DE2157905C3

DE2157905C3 - Verwendung eines Zusatzmittels für ein SchweiBgut von Lichtbogen-SchweJBverfahren

Info

Publication number: DE2157905C3
Application number: DE19712157905
Authority: DE
Inventors: Hans Horst Dipl.- Ing. 4630 Bochum Behrenbeck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-23
Filing date: 1971-11-23
Publication date: 1975-04-30
Also published as: DE2157905A1; DE2157905B2

Description

Teile, üie zu einem Werkstück verschweißt und anschließend emailliert werden, z. B. Behälter. Apparate, Vorlagen, Stromstört 1, Thermorohre, Rührer. sollen im Bereich der Schweißnaht nur so wenig — möglichst gar keine — Gase, wie Stickstoff oder Wasserstoff, enthalten, daß das Email nicht durch Gasentwicklung abgeworfen wird.

Bei der Herstellung einer Schweißverbindung entstehen Schlackeneinschlüsse aus den Flußmiuun. wie Eleklrodenumhüllung oder Schweißpulver, und den QxytJaiionspmdukten _Vnn Fistn und Eisenbeglcitcrn. die aus der flüssigen Phase nicht 100° <.ig abgeschieden werden, bevor das Schweißgut zur Frstarrung kommt. Aus der Atmosphäre nimmt das flüssige Schweißgut Stickstoff auf. Der Kohlenstoff des /u verschweißenden Grundwerkstoffs reagiert an der flüssigen Schweißgutoberflache mit dem Sauerstoff der Atmosphä' ?.

Beim Emaillieren wird das Werkstück mit der aufgfcörachtcn Grundemaillcschichl geglüht, z. B. bei einem Werkstück aus Stahl bei etwa 920 C. um die Bindung des Grundemail mit dem Werkstück zu erzielen, welches aus dem Grundwerkstoff rnd zonenweise aus dem erstarrten Schweißgut besteht. Die Deckemailleschichten werden bei geringeren Temperature· aufgebracht. z. B bei Temperaturen von >2Q bis 740 C Die Grundemailfeschlcht weist zahlreiche Hohlräume auf. die durch die Deckemailleschichten So verschlossen »erden. Bei dem für das Aufbringen der Grundemaillcschicht notwendigen Glühen setzen sich die im erstarrten Schweißgut, vorhandenen Gase to Belegung Das gilt für den Stickstoff, der im Schweiügut bts /u einem Gehalt von 0,07% — Schweißer! unter I uft -, und von 0,05 °/o — Schutzgasschweißen steigender Spannung bei noch länger in der Atmosphäre bleih,-nden Tropfen — vorliegen kann (vgl. Tabelle 1) wie für den Wasserstoff, dessen Gehalt wesentlich geringer aber schwankend ist. Es kann zu weiteren Gasverbindungen kommen, weil zwischen Schweißgut und Grundwerkstoff im Hinblick auf den Kohlenstoffgehalt Ungleichgewichte bestehen und der Kohlenstoff nach den Diffusionsgcscizen den Gleichgewichwutfand anstrebt. Die Gase Linnen sich vereinigen und unter der Grundemailleschicht sammeln, z.B. in den zahlreichen Hohlräumen. Je nach Zusammensetzung reduzieren die Gase an den Sammelstellen vorhandenes oxydiertes Eisen, ehe es zurr. Abwerfen des Emails infolge des zu hohen Gasdrucks kommt. In diesen Bereichen werden nach dem Emailabwurf weiße kristallin glänzende Stellen sichtbar.

