DE2040704C3

DE2040704C3 - Pul Vermischung als Schweißhilfsmittel-KernfüUung für selbstabschirmende Seelenelektroden

Info

Publication number: DE2040704C3
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: 1974-08-29
Also published as: SE363256B; FR2059166A5; CA939594A; CH528947A; DE2040704A1; NL7012216A; NL148821B; BR7020924D0; GB1289420A; BE754298A; JPS494145B1; DE2040704B2

Description

Beim automatischen Schweißen gewöhnlicher Stähle

ist es vorteilhaft, die Strom- bzw. Wärmezufuhr ?u erhöhen, um dadus Ji die Schweißleistung zu steigern. Insbesondere erweist es sich beim Schweißen dicker Stahlplatten als wirtschaftlicher, in einer einzigen Lage unter großer Wärmezufuhr zu schweißen, als bei geringerer Wärmezufuhr eine Mehrzahl von Schweißgutlagen aufzutragen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei großer Schweißwärme und insbesondere bei einer einzigen Schweißgutlage die Korngröße des Schweißgutes im allgemeinen grob und dementsprechend die Duktilität gering wird.

Dieses Problem ' esteht insbesondere beim automatischen Schweißen mit selbstabschirmendcn Seelenelektroden. Hier kommt hinzu, daC aus der Schweißatmosphäre eine große Menge Stickstoff vom Schweiß- 3s gut aufgenommen wird, der Fehlsteller; verursacht und die Duktilität herabsetzt. Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, eine verhältnismäßig große Menge an Aluminium zuzugeben, um den zugeführten 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 Nickelanteil zugegeben, durch den die Duktilität erhöht wird (vgl. deutsche Auslegeschrift 1 296494).

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 OC erreichen läßt. Nur bei mehrlagigem Schweißen erzielt man eine Kerbschlagzähigkeit über 4,0 bis maximal 6,0 kgm.

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Zus. A
Zus. B
Zus. C

(	0,76	Si	Lo- lidics ΛI	Ni
0,11	0,89	0.24	0,76	1,23
0,11	0,75	0,13	0,87	1,33
0.09	0,14	1,06	1.44

nicht unbedingt erhöhl. Fig. I zeigt, " "agzähigkeit in Abhängigkeit des in- ο««, .,iobanteiles bei einlagigem Schwei-

n und einem Scbweißstrom von 700 A abnimmt.

Es "st weiterhin bekannt, daß die Zugabe eines ge-_P,_ffneten Anteiles von Titan, das eine desoxidierende ^g" denitrSende Eigenschaft hat, ein feinkörniges ?e und eine Duktilitätserhohung des Schwe.ßbewirken kann. Um eine ausreichende Erhöhung Hit Duktilität beispielsweise auf einen Wert der Kerb- Sl2SÄl tader Größenordnung von IO bis P kern zu erzielen, muß ein relativ hoher rwnanteil von 0.15 bis 0.25% hinzugefügt werden. Dies ,st >n der Praxis meist unmöglich, ν eil die Schweißbarkeit mit zunehmendem Titananteil stark abnimmt. Eine dem Than in dieser Hinsicht gleiche W.rkung entfaltet z'konium, 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 be. holier Schweißwarme ein gleichmäßiges feinkörniges Gefüge und eine hohe Duktilität in der Schweißnaht erzeugt, die Schweißbarkeit nicht beeinträchtigt und höhere Anteile von teuerem Nickel unnötig macht. Zur Losung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung emc Pulvermischun» als Schweißhilfsmittel-Kernfullung fur selbsi-•ibschirmende Seelenelektrodcn mit einem Mantel ■lus niedriglegiertem Baustahl zum automatischen Lichtbogenschweißen von niedriglegicrien Baustahlen vor die gekennzeichnet ist durch eine auf das Gesamtgewicht der Seelenelektrode bezogene Zusammensetzt aus 0,001 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-Legierung.

Es wurde gefunden, daß bei 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 Dukiilität. 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 selbstabschirmenden Seelenelektrode in einer verhältnismäßig großen Menge enthalten; es ist jedoch nicht vorteilhaft, im Hinblick auf die Duktilital mehr als 2.5% Aluminium zuzufügen.

