DE2326433C2

DE2326433C2 - Kupfer-Nickel-SchwelBzusatzwerkstoff für das Schutzgasschweißen

Info

Publication number: DE2326433C2
Application number: DE19732326433
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 5980 Werdohl Hilbrans; Theo 5991 Evingsen Hoffmann
Original assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1973-05-24
Filing date: 1973-05-24
Publication date: 1975-01-30
Also published as: GB1415988A; AT325915B; DE2326433B1; SE395635B; SU614735A3; CH596934A5; JPS5016640A; ATA144274A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kupfer-Nickel-Schweißtusatzwerkstoff, bestehend aus 24 bis 38% Nickel, 2,4 bis 3,8% Cirom, Rest im wesentlichen Kupfer einschließlich erschmelzungsbedingter Beimengungen, zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der beim Schweißen von chromlegierten Kupfer-Nickel-Mehrstofflegierungen herzustellenden Schweißverbindüngen.

Chromlegierte Kupfer-Nickel-Mehrstofflegierungen mit etwa 24 bis 38% Nickel, 2,4 bis 3,8 % Chrom, Weisen den besonderen Vorteil einer Aushärtung ohne Spezielle Wärmebehandlung auf. Wenn Werkstücke aus diesen Legierungen aus der Walz-, Schmiede- oder Schweißhitze ohne besondere Vorkehrungen oder Hilfsmittel, wie Einpacken in wärmedämmende Mittel oder Wärmebehandeln in öfen an Luft abgekühlt Werden, liegen sie bei Raumtemperatur im ausgehärteten Zustand vor. Auf Grund der bei dieser unkomplizierten »Wärmebehandlung« auftretenden beachtlichen Festigkeitssteigerung ist ein solcher Werkstoff für viele Zwecke des Apparate- und Behälterbaus außerordentlich interessant.

Leider ist die Festigkeitssteigerung für geschweißte Bauteile nicht ausreichend zuverlässig, da beim Schweißen durch Rißbildung im Schweißgut Trennungen entstehen, die die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen. Eigenartigerweise handelt es sich hierbei nicht um Spannungsrisse oder Schrumpfrisse, wie sie bei der Abkühlung aus der Schweißhitze häufig beobachtet werden und makroskopisch oder durch Farbeindringprüfung erkennbar sind. Besonders gravierend erscheint die Tatsache, daß die auftretenden Fehler auch durch Röntgenprüfung nicht zuverlässig nachzuweisen sind. Sie treten erst durch mechanische Belastung des geschweißten Werkstückes bis zum Fließen in Erscheinung und wurden erstmalig an Zug- und Faltproben geschweißter Prüfstücke entdeckt, die zuvor in einer Röntgenkontrolle fehlerfrei gefunden wurden.

Nach dem Stand der Technik ist es möglich, die Rißbildung im Schweißgut zu vermeiden, indem die Chrom- und Siliziumgehalte im Schweißgut aufeinander abgestimmt sind. Ferner werden die Chromgehalte des Grundwerkstoffs und des Schweißzusatzwerkstoffs derart begrenzt, daß die Summe beider rechnerisch 6,4% Chrom nicht überschreitet.

Die Nachteile dieses Standes der Technik sind dem Fachmann offensichtlich. Das Schweißgut besteht aus dem niedergeschmolzenen Schweißzusatzwerkstoff und einem nicht exakt voraus bestimmbaren Anteil des aus den Flanken der Schweißnaht aufgenommenen Grundwerkstoffs, Daraus resultiert die Notwendigkeit einer mehrfachen Abstimmung der Zusammensetzung des Schweißzusatzwerkstoffs auf den Grundwerkstoff. Gleichzeitig muß in beiden Werkstoffen eine Abstimmung der Chrom- und Siliziumgehalte in de: Weise erfolgen, daß ein geeignetes Schweißgut trotz der in der Praxis zwangsläufig auftretenden unterschiedlichen Aufmischungsgrade entsteht. Das führt zu der Notwendigkeit der Kontrolle der Chromgehaitc vor dem Verschweißen der Bauteile in der Werkstatt, oder über zur Begrenzung der Summe der Chromgehalte \on Schweißzusatz- und Grundwerkstoff oder alternativ nur zu einer drastischen Senkung des Chromgehaltes des Schweißzusatzwerkstoffs. Auf diese Weise kann man erreichen, daß man immer auf der richtigen Seite liegt. Da die Festigkeit der Legierung jedoch mit Chromzusatz steigt, ergibt sich durch dessen Beschränkung ein Verzicht auf optimal mögliche Vorteile in den mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs bzw. des Werkstücks.

