DE1558892C3

DE1558892C3 - Flußmittel

Info

Publication number: DE1558892C3
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: 1975-03-27
Also published as: DE1558892A1; DE1558892B2; GB1172288A; DK127093B; US3490960A; SE335938B

Description

Die Erfindung betrifft ein Flußmittel, insbesondere für das verdeckte Lichtbogenschweißen geneigter oder gekrümmter Werkstücke mit einer Kombination mindestens einer Metallkomponente und einer Nicht-. metallkomponente.

Das Schweißverfahren mit verdecktem Lichtbogen' wird hauptsächlich auf Grund der damit verbundenen Gegebenheiten für das Verschweißen horizontal liegender, gerader Werkstücke angewendet. So macht beispielsweise im Schiffsbau bei den augenblicklichen Fertigungstechniken das verdeckte Lichtbogenschweißen lediglich etwa die Hälfte der insgesamt durchzuführenden Schweißarbeiten beim Zusammenfügen der einzelnen Schiffssektionen aus. Die restlichen Schweißnähte müssen von Hand geschweißt werden. In den meisten Fällen handelt es sich bei den Rumpfsektionen eines Stahlschiffes, bei deren Verbindung das verdeckte Lichtbogenschweißen nicht durchgeführt werden kann, um die Bereiche am und in der Nähe des Hecks und des Buges, wo die Stahlplatte der Bordwände relativ stark gekrümmt sind. Die Stahlplatten besitzen in diesen Bereichen im allgemeinen nicht nur starke Krümmungen, sondern auch unterschiedliche Krümmungen zueinander. Aus diesem Grund haben sich die bisher für das verdeckte Lichtbogenschweißen entwickelten und auch praktisch bereits angewendeten Flußmittel für das Schweißen gekrümmter Stahlplatten als unbrauchbar erwiesen. Die bekannten Flußmittel sind höchstens für das verdeckte Lichtbogenschweißen von Stahlplatten mit leichten Krümmungen unterhalb 3° anwendbar. Bei dem Versuch, die bekannten Flußmittel für das verdeckte Lichtbogenschweißen auch bei Werkstücken mit Krümmungen über 3° einzusetzen, hat sich herausgestellt, daß beim Schweißvorgang geschmolzene Schlacke und Metallschmelze von den zu verbindenden Werkstücken abtropfen und eine ungenügende Schweißnahtausbildung entsteht.

Die erwähnte Krümmung ist hierbei derjenige Winkelwert, den die jeweilige Tangente an die Krümmung des Werkstückes mit einer Horizontalebene einschließt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Flußmittel für das verdeckte Lichtbogenschweißen zu schaffen, durch das Schweißvorgänge auch an Werkstücken mit Krümmungen bis zu 12° ermöglicht werden, ohne eine Beeinträchtigung der Schweißgüte in Kauf nehmen zu müssen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Flußmittel

so vorgeschlagen, bei dem die Metallkomponente im wesentlichen aus Eisenpulver mit einem Gehalt von 25 bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flußmittels, besteht und die Nichtmetallkomponente aus 10 bis 65 Gewichtsprozent MgO-Pulver, CaCO₃ und/oder BaCO₃, so daß die Summe an MgO + CaO (CaCO₃) + BaO (BaCO₃) 29 bis 76 Gewichtsprozent beträgt und höchstens 45 Gewichtsprozent 2 SiO₂ + Al₂O₃ in einem Mengenverhältnis von 2: 1 besteht und der Rest aus ZrO₂, TiO₂, MnO₂, Na₂O, K₂O oder CaF₂ oder Mischungen daraus besteht und die Gesamtmischung gesintert ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Flußmittel kann das die

Metallkomponente darstellende Eisenpulver teilweise durch Ferromangan, Ferrosilizium oder Ferromolybdän bis zu einem Betrag von 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, ersetzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

F i g. 1 ein Diagramm für die Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Schweißmetallablagerung von dem Metallgehalt des erfindungsgemäßen Flußmittels, F i g, 2 ein Diagramm für die Abhängigkeit der Abkühlzeit vom Metallgehalt des Flußmittels,

F i g. 3 ein Diagramm für die Abhängigkeit des Randwinkels der Schweißnaht von dem Gehalt an CaO, MgO und BaO im Flußmittel und

F i g. 4 bis 6 Querschnitte von Nutformen an den aneinanderliegenden Werkstückrändern, für die das erfindungsgemäße Flußmittel Verwendung findet.

