DE2346872A1

DE2346872A1 - Verfahren zur verbesserung der guetewerte einer verbindungsschweissnaht

Info

Publication number: DE2346872A1
Application number: DE19732346872
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Ing Ruckdeschel
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1973-09-18
Filing date: 1973-09-18
Publication date: 1975-03-27
Also published as: IT1019262B; ES429104A1; SE395016B; JPS5057042A; DE2346872B2; NL7410892A; SE7411692L

Description

MESSER GRIESHEIM GKBH MG 825

Kennwort: Verbindungschweißnaht-Aufschmelzen Erfinder: Dr.'Huckdeschel

Verfahren zur Verbesserung der Gütewerte einer Verbindungsschweißnaht

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Gütewerte einer Verbindungsschweißnaht, insbesondere einer Einlagenverbindungsschweißnaht.

Eines der Grundprobleme bei der Herstellung einer Verbindungsschweißnaht durch ein Schmelz-Schweißverfahren ist die Verschlechterung der Gefügeeigenschaften des eingebrachten Schweißgutes, verglichen mit dem nicht geschweißten Grundwerkstoff. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Verringerung der Duktilität (Zähigkeit), die sowohl bei statischer, wie auch bei dynamischer Beanspruchung zu einem vorzeitigen Bruch der Schweißnaht führen kann.

Folgende Gründe lassen sich dafür anführen, daß die Eigenschaften von Schweißnähten, beispielsweise die mechanischen Eigenschaften, und zwar insbesondere die KerbSchlagzähigkeit, häufig schlechter sind als die des Grundwerkstoffes:

a) Das durch Schmelzschweißungen eingebrachte Schweißgut besitzt Gußstruktur. Das Gefüge der Schweißnaht ist daher grobkörniger als das des verformten Grundwerkstoffes. Bekanntermaßen nimmt jedoch die Kerbschlagzähig-

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keit mit steigender Korngröße des Gefüges ab. Zum anderen weisen Gußgefüge Körnsteigerungen und andere
Inhomogenitäten auf, die ebenfalls die Kerbschlagzähigkeit vernichten.

b) Die an das eingebrächte Schweißgut sich anschließende
Zone des Grundwerkstoffes (sog. Wärmeeinflußzone, nachfolgend als WEZ bezeichnet) wird durch die Erhitzung
geschädigt. So können beispielsweise in der WEZ rißanfällige Grobkornzonen entstehen.

Es ist ferner bekannt, daß die nachteiligen Werkstoffeigenschaften der Schweißnähte um so merklicher werden, je grosser das je Iiage eingebrachte Schweißgutvoluraen wird. Das Gefüge erstarrt dann ebenfalls grobkörnig und die Wärmeeinbringung in den Grundwerkstoff wird größer, was wiederum
zur Verschlechterung der mechanischen Gütewerte der Schweißnaht führt. Die Praxis hat nun gezeigt, daß bei einer Mehrlag en schweißung, d.h. beim Auftragen weiterer Lagen auf bereits vorhandenes Schweißgut (Schweißraupen), wobei die
Bindung zwischen den neuen und den vorher vorhandenen Schweißraupen im Schmelzfluß hergestellt wird, die Eigenschaften

gegenüber einer Einlagen-Schweißung verbessert sind. Ein Nachteil des Mehrlagenverfahrens sind jedoch die höheren Kosten (mehrfache Schweißzeit). Aus Wirtschftlichkeitsgründen ist
man daher bestrebt, so viel Schweißgut wie möglich in einer einzigen Lage einzubringen. Aus den oben geschilderten metallurgischen Gründen ist dies jedoch nur begrenzt möglich. Es gibt außerdem Pälle, in denen eine Mehrlagen-Schweißung auch dann nicht anwendbar wäre, wenn man die Mehrkosten in Kauf
nehmen würde. Dies gilt z.B. beim Unterpulver-Schweißen von Blechen bis 20 mm Blechdicke, wie es beispielsweise beim
Paneelschweißen im Schiffsbau, sowie bei der Großrohrfertigung der Pail ist. Beim Tandem- und Dreidraht-Verfahren ist hier die Abschmelzleistung so hoch, daß in jedem Fall die
Schweißnaht in einer Lage bereits gefüllt wird.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verbesserung der Gütewerte einer VerbindungsSchweißnaht, insbesondere einer Einlagenverbindungsschweißnaht, zu schaffen.

