DE2263287B2

DE2263287B2 - Drahtelektrode fuer das elektroschlacke-schweissen

Info

Publication number: DE2263287B2
Application number: DE19722263287
Authority: DE
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1971-12-27
Filing date: 1972-12-23
Publication date: 1976-09-16
Also published as: GB1368710A; US3778587A; DE2263287A1; JPS4873346A; CA954195A; JPS5226220B2

Description

35

Die Erfindung betrifft eine Drahtelektrode für das Elcktroschlacke-Sch weißen.

Bekannt sind abschmelzende Drahtelektroden (deutsche Auslegeschrift 12 15 835) in Form von Massivdraht mit 0,06 bis 0,12 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 1,4 bis 2,0 Gewichtsprozent Mangan, 0,44 bis 0,91 Gewichtsprozent Silizium, Rest Eisen. Auch für das Elcktroschlacke-Schweißen wurden bisher meistens abschmelzende Massivdrähte in Verbindung mit Elektroschlacke-Schweißpulvern benutzt. Eines der ungelösten Probleme lag bis jetzt jedoch in der Schwierigkeit, mit Hilfe von Massivdrähten eine gute Kerbschlagzähigkeit der Schweißung auf reproduzierbare Weise zu erzielen.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zu Grunde, eine Elektroschlacke-Schweißelektrode zu schaffen, die es erlaubt, beim Elektroschlacke-Schweißeri von niedrig gekohlten Stählen, wie 1971 A. S. T. M. A-36 (Nennzusammensetzung: bis zu 0,26% Kohlenstoff; 0,80 bis 1,20% Mangan; 0,15 bis 0,30% Silizium, Rest Eisen) und A-441 (Nennzusammensetzung: bis zu 0,22 Kohlenstoff, 0,85 bis 1,25% Mangan, bis zu 0,30% Silizium, mindestens 0.20% Kupfer, Rest Eisen), zuverlässig Schweißungen zu erhalte:-, deren Kerbschlagzähigkeit über 2 kg/m (Kerbschlagvcrsuch nach Charpy) bei — 17,8° C Hegt, während gleichzeitig die Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Verformungsfähigkeit und Biegeeigenschaften erfüllt bleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrode als Seelendrahtelektrode mit einer Hülle aus niedrig legiertem Stahl und einer Seele ausgebildet ist, die 10 bis 40% des Gewichts d-r Gesamtelektrode ausmacht, die Elektrode insgesamt in Gewichtsprozent aus 0,05 ois 0,12% Kohlenstoff; 1,2 bis 2,4 Mangan; 0,20 bis 0,50% Silizium· Rest Eisen, besteht, die Seele Eisenpulver enthält und der Sauerstoffgehalt der Elektrode zwischen 200 und 2000 ppm liegt.

Die Seelendrahtelektrode nach der Erfindung kann als Metallseelendraht bezeichnet werden, da ihre Seele nur aus Metallen, und zwar vorzugsweise aus Manganmetall, Ferrosilizium (50% Eisen und 50% Silizium) und Eisenpulver, besteht.

Es wurde gefunden, daß zur Erzielung der gewünschten mechanischen Eigenschaften des Schweißguts und insbesondere der geforderten Kerbschlagfähigkeitseigenschaften, der Sauerstoffgehalt des Drahts unter ungefähr 2000 ppm gehalten werden muß. infolgedessen ist das Eisenpulver, das für gewöhnlich in erster Linie für den Sauerstoffgehalt eines Seelendrahts verantwortlich ist, sorgfältig derart auszuwählen, daß der Sauerstoffgehalt des Drahts 2000 ppm nicht übersteigt. Seelendrahtzusammensetzungen mit einem Sauerstoffgehalt von über 2000 ppm führten zu Schweißungen, deren Kerbschlagzähigkeit unter dem von den AWS-Normen für niedrig gekehlte Stähle geforderten Wert von 2 kg/m (CharpyKerbschlagvtrsuch) liegt. Sauerstoffgehalte von über 2000 ppm beeinflussen auch andere mechanische Eigenschaften ungünstig, wie die Festigkeit, die Verformungsfähigkeit und die Biegeeigenschaften. Theoretisch sollte der Sauerstoffgehalt des Drahts nicht unter 200 ppm liegen, um eine aktive Oxydation von elementarem Mangan und Silizium im Schweißbad zu erreichen, um Verunreinigungen wie Schwefel zu beseitigen oder in eine harmlose Form zu überführen.

Die angegebenen Gehalte an Kohlenstoff, Mangan und Silizium können durch das in A. S. T. M. E 30-70 beschriebene chemische Naßanalysenverfahren bestimmt werden. Zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts eignet sich die mit schnellen Neutronen arbeitende Aktivierungsanalyse.

