DE2240866C2

DE2240866C2 - Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff

Info

Publication number: DE2240866C2
Application number: DE19722240866
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 5980 Werdohl Hilbrans; Theodor 5990 Altena Hoffmann
Original assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1972-08-19
Filing date: 1972-08-19
Publication date: 1974-10-03
Also published as: SU640645A3; GB1389629A; AT321662B; SE386847B; DE2240866A1; CA987515A; CH575805A5; JPS4958040A; DE2240866B1

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 Schweißzusatzwerkstolfe zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkcit in strömenden Medien Zusätze von Eisen und/oder Mangan jeweils von 0,1 bis 2% sowie erschmelzungsbedingte Beimengungen. Der bekannte titanhaltige Kupfer-Nickel-SchweißziisatzwcrkstofT 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 titanfreic und statt dessen mit Zink oder Phosphor legierte Schweißzusatzwerkstoffe diese Nachteile weitgehend vermeiden.

doch läßt ein derart aufgebauter Scbweißzusatzwerkstorr eine Herstellung von porenfreum Schweißnähten ⁿⁱ Die^rfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, einen Kupfer-Nickel-ScbweißzusatzwerkstolTmit verbessertem Fließverhalten, das beispielsweise wichtig für Automatenschweißung ist, zum Schweißen von Kupfer-Nickel-Legierungen zu entwickeln, mit dem norenfreie und einschlußarme Schweißverbindungen, ««besondere 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 Schweiß7iisätzwerkstoff der Zusammensetzung 8 bis ">4% Nickel, 0,1 bis 2% Mangan und oder Eisen. 0.05 bis 1 5°o Niob, Resl einschließlich erschmelzungsbedingter Beimengungen Kupfer gelöst. Bei einem derartigen Schweißzusatzwerkstoff ist die Absonderung zähflüssiuer Oxide stark eingeschränkt, so daß sich eine saubere und glatte Schweißnahtoberflache ergibt und damit fur 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-Schweißzusatzwerkstoff0.08 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 Meerwasserenlsalzungsanlagen beispielsweise der Fall sein kann.

Bei der Herstellung von Schweißzusatzwerkstoffen ist es bekannt. Titan durch Niob zu substituieren. Von dieser Möglichkeil, 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

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IO

des Schweißgutes zu vermeiden (deutsche Offenlegungssebriften 1943 025 und 2 062 045).

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von vier AusRronrogsbeispielen dargestellt, wobei jeweils die tnit einem herkömmlichen titanlegierten Kupfer-Nikkel-Schweißzusatzwerkstoff der Zusammensetzung 1014% 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. Ausfuhrungsbcispiel

WIG-Auiomatenschwcißung von 2 mm dicken CuNi-IO-Blechen unter folgenden Schweißbedingiingen

Stromstärke 230 A

al S-CuNi 10Ti
Ergebnis

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

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.

Schweißdrahtdurchmesser

Argonschulzgasmenge

Schweißgeschwindiukeit ..

I.ft mm 17 I min 500mm min für S-CuNi 10Ti 600 mm min für S-CuNi !0Nh 0.2-Dehngrenze
Zugfestigkeit
Bruchdehnung
Bicuewinkel

Mechanische
EigenscIuHcn

20,1 kg, mm²
23.7 kg/mm² j
17,3%
180

Mechanische
Eigenschaften

20,7 kg/mm²
31,0 kg/mm²
24,0%
180

a) S-CuNi 10Ti Ergeb iis

3. Ausfuhrungsbcispiel

WIG-Handschweißung von 8 mm dicken CuNi-IO-Der Schweißzusatzvverkstoff zeigt ein schlechtes Blechen unter folgenden Schweißbedingungen Fließverhalten und ein unsauberes Schmelzbad, wo- 35 durch sich Bindefehler. Risse, Einschlüsse und eine unsaubere Oberflächenbeschaffenheit der Schweißnaht ergeben.

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.

Stromstärke 170A

Spannung 18V

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 Schsyeißzusatzwerkstoff zeigt ein schlechtes Fließverhalten sowie Oxidabsonderungen an der Oberfläche des Schmelzbades. Es ergibt sich eine unsaubere Beschaffenheit der Schweißnahtoberfläche, von der die gebildeten Oxide durch Bürsten nicht restlos entfernbar sind, wodurch sich beirh 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/rara²
15,0%
85°

Mechanische Eigenschaften

20,3 kg/mm² 3l,8kg/mro² 20,1% 180 nischen Eigenschaften der Schweißverbindung ergeben sich folgende Werte:

4. Ausführungsbeispiel ^l0

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

Nahtvorbereitung .... V-Naht ohne Steg 15

öffnungswinkel 70°

Schweißdrahtdurchmesser 1.6 mm

Stromart/Polung - (-I-)

Stromstärke 260 A

Spannung 27 V 20

Drahtvorschub 4 r.,min

Argonschutzgasmenge 20 1 min

Wurzel ausgekreuzt und gegengeschweißt.

Die Ergebnisse sind die gleichen wie in den voraus- 25 gegangenen Ausführungsbeispielen. Für die mecha-0,2-Dehngrenze
Zugfestigkeit
Bruchdehnung
Biegewinkel

Kerbschlagzühigkeit

Mechanische Eigenschaften

20.1 kg/mm²

23.2 kg/mm² 17,3%

40 und 35" über die Wurzel 30 und 40° über die Decklage

5.0 mkg/cm²

Mechanische Eigenschaften

20,4 kg/mm² 33,2 kg/mm² 35

180 und 180° über die Wurzel

180 und 180 über die Decklage

9,1 mkg.'cm²

Die Ausfuhrungsbeispiele zeigen eindeutig, daß der erfindungsgemäße Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff dem herkömmlichen litanlesierten Kupfer-Nikkpl-SchweißzusatzwerkstofT in seiner Verarbeitbarkeit sowie bezüglich der daraus hergestellten Schweißverbindungen überlegen ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Blanker Kupfer-Nickel-Scbweißzusatzwerkstoff 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 Eiseo, 0,05 bis 1,5% Niob, Rest Kupfer, einschließlich erschmetzungsbedingter Beimengungen.

2. Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Nickelgehalt von 9 bis «5 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-1 gehall von weniger als 0,5%, vorzugsweise weniger als 0,1%.