Aus durchgeführten Versuchen hat sich ergeben, daß die Kerbschlagzähigkeit von einlagig mit großer Schweißwärme geschweißtem Gut unter Verwendung von Seelenelcktroden mit der erfindungsgemäßen PuI-vennischung als Kernfüllung gleich oder besser als diejeniee von mehrlagig mit relativ geringer Wärmezufuhr''geschweißtem Gut unter Verwendung herkömmlicher selbstabschirmender Seelenelektroden

0,031 0.030 0.021

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Zur Erzielung eines feinen Gefügekorns des Schweißguts ist es weiterhin bekannt, dem Schweißzusatz 0,10 bis 0,20% Molybdän oder 0.02 bis 0,05% Niob zuzufügen. Dadurch wird die Duktilität des Schweiß

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen und Tabellen naher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. IA und IB Schaubilder für die Abhängigkeit der Kerbschlagzähigkeit (vEo) nach Charpy vom Niob- und Molybdängehalt herkömmlicher Seelenelektroden,

F i g. 2 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen den Anteilen an Titan im Schweißgut

bei Verwendung tier erlindungsgcmiiden Pulvermiichung »Is KernfüNung von jeelenelektroden einerißiis und herkömmlicher Seelenelektroden andererseitserkennen läßt,

F i g. 3 eine grafische Darstellung, aus der sich die Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit durch Anwendung der erfindungsgemäßen Pulvermischunu als Kernfüllung einer Seelenelektrode ergibt,

F i g. 4 eine der F i g. 3 analoge grafische Darstellung, jedoch bei anderen Schweißbedingungen, und die Fotos 1 bis 3 SchlifTbilder von einlagig niedergelegtem Schweißgut, das unter Verwendung herkömmlicher Seelenelektroden (Fotoli bzw. unter Verwendung von erfindungsgemäü ausgestatteten selbstabschirmenden Seelenelektroden mit relativ geringem

Anteil der speziellen Elemente (Foto 2) und relativ hohem Anteil der speziellen Elemente (Foto 3) nieder-

^BeS! Γη Ersuchen, die zu den in F i g. 3 wiedergegebenen Ergebnissen führten wurden Seelen*ü 0-den mit einer gemäß der nachfolgender, Tabelle1 zu sammengesetzten Pulvermischung als KernRillung verwendet (Gruppen 3 und 4). Die Z»«n™g des Elektrodenmantels entspricht der der einleiwnd erwähnten und in ihrer Zusammensetzung angegebenen bekannten Elektroden. Der Schwe.ßstrom betrug 400 A; die Schweißkerbe hatte eine 50 V-Form, die Dicke der Platte aus Schmiedeeisen betrug 28 mm. die Schlagprobe war Nr. 1 2, 2 mm V-Kerbung nach C h a r ρ y.

Tabelle

Verbesserungen von Seelenelektroden zur Verwendung bei selbstabschirmender Lichtbogenschweißung

{siehe Fig. 3)

Λ,.,,π,η^,Λ,η, Λ /uv.n.incn.cl/un, H ' Zu,.„nnKU^/un_r C I /usammcn^l/ung D

In Gewichtsprozent zugegebene Elemente bezogen aiii das
Gewicht der Seelenelektrode

Gruppe I

Gruppe 2

Gruppe 3

Gruppe 4

ohne /uiiabe \on Ti. /r und B
Ti = 0.0H)"„. Zr =- «emger als 0.002" „.
Ti = 0.020",,. Zi = 0.003" 0. B = 0.001"
Ti - 0.029%. Zr - 0.005"... B =- 0.002"

B = weniger als 0.001"

Die Fin. 4 und die Tabelle 2 /einen die Verbesserung der Kerbschlagzäh.gkeit von einlagig geschwuß cn Gut bei Verwendung von 4-mm-Elektrodcn und einem Schweißstrom von 600 his 7(K) A. d. h. einer relativ grollen Schweißwärme. Die übrigen Bedingungen waren die gleichen wie beim vorangehenden Beispiel, uu. in F i g. 4 erwähnte Probe 1 entspricht "unter Verwendung einer herkömmlichen 3.2-mm-Seeleneleklrotle erna.i«.-nem Schweißgut. Tibelle ^Ί

Chemische Zusammensetzungen des Schweiüguts

l'rnhcn

Hc /us.tmmcnscl/unir in ".

0.10
0.10
0.09
0.10

Mn

0.85
0.88
0.87
0.87

Si

0.08 0.07 0 09 0.07

0.033 0.032 0.031 0.033

Ni

0.93

(187
0.85
0.89

0.63
0.67
0.69
0.70

0.021
0.030
0.042

0.003
0.004
0.005

Aus den F i g. 3 und 4 und den Tabellen 1 und 2 ist zu ersehen, dal! die Kcrbschlagzähigkcit durch Verwendung der erfindungsgemäßen Puhermisdiung merklich erhöhl wird Sie liegt über derjenigen von herkömmlich cinlagig geschweißtem Gut unter Verwendung üblicher Elektroden. Wie sich weiterhin aus den Fotos 2 und 3 im Vergleich zum Foto I ergibt, wird auch das GcTiige des Schweißguts durch die erfindungsgemäße Kcrniullung in Seelenelektroden erheblich verfeinert.

