DE1652826B2

DE1652826B2 - Verfahren zum Lichtbogenverbindungs schweißen von unlegierten Kohlenstoffstah len in einem Argon-Sauerstoffgemisch

Info

Publication number: DE1652826B2
Application number: DE19681652826
Authority: DE
Inventors: Karl-August Dr.-Ing. 6078 Neu Isenburg; Schrader Heinrich 5605 Hochdahl Ebert
Original assignee: Messe-- Gneshe>m G^bH, 6000 Frankfurt
Priority date: 1968-02-14
Filing date: 1968-02-14
Publication date: 1971-01-14
Also published as: NL6902193A; DE1652826A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogenverbindungsschweißen von unlegierten Kohlenstoffstählen in einem Argon-Sauerstoff-Gemisch.

Als Schutzgas für dieses Schweißverfahren wird bisher verwendet: Kohlendioxyd, Argon., Gemische aus Argon und Kohlendioxyd, Argon + Sauerstoff sowie Argon + Kohlendioxyd + Sauerstoff. Diese Schutzgase haben gewisse Nachteile. Bei reinem Argon ergibt sich eine porenreiche Schweißnaht von schlechter

und Sauerstoff. Während Kohlendioxyd im Gemisch wiederum die Aufgabe hat, die Form der Schweißnaht zu verbessern, dient der Sauerstoff dazu, die Oberflächenspannung der Schweißschmelze zu verringern.

jedoch seien etwa f% die obere Grenze, oberhalb deren sich keine nennenswerte Verbesserung der Stabilität des Lichtbogens ergibt.

In der USA.-Paientschrift 3 253 113 wird ausgeführt, 5 daß sich auch bei höheren Sauerstoff »ehalten, als sie an sich zur Stabilisierung des Lichtbogens erforderlich sind, gute Schweißnahtqualitäten ergeben. Nach derr in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren läßt sich Kohlenstoffstahl bei Verwendung von Elektroden

Form. Bei reinem CO, erhält man zwar eine bessere io aus Kohlenstoffstahl und von einem Schutzgas aus Form der Schweißnaht, muß aber mit einem spritzen- Argon mit bis zu 20% Sauerstoffzusatz verschweißen, den Lichtbogen arbeiten. Die Entfernung der Schweiß- Es ergeben sich gute Schweißnähte, deren Oberfläche spritzer neben der Naht ist zeitraubend und teuer. jedoch porös ist. Derartige Schweißnähte sind für

Bessere Ergebnisse erhält man mit Gemischen aus eine einfache Kehlnaht ausreichend, nicht aber für Argon als Grundlage und Zugaben von Kohlendioxyd 15 eine Mehrlagenschweißung, z. B. bei dicken Blechen.

Hier muß für absolute Porenfreiheit gesorgt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schutzgasschweißverfahren der zuletzt genannten Art zu schaffen, bei dem sich ein Höchstmaß an Poren-

Dadurch wird ^die Benetzung verbessert, die Entga- ao freiheit erreichen läßt, so daß es auch für Mehrlagensungsgeschwindigkeit erhöht und damit die Bildung von schv ?ißungen geeignet ist. Dies wird dadurch erreicht, Poren verringert. Unter Laborbedingungen lassen sich daß idem Sauerstoffgehalt eine optimal zusammenmit einigen dieser Gemische, z. B. Argon und maximal gesetzte Drahtelektrode zugeordnet ist. 5°/o Sauerstoff, durchaus befriedigende Schweißungen Es wurde nun ein Verfahren zum Lichtbogenverbin-

erreichen. In der Praxis jedoch ist es schwierig, die 95 dungsschweißen von unlegierten Kohlenstoffstählen Laborbedingungen mit ihren engen Toleranzen genau in einem Argon-Sauerstoff-Gemisch mit einer stromeinzuhalten, und so läßt vor allem die Porcnsicherheii führenden, abschmelzenden, Mangan und Silizium derartiger SchutzgasschweiBungen manchmal zu wün- enthaltenden Drahtclektrode gefunden, welches daschen übrig. durch gekennzeichnet ist, daß das Schutzgasgemisch

