DE2262415A1

DE2262415A1 - Verfahren zum einstellen der kuehlgeschwindigkeit von schweissungen

Info

Publication number: DE2262415A1
Application number: DE2262415A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Ikoma; Toyofumi Kitada; Kazuo Kunioka; Takao Noguchi; Jinkichi Tanaka; Junichi Tanaka
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-12-20
Publication date: 1973-07-12
Also published as: FR2164742B1; JPS4867145A; DE2262415B2; GB1348238A; NL7216862A; FR2164742A1; SE399569B; US3773260A

Description

23 142 DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE
D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (08Π) 911087 2262415

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan

Verfahren zum Einstellen der Kühlgeschwindigkeit

■ von Schweißungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen der Kühlgeschwindigkeit in einer durch kontinuierliches elektrisches Schweißen ausgebildeten Schweißzone. Sie betrifft ein derartiges Verfahren, bei welchem die Schweißzone und die der Schweißung benachbarten Bereiche durch Zuführen

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eines Nebelstrahls aus Kühlwasser zu der Schweißzone unmittelbar nach dem Schweißen gekühlt werden.

Wenn die Schweißzone durch einen kontinuierlichen elektrischen SchweißVorgang, wie Elektrogasschweißen, Elektroschlackeschweißen und Unterpulverschweißen, ausgebildet und durch natürliche oder erzwungene Luftkühlung gekühlt wird, ist die Kühlgeschwindigkeit der Schweißzone, insbesondere der Verbindung, niedrig, was dazu führt, daß die mechanischen Eigenschaften dieser Teile verschlechtert werden. Dieses Verhalten ist besonders wichtig, wenn die Eingangswärmemenge zum Zwecke des Verbesserns der Wirksamkeit oder des Wirkungsgrades des Schweißvorgangs vergrößert wird. Aus diesem Grunde wird bei bestimmten Anwendungen die Schweißzone unmittelbar nach dem SchweißVorgang mit Wasser gekühlt, um die KUhlgeschwindigkeit zu vergrößern. Obwohl es mit dieser Wasserkühlung möglich ist, die KUhlgeschwindigkeit ru vergrößern, ist es schwierig, diese einzustellen. Insbesondere werden, wenn die KUhlgeschwindigkeit für Bleche zu groß ist, während des Kühlens Härterisse auftreten, oder es ergibt sich oft eine Herabsetzung der Schlagcharakteristik, bewirkt durch die Martensitstruktur. Aus diesem Grunde hat es sich als erforderlich erwiesen, die Bleche nach dem Schweißen einer Wärmebehandlung zu unterziehen, wenn die Schweißzone mit Wasser gekühlt worden ist.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kühlen der Schweißzone zu schaffen, mit welchem die Nachteile der oben beschriebenen Luft- und Waaserkühlverfahren vermieden werden. Dabei soll Kühlgeschwindigkeit einer

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durch kontinuierliches elektrisches Schweißen ausgebildeten Schweißzone vergrößert und hierdurch die Wirksamkeit des Schweißvorgangs vergrößert werden. Mit der Erfindung soll es möglich sein, die jeweils am besten für das geschweißte Material geeignete Kühlgeschwindigkeit zu wählen und einzustellen.

Das Ziel der Erfindung wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Nebelstrahl von Kühlwasser der Schweißzone zugeführt und das Gewichtsverhältnis des zum Ausbilden des Nebels verwendeten Wassers zur Druckluft und die Geschwindigkeit des Nebels zum Einstellen der Kühlgeschwindigkeit eingestellt werden.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Nebelstrahl am Erreichen der Teile des Werkstücks, wo Schweißungen an- · gebracht werden, durch Ausstoßen von Luft vor dem Nebelstrahl gehindert wird.

Zum besseren Verständnis ist die Erfindung im folgenden im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Nebelstrahldüse zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht, welche den Zusammenhang zwischen mehreren Nebelstrahldüsen und einem zu kühlenden geschweißten Gegenstand zeigt,

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Flg. 3 ein Kurvenbild zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Kühlgeschwindigkeit und der Übergangstemperatur im Charpy-Bruch der Verbindung, und

Pig. 4 ein Kurvenbild zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Kühlzeit von 800 C auf 500 C und der Übergangstemperatur im Charpy-Bruch der Verbindung, welche durch Unterpulverschweißen ausgebildet und mit Nebelstrahlen gekühlt wird.

