DE2122613A1

DE2122613A1 - Verfahren zum unterplattierungsrißfreien Auftragschweißen

Info

Publication number: DE2122613A1
Application number: DE19712122613
Authority: DE
Inventors: Gert Dr. 4100 Duisburg-Hamborn; Hellendrung Herbert 4200 Oberhausen-Sterkrade; Schudek Dieter 4250 Bottrop. P Lohrmann
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1971-05-07
Filing date: 1971-05-07
Publication date: 1972-11-16
Also published as: IT960628B; DE2122613B2; NL7206210A; AT338592B; JPS537383B1; BE783148A; CH537773A

Description

st4chforN: "IJnterps attierungsrisset Verfahren zum unterplattierungsrißfreien 4-xtragoschweißen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unterplattierungsrißfreien mehrlagigen Auftragoschweißen mittels Band- oder Drahtelektroden nach dem UP-Schweißverfahren auf niedriglegierte Molybdän, Chrom, Nickel und Vanadin einzeln oder in Xombination enthaltende Stähle.
Die im schweren Apparate- und Behälterbau verwendeten niedriglegierten warmfesten Kesselbau- und Reaktorbaustähle und druckwasserstoffbeständigen Stähle werden einer korrosionsbeständigen Schweißplattierung, z.B. aus austenitischem Stahl, versehen. Je nach der geforderten Dicke der Plattierungsschicht und den geforderter schaften wird in einer oder zwei Lagen,#gelegent%ich auch in noch mehr Lagen, geschweißt.
Das Auftrag-schweißen korrosionsbeständiger Schicken im Apparatebau in einer oder mehr Lagen erfolgt meist nach dem bekannten Unterpulver-Bandschweißverfahren. Dabei wird üblicherweise sowohl für die erste als auch für evtl. weste re Lageneine Bandelektrode der Querschnittsabmessurgen' 60 x 0,5 mm benutzt. Die Bandelektrode wird durch einen zwischen Band und GrundWerkstoff unter einer körnigen Pulverschicht brennenden Lichtbogen zur Bildung der Schweißraupe abgeschmolzen. Band und Pulver sind in ihrer Zusammensetzung bzw. ihren Schweißeigenschaften unter Berücksichtigung des betreffenden Grundwerkstoffes aufeinander abgestimmt. Die Schweißparameter - Bandpolung, Stromstärke, Spannung, Schweißgeschwindigkeit, Vorwärmtemperatur sowie Raupenüberdeckung - wurden bisher so gewählt, daß sich eine Plattierung mit einwandfreier Bindung zum Grundwerkstoff ohne übermäßigen Karbidsaum, ohne Schlackeneinschlüsse und Poren und mit der geforderten chemischen Zusammensetzung, Zähigkeit sowie evtl. Beständigkeit gegen interkirstalline Korrosion ergab.
Bei dieser Verfahrensweise zeigten sich in mehreren Fällen beim Auftrage schweißen an bestimmten Stählen interkristallin verlaufende Risse in der Wärmeeinflußzone unterhalb der Plattierung. Es wurde nun von den Erfindern gefunden, daß diese Risse nach dem Spannungsarmglilhen bei Temperaturen zwischen etwa 580 und 68000 im Bereich der Grobkornzone unterhalb der Plattierung auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Unterplattierungsrisse zu vermeiden, und zwar durch eine gesteuerte Beeinflussung der Wärmeeinflußzone während des Auftragschweißens.
Das geschieht gemäß der Erfindung durch zwei aufeinanderfolgende, unterschiedliche Verfahrensabschnitte, bei dessen erstem Abschnitt durch Einbringen der für das Gelingen der Schweißung der unteren Lage mindestens erforderlichen Wärmemenge eine Zone grobkörniger Gefügeausbildung im Grundwerkstoff von extrem geringer Tiefe geschaffen wird, und bei dessen zweitem Abschnitt durch Einbringen einer größeren Wärmemenge beim Aufschweißen der nächsten Lage mittels einer in den Grobkornbereich des Grundwerkstoffes eindringenden Erwärmung eine verfeinernde Umkörnung erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem Prinzip einer vollständigen Umkörnung des gesamten Grobkornes im Bereich der Wärmeeinflußzone unterhalb der Plattierung und fußt auf der durch zahlreiche Versuche belegten Erkenntnis, daß nur diese vollständige Umkörnung eine sichere Gewähr für die Unterplattierungsrißfreiheit, und zwar unabhängig von der Glühtemperatur und der Glühdauer, bietet.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht das einwandfreie Auftragschweißen an den heute bekannten unterplattierungsrißempfindlichen Stählen.
