DE2159607A1

DE2159607A1 - Banked weld joints improvement - by ameliorating additional seams

Info

Publication number: DE2159607A1
Application number: DE19712159607
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Disselmeyer
Original assignee: Thyssen Niederrhein AG
Current assignee: Thyssen Niederrhein AG
Priority date: 1971-12-01
Filing date: 1971-12-01
Publication date: 1973-09-13
Also published as: DE2159607B1

Abstract

The weld between two metal parts, which have been joined by banked weld seams may be improved by the running in the transition regions between weld seams and workpieces ameliorating weld seams. The ameliorating seams are pref. produced by inert gas arc welding using a non-consumeable electrode no further material being added.

Description

Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen zwischen zumindest zwei Metallteilen, wobei die Metallteile mittels überhöhter Schweißnaht aneinander angeschlossen und die Nahtübergangsbereiche zwischen der Schweißnaht und den Metallteilen nachbearbeitet werden. Process for producing welded joints The invention relates to refer to a method for producing welded joints between at least two metal parts, whereby the metal parts are attached to one another by means of a raised weld seam connected and the seam transition areas between the weld seam and the metal parts be reworked.

Schweißverbindungen zwischen Metallteilen sind bekanntlich besonderen Beanspruchungen ausgesetzt und hrig Ausgangspunkt von Brüchen. Das gilt insbesondere dort, wo Schwingungsbeanspruchungen aufzunehmen sind. - Im einzelnen sei dazu folgendes vorgetragen: die Tragfähigkeit geschweißter Konstruktionen aus Stahl, Leichtmetall oder aus anderen metallischen Werkstoffen liegt bei schwingender Beanspruchung in vielen Fällen deutlich unterhalb der statisch zulässigen Belastbarkeit. Dies gilt insbesondere für Dauerbeanspruchung und für Zeitschwingbeanspruchung mit hohen Lastspielzahlen (N 2 105) bei Spannungsvarhältnissen im Bereich zwischen x = °min/°max ~ -1 und x P O. Je höher die Festigkeit und damit die statisch zulässige Spannung des Werkstoffes ist, umso ungünstiger wird das Verhältnis der ertragbaren Schwingbeanspruchung zur statisch zulässigen Spannung. Infolgedessen können in vielen Fällen die ausgezeichneten Festigkeitseigenschaftben hochfester Werkstoffe nicht voll ausgenutzt werden. Häufigste Ursache für die geringe Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen an z. B. glatten Blechen sind die ungünstigen Beanspruohungsverhältnisse am Übergang der Schweißnahtüberhöhung in das glatte Blech. Die Bruchausgangsstelle liegt dort, wo eine geometrisch bedingte Spanungsspitze mit der Grenze zwischen überhitztem Grundwerkstoff und Schweißgut sowie mit vom Schweißvorgang geprägten Eigenspannungssystemen zusammenfällt. - Ähnlich bestehen kritische Bereiche bei anderen Schweißverbindungen.Welded connections between metal parts are known to be special Exposed to stress and the starting point of fractures. This is especially true where vibration loads are to be absorbed. - In detail, let me tell you the following presented: the load-bearing capacity of welded structures made of steel, light metal or made of other metallic materials in the case of oscillating loads in many cases well below the statically permissible load capacity. this applies especially for long-term stress and for time fluctuations with high numbers of load cycles (N 2 105) for voltage variances in the range between x = ° min / ° max ~ -1 and x P O. The higher the strength and thus the statically permissible stress of the material, the more unfavorable the ratio of the tolerable vibration stress becomes to the statically permissible voltage. As a result, in many cases the excellent Strength properties of high-strength materials cannot be fully exploited. Most common The reason for the low fatigue strength of welded joints on z. B. smooth Sheets are the unfavorable stress conditions at the transition of the weld seam elevation into the smooth sheet. The starting point of the break is where a geometrically determined one Chip peak with the boundary between overheated base material and weld metal as well as coincides with residual stress systems shaped by the welding process. - Similar there are critical areas in other welded joints.

