DE2140227A1 - Verfahren und Schweißelektrode zum UP Schweißen - Google Patents

Description

Dipl.-lng. H. Sauenland · Dr.-lng. R. König · DipL-Ing. K. Bergen

Patentanwälte - 4000 Düsssldorf · Cecilienallee 76 · Telefon 43S7 3S

Unsere Akte: 26 852 -¹^ 1ο. August 1971

Nippon Steel Corporation, No. 6-3» 2-chome, Qte-machi,

Chiyoda-ku, Tokio, Japan

Nippon Steel Welding Products Engineering Co_es Ltd., (Minyukokusaikaikan) No. 8-8, 4-chome, Ginza₅ Chuo-ku,

Tokio, Japan

"Verfahren und Schweißelektrode zum UP-Schweißen"

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren und einen Elektrodenwerkstoff zum UP-Schweißen und ist darauf gerichtet, eine Titan und Bor enthaltende Schweißverbindung mit hoher Zähigkeit unter Verwendung eines Titan und Bor sowie gegebenenfalls Metallfluoride enthaltenden Seelendrahtes zu schaffen. Das Schweißen erfolgt dabei mit einer Schlakkenbasizität über 1,2 bzw. bei Verwendung bestimmter Metallfluoride bei bestimmten Schlackenbasizitäten.

Im einzelnen bezieht sich das Verfahren auf ein UP-Schweißen mit je einer Schweißlage auf beiden Seiten des Werkstücks oder auf ein Schweißen mit wenigen Lagen.

Geschweißte Teile aus Stahl, beispielsweise aus aluminiumberuhigtem Stahl oder aus 2,5% Nickel enthaltenden Stählen, beispielsweise für LPG-Frachter bedürfen einer erheblichen Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen von etwa -60⁰C. Hierfür geeignete Stahlbleche besitzen üblicherweise eine Dicke von 6 bis 20 mm und müssen aus wirtschaftlichen Gründen für ein automatisches UP-Schweißen geeignet sein. Die herkömmlichen UP-Schweißverfahren und -elektroden ergeben jedoch bei vertretbarer Schweißleistung

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keine zufriedenstellende Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen. Die hohe Schweißleistung ist andererseits jedoch der besondere Vorteil des UP-Schweißens, das durch verhältnismäßig große Stromstärken bzw. Wärmeleistungen oder ein beiderseitiges Schweißen je einer Lage gekennzeichnet ist. Beim herkömmlichen UP-Schweißen läßt sich mithin eine Schweißverbindung hoher Zähigkeit nur durch Verringerung des Wärmeübergangs oder durch Legen mehrerrer Schweißraupen auf Kosten der Schweißleistung erreichen.

Es sind bereits zahlreiche Versuche gemacht worden, die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindungen eines ein— oder beidseitigen Einlagen-UP-Schweißens zu erhöhen. Dabei wurde die Ansicht vertreten* daß sich eine Schweißverbindung mit hoher Zähigkeit ergibt, wenn der Sauerstoffgehalt bzw. die Oxydeinschlüsse durch Erhöhen der Basizität des Flußmittels verringert oder Elemente wie Nickel und Molybdän zulegiert werden.

Bei hoher Flußmittelbasizität ergibt sich jedoch die Ge=- fahr einer Kornvergröberung des Ferrits des Schweißgutes, die ihrerseits zu einer Beeinträchtigung der Kerbschlagzähigkeit im Vergleich zu'* einem Schweißen unter einem neutralen Flußmittel führt.

Andererseits ist es trotz der Tatsache, daß die Kerbschlagzähigkeit des Schweißgutes beim Einlagen- oder Mehrlagenschweißen durch Verwendung einer neutralen Schlacke mit einem hohen Fluoridanteil wie Kalziumfluorid verbessert werden kann, schwierig, eine ausreichend hohe Kerbschlagzähigkeit des Schweißgutes von über 350 Joul (NK-Standard) bei einer Temperatur von etwa - 6D°G zu erreichen.

Die Erfindung ist mithin darauf gerichtet, eine Seelenelektrode für das UP-Schweißen mit einem geringen Dampfdruck des Fluoride oder Metalls sowie mit Titan und Bor zu

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schaffen. Dies wird vor allen Dingen durch eine Flußmittelseele erreicht, in die das einen Dampfdruck von einer Atmosphäre bei 2500°C besitzende Kalziumfluorid sowie andere Fluoride, wie Natrium-, Lithium-, Kalium-, Magnesium-, Mangan-Fluoride oder K₂ZrF₆, Na₂ZrFg K₂TiFg und

Flikt Ml

mit höherer Flüchtigkeit oder auch Metalle mit hohem Dampfdruck wie Kalzium, Magnesium, Barium und deren Legierungen wie Ferrokalzium, Kalzium-Silizium, Kalzium-Aluminium und Magnesium-Aluminium zusammen mit Titan und Bor inkaporiert sind.

Enthält den Schweißdraht ein Fluor id oder Metall mit hohem Dampfdruck, so werden der Lichtbogen und das Schweißgut durch den Fluorid- oder Metalldampf abgeschirmt und die Aufnahme von Sauerstoff und Stickstoff durch das Titan verhindert. Manganoxyd und Mangansilikat beeinflussen zudem die Sauerstoffauf nähme, insgesamt ergibt sich eine bei weitem geringere Beeinträchtigung der Zähigkeit sowie eine Verringerung der Sauerstoff- und Stickstoffaufnahme des Bors. Aus diesem Grunde können sich Titan und Bor voll auf die HSrtbarkeit der Schweißverbindung auswirken.

Es ist bekannt, daß die Zähigkeit des Schweißgutes niht nur durch die Zusammensetzung des Grundwerkstoffs und des Zusatzwerkstoffes bestimmt ist, die ihrerseits die Schweißgutzusammensetzung bestimmen, sondern auch durch die Zusammensetzung des Flußmittels.

Im allgemeinen wird bei hoher Basizität des Flußmittels der Sauerstoffgehalt des Schweißgutes verringert und demzufolge dessen Zähigkeit erhöht, wenngleich sich Schwierigkeiten beim Abschlagen der Schweißschlacke ergeben, das Aussehen der Schweißnaht schlecht, die Verformbarkeit geringer und ein Unterschneiden leicht ist. Außerdem erhöht eine hohe Basizität den Wasserstoff gehalt des Schweißgutes, so daß sich leicht Pittings, Poren und Schweißrisse ergeben.

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Um beim UP-Schweißen ein kaltzähes Schweißgut ohne Beeinträchtigung des Schweißergebnisses zu erlangen, ist es vorteilhaft, beim Schweißen eine Seelenelektrode zu verwenden, deren Flußmittel sich mit einem anderem Flußmittel im Inneren einer Bandelektrode befindet; dies findet seinen Grund darin, daß das in ein Flußmittel eingebettete Flußmittel einer Lichtbogenatmosphäre hoher Temperatur ausgesetzt ist und demzufolge die Reaktionen zwischen dem Flußmittel und dem flüssigen Stahl innerhäb kürzester Zeit ein Gleichgewicht erreichen, so daß demzufolge der Einfluß im Stoß befindlichen Flußmittels zurücktritt. Die Folge davon ist, daß sich bei verhältnisk mäßig geringer Gesamtbasizität der Schlacke gleichwohl ein Schweißgut hoher Zähigkeit ergeben kann.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Elektrode mit Flußmittelseele liegt darin, daß eine gewisse Menge an Legierungskomponenten in die Elektrode als Füllung eingebracht und dieser eine ausreichende Menge an Desoxydations- und Entstickungsmitteln direkt zugefügt werden kann. Bei Verwendung einer massiven Elektrode ergeben sich Schwierigkeiten daraus, daß die Menge der Legierungskomponenten sowie der Desoxydations- und EntstLckungsmittel usw. in Anbetracht der schmelzmetallurgischen Herstellung und des Warmwalzens begrenzt ist.

