwendung finden. Selbst in diesem Fall ist die maximal verschweißbare Blechstärke bei bekannten Schweißverfahren nicht größer als etwa 25 mm. Bei noch dickeren Blechstärken werden die Stoßkanten der Nahtfuge im allgemeinen X-förmig abgeschrägt.

Wie oben beschrieben wurde, ist es nicht möglich, sehr große Blechdicken mit I-förmigen Stoßkariten mit üblichen Schweißverfahren zu verschweißen, weshalb X- oder Y-förmige Kantenausbildungen in derartigen Fällen erforderlich sind.

Bei bekannten Verfahren ist ferner eine genaue Kantenausbildung erforderlich, um das Durchbrennen von geschmolzenem Metall zu verhindern. Ferner müssen die Toleranzen für die Wurzelöffnung kleiner als 0,8 mm sein. Aus diesen Gründen ist in vielen Fällen eine spezielle Vorbearbeitung der Kanten erforderlich.

Es ist ferner bei üblichen einseitigen Schweißverfahren bekannt, eine Flußmittelunterlage auf der Unterseite der Kanten vorzusehen, oder eine Unterlagplatte aus Kupfer, um eine Wurzelverschweißung zu bewirken. Selbst bei diesem Verfahren werden gewöhnlich V-förmige Kantenausbildungen verwandt, wenn größere Blechdicken verschweißt werden sollen. Beim Verschweißen von V-förmig ausgebildeten Stahlblechen ist die Schweißspannung verhältnismäßig groß, weshalb nach dem Verschweißen beträchtliche Deformationen auftreten können. Deshalb war es bisher in derartigen Fällen erforderlich, Deformationen des Schweißmetalls nach dem Verschweißen durch besondere Vorbehandlungen vor dem Verschweißen zu vermeiden. Wenn bei den bekannten Verfahren eine große Schweißstromstärke verwandt wird, um den Schweißwirkungsgrad zu erhöhen und die Anzahl von Schweißlagen zu erniedrigen, ergibt sich ferner eine beträchtliche Verschlechterung der Kerbzähigkeit. Es wurde ermittelt, daß das Schweißmetall sehr empfindlich gegen Rost, öl und Feuchtigkeit ist, wodurch Poren, Gaseinschlüsse und andere Fehlstellen verursacht werden.

Die folgende Tabelle 1 zeigt typische Komponenten eines Seelendrahts für Flußstahl und Stahl mit einer Zugfestigkeit von 50 bzw. 60 kg/mm² zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Tabelle 1
Komponenten des Flußmittels im Seelendraht

5	Anwendung	Flußmittel	Komponente	Fe-Mn	CaF₂	Fe-Mo
	(in Ge-	(Gewichtsprozent)	6	8?
Flußstahl	Prozent)	Si-Mn
IO Stahl mit	20	P	6	74	6
50 kg/mm²
Stahl mit	22	14	8	64	12
60 kg/mm²
22	16

30

35 Der Seelendraht gemäß der Erfindung wird in einer solchen Weise hergestellt, daß das Pulver mit der chemischen Zusammensetzung entsprechend Tabelle 1 in ein dünnes Metallblech eingehüllt wird.

Einer der Vorteile der Erfindung ist darin zu sehen, daß das Verschweißen erfolgreich durchgeführt werden kann, wenn Stahlblech ohne Kantenbearbeitung oder mit Gasschneiden geschnittenes Blech verwandt wird, also mit einer I-förmigen Kantenausbildung. Die Seelendrähte werden in die Nahtfuge bis zur Oberfläche der Schweißkonstruktion in einer oder mehreren Spalten eingefüllt, was von der Dicke des Blechs abhängt. Bei einem Stahlblech bis ^u 15 mm Dicke wird Seelendraht mit 4 mm Dicke in einer einzigen Spalte in die Wurzelöffnung von 5 ± 1 mm eingefüllt.