Letztlich lagen den Entwicklungen, die zu diesem Stand der Technik geführt haben, keine exakten Untersuchungen über die Ursachen der Materialtrennungen zugrunde. Die aus empirischen Befunden abgeleiteten Regeln haben zu den bekannten vielfachen Einschränkungen geführt.

Die vorliegende Erfindung macht sich zur Aufgabe, einen Schweißzusatzwerkstoff zu finden, der bezüglich seiner Zusammensetzung keiner anderen Abstimmung auf den Grundwerkstoff bedarf, als die, demselben Legierungstyp anzugehören.

Bei Lösung dieser Aufgabe wurde von mikroanalytischen Untersuchungen der Bruchstellen in den FuIt- und Zugproben von Prüfstücken ausgegangen. In den Materialtrennungszonen wurden äußerst dünne, flächig auf den Korngrenzen befindlichen häutchen einer oxydistiien Substanz gefunden. Diese haben eine Zusammensetzung beispielsweise von etwa 65°, ZrO₂, 20% TiO₂ und 10% AI₂O.. Derartige Oxidmischungen besitzen außerordentlich hohe Schmelzpunkte, und es ist daher ausgeschlossen, daß diese während des Schweißvorganges aufschmelzen und zu kleinen punktförmigen Schlackeneinschlüssen koagulieren. Über die Herkunft des für die Oxidbildung erforderlichen Sauerstoffs ist nichts näheres bekannt, doch ist nicht auszuschließen, daß durch Verwirbelung des Schweißargons mit etwas Luft Sauerstoff an das Schweißgut herangetragen wird. Es ist aus Erfahrung trotz des Schutzgasschleiers stets mit einer gewissen Oxiclbildung zu rechnen.

Von dieser Tatsache ausgehend wurde versucht, eine · Änderung der Zusammensetzung der beim Schweißen entstehenden Oxide zu erreichen und damit die Maierialtrennungen zu unterbinde^.

Zu diesem Zweck wurden dem Schweißzusatzwerkstoff der Zusammensetzung 24 bis 38% Nickel, 2,4 bis 3,8% Chrom, Rest Kupfer, einschließlich er-

schmelzungsbedingter Beimengungen wie Titan, Zirkonium, Mangan, Silizium, Eisen, Kohlenstoff, als desaxidierendes Metall 0,05 bis 1,5% Niob zulegiert, dessen Oxide niedrigere Schmelzpunkte aufweisen. Darüber hinaus erfolgte eine Beschränkung des Titangehaltes auf maximal 0J2"^. Vorzugsweise beträgt der Niobgehalt 0,20 bis 0,60°_/o und der Titangehalt 0,05 bis 0,10 °_u.

In der Tabelle 1 ist eine Reihe von Schweißzusatzdrähten verschiedener chemischer Zusammensetzung sowie deren im Faltversuch nach DlN 50121 ermittelten Prüfergebnisse der damit hergestellten Schweißverbindungen dargestellt, wobei sich die Proben 1 bis 4 auf herkömmliche und die Proben 5 bis 9 auf erfindungsgemäß zusammengesetzte Schweißzusatzdrähte beziehen. Eine vergleichende Gegenüberstellung der Prüfergebnisse zeigt, daß im Faltversuch die mit den erfindungsgemäß zusammengesetzten SchweiBzusatzdrähten hergestellten Schweißverbindungen denen mit herkömmlichen Schweißzusatzdrähten hergestellten Schweißverbindungen eindeutig überlegen sind. Die mit dem Schweißzusatzdraht gemäß der Probe 10 hergestellte Schweißverbindung zeigt, infolge des im Vergleich zum erfindungsgemäßen Titangehalt überhöhten Titangehaltes ein deutlich negatives Ergebnis. Nach dieser Voruntersuchung wurden gemäß Tabelle 2 mit erfindungsgemäß zusammengesetztem

