DE1558892B2

DE1558892B2 - Flußmittel

Info

Publication number: DE1558892B2
Application number: DE1558892A
Authority: DE
Inventors: Masayasu Arikawa; Motomi Kano; Naoki Kamakura Okuda
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1966-11-17
Filing date: 1967-11-17
Publication date: 1974-08-08
Also published as: GB1172288A; DE1558892A1; US3490960A; DE1558892C3; DK127093B; SE335938B

Description

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komponenten niedergeschmolzenen Metalls ist also schwierig, insbesondere an Werkstücken mit Krümgeringer als der einer gleichen Metallmenge, die mit mungen über 3°, eine glatte Schweißraupe herzustel-

denselben Schweißzusätzen, jedoch ohne Metallzugabe, len. Liegen andererseits die Gehalte an MgO, CaCO₃ niedergeschmolzen worden ist. Als Ergebnis erfolgt und/oder BaCO₃ über den oberen Grenzen der oben

die Abkühlung der Metallschmelze rascher als bei der 5 angegebenen Bereiche, dann besitzt das Flußmittel,

bisher bekannten Verwendung von nicht metallhalti- selbst wenn die Metallkomponente im vorgeschriebe-

gen Flußmitteln. Diese Zusammenhänge sind aus nen Anteil vorhanden ist, einen unerwünscht hohen

F i g. 1 und 2 ersichtlich. Schmelzpunkt, was ebenfalls der Herstellung einer

Der Grund für die angegebene Begrenzung des Ge- glatten Schweißraupe abträglich ist. Das gleiche gilt haltes an Metallkomponenten im Flußmittel mit 25 io für den Fall, daß die Gehalte an SiO₂ und/oder Al₂O₃ bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamt- über den angegebenen Werten liegen, gewicht der Mischung, besteht darin, daß bei einer Voraussetzung bei der Anwendung eines Flußmittels Zugabe von Eisenpulver unterhalb dem vorgeschlage- beim verdeckten Lichtbogenschweißen von gekfümmnen Prozentsatz die Abkühlgeschwindigkeit der Me- ten Werkstücken ist, daß durch das Flußmittel Schlacke tallschmelze nicht merklich erhöht wird, während an- 15 in solcher Form gebildet wird, daß eine Schweißdererseits bei Überschreiten des als obere Grenze an- raupenausbildung in Form des sogenannten »lean gegebenen Gehaltes unabhängig davon, in welchen horse« verhindert wird (bei dieser Schlackenausbildung anteiligen Mengen die sonstigen Komponenten des entsteht nicht der gewünschte gewölbte Schweiß-Flußmittels enthalten sind, die Schweißbarkeit und raupenquerschnitt, sondern die gegenüberliegenden weitere Eigenschaften der zu verschweißenden Werk- 20 Schweißnahtränder verlaufen schräg zu einem mittig,, stücke sehr beeinträchtigt werden, so daß sich aus aufragenden Rand). Um die Erscheinung des »lean diesem Grund der Einsatz des Flußmittels verbieten horse« zu verhindern, ist es notwendig, auf den Werkwürde, stücken durch Niederschmelzung eines genügenden

Bei der Herstellung der Zusammensetzung für das Betrages an überschüssigem Metall eine Schweißnaht

Flußmittel erfolgt nach dem Zumischen der Metall- 05 auszubilden. Außerdem sollen die gegenüberliegenden

komponente oder der Metallkomponenten sowie der Schweißnahtränder eine relativ geringe Breite auf-

nichtmetallischen Komponenten eine Sinterung, um weisen. Für den erstgenannten Zweck erfolgt der Zu-

das Flußmittel in einer weitgehend homogenen Struk- satz von Metallpulver zum Flußmittel in der angege-

tur im ganzen Querschnitt zu erhalten. Dadurch läßt benen Menge, während für den letzteren Zweck die

sich das Flußmittel unter Erzielung zufriedenstellender 30 gegenüberliegenden Schweißnahtränder mit Winkeln Θ

