DE2316356B2 - Verfahren zum UP-Schweißen von Stahl - Google Patents
Verfahren zum UP-Schweißen von StahlInfo
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Description
F i g. 1 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Basizität und dem Sauerstoffgehalt
der Schweiße,
F i g. 2 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Borgehalt des Schweißgutes und
der Kerbschlagzähigkeit,
F i g. 3 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen den Gehalten an gelöstem Titan und
gelöstem Bor im Schweißgut und der Kerbschlag Zähigkeit,
F i g. 4 bis 7 Schweißverbindungen, aus denen die Lagen der Kerbschlagproben ersichtlich ist.
Von besonderer Bedeutung ist, daß der Sauerstoffgehalt des Schweißgutes so niedrig wie möglich ist,
um eine Oxydation des Bors und damit indirekt die Bildung proeutektoiden Ferrits an den Austenitkorngrenzen
mittels aktiven Bors in der Schweiße zu vermeiden.
Der Sauerstoffgehalt der Schweiße hängt beim UP-Schweißen von der Flußmittel- bzw. Pulverzusammensetzung
ab; so fällt der Sauerstoffgehalt des Schweißgutes mit steigendem Gehalt an basischen
Komponenten wie Kalziumoxyd und Magnesiumoxyd sowie mit fallendem Gehalt an sauren Bestandteilen
wie Kieselsäure und Titanoxyd. Das Diagramm der Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen der
Pulverbasizität und dem Sauerstoffgehalt des Schweiß-(luics
beim UP-Schweißen mit einer Doppelnaht unter Verwendung eines Röhrenbleches mit einer
Zugfestigkeit von 60 cb. Dabei zeigt sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Basizität B nach J. Z e k e
und dem Sauerstoffgehalt der Schweiße unter Zugrundelegung der nachfolgenden Formel:
= qiQ8(%CaO) + 0,068(% MnO) + OJ (% MgO)
Ö,105(% SiO2) + 0,002(% Al2O3) ~~~ '
Ö,105(% SiO2) + 0,002(% Al2O3) ~~~ '
Der sich aus dem Diagramm der F i g. 1 ergebende Zusammenhang gilt für folgende Pulverzusammensetzung:
| O | bis | 45% | SiO2, |
| 0,2 | bis | 45% | MnO, |
| 0,5 | bis | 30% | CaO, |
| 0,5 | bis | 30% | MgO, |
| 1,5 | bis | 15% | Al2O3, |
| 0,1 | bis | 20% | TiO2, |
| 3 | DiS | 25% | CaF2, |
| 0.5 | bis | 3% | Na2O + K2O + BaO, |
| 0,4 | bis | 3% | FeO. |
Innerhalb der vorerwähnten Pulverzusammensetzung besitzt ein Pulver mit unter 10% Kalziumfluorid
eine Basizität über 1,5, ein Pulver mit über 10% Kalziumfluorid, eine Basizität über 1,2. Bei Verwendung
eines Pulvers mit der oben angegebenen Zusammensetzung beträgt der Sauerstoffgehalt der
Schmelze höchstens 0,05% und bildet sich kein grober Ferrit an den Austenitkorngrenzen, auch wenn der
Borgehalt des Schweißguts höchstens 0,001% beträgt, sofern mit einem titanhaltigen Schweißdraht geschweißt
wird.
Andererseits bildet sich bei einer Pulverbasizität unter dem oten angegebenen Wert und einem Sauerstoffgehalt
des Schweißguts über 0,05 bis 0,06% ein grober procutcktoider Ferrit an den Austenitkorngrenzen,
auch trenn der Borgchalt über 0,001% liegt. Daraus ergibt sich, daß das Bor in diesem Falle unwirksam
ist.
Um die Wirkung des Bors auch bm einem sehr
geringen Borgehalt unter 0,001% sicherzustellen, muß die Basizität des Pulvers über einem bestimmten
Grenzwert liegen; andererseits führt eine Erhöhung
der Basizität zu einer Beeinträchtigung des Schweißens, insbesondere zu einer Verringerung de-: Sckweißgeschwindigkeit.