Die Erfindung besteht darin, daß über die Verbindungsschweißnaht eine Wärmequelle derart geführt wird, daß durch die Wärmequelle die Verbindungsschweißnaht teilweise aufgeschmolzen wird.

Durch das erfindungsgemäße Aufschmelzen eines Teilbereiches der Schweißnaht, wobei bevorzugt max. Zweidrittel des Schweiß-

durch gutes wieder aufgeschmolzen werden, undvoas nachfolgende sehr schnelle Abkühlen des geschmolzenen Bereiches wird eine wesentliche Verbesserung der G-ütewerte der Schweißnaht erreicht. Eine mögliche Erklärung dafür wird darin gesehen, daß das Schweißnahtgefüge homogenisiert wird, da ein Teil der im Schweißgut vorhandenen Verunreinigungen aus diesem entfernt (Verbrennung bzw. Ablagerung als Schlacke), und der andere Teil der Verunreinigungen gleichmäßig im Schweißgut verteilt wird. Hinzukommt eine TJmkörnung des'aufgenommenen Schweißgutes der unterhalb des aufgeschmolzenen Schweißgutes liegenden Schweißnahtzonen, d.h. das Schweißgutgefüge wird insgesamt feinkörniger und zum Teil durch den erneuten Wärmeeinfluß vergütet. Beide Effekte führen zu einem wesentlichen Anstieg der Gütewerte der Schweißnaht, und zwar insbesondere der Kerbschlagzähigkeit. So wurden beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer Einlagenschweißnaht an einem 20 mm dicken Paneel bei -20⁰C Prüftemperatur eine Kerbschlagzähigkeitserhöhung von 40 fi erreicht (KerbSchlagzähigkeit ohne Wiederaufschmelzen 4,4 Kpm/cm, mit Wiederaufschmelzen 6,2 Kpm/cm ).

Bei Verbindungsschweißnahten mit relativ kleinem Schweißnahtquerschnitt (beispielsweise 30 mm ) wird bevorzugt eine Hochleistungs-Wärmequelle (Plasmabrenner, Laser, etc.) mit großer Geschwindigkeit, etwa oberhalb der Schweißnahtmitte, linear bewegt.

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Bei Schweißnähten mit großem Schweißnahtquerschnitt ("beispielsweise 400 mm²) ist es dagegen vorteilhaft, die Wärmequelle mit kleinerer Geschwindigkeit, evtl. auch pendelnd, über den Schweißnahtmit'tenbefeich zu führen. Dabei erfolgt die Pendelung quer zum Schweißnahtverlauf. Im Hinblick auf eine gleichbleibende Aufschmelztiefe ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn die Vorschubgeschwindigkeit der Wärmequelle geteilt durch die Pendelfrequenz kleiner ist als der Durchmesser des Wärmeenergiestrahles an der Auftreffstelle auf der Schweißnaht.

Die Wärmequelle wird bevorzugt mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit und konstanter Wärmeleistung über die Schweißnaht geführt. Dadurch wird eine konstante Einbrandform erzielt. Die optimale Vorschubgeschwindigkeit sowie die die Wärmeleistung bestimmenden Parameter der Wärmequelle (beispielsweise Strom und Spannung bei Lichtbogenbrennern) können in einfachster Art und V/eise empirisch für die jeweilig zu verbessernde Verbindungsschweißnaht ermittelt werden.

Die Aufschmelzung kann mit jeder Wärmequelle erfolgen, vorzugsweise jedoch mit einem elektrischen Lichtbogen. Als besonders gut geeignet haben sich Lichtbogenbrenner mit nichtabschmelzender Elektrode (V/IG- oder Plasma-Lichtbogen-Brenner) erwiesen.

Während des Wiederaufschmelzens wird das Schweißgut vor dem Zutritt der Luft geschützt. Dies geschieht vorzugsweise durch Schutzgas, kann jedoch auch durch Schlackenabdeckung erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Wiederaufschmelzen und damit zum Verbessern der Gütewerte von beliebigen Verbindungsschweißnähten vorteilhaft eingesetzt werden. Beispielsweise wie in Fig.la veranschaulicht für eine Verbindungsschweißnaht mit V-Pugenvorbereitung. Pig. Ib zeigt eine beidseitig wiederaufgeschmolzene X-Verbindungsschweißnaht, während in

