DE2122613B2

DE2122613B2 - Verfahren zum unterplattierungsrissfreien auftragschweissen

Info

Publication number: DE2122613B2
Application number: DE19712122613
Authority: DE
Inventors: Gert Dr. 4100 Duisburg-Hamborn; Hellendrung Herbert 4200 Oberhausen-Sterkrade; Schudek Dieter 4250 Bottrop Lohrmann
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1971-05-07
Filing date: 1971-05-07
Publication date: 1973-05-03
Also published as: CH537773A; BE783148A; NL7206210A; DE2122613A1; JPS537383B1; IT960628B; AT338592B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unterplattierungsrißfreicn, mehrlagigen Auftragsschweißen mittels Band- oder Drahtelektroden nach dem UP-Schweißverfahrcn auf niedriglegierte. Molybdän, Chrom, Nickel und Vanadin einzeln oder in Kombination enthaltende Stähle.

Die im schweren Apparate- und Behälterbau verwendeten niednglegierten warmfesten Kesselbau- und Reaktorbaustähle und druckwasserstolfbeständigen Stähle werden häufig mit einer korrosionsbeständigen Sehweißplatüerung. z. B. aus austenitischem Stahl, versehen. Je nach der geforderten Dicke der Plaitierungsschicht und den geforderten Eigenschaften wird in einer oder zwei Lagen, geleüenilich auch in noch mehr Lagen, geschweißt.

ίο Das Auftragschweißen korrosionsbeständiger Schichten im Apparatebau in einer oder mehr Lagen eifola; meist nach dem bekannten Unterpuher-Bandschweißverfahren. Dabei wird üblicherweise sowohl für die erste als auch für eventuell weitere Lagen eine Bandelektrode der Querschnittsabmessungen 60 · 0.5 mm benutzt. Die Bandelektrode wird durch einen zwischen Band und Grundwerkstoff unter einer körnigen Pulverschielit brennenden Lichtbogen zur Bildung der Schweißraupe abgeschmolzen. Band

so und Pulver sind in ihrer Zusammensetzung bzw. ihren Schweißeigenschaften unter Berücksichtigung des betreffenden Grundwerkstoffes aufeinander abgestimmt. Die Schweißparameter — Bandpolung, Stromstärke. Spannung, Sch weißgesch windigkeit. Vorwarmtempe-

ratur sowie Raupenüberdeckung — wurden bisher so gewählt, daß sich eine Plattierung mit einwandfreier Bindung /!>m Grundwerkstoff ohne übermäßigen Karbidsaum, ohne Schlackeneinschlüsse und Poren und mit der geforderten chemischen Zusammensetzung, Zähigkeit sowie eventuell Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion ergab.

Bei dieser Verfahrensweise zeigten sich in mehreren Fällen beim Auftragschweißen an bestimmten Stählen interkristallin verlaufende Risse in der Wärmeeinflußzone unterhalb der Plattierung. Es wurde nun von den Erfindern gefunden, daß diese Risse nach dem Spannungsarmglühen bei Temperaturen zwischen etwa 580 und fi80 C im Bereich der Grobkornzone unterhalb der Plattierung auftreten.

Im Gegensatz zum UP-Schweißverfahren wurden bei der Anwendung der Elektrodenhandschweißung, bei dem mit wesentlich geringerem Wärmeeinbringcn gearbeitet wird, keine Unterplattierungsrisse gefunden. Jedoch können Iver, wenn entsprechend empfindlichc Stähle verarbeitet werden, unmittelbar nach dem Auftragschweißen Härterisse im Grundwerkstoff entstehen. Solche härterißempfindlichen Stähle werden z. B. für Schienen verwendet. In der deutschen Patentschrift S55 348 ist ein Verfahren beschrieben, nach dem die Härterisse beim Auftragschweißen von verschleißfesten Schichten auf Schienenköpfe vermieden werden können. Danach wird bei dem mehrlagigen Auftragschweißen das Wärmeeinbringen jeweils so eingestellt, daß die beim Auftragen der ersten Lage im Grundwerkstoff unterhalb der Auftragschicht erzeugte Härte durch das Schweißen der weiteren Lagen so weit abgebaut wird, daß keine Härterisse entstehen. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte sind nicht auf die Vermeidung von solchen Rissen zu übertragen, die unmittelbar unter der Plattic ung im Grundwerkstoff auftreten, wenn das plattierte Werkstück einer Spannungsarmglühung unterzogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Unterplattierungsrisse zu vermeiden, und zwar durch eine gesteuerte Beeinflussung der Wänneeinllußzone während des Auftragschweißens.

