DE19617759B4

DE19617759B4 - Verfahren zum Herstellen von Pulvern zur Füllung von geschlossenen Fülldrahtelektroden und die Verwendung der hergestellten Pulver

Info

Publication number: DE19617759B4
Application number: DE1996117759
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. Rosert
Original assignee: Drahtwarenfabrik Drahtzug Stein GmbH and Co KG
Current assignee: Drahtwarenfabrik Drahtzug Stein GmbH and Co KG
Priority date: 1996-05-03
Filing date: 1996-05-03
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2016-05-04
Also published as: DE19617759A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Pulvern zur Füllung von geschlossenen Fülldrahtelektroden zum Verbindungsschweißen aus einer Legierung, welche 0,4– 1,45 % Kohlenstoff, 5,6–23,1 % Mangan, 1,4–9,4 % Silicium und Eisen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten miteinander geschmolzen und bei einer Temperatur von 1300–1600°C in an sich bekannter Weise in Wasser verdüst werden, wobei der zu verdüsenden Schmelze unmittelbar vor dem Verdüsen bzw. beim Verdüsen ein Modifikationsdraht aus einer metallischen Hülle mit einer Füllung von 10–55 Gew.-% CaMg und 0–40 Gew.-% CaSi, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes, zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Pulvern zur Füllung von geschlossenen Fülldrahtelektroden zum Verbindungsschweißen aus einer Legierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung gemäß Anspruch 8.
Fülldrähte und Füllbänder stellen die Umkehrung umhüllter Stabelektroden dar und weisen dabei den entscheidenden Vorteil einer „endlosen" Elektrode auf. Sie können im Inneren, vergleichbar mit der Umhüllung der Stabelektrode, lichtbogenstabilisierende, schutzgasbildende sowie schlackebildende Komponenten aufweisen. Darüber hinaus können metallische Bestandteile (reines Eisen und Eisen-Legierungselemente) zugegeben werden. Abgestimmt auf den jeweiligen Anwendungsfall werden Fülldrähte vor allem zum Metall-Schutzgasschweißen, zum Metalllichtbogenschweißen (mit selbstschützenden Fülldrähten) und zum UP-Schweißen einbesetzt. Mit Fülldrähten können Legierungen erzeugt werden, die aufgrund der Zusammensetzung und/oder Härte nicht als Massivdraht gezogen werden können.
Die Eigenschaften und das Schweißverhalten von Fülldrähten werden insgesamt geprägt durch die Zusammensetzung der Füllstpffe sowie durch die Form und Größe des stromführenden Mantelquerschnitts. In diesem Zusammenhang wird das Verhältnis von Mantel- zu Füllgewicht als Füllgrad oder Füllfaktor bezeichnet. Von der Form her werden Falz- und geschlossene Röhrchendrähte unterschieden.
Der Vorteil von geschlossenen Fülldrähten ist, dass im agglomerierten Füllpulver aufgrund der Fixierung durch Wasserglas die Komponenten gleichmäßig verteilt sind, was beim Verschweißen dieses Fülldrahtes zu einer homogenen Verteilung der Legierungselemente im Schweißgut führt. Der Draht lässt sich nach dem Herunterziehen verkupfern, was zu sehr guten Gleiteigenschaften beim Drahtvorschub führt. Die Lagerfähigkeit ist vergleichbar mit Massivdrähten. Es erfolgt auch bei längerer Lagerung keine weitere Wasseraufnahme. Ein für eine hohe Kaltrisssicherheit niedriger Wasserstoffgehalt im Schweißgut von kleiner 3 ml wird bei schlackeführenden Fülldrahtelektroden sowohl bei basischer als auch bei rutiler Schlackecharakteristik erreicht.
Ein Nachteil der geschlossenen Fülldrähte besteht darin, dass aufgrund der Zugabe von Wasserglas zum Agglomerieren zusätzliche Schlackebildner in das Füllpulver eingebracht werden. Vor allem bei metallpulvergefüllten Fülldrähten kommt es dabei zur Bildung von Schlackeinseln auf der Nahtoberfläche, die beim Mehrlagenschweißen aufgrund von Anhäufungen an Schlacke auf der Schweißnahtoberfläche zusätzlichen Reinigungsaufwand erfordern. Außerdem wird bei diesen Drähten über das Wasserglas Feuchtigkeit eingebracht, die auch nach dem Trocknen nicht auf kleiner 0,15 % Wasseranteil reduziert werden kann. Bei diesen Drähten kann ein Wasserstoffgehalt von kleiner 5 ml im Schweißgut nicht sicher erreicht werden. Aufgrund des langen Transportweges im Füllrohr und der damit verbundenen Entmischung werden ausschließlich agglomerierte Füllpulver zur Herstellung von geschossenen Fülldrähten verwendet. Durch Verwendung verschiedener Metallkomponenten sind vor allem bei kleineren Durchmessern (1.2 mm) nur geringe Füllgrade bis zu 12 % erreichbar. Ansonsten kommt es zu Abrissen beim Herunterziehen auf Fülldurchmesser.
Zur Herstellung von Fülldrähten werden die verschiedensten Kombinationen an Pulvergemischen eingesetzt. Aufgrund einer Vielzahl möglicher Einflussfaktoren und Anwendungsmöglichkeiten sind die Formeln auf empirischer Basis entwickelt. Zur Gewährleistung der schweiß- und legierungstechnischen Eigenschaften werden in die Füllpulver Metallpulver als Legierungselemente und Desoxydationsmittel und nichtmetallische Komponenten als Schlacke- und Gasbildner zugegeben. Dabei werden die verschiedensten Metallpulver, z.B. FeMn; FeCrC; Ni; Fe usw., miteinander kombiniert. Die einzelnen Komponenten dieser Pulvermischungen müssen hohen Anforderungen bezüglich Konstanz in ihrer Zusammensetzung und Korngrößenverteilung erfüllen.