Bei den heute praktisch verwendeten Gemischen ist 30 in an sich bekannter Weise aus 7 bis 25% Sauerstoff zudem der Sauerstoffgehalt auf maximal 5 % begrenzt. besteht, daß die Elektrode als hauptsächliche desoxy-Man befürchtet, daß bei höherem Sauerstoffgehalt dierende Bestandteile 0,4 bis 1,1% Silizium und 1,0 der Abbrand der Legierungselemente und insbesondere bis 1,6% Mangan derart enthält, daß die niedrigeren des Kohlenstoffs zu hoch wird. Bei hochlegierten Stäh- bzw. höheren Gehalte an Desoxydantien den niedrigelen beschränkt man daher den Sauerstoffgehalt auf 35 ren bzw. höheren Gehalten an Schutzgas-Sauerstoff maximal 3%· Diese Befürchtungen wurden scheinbar zugeordnet sind, und daß als weitere desoxydierende bestätigt durch Untersuchungen über das Abbrandverhalten in Abhängigkeit vom Sauerstoffzusatz zum
Schweißargon, wie etwa in »Linde — Berichte aus
Technik und Wissenschaft«, Nr. 6, 1959, S. 45 bis 46, 40
wo auch als praktische Grenze für den Sauerstoffgehalt
5% genannt wird.

Andererseits hat man schon seit längerer Zeit versucht, den Sauerstoffgehalt im Schweißargon zu erhöhen. So werden in der deutschen Patentschrift 45 gehalt ihr Optimum. Danach fällt die Qualität langsam 977 223 Versuche aiit 5, 20 und 30% Sauerstoffzusatz wieder ab, bis sie bei etwa 25% Sauerstoffgehalt nicht genannt. Dabei wurde der Einuflß verschiedener Argon- mehr annehmbare Werte erreicht. Im Bereich von 10 Sauerstoff-Gemische auf die Kraterbildung untersucht. bis 15% Sauerstoffgehalt ist die Schweißnahtqualität In der britischen Patentschrift 736 049 wird ein hervorragend. Der Zusammenhang zwischen dem Schweißverfahren beschrieben, bei dem der Licht- 50 Sauerstoffgehalt im Gemisch und dem Gehalt an desbogen durch Sauerstoffzugabe zum Argon stabili- oxydierenden Bestandteilen in der Elektrode läßt sich siert werden soll, da durch einen turbulenten Licht- den Versuchsbeispieler, der Zahlentafel, die an verschiebogen Luftstickstoff in die Schmelze gelangt, der Poren denen Schweißgutproben nach DIN 1913 Bl. 2 geverursacht. Da aber auch Sauerstoff Poren verursacht, wonnen wurden, entnehmen. Die Versuchsbeispiele I, wird der Sauerstoffzusatz durch zusätzliche desoxydie- 55 II und III zeigen deutlich, wie die Festigkeitswerte bei rende Bestandteile, z. B. in der Elektrode, ausgeglichen. steigendem Sauerstoffgehalt und konstanter Elektro-Es werden Sauerstoffgehalte bis zu 10% genannt, denzusammensetzung sinken.

Zahlentafel

Bestandteile in an sich bekannter Weise Titan, Zirkon, Chrom, Aluminium oder seltene Erden verwendet werden.

Erhöht man gemäß der Erfindung den Sauerstoffgehalt im Schutzgas über 5%. so verschlechtert sich die Schweißnahtqualität zunächst. Erst ab etwa 7% Sauerstoffgehalt wird die Schweißnahtqualität wieder besser und erreicht zwischen 10 und 15% Sauerstoff -

I. Ο,-Gehalt 9%

Elektrode 0,4% Si

1,0% Mn

Kcrbschlagzähigkeit mit DVM-

Probe 19,3; bis 20,8 kpm/cm* bei +20⁰C

Kerbschlagzähigkeit in der Verbindungsschweißung an Kesselblech H H 17,7 bis 19,8 kpm/cm» bei +20⁰C

18,4 bis 21,2 kpm/cm* bei ±0°C

Streckgrenze 59,9 kp/mm*

Zugfestigkeit 62,7 kp/mm*

Bruchdehnung \ 24%

Brucheinschnürung 70%

Faltversuch 180° bei einfachemDorndiirchmesscr

Zahlentafel (Fortsetzung)