Durch zahlreiche Versuche zur Ermittlung der sich auf die Zähigkeit des Schweißgutes auswirkenden Faktoren beim Schweißen eines hochfesten Stahls mit einer Zugfestigkeit von 50 bis 80 cb sowie von kaltzähen Stählen konnte festgestellt werden, daß der Einfluß des voreutektoiden Ferrits entlang derΫ-Korngrenzen auf die Übergangstemperatur sehr groß ist, während der Einfluß des Reinheitsgrades, insbesondere des Manganoxyds in den Einschlüssen entscheidend für den Sti^labfall ist. Der Grund dafür, daß der voreutektoide Ferrit die Zähigkeit beeinträchtigt, liegt in der Tatsache, daß bei dessen Ausscheiden sich um diesen herum ein

Bainit oder nadeliger Martensit mit hohem Kohlenstoffgehalt bildet. Diese spröden Gefügebestandteile sind die Ursache für die Bildung und Ausbreitung von Schweißrissen. Außerdem ist das voreutektoide Ferritkorn sehr groß, so daß sich die Schweißrisse durch das Korn fortsetzen. Aus diesem Grunde muß zur Verbesserung der Zähigkeit des Schweißgutes die Bildung von voreutektoidem Ferrit durch Erhöhung der Härtbarkeit vermieden werden. Dies sollte jedoch nicht durch Erhöhen des Kohlenstoffäquivalents geschehen, da sonst die Festigkeit zu sehr ansteigt und sich ein Ungleichgewicht mit der Festigkeit des Grundwerkstoffs sowie Schweißrisse ergeben.

Das Bor erhöht die Härtbarkeit beträchtlich und unterdrückt gleichzeitig das Ausscheiden von voreutektoidem Ferrit, ohne übermäßige Steigung der Festigkeit. Dabei sind schon sehr geringe Mengen Bor wirksam, doch sollte sich das Bor an den Korngrenzen des Austenitkorns bei der jLfäf-Vwwaxialung ausscheiden. Das Bor bleibt dagegen wirkungslos, wenn es als Nitrid oder Oxyd im^-Korn verteilt ist. Aus diesem Grunde muß das Bor gegen Stickstoff und Sauerstoff abgeschirmt werden. Dies ist der Grund für die Zugabe von Elementen wie Aluminium, Titan und Zirkonium mit hoher Sauerstoff- und Stickstoffaffinitat.

Die Untersuchung des Einflusses jedes dieser Elemente hat ergeben, daß das Bor allein und Zirkonium zusammen mit dem Bor völlig ohne Wirkung insbesondere auf die Verringerung der Übergangstemperatur ist, daß auch die Wirkung von Aluminium und Bor unzureichend ist, daß aber die Wirkung von Titan und Bor sehr gut ist.

Warum das Titan im Gegensatz zum Zirkonium sehr wirksam ist_s kann daran-liegen, daß sich das Titan langsamer mit dem Sauerstoff verbindet als das Zirkonium, daß di© Löslichkeit des Titans im Eisen groß ist und sich leicht ...

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eine feste Lösung in der «l—Phase bildet und daß das Titan für sich schon die Härtbarkeit verbessert, während das Zirkonium sehr leicht oxydiert wird, eine geringe Löslichkeit im Eisen besitzt, im allgemeinen keine feste Lösung in der /-Phase bildet und demzufolge keine Erhöhung der Härtbarkeit ergibt.

Wird einem Draht mit Flußmittelseele Titan allein zugegeben, so wird das Titan im Lichtbogen oxydiert, so daß es nicht im Zusammenwirken mit dem Bor zu einer Verbesserung der Härtbarkeit kommen kann. Aus diesem Grunde muß w das Titan bis zum Erreichen des Schweißtümpels gegen Sauerstoff und Stickstoff durch Verdampfen leichtflüssiger Metalle, Fluoride oder Chloride im Lichtbogen geschützt werden, die aus der Umgebungsluft oder dem Flußmittel normalerweise in den Lichtbogen gelangen.

Obgleich der Vorschlag, leichtflüchtige Metalle oder Fluoride zum Schutz gegen Sauerstoff und Stickstoff zu verwenden ähnlich der Verwendung eines Drahtes mit einer Flußmittelseele beim normalen Lichtbogenschweißen ist, ergibt sich doch, daß beim üblichen Lichtbogenschweißen mit freiliegendem Lichtbogen die Schutzwirkung nur unzu-. reichend ist_s v/ährend beim UP-Schweißen die Schutzwirkung ' vollkommen ist und insbesondere das Titan wirksam geschützt werden kann,,

Wenn das Titan die Schweiße ohne Verluste erreicht, bildet es vor dem Mangan und Silizium dem Hochtemperatur-Lichtbogen zugekehrte Oxyde und gelangt in die Schlackenschicht, so dsß &@r Sauerstoffgehalt der flüssigen Schweiße und demzufolge die Einschlüsse von Kieselsäure und Manganoxyd verringert werden. Auf diese Weise ergibt sich eine Schweißnaht hoher Reinheitο Insbesondere wird aber infolge der synergistischen. Wirkung des Bors die Wirkung des Titans verdoppelte

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Die Erfindung ist des weiteren darauf gerichtet, ein Verfahren zum UP-Schweißen zu schaffen, das ein Schweißgut mit hoher Zähigkeit ergibt und bei dem das Pulver nahezu neutral sowie eine Basizität gemäß Formel (1) 0,9 bis 1,3 besitzt. Bei dem erfindungsgemäßen UP-Schweißen kommt ein Seelendraht mit einer Füllung aus einem oder mehreren Komponenten wie einem Schlakkenbildner, Mitteln zum Stabilisieren des Lichtbogens, einem Desoxydations- oder Entstickungsmittel, Legierungselementen und Eisenpulver als Füllungsmittel zur Verwendung. Dabei müssen die Gehalte an Metallfluoriden, Titan und Bor im Kern^ bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrode innerhalb der unten erwähnten Grenzen liegen. Die Gehalte an Metallfluoriden, Titan und Bor im Flußmittelkern ergeben sich wie folgt:

4 bis 25% Metallfluoride (CaF₂, NaF, MgF etc) 0,04 bis 1,096 Titan 0,002 bis 0,05% Bor

Basizität = ^CaO+Mg°+^BaO+Na2^^+K2^O+3-^<i2^O+CaF2⁺ ^ (MnO+FeO) /^ SiO₂ + £ (Al₂O₃ + TiO₂ + Zr O₂)

Außerden Bestandteilen gemäß Gleichung (1) kann das Flußmittel auch noch geringe Mengen an Oxyden und anderen Verunreinigungen enthalten.