Es ist vielfach versucht worden, die Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen durch eine nach dem Schweißen vorgenommene Behandlung der kritischen Bereiche zu verbessern. Von den zahlreichen im Fachschrifttum angegebenen Verfahren seien die formverbessernden Eingriffe wie das Überschleifen oder Abarbeiten der Nahtüberhöhung, die thermischen Eingriffe wie das Spannungsarmglühen oder die punktuelle Wärmebehandlung ( spot heating treetment) und die mechanischen Oberflächenbehandlungen wie das Kugelstrahlen oder das Hämmern der Nahtübergänge erwähnt. Alle diese Methoden haben sich aus Gründen der Aufwendigkeit und/oder der zu geringen Wirksamkeit in der Praxis bisher nicht oder nur in beschränktem Umfang durchgesetzt. - Im übrigen ist es bekannt ( vergl. Dt-OS 1 540 6461 zur Verbesserung von Kehlnahtschweißnähten oder Stump£-nähten auf die Schweißnaht Schweißraupen aus einem zusätzlichen Werkstoff hoher Zugfestigkeit aufzutragen. Das bringt zumindest in Bezug auf das Schwingverhalten keine beachtliche Verbesserung.Many attempts have been made to reduce the fatigue strength of welded joints by treating the critical areas after welding to enhance. Of the numerous procedures cited in the specialist literature, are the shape-improving interventions such as grinding over or processing the excess seam, thermal interventions such as stress relief annealing or selective heat treatment (spot heating treetment) and mechanical surface treatments such as shot peening or the hammering of the seam transitions mentioned. All of these methods have been used for reasons the complexity and / or the insufficient effectiveness in practice so far or enforced only to a limited extent. - Otherwise it is known (cf. Dt-OS 1 540 6461 to improve fillet weld seams or butt welds the weld seam weld beads made of an additional material with high tensile strength to apply. At least with regard to the vibration behavior, this does not bring any significant Improvement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen zwischen zumindest zwei Metallteilen anzugeben, welches zu wesentlich verbesserten eqcb-<4<ververbindungen führt, und zwar insbesondere zu Schweißverbindungen mit verbessertem Schwingverhalten.The invention is based on the object of a method for production of welded connections between at least two metal parts to indicate which to significantly improved eqcb- <4 <connections leads, in particular to welded joints with improved vibration behavior.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen zwischen zumindest zwei Metallteilen, wobei die Metallteile mittels überhöhter Schweißnaht aneinandelq angeschlossen und die Nahtübergangsbereiche zwischen der Schweißnaht und den Metalltei'en nachbearbeitet werden. Die Erfindung besteht darin, daß in den Nahtüergangsbereichen Werkstoff der Schweißnaht und Grundwerkstoff der Metallteile zu einer möglichst porenfreien Ameliorationsnaht zusanengeschmolzen werden. Der Ausdruck Ameliorationsnaht macht deutlich, daß nach der klassischen Statik von Schweißverbindungen diese Naht nicht erforderlich ist. -Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die überhöhte Schweißnaht in beliebiger Geometrie ( z. B. als Kehlnaht, Stumpfnaht nach irgendeinem bekannten Verfahren erzeugt werden. Die Erzeugung der Ameliorationsnaht kann mit Hilfe jeder geeigneten Wärmequelle durchgeführt werden. Nach bevorzugter Ausführungsforn der Erfindung arbeitet man zur Herstellung der Ameliorationsnaht unter Schutzgas.The invention relates to a method for producing welded joints between at least two metal parts, the metal parts by means of a raised weld seam connected to one another and the seam transition areas between the weld seam and the metal parts are reworked. The invention consists in that in the seam transition areas, the material of the weld seam and the base material of the metal parts are melted together to form an amelioration seam that is as pore-free as possible. Of the The expression amelioration seam makes it clear that according to the classical statics of welded joints this seam is not required. In the method according to the invention, the Elevated weld seam in any geometry (e.g. as fillet weld, butt weld after any known method. The creation of the amelioration seam can be carried out using any suitable heat source. After preferred Embodiment of the invention is used to produce the amelioration suture under protective gas.

Das erfindungsgemäße Verfahren verringert weitgehend die Heterogenität, die bei bekannten Verfahren zur Herstellung von Schwi13verbindungen zwischen zumindest zwei Metallteilen im Nahtübergangsbereich zwischen der Schweißnaht und den Metallteilen entsteht und auch durch die zugangs beschriebenen Nachbehandlungen nicht oder nicht hinreichend abgebaut wird. Durch das Zusammenschmelzen von Werkstoff der Schweißnaht und des Grundwerkstoffes an oder auf der Schweißkonstruktion entstehen Ameliorationsnähte deren Oberfläche wahrscheinlich in der Hauptsache durch die Oberflächenspannung der geschmolzenen Werkstoffe bestimmt ist, deren Ausbildung jedenfalls und überraschenderweise eine beachtliche Verbesserung im gesamten mechanischen Verhalten und insbesondere in Bezug auf Schwingbeanspruchungen zur Folge hat. - Im allgemeinen erhält man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Schweißverbindung zwischen zwei Metallteilen vier Ameliorationsnähte ( z.B. zwei auf der Oberseite, zwei auf der Unterseite, bei Stumpfnahtverbindungen, zwei in jeder Kehle bei Kehlnahtverbindungen). Bei den üblichen, in der Praxis vorkommenden Verhältnissen wird das geschmolzene und wieder erkaltete Material dieser Ameliorationsnähte insgesamt bis etwa 50 % des gesamten Werkstoffes in der Schweißverbindung ausmachen.The method according to the invention largely reduces the heterogeneity, those in known processes for the production of Schwi13verbindungen between at least two metal parts in the seam transition area between the weld seam and the metal parts arises and also not or not due to the subsequent treatments described above is sufficiently degraded. By melting the material of the weld seam together and the base material on or on the welded construction, amelioration seams are created their surface probably mainly due to the surface tension the molten materials is determined, their formation in any case and surprisingly a considerable improvement in overall mechanical behavior and in particular in relation to vibration loads. - In general, the Within the scope of the method according to the invention, a welded connection between two metal parts four amelioration sutures (e.g. two on the top, two on the underside, in the case of butt weld connections, two in each valley in the case of fillet weld connections). Under the usual conditions that occur in practice, this becomes molten and the material of these amelioration sutures has cooled down again up to a total of about 50% make up the entire material in the welded joint.

Im übrigen hängt das genannte Verhältnis wesentlich von der Dicke der Bleche ab.In addition, the said ratio depends essentially on the thickness of the sheets.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt die angestrebten Verbesserungen sowohl bei Stahlkonstruktionen als auch bei Konstruktionen aus anderen Werkstoffen. Besonders ausgeprägt sind die erreichten Vorteile stets, insbesondere aber bei Stahlkonstruktionen, wenn die SChweißverbindung mit Hilfe von üblichem Zusatzwerkstoff aufgebaut wird. Hier lehrt die Erfindung, daß die Ameliorationsnaht danach ohne weitere Verwendung eines Zusatzwerkstoffes aus dem Werkstoff der Schweißnaht und des Grundwerkstoffes der Metallteile zusammengeschmolzen ist. Es empfiehlt sich ier der Einsatz von Brennern, die mit praktisch nicht abschmelzender Elektrode in einer Schutzgasatmosphäre arbeiten.The process according to the invention brings the improvements sought both with steel structures and with structures made of other materials. The advantages achieved are always particularly pronounced, but especially in the case of steel structures, if the welded joint is established with the help of conventional filler metals. Here the invention teaches that the amelioration suture can then be used without further use a filler material from the material of the weld seam and the base material the metal parts melted together. The use of burners is recommended here which work with a practically non-melting electrode in a protective gas atmosphere.

Im ragenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels aus führlicher erläutert. Untersucht wurden Stumpfnahtschweißverbìndungen mit üblichen Zusatzwerkstoffen an Stahlblechen, Blechdicke 12 mm. Als Grundwerkstoff diente ein CrMoZr-legierter wasservergüteter Baustahl mit einer Mindeststreckgrenze von 70 kp/mm2 bei Raumtemperatur ( 0,1wo % C, 0,70 % Si, 0>66 % Mn, 0,010 ß 0,013 % S, 0,009 % N, 0,7 % Cr, 0,22 ffi Mo, 0,0 % Zr und Rest Eisen und übliche Verunreinigungen). Die Schweißnähte wurden durch Unterpulverschweißen mit geeigneten Zusatzwerkstoffen hergestellt, An einer so geschweißten Platte wurde zusätzlich die erfindungsgemäße Behandlung durchgeführt. Sie bestand darin, daß die in der Nähe der Nahtübergänge befindlichen Bereiche des Grundwerkstoffes und des Schweißgutes mit Hilfe eines Brenners ( z. B. Wolfram - Intergas - Brenner ) porenfrei geschmolzen wurden. Die Breite der durch dieses Zusammenschmelzen hergestellten Ameliorationsraupen betrug 8 i 1 mm. Als Probenformen wurden 20 mm breite Schulterstäbe verwendet. Die axiale Schwellbeanspruchung (x = min»6max = 0 erfolgte auf 20 t-Horizontal-Resonanzpulsern mit einer Iastspielfrequenz von ca. 2.100 min 1 ImHinblick auf die bei Schwingversuchen üblichen großen Streuungen der Versuchswerte wurde in jeder Versuchsserie die Zahl der Prüfstäbe so ausgelegt, daß im Zeitfestigkeitsgebiet nach dem Weibull- und im Dauerfetigkeitsgebiet nach dem Treppenstufenverfahren ausgewertet werden konnte. Für die Versuche im Zeltfestigkeit'sgebiet war das Prüfkriterium die Iiastspielzahl bei vollständigem Bruch der Probe. Bei den Treppenstufenversuchen wurde eine Grenzlastspielzahl von 2.106 zugrunde gelegt. Es zeigte sich, daß die mittlere Dauerschwellfestigkeit von Stumpfnahtverbindungen durch das erfinw dungsgemäße Anbringen von Ameliorationsraupen von 12 kp/mm² auf 32 kp/mm² steigt. Die Verbesserung beträgt damit ca. 170 r. Im Zeitfestigkeitsbereich verringert sich der günstige Effekt mit steigender Spannung. Trotz verminderter Wirkung ergibt aber das neue Verfahren auch in diesem Bereich noch bemerkenswerte Verbesserungen. Beispielsweise nimmt die mittlere Schwellfestigkeit für 10 5 Lastspiele von 31 kp/mm2 im unbehandelten Zustand auf 53 kp/ mm2 nach dem Anbringen der Ameliorationsraupen zu. - Die an Stumpfnahtschweißverbindunge bei Stahlkonstruktionen durch Anwendung des neuen Verfahrens erzielte, oben erläuterte erhebliche Verbesserung der Schwingfestigkeit läßt sich, wie nachgewiesen werden konnte, auch an allen sonstigen Schweißverbindungen an Stahlkonstruktionen oder Honstruktionen aus anderen Werkstoffen realisieren, deren kritischer Bereich im Übergang der Schweißnahtüberhöhung in das glatte Blech liegt. Die Erfindung eröffnet vielen Werkstoffen, insbesondere aber höherfesten stählen, neue E1nsatzgebiet. Da die zulässige Spannung in scharingend beanspruchten Konstruktionen entscheidend angehoben wird, können insbesondere hochfeste Stähle durch das beschriebene Verfahren wirtschaftlicher als bisher eingesetzt werden. Aber nicht nur das Schwingverhalten, auch die übrigen mechanischen Eigenschaften von Schweißnahtkonstruktionen werden verbessert, wenn die Schweißverbindungen durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Amelioration erfahren . - Die Ameliorationsnaht wird nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ohne Beigabe von Zusatzwerkstoff ausgeführt.In the outstanding, the invention is based on an example from more detailed explained. Butt weld joints with common filler metals were examined on sheet steel, sheet thickness 12 mm. A CrMoZr alloy was used as the base material water-quenched and tempered structural steel with a minimum yield strength of 70 kp / mm2 at room temperature (0.1wo% C, 0.70% Si, 0> 66% Mn, 0.010 ß 0.013% S, 0.009% N, 0.7% Cr, 0.22 ffi Mo, 0.0% Zr and the remainder iron and usual impurities). The welds were produced by submerged arc welding with suitable filler materials, The treatment according to the invention was also applied to a plate welded in this way carried out. It consisted in the fact that those located in the vicinity of the seam transitions Areas of the base material and the weld metal with the help of a torch (e.g. B. tungsten inert gas burner) melted pore-free became. The width of the amelioration caterpillars produced by this fusion was 8 i 1 mm. 20 mm wide shoulder rods were used as sample shapes. the Axial threshold stress (x = min »6max = 0 took place on 20 t horizontal resonance pulsers with a load cycle frequency of approx. 2,100 min 1 with regard to the vibration tests The usual large spread of the test values was the number in each test series the test rods are designed so that in the fatigue strength area according to the Weibull and im Durability area could be evaluated according to the stair step method. For the tests in the tent strength area, the test criterion was the number of load cycles if the specimen breaks completely. A limit load cycle number was used in the stair step tests of 2,106 is based. It was found that the mean fatigue strength of butt weld connections by applying amelioration beads according to the invention increases from 12 kp / mm² to 32 kp / mm². The improvement is therefore approx. 170 r. in the In the fatigue strength range, the beneficial effect decreases with increasing voltage. In spite of the reduced effect, the new process also results in this area still notable improvements. For example, the mean swelling strength increases for 10 5 load cycles from 31 kp / mm2 in the untreated condition to 53 kp / mm2 after Attaching the amelioration caterpillars. - The at butt weld connections Steel structures obtained by using the new method, explained above considerable improvement in the fatigue strength can be demonstrated, as can be demonstrated could, also on all other welded connections on steel structures or Realize honing structures from other materials whose critical area is in The transition from the weld seam to the smooth sheet. The invention opens many materials, but especially high-strength steels, new areas of application. There the permissible stress in constructions subject to rigging loads decisive is raised, high-strength steels in particular can be made using the method described can be used more economically than before. But not only the vibration behavior, also the other mechanical properties of welded seam constructions improved when the welded connections by the inventive method a Experience amelioration. - The amelioration suture is made according to the preferred embodiment the invention carried out without the addition of filler material.

Gegenstand der Hilfsgebrauchsmusteranmeldung ist eine Schweißverbindung zwischen zumindest zwei Metallteilen, wobei die Metallteile mittels überhöhter Schweißnaht aneinander angeschlossen sind und die Nahtüberangsbereiche zwischen der Schweißnaht und den Metallteilen eine Nachbehandlung erfahren haben. Hier besteht die Erfindung darin, daß in den Nahtübergangsbereichen Ameliorationsnähte angeordnet sind,die aus den Werkstoff der Schweißnaht und den Grundwerkstoff der Metallteile ohne Zusatzwerkstoff zusammengeschmolzen sind. Ein Beispiel dazu ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, wo die Figur 1 eine erfindungsgemäße Schweißverbindung in der Ausführungsform als Stumpfnaht, die Figur 2 eine erfindungsgemäße Schweißverbindung in der Ausführungsform als Shlnaht zeigt. In diesen Figuren sind die Ameliorationsnähte mit 1 bezeichnet, die Schweißnähte im übrigen mit 2. Der Grundwerkstoff der Meta3lteile trägt das Bezugszeichen 3.The subject of the utility model registration is a welded joint between at least two metal parts, the metal parts by means of a raised weld seam are connected to each other and the seam transition areas between the weld seam and the metal parts have undergone post-treatment. Here is the invention in that amelioration seams are arranged in the seam transition areas, the from the material of the weld seam and the base material of the metal parts without filler material melted together. An example of this is shown in the accompanying drawing, where Figure 1 shows a welded joint according to the invention in the embodiment as Butt weld, FIG. 2 shows a welded connection according to the invention in the embodiment shows as a seam. In these figures the amelioration sutures are denoted by 1, the weld seams with the rest with 2. The base material of the metal parts carries this Reference number 3.

Ansprüche: Expectations:

Claims

Claims 1. A method for producing welded joints between at least two metal parts, the metal parts with a raised weld seam to one another connected and the seam transitions between the weld seam and the metal parts are reworked, that is, that in the seam transition areas Material of the weld seam and base material of the metal parts for an amelioration seam be melted together.

2. The method according to claim 1, in particular in the embodiment for metal parts made of steel, the weld seam using a filler metal is built up, characterized in that the amelioration seam without further use a filler material from the material of the weld seam and the base material the metal parts melted together.

3. Welded connection between at least two metal parts, the Metal parts are connected to one another by means of an elevated weld seam and the Seam transition areas between the weld seam and the metal parts require post-processing have experienced, characterized in that amelioration seams in the seam transition areas (1) are arranged, consisting of the material of the weld seam (2) and the base material (3) melted together.

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