Ergebnisse beim verdeckten Lichtbogenschweißen bis zu 170° ausgebildet werden. Der Wert von 170°

praktisch anwenden. Eine Anwendung der Mischung stellt die zulässige obere Grenze für den Winkel Θ dar,

des Flußmittels in geschmolzenem oder pulvrigem bei der noch keine Aushöhlungen in der Schweißnaht

Zustand beeinträchtigt seine Wirksamkeit derart, daß auftreten. Um diesen Winkel der Schweißnahtränder

eine praktische Anwendung ausgeschlossen ist. 35 zu erhalten, muß der Gesamtbetrag an CaO + MgO

Die Metallkomponente soll, wie bereits erwähnt, in + BaO in den nichtmetallischen Komponenten des Form feingemahlener Teilchen mit einer Größe von Schweißzusatzmittels über 29 Gewichtsprozent, beweniger als 0,84 mm Siebmaschenweite vorliegen. Wird zogen auf das Gewicht der nichtmetallischen Kompodie maximale Korngröße von 0,84 mm überschritten, nenten, betragen (s. F i g. 3). Um außerdem die Ausso kann das zur Folge haben, daß der Lichtbogen un- 40 bildung von weiterhin unerwünscht scharfkantigen stabil wird und dadurch keine glatte Schweißraupe ent- Schweißnahträndern zu vermeiden, durch die es stets steht. Gröbere Partikeln als diejenigen der erwähnten zu unvermeidlichen Schlackeneinschlüssen in der Größe sollten also auf jeden Fall vermieden werden. Schweißraupe kommt, darf der Gehalt an CaO + MgO

Die nichtmetallischen Pulver, die bei der Herstellung + BaO in den nichtmetallischen Komponenten einen des Flußmittels zur Anwendung kommen, bestehen im 45 Wert von 76 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewesentlichen aus basischen Oxyden, wie z. B. MgO, wicht der nichtmetallischen Komponenten, nicht iiber-CaCO₃ und BaCO₃, sowie sauren Oxyden, wie SiO₂ steigen.

und Al₂O₃. Das Mischungsverhältnis für MgO liegt Besonders bei Anwendung des verdeckten Lichtnotwendigerweise innerhalb des Bereichs von 10 bis bogenschweißens an Werkstücken mit gekrümmter 65 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht 50 Oberfläche ist es notwendig, zur Erzielung einer der nichtmetallischen Komponenten. Das Mischungs- gleichmäßig gerundeten Schweißraupe ohne eine Überverhältnis von CaCO₃ und/oder BaCO₃ sollte in einer mäßige Emporwölbung des mittleren Bereichs der Größenordnung liegen, daß die zugesetzten nicht- Schweißraupe eine Schlacke mit hoher Viskosität und metallischen Komponenten 29 bis 76 Gewichtsprozent hoher Oberflächenspannung auszubilden, durch die MgO + CaO + BaO, bezogen auf das Gesamtgewicht 55 das niedergeschmolzene Metall wirkungsvoll vor der nichtmetallischen Komponenten, betragen. CaCO₃ einem Abfließen verhindert wird. Wird allerdings die und BaCO₃ werden als Oxyde wie CaO und BaO ge- Viskosität der Schlacke übermäßig hoch gewählt, dann Technet. SiO₂ und/oder Al₂O₃ werden in einer der- besitzt die entstehende Schweißnaht sehr häufig eine artigen Menge zugegeben, daß die nichtmetallischen ungleiche Höhe und eine lokal hervorgehobene Komponenten bis zu 45 Gewichtsprozent an 2 SiO₂ 60 Oberfläche auf Grund der unvermeidlichen Änderun- + Al₂O₃, bezogen auf das Gesamtgewicht der nicht- gen im erzeugten Lichtbogen. Die Komponenten in metallischen Komponenten, enthalten. den vorgeschlagenen Flußmitteln, die großen Einfluß

