DE2251725A1

DE2251725A1 - Verfahren und zusatzwerkstoffe fuer artfremde schweissungen an staehlen

Info

Publication number: DE2251725A1
Application number: DE19722251725
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Hennemann
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1972-10-21
Filing date: 1972-10-21
Publication date: 1974-04-25

Description

Verfahren und Zusatzwerkstoffe für artfremde Schweißungen an Stählen Unter artfremden Schweißungen an Stählen sollen im folgenden sowohl Verbindungsschweißungen zwischen hochlegierten Stählen und unlegierten oder niedriglegierten Stählen als auch Auf tragschweißungen mit hochlegierten Zusatzwerkstof~en an unlegierten oder niedriglegierten Stählen verstanden werden.
Insbesondere im Chemie-Apparatebau, im Kraftwerksbau und im Kernreaktorbau müssen derartige Verbindungs- und Auftragschweißungen sehr häufig ausgeftShrt werden. Dem Stand der Technik entsprechend werden für diese artfremden Schweißungen bevorzugt: hochlegierte austenitische Zusatzwerkstoffe auf der Basis Nickel-Chrom verwendet. Mit diesen Zusatzwerkstoffen läßt sich zwar eine Martensitbildung im Schweißgut weitgehend vermeiden - das Problem der Kohlenstoffdiffusion wird durch die Verwendung derartiger hochlegierter Zusatzwerkstoffe jedoch nicht gelöst.
Der#Kohlenstoff diffundiert bei Erwärmung der Schweißverbindung vom unlegierten oder niedriglegierten Stahl in das hochlegierte Schweißgut. Der unlegierte oder niedriglegierte Stahl wird dadurch in unmittelbarer Nähe der Schmelzgrenze fast völlig entkohlt, wogegen sich das Schweißgut in unmittelbarer Nähe der Schmelzgrenze stark mit Karbiden anreichert. Durch diese Gefügeveränderungen werden die ~Eigenschaften- der Schweißung in oftmals unzulässigem Maße verschlechtert.
a oder sogar Zusatzwerkstoffe Die für die Kohlenstoffdiffusjon erforderliche Erwärmung kann in einer Glühbehandlung oder einer Betriebsbeanspruchung bei ~Cemperaturen über 300 0C bestehen. Bei Schweißverfahren mit hohem Wärmeeinbringen genügt bereits die Schweißwärme selbst, um eine merkliche Diffusion zu bewirken.
Die der vorliegenden Brfindung zugrunde liegenden Versuche lenhaben ergeben, daß sich die -stoffdiffusion verhindern läßt, wenn zunächst auf den unlegierten oder niedriglegierten Stahl eine Pufferschicht mit einem niedriglegierten Zusatzwekkstoff aufgeschweißt wird, wobei entscheident ist, daß der inder Pufferschicht enthaltene Kohlenstoff weitgehend oder völlig durch Niob abgebunden wird. Eine weitgehende Abbindung des Kohlenstoffs ist erreicht, wenn das Gewichtsverhältnis von lib : C im Schweißgut mind. 4 : 1 beträgt.
Das Niob kann zum Teil oder gänzlich durch andere stark karbidbildende Elemente wie z. B. Da, Ti, V, W und No ersetzt werden.
Auch bei diesen Elementen muß das Gewichtsverhältnis von Karbidbildner: Kohlenstoff im Schweißgut bei mind. 4 : 1 liegen.
Höhere Gehalte an Karbidbildnern als einem Verhältnis 12 : 1 entspricht sind zu vermeiden, da andernfalls eine Kohlenstoffdiffusion zwischen unlegiertem oder niedrigle-giertem Stahl und der Pufferschicht erfolgen kann.
Die Abbindung des Kohlenstoffs in der Pufferschicht wird dadurch erreicht, daß ein niedriglegierter Niob-haltiger Stahl-Zusatzwerkstoff verwendet wird. Der Niob-Gehalt des Zusatzwerkstoffes muß so hoch sein, daß sowohl der im Zusatzwerkstoff enthaltene als auch der beim Aufschmelzen des Grundwerkstoffes in das Schweif#gut gelangende Kohlenstoff abgebunden wird.