Bei einer größeren Blechdicke als 15 mm werden Seelendrähte in zwei Spalten in die Nahtfuge eingefüllt und dann das Verschweißen mit einer Drahtelektrode durchgeführt. Die Toleranz des Kantenabstands beträgt 9 ± 1 mm.

Gemäß der Erfindung ist die Metalldichte in den Kanten sehr klein, und das Metall kann auf Grund des Seelendrahts in der Nahtfuge leicht verschmolzen werden. Deshalb kann der Vorteil üblicher Tauch-Lichtbogenschweißverfahren, nämlich die große Eindringtiefe auch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung aufrechterhalten werden.

Aus diesem Grunde ist es möglich, Stahlblech mit verhältnismäßig großer Blechdicke von einer Seite oder von zwei Seiten zu schweißen. Wegen der Verwendung einer I-förmigen Kantenausbildung ergibt sich kein Schrumpfungsunterschied zwischen der Oberseite und der Unterseite der Stahlbleche bei der Verfestigung des geschmolzenen Metalls, wodurch Schrumpfeffekte und Deformationen durch das Verschweißen verhindert werden.

Ferner ermöglichen das Desoxydationsmittel, das Legierungselement und die basischen schlackebildenden Materialien in dem Seelendraht viele Vorteile in metallurgischer Hinsicht, die bei den üblichen Tauch-Lichtbogenschweißverfahren nicht erzielt werden können.

Durch Zusatz des Desoxydationsmittels werden der gesamte Sauerstoffgehalt und die nicht metallischen Einschlüsse in dem Schweißmetall beträchtlich durch eine Desoxydationsreaktion des geschmolzenen Metalls während des Schweißvorgangs verringert. Basische schlackebildende Materialien erzeugen eine basische Schlacke und begünstigen Schwefel und Phosphor entziehende Reaktionen, ebenso wie desoxydierende Reaktionen, weshalb ein reines Schweißmetall gebildet wird, welches keine Verunreinigungen

enthält. Durch die erwähnten Vergütungsreaktionen wird das Schweißmetall beträchtlich hinsichtlich seiner Kerbfestigkeit und seiner Widerstandsfestigkeit gegen Verrostung, öl und Feuchtigkeit verbessert, wodurch Gaseinschlüsse, Poren und andere Materialfehler verursacht werden könnten.

Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, daß Legierungselemente einfach dem Schweißmetall aus dem Flußmittel des Seelendrahts zugesetzt werden können, also nicht von dem Elektrodendraht wie bei üblichen Verfahren. Ferner können verhältnismäßig billige Elektroden aus Flußdraht verwandt werden, weshalb das Verfahren gemäß der Erfindung besonders wirtschaftlich ist. Gleichzeitig kann die Menge des Legierungselements in einfacher Weise durch das Flußmittel vorherbestimmt werden, das in dem Seelendraht enthalten ist, um ein Schweißmetall mit gewünschten Eigenschaften zu erhalten.

In Verbindung mit Fig. 1 soll ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden, bei dem es sich um ein einseitiges Schweißverfahren handelt. Gemäß Fig. la wird der Seelendraht 12 in die Nahtfuge zwischen den I-förmigen Kanten der Schweißkonstruktion 11 eingesetzt und eine Halteeinrichtung 15 für Flußmittel durch kräftige Stützen 13 und Befestigungseinrichtungen 14 angebracht. In diese Einrichtung wird Flußmittel 16 eingeschüttet. Dann erfolgt eine einläufige Verschweißung mit einer Elektrode 17 von einer Seite her unter der Abschirmung durch das Flußmittel 18, wodurch eine einwandfreie Schweißnaht hergestellt werden kann. Fig. Ib dient zur Erläuterung eines entsprechenden Verfahrens, bei dem jedoch eine Stützplatte 19 aus Kupfer Verwendung findet, in welcher Flußmittel 16 angeordnet ist und die durch Kühlrohre 20 mit Wasser gekühlt wird.

Im Falle von F i g. 1 b kann auch eine Kupferplatte 19 ohne eine Füllung mit Flußmittel 16 erfolgreich verwandt werden. Fig. 2 zeigt die Vorbereitung vor dem Verschweißen.