Beim Schweißen mit offenem Lichtbogen, z. B. mit Stabelektrode und bei der Schutzgasschweißung, entstehen im allgemeinen Schwei^spritzer. die aus flüssigem Material bestehen, das nur teilweise mit Schlacke umhüllt ist, und die vom Zusatzwerkstoff abgeworfen oder beim Eintauchen des vom Zusatzwerkstoli abfallenden Tropfens in das flüssige Schweißgut aus diesem herausgeschleudert werden. Diese Tropfen brennen in Abhängigkeit von ihrer Verweilzeit ..-■ der Atmosphäre und damit ihrer Abkühluno mehr oder minder in die Oberfläche der zu einem Werkstück zu verschweißenden Teile ein. Da sie ungeschützt oder nur teilweise mit Schlacke jm-I₁QHt durch die Atmosphäre geschleudert werden, und außerdem zu Beginn ihres Freiwerdens eine hohe Temperatur aufweisen, neigen sie stark zur Stick-Moffaufnahme. Nach dem Auftreffen auf die kalte Werkstückoberfläche geben die Tropfen einen Teil des Stickstoffs ;,n die Umgebung ab. Der eigentliche Konzentrationsausgleich mit der näheren Umgebung erfolgt bei d<r nachfolgenden zur Emaillierung notwendigen Wärmebehandlung. An den Auftreffstellen steht ein Bindemittel für Stickst· If nichl oder nicht ausreichend /ur Verfugung, so daß Reste von Zusatz werkstoff- und Schweißguttropfen zur Bildung \ 1 kristallinen Flecken und zum Hmailabvvurf an die ,1 Stellen führen kann.

D2 der Wasscrstofl jus dem Metall des Werkstücks im Laufe kürzerer /.eit heraus<htfundiert. liegt haupt sächlich der Stickstoff im Schweißgut als Fremdkörper vor. Die Erfindung verfolgt daher den Zweck, das vom Stickstoff herrührende Abwerfen oder Abplatzen des Emails /u verhindern ?hr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zusatzmittel für das Schweißgut von [ ichtbogen-Schweißverfahren zu verwenden, das Jen als Fremdkörper vorliegenden Stickstoff abbindet

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Verwendung eines Zusatzmittels mit einem Vanadingenait von etwa 0,i5~«. für das Scrrwerogut von Lichtbogen-Schweißverfahren /ur Verhinderung des Abwerfens von Email durch Abbindung des Stickstoff in Stickstoff und Wasserstoff enthaltenden Schweißnähten oder Schweißsprilzern an zu emaillierenden Werkstücken,

Aus der DT-AS 1254 g7i sind ein emaiüicrfähiges Stahlblech und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Durch einen Zusatz von Vanadin soll der Umwandlungspunkt jon \-Eisen zu ;--Eisen ansteigen, wodurch die Einbrenniemperauir erhöht und gleichzeitig die auftretenden Spannungen verringert werden. Die Literaturstelle befaßt sich jedoch nicht mit dent Schweißen von zu emaillierenden Werkstücken.

;, hs ist bekannt, daß Aluminium, Titan, Zirkon und Bor zwar Stickstoff abbinden, sich aber entweder nicht in das Schweißgut einbringen lassen, weil sie im Lichtbogen verschlacken, oder aber ungünstige Ein schlußformen bilden. Vanadin läßt sich dagegen in das Schweißgut einlegieren. Es bindet den Stickstof! ebenso gut wie die anderen Elemente ab (DT-OS 1558 882, 1483 496 und 1483457). Vorbedingung ist jedoch, daß das Schweiß .vit einer nachträglichen Wärmebehandlung unterwo τ wird. So genügt z. B. beim Schweißen in mehrc.cn Lagen die von jeder neu eingebrachten Raupe in die vorhergehende Raupe übertragene Wärme nicht, den Stickstoff vollständig an Vanadin zu binden. Die beim Emallieren ohnehin notwendige Wärmebehandlung reicht jecoch aus, den Stickstoff mit Vanadin abzubinden. Die Vanadinabbindung strebt nämlich zwischen 650 und 950' C. etwa bei 800° C, einem Optimum zu. Im Hinblick auf das Emaillieren kommt hinzu, daß die Vanadin-Abbindung immer besser wird, je langer die Temperatu, in dem vorgenannten Bereich gehalten wird.