So lassen sich bei einer Basizität über 1,8 längsnahtgeschweißte Rohre nicht mehr
herstellen. Mithin ergibt ein Pulver mit über 10%
ίο Kalziumfluorid zwar einen niedrigen Sauerstoffgehalt
der Schmelze, beeinträchtigt jedoch auf andere Weise das Schweißen.
Beim UP-Schweißen einer Doppelnaht mit je einer Lage auf beiden Seiten eines Schweißteils aus Röhrenblechen
mit einer Festigkeit von 60 cb unter Verwendung eines Pulvers mit einer Basizität über 1,2
und einem Kalziumfluoridgehalt von 18% sowie verschiedenen
Schweißdrähten mit unterschiedlichem Titangehalt von 0,05 r\- 0,7% ergab sich, daß der
Titangehalt des SchweiGd-ahtes 0,3 bis 0,6% betragen
muß.
Beim UP-Einlagen-Schweißen beträgt das Verhältnis
von Schweißdraht zu Schweißgut etwa 1:3 und wird etwa die Hälfte des Titangehaltes des Schweißdrahtes
oxydiert, so daß der Titangchalt des Schweißgutes etwa \6 des Titangehaltcs des Drahtes entspricht.
Demzufolge entspricht einem Titangehalt des Schweißdrahtes von 0,3 bis 0.6% ein Titangehalt der
Schweißnaht von 0,05 bis 0.1%.
Beim UP-Schweißen mit einem Pulver der Basizitäl von 1,2 bis 1.8 beträgt der Sauerstoffgehalt im
Schweißgut 0,03 bis 0,05% und der Stickstoffgehalt 0.004 bis 0,008%, Aus diesem Grunde muß die Menge
des in das Schweißgui übergehenden Titans ausreichen, diese Gehalte an Sauerstoff und Stickstoff
stabil abzubinden.
Die Tabelle I zeigt den Zusammenhang zwischen den Gehalten an Sauerstoff. Stickstoff und Titan der
Schweiße bei Verwendung verschiedener Pulver und Schweißdrähte. Dabei ergibt sich, diiß im wesentlichen
der ganze Sauerstoff und etwd die Hälfte des Stickstoffs
als Titanoxyd bzw. Titannitrid stabil abgebunden werden. Um festzustellen, ob der Sauerstoff und der
Stickstoff der Schweißnaht tatsächlich stabil abgebunden sind, reicht es aus. die Menge des gelösten
Titans analytisch zu bestimmen. Die Daten der Tabelle I zeigen, daß ein glasiges Pulver mit höherer
Basizitäf und größerer Dichte bei gleichem Titangehalt
des Schweißdrahtes einen höheren Gehalt an gelöstem Titan im Schweißgut ergibt, so daß ein
Titangehalt des Drahtes von 0,3% ausreicht. Im Falle eines keramischen Flußmittels mit niedrigerer Basizität
sind die Gehalle an Sauerstoff und Stickstoff höher, so daß dementsprechend auch der Titangehalt
des Srhweißdrahtes beträchtlich höher liegen muß.
Gelügcuntersuchungen der Schweißnaht und Kerbschlagversuche
an Proben mil einer 2-mm-Kcrbc erwiesen, daß das Bor bereits bei einem Gehalt an
gelöstem Titan von über 0,01 wirksam ist. übersteigt der Gehalt an gelöstem Titan dagegen 0,04%. so ergibt
sich eii.e starke Versprödung. Aus diesem Grunde darf die Schweißnaht nur 0.01 bis 0.04% gelöstes
Titan enthalten.
Liegt der Titangchalt des Drahtes unter 0,3%. so
ergibt sich keine ausreichende Desoxydation und Stickstoffentfernung, auch wenn die Gehalte an Sauerstoff
und Stickstoff auf Grund der Pulverzusammensetzung niedripslmöglich sind, so daß sehr aeringc
Borgehalte unwirksam bleiben und die Bildung von proeutektoidcn Ferrit an den Austenitkorngrenzen
nicht vermieden werden kann. Andererseits kann bei einem Titangehalt des Schweißdrahtes über 0,6% der
Gehalt an gelöstem Titan in der Schweiße über 0,4% liegen, auch wenn das Pulver höchste Gehalte an Sauerstoff
und Stickstoff in der Schweiße ergibt, so daß der Gehalt an in fester Lösung befindlichem Titan ansteigt
und demzufolge die Zähigkeit bei gleichzeitig starkem Anstieg der Härte scharfabfällt. Hinzu kommt,
daß sich Schweißdrähte mit höheren Titangehallcn nicht mehr wirtschaftlich herstellen lassen.