Die Schweißvorrichtung zur Herstellung einer Flußmittelunterlage besteht aus einer Kupferplatte, die beispielsweise wie diejenige in Fig. 2a-l ausgebildet ist. Fig. 2a-2 zeigt eine entsprechende Endansicht, wobei Z₁ ein Spalt der Vorrichtung ist, in welche eine Flußmittelunterlage eingesetzt wird.

Die Haltevorrichtung für das Flußmittel kann auch aus einem leichten Material wie Aluminium, dickem Papier usw. gebildet sein, wie in F i g. 2a-3 angedeutet ist. Wie aus Fig. 2c ersichtlich ist, wird dann das Stahlblech mit einer Vorrichtung der in Fig. 4b dargestellten Art versehen, deren Abmessung I₂ gleich der bestimmten Spaltbreite der Nahtfuge ist, und deren Abmessung h gleich der Blechdicke ist. Dann wird das Flußmittel in den Zwischenraum zwischen die Schweißkanten von der Oberseite her eingeschüttet. Die Menge des Flußmittels wird eingestellt, indem eine Einrichtung entsprechend Fig. 2d Verwendung findet, bei welcher die Abmessung /₃ etwas kleiner als die erwähnte Abmessung I₂ ist. Das Flußmittel wird eingeebnet, so daß die Oberfläche des Flußmittels bis zur selben Höhe reicht wie die Unterseite der Platteil wie in Fig. 2e. Danach wird der Seelendraht 12 in die Nahtfuge zwischen den Schweißkanten bis zu der Höhe der Dicke der Platte 11 eingelegt. Damit sind die Schweißvorbereitungen beendet, wie aus Fig. 2f ersichtlich ist. Um eine gute Wurzelverschweißung zu erzielen, ist es wünschenswert, Materialien mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Eisen zu verwenden, da die physikalischen Eigenschaften der Schlacke, beispielsweise die Oberflächenspannung, die Viskosität und der Ausdehnungskoeffizient nach dem Schmelzen eine wichtige Rolle spielen. Wenn sehr dicke Bleche verschweißt werden sollen, bei denen eine Verschweißung von einer Seite her nicht ausreicht, erfolgt eine Verschweißung von beiden Seiten. Derartige Verschweißungen mit einem Verfahren gemäß der Erfindung sollen an Hand der F i g. 5 näher erläutert werden.

F i g. 3 a dient zur Erläuterung der Ausbildung einer Schweißnaht, die durch je eine auf jeder Seite gelegte Schweißnaht gebildet wird. Der Seelendraht 12 ist in die Nahtfuge zwischen den I-förmigen Schweißkanten der Schweißkonstruktion 11 eingelegt. Eine manuelle Heftschweißung 21 kann dann zwischen dem Seelendraht 12 und dem Blech 11 in zweckmäßiger Weise erfolgen, um diese aneinander zu befestigen.

Dann erfolgt das Verschweißen unter Verwendung einer Elektrode 17 und von Flußmittel 18. In diesem Falle werden die Schweißbedingungen so gewählt, daß die Eindringtiefe der Schweißnaht 22 auf der einen Seite etwa die Hälfte der Blechdicke beträgt und daß ein Teil des eingefüllten Seelendrahts 12 nicht verschmolzen wird. Die restlichen unverschmolzenen Seelendrähte in der Nahtfuge berühren einander elektrisch leitend und werden mit dem Blech verschmolzen. Dann werden die nicht verschmolzenen Seelendrähte wegen der Schrumpfung der Schweißnaht 22 ebenfalls angeheftet.

Wie aus Fig. 3c ersichtlich ist, erfolgt das Verschweißen der anderen Seite, indem die Blechkonstruktion umgedreht wird, so daß mit der Elektrode 17 und dem Flußmittel 18 verschweißt werden kann. Fig. 3d zeigt einen Querschnitt durch die von beiden Seiten gelegte Schweißnaht. Das Verschweißen ist nach dem Auftragen der beiden Schweißnähte 22 und 23 beendet.