Die Erfindung bezieht sich mithin auf ein Verfahren zum UP-Schweißen, bei dem sich ein Schweißgut mit hoher Zähigkeit ergibt und bei der ein basisches Pulver mit einer Basizität B gemäß Gleichung (1) von über 1,20 sowie ein Seelendraht mit einer Seele aus einem Schlackenbildner, einem Mittel zum Stabilisieren, des Lichtbogens, einem Desoxydations- oder Entstickungsmittel, Legierungsmitteln und Eisenpulver als Füllstoff einzeln oder nebeneinander zur Verwendung kommt. Dabei ist es wesentlich, daß der Draht mindestens Titan bzw. Bor in den unten angegebenen Gehaltsgrenzen enthält.

In Gleichung (1) ist das CaF₂ als basischer Bestandteil aufgeführt, da es dafcu dient, die Gehalte an Sauerstoff

/1

und Schwefel im Schweißgut zu reduzieren und somit ähnlich wie die basischen Komponenten Kalziumoxyd und Magnesiumoxyd wirkt«

Nur wenn die oben erwähnten Bedingungen eingehalten werden, ergibt sich ein Schweißgut mit hoher Zähigkeit mit oder ohne Zusatz geringer Mengen an Legierungselementen wie Molybdän und Nickel, die dafür bekannt sind, daß sie die Zähigkeit verbessern.

Insbesondere ergibt sich nach der Erfindung ein Schweißgut mit hoher Kaltzähigkeit, ohne das Erfordernis einer V Zugabe von Molybdän, das im allgemeinen zugesetzt wird, um beim Ein- oder Mehrlagen-Schweissen ein Schweißgut mit hoher Zähigkeit zu erhalten.

Ein Charakteristikum der Erfindung besteht in der Kombination des UP-SchweißeiE mit neutralem Pulver, das ausgezeichnete Schweißbedingungen gewährleistet, mit der Anwendung eines Seelendrahtes mit einer Kalziumfluorid enthaltenden Seele.

Ein hochbasisches Flußmittel bzw. Pulver verschlechtert im allgemeinen die Schweißbedingungen, d.h. es erhöht die * Gefahr einer Porenbildung und verschlechtert das Aussehen der Schweißnaht, weswegen die Schweißbedingungen in sehr engen Grenzen gehalten werden müssen. Bei dem erfindungs*· gemäßen Verfahren kommt dagegen ein neutrales Pulver zur Verwendung, das eine ausgezeichnete Schweißbarkeit sowie ein Schweißgut mit höherer Kerbschlagzähigkeit als bei Verwendung eines Bor und Titan mit einem Flussmittel enthaltenden Drahtes und eines hochbasischen Pulvers. Der Grund hierfür kann in der Tatsache liegen, daß der Stickstoffgehalt unter einem neutralen Pulver im Gegensatz zu einem hochbasischen Pulver verringert wird und daß die Verringerung des Stickstoffgehaltes durch Bor und Titan bei einem neutralen Pulver und einem Kalziumfluorid ent-

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haltenden Draht besonders stark ist.

Bei Verwendung von einem leicht sauren Pulver mit einer Basizität unter 0,9 ergibt sich ein hoher Sauerstoffgehalt im Schweißgut und führt die Zugabe von Bor und Titan nicht zu einer Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit. Steigt die Basizität über 1,3» so ergeben sich die obenerwähnten Schweißfehler.

Ein weiteres Charakteristikum der Erfindung ist die Verwendung eines Seelendrahtes. Die Zugabe von Kalziinfluorid in das Pulver führt im allgemeinen zu Schwierigkeiten, da es die Schweißbedingungen verschlechtert. Andererseits beeinträchtigt die Aufnahme von Kalziumfluorid in den Draht das Schweißen nicht. Insbesondere ist aber die Zugabe von Bor in den Draht ein besonders wirksames Verfahren, um Bor in das Schweißgut einzuführen.

Insbesondere besteht beim Bor die Gefahr, daß ein wesentlicher Anteil beim direkten Kontakt mit dem Lichtbogen und im Schweißtümpel verlorengeht und sonnt die Borausbeute gering ist. Demzufolge muß, wenn das Bor über einen massiven Draht zugeführt werden soll, eine verhältnismäßig große Menge Hr in dai Draht gegeben werden. Es ist bekannt, daß sich, wenn mehr als 0,01% Bor legiert werden, Schwierigkeiten beim Drahtziehen und insbesondere beim Warmwalzen ergeben. Diese Schwierigkeiten werden bei

Verwendung eines Seelendrahtes vermieden, der im Innern eine bestimmte Menge Bor in Form von Pellets oder Pulver als Legierungsmittel enthält.

Da das Titan und Bor im Draht durch Oxydation und Reaktion mit dem Stickstoff beim Schweißen teilweise verloren gehen, müssen die Gehalte an Bor und Titan mindestens 0,04% bzw. 0,002% betragen. Bei niedrigeren Gehalten gehen diese Elemente normalerweise nicht mehr in das Schweißgut ein und ergibt sich demzufolge auch Mne Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit. Während sich bis

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etwa 1,0% Titan eine Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit ergibt, führen höhere Titangehalte zu einer Steigerung der Härte des Schweißgutes und bergen die Gefahr einer Beeinträchtigung der Kerbschlagzähigkeit. Bormengen über 0,05% ergeben im Schweißgut einen Borgehalt von über etwa Oj01%, der zu einer Beeinträchtigung der Kerbschlagzähigkeit und zu Schweißrissen führt. Demzufolge liegen der Titangehalt bei 0,04 bis 1,0% und der Borgehalt bei 0,002 bis 0,05%.

Metallfluoridgehalte der Füllung unter 4% sind wirkungs- ^ los, während Fluoridgehalte über 25% die Lichtbogenstabilit«-.^ beeinträchtigen und ein Schweißen unmöglich machen.

Ein weiteres Charakteristikum der Erfindung besteht darin, daß die Schweißdrahtseele Titan und Bor nebeneinander enthält. Durch zahlreiche Versuche konnte festgestellt werden, daß sich eine synergistische Wirkung nur bei der Kombination Titan/Bor ergibt, während eine ähnliche Wirkung bei den Kombinationen Titan/Zirkonium, Titan/Aluminium, Titan/Vanadin, Bor/Zirkonium, Bor/Aluminium, Bor/Vanadin und anderen nicht festgestellt werden konnte.

W Versuche haben jedoch erwiesen, daß die Zugabe von Aluminium, Vanadin und Niob neben Titan und Bor die Kerbschlagzähigkeit weiter verbessert.

Wie bereits erwähnt, ergibt sich ein Schweißgut mit hoher Zähigkeit nurbei Verwendung eines neutralen Pulvers mit einer Basizität von 0,9 bis 1,3 und eines Metallfluoride, Titan und Bor in den vorerwähnten Gehaltsgrenzen enthaltenden Seelendrahtes. Ist dagegen eine dieser Voraussetzungen nicht erfüllt, so bleibt das Schweißergebnis unbefriedigend.

Andererseits konnte jedoch durch Versuche festgestellt

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werden, daß sich ähnliche Schweißergebnisse bei Verwendung eines Titan und Bor, jedoch keine Metallfluoride enthaltenden Seelendrahtes bei einem Pulver mit einer Basizität über 1,2 ergibt.