| Pulver | Zustand | |
| CaF2 | Basi/ität (B) |
keramisch |
| 17 | 1,20 | keramisch |
| 17 | 1,20 | glasig |
| 17 | 1,20 | glasig |
| 20 | 1,52 | keramisch |
| 10 | 1,78 | glasig |
| 10 | 1,78 | glasig |
| 10 | 1,78 |
Ti-Gchall Jcs Drahtes
0,48
0,60
0,48
0,48
0,48
0,48
0,30
0,60
0,48
0,48
0,48
0,48
0,30
Die vorstehenden Daten zeigen, daß der Gehall an gelöstem Titan mindestens 0,01% betragen muß, um
die geringe Menge des Bors vor einer Oxydation und Verbindung mit dem Stickstoff zu bewahren. Bei
über 0,04% gelöstem Titan ergibt sich dagegen eine starke Versprödung.
Bei mehreren Versuchen wurden Röhrcnblechc mit einer Festigkeit von 60 cb unter Verwendung eines
Pulvers mit hohem Anteil an Kalziumfluorid und einer
Basizität über 1,2 sowie eines Schweißdrahtes mit 0.4% Titan nach dem UP-Verfahren mit einer Doppelnaht
aus jeweils einer Lage miteinander verschweißt und anschließend der Zusammenhang zwischen dem
Borgchalt der Schweiße und der Zähigkeit ermittelt. Die Ergebnisse wurden für die Erstellung des Diagramms
der F i g. 2 ausgewertet.
Im Diagramm der F i g. 2 sind zwei Zähigkeitskurven einander gegenübergestellt, und zwar für einen
Schweißdraht mit 0,4% Titan und dementsprechend 0,02% gelöstes Titan im Schweißgut sowie mit einem
Titangehalt des Schweißdrahtes von 0,2% und einem dementsprechenden Gehalt an gelöstem Titan von nur
0,005% im Schweißgut. Das Diagramm zeigt, daß die Schweiße volldesoxydiert und frei von Stickstoff
ist, während sich der überwiegende Teil des Bors in fester Lösung befindet und der Gehalt an ungelöstem
Bor in jedem Falle unter 0,0001% liegt.
Bei Versuchen mit demselben Pulver und einem Schweißdraht mit 0,2% Tiian zeigte sich, daß das
Schweißgut nicht hinreichend desoxydiert und frei von Stickstoff war und der Gehalt an ungelöstem Bor
anstieg.
Der Kurvenverlauf des Diagramms der Fig. 2
zeigt, daß sich auch bei sehr geringen Borgehalten von etwa 0,0008% eine sehr hohe Zähigkeit ergibt, wenn
das Schweißen mit einem basischen Pulver und einem 0,4% Titan enthaltenden Schweißdraht erfolgt und die
Schweiße hinreichend desoxydiert und frei von Stickstoff ist. Interessant ist, daß das Bor selbst bei einem
Gehalt von etwa 0.0002% noch wirksam ist und die Kerbschlagzähigkeit erst bei einem Borgehalt von
etwa 0,001% niedrige Werte annimmt. Es ist anzunehmen, daß sich das gelöste Bor ungleichmäßig
verteilt an den Korngrenzen des Austemits befindet,
| N | Schweiße | Ti als TiO2 | Ti als TiN | |
| O | (%) | Ti,,,. | (%) | (%) |
| (%) | 0,0082 | 1%) | 0,062 | 0,013 |
| 0,050 | 0,0078 | 0,006 | 0,065 | 0,014 |
| 0,049 | 0,0040 | 0,033 | 0,066 | 0,007 |
| 0,050 | 0,0062 | 0,008 | 0,052 | 0,010 |
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| 0,027 | 0,0041 | 0.040 | 0,033 | 0,006 |
| 0,026 | 0,012 | |||
.>.> daß auch bei Borgehalten von nur 0,0002% die
Bildung von proeutektoidem Ferrit an den Austenitkorngrenzen wirksam unterdrückt wird. Demzufolge
dürfte sich bei Borgeha'.ten über 0,001% zuviel Bor an den Austenitkorngrenzen befinden, so daß es nicht
zur Unterdrückung der Bildung von proeutektoidem Ferrit einerseits und andererseits zur Bildung schädlicher,
die Zähigkeit beeinträchtigender Borverbindungen bei der Ausbildung der Korngrenzen kommt.