Im folgenden sollen einige spezielle Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

* Beispiel· 1

Im Falle eines Tauch-Lichtbogenschweißens von Blech aus Flußstahl wurden der in Tabelle 1 beschriebene Seelendraht und der in Tabelle 2-(l) und -(2) beschriebene verwandt.

Tabelle 2-(l)
Chemische Zusammensetzung des verwandten Elektrodendrahts

Durchmesser

der Elektrode

(mm)

4,8
6,4

0,07

Si
0,010

Chemische Zusammensetzung
(Gewichtsprozent)

Mn P S

0,35

0,015

Cu
0,15

Fe
Rest

I 540 754
7 8

Tabelle 2-(2)
Chemische Zusammensetzung des verwandten Flußmittels

Korngröße (mesh)	SiO₂	MnO	Chemi FeO	sehe Zusammens Gewichtsprozent Al₂O₃	;tzung CaO	MgO	TiO₂
20 x Dust	44,40	8,15	0,73	1,48	24,01	6,48	0,41

Zuerst soll ein einseitiges einschichtiges Schweiß- blechs. Eigenschaften des Elektrodendrahts und des

verfahren beschrieben werden. Tabelle 3 zeigt die io Flußmittels sind in Tabelle 2-(l) und-(2) aufgeführt. Blechdicke, die chemische Zusammensetzung und Die chemische Zusammensetzung des als Unterlage die mechanischen Eigenschaften des verwandten Stahl- dienenden Flußmittels ist in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 3
Dicke, chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften des verwandten Stahlblechs

	Blechdicke	C	Chemische Zusammensetzung	Si	Mn	P	S	Mechanische	Y. P.	T. S.	Eigenschaften	VEo
Stahlblech		0,15	(Gewichtsprozent)	0,01	0,54	0,016	0,018		(kg/mm²)	(kg/mm²)		(m/kg)
	(mm)	0,19		0,05	0,68	0,014	0,024	30	44	E	—
	8	0,17	0,06	0,96	0,012	0,018	27	45	(%)	—
A	12	0,19	0,05	0,68	0,012	0,024	31	47	41	12,0
B	15	0,16	0,15	0,74	0,012	0,013	27	45	21	—
C	20	0,14	0,21	0,74	0,012	0,003	29	45	32	7,8
D	25				30,3	44,2	31	26,8
E	32			29
F			32

Tabelle 4
Chemische Zusammensetzung des als Unterlage dienenden Flußmittels

Korngröße
(mesh)

SiO₂

MnO

Chemische Zusammensetzung
(Gewichtsprozent)

FeO Al₂O₃ CaO

MgO

TiO,

12 x 150

38,0

47,0

0,7

15,0

0,2

1,2

Die verwandten Stahlbleche waren hauptsächlich Flußstahl einschließlich F-Stahl für Schiffbauzwecke mit einer Dicke zwischen 8 und 32 mm.

Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse einer Verwendung des einseitigen Schweißverfahrens für Stahlbleche mit verschiedenen Dicken.

Tabelle 5
Versuchsergebnisse bei einseitiger und einschichtiger Verschweißung verschiedener Blechdicken

	Anzahl von Seelendrähten	Schweißbedingungen	Spannung (V)	geschwindigkeit (cm/min)	C	Chemische Zusammensetzung	Mn	P	S
Plattendicke	2		34	28	0,10	des Schweißmetalls (%)	0,96	0,016	0,025
(mm)	3	Schweißstrom (A)	34	28	0,12	Si	0,86	0,015	0,025
A (8)	4	600	34	28	0,11	0,17	.1,04	0,012	0,021
B (12)	10	800	34	24	0,09	0,12	1,07	0,020	0,020
C (15)	12	900	35	20	0,09	0,13	0,98	0,017	0,017
D (20)	16	1050	38	20	0,08	0,19	0,95	0,012	0,012
E (25)	1200			0,22
F (32)	1400			0,24