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Pig. lc eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren "behandelte Kehlnaht dargestellt ist. Bei den Fig. la bis Ic ist der wiederaufgeschmolzene Bereich der Schweißnaht schraffiert und der nicht"aufgeschmolzene Bereich mit Punkten gekennzeichnet. Die V/ärmeeinflußzonen sind gestrichelt dargestellt. Von wesentlicher Bedeutung "bei der Erfindung ist_v daß diese Wärmeeinflußzonen der Schweißverbindungen durch die Wärmequelle nicht über die Temperatur der Austenit-Vergröberunglerhitzt werden, also nicht über eine Temperatur, die je nach Werkstoff zwischen etwa 900° - 1150⁰C liegt. Wie weiterhin aus den Fig. la bis Ic hervorgeht, liegt der Umriß A der wxederaufgeschmolzenen Zone etwa parallel zur Umrißlinie B des Querschnittes der Verbindungsschweißnaht. Eine derartige Form der wiederaufgeschmolzenen Zone ist im Hinblick auf optimale Gütewerte besonders vorteilhaft und wird durch geeignete Abstimmung der Parameter (Wärmeleistung, Vorschubgeschwindigkeit etc.) erhalten.

Der wesentliche Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem eingangs genannten Mehrlagen-Schweißverfahren ist, daß durch die Wärmequelle nur ein örtliches Aufschmelzen des Schweißgutes erfolgt und dadurch die Schweißnahteigenschaften verbessert werden, jedoch keine weitere Schweißnaht zum Füllen der Schweißfuge eingebracht wird. Es ist jedoch beim erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft möglich, eine geringe Menge von Zusatzwerkstoff zuzuführen, durch welche die Schweißnahtoberfläche geglättet wird, deren Fülleffekt jedoch unbedeutend ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in beliebigem Zeitabstand nach der Herstellung der Verbindungsschweißnaht angewendet werden. Besonders wirtschaftlich ist jedoch die Anwendung eines Doppelkopf-Verfahrens, bei dem der erste Kopf oder die ersten Köpfe die Aufgabe haben, die· Schweissung durchzuführen, während der letzte Kopf (z.B. WIG- oder Plasma-Brenner) das Wiederaufschmelzen übernimmt.

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Bevorzugte Anwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Verfahrens sind: Paneelschweißungen im Schiffsbau, Schweißungen von Großrohren und schwerschweißbarer Werkstoffe, Kehl- und Stumpf-Schweißnähte im Stahlbau.

Die Erfindung ist bevorzugt zur Verbesserung von in Einlagentechnik hergestellten Verbindungsschweißnähten anwendbar. Es ist jedoch ebenfalls vorteilhaft möglich, mit der Erfindung eine Verbesserung der Gütewerte von in Mehrlagentechnik hergestellten Schweißnähten zu erreichen, wobei dann nach dem Einbringen einer Schweißlage diese entsprechend der Erfindung verbessert wird, dann die nächste Schweißlage hergestellt wird, diese verbessert wird, usw.

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Claims

Ansprüche

•1. Verfahren zur Verbesserung der Gütewerte einer Verbindung sschweißnaht, insbesondere einer Einlagenverbindungsschweißnaht, dadurch gekennzeichnet, daß über die Verbindungsschweißnaht eine Wärmequelle derart geführt wird, daß durch die Wärmequelle die Verbindungsschweißnaht teilweise aufgeschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wärmequelle max. Zweidrittel des Schweißgutes der Schweißnaht aufgeschmolzen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle pendelnd über die Schweißnaht geführt wird, und daß die Vorschubgeschwindigkeit der Wärmequelle geteilt durch die Pendelfrequenz kleiner ist als der Durchmesser des Wärmeenergiestrahles an der

. Auftreffstelle auf der Schweißnaht. ... . .

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge-

• •'^:<·· -kennzeichnet, daß die Wärmequelle mit konstanter Vor-- · Schubgeschwindigkeit und konstanter Wärmeleistung über die Schweißnaht geführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmequelle ein Lichtbogenbrenner mit nichtabschmelzender Elektrode verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen der Schweißnaht unter Schutzgasatmosphäre oder Schweißpulver vorgenommen wird.

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7·« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Y/ärmeeinflußzonen der Schweißverbindung durch die Wärmequelle nicht bis zu dem Temperaturbereich der Austenit-Vergröberung erhitzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da- -•^\durch gekennzeichnt; daß die Umrißlinie (A) der wiederaufgeschmolzenen Zone etwa parallel zur Umrißlinie (9) des Querschnittes, der Verbindungsschweißnaht liegt.

13.9.1973
Be/Pu

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