Bei einem Vergleich der Gefüge eines nach der Erfindung geschweißten Gutes und eines üblichen Schweißgutes wurde festgestellt, daß der Anteil an voreutektoidem Ferrit an den Grenzen des Austenitkorns bemerkenswert gering ist und sich der Ferrit in sehr feiner Verteilung im Korn selbst befindet. Dies mag der Grund für die hohe Zähigkeit des Schweißgutes sein. Bei dem nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geschweissten Gut wurde dagegen ein grober voreutektischer Korngrenzen-Ferrit oder ein nadeliger Ferrit festgestellt und war die Zähigkeit gering.

Es ist anzunehmen, daß der Grund für die Unterdrückung des voreutektoiden Ferrits und die feine Verteilung des Ferrits im Korn bei Anwesenheit von Titan und Bor und beim Schweißen mit einem neutralen Pulver und einem eine ausreichende Menge Metallfluoride enthaltenden Draht vor allem in dem Börgehalt des Schweißgutes liegt, wobei das Bor in fester Lösung . vorliegen kann oder nicht, und daß das Bor sich in der festen Lösung auf die Bildung von Ferritkeimen bei der Austenitumwandlung auswirken dürfte. Weiterhin dürfte die Keimbildung durch die erfindungsgemäße Verringerung des Stickstoffgehaltes infolge Verwendung eines neutralen Pulvers, durch die Verringerung des Sauerstroffgehaltes infolge Anwesenheit des Kalziumfluorids und durch den Titangehalt beeinflußt werden» Mithin schließt die Erfindung verschiedene notwendige Bedingungen für die feine Verteilung des Ferrits ein. Hierzu gehört auch die Verwendung eines Seelendrahtes.

Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum UP-Schweißen

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eines Niob oder Vanadin enthaltenden Stahls gerichtet, obgleich sich bei Anwesenheit dieser Elemente ein Schweißgut mit ausreichender Kerbschlagzähigkeit nur schwer erreichen läßt. Wesentlich ist beim UP-Schweißen eines unter 0,15% Niob und/oder Vanadin enthaltenden Stahls, daß die Schlacke auf dem Schweißgut basisch ist und eine Basizität über 1,2 gemäß Gleichung (1) besitzt, und daß das Schweißgut mindestens Titan, Bor sowie Niob und Vanadin innerhalb der nachfolgend angegebenen Grenzen enthält:

0,005 bis 0,10 % Titan,

0,001 bis 0,01 % Bor,

0,01 bis 0,12 % N±3b und/oder Vanadin.

Beim UP-Schweißen eines Niob bzw. Vanadin enthaltenden Stahls mit üblicher Elektrode ergibt sich eine sehr geringe Kerbschlagzähigkeit des Schweißgutes im Vergleich zu einem kein Niob bzw. Vanadin enthaltenden Stahl. Das erfindungsgemäße Verfahren garantiert dagegen auch beim Schweißen eines Niob und/oder Vanadin enthaltenden Stahls eine ziemlich hohe Zähigkeit des Schweißgutes. Dies gilt insbesondere, wenn der Stahl ein oder mehrlagig geschweißt wird.

Um die Basizität der Schlacke über 1,2 zu halten, kann beispielsweise ein hochbasisches Pulver, das eine Schlacke mit entsprechend hoher Basizität ergibt, zusammen mit " einem mas.siven Draht angewandt oder das Schweißen in Anwesenheit eines die Schlackenbasizität erhöhenden Zusatzes im Stoß unter Verwendung eines Pulvers mit einer Basizität unter 1,2 oder mit einem Seelendraht durchgeführt werden, dessen Füllung einen die Basizität der Schlacke erhöhenden Zusatz enthält.

In ähnlicher Weise können Titan und Bor aus dem Draht, dem Pulver oder direkt aus dem Stoß zugeführt werden. Wesentlich ist dabei, daß die Schlackenbasizität über 1,2 liegt, da die Zusätze an Titan und Bor bei niedrigeren Schlackenbasizitäten wirkungslos bleiben und die Zähigkeit des Schweißgutes demzufolge gering ist.

Zwischen Titan und Bor besteht eine bestimmte Wechselwirkung. Trotz der an sich synergistischen Wirkung, ist bei der Zugabe von Bor unter 0,05% mit oder ohne einen Titanzusatz die Zähigkeit sogar geringer als wenn das Schweißgut weder Titan noch Bor enthält. Ebenso ergibt sich eine niedrige Zähigkeit, wenn nur Titan zugesetzt wird. Beim gleichzeitigen Zusetzen beider Elemente wirken sich Borgehalte unter 0,001% im Schweißgut nicht auf die Zähigkeit aus. Andererseits fällt die Zähigkeit erneut ab, wenn der Borgehalt 0,01% übersteigt. In diesem Falle ergibt sich eine höhere Härte und besteht die Gefahr von Schweißrissen. Ebenso wird die Härte bei Titangehalten über 0,1% erhöht und die Zähigkeit verringert»

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Lage der Kerbschlagprobe, Fig. 2 eine gekerbte Probe,

Fig. 5 die Abhängigkeit der Kerbschlag-. Zähigkeit von der Versuchstemperatur

bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach herkömmlichen Verfahren geschweißten Proben,

Fig. 4 Gefügeaufnahmen einer Schweißverbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach einem herkömmlichen Verfahren und

Fig. 5 die Kerbschlagzähigkeit von nach dem

erfindungsgemäßen Verfahren geschweissten Proben.

Beispiel 1 Bei diesem Versuch wurde ein Stahl mit 0,08% Kohlenstoff,

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Silizium, 1,28% Mangan, 0,01% Nickel und 0,023% Aluminium mit einer Zugfestigkeit von etwa 50 cb als Grundwerkstoff verwendet und mit einer V-Kerbe versehen, in die als Pulver eine Mischung aus 4,2% SiO₂, 17% CaO, 20% MnO und 8% CaF₂, Rest andere Bestandteile eingestreut wurde. Das UP-Schweißen erfolgte beiderseitig unter Verwendung eines Seelendrahtes.

Die metallische Umhüllung machte etwa 75 bis 80% des Gesamtgewichtes der Elektrode aus, so daß der Gewichtsanteil dt Ellung 20 bis 25% betrug. In der nachfolgenden Tabelle I sind die Zusammensetzungen verschiedener Füllungen zusammengestellt. Dabei enthalten die Drähte A und B Kalziumfluorid, die Drähte C,D und E Lithiumfluorid, Natriumfluorid bzw. Kalzium-Silizium. Mit F ist ein herkömmlicher Schweißdraht ohne spezielle Zusätze gekennzeichnet.

Tabelle I

Mo Ti S CaF₀ NaF Ca-Si Eisen Ni Mn Fe-Si LiF

A 0.3 0.2 0.005 10 -

B ti ti n 5 _ _

C n »ι ii _ _ -

D ^{u u} " — 5 -

E^u " ^u - - 1.0

ρ ti η η _ _ j.

10	25	1.5	0.2	—
5	Il	Il	H	±
6	t!	It	Il	5
6	Il	U	U	—
20	Il	ti	Il	-
25	Il	Il	U

Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle II zusammengestellt.