Daher ist es nicht notwendig, neue rißunempfindliche Stähle zu entwickeln, die auf Grund ihrer anderen Eigenschaften schwerwiegende konstruktive und fertigungstechnische Auswirkungen nach sich ziehen könnten.
Das Einbringen einer geringen Wärmemenge während des ersten Verfahrensabschnittes zum Aufschweißen der unteren Lage kann durch die Anwendung einer niedrigen Stromstärke erreicht werden, wobei ein Schweißpulver verwendet wird, das bei dieser niedrigen Stromstärke eine einwandfreie Raupenausbildung ergibt. Als ein solches Schweißpulver kommt ein agglomeriertes, chromzulegierendes Pulver in Frage.
Weiterhin ist es vorteilhaft, auch die nächste Lage unter Vorwärmung des Grundwerkstoffes zu schweißen. Diese während des zweiten Verfahrensabschnittes aufgeschweißte Lage wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung so geschweißt daß die jeweils nachfolgende Raupe innerhalb dieser Lage die vorhergehende Raupe so weit überdeckt, daß die unterhalb der unteren Lage im Grundwerkstoff befindliche Grobkornzone von der wirksamen Wärmeeinflußzone der Raupe der nächsten Lage vollständig erfaßt wird. Diese Überdeckung;, die 12 bis 18 mm bei der bekannten 60 mm breiten Bandelektrode betragen soll, soll ebenfalls sicherstellen, daß alle im Grundwerkstoff entstandenen Grobkornbereiche im Sinne einer Kornverfeinerung umgekörnt werden.
Um auch an den Rändern der Plattierung Unterplattierungsrisse zu vermeiden, wird weiterhin vorgeschlagen, daß in den Anfange- und Endbereichen des zu plattierenden Werkstückes mehrere Raupen von Hand aufgelegt werden. Unterhalb solcher von Hand aufgelegter Raupen entstehen keine Unterplattierungsrisse. An diese Raupen werden dann die äußeren bandgeschweiSten Raupen der unteren Lage in einer Uberdeckung von 8 bis 10 mm aufgeschweißt. Die äußeren bandgeschweißten Raupen der nächsten Lage werden anschließend in einer Uberdeckung der beiden #ndgeschweißten Bereiche der ersten Lage um mindestens 25 mm aufgeschweißt.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte vor- -teilhafte Wirkung läßt sich am besten unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Vergleich zu der herkömmlichen Methode erläutern. In der Zeichnung sind die aufgeschweißte Plattierungsschicht, bestehend aus den einzelnen nebeneinanderliegenden Raupen, sowie die entsprechenden Wärmeeinflußzonen dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 die Plattierung nach dem herkömmlichen Einlagens chweißverfahren; Fig. 2 bezieht sich auf das bekannte Zweilagenschweißverfahren; Fig. 3 betrifft das erfindungsgemäße Verfahren; Fig. 4 stellt die Einzelheit A und Fig. 5 die Einzelheit B nach Fig. 3 dar.
Bei dem Einlagenschweißverfahren (Fig. 1) verbleibt eine je nach der Höhe der Wärmeeinbtringung mehr oder weniger stark ausgebildete Grobkornzone 1 im Grundwerkstoff 2 unterhalb der Schweißraupen 3. Nur in den Bereichen 4 der sich überlappenden Wärmeeinflußzonen 5 kann eine Umkörnung stattfinden.
Da bei der bekannten tweilagenschweißung (Fig. 2) die Raupen 3 bzw. 6 der unteren bzw. der nächsten Lage bisher nicht so geschweißt worden sind, daß eine lückenlose Abdeckung des Grobkornbereiches 1 im Grundwerkstoff 2 unmittelbar unter der Plattierung durch die Wärme ein flußzone oder nächsten Lage gegeben war, verbleiben auch noch hier Bereiche mit nicht umgekörntem Grobkorn 1.
Aus diesem Grunde sind derartige Ein- und Zweilagenschweißungen, wenn sie auf einem entsprechend empfindlichen Grundwerkstoff durchgeführt werden, anfällig für Unterplattierungsrisse. Solche empfindlichen Werkstoffe sind insbesondere die folgenden Stahlqualitäten: Stahl 1 mit max. 0,27% C, 0,50 bis 0,90 % Mn, max. 0,025% P, max.