Um die Schweißbarkeit gekrümmter Stahlteile mit dem verdeckten Lichtbogenschweißverfahren zu verbessern, ist es im allgemeinen notwendig, die Viskosität der geschmolzenen Schlacke und der Schmelze zu erhöhen, um beide am Abfließen von der Schweißstelle während des Schweißvorganges zu hindern. Hierzu ist es erforderlich, die Temperaturen sowohl der Schlacke als auch der Schmelze möglichst abzusenken oder die Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze zu steigern. Zu diesem Zweck enthält das Flußmittel eine oder mehrere Metallkomponenten, die im wesentlichen selbst Eisenpulver im Rahmen des obengenannten Betrages enthalten. Der Zusatz dieser Metallkomponenten im Flußmittel bewirkt die Zunahme des in der Zeiteinheit niedergeschmolzenen Metalls und verringert gleichzeitig die latente Wärme je Volumeneinheit des niedergeschmolzenen Metalls. Der Wärmeinhalt von unter Verwendung des Flußmittels mit zugesetzten Metall-

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komponenten niedergeschmolzenen Metalls ist also schwierig, insbesondere an Werkstücken mit Krüm-

geringer 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 gekrümmnen 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- 35 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 4- MgO

Die Metaükomponente 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-f- 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 üher-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 rechnet. 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 vergleichsw;ise hohen Raumgewicht und seiner sehr ausgeprägten Fähigkeit zum Halten von Schmelze und Schlacke sich be- ίο merkenswerte 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 gebrach', aus denen die Vorteile der erfindungsgemäßen Flußmittelzusammsnsetzungen gegenüber den bekannten Flußmitteln ao 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

Kalziumsilikat

Quarzsand

Bariumkarbonat

Albit

Ferrosilizium ...

Ferrotnangai

Eisenp ilver

Wasserglas

Raumgewicht (g/cm³)

Flußmittelzusammensetzung Nr.

¹I²I³I⁴

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

	Längskrümmung des Werkstückes	Querkrümmung des Werkstückes	Schweißbedingungen	Spannung	Vorschub
Flußmittel	O	(°)		(Volt)	(cm/min)
zusammensetzung	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 Tabslle 2 zur Anwendung. Alle Schweiß vorgänge 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 Flußmittelzusammensetzung^n 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 Werkstücke^ mit Schweißnutenausführung gemäß F i g. 6 zur Anwendung.

Es hatte sich bei sämtlichen Versuchen gezeigt, daß alle Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen Sinterflu !mittels sich besonders für die verdeckte Lichtbogensch weißung von Werkstücken mit unterschiedlichen Krümmungen und Neigungen eignen. Alle Werkstücke konnten bei Verwendung bekannter Flußmit ^zusammensetzungen mit verdeckter Lichtbogenschweißung nicht geschweißt werden. Durch das erfinduigs£enäße Flußmittel wurde der Anwendungsbereich für die verdeckte Lichtbogenschweißung also erheblich ausgeweitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flußmittel, insbesondere für das verdeckte Lichtbogenschweißen geneigter oder gekrümmter Werkstücke mit einer Kombination mindestens einer Metallkomponente und einer Nichtmetallkomponente, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkomponente im wesentlichen aus Eisenpulver mit einem Gehalt von 25 bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flußmittels, besteht und die Nichtmetallkomponente aus 10 bis 65 Gewichtsprozent MgO-Pulver, CaCO₃ und/oder BaCO₃, so daß die Summe an MgO + CaO (CaCO₃) + BaO (BaCO₃) 29 bis 76 Gewichtsprozent beträgt und höchstens 45 Gewichtsprozent 2 SiO₂ -f Al₂O₃ in einem Mengenverhältnis von 2:1 besteht und der Rest aus ZrO₂, TiO₂, MnO₂, Na₂O, K₂O oder CaF₂ oder Mischungen daraus besteht und die Gesamtmischung gesintert ist.

2. Flußmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkomponente teilweise Ferromanganpulver, Ferrosilizium- oder Ferromolybdänpulver in einer Höhe bis zu 10 Gewichtsprozent der Gesamtmischung enthält.

3. Flußmittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pulvrige Metallkomponente eine Korngröße von höchstens 0,84 mm Siebmaschenweite aufweist.

4. Flußmittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- _; durch gekennzeichnet, daß das Raumgewicht der Mischung größer als 1,0 g/cm³ ist.