	Y. P. (kg/mm²	Mechanische Eigenschaften	Schlagwert VEo (m/kg)	Stirnbiegung	Biegeversuch	Seitenbiegung
Plattendicke (mm)	23,3		—	gut	Wurzelbiegung	—
A (8)	30,0		3,7	gut	gut	—
B (12)	32,5		7,0	gut	gut	—
C (15)	33,0		11,3	gut	gut	gut
D (20)	34,1		8,7	gut	gut	gut
E (25)	34,2		8,6	gut	gut	gut
F (32)			gut
	T. S. (kg/mm²
49,6
50,3
50,3
47,2
46,9
46,1

209 541/364

Die Kantenformen der Bleche A, B, C, D, E und F in der obigen Tabelle sind in F i g. 7 dargestellt.

Aus den Versuchsergebnissen ergibt sich, daß die mechanischen Eigenschaften des Schweißmetalls zufriedenstellend sind und daß sich eine sehr gute Kerbfestigkeit ergibt.

Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 7 enthalten.

10

Im folgenden soll eine einmalige Verschweißung von beiden Seiten her beschrieben werden. Bei einem Prüfversuch wurde das in Tabelle 6 bezeichnete Blech aus Flußstahl verwandt, ein Elektronendraht entsprechend Tabelle 2-(l) mit 6,4 mm Durchmesser sowie das in Tabelle 2-(2) gekennzeichnete Flußmittel.

Tabelle 6 Dicke, chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften des verwandten Stahlblechs

	Blechdicke	C	Chemische Zusammensetzung	Si	Mn	P	S	Mechanische	Y. P. (kg/mm²)	T. S. (kg/mm²)	ligenschaftei	1	VEo (m/kg)
Stahlblech	(mm)	.0,15	(Gewichtsprozent)	0,11	0,72	0,011	0,016		31	48			7,5
	38	0,17	0,12	0,85	0,012	0,010	28	43	E (%)	7,0
G	45			30
H			29

Tabelle 7 Prüfversuche bei jeweils einschichtiger Schweißnaht von beiden Seiten, bei unterschiedlichen Blechdicken

	Anzahl	A	V	Schweißbedingungen	A	V	2. Schweißnaht	Chemische Zusammensetzung des Schweißmetalls (%)	C	Si	Mn	P	S
Stahlblech	von Seelen			!.Schweißnaht			Schweiß geschwindigkeit
	drähten	1050	38	Schweiß geschwindigkeit	1050	40	(cm/min)	0,08	0,20	0,97	0,016	0,015
(mm)	18	1200	38	(cm/min)	1200	40	25	0,08	0,18	0,96	0,012	0,013
G (38)	22		24			22
H (45)			24

Stahlblech (mm)	Y. P. (kg/mm²)	Me	chanische Eigenscha T. S. (kg/mm²)	ften	VEo (m/kg)	Stirnfläche	Biegeversuch Umbiegung um Wurzel	seitlich
G (38) H (45)	32,5 31,0		46,2 45,8		14,5 10,5	gut gut	gut gut	gut gut

Die Ausbildung der Schweißkanten der Bleche G und H ist in F i g. 8 dargestellt.

Wie aus Tabelle 7 ersichtlich ist, wird bei der chemischen Zusammensetzung des Schweißmetalls insbesondere der Kohlenstoffgehalt und der Siliciumgehalt durch die Begünstigung der Desoxydation erniedrigt, wodurch sich eine sehr gute Energieabsorption bei 0°C ergibt. Bei einem Zugspannungsversuch der Schweißverbindung bricht das Probe-

stück im Stahlblech, was eine einwandfreie Schweißverbindung bedeutet.

Beispiel 2

Beim C O₂-Lichtbogenschweißen eines Stahlblechs aus Flußstahl mit dem Verfahren gemäß der Erfindung wird derselbe Seelendraht für Flußstahl wie im Beispiel 1 verwandt. Der Elektrodendraht hat die folgende chemische Zusammensetzung:

Tabelle 8 Chemische Zusammensetzung des Elektrodendrahts

Durchmesser des
Elektrodendrahts

(mm)

Si

Mn

Chemische Zusammensetzung
(Gewichtsprozent)
P S

Cu

Al

Ti

2,0

0,079

0,74

1,72

0,010

0,012

0,50

0,069

0,280

Tabelle 9 zeigt die Dicke und die chemische Zusammensetzung des verwandten Stahlblechs.