Da infolge der Aufschmelzung des Grundwerkstoffes Kohlenstoff in das Schweißgut der Pufferschicht gelangt, muß im Zusatzwerkstoff ein Nb-Gehalt vorhanden sein, der gewährleistet, daß das Verhältnis Nb : C 4 4 : 1 im Schweißgut vorhanden ist. Dies bedingt, daß das Verhältnis Nb : C im Zusatzwerkstoff größer als 4 : 1 sein milß. In den meisten Fällen genugt ein Verhältnis von Nb : C = 6 : 1. Falls der C-Gehalt im. Grundwerkstoff sehr; hoch ist und der Einbrand ebenfalls hoch ist, kann u. U. ~ein Verhältnis von IÇb : C bis zu 50 : 1 im Zusatzwerkstoff erforderlich sein. Um den A#bsolutgehalt de Nb so niedrig wie möglich zu halten, ist es erforderlich, den C-Gehalt im Zusatzwerkstoff niedrog zu halten. C-Gehalte über o,15 % sollte"fl im - Zusatzwerkstoff nicht überschritten werden.
Beispiel: Ein unlegierter Stahl mit o,12 % C + o,5 % Mn + c,2 O/o So soll mit einem hochlegierten Stahl mit o,o5 % C + 18 % Cr + 9 % Ni durch Schmelzschwei?#en verbunden werden. Hierzu wird zunächst auf den unlegierten Stahl eine Pufferschicht mit einer umhüllten Stabelektrode geschweißt, deren reines Schweißgut folgende Zusammensetzung hat: oXo5 % C + o,8 % lln Mn o,3 % Si + 0,80 %.Nb. Unter Berücksichtigung der Aufschmelzung des Grundwerkstoffes ergibt sich in der Pufferschicht eine tatsächliche Zusammensetzung von: o,o8 % C + o,7 % llii + o,25 % Si +~ o,4o % Nb, d. h. das erforderliche Mindestverhältnis Nb : C = 4 : 1 wird erreicht.
Es ist grundsätzlich ohne Belang, nach welchem Schweißverfahren die Pufferschicht aufgeschweißt wird und welche Form der Zusatzwerkstoff hat. Je nach Verfahren kommen umhüllte Stabelektroden, Massivdrähte, Fülldrähte oder Bänder in Betracht. Der erforderliche Nb-Gehalt in der Pufferschicht kann auch dadurch erzielt werden, daß ein Niob-freier Zusatzwerkstoff zusammen init einem Nb-haltigen Flußmittel - beispielsweise beim UP-Schweißen -verwendet wird. Bei umhüllten- Stabelektroden kann das Nb sowohl aus dem Kernstab als auch aus der Umhüllung dem Schweißbad zugeführt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verhinderung der KohIenstoffdiff#sion n Verbindungsschweißungen zwischen hochlegierten und u alegierten oder niedriglegierten Stählen sowie in hoch legierten Auftragschweißungen an unlegierten oder nt driglegierten Stählen, dadurch gekennzeichnet, daß zunäc St auf den unlegierten oder niedriglegierten Stahl eine Nbhaltige Pufferschicht aus niedriglegiertetri Stahl auf echwelßt wird und erst dann die endgUltige Verbindu zum hochlegierten Stahl bzw. die hochlegierte Aurtragung mit einem hochlegierten Zusatzwerkstoff geschweißt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Nb : C in der Pufferschicht größer als 4 : 1 ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nb teilweise oder gänzlich durch andere karbidbildende Elemente wie Ta, T1, V, W und Mo ersetzt wird, wobei ebenfalls das Verhältnis der Summe der Karbldbildner : Kohlenstoff mindestens 4 : 1 betragen muß.

4. Stahl-Zusatzwerkstoffe mit einem Gesamtlegierungsgehalt bis 5 Gew.-%'in Form von umhüllten Stabelektroden,, Massivdrähten, FUlldrähten und Bändern, dadurch gekennzeichnet, daß das reine Schweißgut einen Nb-Gehalt in Gew.-% aufweist, der mindestens 6 mal größer als der C-Gehalt in Gew.- im Schweißgut ist.

5. Zusatzwerkstoffe gemäß Anspruch 4, bei denen das Nb teilweise oder gänzlich durch Ta, Ti, V, W oder Mo ersetzt wird und das Oewichtsverhältnis der Summe dieser Elemente zum Kohlenstoff im reinen Schweißgut mind. 6 : 1 beträgt, unter der Maßgabe, daß diese Zusatzwerkstoffe fUr das unter Anspruch 1, 2 und 3 genannte Verfahren eingesetzt werden.

6. Verwendung eines unlegierten oder niedriglegierten Zusatzwerkstoffes in Verbindung mit einem auflegierenden Flußmittel, so daß im Schweißgut ein ausreichender Gehalt an karbidbildenden Elementen gemäß Anspruch 4 und 5 vorhanden ist.