DE1752409A1 - Verfahren zum Schweissen von Werkstuecken - Google Patents

Description

"Verfahren zum Schweißen von Werkstüoken"

In der deutschen Patentschrift 1 243 397 sind Nickel-Silizium-Legierungen mit mindestens 7# Silizium, 1 bis 5$ Titan, 1 bis 4$ Kupfer und 1 bis 4# Molybdän, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Nickel beschrieben, deren Silizium- und Titangehalt die Bedingung (3^Si) + 0,5 (^Ti)J « 9,5 bis 11,5# erfüllt. Diese quinären Legierungen besitzen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Schwefelsäure} außerdem sind daraus hergestellte Gußstücke weniger spröde als die übliohen Eisen-Silizium-Legierungen, die früher wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit gegenüber Schwefelsäure allgemein verwandt wurden.

Trotz ihrer vergleichsweise geringen Sprödigkeit neigen die eingangs erwähnten Legierungen zur Rissigkeit bei Spannungen, die aufgrund örtlicher intensiver Erhitzung auf hohe Temperaturen, beispielsweise beim Lichtbogenschweißen, entstehen. Aue diesem Grunde ist es außer-

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ordentlich schwierig, derartige Legierungen unter Anwendung herkömmlicher Schweißverfahren ohne Rißbildung zu schweißen.

Sie Erfindung basiert auf der überraschenden Feststellung» daß Werkstücke aus diesen Legierungen, beispielsweise längsnahtzuschweißende Rohre, unter Einhaltung bestimmter Bedingungen zufriedenstellend geschweißt werden können.

Zunächst müssen die Werkstücke durch Abschmelzen eines Schweißdrahtes mittels einer Sauerstoff-Azetylen-Plamme geschweißt werden. Sie Wärmeentwicklung einer solchen Flamme ist weniger stark als beim Lichtbogenschweißen, so daßjsich ein geringerer thermischer Schock und dementsprechend weniger starke Temperaturunterschiede im Werkstück ergeben.

Außerdem müssen das Werkstück und der Schweißdraht vorzugsweise auf mindestens 60O⁰C vorgewärmt werden. Sas Vorwärmen des Werkstüokes verringert ebenfalls die Ihermoschookwirkung und die Temperaturunterschiede im Werkstück.

Schließlich muß das Schweißen unter einem Flußmittel geschehen, das rasch die sich beim Schweißen bildenden feuerfesten Titanoxyde löst und einen zusammenhängenden, die Schweiße überdeokenden und schützenden Film bildet, der

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einen Schutz gegen Gasporosität der erstarrenden Schweiße bildet. Das Flußmittel enthält daher Natriumfluorid, da dieses am schnellsten Titandioxyd löst; vorzugsweise liegt das gesamte Fluorid als Natriumfluorid vor. Ein !Beil des Fluoride kann jedoch auch in Form von Kryolith vorliegen«) Beispielsweise kann das Flußmittel 15 "bis 60$ Natriumfluorid und O bis 3Ο5έ Kryolith bei einem Gesamtgehalt an Natriumfluorid und Kryolith von 30 bis 60$ enthalten. Um einen schützenden Flußmittelfilm zu erreichen, enthält das Λ Flußmittel 30 bis 60$ Natriumsilikat, das nicht nur einen glasähnlichen Schutzfilm bildet, sondern auch ein müheloses Entfernen des Flußmittels nach dem Schweißen ermöglichte

Das Flußmittel muß in beträchtlicher Menge auf dem Schweißstab haften können, so daß beim Schweißen eine ausreichende Menge auf die Schweißnaht übertragen wird. Aus diesem Grunde enthält das Flußmittel noch Lithiumchlorid, das bei etwa 600°0 schmilzt. Wird der Schweißstab über diese Temperatur vorerwärmt, führt das Schmelzen des Lithium- g Chlorids zu einer ausreichenden Haftung des Flußmittelgemischs auf dem Schweißstab, sofern die Bestandteile des Flußmittels gründlich miteinander vermischt sind. Außerdem kann das Flußmittel noch bis 35$ Natriumcarbonat enthalten. Ein besonders geeignetes Flußmittel enthält 45 bis 55$ Natriumfluorid, 35 bis 45$ Natriumsilikat und 5 bis 15$ Lithiumchlorid.