Tabelle 10 zeigt die Ergebnisse bei der Durchführung einer CO₂-Lichtbogenschweißung von Stahlblechen mit verschiedenen Dicken. In Tabelle 10 sind die Stahlbleche I bis L einseitig verschweißt, während das Stahlblech M beidseitig verschweißt ist.

Tabelle 9 Chemische Zusammensetzung des Stahlblechs

	C	Si	Chemische Zusammensetzung	P	S
Stahlblech	0,147	0,230	(Gewichtsprozent)	0,010	0,005
	0,183	0,075		0,011	0,023
.1	0,167	0,083		0,010	0,031
J	0,195	0,050		0,015	0,030
K	0,140	0,210		0,012	0,003
L
M
	Mn
	0,55
0,73
Ul
0,80
0,74

Tabelle 10 Prüfversuche bei C O₂-Lichtbogenschweißung von Stahlblechen verschiedener Dicke

	Anzahl von	Schweißbedingungen	500	ν	Geschwindigkeit	Schutzgas	C	Chemische Zusammensetzung des Schweißmetalls (%)	Mn	ρ	S
Stahlblech	Seelendrähten				(cm/min)	(l/min)
	3		530	35	20	CO₂ 25	0,10	Si	0,90	0,015	0,024
(mm)			620			O₂ 8
1(13)	4	640	35	17	desgl.	0,12	0,17	0,80	0,008	0,020
	10	640	41	15	desgl.	0,09		0,95	0,017.	0,010
J (15)	12	640	41	13	desgl. .	0,11	0,20	0,85	0,009"	, 0,011
K (20)	16(B)	41	15	desgl.	0,08	0,21	0,79	0,012	0,018
L (25)	(F)	41	15			0,18
M (32)				0,18

Anmerkung B = erste Schweißlage; F = zweite Schweißlage.

	Y. P.	Mechanische Eigenschaften	VEo	Stirnfläche	Biegeversuch	seitlich
Stahlblech	(kg/mm²)		(m/kg)	gut		—
	29,0		5,1	gut	Umbiegung um	—
(mm)	32,0		5,0	gut	Wurzel	gut
1(13)	34,5		6,2	gut	gut	gut
J (15)	33,5		6,5	gut	gut	gut
K (20)	34,3		6,7	gut
L (25)			gut
M (32)			gut
	T. S.
	(kg/mm²)
48,2
50,4
49,4
52,7
49,7

Die Schweißkanten der Bleche J, I, K, L und M sind in F i g. 9 dargestellt.

Bisher wurde das CO₂-Lichtbogenschweißen hauptsächlich zum Verschweißen von Stahlblechen verwandt. Wie aus Tabelle 10 ersichtlich ist, ist es jedoch auch möglich, Stahlplatten bis zu 25 mm einseitig zu verschweißen, wobei nach dem Verfahren der Erfindung eine Elektrode mit 2,0 mm Durchmesser Verwendung findet. Für noch dickere Stahlplatten, wie beispielsweise die Stahlplatte M in Tabelle 10, kann der Wirkungsgrad der Schweißung durch beidseitige Verschweißung noch erhöht werden.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, insbesondere beim CO₂-Lichtbogenschweißen wird das in dem Seelendraht enthaltene Flußmittel geschmolzen und wird zu einer die Schmelze bedeckenden Schlacke, weshalb sich eine ausgezeichnete Lichtbogenstabilität mit geringer Zerstäubung ergibt. Ferner kann das Verschweißen mit hohem Schweißstrom einfach durchgeführt werden. Es ergibt sich keine Schwierigkeit hinsichtlich der Eigenschaften der Schweißverbindung, wie aus Tabelle 10 ersichtlich ist.