Die oben genannte chemische Zusammensetzung kann zweckmäßig mit einer 20% des Gewichts der Gesamtelektrode ausmachenden Seele erreicht werden, die ihrerseits in Prozent des Seelengewichts folgende Zusammensetzung hat: 4,5 bis 10,5% Mangan, 1,0 bis 2,5% Silizium, Rest Eisenpulver; dabei liegt der Sauerstoffgehalt des Drahts bei 1000 ppm.

Eine typische Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Seelenelektrode ist bei einer 20% des Elektrodengewichts bildenden Seele in Gewichtsprozent: 0,07% Kohlenstoff, 1,90% Mangan, 0,35% Silizium, Rest Eisen, wobei der Sauerstoffgehalt der Elektrode zwischen 200 und 2000 ppm liegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Hülle aus niedrig gekohltem Stahl mit einer Seele versehen, die 20% des Gewichts der Gesamtelektrode ausmacht und in Prozent des Seelengewichts aus 7,9% Mangan, 3,3% Ferrosilizium, das 1,65% Silizium ergibt, Rcsi Eisenpulver besteht, wobei der Gesamtsauerstoffgehalt des Drahts bei 1000 ppm liegt.

Der Gewichtsanteil der Seele kann zwischen 10 und 40% des Gewichts der Gcsamtelektrode variiert werden. Dabei wird die Zusammensetzung der Seele entsprechend derart gehalten, daß die chemische Zusammensetzung der Gesamtelektrode und deren

Sauerstoffgehalt in dem oben genannten erfindungsgemäßen Wertebereich bleiben.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von praktischen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Draht A mit einer Hülle aus niedrig gekohltem Stahl und einer Seele, die 20 ± 2% des Gewichts der Elektrode ausmachte, hatte insgesamt m Gewichtsprozent die folgende Zusammensetzung: 0,8% Kohlenstoff, 1,70% Mangan, 0,26% Silizium, Rest Eisen, das innerhalb der Seele in erster Linie in Form von Eisenpulver vorlag. Der Sauerstoffgehalt betrug 780 ppm.

Versuchsschweißungen wurden unter Anwendung des Elektroschlacke-Schweißverfahrens mit einem als Linde 124 bezeichneten Schweißmittel durchgeführt, das in Gewichtsprozent ungefähr 15 bis 25% CaO, 12 bis 18°/o CaF₂, 5 bis 15% MgO, 25 bis 40% SiOa und 10 bis 20% AbOa enthielt. Es wurden abschmelzende Führungsrohre verwendet, die mit einem ähnlichen Flußmittel umhüllt waren. Die Schweißungen wurden mit 550 A Gleichstrom, mit Pluspolung der Elektrode bei 35 bis 36 V durchgeführt. Bei dem Grundwerkstoff handelte es sich um den oben definierten Stahl A-441.

Die mechanischen Eigenschaften waren wie folgt: Streckgrenze 39,7 kp/mm², Zugfestigkeit 54,4 kp/mm², Dehnung bezogen auf eine Probelänge von 51 mm 29,4%. Es wurden die folgenden Kerbschlagzähigkeitswerte ermittelt: 4,04; 5,32; 4,55; 4,58 und 2,67 kg/m (Charpy-V-Probe) bei — 17,8° C, was einen AWS-Mittehvcrt von 4,38 kg/m (Charpy-V-Probe) bei — 17,8° C ergibt. Die Schweißungen bestanden auch die Biegeversuche mit seitlicher Führung.

Beispiel 2

Der bei diesem Beispiel verwendete Draht B hatte die gleiche chemische Zusammensetzung wie der Draht A, mit der Ausnahme, daß die verwendeten Ausgangsstoffe, beispielsweise das benutzte Eisenpulver, zu einem Sauerstoffgehalt von 1,345 ppm führten. Die Schweißbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.

Es wurden die folgenden mechanischen Eigenschaften erzielt: Streckgrenze 37,4 kp/mm²; Zugfestigkeit 56,3 kp/mm²; Dehnung bei 51 mm Probenlänge 26,9%. Die Kerbschlagzähigkeitswerte waren 3,95; 4,49; 3.03; 4,60 und 4,20 kg bei — 17,8° C, was zu einem AWS-Mittelwert von 4,22 kg/m (Charpy-V-Probe) bei — 17,8° C führt. Die Schweißungen bestanden auch die mit seitlichen Führungen durchgeführten Biegeversuche.

Beispiel 3

Ein Draht C, der die gleiche chemische Zusammensetzung wie die Drähte A und B hatte, mit der Ausnahme, daß der Sauerstoffgehalt 2,680 ppm betrug, wurde zur Herstellung von Testschweißungcn unter den gleichen Bedingungen wie bei den Beispielen 1 und 2 benutzt. Die Schweißungen bestanden die Biegeversuche nicht und waren infolgedessen unbrauchbar.