Andererseits ergibt sich bei Verwendung eines Schweißdrahtes mit 0,2% Titan keine ausreichende Desoxydation
und kein ausreichend geringer Stickstoffgehalt der Schweiße, so daß es zur Bildung von proeutektoidem
Ferrit an den Austenitkorngrenzen kommt und sich entsprechend dem Diagramm der F i g. 2
keine Verbesserung der Zähigkeit ergibt.
Somit ergibt sich, daß die Wirksamkeit des Bors in starkem Maße durch den Titangehalt des Schweißdrahtes
bzw. den Gehalt der Schweiße an gelöstem Titan beeinflußt wird. Dies bestätigt auch die zusammenfassende
Darstellung in F i g. 3. Danach kann die Zähigkeit der Schweißnaht optimal verbessert
werden, wenn der Gehalt an gelösten! Titan in der Schweiße 0,01 bis 0,04% und an gelöstem Bor 0,0001
bis 0,0008% beträgt.
Vorstehende Gehalte lassen sich bei Verwendung eines Pulvers mit hoher Basizität und eines Schweißdrahtes
mit 0,3 bis 0,6% Titan erreichen, wobei der Borgehalt des Schweißteils und des Pulvers bzw. der
Boroxydgehalt des Pulvers berücksichtigt werden sollten. Das betreffende Bor wird jedoch nicht bewußt
zugesetzt, so daß der Gehalt an gelöstem Bor als übliche Verunreinigung im Schweißgut unter 0,0006%
liegt. Demzufolge muß der Gehalt an gelöstem Bor in der Schweiße auf Grund des geringen Borzusatzes
im Draht von 0,0001 bis 0,0008% sorgfältig eingestellt werden. Durch Versuche wurde festgestellt, daß der
vorerwähnte Borunterschuß dann voll ausgeglichen werden kann, wenn der Borgehalt des Drahtes unter
0,002% liegt.
Silizium, Mangan und Molybdän spielen hinsichtlich der Erhöhung der Zähigkeit eine wichtige Rolle;
ihre Gehalte müssen daher innerhalb bestimmter Grenzen liegen.
Bei einem Kohlenstoffgehalt über 0,1% wird die Kaltzähigkeit beeinträchtigt" und erhöht sich die
Härte und Rißempfindlichkeit der Schweißnaht merklich. Aus diesem Grunde darf weder die Schweiße
noch der Schweißdraht mehr als 0,1% Kohlenstoff enthalten.
Pas Silizium gehört zu den Ferritbildnern und führt zu Oxydeinschlüssen in der Schweißnaht. Außerdem
verringert ein SiliziumgehaH über 0,5% die Zähigkeit der Schweißnaht.
Aus diesem Grunde sollte der SiliziumgehaH des Schweißdrahtes so niedrig wie möglich liegen, wenngleich
es der Titangehalt von 0,3 bis 0,6% schwierig macht, bei der üblichen Stahlwerkspraxis niedrige
Siliziumgehalte einzustellen. Der SiliziumgehaH darf jedoch weder im Draht noch in der Schweiße 0,5%
übersteigen.
Sowohl Mangan als auch Molybdän verbessern das Grundgefüge und sind hinsichtlich einer ausreichenden
Festigkeit und Zähigkeit unerläßlich. Insbesondere Mangan muß das Schweißgut in einer Menge über
1,0% enthalten, da bei niedrigeren Mangangehalten die Härtbarkeit verlorengeht und die geringe Menge
des Bors unwirksam ist.
