DE2040704B2

DE2040704B2 - Pulvermischung als Schweißhilfsmittel-Kernfüllung für selbstabschirmende Seelenelektroden

Info

Publication number: DE2040704B2
Application number: DE19702040704
Authority: DE
Inventors: Haijime Tokio Nakamura; Ichiro Yokohama Ohta
Original assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokio
Current assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokio
Priority date: 1969-09-13
Filing date: 1970-08-17
Publication date: 1974-02-07
Also published as: NL7012216A; CH528947A; SE363256B; GB1289420A; FR2059166A5; CA939594A; BE754298A; DE2040704A1; BR7020924D0; DE2040704C3; NL148821B; JPS494145B1

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

	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

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.

Tabelle

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

0.021
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.

Tabelle

	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.

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

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

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

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

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.