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Beim Herstellen des Flußmittels sollten die pulverfö'rmigen Bestandteile vorzugsweise unmittelbar vor ihrer Verwendung gründlich miteinander vermischt werden. Soll das Flußmittel jedoch gelagert werden, ist ein luftdichter Behälter erforderlich, da lithiumchlorid leicht die luftfeuchtigkeit aufnimmt und daher in anhydridischer Form verwendet werden sollte.

Eine weitere Bedingung von besonderer Bedeutung ergibt sich daraus, daß die Schweiße dasselbe Gefüge aufweisen soll wie das Grundmetall, Um dies zu erreichen, muß dem Verlust an Titan als Oxyd im Flußmittel und der Verdünnung des geschmolzenen Zusatzwerkstoffes durch geschmolzenes Metall des Werkstückes Rechnung getragen werden. Durch Versuche konnte festgestellt werden, daß kaum weniger als 10$ des Gesamtgehaltes an Titan beim Schweißen im Schweißsumpf verlorengehen. Die daher zusätzlich für die Kompensation des Titanverlustes in der Schweiße erforderliche Menge an Titan hängt davon ab, welcher Anteil der Schweiße aus dem Schweißstab stammt, d.h. vom Verdünnungsgrad des Zusatzwerkstoffes. Beste Ergebnisse ließen sich erzielen, wenn der Titangehalt des Schweißstabes das 1,1-fache des Titangehaltes des Werkstückes betrug. Das gewünschte Gefüge ergibt sich, wenn der Titangehalt zwischen 1,1 und 6<?o liegt und der Bedingung 1»1 Q^Ti) ± °»5j genügt, wobei ($Ti) der Titangehalt der zu schweißenden

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Legierung ist. Im übrigen sollte der Schweißdraht genauso zusammengesetzt sein wie der zu schweißende Werkstoff, um optimale Ergebnisse.zu erzielen. Der Schweißstab enthält daher 7 bis 11$ Silizium, 1 bis 4$ Kupfer und 1 bis 4$ Molybdän, Rest Nickel«

Im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit enthält die beste quinäre Legierung außer Nickel noch 9,25 bis 10$ Silizium, 2,5 bis 3$ Titan, 2 bis 3,5$ Kupfer und 2 bis 3,5$ Molybdän. Durch Versuche konnte festgestellt werden, daß sich eine derartige Legierung außergewöhnlich gut mit einem Schweißstab schweißen läßt, der außer Nickel noch 9,5$ Silizium, 2,75$ Kupfer, 3$ Molybdän und 4$ Titan enthält. Dieser Titangehalt erlaubt eine sehr weitgehende Verdünnung der Schweiße und gewährleistet im wesentlichen dasselbe Gefüge der Schweiße wie das Grundmetall, obgleich die Zusammensetzung des Grundmetalls innerhalb der zuvor angegebenen Grenzen schwanken kann«

Ein beträchtliches Stück des vorgewärmten Schweißstabes sollte in das Flußmittel eingetaucht und gedreht werden, um einen Flußmittelüberzug auf der gesamten Länge des Stabes zu erzeugen, anstatt den Stab in eine Flußmittelschmelze einzutauchen, ihn anschließend an die Stoßkante zu bringen und dann für das nachfolgende Schweißen in das Flußmittel einzutauchen.