Andererseits führen Mangangehalte über 2,0% zur Bildung eines spröden höheren Bainits. Um den
Mangangehait des Schweißguts bei 1,0 bis 2,0% zu halten, sollte der Mangangehalt des Schweißdrahtes
auf 0,8 bis 2,4% eingestellt werden. Der Unterschied zwischen dem Mangangehalt des Schweißdrahtes und
des Schweißguts ist beim Einlagen-Schweißen durch das Pulver und eine Verdünnung des aus dem
Schweißdraht stammenden Metalls durch das geschmolzene Metall der Schweißteile bedingt.
Molybdängehalte bis 0,4% im Schweißgut verbessern die Härtbarkeit, das Gefüge, die Festigkeit und
die Zähigkeit. Molybdängehalte über 0,4% führen dagegen zu einer sehr hohen Härte und zu geringerer
Zähigkeit. Um den Molybdängehalt des Schweißgutes auf höchstens 0,4% zu begrenzen, darf der
Molybdängehalt des Schweißdrahtes unter Berücksichtigung der Verdünnung durch "das geschmolzene
Metall der Schweißteile 0,8% nicht übersteigen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbcispielen des näheren erläutert.
Unter Verwendung von Röhrenblechen mit einer Festigkeit von 60 cb und einer Dicke von 16 mm
sowie von Flußmitteln und Schweißdrähten der in den Tabellen II und III angegebenen Zusammensetzungen
wurden zweiseitige Schweißnähte gemäß F i g. 6 mit jeweils einer Lage hergestellt.
Das Schweißen erfolgte mittels zweier, im Abstand von 18 mm voneinander angeordneter Elektroden
mit 1050 A/34 V für die vorlaufende Elektrode und 850 A/38 V für die Folgeelcktrode bei der einen
Schweißnaht sowie 1250 A/35 V für die vorlaufende Elektrode und 850 A/40 V für die nachfolgende EIektrode
auf der anderen Seite mit einer Schweißgeschwindigkeit von jeweils 135 cm/min.
Nach dem Schweißen wurden entsprechend der Darstellung in F i g. 5 Querproben entnommen und
hinsichtlich ihrer Kerbschlagzähigkeit untersucht. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle IV den chemischen
Analysen des jeweiligen Schweißgutes gegenübergestellt. Die sich aus Tabelle IV ergebenden
Daten zeigen, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schweißnähte eine ausreichende
Kerbschlagzähigkeit besitzen, wie sie beispielsweise bei Hochdruck-Pipelines für kalte Regionen erforderlich
ist.
Von besonderer Bedeutung ist, daß auch im Falle des kein Bor enthaltenden Schweißdrahtes VVA das
Schweißgut 0,005 bis 0,0005% Bor enthielt. Dies zeigt daß das Schweißgui in jedem Falle Bor als unvermeidbare
Verunreinigung aus dem Pulver und den Schweißteilen enthält, auch wenn bewußt kein Bot
zugeführt wird. Beim herkömmlichen Schweißen wird das Bor jedoch durch den Sauerstoff und den Stickstoff
der Luft stabil abgebunden, so daß es das Gefügt der Schweißnaht nicht beeinflussen kann. Bei Verwendung
eines hochbasischen Pulvers und eines titanhaltigen Schweißdrahtes bleibt das Bor jedocr
aktiv und beeinflußt das Gefüge auch im Falle sehi geringer Gehalte.