Die in Fig. 1 der Zeichnung gezeigte Düse einer Nebelstrahlkühlvorrichtung ist in der japanischen Patentanmeldung 95 896 aus dem Jahre I969 gezeigt und besteht aus einem Hohlkörper 1 mit einem Lufteinlaßrohr 2, durch welches Druckluft in den Hohlkörper 1 eingeführt wird, und einem Wassereinlaßrohr 2· Das durch das Wassereinlaßrohr 3 zugeführte Wasser wird durch eine schmale öffnung 4 nahe der öffnung der Düse geführt, und das durch die schmale öffnung geführte Wasser wird durch die Druckluft zerstäubt, wodurch eine Mischung aus Luft und Nebel durch die öffnung ausgestoßen wird. Bei Verwendung dieser Vorrichtung mit der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich eine vordere Düse 5 vorgesehen, um zu verhindern, daß der Nebel von der kühlenden Düse den Teil des Werkstücks erreicht, wo Schweißnähte ausgebildet werden.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung zum Kühlen einer Schweißzone mit zwei Nebelstrahlkühlvorrichtungen, wie in Fig. 1 gezeigt, bei welcher die Nebelstrahlkühlvorrichtungen mit der Schweißzone spitze Winkel bilden. Die

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Nebelstrahlkühlvorrichtungen sind so angeordnet, daß sich die erwähnten Winkel in der Richtung öffnen, in welcher die Schweißung weitergeführt wird. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Kühlgeschwindigkeit der Schweißzone auf jeden gewünschten Wert einzustellen und hierbei die Schweißzone dadurch mit jeder gewünschten Geschwindigkeit zu kühlen, daß das Gewichtsverhältnis von aus der Düse ausgestoßenem Wasser zur Luft, der Abstand zwischen der Schweißung und der Düse oder der Luftdruck und folglich die Strahlgeschwindigkeit verändert werden. Die entgegengesetzten Teile des Werkstücks, wo die Schweißungen angebracht werden, werden mit Hilfe eines Kupferschuhs 6 gekühlt. So betrug z.B. im Falle einer auf einer Stahlplatte mit einer Dicke von 40 mm durch eine Elektrogasschweißung mit einer Geschwindigkeit von 42 mm/min und einer Eingangswärme von 195 KJ/cm ausgeführten Schweißung, bei welcher die Schweißung nur durch den Kupferschuh gekühlt wurde, die Kühlgeschwindigkeit von 800°C auf 500⁰C in der Mitte der Dicke 2,2°C/sec und konnte durch zusätzliche übliche Wasserkühlung auf 13°C/sec vergrößert werden.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung unter Verwendung eines Nebelstrahls wurde eine Kühlgeschwindigkeit von 17 C/sec erzielt, wobei ein Luftdruck an der vorderen

Düse von 1,0 kg/cm , ein Luftdruck in der Nebeldüse ο

von 0,5 kg/cm und ein Gewichtsverhältnis von Wasser zu Luft von 4,5 verwendet wurde. Die Kühlgeschwindigkeit wurde auf 8 C/sec vergrößert, wenn das Verhältnis 2,0 war.

Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen der Kühlgeschwindigkeit in °C/sec und der Übergangstemperatur Im

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Charpy-Bruch der Verbindung. Aus Pig. 3 ist zu erkennen, daß es, um die Charpy-Ubergangstemperatur von HT 50 (Hochfester Stahl mit einer Zugfestigkeit

von 50 kg/mm ) und HT 80 (Hochfester Stahl mit einer Zugfestigkeit von 8o kg/mm ) niedriger als OC zu machen, nötig ist, KUhlgeschwindigkeiten von mehr als 4 C/sec bzw. 9*5 C/sec zu wählen.