Es ist eine Fülldrahtelektrode zum Schweißen bekannt ( DE 35 42 663 A1 ), die insbesondere zum Auftragsschweißen, das heißt zum Beschichten einer Oberfläche mit einer Hartmetalllegierung, geeignet ist. Eine Gasverdüsung, insbesondere Inertgasverdüsung, der Pulver ist notwendig, damit sie an Ihrer Oberfläche keine oder nur geringe Verunreinigung aufweisen, wodurch ein porenfreies Zusammenfließen der Pulverteilchen beim Verschweißen erreicht wird.

Es ist weiterhin eine Fülldrahtelektrode bekannt ( JP 02280997 A ), die eine Füllungszusammensetzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist. Es ist jedoch daraus nicht die Wasserverdüsung des metallischen Füllpulvers bei der Herstellung bekannt. Bei dieser Verfahrensweise werden einzelne Pulver mit Wasserglas zusammengeklebt, um eine nachträgliche Entmischung zu vermeiden.

Bekannt sind weiterhin Modifikationsdrähte ( DE 26 03 412 A1 ), die für einen ganz anderen Zweck, nämlich für die Zuführung von Deoxidations- und Entschwefelungsmitteln zu Eisen- und Stahlbädern vorgesehen sind.

Bekannt sind weiterhin Drahtelektroden mit einem Schmelzkern ( JP 03291192 A ), die größere Mengen Titanoxid und Alkali- und Erdalkalimetalle in Form ihrer Fluoride als Flussmittel enthalten, wobei diese unterschiedlichen Produkte auch als Legierungen zugeführt werden können.

Es ist weiterhin bekannt ( DD 253730 A3 ), die Schmelze im Wasser zu verdüsen, was zu einem erheblichen Anteil an Wasser bzw. Sauerstoff in dem enthaltenen Sprühpulver führt. so dass sich beim Schweißen störende Oxide bzw. Wasserstoff bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Sauerstoff- und der Wasserstoffgehalt in verdüsten Pulvern verringert wird. Ein weiterer Aufgabenteil sieht vor, durch Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Pulver in Fülldrahtelektroden zum Verbindungsschweißen die Abschmelzleistung zu erhöhen und Spritzerbildung und Rauchentwicklung zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Verfahrensschritten und mit der Verwendung gemäß Anspruch 8 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den jeweiligen Unteransprüchen.

Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die wasserverdüste Schmelze in sehr kleinen Korngrößen hergestellt werden kann. die vorzugsweise < 0,2 mm sind. Eine hohe Homogenität in der chemischen Zusammensetzung auch bei den kleinen Legierungsanteilen ist durch die Erfindung gewährleistet.