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Tabelle II

2H0227

MnO

^Ti

gel

schlüge ^vo^rs

Ein-

schli

1261

( C)

v^E-40v^Es (J) (J)

keit (cb)

A ü.040

B 0.058

C 0.040

D 0.035

E 0.045

0.0074 0.033

0.0075 0.051

0.0070 0.026

0.0068 0.024

0.0071 0.035

0.024 0.133 -30 52 150 53.8

0.020 0.156 -15 20 90 54.0

0.024 0.121 -27 43 I60 53.2

0.028 0.110 -36 68 200 53.0

0.025 0.200 -18 27 110 52.6

l· 0.083 0.0052 0.084 0.005 0.340 20 13 70 53.2

Die Daten der Tabelle II zeigen, daß der nicht unter die Erfindung fallende Draht F, der insbesondere keine Fluoride enthielt, ein Schweißgut mit hohem Sauerstoffgehalt und hohem Anteil an Einschlüssen sowie geringem Titangehalt ergab. Bei der Gefügeuntersuchung konnte eine große Menge voreutektoiden Ferrits festgestellt werden. In Anbetracht der zahlreichen Einschlüsse und der geringen Härtbarkeit war die Zähigkeit dieses Schweißgutes gering. Die Anwesenheit von kalziumfluorid führte dagegen zu einer Verringerung des Sauerstoffgehaltes, zu einer besseren Titanausbeute und zu einer wesentlich höheren Zähigkeit. Bei Verwendung des weitaus flüchtigeren Lithiumfluorids oder Natriumfluorids anstelle von Kalziumfluorid ergab sich eine bessere Titanausbeute und eine weitere Verringerung des Sauerstoffgehaltes. Dementsprechend ergaben sich auch bessere Zähigkeitswerte.

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Der Kalzium-Silizium enthaltende Seelendraht E ergab zwar eine Verringerung des Sauerstoffgehaltes, die Verringerung der Einschlüsse und des Manganoxydgehaltes war jedoch nur gering und die Erhöhung der Zähigkeit nicht so beachtlich wie im Falle des Lithium- oder Natriumfluorid enthaltenden Schweißdrahtes. Das dürfte darauf zurückzuführen sein, daß das Kalzium zwar als Schutzgas wirkt, dem jedoch der schädliche Einfluß des Siliziums und der Kieselsäure entgegensteht. Demzufolge kann die Zähigkeit durch Verwendung metallischen KaI-ziums oder einer Kalziumlegierung wie Ferrokalzium oder einer Kalzium-Nickel-Legierung noch weiter verbessert werden.

Ein nur Fluoride,, wie Kalzium-, Magnesium-, Natrium- und Lithium- fluorid enthaltender Draht ohne Titan ergibt keine Verbesserung der Zähigkeit, da die Desoxydationswirkung des Titans fehlt und demzufolge der Anteil an Manganoxyd und Mangansilikaten nicht wirksam verringert wird. Außerdem kann sich die synergistische Wirkung des Titans und Bors auf die Härtbarkeit in diesem Falle nicht einstellen.

Zusammenfassend ergibt sich, daß es vor allen Dingen darauf ankommt, die Schweißatmosphäre gegen die Umgebungsluft abzusperren und gleichzeitig mit Hilfe des Titans und Bors die Zähigkeit zu verbessern.

Da sich die synergistische Wirkung von Titan und Bor vor allem bei einem Metall mit ursprünglich unzureichender Härtbarkeit zeigt, ist diese Wirkung besonders stark bei einem Schweißgut mit 0,03 bis 0,1596 Kohlenstoff, 0,1 bis 0,6% Silizium, 0,5 bis 2,2% Mangan, 0 bis 1,0% Chrom, 0 bis 3,5% Nickel, 0 bis 1,0% Kalzium und 0 bis 0, Magnesium, das außerdem noch bis 0,08% Aluminium, Vanadin und Niob einzeln oder nebeneinander enthält.

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vtfi--.t

Die Menge der Fluoride hängt von der Basizität des Flußmittels ab. Bei einem hochbasisehen Pulver sind geringe Mengen ausreichend, während bei einem sauren Pulver grosse Mengen erforderlich sind. Die obere Grenze liegt jedoch bei 25%; höhere Fluoridanteile führen zu einem instabilen Lichtbogen und sind daher nicht praktikabel. Der Zusatz an Titan muß unter 1% liegen, da andernfalls die Zähigkeit beeinträchtigt wird. Der Boranteil ist auf höchstens 0,05% begrenzt, da höhere Boranteile die Gefahr von Schweißrissen mit sich bringen.

Der Querschnitt des Schweißdraht" und der Anteil der Füllung üben'keinen Einfluß aus. Außer den zwingenden Bestandteilen wie Fluoride und zusammengesetzte Fluoride, Metalle wie Kalzium und Legierungen sowie Titan und Bor, kann die Füllung auch andere Stoffe, wie beispielsweise Mittel zum Stabilisieren des Lichtbogens einschließlich solcher auf Basis von Oxyden und Karbonaten, Schlackenbildner, Desoxydationsmittel wie Ferrosilizium, Ferromangangsowie als Füllstoffe Legierungsmittel und-Eisenpulver enthalten.

Beispiel 2

Ein aluminiumberuhigter, Niob und Vanadin enthaltender Stahl mit 0,12% Kohlenstoff, 0,24% Silizium, 1,27% Mangan, 0,014% Phosphor, 0,010% Schwefel, 0,03% Niob, 0,03% Vanadin und 0,03% Aluminium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen wurde mit je einer Schweißlage beidseitig UP-geschweißt. Der Grundwerkstoff besaß die Abmessung 200 χ 400 χ 11,7 und wurde mit je einer Keilnut gemäß Fig. 2 versehen. Das Schweißen der Oberseite erfolgte mit einer Stromstärke von 600 Ampere \ bei einer Spannung von 38 Volt und einer Schweißgeschwin-

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digkeit von 45 cm/min, während die Rückseite mit 430 Ampere, 35 Volt und derselben Geschwindigkeit geschweißt wurde. Dabei kamen Pulver der in der nachfolgenden Tabelle III aufgeführten Zusammensetzung sowie Drähte mit der Zusammensetzung nach Tabelle IV zur Verwendung. Im einzelnen wurden vier Flußmittel und acht verschiedene Drähte unter verschiedenen Bedingungen verwendet. Unter die Erfindung fallen die Flußmittel B und C sowie die Drähte A bis D.

Tabelle III

	SiO2	CaO	MnO	MgO	TiO2 J /η/ \ / \ /** J \	w 3	CaF2	andere	Basizität B
A	50	30		7		4	5	4	0,81
B	38	22	10	7	4	8	10	1	1,00
C	32	22	10	13	4	7	7	5	1,25
D	30	30		20		10	5	5	1,57

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Tabelle IV

Durchmesser Schlackenbildner Si Mn Ni Mo Ti Zr Al B (mm) (*) (96) (#) (Ji) (%) (Ji) (Ji) (Ji) (Ji)

A

3,2

CaF2

15

0,2

1,8

-

5

0,45

0,3 -

-

0,015

B

Il

η

tt

η

1,

tt

tt -

-

tt

κ» O co β»

C

It

CaF2 MgF2

12 + 3

tr

tt

tt

5

-

H „

-

It

O co

D

tt

CaF2

6

tt

It

tt

0,45

U _

-

It

E

It

CaF2

15

tt

tt

It

It

- 0,3

-

It

σ> κ>

F

It

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tt

Il

tt

tt

-

0,3

Il

G

It

It

tt

It

1,

It

-

-

It

H

It

CaF2

15

0,2

1,8

Il

5

0,45

0,3 -

-

-

I

It

Pulver B v(Tab. Ill)

It

It

H

H _

mm

0,015

_ 20 - 2U0227

In einigen Fällen enthielten die Füllungen auch Eisenpulver und Schlackenbildner, um ein "bestimmtes Verhältnis von Füllung zum Gesamtgewicht zu erreichen und auf diese Weise den Lichtbogen zu stabilisieren. Silizium, Titan, Zirkonium, Bor und die anderen Zusatzelemente wurden als reine Pulver oder als Ferrolegierungen zugesetzt. Aus dem Schweißgut wurden entsprechend der zeichnerischen Darstellung in Fig. 1 Proben entnommen. Die Kurven der Fig. 3 a und b geben die Ergebnisse von 2 mm-Kerbschlagversuchen am Schweißgut wieder und lassen die verschiedenen Übergangstemperaturen erkennen.