II. O₂-Gehalt 13%

Elektrode 0,4% Si

1,0% Mn

Kesselblech

H II, DVM-Probe

IiI. O₂-Gehalt 15%

Elektrode 0,4% Si

1,0% Mn
Kesselblech HII

IV. O₂-Gehalt 17%

Elektrode 1,1% Si

1,6% Mn

Kesselblech H II

20 mm senkrecht geschweißt

V. O₂-Gehalt 19%

Elektrode 1,1% Si

1,6% Mn

Kesselblech HII,

20 mm senkrecht geschweißt

Kerbschlagzähigkeit 18,1 bis 19,3 kpm/cm¹ bei +20⁰C

Kerbschlagzähigkeit 15,6 bis 17,9 kpin/cm* bei ±0^eC

Streckgrenze 56,9 kp/mm*

Zugfestigkeit 60,2 kp/mm*

Bruchdehnung O₅ 26%

Brucheinschnürung 68 %

Faltversuch —

Streckgrenze 48,0 bis 47,6 kp/mm¹

Zugfestigkeit 49,7 bis 50J. kp/mm¹

Bruchdehnung <J_S 29,4 bis 31,0%

Brucheinschnürung 75 bis 73 %

Kerbschlagzähigkeit 15,4 bis 17,1 kpm/cm* bei +2O⁰C

Streckgrenze 50,2 bis 52,4 kp/mm*

Zugfestigkeit 56,7 bis 57,0 kp/mm¹

Bruchdehnung O₅ 28,5 bis 30,8%

Brucheinscbnürung 68 bis 69 %

Faltversuch 4mal 180° mit einfachsm Dorndurchmesser

Kerbschlagzähigkeit 15,4 bis 17,1 kpm/cm* bei +20⁰C

Streckgrenze 50,2 bis 52,4 kp/mm*

Zugfestigkeit 56,7 bis 57,0 kp/mm*

Bruchdehnung <5₆ 28,5 bis 30,8 %

Brucheinschnürung 68 bis 69%

Faltversuch 4mal 180° mit einfachem Dorndurchmesser

Aus den Versuchsergebnissen läßt sich der Zusammen hang zwischen Sauerstoffgehalt und Gehalt an desoxydierenden Bestandteilen unschwer ablesen. Es ist ferner charakteristisch und vorteilhaft für das Verfahren, daß die Toleranzen nicht zu eng sind. So erhält man für den Bereich 9 bis 13% und 17 bis 19% Sauerstoff bei jeweils gleicher Elektrode nahezu gleich gute bzw. gleich gute Versuchsergebnisse. Das Mischungsverhältnis braucht also nicht allzu genau eingehalten zu werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn man das Schutzgasgemisch aus der flüssigen Phase durch Verdampfen gewinnt, da man auf Entmischungsvorgänge keine Rücksicht zu nehmen braucht.

Durch den hohen Sauerstoffanteil im Gemisch wird das Schutzgasgemisch Argon—Sauerstoff erheblich verbilligt. Die für den jeweiligen Sauerstoffgehalt erforderlichen Elektroden sind leicht erhältlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch dann anwenden, wenn im Schut^T3asgemisch noch geringe Mengen Stickstoff als Verunreinigungen enthalten sind. Ebenso kann man einige Prozent Kohlendioxyd zumischen.

Patentanspruch:

Verfahren zum Lichtbogenverbindungsschweißen von unlegierten Kohlenstoffstählen in einem Argon-Sauerstoff Gemisch mit einer stromführenden, abschmelzenden, Mangan und Silizium enthaltenden Drahtelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgasgemisch in an sich bekannter Weise aus 7 bis 25% Sauerstoff besteht, daß die Elektrode als hauptsächliche desoxydierende Bestandteile 0,4 bis 1,1 % Silizium und 1,0 bis 1,6% Mangan derart enthält, daß die niedrigeren bzw. höheren Gehalte an Desoxydantien den niedrigeren bzw. höheren Gehalten an Schutzgas-Sauerstoff zugeordnet sind, und daß als weitere desoxydierende Bestandteile in an sich bekannter Weise Titan, Zirkon, Chrom, Aluminium oder seltene Erden verwendet werden.