0,025% S, 0,15 bis 0,35% Si, 0,50 bis 0,90% Ni, 0,25 bis 0,45% Cr, 0,55 bis 0,70% Mo, max. 0,05% V. Stahl 2 mit max 0,25% C, 1,15 bis 1,50% Mn, max. 0,035%?, max.
0,040% S, Q15 bis 0,30% Si, 0,45 bis 0,60% Mo.
Offensichtlich ist aber die Neigung der einzelnen Stähle zur Entstehung der Risse nach dem Plattieren und dem Spannungsarmglühen abhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung, und zwar in erster Linie vom Molybdän- und Vanadin-Gehalt. So ist der erstgenannte Stahl besonders anfällig. Bei ihm können bereits nach wenigen Stunden Glühdauer bei 62000 unter der Plattierung im Bereich der Grobkornzone Risse auftreten. Der an zweiter Stelle genannte Stahl ist weniger empfindlich. Hier wurden Risse erst nach einer 30 ständigen Glühung bei 62000 beobachtet.
Bei#dem erfindungsgemäßen Verfahren (Fig. 3 bis 5) wire beim Aufschweißen der unteren Lage durch ein vermindertes Wärmeeinbringen, indem z.B. eine niedrige Stromstärke gewählt wird, eine nur schmale Grobkornzone erzeugt. Beim Schweißen der zweiten Lage muß die Energiezufuhr so groß sein, daß eine Umkörnung der ursprünglichen Grobkornzone durch eine hinreichend tiefe Wärmeeinflußzone 7 der zweiten Lage gewährleistet ist. Die tberdeckung der einzelnen Raupen 6 der nächsten Lage muß außerdem so stark sein, daß deren Wärmeeinflußzonen 7 die Grobkornbereiche völlig erfassen.
Die Erfindung sei an Hand des nachfolgend aufgeführten Ausführungsbeispieles näher erläutert: Die untere Lage einer austenitischen Plattierung auf den auf Seite 6 zuerst genannten Stahl wird mit einer positiv gepolten Bandelektrode der Querschnittsabmessungen 30 x 0,5 mm bei einer Stromstärke von etwa 220 A, einer Spannung von etwa 29 V und mit einer Schweißgeschwindigkeit von etwa 100 mm/min und etwa Vorwärmung geschweißt. Wegen der bei diesen Schweißbedingungen sehr geringen Vermischung mit dem Grundwerkstoff wird eine Bandelektrode der Qualität X 2 CrNiNb 22 ii benutzt. Als Pulver kommt ein agglomeriertes, chromzulegierendes Pulver bekannter Art zur Anwendung, welches in Verbindung mit dem 30 x 0,5mm Band bei der sehr niedrigen Stromstärke eine gute Schweißraupenausbildung ergibt. Die Raupenüberdeckung beträgt etwa 8 bis 10 mm.
Vor Beginn der Bandschweißung der unteren Lage werden mehrere Raupen 8 (Fig. 3) nach dem Hand-Lichbogenschweißverfahren in einer Gesamtbreite von 40 mm mit Elektroden des Typs X 2 CrNiNb 24 13 aufgetragen. Die erste Bandraupe 3a wird dann mit einer Überdeckun#g von 8 bis 10 mm an diese Handschweißung 8 angelegt. Vor dem Schweißen der letzten Bandraupe 3b (Fig. 5) werden ebenfalls mehrere Raupen 9 von Hand aufgetragen, und zwar so, daß diese letzte Bandraupß 3b die angrenzende Handschweißung 9 mit 8 bis 10 mm überdeckt. Die erste und letzte Bandraupe 6a und 6b der nächsten Lage müssen die beiden handgeschweißten Bereiche um mindestens 25 mm, gerechnet vom jeweiligen inneren Rand 10 der beiden Bereiche, überdecken. Durch die Schweißfolge der unteren Lage wird sichergestellt, daß in den#Wärmeeinflußzonen 5a und 5b am äußeren Rand der ersten und letzten Bandraupe 3a und 3b kein Bereich mit nebeneinanderliegendem umgekörnten und nicht umgekörnten Grobkorn vorliegt Die nächste Lage wird mit einer positiv gepolten Bandelektrode der Querschnittsabmessungen 60 x 0,5 mm bei einer Stromstärke von etwa 710 A, einer Spannung von etwa 29 V und einer Schweißgeschwindigkeit von etwa 170 mm/min unter etwa 1200C Vorwärmung geschweißt.
Die Bandelektrode ist ebenfalls von der Qualität X 2 CrNiNb 22 li. Es wird ein geschmolzenes geschäumtes Pulver ohne Chrozzubrand, welches eine besonders glatte Raupenoberfläche ergibt, verwendet. Die Raupenüberdeckung innerhalb der nächsten Lage beträgt 15 mm.
Damit ist unter den gegebenen Schweißbedingungen eine lückenlose Umkörnung der Grobkornzone unterhalb der Plattierung gewährleistet.
ratentansprüche:

Claims

Patentansprüche: 1.) Verfahren zum unterplattierungs-rißfreien, mehrlagigen Auftragschweißen mittels Band- oder Drahteiektroden nach dem UP-Schweißverfahren auf niedriglegierte, Molybdän, Chrom, Nickel und Vanadin einzeln oder in Kombination enthaltende Stähle, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h zwei aufeinanderfolgende, unterschiedliche Verfahrensabschnitte, bei dessen erstem Abschnitt durch Einbringen der für das Gelingen der Schweißung der unteren Lage mindestens erforderlichen Wärmemenge eine Zone grobkörniger Gefügeausbildung im Grundwerkstoff von extrem geringer Tiefe geschaffen wird, und bei dessen zweitem Abschnitt durch Einbringen einer größeren Wärmemenge beim Aufschweißen der nächsten Lage mittels einer in den Grobkornbereich des Grundwerkstoffes eindringenden Erwärmung eine verfeinernde Umkörnung erzeugt wird.
2,) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die untere Lage mit sehr niedriger Stromstärke geschweißt wird, wobei ein Schweißpulver verwendet wird, das bei dieser niedrigen Stromstärke eine einwandfreie Raupenausbildung ergibt.
3.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß auch die Schweißung der nächsten Lage unter Vorwärmung des Grundwerkstoffes vorgenommen wird.
4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß während des zweiten Verfahrensabschnittes die nächste Lage so aufgeschweißt wird, daß die jeweils nachfolgende Raupe innerhalb dieser Lage die vorhergehende so weit überdeckt, daß die unterhalb der unteren Lage befindliche Grobkornzone von der wirksamen Wärmeeinflußzone der Raupe der nächsten Lage vollständig erfaßt wird.
5.) Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß während des zweiten Verfahrensabschnittes die Lage so aufgeschweißt wird, daß sich die Raupen um 12 bis 18 mm überdecken.
6.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in den Anfangs- und Endbereichen des zu plattierenden Werkstückes mehrere Raupen von Hand aufgelegt werden, daß an diese Raupen die äußeren bandgeschweißten Raupen der unteren Lage in einer Uberdeckung von 8 bis 10 mm aufgeschweißt werden und daß die äußeren bandgeschweißten Raupen der nächsten Lage in einer Uberdeckung der beiden handgeschweißten Bereiche der unteren Lage um mindestens 25 mm aufgeschweißt werden.