Beispiel 4

Bei diesem Versuch wurde ein Massivdraht, der in Gewichtsprozent 0,08% Kohlenstoff, 1,24% Mangan und 0,32% Silizium enthielt und dessen Sauerstoffgehalt unter 100 ppm lag, unter den gleichen Schweißbedingungen eingesetzt, wie sie in Beispiel 1

ίο angegeben sind. Die Streckgrenze des Schweißguts betrug 35,9 kp/mm². Die Zugfestigkeit lag bei 50,3 kp/mm². Die Dehnung betrug 28,5%. Die Kerbschlagzähigkeit betrug 2,21; 2,21; 2,21; 2,35 und 3,31 kg/m (Charpy-V-Probe) bei -17,8⁰C, was einen AWS-Mittelwert von 2,25 kg/m (Charpy-V-Prol>e) ergibt. Der gleiche Draht führte bei zahlreicher, weiteren Versuchen zu Kerbschlagzähigkeitswerten, die in 50% der Fälle unter 2,07 kg/m (Charpy-V-Probe) bei — 17,8° C lagen. Wenn ein Draht

ao nicht in reproduzierbarer Weise, d. h. in 100% der Fälle, dem AWS-Mindestsollwert entspricht, kann der Draht nicht als tauglich bezeichnet werden.

Zahlreiche Versuche mit anderen Massivdrähten, beispielsweise AWS-E70S-3 und AW S-EM-13K,

as die ähnliche Zusammensetzungen wie der erfindungsgemälie Draht hatten, führten zu einem Schweißgut, das den von der American Welding Socidy (AWS) vorgeschriebenen Normbedingungen nicht entspricht. Beispielsweise führte der AWS-E70S-3-Draht, der für gewöhnlich 0,06 bis 0,15% Kohlenstoff; 0,90 bis 1,40% Mangan und 0,45 bis 0,70% Silizium enthält, zu einem Schweißgut, dessen Kerbschlagzähigkeit zwischen 1,52 und 4,15 kg m (Charpy-V-Probe) bei —17,8 C lag. Bei Verwendung des AWS-EM-13K-Drahts, der normalerweise 0,07 bis 0,19% Kohlenstoff; 0,90 bis 1,40% Mangan und 0.45 bis 0,70% Silizium enthält, wurde ein Schweißgut erhalten, dessen Kerbschlagzähigkeit zwischen 1,11 und 3,64 kg/m (Charpy-V-Probe) bei — 17,8 ' C lag.

Die obigen Daten lassen erkennen, daß ein Seelendraht mit einem Sauerstoffgehalt zwischen 200 und 2000 ppm in reproduzierbarer Weise zu Kerbschlagzähigkeitswerten des Schweißguts führt., die im Falle von niedrig gekohltem Stahl über 2,07 kg'm (Charpy-V-Probe) bei —17,8° C führen. Wird dagegen mit Massivdraht gearbeitet, werden Schweißungen mit befriedigender Kerbschlagzähigkeit nur zuweilen und auf nicht reproduzierbare Weise·, erzielt.

Ein Grund dafür, daß bei Verwendung eines Seelendrahts, der im wesentlichen die gleiche chemische Zusammensetzung wie ein Massivdraht hat, mit der Ausnahme, daß der Sauerstoffgehalt innerhalb eines kritischen Bereichs gehalten wird, dürfte die Art des Werkstoffübergangs sein, der beim Elektroschlacke-Schweißen mit einem Seelendraht erzielt wird. Ein Seelendraht läßt im schmelzflüssigen Schweißbad kleinere Tröpfchen entstehen, was zu einem Erstarrungsablauf im SchweilJgut führt, der von dem mit einem Massivdralu erhaltenen abweicht. Massivdrähte lassen großtropiigu Metalltropfen entstehen. Der unterschiedliche I-xstarruiigsablauf dürfte die mechanischen Eigenschaften beeinflussen.

Claims

Patentansprüche:

1. Drahtelektrode für das Elektroschlacke-Schweißen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode als Seelendrahtelektrode mit einer Hülle aus niedrig legiertem Stahl und einer Seele ausgebildet ist, die 10 bis 40% des Gewichts der Gesamtelektrode ausmacht, die Elektrode insgesamt in Gewichtsprozent aus 0,05 bis 0,12% Kohlenstoff; 1,2 bis 2,4«/o Mangan; 0,20 bis 0,50% Silizium, Rest Eisen besteht, die Seele Eisenpulver enthält und der Sauerstoffgehalt der Elektrode zwischen 200 und 2000 ppm liegt.

2. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele 20% des Gewichts der Gesamtelektrode ausmacht.

3. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode insgesamt in Gewichiisprozent aus 0,07% Kohlenstoff; " 1,90% Mangan; 0,35% Silicium, Rest Eisen besteht.

4. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele in Prozent des Sf:elengevvichts aus 4,5 bis 10,5% Mangan, »5 1,0 bis 2,5% Silicium, Rest Eisenpulver besteht und der Sauerstoffgehalt der Elektrode 1000 ppm beträgt

5. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele in Prozent des Seelengewichts aus 7,9% Mangan, 1,65% Silicium, Rest Eisenpulver besteht.