Claims

Zahlentafel (Fortsetzung)

II. Oa-Gehalt 13%

Elektrode 0,4% Si

1,0% Mn

Kesselblech

HII, DVM-Probe

III. O₂-Gehalt 15%

Elektrode 0,4% Si

1,0% Mn
Kesselblech HII

IV. O₂-Gehalt 17%

Elektrode 1,1 % Si

1,6% Mn

Kesselblech H II

20 mm senkrecht geschweißt

V. O₂-Gehalt 19%

Elektrode 1,1% Si

1,6% Mn

Kesselblech HII,

20 mm senkrecht geschweißt

Kerbschlagzähigkeit 18,1 bis 19,3 kpm/cm² bei +2O⁰C

Kerbschlagzähigkeit 15,6 bis 17,9 kpm/cm² bei ±0°C

Streckgrenze 56,9 kp/mm²

Zugfestigkeit 60,2 kp/mm²

Bruchdehnung <5_S 26 %

Brucheinschnürung 68 %

Faltversuch —

Streckgrenze 48,0 bis 47,6 kp/mm²

Zugfestigkeit 49,7 bis 50,1 kp/mm²

Bruchdehnung <5₅ 29,4 bis 31,0%

Brucheinschniirung 75 bis 73 %

Kerbschlagzähigkeit 15,4 bis 17,1 kpm/cm² bei +2O⁰C

Streckgrenze 50,2 bis 52,4 kp/mm²

Zugfestigkeit 56,7 bis 57,0 kp/mm⁸

Bruchdehnung δ₅ 28,5 bis 30,8 %

Brucheinschniirung 68 bis 69 %

Faltversuch 4mal 180° mit einfachem Dorndurchmesser

Kerbschlagzähigkeit 15,4 bis 17,1 kpm/cm² bei +2O⁰C

Streckgrenze 50,2 bis 52,4 kp/mm²

Zugfestigkeit 56,7 bis 57,0 kp/mm²

Bruchdehnung ö₅ 28,5 bis 30,8 %

Brucheinschniirung 68 bis 69 %

Faltversuch 4mal 180° mit einfachem Dorndurchmesser

Aus den Versuchsergebnissen läßt sich der Zusammen hang zwischen Sauerstoffgehalt und Gehalt an desoxydierenden Bestandteilen unschwer ablesen. Es ist ferner charakteristisch und vorteilhaft für das Verfahren, daß die Toleranzen nicht zu eng sind. So erhält man für den Bereich 9 bis 13% und 17 bis 19% Sauerstoff bei jeweils gleicher Elektrode nahezu gleich gute bzw. gleich gute Versuchsergebnisse. Das Mischungsverhältnis braucht also nicht allzu genau eingehalten zu werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn man das Schutzgasgemisch aus der flüssigen Phase durch Verdampfen gewinnt, da man auf Entmischungsvorgänge keine Rücksicht zu nehmen braucht.

Durch den hohen Sauerstoffanteil im Gemisch wird das Schutzgasgemisch Argon—Sauerstoff erheblich verbilligt. Die für den jeweiligen Sauerstoffgehalt erforderlichen Elektroden sind leicht erhältlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch dann anwenden, wenn im Schutzgasgemisch noch geringe Mengen Stickstoff als Verunreinigungen enthalten sind. Ebenso kann man einige Prozent Kohlendioxyd zumischen.

Patentanspruch:

Verfahren zum Lichtbogenverbindungsschweißen von unlegierten Kohlenstoffstählen in einem Argon-Sauerstoff-Gemisch mit einer stromführenden, abschmelzenden, Mangan und Silizium enthaltenden Drahtelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgasgemisch in an sich bekannter Weise aus 7 bis 25% Sauerstoff besteht, daß die Elektrode als hauptsächliche desoxydierende Bestandteile 0,4 bis 1,1 % Silizium und 1,0 bis 1,6 % Mangan derart enthält, daß die niedrigeren bzw. höheren Gehalte an Desoxydantien den niedrigeren bzw. höheren Gehalten an Schutzgas-Sauerstoff zugeordnet sind, und daß als weitere desoxydierende Bestandteile in an sich bekannter Weise Titan, Zirkon, Chrom, Aluminium oder seltene Erden verwendet werden.