Wenn in einer der vorgeschlagenen Zusammenset- auf die Schlackenviskosität besitzen, sind die basischen

zungen der Betrag an MgO, CaCO₃ und/oder BaCO₃ Oxyde MgO, CaCO₃ und BaCO₃ sowie die sauren

unter den oben angegebenen untersten Bereichen liegt, 65 Oxyde SiO₂ und Al₂O₃. Wenn diese Stoffe innerhalb

dann erhält, selbst wenn die Metallkomponente im der vorgeschriebenen Gehalte enthalten sind, werden

vorgeschriebenen Gehalt vorliegt, das Flußmittel eine zufriedenstellende Ergebnisse erzielt,

unerwünscht niedrige Fließfähigkeit. Es ist dann Es kann außerdem daran gedacht werden, CaF₂

zuzusetzen, um die Schlackenviskosität etwas zu steuern. CaF₂ bewirkt im. allgemeinen ein Absenken der Schlackenviskosität und soll deshalb vorzugsweise in Beträgen unter 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flußmittels, eingebracht werden. .

Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung dieses Flußmittels mit seinem vergleichsweise hohen 'Raumgewicht und seiner sehr ausgeprägten Fähigkeit zum Halten von Schmelze und Schlacke sich bemerkenswerte Vorteile beim Schweißen geneigter Oberflächen an Werkstücken ergeben. Um die Metallschmelze in einem brauchbaren Zustand für die Erzeugung einer vorschriftsmäßigen Schweißnaht zu erhalten, ist es wesentlich, daß jede der vorgeschlagenen Flußmittelzusammensetzungen ein Raumgewicht von über 1,0 g/cm³ besitzt.

Nachfolgend werden Beispiele gebracht, aus denen die Vorteile der erfindungsgemäßen Flußmittelzusammensetzungen gegenüber den bekannten Flußmitteln hervorgehen. Die in den Tabellen angegebenen Gehalte sind in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des gesamten Flußmittels (100%), angegeben.

Tabelle 1

Gehalte in Gewichtsprozent

Magnesiumoxyd

Aluminiumoxyd

Fluorit

Kalk

15. Kälziumsilikat

Quarzsand

Bariumkarbonat

Albit

Ferrosilizium

ao Ferromangan

Eisenpulver

Wasserglas

Raumgewicht (g/cm³)

Flußmittelzusammensetzung Nr.

16,8 3,2 7,9 9,2 1,5 9,2

5,2

4,1

42,1

10,0

1,31

20,2 7,1 5,0

30,3

3,2

2,4

21,4

10,4

1,12

3,2 1,9 0,8 9,1

5,4 1,8 2,6 4,6 6,9 56,4 7,3 1,46

Tabelle 2

	Längskrümmung des Werkstückes	Querkrümmung des Werkstückes	Schweißbedingungen	Spannung	Vorschub
Flußmittel-	(°)	O		(Volt)	(cm/min)
zusamraensetzung	0	0	Stromstärke	42	35
	3	3	(A)	40	26
1	7	7	900	34	18
	10	10	750	32	10
	0	5	700	37	30
	5	10	500	35	16
2	10	10	900	31	12
	0	5	750	38	26
	7	7	690	35	17
3	11	9	700	34	10
	0	0	600	42	35
	3	3	500	40	26
4	7	7	900	34	18
	10	10	750	32	10
		700
		500

Die verdeckte Lichtbogenschweißung wurde unter Verwendung der in Tabelle 1 angegebenen Zusatzmittel an gekrümmten Werkstücken ausgeführt. Es kamen Schweißbedingungen gemäß der obenstehenden Tabelle 2 zur Anwendung. Alle Schweißvorgänge wurden im einmaligen Durchgang ausgeführt. Bei sämtlichen durchgeführten Schweißungen wurden Schweißnähte von bester Güte und sauberem Aussehen erzielt, wobei lediglich die Schweißbedingungen an die unterschiedlichen Flußmittel und Krümmungen der Werkstücke angepaßt wurden.

Die Flußmittelzusammensetzungen Nr. 1 und 4 wurden bei verdeckter Lichtbogenschweißung an Werkstücken angewendet, die eine Schweißnutenausbildung gemäß F i g. 4 besaßen. Die Flußmittelzusammensetzungen 2 und 5 kamen bei Werkstücken mit Schweißnutenausführungen gemäß F i g. 5 und die Flußmittelzusammensetzung Nr. 3 bei Werkstücken mit Schweißnutenausführung gemäß F i g. 6 zur Anwendung.

