DE2040704B2 - Pulvermischung als Schweißhilfsmittel-Kernfüllung für selbstabschirmende Seelenelektroden - Google Patents
Pulvermischung als Schweißhilfsmittel-Kernfüllung für selbstabschirmende SeelenelektrodenInfo
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Description
Beim automatischen Schweißen gewöhnlicher Stähle
ist es vorteilhaft, die Strom- bzw. Wärmezufuhr /11 erhöhen, um dadurch die Schweißleistung zu steigern.
Insbesondere erweist es sich beim Schweißen dicker Stahlplatten als wirtschaftlicher, in einer einzigen Lage
unter großer Wärmezufuhr ^u schweißen, als bei geringerer
Wärmezufuhr eine Mehrzahl von Schweißgutlagen aufzutragen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß
bei großer Schweißwärme und insbesondere bei einer einzigen Sc"'weißgutlage die Korngröße des Schweißgutes im allgemeinen grob und dementsprechend die
Duktilität gering wiru.
Dieses Problem besteh! insbesondere beim automatischen
Schweißen mit sclbstabschirmcndcn Seelenelektroden. Hier kommt hinzu, daß aus der Schweißatmosphäre
eine große Menge Stickstoff vom Schweißgut aufgenommen wird, der Fehlstellen verursacht und
die Duktilität herabsetzt. Um dies zu vermeiden, ist es
bekannt, eine verhältnismäßig große Menge an Aluminium zuzugeben, um den zugefiihrlen Stickstoff in
Aluminiumnitrid zu überführen. Der Aluminiumanteil liegt bei 0,75% im Schweißgut. Daraus resultiert
aber wieder ein grobes Gcfügekorn und eine geringe Duktilität. Es wird deshalb zusätzlich ein beträchtlicher
Niekclantcil zugegeben, durch den die Duktilität erhöht wird (vgl. deutsche Auslegeschrift 1 296 494).
Versuche haben gezeigt, daß sich unter Verwendung von umhüllten Elektroden mit der in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Zusammensetzung des
Schweißguts mit einem Nickelanteil zwischen 1,0 und 1.5% bei einlagigem Schweißen nur eine Kerbschlag-Zähigkeit
(vEo) nach C h a r ρ y bis zu maximal 3.5 kgm bei 0 C erreichen läßt. Nur bei mehrlagigem Schweißen
erzielt man eine Kerbschlagzähigkeit über 4.0 bis maximal 6.0 kam.
Zus. A
Zus. B
Zus. C
Zus. B
Zus. C
Mn | S, | I <is- | Ni | |
( | llcllcs | |||
0.76 | 0,24 | ΛΙ | 1,23 | |
0,11 | 0,89 | 0,13 | 0,76 | 1.33 |
0,11 | 0,75 | 0,14 | 0,87 | 1,44 |
0,09 | 1,06 | |||
35
40
45
0.031 0.030 0.021
fto
Zur Erziclungeines feinen Gefügckorns des Schweißguts
ist es weiterhin bekannt, dem Schwcißzusatz 0.10 bis 0,20% Molybdän oder 0,02 bis 0,05% Niob
zuzufügen. Dadurch wird die Duktilität des Schweißuuis
jedoch nicht unbedingt erhöht. Fig. 1 zeigt.
JaB die Kerbschliigzähigkeit in Abhängigkeit des
Molybdän- oder Niobanteiles bei cinlagigem Schweiz
Ikii und einem Schweißsirom von 700 Λ abnimmt.
Es ist weiterhin bekannt, daß die Zugabe eines goeiuneten
Anteiles von Titan, das eine desoxidieremJe und denitrierende Eigenschaft hat, ein feinkörniges
Gefüge und eine Duktüiiätserhöhunj.· des SchweiB-liutjs
bewirken kann. Um eine ausreichende Erhöhung tier Duktilität, beispielsweise auf einen Wert der Kerbschiagzähigkeit
in der Größenordnung von 10 bis 12 kum, zuTerzie'en, muß ein relativ hoher Tiiananleii
von 0.15 bis 0,25% hinzugefügt werden. Dies ist in der
Praxis meist unmöglich, weii die Schweißbarkeit mit zunehmendem Tiiananteil stark abnimmt. Eine dem
Titan in dieser Hinsich; gleiche Wirkung entfallet Zirkonium, das aus den genannten Gründen ebenfalls
in der Praxis nicht anwendbar ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde,
ein Schweißhilfsmittel vorzuschlagen, das insbesondere bei einlagigem Schweißen und bei hoher Schweißwärme
ein gleichmäßiges feinkörniges Gefügc und eine hohe Duktilität in der Schweißnaht erzeugt, die
Schweißbarkeit nicht beeinträchtigt und höhere Anteile von teuerem Nickel unnötig macht. Zur Lö>ung
dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Pulvermischung als Schwcißhilfsmittel-Kemfüllung für selbstabschirmendc
Scelenelektrodcn mit einem Mantel aus niedrigiegiertem Baustahl zum automatischer.