| Pulver Zusammensetzung | F I | F 2 | F 3 | F 4 |
| SiO, | 32 | 30 | 28 | ?4 |
| MnO | 12 | 8 | 6 | ? |
| CaO | 16 | 28 | 32 | 76 |
| MgO | 15 4 4 17 |
5 10 4 15 |
10 10 3 11 |
15 12 2 70 |
| Al5O1 | 1,20 | 1,31 | 1,65 | 1,76 |
| TiO2 .·■ · | ||||
| CaF, | ||||
| Basizität (B) |
| Schweißdraht Zusammensetzung (%> |
WA | WB |
| C | 0,08 0,05 1,95 0,008 0,006 0.45 0,50 < 0,0003 |
0,08 0,10 1,70 0,009 0,006 0,50 0,45 0,0015 |
| Mn | ||
| P | ||
| Mo | ||
| Ti | ||
| B. | ||
Pulver/Drahl
Schweißgut (%)
C
Si
F I1-WA
0,07
0,30
0,30
F 2, WA I F 1 WB
0,OS 0.29 0,07
0,31
0,31
F 2. WB
0,07
0,28
0,28
F .1WB
0,08
0,24
0,24
F 4 WB
0,08
0,22
409 528Λ
0,22
409 528Λ
Fortsetzung
10
| Pulver/Draht | F I/WA | F2/WA | F I/WB . | F 2/WB | F 3/WB |
| Schweißgut (%) Mn |
1,72 | 1,78 | 1,65 | 1,71 | 1,88 |
| P | 0,015 | 0.014 | 0,016 | 0,016 | 0,015 |
| S | 0,007 0,15 0.02 0,0005 0,041 152 |
0,006 0,13 0,02 0,0003 0.038 148 |
0,007 0,18 0,03 0,0008 0,040 117 |
0,006 0,14 0,02 0,0006 0,039 175 |
0,006 0,16 0,02 0,0005 0,031 182 |
| Mo | |||||
| B *""' | |||||
| O | |||||
| Kerbschlagzähigkeit bei -200C(J) |
Eine einlagige Naht wurde nach dem UP-Verfahren unter Verwendung 19 mm dicker Bleche aus einem
Stahl mit hoher Zähigkeit und einer Festigkeit von 50 cb einer Kupferunterlage, von Schweißdrähten
der aus Tabelle VI ersichtlichen Zusammensetzung und von Flußmitteln mit einer Zusammensetzung
gemäß Tabelle V in der aus F i g. 6 ersichtlichen Weise gelegt. Das Schweißen erfolgte mit drei Elektroden
bei einem Abstand von 20 mm zwischen der ersten und der zweiten sowie von 25 mm zwischen der
zweiten und der dritten Elektrode, sowie mit 1100 A/33 V für die erste Elektrode, 900 A/38 V für
die zweite Elektrode und 800 A/42 V Tür die dritte Elektrode bei einer Vorschubgeschwindigkeit von
1 m/min. Aus der Schweißnaht wurden, wie in F i g. 4 dargestellt, Proben entnommen und mit einer 2-mm-Kerbe
versehen sowie dem Kerbschlagversuch unterworfen. Die Daten der Kerbschlagversuche sind in der
Tabelle VII der Zusammensetzung des jeweiligen Schweißgutes gegenübergestellt. Die Daten erfüllen
voll die Bedingungen für Stähle zur Verwendung in kalten Regionen.
Wie im Zusammenhang mit Beispiel 1 bereits festgestellt wurde, enthielt das Schweißgut auch ohne
absichtliche Borzugabe zum Pulver und den Schweißdrähten 0,0006% Bor. Dieses Bor stammt als unbeabsichtigte
Verunreinigung aus den Schweißteilen und dem Pulver. Zur Bestätigung dessen wurde das
Pulver auf Boroxyd untersucht und dabei festgestellt, daß dieses, wie sich aus Tabelle V ergibt, 0,009%
Boroxyd enthielt. Somit findet sich auch dann, wenn dem Pulver kein Bor zugesetzt wird, in dem Schweißgut ein sehr geringer Borgehalt als unvermeidbare
Verunreinigung aus den üblichen Erzen und insbesondere aus dem Magnesiumoxyd.
| Pulver (%) |
F3 |
| SiO2 MnO CaO |
30 10 15 |
| 20 Pulver |
F3 |
| MgO 25 AI2O1 TiO2 CaF2 (B2O3) 30 Basizität |
16 6 3 19 0,009 1,24 |
| Draht (%) |
WD | |
| C | 0,10 0,30 2,20 0,010 0,008 0,30 0,41 0,0003 |
|
| oi | ||
| Mn... | ||
| P | ||
| S | ||
| Mo... | ||
| Ti | ||
| B | ||
| Tabelle | Schweißgut | VII | Fs/WD |
| 55 C Si Mn 60 P S Mo Ti9e( 65 B-' O Kerbschla«;zähigkeit bei -200C(J) |
0,10
0,45 1,88 0,015 0,009 0,10 0,02 0,0006 0,035 92 |
Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß die Zähigkeit auch durch einen sehr geringen Borgehalt verbessert
wird, wenn das Schweißen unter Verwendung eines hochbasischen Pulvers und einer titanhaltigen Elek-
trode erfolgt. Das erfindungsgemäßc Verfahren ergib somit bei hoher Schweißleistung und demzufolg
verhältnismäßig geringen Kosten Schweißkonstruk tionen mit hoher Zähigkeit.