Mit der Stickstoff-Abbindung im Schweißgut ist eine Voraussetzung für die Vermeidung von kristallinen Flecken oder — allgemein ausgedrückt — des Abplatzens von F mail geschaffen. Die optimale Abbindung wird durch das Emaillieren erreicht, da dieses in dem für das Abbinden von Stickstoff durch Vanadii. günstigsten Temperaturbereich stattfindet. Dabei werden sowohl der Stickstoff im Schweißgut selbst als auch Stickstoff in Tropfen, die beim Zuführen von Zusatzwerkstoff aus dem Zusat/werkstoff selbst oder aus dem SchwuSgut herausgeschleudert werden, abgebunden.

Hinzu kommt der Vorteil, daß Vanadinnitride zur Feinkörnigkeit erheblich beitragen. Während Schweißgut ohne Vanadinzusatz im Laufe der Zeit bei den einzelnen Glühvorgängen oder bei langem Halten des Werkstücks auf Glühtemperatur immer grobkörniger wird, tritt dieses Verhalten bei Schweißgut mit Vanadinzusatz nicht auf; vielmehr ist Vanadin ein feinkornbildender Zusatz. Das ist von Bedeutung, da es durch Emaillieren und Reemaillieren bis zu 50 Glühungen im genannten Temperaturbereich kommen kann.

Zwischen Schweißgut fid Grundwerkstoff besteht im Hinblick auf Kohlenstoff und Stickstoff ein Ungleichgewicht. Nach den Diffusionsgesetzen wird der Gleichgewichtszustand angestrebt. Die für das Emaillieren notwendigen Glühzeiten lassen sich im Hinblick auf die Diffusion addieren, so daß damit gerechnet werden muß, daß Kohlenstoff in das Schweißgut einwandert. Da Vanadin jedoch eine hohe Affinität ZU StlCkSton aufweist, die grÖBCT rei ais uic nm Eisen zu Stickstoff, bildet sich in jedem FaIi Vanadinnitrid und nur vereinzelt Vanadinkarbid und Vanadirtkarbonitrid.

Entsprechend dem zu erwartenden Stickstoffgehalt (vgl. Tabelle 1) in der Verbindung aus Grundwerkstoff, Zusatzwerkstoff und aktivem Gas ist ein Vanadinzusatz von etwa 0,l5'/e r»< wendig, um eine sichere Abbindung des Stickstoffs zu erreichen.

Bei Verwendung von gefüllten oder umhüllten Elektroden — Füiiärahtdckirodsr, oder Stabdektroden — für das Lichtbogen-Scbweiß-erfahren ist in Atisgestaltung der Erfindung das Vanadin im Kern oder in der Hülle der Elektrode vorgesehen. Mh crstereß derartig zusammengesetzten EIe'' .«den, die sich gezielter erstellen lassen und bei denen die Menge der Legierungselemente variabler ist, wurden Versuche ausgeführt, die das zunächst theoretisch ermittelte vorteilhafte Verhalten von mit Vanadin Iegiertem Schweißgut bestätigten. Die Zusammensetzung der FQUdrähte gewährleistet, daß die Teile des Werkstücks sicher verschweißt werden können und die Schweißverbindung nach der EmaUIierung neben den geforderten mechanischen Eigenschaften die gewünschte Stickstoffabbindung aufweist. Dabei lassen sich weitere Legierungselemente den Fülldrähten je nach Anforderung zusetzen.

Bei Verwendung von nicht umnüllten Elektroden — nackte Schv.eißdrähte und Seeleneiektroden — für das Lichtbogenschweißverfahren ist in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung das Vanadin in der Elektrode selbst vorgesehen. Mit derartigen Elektroden sind zahlreiche Lichtbogenschweißverfahren ausführbar, und zwar sowohl solche, die die blanke