Unter die Erfindung fallen die Kurven 1 und 2, die sich auf das Pulver C und den Draht D sowie das Pulver E und den Draht A beziehen, sowie die Kurven 7 bis 9, die sich auf das Pulver B und den Draht B, das Pulver B und den Draht A, das Pulver E und den Draht C beziehen; sie lassen hervorragende Übergangstemperaturen erkennen. Die anderen Kurven 3 bis 6 und 10 bis 12 beziehen sich auf Vergleichsversuche, d.h. auf das Pulver D und den Draht D, das Pulver B und den Draht H, das Pulver B und den Draht I, das Pulver A und den Draht D, das Pulver B und den DrahtF, das Pulver B und den Draht E sowie das Pulver B und den Draht G-.

Die Kurven 1 bis 3 zeigen den Einfluß der Pulverbasizität und beweisen, daß auch bei richtiger Drahtzusammensetzung die Kerbschlagzähigkeit gering ist, wenn die Basizität des Pulvers zu niedrig und im sauren Bereich liegt. Außerdem hat sich gezeigt, daß das Schweißergebnis, beispielsweise das Aussehen und die Form der Schweißnaht sowie die Empfindlichkeit gegen Porenbildung ebenso wie die Kerbschlagzähigkeit im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Schweißen mit höherer Basizität verschlechtert werden. Bei den Versuchen zu der Kurve 4 enthielt die Füllung des

209808/1362

Drahtes kein Bor, während alle anderen Bedingungen eingehalten wurden. Dementsprechend war die Kerbschlagzähigkeit geringer.

Der Versuch zu Kurve 6 fällt liegen des Fehlens von Kalziumfluorid in der Schweißdrahtfüllung nicht unter die Erfindung; die Kerbschlagzähigkeit war demzufolge, obgleich alle anderen Bedingungen eingehalten wurden, sehr gering. Die Kurven 7 bis 9 fallen dagegen unter die Erfindung und zeigen, daß sich auch ohne Zusatz von Nickel und Molybdän eine ausgezeichnete Kerbschlagzähigkeit erreichen läßt. Die Kurven 10 bis 12 zeigen dagegen, daß sich keine hohe Kerbschlagzähigkeit ergibt, wenn anstelle von Titan Zirkonium oder Aluminium zusammen mit Bor oder auch Bor alleine zugesetzt werden,,

Die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes aus den Versuchen zu den Kurven 2 und 5 sind in der nachfolgenden Tabelle V zusammengestellt.

Tabelle V

C Si Mn P S Ni Mo Ti B Nb V (56) (%) (%) (#) <#) (%) W) (%) W (%)

K 2 0.07 0.34 1.50 0.013 0.018 0.66 0.25 0.02 0.003 0.02 0.03 K 3 0.07 0.33 1.25 O.O13O.O30 0.73 0„26 0.02 OPOI 0.02 0.02

Die Aufnahme der Figur 4 a gibt das Gefüge des Schweißgutes zu der Kurve 2 und der Fig. 4 b zu der Kurve 5 wieder. In dem Gefüge der Fig. 4 a ist kein voreuoider Ferrit

209808/136 2

2H0227

und praktisch kein nadliger Ferrit zu erkennen. Vielmehr besteht das Gefüge aus einem feinkörnigen Ferrit. In dem Gefüge der Fig. 4 b sind dagegen große voreutektoide Kristalle erkennbar, die eine geringe Zähigkeit ergeben.

Die Versuche wurden zwar mit einer aufgefalteten Bandelektrode durchgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich jedoch auch mit anderen, beispielsweise einfachen zylindrischen Elektroden durchführen. Obgleich die Flussmittelsule einschließlich deren weiterer Bestandteile wie Eisenpulver, Schlackenbildner, Mittel zum stabilisieren des Lichtbogens bei den Versuchen 5 bis 2596 betrug, kann der Anteil der SuIe am Gesamtgewicht aber auch im Bereich von 5 bis 50% liegen. Dabei kann die SuIe außer einem Schlackenbildner, einem Mittel zum Stabilisieren des Lichtbogens und Eisen auch Desoxydations- und Legierungsmittel neben den Metallfluoriden, Titan und Bor enthalten. Unter die Erfindung sollen nicht nur im Schmelzfluss sondern auch durch Brennen oder Sintern hergestellte Pulver fallen.

Wie bereits erwähnt, ist die Schweißbarkeit beim beidseitigen Einlagen- und Mehrlagenschweißen kaltzäher SOxLe, beispielsweise aluminiumberuhigter kaltzäher Stähle ausgezeichnet und ergibt sich eine hohe Zähigkeit des Schweißgutes .

Beispiel 5

Ein aluminiumberuhigter Stahl mit 0,12% Kohlenstoff, 0,24% Silizium, 1,27% Mangan, 0,004% Phosphor, 0,010% Schwefel, 0,03% Niob und 0,03% Aluminium, Rest Eisen wurde mit je einer Lage auf beiden Seiten geschweißt. Da-

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2U0227

"bei kamen Platten der Abmessung 200 χ 400 χ 11,7 zur Verwendung, die gem. Fig. 2 mit einer Keilnut versehen worden waren, auf der Oberseite mit 600 Ampere, und 30 bis 38 Volt sowie einer Geschwindigkeit von 45 cm/ min und auf der Rückseite mit 430 Ampere, 30 bis 35 Volt sowie derselben Geschwindigkeit geschweißt wurden. Danach wurden Proben gem. Fig. 1 entnommen.

Das Schweißen erfolgte unter verschiedenen Bedingungen mit den sechs aus Tabelle VI ersichtlichen Pulvern sowie mit sieben Seelendrähten gem. Tabelle VII. Die Versuche 1 bis 5 bzw. die Pulver A bis B zusammen mit den Drähten A bis C fallen unter die Erfindung.

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2.H0227

O) H H

•Η N •Η CO

ctf

Q)

-ο

(N fa CtJ "

O CVl/

H <ί "

CvJ

O *

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σι cm

ο 4 r-ο ο ω

in

in r ιτ\ 4-

in in

CvI

O cm ΐ>- ω ro

in

ο ω ro r>- co

ο ο ω ι

ο -d· to to

CvI CvI LTk CvI CvI CvJ ΚΛ

cm co in to ro to in

ο O PI fa

2H0227

Tabelle VII

Si Mn Ni Mo Ti Al Zr B
(%) (Ji) (JO 00 (Si) (Ji) (Ji) (Ji)

A 0,2 2,0 1,5 0,5 0,2 - - 0,020

B 0,2 2,0 1,5 - 0,2 - - 0,020

C 0,2 2,0 - 0,5 0,2 - - 0,020

D 0,2 2,0 1,5 0,5 - 0,3 - 0,020

E 0,2 2,0 1,5 0,5 - - 0,020

F 0,2 2,0 1,5 0,5 - - 0,3 0,020

G 0,2 2,0 1,5 0,5 0,2 - - 0,020

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-26- £140227

Die Drähte der Tabelle VII enthielten außer den erwähnten Bestandteilen zur Korrektur des Gewichtsverhältnisses von Füllung und Draht im Hinblick auf die Lichtbogenstabilität noch Eisenpulver und Schlackenbildner. Silizium, Titan, Zirkonium, Bor und andere Komponenten wurden als Ferrolegierung und als Metallpulver zugesetzt.