Hierzu !Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1 2
Schon sehr geringe Bormengen, beispielsweise höch-
Patentanspruch: . stens 0,01% gelöstes Bor sind in dieser Hinsicht
wirksam, doch besitzt das Bor eine hohe Sauerstoff-Verfahren zum UP-Schweißen von Stahl, ge- und Stickstoffaffinität, go daß es leicht· durch den
kennzeichnet durch die Verwendung eines 5 Sauerstoff und Stickstoff verbraucht wird. Um dies
hochbasischen Pulvers mit mindestens 10% Kai- zu vermeiden, wird dem Stahl normalerweise ein
ziumfluorid und einer Basizität von 1,2 bis 1,8 Element zugesetzt, dessen Sauerstoff- und Stickstoffsowieeiner
Elektrode aus höchstens 0,1% Kohlen- affinität der des Bors in etwa entspricht. Üblicherstoff,
höchstens 0,5% Silizium, 0,8 bis 2,4% weise werden Stähle mit hoher Zähigkeit geringe Men-Mangan,
höchstens 0,8% Molybdän, 0,3 bis 0,6% io gen an Titan und Bor im Anschluß an eine Desoxy-Titan
und höchstens 0,002% Bor, Rest einschließ- dation mit Aluminium und eine Vakuumentgasung
lieh erschmelzungsbedingter Verunreinigungen zugesetzt Die Erfindung basiert nun auf dem Gedan-Eisen.
ken, die Zähigkeit von Einlagen-Schweißnähten dadurch zu verbessern, daß das bekannte UP-Schweißen
i5 mit ähnlicher Wirkung durchgeführt wird. In diesem
Zusammenhang wurde auf Grund zahlreicher Versuche festgestellt., daß auch sehr geringe Bormengen
bereits eine Verbesserung der Schweißnahtzähigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum ergeben, wenn mit einer titanhaltigen Elektrode und
UP-Schweißen von Stahl, das es erlaubt, mit hoher 20 einem Pulver geschweißt wird, das einen hohen Anteil
Vorschubgeschwindigkeit eine einlagige Einzel- oder an Kalziumfluorid besitzt.
eine Doppelnaht mit hoher Zähigkeit bei niedrigen Es ist bekannt, daß ein hochbasisches Pulver mit
Temperaturen zu legen. einem Anteil von mehr als 10% Kalziumfluorid die Das UP-Schweißen gehör; zu den automatischen Schweißnahtzähigkeit beim UP-Schweißen verbessert.
Schweißverfahren mit hoher Wirtschaftlichkeit, die 25 was darauf zurückzuführen ist, daß die Zahl der die
sich zum Herstellen von Schweißkonstruktionen, wie Zähigkeit verringernden Oxydeinschlüsse angesichts
beispielsweise Schiffe, Brücken, Druckkessel und des niedrigen Oxydationspotentials des Pulvers ver-Rohre
eign./i. Die Schweißleistung liegt dabei weit ringen wird. E)urch die Verwendung eines hochüber
derjenigen aller anderen Schweißverfahren, da basischen Pulvers und eines titanhaltigen Schweißes
ohne weiteres mögLch ist, .nit mehreren Elektroden 30 drahtes werden der noch verbleibende Sauerstoff und
und hoher Stromstärke zu schweißen, so daß bei Stickstoff in der Schweiße durch das Titan stabil
einem Durchgang gleichzeitig mehrere Lagen mit abgebunden, so daß die geringe Menge des Bors in
hoher Geschwindigkeit gelegt werden können. Mit der Schweiße wirksam bleibt und in Lösung geht,
diesem Verfahren lassen sich heutzutage sowohl Auf diese Weise wird die Bildung des proeutektoiden
weiche Stähle als auch Qualitätsstähle mit beispiels- 35 Ferrits an den Austenitkorngrenzen unterdrückt und
weise hoher Zugfestigkeit und Zähigkeit schweißen. besitzt die Schv/cißnaht eine hohe Zähigkeit. Bei der
In einigen Anwendungsfallen, beispielsweise im Falle gleichzeitigen Verwendung eines hochbasischen PuI-von
Behältern für flüssiges Propan und sonstigen vers und eines titanhaltigen Schweißdrahtes stellt
bei tiefen Temperatuien beanspruchten Stahlkon- sich die vorerwähnte Verbesserung der Zähigkeit
struktionen, die eine hohe Kaltzähigkeit der Schweiß- 40 manchmal schon auf Grund eines geringen Borgeverbindung
erfordern, ist es schwierig, eine Einzel- haltes des Pulvers bzw. Flußmittels ein. Aus der
oder Doppelschweißnaht mit hoher Schweißgeschwin- japanischen Patentschrift Sho 46-9403 ist es bekannt,
digkeit zu legen, so daß die Vorteile des UP-Schwei- die Schweißnahtzähigkeit durch einen hohen Borgeßens
in diesem Falle nicht voll ausgeschöpft werden halt von 0,001 bis 0,015% im Schweißdraht und dem
können. Im allgemeinen besitzt die Schweißnaht im 45 Pulver oder im Schweißdraht und einem Zusatz oder
S.chweißzustand ein grob dendritisches Gefüge mit im Pulver und einem Zusatz zu verbessern. Dieser
proeutektoidem Ferrit an den Austenitkorngrenzen. verhältnismäßig hohe Borgehalt resultiert aus der
Die Folge davon ist eine geringe Kerbzähigkeit an den Tatsache, daß der überwiegende Anteil des Bors mit
Korngrenzen des dendritischen Gefüges. Aus diesem dem Sauerstoff und/oder Stickstoff reagiert und daher
Grunde wird häufig mit mehreren Lagen geschweißt, 50 unwirksam ist.
um den proeutektoiden Ferrit durch die von der Die Erfindung besteht nun in einem Verfahren zum
oberen Schweißlage ausgehende Wärme aufzulösen UP-Schweißen mit einer Schweißlage auf einer oder
sowie die Kerb- und Kaltzähigkeit der Schweißnaht beiden Seiten der miteinander zu verbindenden
zu verbessern. Schweißteile, das auf der Verwendung eines hoch-
Die Praxis hat gezeigt, daß ein UP-Schweißen mit 55 basischen Pulvers mit einer Basizität gemäß Zeke
hoher Geschwindigkeit und einem einzigen Durch- von 1,2 bis 1,8 und über 10% Kalziumfluorid sowie
j|ang bei Stahlkonstruktionen, die eine hohe Kalt- einem Schweißdraht mit bis 0,1% Kohlenstoff, bis
jjiähigkeit besitzen müssen, nur dann möglich ist, 0,5% Silizium, 1,0 bis 2,4% Mangan, bis 0,8% Molyb-
wenn die Bildung von proeutektoidem Ferrit an den dän, 0,3 bis 0,6% Titan und bis 0,002% Bor basiert
grenzen des Austcnitkcrns möglichst weitgehend 60 Dadurch erhält man ein hochzähes Schweißgut mil
jinterdrückt wird. bis 0,1% Kohlenstoff, bis 0,5% Silizium, bis 2,0"/(
Die bekannten hochfesten Stahllegierungen enthal- Mangan, bis 0,4% Molybdän, 0,01 bis 0,04% gelöste!
ten als wesentlichen Legierungsbestandteil Bor, das Titan und 0,0001 bis 0,0008% gelöstes Bor, Res
die Bildung und das Wachstum von Ferritkeimen an Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verun
den Austenitkorngrenzen beim Abkühlen von hohen 65 reinigungen.
s Temperaturen und damit die Bildung eines Netzwerks Die Erfindung wird nachfolgend an Hand de
aus grobem Ferrit mit seiner negativen Wirkung auf Zeichnungen des näheren erläutert. In der Zeichnunj
die Fähigkeit unterdrückt. zeigt
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