Es hatte sich bei sämtlichen Versuchen gezeigt daß alle Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen Sinterflußmittels sich besonders für die verdeckte Lichtbogenschweißung von Werkstücken mit unterschiedlichen Krümmungen und Neigungen eignen. Alle Werkstücke konnten bei Verwendung bekannter Flußmittelzusammensetzungen mit verdeckter Lichtbogenschweißung nicht geschweißt werden. Durch das erfindungsgemäße Flußmittel wurde der Anwendungsbereich für die verdeckte Lichtbogenschweißung also erheblich ausgeweitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 leichten Krümmungen unterhalb 3° anwendbar. Bei Patentansprüche: dem Versuch, die bekannten Flußmittel für das ver deckte Lichtbogenschweißen auch bei Werkstücken

1. Flußmittel, insbesondere für das verdeckte mit Krümmungen über 3° einzusetzen, hat sich heraus-Lichtbogenschweißen geneigter oder gekrümmter 5 gestellt, daß beim Schweißvorgang geschmolzene Werkstücke mit einer Kombination mindestens Schlacke und Metallschmelze von den zu verbindeneiner Metallkomponente und einer Nichtmetall- den Werkstücken abtropfen und eine ungenügende komponente, dadurcrh gekennzeichnet, Schweißnahtausbildung entsteht.

daß die Metallkomponente im wesentlichen aus Die erwähnte Krümmung ist hierbei derjenige Win-Eisenpulver mit einem Gehalt von 25 bis 70 Ge- io kelwert, den die jeweilige Tangente an die Krümmung wichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des des Werkstückes mit einer Horizontalebene einFlußmittels, besteht und die Nichtmetallkompo- schließt.

nente aus 10 bis 65 Gewichtsprozent MgO-Pulver, Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein

CaCO₃ und/oder BaCO₃, so daß die Summe an Flußmittel für das verdeckte Lichtbogenschweißen zu

MgO + CaO (CaCO₃) + BaO (BaCO₃) 29 bis 15 schaffen, durch das Schweißvorgänge auch an Werk-

76 Gewichtsprozent beträgt und höchstens 45 Ge- stücken mit Krümmungen bis zu 12° ermöglicht wer-

wichtsprozent 2 SiO₂ + Al₂O₃ in einem Mengen- den, ohne eine Beeinträchtigung der Schweißgüte in

verhältnis von 2:1 besteht und der Rest aus ZrO₂, Kauf nehmen zu müssen.

TiO₂, MnO₂, Na₂O, K₂O oder CaF₂ oder Mi- Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Flußmittel

schungen daraus besteht und die Gesamtnüschung 20 vorgeschlagen, bei dem die Metallkomponente im

gesintert ist. ' wesentlichen aus Eisenpulver mit einem Gehalt von

2. Flußmittel nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtkennzeichnet, daß die Metallkomponente teilweise gewicht des Flußmittels, besteht und die Nichtmetall-Ferromanganpulver, Ferrosilizium- oder Ferro- komponente aus 10 bis 65 Gewichtsprozent MgO-molybdänpulver in einer Höhe bis zu 10 Gewichts- 25 Pulver, CaCO₃ und/oder BaCO₃, so daß die Summe prozent der Gesamtmischung enthält. an MgO + CaO (CaCO₃) + BaO (BaCO₃) 29 bis

3. Flußmittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch 76 Gewichtsprozent beträgt und höchstens 45 Gegekennzeichnet, daß die pulvrige Metallkompo- wichtsprozent 2 SiO₂ + Al₂O₃ in einem Mengennente eine Korngröße von höchstens 0,84 mm verhältnis von 2:1 besteht und der Rest aus ZrO₂, Siebmaschenweite aufweist. 30 TiO₂, MnO₂, Na₂O, K₂O oder CaF₂ oder Mischungen

4. Flußmittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- daraus besteht und die Gesamtmischung gesintert ist. durch gekennzeichnet, daß das Raumgewicht der . Bei dem erfindungsgemäßen Flußmittel kann das die Mischung größer als 1,0 g/cm³ ist. Metallkomponente darstellende Eisenpulver teilweise

durch Ferromangan, Ferrosilizium oder Ferromolyb-35 dän bis zu einem Betrag von 10 Gewichtsprozent, be-

zogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, ersetzt

werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeich-

Die Erfindung betrifft ein Flußmittel, insbesondere nung näher erläutert. Diese zeigt in
für das verdeckte Lichtbogenschweißen geneigter oder 40 F i g. 1 ein Diagramm für die Abhängigkeit der gekrümmter Werkstücke mit einer Kombination min- Geschwindigkeit der Schweißmetallablagerung von destens einer Metallkomponente und einer Nicht- - dem Metallgehalt des erfindungsgemäßen Flußmittels, metallkomponente. · F i g. 2 ein Diagramm für die Abhängigkeit der Ab-

Das Schweißverfahren mit verdecktem Lichtbogen kühlzeit vom Metallgehalt des Flußmittels,
wird hauptsächlich auf Grund der damit verbundenen 45 F i g. 3 ein Diagramm für die Abhängigkeit des Gegebenheiten für das Verschweißen horizontal lie- Randwinkels der Schweißnaht von dem Gehalt an gender, gerader Werkstücke angewendet. So macht CaO, MgO und BaO im Flußmittel und
beispielsweise im Schiffsbau bei den augenblicklichen F i g. 4 bis 6 Querschnitte von Nutformen an den

Fertigungstechniken das verdeckte Lichtbogenschwei- aneinanderliegenden Werkstückrändern, für die das ßen lediglich etwa die Hälfte der insgesamt durchzu- 5° erfindungsgemäße Flußmittel Verwendung findet,
führenden Schweißarbeiten beim Zusammenfügen Um die Schweißbarkeit gekrümmter Stahlteile mit

der einzelnen Schiffssektionen aus. Die restlichen dem verdeckten Lichtbogenschweißverfahren zu verSchweißnähte müssen von Hand geschweißt werden. bessern, ist es im allgemeinen notwendig, die ViskQsi-In den meisten Fällen handelt es sich bei den Rumpf- tat der geschmolzenen Schlacke und der Schmelze zu Sektionen eines Stahlschiffes, bei deren Verbindung 55 erhöhen, um beide am Abfließen von der Schweißstelle das verdeckte Lichtbogenschweißen nicht durch- während des Schweißvorganges zu hindern. Hierzu ist geführt werden kann, um die Bereiche am und in der es erforderlich, die Temperaturen sowohl der Schlacke Nähe des Hecks und des Buges, wo die Stahlplatte der als auch der Schmelze möglichst abzusenken oder die Bordwände relativ stark gekrümmt sind. Die Stahl- Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze zu steigern. Zu platten besitzen in diesen Bereichen im allgemeinen 60 diesem Zweck enthält das Flußmittel eine oder mehnicht nur starke Krümmungen, sondern auch unter- rere Metallkomponenten, die im wesentlichen selbst schiedliche Krümmungen zueinander. Aus diesem Eisenpulver im Rahmen des obengenannten Betrages Grund haben sich die bisher für das verdeckte Licht- enthalten. Der Zusatz dieser Metallkomponenten im bogenschweißen entwickelten und auch praktisch be- Flußmittel bewirkt die Zunahme des in der Zeiteinheit reits angewendeten Flußmittel für das Schweißen ge- 65 niedergeschmolzenen Metalls und verringert gleichkrümmter Stahlplatten als unbrauchbar erwiesen. Die zeitig die latente Wärme je Volumeneinheit des niederbekannten Flußmittel sind höchstens für das ver- geschmolzenen Metalls. Der Wärmeinhalt von unter deckte Lichtbogenschweißen von Stahlplatten mit Verwendung des Flußmittels mit zugesetzten Metall-