Im Falle von Unterpulverschweißen ist es erforderlich, durch Vorsehen eines geeigneten Schirms zu verhindern, daß der Nebel in Berührung mit dem Pulverfluß kommt. Wenn die durch Uhterpulverschwelßung ausgebildete Schweißnaht natürlich ohne Entfernen des Plußes gekühlt wurde, betrug die Kühlgeschwindigkeit in der Mitte (in Richtung der Dicke) einer auf einer Stahlplatte mit einer Dicke von 40 mm ausgebildeten Schweißnaht mit einer Eingangswärme von 100 KJ/cm 5 C/sec. Bei einem Beispiel der Erfindung mit einer Anordnung der Nebeldüse mit 120 mm Abstand von der Oberfläche einer Stahlplatte zum Zuführen des Nebels mit einem Luftdruck von 0,5 kg/cm und einem Gewichtsverhältnis von Wasser zu Luft von 4,5 betrug die KUhlgeschwlndlgkeit in der Mitte der Dicke 15 C/sec. Bei einer Verringerung des Gewichtsverhältnisses von Wasser zu Luft auf 2,5 wurde eine Kühlgeschwindigkeit von 8 C/sec erreicht.

Fig. 4 zeigt eine Kurvendarstellung des Zusammenhangs zwischen der Ubergangstemperatur im Charpy-Bruch in ⁰C an der Verbindung und die Zeit in Sekunden, welche erforderlich ist, um die Mitte der Verbindung einer hochfesten Stahlplatte mit einer Zugfestigkeit von 80 kg/mm mit einer Dicke von 40 mm von 80O⁰C auf 50O⁰C zu kühlen. Wie aus Fig. 4 zu erkennen,ist es, um die

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Übergangstemperatur im Charpy-Brueh auf weniger als O C zu begrenzen, nötig, die Kühlzeit auf weniger als 30 see zu begrenzen, oder eine Kühlgeschwindigkeit von mehr als 10 C/sec zu verwenden.

Da die Schweißung und die Teile des Grundmetalls be-. nachbart der Schweißung auf nahezu die gleiche Temperatur erwärmt werden, werden diese Teile einer Wärmehysterese verschieden -von der des Grundmetalls ausgesetzt, wodurch die mechanischen Eigenschaften der geschweißten Gegenstände weitgehend beeinflußt werden. Nach der Erfindung werden, da eine Kühlung mit einer geeigneten erhöhten Geschwindigkeit möglich ist, im wesentlichen die gleichen mechanischen Eigenschaften für das Grundmetall vor und nach dem Schweißen erhalten. Weiter ist es, da die Schweißzone wirksam gekühlt wird, möglich, deren mechanische Eigenschaften zu verbessern. Selbst wenn die Eingangswärme bei der Schweißung vergrößert wird, ist es möglich, eine vergrößerte Kühlgeschwindigkeit entsprechend der vergrößerten Eingangswärme zu verwenden und hierdurch die Wirksamkeit des Schweißvorgangs zu verbessern. Weiter ist es möglich, die Bildung von Rissen zu verhindern, welche im Falle üblicher Wasserkühlung auftreten können.

Kurz zusammengefaßt wird nach der Erfindung eine durch kontinuierliche elektrische Schweißung gebildete Schweißzone dadurch gekühlt, daß ein Nebelstrahl aus Kühlwasser zugeführt und die Kühlgeschwindigkeit durch Einstellen des Gewichtsverhältnisses des Kühlwassers zur Druckluft, welche zur Ausbildung des Nebels verwendet werden, und durch Einstellen der Geschwindigkeit des Nebelstrahls eingestellt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. ' Verfahren zum Einstellen der Kühlgeschwindigkeit in einer durch kontinuierliches elektrisches Schweißen ausgebildeten Schweißzone, dadurch gekennzeichnet , daß ein Nebel strahl von Kühlwasser der Schweißzone zugeführt und das Gewichtsverhältnis des zum Ausbilden des Nebels verwendeten Wassers zur Druckluft und die Geschwindigkeit des Nebels zum Einstellen der Kühlgeschwindigkeit eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Nebelstrahl am Erreichen der Teile des Werkstücks, wo Schweißungen angebracht werden, durch Ausstoßen von Luft vor dem Nebelstrahl gehindert wird.

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