zo Elektrode als Zusatzelektrode verwenden, auch in Form eines Drahtes, als auch solche, die die blanke Elektrode als abschmelzende Elektrode verwenden. Erwähnt seien das UP-. MAG-, EG- und das MIG-Verfahren. Die Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren werden zweckmäßig mit Fülldrahtelektroden durchgeführt, die unter Kohlendioxyd-Schutzgas abzuschmelzen sind. Es lassen sbh jedoch auch andere Gase, wie Gemische aus Argon und Kohlendioxyd. Argon mit Kohlendioxyd und Sauerstoff sowie reine Edelgase, die gegebenenfalls mit Sauerstoff- oder Stickstoffzusatz versehen sind, verwenden, wenn die Schlackenzusätze in der Fülldrahtelektrode hierauf abgestimmt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist bei Ausführung des Lichtbogenschweißverfahrens in Form eines Unterpulververfahrens das Vanadin in dem Schweißpulver vorgesehen. Wegen des angestrebten Reinheitsgrades des Schweißgutes sollten grundsätzlich als Schweiß; ulver kalkbasische Pulver in der Art der Pulver OP 40TT oder OP 141 TT verwendet werden.

Tabelle 1

Verfahren

ES

UP

EG sauer

EG basisch

SG CO, rein

SG COj + Stickstoff

MIG Argon

MHj Argon τ- 3^;'ori„

ESU "

Luft (Trop. η)

SG steigende Spannung
Tropfen länger ir. der Atmosphäre

»'» N₄ im Schwei3gt.it

Tabelle 2

a)C

b) Si

c) Mn

d) Ni

e) Mo 0 Cr

bis 0,010
bis 0,015
bis 0,020
bis 0,015
bis 0,012
bis 0,020
bis 0,005

l-i- ΛΑ1Λ

bis 0,007
bis 0,07

bis 0,05

0,03X0,15·/» O

0,30X1,8%

0,00X2,8·/»
0,00 X 0,5 ⁹Z*
O₁OO X 0,7·/·

5 6

Zu warmfesten Stählen werden Molybdän und Grundwerkstoffe HI, St 37/3, St 37/2 HII EH 21,

GKrönt zugesetzt, m bei erhöhter Temperatur zu er- EH 24, EH 38 ^- erfordern in den Schweißverbin-

höhten Festigkeitswerten *u kommen. Als drittes düngen außer dem Vanadin-Gehalt von etwa O,l5»,o

Element, welches sich positiv auf die Warmfestigkeit nur wenig weitere Zusätze. D.ese Zusätze sind m

auswirkt, ist Vanadin anzusehen, worin ein weiterer 5 Tabelle 2 angegeben. Bei den bisher durchgeführten

Vorteil der Verwendung des Vanadins als Zusatz- Versuchen genügten — in an sicn bekanmer Weise

sättel zürn Sehweißgüf zu sehen ist. — die in Tabelle 2 unter den Ziffern a bis d genann-

Die geforderten¹ mechanischen Eigenschaften — ten Elemente.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Zusatzmittels mit einem Vanadingehalt von etwa 0,15 % für ein Schweißgut von Lichtbogen-Schweißverfahren zur Verhinderung des Abwerfens von Email durch Abbindung des Stickstoffs in Stickstoff und Wasserstoff enthaltenden Schweißnähten oder Schweißspritzern an zu emaillierenden Werkstücken.

2. Verwendung eines Zusatzmittels nach Anspruch 1 für Lichtbogen-Schweißverfahren jnit nicht umhüilter Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode das Vanadin enthält.

3. Verwendung eines Zusatzmittels nach Ansprach I für Lichtbogen-Schweißverfahren mit umhüilter Elektrode, dadurch gekennzeichnet, dsß das Vansdin in der Hülle der Elektrode vorgesehen ist.

4. Verwendung eines Zusatzmittels nach An- ao Spruch ! oder 3 für Lichtbogen-Schweißverfahren mit Fülldraht, dadurch gekennzeichnet, daß das Vanadin Schlackebildnern in dem Fülldraht zugemischt ist.

5. Verwendung eines Zusatzmittels nach An-Spruch 1 für Lichtbogen-Unterpulvcr-Schweiü.erfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Vanadin in dem Schweißpulver vorgesehen ist.