ίο Schweißdraht und Schweißdraht herkömmlicher Zusammensetzung Bleche unterschiedlicher Dicke verschweißt. Neben der Prüfung nach DIN 50121 wurden aurh die mechanischen Eigenschaften nach DIN 50120 unttrsucht. Wie die Ausführungsbeispiele a) bis d) zeigen, sind die mit dem erfindungsgemäßen Schweißzusatzdraht hergestellten Schweißverbindungen denen mit herkömmlichem Schweibzusatzdraht hergestellten Schweißverbindungen klar überlegen.

Tabelle

Nr.	Mn I	Chemisch Nb	e Zusammt Zr I	nsetzung d Ti j	es Schueißgutes "'„ Cr I S, j	0,18	Ni	Faltversuch üb;r Wurzel \|	(Biegewinkel) über Deck la ge
(D	0,50		0,07	0,59	3,19	0.21	30,2	70^c· 70°	180" 180
(2)	1,00		0,04	0,53	3,06	0,17	30,3	85" 85^;	180" 180"
(3)	2,84		0,06	0,50	2.74	0,20	31,4	45"- 45"	180 180
(4)	0,50		0.07	0,04	3,19	0.22	30,4	90° 180°	180' 180-
(5)	0,50	0,08	0,10	0.10	3,18	0,16	30,2	180° 180"	180 180
(6)	0,50	0,22	0,07	0,09	3.10	0,16	30,3	180" 180"	180" 180"
(7)	0,51	0,67	0,08	0,07	3,06	0,19	30,7	180" 180"	180 180
(8)	0,46	1,09	0,10	0,03	2,83	0,18	27,1	180 180"	180 180
(9)	2,90	0,40	0,06	0,07	2.91	0,16	30,8	180" 180°	180" 180-
(10)	2,70	0,70	0,06	0,16	3,13	30,9	90° 180°	180" 180"

Alle Priifergebnisse an WIG-Schweißung von 8 mm Blechdicke.

Tabelle a) Chemische Zusammensetzung %

	Mn	Nb	Zr	Beispiel für	Cr	Si	Ni
Handelsüblicher Draht Erfindungsgemäßer Draht	1,19 0,78	0,45	0,11 0,06	0,08 0,10	2,60 2,93	0,29 0,13	30,8 30,65

5 6

b) Prüfergebnisse an WIG-Schweißung, Blechdicke 12 mm

FaUversuch nach DIN 50121 (Biegewinkel)

über Wurzel über Decklage

Zugversuch DIN 50120 Λα.« kg/mm" I <*β kg/mm¹

Handelsüblicher Draht ... Erfindungsgemäßer Draht

d) Prüfergebnis: Handelsüblicher Draht ...

170° 150° 180° 180°

44,6 45,7 45,9 46,6

c) Prüfergebnisse an WIG-Schweißung, Blechdicke 16 mm

Erfindungsgemäßer Draht

50°	120°	44,1	58,0	20 mm	58,8
90°	150°	44,8	58,4	58,6
180°	180°	43,6	57,5	59,0
180°	180°	43,6	58,4	59,1
Schweißung		Blechdicke
60°		44,0
70°		43,6
180°		43,1
180°	mit Impulssteuerung 1001/Sek.,	43,2




100°
12G°
180°
180°

Claims

Patentansprüche:

1. Kupfer-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff für das Schutzgasschweißen, bestehend aus 24 bis 38% Nickel, 2,4 bis 3,8% Chrom, Rest im wesentlichen Kupfer einschließlich erschmelzungsbedingter Beimengungen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der beim Schweißen von chromlegierten Kupfer-Nickel-Mehrstofflegierungen herzustellenden Schweißverbindungen, gekennzeichnet durch einen Niobgehalt von 0,05 bis 1,5% mit der Maßgabe, daß der Titangehalt auf 0,12% begrenzt ist.

2. Kupfer-Nickel-SchweißzusatzwerkstofF, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobgehalt 0,20 bis 0,60% und der Titangehalt 0,05 bis 0,10 ^ü„ beträgt.