Der als Modifikationsdraht beim beanspruchten Verfahren eingesetzte Draht enthält CaSi, CaMg als wasser- und sauerstoffabbindende Elemente. Gleichzeitig kann über diesen Weg Titan bzw. FeTi mit hohem Übergangkoeffizient als Mikrolegierungselement in die zu verdüsende Legierung eingebracht werden. Damit wird erreicht, dass die erstgenannten Elemente weitestgehend Sauerstoff abbinden, so dass Titan als Mikrolegierungselement in das Metallpulver übergeht. Die genannten Elemente können nicht vorher in die Schmelze eingegeben werden, da diese in dieser Phase ihre Wirkung als starke Desoxydationsmittel verlieren.

Vorteilhaft ist die Verwendung der mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten Pulver als Füllung in geschlossenen Fülldrahtelektroden zum Verbindungsschweißen, wobei der Füllfaktor der in die Fülldrahtrohre eingefüllten Pulver 11,11 oder 14,2 % beträgt und der Enddurchmesser des auf die gewünschte Dicke heruntergezogenen Fülldrahts 1,2 mm beträgt.

Beispiel 1:
Metallpulvergefüllter, geschlossener Fülldraht zum Verbindungsschweißen gekennzeichnet durch folgende Eigenschaften:
Zusammensetzung des Füllpulver:
0,56%C; 60,2%Cr; 6,3%Mo; 1,4%Ni; 1,4%Vi; 0,3%Nb; 7,0 Mn; 2,8%Si; O₂ 1400 ppm;
Stampfdichte 4,1 g/cm³
Dieses Füllpulver wurde mit einem Füllfaktor von 6:1 = 14,2 % in ein Füllrohr gefüllt und anschließend auf einen Durchmesser von 1,2 mm heruntergezogen.
Dieser Draht wurde mit 250 A; 27 V unter Mischgas M 21 verschweißt. Der Fülldraht zeigte für diese Legierung ein gutes Schweißverhalten mit geringer Rauch- und Spritzerbildung, so dass die Gasdüse kaum verschmutzte. Der Lichtbogen war stabil. Die Benetzung mit dem Grundwerkstoff war ohne Einbrandkerben.
Im Schweißgut wurde folgende chemische Zusammensetzung erzielt:
0,082% C; 8,4% Cr; 0,95 % Mo; 0,26% Ni; 0,21% V; 0,04 % Nb; 0,9% Mn; 0,25% Si; 0,05 % N. Damit entspricht diese Zusammensetzung einem Chromstahl vom Typ P 91. Die Kerbschlagarbeit bei Raumtemperatur betrug nach einer Wärmebehandlung 60 J.
Beispiel 2:
Metallpulvergefüllter geschlossener Fülldraht zum Verbindungsschweißen gekennzeichnet durch folgende Eigenschaften:
Zusammensetzung Füllpulver
0,6%C; 6%Si; 15%Mn; 4,5%Cr; 3,8%Mo; 17%Ni, Stampfdichte 3,28 g/cm³
Dieses Füllpulver wurde mit einem Füllfaktor von 8:1 = 11,11 % in ein Füllrohr gefüllt und anschließend auf einen Durchmesser von 1,2 mm heruntergezogen.
Diese Legierung wurde unter Mischgas M 21 bei 250 A; 28 V verschweißt. Der Fülldraht zeigte ein gutes Schweißverhalten mit geringer Spritzerbildung.
Folgende mechanische Gütewerte wurden ermittelt:

Zugfestigkeit Rm bei Raumtemperatur 787 N/mm²

Streckgrenze R_e _H 712 N/mm²

Kerbschlagarbeit bei – 40° 60 J
Beispiel 3:
Metallpulvergefüllter geschlossener Fülldraht zum Verbindungsschweißen, wobei der Schmelze der Füllung ein Modifikationsdraht zugeführt wurde.
Zusammensetzung Füllpulver
1,1 %C; 15,7% Mn; 6,5%Si; 0,3%Ti; O₂ – 1000 ppm; Stampfdichte 2,86 g/cm³
Zusammensetzung Modifikationsdrat
CaSi 35%; CaMg 55%; FeTi 10% (Anteil des Pulvers im Draht 59 %).
Der Wassergehalt des Füllpulvers betrug 0,07 %, dagegen liegt der Wassergehalt bei agglomerierten Pulvern nach dem Trocknen im Bereich von 0,2 %.
Dieses Pulver wurde in ein Füllrohr durch Einrütteln gefüllt. Der Füllfaktor betrug 8:1 = 11,11 %. Nach dem Füllen wird das Füllrohr auf einen Enddurchmesser von 1,2 mm heruntergezogen.
Dieser Draht wurde bei 250A mit 28 V verschweißt. Bei diesen Parametern wurde mit 0,8/min eine niedrigere Rauchgasmenge als bei handelsüblichen metallpulvergefüllten geschlossenen Fülldraht (1,3 g/min) erreicht.
Folgende mechanische Gütewerte wurden ermittelt

