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st4chforN: "IJnterps attierungsrisset Verfahren zum unterplattierungsrißfreien
4-xtragoschweißen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Unterplattierungsrisse
zu vermeiden, und zwar durch eine gesteuerte Beeinflussung der Wärmeeinflußzone
während des Auftragschweißens.
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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.
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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.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht das einwandfreie
Auftragschweißen an den heute bekannten unterplattierungsrißempfindlichen Stählen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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0,040% S, Q15 bis 0,30% Si, 0,45 bis 0,60% Mo.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Damit ist unter den gegebenen Schweißbedingungen eine lückenlose Umkörnung
der Grobkornzone unterhalb der Plattierung gewährleistet.
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ratentansprüche: