DE2240866B1

DE2240866B1 - Kupfer-nickel-schweisszusatzwerkstoff

Info

Publication number: DE2240866B1
Application number: DE19722240866
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 5980 Werdohl; Hoffmann Theodor 5990 Altena Hilbrans
Original assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1972-08-19
Filing date: 1972-08-19
Publication date: 1974-02-21
Also published as: AT321662B; DE2240866A1; GB1389629A; CH575805A5; SU640645A3; DE2240866C2; JPS4958040A; SE386847B; CA987515A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der beim Schweißen von Kupfer-Nickel-Legierungen herzustellenden Schweißverbindung durch Verhinderung von Porenbildung und starke Einschränkung von Oxideinschlüssen u. dgl.

Bekanntlich enthalten Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoffe zum Schweißen von Kupfer-Nickel-Legierungen in der Regel Titan in Gehalten von 0,1 bis 0,5%. Dieser desoxidierend und gasbindend wirkende Titangehalt unterdrückt die Bildung von Poren und Blasen in der Schweißnaht. Der Grund für die ausgeprägte Porenanfälligkeit der Schweißnaht liegt in der besonderen Gasaufnahmefähigkeit der Kupfer-Nickel-Legierungen im schmelzflüssigen Zustand. Das Legieren des Schweißzusatzwerkstoffes mit Titan hat sich in der Praxis, insbesondere für zu schweißende Kupferlegierungen mit einem Gehalt von 10 bis 30% Nickel, bewährt.

Darüber hinaus enthalten derartige Schweißzusatzwerkstoffe zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit in strömenden Medien Zusätze von Eisen und/oder Mangan jeweils von 0,1 bis 2% sowie erschmelzungsbedingte Beimengungen. Der bekannte titanhaltige Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff mit 9 bis 11% Nickel, 0,2 bis 0,5% Titan sowie 0,7 bis 1,2% Eisen und/oder 0,1 bis 0,8% Mangan läßt beim Schutzgasschweißen ein zähflüssiges Schmelzbad entstehen. An der Oberfläche der Schweiße finden sich Absonderungen von nichtmetallischen Teilchen, die aus Titanoxid bestehen. Diese Oxidabsonderungen geben insbesondere beim Mehrlagenschweißen Anlaß zur Bildung von Einschlüssen in der Schweißnaht, die die mechanischen Eigenschaften der Schweiß- verbindung beeinträchtigen und eine nachteilige Beschaffenheit der Oberfläche hervorrufen.

Es ist zwar bekannt, daß titanfreie und statt dessen mit Zink oder Phosphor legierte Schweißzusatzwerkstoffe diese Nachteile weitgehend vermeiden, doch läßt ein derart aufgebauter Schweißzusatzwerkstoff eine Herstellung von porenfreien Schweißnähten nicht zu.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, einen Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff mit verbessertem Fließverhalten, das beispielsweise wichtig für Automatenschweißung ist, zum Schweißen von Kupfer-Nickel-Legierungen zu entwickeln, mit dem porenfreie und einschlußarme Schweißverbindungen, insbesondere mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, herstellbar sind. Gleichzeitig soll beim Schweißen ein leicht steuerbares Schmelzbad ohne Bildung zähflüssiger Oxidhäute und sonstiger Absonderungen entstehen sowie insbesondere beim Mehrlagenschweißen der erforderliche Aufwand für die Reinigung der Oberfläche des bereits eingebrachten Schweißgutes entscheidend reduziert werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch einen Schweißzusatzwerkstoff der Zusammensetzung 8 bis 24% Nickel, 0,1 bis 2% Mangan und/oder Eisen, 0,05 bis 1,5% Niob, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Beimengungen Kupfer gelöst. Bei einem derartigen Schweißzusatzwerkstoff ist die Absonderung zähflüssiger Oxide stark eingeschränkt, so daß sich eine saubere und glatte Schweißnahtoberfläche ergibt und damit für ihre Nachbearbeitung nur ein Bruchteil der Zeit aufgewendet werden muß, die sonst bei mit herkömmlichen titanlegierten Schweißzusatzwerkstoffen hergestellten Schweißverbindungen erforderlich ist. Ferner wird mit dem erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff eine erhöhte Schweißgeschwindigkeit erzielt.

Vorzugsweise sind in dem Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff 0,08 bis 0,6% Niob enthalten. Höhere Gehalte als 0,6% Niob können gegebenenfalls je nach Höhe des gleichzeitig als Beimengung anwesenden Siliziums zu einer unerwünschten Versprödung der Schweißnaht führen. Das trifft besonders dann zu, wenn die Schweißnaht dauernd erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist, wie das im Maschinen- und Anlagenbau, bei Kondensatoren oder Meerwasserentsalzungsanlagen beispielsweise der Fall sein kann.

Bei der Herstellung von Schweißzusatzwerkstoffen ist es bekannt, Titan durch Niob zu substituieren. Von dieser Möglichkeit wird beim Schweißen von korrosionsbeständigen Stählen Gebrauch gemacht. Der Grund für die Verwendung des Titans oder Niobs dient in diesen Fällen der Vermeidung interkristalliner Korrosion im Bereich der Schweißnähte. Die interkristalline Korrosion wird durch die Stabilisierung des in den korrosionsbeständigen Stählen enthaltenen Kohlenstoffs mit Hilfe von Titan oder Niob unterdrückt.

Des weiteren sind Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoffe mit Silizium- und Niobgehalten bekannt, bei denen diese Elemente zum Zwecke der Festigkeitssteigerung durch Aushärtung zulegiert sind. Diese bekannten Niobgehalte, die durch Silizium ersetzbar sind, sind mit 2,1 bis 2,7% jedoch wesentlich höher als bei dem erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff. Bei dem Schweißzusatzwerkstoff nach der Erfindung wird aber ein Aushärtungseffekt nicht gewünscht, da nämlich damit ein Zähigkeitsverlust des Schweißgutes verbunden wäre. Auch ist im erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff das Niob nicht durch Silizium ersetzbar. Vielmehr muß der Siliziumgehalt auf weniger als 0,5%, vorzugsweise weniger als 0,1%, begrenzt werden, um eine unerwünschte Aushärtung

des Schweißgutes zu vermeiden (deutsche Offenlegungsschriften 1 943 025 und 2062045).

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von vier Ausfuhrungsbeispielen dargestellt, wobei jeweils die mit einem herkömmlichen titanlegierten Kupfer-Nikkel-Schweißzusatzwerkstoff der Zusammensetzung 10,14% Ni, 1,01% Fe, 1,18% Mn, 0,4% Ti, kleiner 0,01% Si, 0,04% Mg, 0,008% C, 0,004% S, Rest Cu, mit der Kurzbezeichnung S-CuNi 10Ti, erzielten Ergebnisse den mit dem erfindungsgemäßen nioblegierten Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff der Zusammensetzung 10,65% Ni, 0,07% Mg, 0,71% Mn, kleiner 0,01% Si, 0,2% Nb, 0,85% Fe, 0,005% C, 0,003% S, Rest Cu, mit der Kurzbezeichnung S-CuNi 10Nb, erzielten Ergebnissen vergleichend gegenübergestellt sind.

1. Ausführungsbeispiel

WIG-Automatenschweißung von 2 mm dicken CuNi-10-Blechen unter folgenden Schweißbedingungen

Stromstärke 230A

Schweißdrahtdurchmesser 1,6 mm

Argonschutzgasmenge 17 l/min

Schweißgeschwindigkeit ... 500 mm/min

für S-CuNi 10Ti

600 mm/min

für S-CuNi 10Nb

a) S-CuNi 10Ti Ergebnis

Der Schweißzusatzwerkstoff zeigt ein schlechtes Fließverhalten sowie Oxidabsonderungen an der Oberfläche des Schmelzbades. Die Beschaffenheit der Schweißnahtoberfläche ist unsauber.

¹⁰

b) S-CuNi 10Nb

Ergebnis

Der Schweißzusatzwerkstoff zeigt ein einwandfreies Fließverhalten. Die Schmelzbadoberfläche ist oxidfrei. Die hergestellte Schweißnaht ist gleichmäßig und besitzt ein metallisch blankes Aussehen.

20 0,2-Dehngrenze
Zugfestigkeit
Bruchdehnung
Biegewinkel

Mechanische
Eigenschaften

20,1 kg/mm² 23,7 kg/mm² 17,3%
180°

Mechanische Eigenschaften

20,7 kg/mm² 31,0 kg/mm² 24,0% 180°

3. Ausführungsbeispiel

WIG-Handschweißung von 8 mm dicken CuNi-IO-Der Schweißzusatzwerkstoff zeigt ein schlechtes Blechen unter folgenden Schweißbedingungen Fließverhalten und ein unsauberes Schmelzbad, wo- 35

durch sich Bindefehler, Risse, Einschlüsse und eine Stromstärke 170A unsaubere Oberflächenbeschaffenheit der Schweißnaht ergeben. Spannung 18 V

b) S-CuNi 10Nb Ergebnis

Der Schweißzusatzwerkstoff zeigt ein gutes Fließverhalten sowie ein sauberes oxidfreies Schmelzbad. Es sind keine Bindefehler, Risse, Einschlüsse oder Poren vorhanden. Die Beschaffenheit der Schweißnahtoberfläche ist ausgesprochen gleichmäßig. Die um 20% erhöhte Schweißgeschwindigkeit bewirkt keine qualitativen Nachteile der Schweißverbindung.

40

Schweißdrahtdurchmesser 3 mm

Argonschutzgasmenge 10 l/min

a) S-CuNi 10Ti Ergebnis

0,2-Dehngrenze
Zugfestigkeit
Bruchdehnung
Biegewinkel

Mechanische Eigenschaften

20,5 kg/mm² 26,2 kg/mm² 19,1%
180°

Mechanische Eigenschaften

20,5 kg/mm² 32,3 kg/mm² 23,5% 180° Der Schweißzusatzwerkstoff zeigt ein schlechtes Fließverhalten sowie Oxidabsonderungen an der Oberfläche des Schmelzbades. Es ergibt sich eine unsaubere Beschaffenhjer) der Schweißnahtoberfläche, von der die gebildeten Oxide durch Bürsten nicht restlos entfernbar sind, wodurch sich beim Mehrlagenschweißen Einschlüsse ergeben. Die Schweißnaht ist aus diesen Gründen nicht als absolut röntgensicher zu bezeichnen.

b) S-CuNi 10Nb

2. Ausführungsbeispiel

WIG-Handschweißung von 2 mm dicken CuNi-IO-Blechen unter folgenden Schweißbedingungen

Stromstärke lOOA

Spannung 12V

Schweißdrahtdurchmesser 2 mm

Argonschutzgasmenge 8 l/min

Ergebnis

Der Schweißzusatzwerkstoff zeigt ein einwandfreies Fließverhalten, wobei die Oberfläche des Schmelzbades oxidfrei bleibt. Die Beschaffenheit der Schweißnahtoberfläche ist gleichmäßig und metallisch blank, so daß beim Mehrlagenschweißen das Bürsten der Oberfläche in einfacher Weise erfolgen kann. Die Schweißnaht ist röntgensicher.

0,2-Dehngrenze
Zugfestigkeit
Bruchdehnung
Biegewinkel

Mechanische Eigenschaften

20,3 kg/mm² 25,1 kg/mm² 15,0% 85°

Mechanische Eigenschaften

20,3 kg/mm² 31,8 kg/mm² 20,1% 180°

4. Ausführungsbeispiel

MIG-Handschweißung von 16 mm dicken CuNi-IO-Blechen unter folgenden Schweißbedingungen

Nahtvorbereitung V-Naht ohne Steg

öffnungswinkel 70°

Schweißdrahtdurchmesser 1,6 mm

Stromart/Polung -/(+)

Stromstärke 260A

Spannung 27 V

Drahtvorschub 4 m/min

Argonschutzgasmenge 20 l/min

Wurzel ausgekreuzt und gegengeschweißt.

Die Ergebnisse sind die gleichen wie in den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen. Für die mecha

nischen Eigenschaften der Schweißverbindung ergeben sich folgende Werte:

	Mechanische	Mechanische
	Eigenschaften	Eigenschaften
0,2-Dehngrenze	20,1 kg/mm²	20,4 kg/mm²
Zugfestigkeit	23,2 kg/mm²	33,2 kg/mm²
Bruchdehnung	17,3%
Biegewinkel	40 und 35°	180 und 180°
	über die	über die Wurzel
	Wurzel
	30 und 40°	180 und 180°
	über die	über die
	Decklage	Decklage
BCerbschlag-	5,0 mkg/cm²	9,1 mkg/cm²
zähigkeit

Die Ausführungsbeispiele zeigen eindeutig, daß der erfindungsgemäße Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff dem herkömmlichen titanlegierten Kupfer-Nikkel-Schweißzusatzwerkstoff in seiner Verarbeitbarkeit sowie bezüglich der daraus hergestellten Schweißverbindungen überlegen ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Blanker Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff zur Herstellung von porenfreien, einschlußarmen, sauberen und glatten Schweißverbindungen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften beim Schweißen von Kupfer-Nickel-Legierungen, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung von 8 bis 24% Nickel, 0,1 bis 2% Mangan und/oder Eisen, 0,05 bis 1,5% Niob, Rest Kupfer, einschließlich erschmelzungsbedingter Beimengungen.

2. Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Nickelgehalt von 9 bis 11%.

3. Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Niobgehalt von 0,08 bis 0,6%.

4. Schweißzusatzwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Silizium- > gehalt von weniger als 0,5%, vorzugsweise weniger als 0,1%.