Zugfestigkeit Rm bei Raumtemperatur 556 N/mm²

Streckgrenze R_eH 511 N/mm²

Kerbschlagarbeit bei 20° 170 J

Kerbschlagarbeit bei –20° 90 J
Der Wasserstoffgehalt lag mit 2,9 ml/100g Schweißgut unter 3 ml.
Der Fülldraht zeigte sehr gute Schweißeigenschaften. Beim Schweißen von Kehlnähten auf zunderbehafteten Oberflächen wurden keine Einbrandkerben festgestellt.
Dieser Fülldraht konnte in einem weiten Parameterbereich von 80 bis 460 A verschweißt werden. Bei dem mit der alten Technologie hergestellten Fülldraht kam es schon bei 380 A zu Überhitzungserscheinungen auf der Schweißnahtoberfläche.
Bei Verwendung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Pulver als Füllung in geschlossenen Fülldrahtelektroden lassen sich mindestens die gleichen Abschmelzleistungen wie für Falzdrähte erzielen (vgl. 1). Das führt dazu, dass die Schmelzwärme, die beim Schweißen entsteht, besser umgesetzt werden kann. Das heißt, bei Pulvergemischen wird in der 1. Phase Wärmeenergie verbraucht, um im Mikrobereich das mechanische Gemisch in eine Legierung umzuwandeln. Erst in der 2. Phase kommt es dann zur entsprechenden Tropfenbildung. Es wird also weniger Wärmeenergie zum Abschmelzen benötigt. Es kann pro Zeiteinheit eine höhere Abschmelzleistung erbracht werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Pulvern zur Füllung von geschlossenen Fülldrahtelektroden zum Verbindungsschweißen aus einer Legierung, welche 0,4– 1,45 % Kohlenstoff, 5,6–23,1 % Mangan, 1,4–9,4 % Silicium und Eisen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten miteinander geschmolzen und bei einer Temperatur von 1300–1600°C in an sich bekannter Weise in Wasser verdüst werden, wobei der zu verdüsenden Schmelze unmittelbar vor dem Verdüsen bzw. beim Verdüsen ein Modifikationsdraht aus einer metallischen Hülle mit einer Füllung von 10–55 Gew.-% CaMg und 0–40 Gew.-% CaSi, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes, zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulver-Legierung mit zusätzlich mindestens einem der folgenden Bestandteile in Gew.-% hergestellt wird.: Ni 2,8 bis 27,5 % Cr 3,2 bis 22 % Mo 2,4 bis 16 % Nb 0,2 bis 0,09 % W 0 bis 1,4 % Ti 0,04 bis 0,4 % V 0 bis 1,4 % B 0,02 bis 0,3 % Al 0 bis 1,0 %
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulver-Legierung mit zusätzlich mindestens einem der folgenden Bestandteile in Gew.-% hergestellt wird: Cr 52 bis 76% Mo 5,8 bis 8.8 % Ni 1,3 bis 2,4 % V 1,2 bis 2,0 % N 0,2 bis 0,5 % NL 0,2 bis 0,6 % W 3,2 bis 8,0 %

Sn, Sb und/oder As < 0,001 %
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modifikationsdraht mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Bestandteile in Gew.-% zugeführt wird: Mg 0 bis 15 % MgAl 0 bis 20 % FeTi 10 bis 30 % Ti 5 bis 20 % FeB 5 bis 20 %
Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Falzdraht bestehender Modifikationsdraht zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modifikationsdraht mit einem Außendurchmesser von 5 bis 9 mm zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Pulver mit einer Korngröße von unter 0,2 mm hergestellt wird.
Verwendung der mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten Pulver als Füllung in geschlossenen Fülldrahtelektroden zum Verbindungsschweißen, wobei der Füllfaktor der in die Fülldrahtrohre eingefüllten Pulver 11,11 oder 14,2 % beträgt und der Enddurchmesser des auf die gewünschte Dicke heruntergezogenen Fülldrahts 1,2 mm beträgt.