Lichtbogenschweißen von niedriglegierten Baustählen vor. die gekennzeichnet ist durch eine auf das Gesamtiiewieht
der Seelenelektrode bezogene Zusammensetzen
u aus 0.(X)I bis 0.006% Bor, 0,002 bis 0,020% Zirkonium.
0.010 bis 0.100% Titan und 1,4 bis 2,5% Aluminium, gegebenenfalls in Form einer Aluminium-Magnesium-
oder Aluminium-Eisen-Legicrung.
Es wurde gefunden, daß b*i Zugabe von mindestens
0.001 % Bor sich ein feinkörniges Gefüge im Schweißgut einstellt: Bor darf jedoch nicht der einzige Zusatz
sein. Ein Zusatz von weniger als 0,002% Zirkonium bringt keine Verbesserung der Duktilität. Die Zugabe
von mehr als 0,020% Zirkonium ergibt wieder eine Neigung zur Bildung von Zirkoniumnitrid und Zirkoniumoxyd,
die die Kerbschlagzähigkeit herabsetzen. Die Zugabe von mehr als 0,100% Titan bewirkt eine
Abnahme der Duktilität. Aluminium ist gewöhnlich in einer sclbstabschirmendcn Seelenelektrode in einer
verhältnismäßig großen Menge enthalten; es ist jedoch nicht vorteilhaft, im Hinblick auf die Duktilität
mehr als 2.5% Aluminium zuzufügen.
Aus durchgeführten Versuchen hat sich ergeben, daß die Kerbschlagzähigkeit von einlagig mit großer
Schweißwärnic geschweißtem Gut unter Verwendung von Seelcnelektroden mit der erfindungsgemäßen Pulvermischung
als Kernfüllung gleich oder besser als diejenige von mehrlagig mit relativ geringer Wärmezufuhr
geschweißtem Gut unter Verwendung herkömmlicher selbstabschirmender Seelenelektroden
ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen und Tabellen näher erläutert. In den
Zeichnungen zeigen
Fig. IA und I B Schaubilder für die Abhängigkeit
der Kerbschlagzähigkeit (vEo) nach Charpy vom Niob- und Molybdängehalt herkömmlicher
Seelenelektroden.
Fig. 2 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis
zwischen den Anteilen an Titan im Schweißgut
bei Verwendung der ciimdungsgemäßcn Pulvermisciuing
als "KemOillung von Seelenelekireden einerr,cü>
und herkömmlicher Seelenelektroden andererseits
erkennen läßt,
!· i ü. λ eine grafische Darstellung, aus der sich die '.
Erhöhung der Kerbschlugzähigkeii durch Anwendung
der erfindungsgemäiten Puivermischung als Kenffiillung
einer Seelenelektrode ergibt,
i- i g. 4 eine der F i t. 3 analoge grafische Darstellung,
jedoch bei anderen Schweißbedingunuen, und die Fotos 1 bis 3 Schiifibilder von einlügig niedergelegtem
Scluveiügut. das unter Verwendung herkömmlicher Seelenelektroden (Foto I) bzw. unter Verwendung
von erfindungsgemiiß ausgestatteten selbstabschirmenden
Seelenelektroden mit relativ geringem
Anteil der speziellen Elemente (Foto 2) und relativ hohem Anteil der speziellen Eiemente (Foto 3) niedergelegt
wurde.
Bei den Versuchen, die zu den in F i g. 3 wiedergegebenen
Ergebnissen führten, wurden Seelenelektroden
mit einer gemäß der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengesetzten Puivermischung als Kemüilhing
verwendet (Gruppen 3 und 4). Die Zusammensetzung des Elektrodenrnantels entspricht der der einleitend
erwähnten und in ihrer Zusammensetzung angegebenen bekannten Elektroden. Der Schweißslrom betrug
400A; die Schweißkerbe halte eine SO^V-Form; die
Dicke der Platte aus Schmiedeeisen betrug 28 mm; die Schlagprobe war Nr. 1,2, 2 mnf V-Kerbung nach
C h a r ρ y.