Im folgenden soll der metallurgische Einfluß des gemäß der Erfindung verwandten Seelendrahts näher erläutert werden. Zunächst soll der Einfluß auf eine Tauch-Lichtbogenschweißung geschrieben werden. F i g. 4 zeigt den Einfluß der Anzahl von Seelendrähten auf die chemische Zusammensetzung und die vom Schweißmetall absorbierte Energie unter den Schweißbedingungen gemäß Tabelle 11. Mit steigender Anzahl der Seelendrähte in der Nahtfuge steigt der Mangangehalt und der Siliziumgehalt des Schweißmetalls, während der Sauerstoffgehalt und der Kohlenstoffgehalt absinkt und die beim Schlagversuch absorbierte 2 V-Energie ebenfalls ansteigt.

Tabellen

Schweißbedingungen
60

Durchmesser des Drahts (mm)	Schweiß strom (A)	Lichtbogen spannung (V)	Schweiß geschwindigkeit (cm/min)
4,8	900	38 bis 40	20

Seelendraht: 4,0 mm Durchmesser.
Flußmittel: (20 χ D).

Wenn die Anzahl der Seelendrähte mehr als sechs beträgt, wenn also das Gewichtsverhältnis von Seelendraht zu Schweißmetall mehr als 33,3% beträgt, wird der Sauerstoffgehalt des Schweißmetalls erniedrigt. Es wurde festgestellt, daß die bei 0⁰C absorbierte Energie einen ausgezeichneten Wert von-mehr als 8 m/kg anzeigt. Bei ansteigender Größe der Nahtfuge steigt ferner die Menge des in die Nahtfuge eingesetzten Seelendrahts. Gleichzeitig wird die zugeführte Schweißwärme erhöht. In F i g. 5 ist der Einfluß der Größe der Nahtfuge auf die chemische' Zusammensetzung und die durch das Schweißmetall absorbierte Energie dargestellt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß keine Änderung der chemischen Zusammensetzung des Schweißmetalls festgestellt wurde und daß ein sehr guter Energieabsorptionswert von mehr als 8 m/kg bei 0°C erhalten wurde.

Es folgt eine Erläuterung der metallurgischen Einflüsse bei einem C O₂-Lichtbogenschweißverfahren gemäß der Erfindung. Fig. 6 zeigt den Einfluß der Anzahl von Seelendrähten auf die Kerbzähigkeit und

auf die chemische Zusammensetzung des Schweißmetalls bei den in Tabelle 12 aufgeführten Schweißbedingungen, woraus dieselbe Tendenz wie im Falle der Tauch-Lichtbogenschweißung gemäß Fig. 2 ersichtlich ist. Daraus ergibt sich, daß die bei 0⁰C absorbierte Energie wegen des metallurgischen Einflusses des Seelendrahts beträchtlich verbessert ist.

Tabelle 12
Schweißbedingungen

Durch messer je des Drahts (mm)	Schweiß strom (A)	Licht bogen spannung (V)	Schweiß- geschwindig- - keit (cm/min)	Schutzgas (l/min)
2,0	550	36	17	CO₂ 25 O₂ 8

Seelendraht: 4,0 mm Durchmesser.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum verdeckten Lichtbogenschweißen I-förmiger Schweißkanten mit einer Drahtelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nahtfuge vor dem Verschweißen mehrere, die Nahtfuge ausfüllende Seelendrähte übereinandergeschichtet werden, welche ein Desoxydationsmittel, ein Legierungselement und ein basische Schlacke bildendes Material enthalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einseitige Verschweißung durchgeführt wird, bei der auf der Unterseite eine Stützplatte vorgesehen ist. '

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte mit Flußmittel gefüllt ist. .

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine einmalige Verschweißung von beiden Seiten durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung von der ersten Seite her so durchgeführt wird, daß die Eindringtiefe etwa die Hälfte der Blechdicke unter Verwendung entsprechender Schweißbedingungen beträgt und daß dann die einmalige Fertigverschweißung von der anderen Seite her durchgeführt wird.