Ein Teil der Ergebnisse der Kerbschlagversuche am Schweißgut ist in der Tabelle VIII zusammengestellt. Dabei fallen die Versuche 1 bis 5 unter die Erfindung und zeigen die Versuche 1,4,11 und 12 den Einfluß der Pulverbasizität und außerdem, daß selbst bei richtiger Drahtzusammensetzung sich keine hinreichende Zähigkeit ergibt, wenn die PulverZusammensetzung nicht erfindungsgemäß ist. Die Versuche 1 bis 3 und 6 bis 9 zeigen, daß sich auch bei erfindungsgemäßer Basizität keine hohe Zähigkeit ergibt, wenn die Drahtzusammensetzung außerhalb der Erfindung liegt, Insbesondere zeigen aber die Versuche 1 bis 3, daß sich bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Bedingungen ein Schweißgut mit hoher Zähigkeit ergibt, auch wenn die Legierungsä.emente, beispielsweise Nickel oder Molybdän, in weiten Grenzen schwanken.

Die Zusammensetzungen des Schweißgutes aus ^en Versuchen 1 und 7 sind in der nachfolgenden Tabelle IX zusammengestellt.

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2U0227

	Pulver	Tabelle	VIII	Kerbschlagzähigkeit	-300C
Versuch		Draht		-600C	124
	A		23	116
1	A	A	68	132
2	A	B	71	146
3	B	C	69	103
4	C	A	58	68
5	A	C	35	42
6	A	D	15	45
7	A	E	20	82
8	A	F	46	60
9	C	C	14	67
10	D	E	21	70
11	E	A	25	43
12	E	A	10
13	C

2U0227

ω H H Φ

.H^s

co U ω

CM O	CM ο
9% O	O
CM O	CM O
	ο"
,002	,002
ο	ο
ro ο	,οι:
ο	ο V
ro CM	CM

O	CM ΙΓ\
ft O	ο
CM
δ	δ
α	ο
ιη	ro
δ	δ
ο*	σ
1,35	00 ro
CM ro	ro
O*	cT
ο	r>- O
α	ο

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2U0227

Beispiel 4

Als Niob- und vanadinfreier Stahl wurde der aluminiumberuhigte Stahl N-Tuf 33 sowie als Niob- und vanadinhaltiger Stahl ein mit Ausnahme von Niob und Vanadin etwa der Zusammensetzung des Stahls N-Tuf 33 entsprechender Stahl für Versuche verwendet, bei denen 12 bzw. 11,7 dicke Bleche der in Tabelle X angegebenen Zusammensetzung mit den Schweißdrähten der Tabelle XI geschweißt wurden. Bei den Versuchen wurden drei Pulver, das relativ saure Pulver A, ein neutrales Pulver B und ein hochbasisches Pulver C verwendet, deren chemische Zusammensetzungen sich aus Tabelle XII ergeben. Sämtliche Pulver wurden im Schmelzfluss erzeugt und besaßen eine Korngröße unter 20 mesh einschließlich Staub.

Geschweißt wurde mit einem X-Stoß einer Wurzelbreite von

4 mm und einem Böschungswinkel von 90° auf beiden Seiten. Das Schweißen erfolgte in den unteren Lagen mit 500 Ampere, 30 bis 35 Volt und einer Geschwindigkeit von 45 cm/ min und bei der oberen Lage mit 600 Ampere, 32 bis 36 Volt sowie derselben Schweißgeschwindigkeit.

Die Kerbschlagzähigkeit des Schweißgutes bei - 60⁰C ergibt- sich aus Fig. 5 bei deren Kurven die Stahlqualitäten und in Klammern der jeweilige Draht angegeben ist. Die erfindungsgemäßen Schweißungen sind unverändert. In der Tabelle XII sind die chemischen Zusammensetzungen des Schweißgutes und der Schlacke auf der oberen unter Verwendung des Drahtes A bei dem Niob-Vanadin-Stahl gelegten Schweißlage zusammengestellt.

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2H0227

Tabelle X

Si

Mh

Nb

N-Tuf 33 0.10 0.26 1.20 0.017 0.006 Nb-VN Tuf 33 0.12 0.24 1.27 0.014 0.010 0.03 0.03

Tabelle XI

Si

Mh

Mo

Ti

Draht _{() (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%)} A 0.06 0r10 1.32 0.011 0.009 1.20 0.42 0.10 0.008 B 0.06 0.12 1.40 0.013 0.010 1.20 0.43

Tabelle XII

Pul- SiO₂ CaO MnO MgO TiO₂ AlO₂ ^Ver

CaF₂ andere Basizität

A 50 30 - 7 - 4 B 38 22 10 7 4 8 C 30 30 ■ - 20 10

VJi	4	0	.81
10	1	1	.00
VJl	VJl	1	.57

Tabelle X III

Draht CaF₂ Si Mn Ti B Nb V

15 0.2 1.8 0.3 0.015 0.06 0.06 15 0.2 1.8 0.3 0.015. -

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- 31 - 2UG227

Die vorstehenden Daten zeigen, daß bei Verwendung des titan- und borfreien Drahtes mit irgendeinem Pulver die Kerbschlagzähigkeit des Niob-Vanadin-Stahls gleichbleibt oder geringer ist als die Kerbschlagzähigkeit des Stahls N-Tuf 33. Im Gegensatz dazu ergibt sich bei Verwendung des titan- und borhaltigen Drahtes A bei hoher Schlackenbasizität eine hohe Kerbschlagzähigkeit im Falle des Niob-Vanadin-Stahls. Mithin führt das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem Niob und Vanadin enthaltenden Stahl zu einem Schweißgut mit hoher Zähigkeit.

Beispiel 5

Bei einem weiteren Versuch, der die Verbesserung der Zähigkeit bei einem Niob- und Vanadin enthaltenden Stahl aufzeigen sollte, wurde ein 12 mm dickes Blech aus dem Stahl N-Tuf 33 entsprechend Beispiel 4 mit dem Pulver B geschweißt. Dabei kamen zwei verschiedene Seelendrähte mit einem Durchmesser von 3,2 mm zur Verwendung, deren Zusammensetzung sich aus Tabelle XIV ergibt..Der Schweißdraht A enthielt Kalziumfluorid, Silizium, Mangan, Titan und Bor, während der Schweißdraht B außer diesen Elementen noch Niob und Vanadin enthielt.

Die Kerbschlagzähigkeiten der seitlich mit einer in bezug auf das Schweißgut und die Blechdicken mittigen Kerbe versehenen Probe sowie die chemischen Zusammensetzungen der Schweißschlacke und des Schweißgutes ergeben sich aus Tabelle XV. Dabei beziehen sich die Versuche 1 bis 8 auf den Niob-Vanadin-Stahl, während sich die Versuche 9 bis 16 auf den N-Tuf 33-Stahl beziehen.