Das geschieht gemäß der Erfindung durch zwei

aufeinanderfolgende, unterschiedliche Verfahrensühschnitte. bei dessen erstem Abschnitt durch Einbringen der für das Gelingen der Schweifung der unteren Luge mindestens erforderlichen Wärmemenge tine Zone grobkörniger Gefügeausbildung im Grundwerkstoff von extrem geringer liefe geschaffen wird und bei dessen /weitem Abschnitt durch Einbringen einer »rößeren Wärmemenge beim Aufschweißen der nächsten Lage mittels einer in den Grobkornbereich des Grundwerkstoffes eindringenden Erwärmung eine verfeinernde Umkörnung erzeugt wird.

Das erfmdungsgemäße Verfahren beruht auf dem Prinzip einer vollständigen Umkörnung des gesamten Grobkornes im Bereich der Wärmeeinliußzone unterhalb der Plattierung und fußt auf der durch zahlreiche Versuche belegten Erkenntnis, daß nur diese vollständige Umkörnung eine sichere Gewähr für die I nierplatüerungsrißfreiheit. und zwar unabhängig von dei Glühtemperatur und der Glühdauer, bietet.

Die Anwendung des eründungsgemäßen Verfahrens ermöglicht das einwandfreie Auftragschweißen an den heute bekannten unterplauierungsrißemplindlichen Stählen. Daher ist es nicht notwendig, neue nßunempfmdliehe Stähle zu entwickeln, die auf Cirund ihrer anderen Eigenschaften schwerwiegende konstruktive und fertigungstechnische Auswirkungen nach sieh ziehen könnten.

Das Einbringen einer geringen Wärmemenge während des ersten Verfahrensabschniltes 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.

Weilerhi.. 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 Raup^ der nächsten Lage vollständig erfaßt wird. Diese Überdeckung, die 12 bis 18 mm bei der bekannten 60 mm breiten Bandclektrodc 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 Anfangs- und Endbereichen des zu plattierenden Werkstückes mehrere Raupen von Hand aufgelegt werden. Unterhalb solcher von Hand aufgelegter Raupen entstehen keine Unlerplattierungsrisse. An diese Raupen werden dann die äußeren bandgeschweißten Raupen der unteren Lage in einer Überdcckung von 8 bis 10 mm aufgeschweißt. Die äußeren bandgeschweißten Raupen der nächsten Lage werden anschließend in einer Überdeckung der beiden handgeschweißten Bereiche der ersten Lage um mindestens 25 mm aufgeschweißt.

Die mit dem erfindvngsgcmäßen Verfahren erzielte vorteilhafte Wirkung läßt sich am besten unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Vergleich zu der herkömmlichen Methode erläutern. In der Zeichnung sind die aufgeschweißte PlaUierungssehieht. bestehend aus der. einzelnen neheneinanderiiegcnden Raupen, sowie die entsprechenden Wärmceinllußzonen dargestellt. Dabei y.eiut

j Fig. 1 die PlaUicrung nach dem herkömmlichen Li nlagensch weißverfahren:

f-i g. 2 bezieht sich auf das bekannte Zweilagenschweiß\ erfahren;

1- ig. 3 betrifft das erfindungsgemäße Verfahren:

ίο F : g. 4 stellt die Einzelheit /I und

F i g. 5 die Einzelheit Ii nach F i g. 3 dar. Bei dem Einlageiischweißverfahreii (Fig. 1) \erbleibt eine je nach der Höhe der Wärmeeinbringung mehr oder wenigerstark 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 /.weilagenschweißung (Fig. 2) die Raupend bzw. 6 de: unteren bzw. der nächsten Lage bisher nicht so geschweißt worden sind, daß eine lückenlose Abdeckung des Grobkornbereiches 1 im Grundwerkstoff 2 unmittelbar uniei der Plattierung durch die Wärmeeinflußzone 7 der 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. Selche 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"Ό Si, 0,50 bis 0.90"',, Ni. 0.25 bis 0.4-" „ Cr.

0.55 bis ().7()"iiMo, max. 0.05" ,> V. Stahl 2 mit max. 0,25"„ C. 1,15 bis 1.50" « Mn. max. 0.035" „ P. max. 0.040"O S, 0.15 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 dun 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 620 C unter der Plattierung im Bereich der Grobkornzone Risse auftreten. Der an zweiter Stelle genannte Stahl ist weniger empfindlich. Hier wurden Risse erst nach einer 30stündigen Glühung bei 620 C

5-1 t.'obaclitct.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren (Fig. 3 bis 5) wird beim Aufschweißen der unteren Lage durch ein vermindertes Wärmecinbringcn. indem z. B. eine niedrige Stromstärke gewählt wird, eine nur schmale Gio^Kkornzone erzeugt. Beim Schweißen der zweiten Lage muß die Energiezufuhr so groß sein, daß eine Umkörnung der ursprünglichen Grobkornzone durch eine hinreichend tiefe Wäimeeinllußzone 7 der zweiten Lage gewährleistet ist. Die Überdeckung 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 oben zuerst genannten Stahl wird mit einer positiv gepolten Bandelektrode der Querschnittsabmessungen 30 · 0,5 mm bei einer Strom-

stärke von etwa 220 A, einer Spannung von etwa 29 V und mit einer Schweißgcschwindigkcit von etwa 100 mm/min und etwa 12O⁰C Vorwärmung geschweißt. Wegen der bei diesen Schweißbedingungen sehr geringen Vermischung mit dem Grundwerkstoff wird eine Handelektrode der Qualität X 2 CrNiNb 2211 benutzt. Als Pulver kommt ein agglomeriertes, chromzulegierendes Pulver bekannter Art zur Anwendung, welches in Verbindung mit dem 30 · 0.5-mm-Band bei der sehr niedrigen Stromstärke eine gute Schweißraupenausbildung ergibt. Die Raupenübcrdeckung beträgt etwa 8 bis 10 mm.

Vor Beginn der BandschweiBung der unteren Lage werden mehrere Raupen 8 (Fig. 3) nach dem Hand-Lichtbogenschweißverfahrcn in einer Gesamtbreite von 40 mm mit Elektroden des Typs X 2 CrNiNb 2413 aufgetragen. Die erste Bandraupe 3 λ wird dann mit einer Überdeckung 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 Bandraupe 3 b die angrenzende Handschweißung 9 mit 8 bis 10 mm überdeckt. Die erste und letzte Bandraupe 6o 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 Wärmceinflußzoncn 5a und 5b am äußeren Rand der ersten und letzten Bandraipe 3rt und 3/; kein Bereich mit nebeneinanderlicgendem umgekörntem und nicht umgekörntem Grobkorn vorliegt.

ίο Die nächste Lage wird mit einer positiv gepolten Bandelcktrode der Querschnittsabmessuiiivti ifl'0,5iiim bei einer Stromstärke von etwa 7H)A. einer Spannung von etwa 29 V und einer Schweißgeschwindigkeit von etwa 170 mm/min unter etwa 120" C Vorwärmung geschweißt.

Die Bandelektrode ist ebenfalls von der Qualität X 2 CrNiNb 221.1. Es wird ein geschmolzenes geschäumtes Pulver ohne Chromzubrand. welches eine besonders glatte Raupenoberfläche ergibt, verwendet Die Raupenüberdeckung innerhalb der nächsten Lage beträgt 15 mm. Damit ist unter den gegebener Schweißbedingungen eine lückenlose Umkörnung dci Grobkornzone unterhalb der Platticrung gewährleistet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verlaiiien zum unterplaitierungsrißfreien. mehrlagigen Auftragschweißen mittels Band- oder Drahtelektroden nach dem UP-Schweißverfahren auf niedriglegierte. Molybdän, Chrom. Nickel und Vanadin einzeln oder in Kombination enthaltende Stähle, g e k e η η ζ e i c h η e t d u r c h zwei aufeinander¹ ''»ende, unterschiedliche Verfahrensabschniue, bei dessen erstem Abschnitt durch Einbringen der für das Gelingen der Schweißung der unteren Lage mindestens erforderlichen Wärmemenge eine Zone grobkörniger Gefügeausbildung im GrundwerkstoiT von exirem jierintier Tiefe geschaffen wird und bei tlessen zweiter·-. 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 'lach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Lage mit sehr niedriger Stromstärke geschweißt wird, wobei ein Schweißpulver verwendet wird, das bei dieser niedrigen Stromstärke eine einwandfreie Raupenausbildung ergib..

3. Verfahren nach Anspruc". 1. dadurch gekennzeichnet, daß auch die Schweißung der nächsten Lage unte; Vorwärmt ig des Grundwerkstolles vorgenommen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 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 wirksiinen Wärmeeinflußzonc der Raupe der nächsten Lage vollständig erfaßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während des zweiten Verfahrensabschnittes die Lage so aufgeschweißt wird, daß sich die Raupen um 12 bis IS mm überdecken.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß in den Anfangsund Endbereichen des zu plattierenden Werkstückes mehrere Raupen von Hand aufgelegt werden, daß an diese Raupen die äußeren bandgeschweißten Raupen der unteren Lage in einer Überdeckung von 8 bis 10 mm aufgeschweißt werden und daß die äußeren bandgeschweißten Raupen der nächsten Lage in einer Überdeckung der beiden handgeschweißten Bereiche der unleren Lage um mindestens 25 mm aufgeschweißt werden.