Die nachfolgende Tabelle 3 gibl die Kcrbschlag/ähigkeii wieder.die hei mehrlagigem Schweißen unter Verwendung einer Seelenelektrode mit der erfindungsgemäßen Kemfüllung c.vieli wurde Die Schweißbcdiiigungen sind ebenfalls aus der Tabelle entnehmbar. Die Kerbschlagzähigkcitswcrtc liegen erheblich über den Werten ir der Größenordnung von lOkgm. die unter Anwendung bekannter Elektroden erzielhar sind.

Tabelle

1 inkcrbiing

50 ./

W'"^:'^s

/ /111 i 111 /",'. - / /|

Vn π IfKlIU:.

Schάeißstrom 400A
Spannung 27 V
Geschwindigkeit 25 cm min

Drahtabmessung 45 mm

\I-!ti Ik.μ ml

13.0
18,0
20.0

Mittelwert 17.0

Ai'genRillig ist die Verbesserung der Duklilitä't jemessen an dem Titananteil der erfindungsgemäßen Pulvermisehung im Vergleich zu dem herkömmlich benötigten Titananteil von 0.15 bis 0.25%. Aus den Fig. 2 bis 4 und den Tabellen 1 und 2 können folgende Ergebnisse entnommen werden:

Ausbeute an Titan: Wenn ausschließlich Titan zugegeben wird:

35 bis 65% (Mittelwert: 50%). (1)

Bei Zugabe in Verbindung mit anderen Elementen:

85 bis 100% (Mittelwert: 93%). (2)

(0/(2)= 1/3 bis l/l

In Versuchen hat sich gezeigt, daß die Zugabe von Bor zwischen 0,001 und 0.006% nicht nur das Gefügc sondern auch die Duktilitüt von eintägigem Schwciß-IiUt verbessert. Die Zugabe von mehr als 0.006% Bor erweist sich als nachteilig. Auch traten die erwünschten Ergebnisse nicht ein. wenn ausschließlich Bor der Kcrnflillung der Seelenelektrode zugegeben wurde.

Bedeutsam ist auch die Einsparung an Nickel durch Anwendung der crfindungsgcmäßen Kcrnfüllung. Diese wird deutlich aus der nachfolgenden Tabelle 4. aus der sich ergibt, daß die Duktilitüt des Schweißguts bei Verwendung der erfindungsgemäßen KcrnfliUung selbst dann nicht herabgesetzt wird, wenn der Gehalt an Nickel verringert wird.

	Ni in ".ι	\\ «messern	3.3	oll·.;! ■ m Werte	Mine) werte
Tabelle 4	0.85	3.0	5,9 7.0 9.4	4.0	3,4
	0 0.35 0.85	5.5 7.0 9.1	Γι. 2 7.5 9.5	5.9 7.2 9.3

(Einhigig niedergelegtes SchwciHgut)
SchwciUgul
η herkömmlicher Weise
Nach der Erfindung

(Mehrlagig niedergelegtes Schweißgut)

	Ni	5.8	\l	.ο (kg ■ m	Mitte
SchwciBgul	in "..			c Werte	werte
		7.9			6.4
In herkömmlicher	1.5	7.3	5.9	7.9
Weise		8.7			8.7
Mach der Erfindung	O	8.2	10.1	8.0
	0.6	7.9	8.6	9.5
	1.5	9.5	10.4

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 0,75Vo. 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-Legicrung 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 z.wisehen den kritischen Anteilen an Aluminium zur Vermeidung von Porosität oder Fehlstellen, wenn die oben beschriebene Aluminium-Eiscn-Legierung verwendet wird, sowie den AluminiumgehaU im Schweißgut.

Tabelle 5

(Einlagig niedergelegtes Schweißgut)

·-■■--■ ■■ ■ 1 ..._._ -

F.lcmcnte im Scliweini:>it in "η | I"_chl-

si el I cn

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% Aluminiuman^eil treten jedoch Fehlstellen auf.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

F.lcktrodc.	Herkömmlich	3.2 mm £	Spezielle tilemen
	Herkömmlich	Λ1 " ο
Gemäß der Erfindung . ..	2 35
Gemäß der Erfindung ...	2.1 S	Ti -
Gemäß der Erfindunu ...	1.95	Zr =
1,65	B =
1.50

	= 0.075%
= 0.013%
-- 0.003%

N	ΛI gel.	Ti	/r	B
0.032	1.01
0.035	0.82	—		--
0.030	0.63	0.038	0.004	0.002
0.038	0.45	0.040	0,004	0.002
0.037	0.37	0.035	0.003	0.002

Claims

Patentanspruch:

Pulvermischung »Is Schweißhilfsmiuel-Kernrul· lung für selbstabschirmende Seelenelektroden mit einem Mantel aus niedriglegiertem Baustahl zum automatischen Lichtbogenschweißen von niedriglegierten Baustählen, gekennzeichnet durch eine auf das Gesamtgewicht der Seelenelektrode bezogene Zusammensetzung aus 0,001 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-Legierung.

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