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"2U0227

Tabelle XIV

Draht Kerbschlag zähigkeit

-60° -30° (J)

Schweißgut

Si Mn

Ti %

B Nb

83 122 0.07 0.30 1.45 0.04 0.004 0.03 33 83 0.07 0.31 1.46 0.03 0.003

0,02

Draht Schlacke

SiO₂ CaO MnO MgO TiO ^A12°3

31.9 16.9 17.3 3.1 3.4 0.09

Draht Schlacke

CaF,

FeO %

Basizität

18.9

1.43

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Tabelle XV

Ca? OT N>

	Fluß« mittel	Draht	Zusatz	Schweißgut
1 2 3 4 5 6 7 8	A B B' C	A B A B A B A B	CaF2 It	C Si Mn P S Ni Mo Ti S Nb V (%) (%) (Ji) (Ji) (Ji) (Ji) (Ji) (Ji) (Ji) (Ji) (Ji)
9 10 11 12	A B	A B A B	III!	0.07 0.40 1.21 0.013 0.013 0.41 0.10 0.01 0.002 0.03 0.02 0.07 0.38 1.26 0.014 0.012 0.45 0.19 - - 0.03 0.02 0.08 0.30 1.26 0.014 0.014 0.44 0.19 0.02 0.002 0.03 0.03 0.Ö8 0.30 1.26 0.014 0.012 0.45 0.19 - - ' 0.02 0.02 0.07 0.26 1.31 0.015 0.009 0.43 0.21 0.02 0.002 0.03 0.02 0'.08 0.24 1.32 0.013 0.010 0.42 0.22 - - 0.03 0.02 0.10 0.22 1.25 0.013 0.003 0.42 0.19 0.01 0.002 0.03 0.03 0.10 0.020-1.27 0.012 0.003 0.45 0.20 - - 0.03 0.03
0.08 0.38 1.20 0.015 0.013 0.42 0.17 0.02. 0.001 0.08 0.38 1.24 0.016 0.013 0.43 0.19 - 0.07 0.32 1.28 0.015 0.012 0.43 0,21 0.02 0.002 0.09 0.31. 1.30 0.015 0.012 0.46 0.21 -

Tabelle XV (Fortsetzung 1)

O t£> OO O OO

	Fluß mittel	Draht	Zusatz	C f θ/ ι I VQ I	Si	Mn 00	P	Schweißgut	S	Ni 00	Mo	Ti	0	S Nb V
13	Ta	A	CaF2	0.09	0.27	1.30	0.014	0.010	0.39	0.17	0.02		.002
14	Jd	B	Il	0.08	0.28	1o35	0.015	0.011	0.41	0.18	-	0
15		A	-	0.10	0.25	1.27	0.013	0.009	0.48	0.20	0.01		.002 -
16		B	—	0.10	0.25	1.29	0.013	0.008	0.47	0.21	—

Tabelle X¥ (Fortsetzung 2)

CO
OO
O
OO

Flußmittel

Draht

A B A B A B A B

Zusatz

CaF,

Schlacke

SiO

2 00

CaO 00

MnO 00

MgO 00

TiO

2 00

CaF

2
(90

FeO Basics ^2ität

49.5 27.1 0,6

4.0 4.8 4.8 0,85

38.	3	17.	5	20	.5	4	.0	2	.8	2	.1	8.5	4	•0	1	.02
32.	1	17.	0	18	.2	3	.6	3	.1	1	.4	16.5	2	.5	1	.38
28.	4	28.	3	0	.4	19	,1		-	9	.0	4.5	1	.3	1	.60

2U0227 - 36 -

Die Daten zeigen, daß die Kerbschlagzähigkeit auch in Anwesenheit von Niob und Vanadin verbessert wird. Obgleich sich die Versuche auf einen Stahl bezogen, der nur Silizium und Mangan enthielt, ergibt sich eine ähnliche Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit bei Stählen die außerdem noch Nickel, Chrom und Molybdän enthalten. Nach der Erfindung können daher hochfeste Stähle mit einer Zugfestigkeit von 50 bis 70 ob geschweißt werden. 'Außerdem lassen sich nach der Erfindung, wenn die Gehalte an Titan* Bor Und Niob bzw» Vanadin im" Rahmen der Erfindung liegen* auch Stähle mit einer Festigkeit von 50 bis 80 cb schweißen* die andere Elemente Wie Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Kupfer, Phosphor, Nickel, Chrom und Molybdän enthalten» Dabei können Spuren von Aluminium und Zirkonium außer Betracht bleiben*

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Claims (1)

1. Patentansprüche;

   1_β Schweißdraht zum UP-Schweißen von Stahl, gekennzeichnet durch eine Seele aus mindestens 25% Kalzium-, Natrium-, Kalium-, Lithium-, Magnesiumoder Manganfluorid einzeln oder nebeneinander sowie 0,1 bis 1,0% Titan und unter 0,05% Bor.

   2. Schweißdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Seele mindestens zum Teil zusammengesetzte Fluoride der Metalle Natrium, Kalium, Lithium, Magnesium oder Kalzium und Titan, Zirkonium, Aluminium oder Bor enthält»

   e Schweißdraht nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Fluoride mindestens teilweise durch Kalzium, Magnesium und Barium oder Legierungen des Kalziums und Magnesiums einzeln oder nebeneinander ersetzt sind.

   4β Verfahren zum UP-Schweißen von Stahl, gekennzeichnet durch die Verwendung eines nahezu neutralen Pulvers mit einer Basizität von

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   - 38- 2U0227

   CaO+MgO+BaO+Na^O+K-O+Li^O+CaF-H-i (MgO+FeO

   sowie eines Drahtes mit einer Seele aus Schlackenbildnern, Mitteln zum Stabilisieren des Lichtbogens, einem Desoxydations- oder Entstickungsmittel, Legierungselementen und Eisenpulver einzeln oder nebeneinander sowie mindestens einem Metallfluorid und 0,04 bis 1,0% Titan und 0,002 bis 0,05% Bor, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes.

   ^ 5. Verfahren zum UP-Schweißen von Stahl, g e k e η η zeichnet durch die Verwendung eines basischen Pulvers mit einer Basizität von Ca0+Mg0+Ba0+Na20+K₂0+Li₂0+CaF2+J(Mg0+Fe0)>1,2

   -J (Al 0₃+Ti0₂+Zr0₂)

   sowie eines Drahtes mit einer Seele aus einem Schlackenbildner, einem Mittel zum Stabilisieren des Lichtbogens, einem Desoxydations- oder Entstickungsmittel, Legierungselementen und Eisenpulver einzeln oder nebeneinander sowie mindestens 0,04 bis 1,0% Titan und 0,002 bis 0,05% Bor.

   6. Verfahren zum UP-Schweißen von Stählen mit weniger als ^ 0,15% Niob und/oder Vanadin, gekennzeichnet " durch eine Schlackenbasizität von

   J (MnO+FeO) ^₁₂

   SiO₂H-J ₃

   und ein Schweißgut mit 0,005 bis 0,10% Titan, 0,001 bis 0,01% Bor sowie 0,01 bis 0,12% Niob und/oder Vanadin _#

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