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Bei einem Versuch wurde ein zylindrischer Ring mit einem Außendurchmesser von 12,7 cm, einer Wandstärke von 1,3 cm und einer lichten Weite von 6,4 cm aus einer legierung mit 9,5$ Silizium, 2,8$ Titan, 2,75$ Kupfer und 3$ Molybdän, Rest Nickel, hergestellt, der an einer Stelle durchgehend unterbrochen war. Alsdann wurde eine V-förmige Stoßkante erzeugt, der Ring auf 90O⁰C vorgewärmt und die V-Naht in fünf Durchgängen mittels einer Sauerstoff-Azetylen-Flamme unter Verwendung eines auf 900⁰C vorgewärmten Schweißstabes mit Schweiße gefüllt. Der Schweißstab enthielt 9,596 Silizium, 2,5$ Kupfer, 3?έ Molybdän und 4# Titan, Rest Nickel, während das Flußmittel aus 50$ Natriumfluorid, 40$ Natriumsilikat und 10$ lithiumchlorid bestand. Die Schweißnaht wurde einem Korrosionsversuch mit Schwefelsäure unterworfen, wobei sich herausstellte, daß sie eine ebensogute Korrosionsbeständigkeit besaß wie der Grundwerkstoff. Außerdem zeigte die Schweiße keinerlei Rissigkeit.

Der bei dem Versuch benutzte Schweißstab wurde in einer feuerfesten Form abgegossen. Die Schweißstäbe können jedoch vorteilhafterweise auch pulvermetallurgisch hergestellt werden, um ihre Analyse genau einstellen zu können.

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Claims (3)

International Nickel Limited, Thames House, Millbank, London, S. W0 1, England Patentansprüche:

1.Verfahren zum Schweißen von Werkstücken aus einer Legierung mit 7 Ms 1196 Silizium, 1 bis 5$ Titan, 1 bis 4$ Kupfer und 1 bis 4$ Molybdän, Rest einschließlich erschmelzungsbeding- M ter Verunreinigungen Nickel, deren Siliziumgehalt der Bedingung R$Si) + 0,5 (#Eif| « 9,5 bis 11,53* genügt, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück und der Schweißstab vorgewärmt und mittels einer Sauerstoff-Azetylen-Flamme unter einem Flußmittel aus 15 bis 6O$6 Natriumfluorid, 5 bis 15$ Lithiumchlorid, 30 bis 60$ anhydridischem Natriumsilikat, 0 bis 35$ Natriumcarbonat und O bis 30% Kryolith bei einem Gesamtgehalt an Natriumfluorid und Kryolith von 30 bis 60$ der Schweißstab abgeschmolzen wird, der aus 7 bis 11$ Silizium, 1 bis ^Λαί· ™ Kupfer und 1 bis 4$ Molybdän sowie einem Titangehalt besteht, der zwischen 1,1 und 696 liegt und außerdem der Bedingung 1,1 F(^Ti) + 0,5^) genügt, wobei (^Ti) der Titangehalt der zu schweißenden Legierung ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Schweißen einer Legierung mit 9,25 bis 1056 Silizium, 2,5 bis 3$ Titan, 2 bis 3,5$ Kupfer

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und 2 bis 3,5# Molybdän, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Nickel, dadurch g e kennzei chnet , daß das Werkstück und der Schweißstab vorgewärmt und dieser mittels einer Sauerstoff-Azetylen-Flamme unter einem Flußmittel aus 5 bis 15# Natriumfluorid, 30 bis 60# anhydridischem Natriumsilikat, 5 bis 15# Lithiumchlorid und O bis 35# Natriumcarbonat abgeschmolzen wird und der Schweißstab 9,25 bis 1OJi Silizium, 2 «bis 3,5?6 Kupfer und 2 bis 3,59t Molybdän sowie einen Titangehalt enthält, der der Bedingung 1,1 R^Ti) + O_f5J genügt, wobei (#Ti) der Titangehalt der zu schweißenden Legierung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Schweißdraht mit 9,5$ Silizium, 2,7596 Kupfer, 3$ Molybdän und 4# Titan, Rest Nickel unter einem Flußmittel aus 45 bis 55# Natriumfluorid, 35 bis 45# Natriumsilikat und 5 bis 15# Lithiumchlorid abgeschmolzen wird.

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