labeile I
Verbesserungen von Seelenelektroden zur Verwendung bei selbstabschirmender Lichtbogenschweißung
(siehe F i e. 3)
lilckirodcn
In Gewichtsprozent zugegebene
Elemente bezogen auf das
Gewicht der Seelenelektrode
Elemente bezogen auf das
Gewicht der Seelenelektrode
Gruppe I
Gruppe 2
Gruppe 3
Gruppe 4
Zusammensetzung A | Zusammensetzung B
Zusammensetzt: -.g'
Zusammensetzung D
ohne Zugabe von Ti. Zr und B
Ti = 0,010%. Zr = weniger als 0.002%. B = weniger als 0.001%
Ti = 0,020%. Zr = 0,003%.. B = 0.001%
Ti = 0,029%, Zr = 0,005%. B = 0,002%
Die Fig. 4 und die Tabelle 2 zeigen die Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit von einlagig geschweißtem
Gut bei Verwendung von 4-mm-Elektroden und einem Schweißstrom von 600 bis 700 A. d. h. einer relativ großen
Schweißwärme. Die übrigen Bedingungen waren die gleichen wie beim voraufgehenden Beispiel. Die in
F 1 g. 4 erwähnte Probe I entspricht unter Verwendung einer herkömmlichen 3,2-mm-SeeIenelektrode erhaltenem
Schweißuut.
Chemische Zusammensetzungen des Schweißguts
C | Allgemeine Zusammensetzung ii | Mn | 0.08 | N | Ni | Ai ge | |
Proben | 0.10 | 0,85 | 0,07 | 0,033 | 0.93 | 0,63 | |
0,10 | 0,88 | 0.09 | 0,032 | 0,87 | 0.67 | ||
I | 0.09 | 0.87 | 0,07 | 0,031 | 0.85 | 0.69 | |
0.10 | 0.87 | 0,033 | 0,89 | 0.70 | |||
3 | |||||||
4 | |||||||
Zr | B |
0.003 | 0,001 |
0,004 | 0,001 |
0,005 | 0.002 |
Spezielle Zusammensetzung in Ό
Ti
Ti
0.021
0,030
0,042
0,030
0,042
Aus den F i g. 3 und 4 und den Tabellen I und 2 ist zu ersehen, daß die Kerbschlagzähigkeit durch Verwendung
der erfindungsgemäßen Pulvermischung merklich erhöht wird. Sie liegt über derjenigen von herkömmlich einlagig
geschweißtem Gut unter Verwendung üblicher Elektroden. Wie sich weiterhin aus den Fotos 2 und 3
im Vergleich zum Foto I ergibt, wird auch das Gefii^e djs Schweißguts durch die erfindungsgemäße Kernfüllung
in Seelenelektroden erheblich verfeinert.
Die nachfolgende Tabelle 3 gibt die Kerbschlagzähigkeil wieder, die bei mehrlagigem Schweißen unter Verwendung
einer Seelenelektrode mit der erfindungsgemäßen Kernfüllung erzielt wurde. Die Schweißbedingungen
sind ebenfalls aus der Tabelle entnehmbar. Die Kerbschlagzähigkeitswerte liegen erheblich über den Werten in
der Größenordnung von lOkgni, die unter Anwendung bekannter Elektroden erzielbar sind.
Einkerbung | Schweißbedingungen | vEo (kg· tn) | |
V- | "7 | Schweißstrom 400A Spannung 27 V Geschwindigkeit 25 cm/min Drahtabmessung 45 mm |
13.0 18.0 20,0 |
I 25 mm / Ίιπ ι I |
/π 111111 /11/f ι \ /// Schmiedeeisen /, |
Mittelwert 17.0 | |
T . | Λ Durchgänge | ||
Augenfällig ist die Verbesserung der Duktilitäl
gemessen an dem l'itananteil der erfindungsgcmäßen
Pulvermischung im Vergleich /u dem herkömmlich benötigten Titananteil von 0,15 bis 0,25%. Aus den
Fig. 2 bis 4 und den Tabellen I und 2 können folgende
Ergebnisse entnommen werden:
Ausbeute an Titan: Wenn ausschließlich Titan zugegeben
wird:
35 bis 65% (Mittelwert: 50%). (I)
Bei Zugabe in Verbindung mit anderen Elementen:
85 bis 100% (Mittelwert: 93%), (2)
(l)/(2)= 1/3 bis 1/2.
(l)/(2)= 1/3 bis 1/2.
In Versuchen hat sich ge/cigt. daß die Zugabe von
Bor zwischen 0,001 und 0,006'W) nicht nur das Gefiigc
sondern auch die Duktilität von einlagigem Schweißgut verbessert. Die Zugabe von mehr als 0,006% Bor
erweist sich als nachteilig. Auch traten die erwünschten Ergebnisse nicht ein. wenn ausschließlich Bor der
Kernfüllung der Seelenelektrode zugegeben wurde.
Bedeutsam ist auch die Einsparung an Nickel durch Anwendung der erfindungsgemäßen Kernfüllung.
Diese wird deutlich aus der nachfolgenden Tabelle 4, aus der sich ergibt, daß die Duktilität des
Schweißguls bei Verwendung der erfindungsgemäßen Kernfüllung selbst dann nicht herabgesetzt wird, wenn
der Gehalt an Nickel verrinnen wird.
Tabelle 4 (Einlagig niedergelegtes Schweißgut)
vl-'o Ikg- m|
Schweißen!
In herkömmlicher
Weise
Weise
Nach der Erfindung
(Mehrlagig niedergelegtes Schweißgut)
itl "Ί,
Liemcssenc | 3,3 | Werte | Mittel werte |
3.0 | 5«) | 4,0 | 3.4 |
5,5 | 7,0 | 6.2 | 5.9 |
7,0 | 9,4 | 7,5 | 7,2 |
9,1 | 9.5 | 9.3 |
SchweilSgut
In herkömmlicher
Weise
Weise
Nach der Erfindunn
Ni
0
0.6
1.5
vEo (kg m)
gemessene | 5.9 | Werfe | Mitte werte |
5.8 | 8.2 | 7,9 | 6,4 |
7,9 | 7,9 | 10,1 | 8,7 |
7.3 | 9,5 | 8,6 | 8,0 |
8.7 | 10,4 | 9,5 |
Die Erfindung ermöglicht weiterhin eine beträchtliche Verminderung des erforderlichen Anteiles an
Aluminium, um damit Fehlstellen in der Schweißnaht zu verhindern. Wie eingangs schon erwähnt, betrug
bisher der als notwendig erachtete Aluminiumanteil im Schweißgut 0.75%, d. h. bei einlagig niedergelegtem
Schweißgut 0,65% und bei mehrlagig niedergelegtem Schweißgut 0,80%. Aus Sicherheitsgründen wurde der
Aluminiumanteil sogar noch höher gewählt. Das Aluminium liegt im Schweißgut als feste Lösung vor.
so daß die Bildung von Ferriten im Schweißgut stark erleichtert wird, die die Duktilität erhöhen. Das Aluminium
oder ein Teil einer Aluminium-Magnesium-Legierung, die zuvor auch mit einer Aluminium-Eisen-Legierung
mit einem großen Anteil an Eisen legiert werden kann, wird normalerweise in Pulverform verwendet.
Danach werden die weiteren speziellen Elemente der erfindungsgemäßen Mischung dieser Legierung
zugegeben.
Die nachfolgende Tabelle 5 zeigt die Beziehung zwisehen den kritischen Anteilen an Aluminium zur Vermeidung
von Porosität oder Fehlstellen, wenn die oben beschriebene Aluminium-Eisen-Legierung verwendet
wird, sowie den Aluminiumgehalt im Schweißgut.
Tabelle 5 (Einlagig niedergelegtes Schweißgut)
Elektrode | 3.2 mm 0 | Spezielle Elemente | N | Elemente im Schweißgut in % | Ti | Zr | B |
Al % | 0,032 | Al gel. | |||||
Herkömmlich ... | ?35 | 0,035 | 1,01 | ||||
Herkömmlich | 7 15 | Ti = 0,075% | 0,030 | 0,82 | 0,038 | 0,004 | 0.002 |
Gemäß der Erfindung ... | 1,95 | Zr = 0,013% | 0,038 | 0,63 | 0,040 | 0.004 | 0,002 |
Gemäß der Erfindung ... | 1,65 | B = 0,003% | 0,037 | 0,45 | 0,035 | 0,003 | 0,002 |
Gemäß der Erfindung ... | 1,50 | 0,37 |
Fehlstellen
keine
keine
keine
keine
keine
keine
keine
keine
keine
Aus der Tabelle 5 ist zu ersehen, daß ein Aluminiumanteil von 1,5% bei der erfindungsgemäßen Kernfüllung
bezogen auf das Gesamtgewicht der Seelenelektrode, ausreicht, um Fehlstellen zu vermeiden. Unter 1,4% Alumi
niumanteil treten jedoch Fehlstellen auf.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch-Pui Vermischung ais SdiweiLihilfsmiHcl-Kenifiillung für .selbstabschirmende Seelenelektrode!! mit einem Mantel aus niedriglegiertem Baustahl /um automatischen Lichtbogenschweißen von niedriü- !egierten Baustählen, gekennzeichne: durch eine auf das Gesamtgewicht der Seelenelektrode bezogene Zusammensetzung aus 0,0Ol bis 0,006% Bor, 0,002 bis 0,020% Zirkonium. 0,010 bis 0,100% Titan und 1,4 bis 2,5% Aluminium, gegebenenfalls in Form einer Aluminiuni-Magnesium- oder Aluminium-Eisen-Legierung.
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Legal Events
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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