DE2346872B2

DE2346872B2 - Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsschweißnaht mit verbesserten Gefügeeigenschaften durch Schmelzschweißen

Info

Publication number: DE2346872B2
Application number: DE2346872A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr.-Ing. 8000 Muenchen Ruckdeschel
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1973-09-18
Filing date: 1973-09-18
Publication date: 1980-05-14
Also published as: SE395016B; SE7411692L; ES429104A1; DE2346872A1; JPS5057042A; IT1019262B; NL7410892A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsschweißnaht, insbesondere einer Einlagenverbindungsschweißnaht mit verbesserten Gefügeeigenschaften durch Schmelzschweißen.

Eines der Grundproblcme bei der Herzstellung einer Verbindungsschweißnaht durch ein Schmelz-Schweißverfahren ist die Verschlechterung der Gefügecigenschaften 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 L· 'Ann

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 ίο nimmt jedoch die Kerbschlagzähigkeit mit steigender Korngröße des Gefüges ab. Zum anderen weisen Gußgefüge Kornsteigerungen und andere Inhomogenitäten auf, die ebenfalls die Kerbschlagzähigkeit vernichten.

ΐΐ b) Die an das eingebrachte 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 größer das je Lage eingebrachte Schweißgutvolumen 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 Mehrlagenschweißung, d. h. beim Auftragen jo 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 η sind. Ein Nachteil des Mehrlagenverfahrens sind jedoch die höheren Kosten (mehrfache Schweißzeit). Aus Wirtschaftlichkeitsgründen 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 Fälle, 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 BIechen bis 20 mm Blechdicke, wie es beispielsweise beim Paneelschweißen im Schiffsbau sowie bei der Großrohrfertigung der Fall ist. Beim Tandem- und Dreidraht-Verfahre η ist hier die Abschmelzleistung so hoch, daß in jedem Fall die Schweißnaht in einer Lage bereits gefüllt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsschweißnaht, insbesondere einer Einlagenverbindungsschweißnaht, mit verbesserten Gefügeeigenschaften durch γ-, Schmelzschweißen zu schaffen.

Die Erfindung besteht darin, daß über die Verbindungsschweißnaht eine Wärmequelle derart geführt wird, daß durch die Wärmequelle die Verbindungsschweißnaht teilweise wieder aufgeschmolzen wird ho und daß daran anschließend der aufgeschmolzene Bereich abgekühlt wird.

Durch das erfindungsgemäße Aufschmelzen eines Teilbereiches der Schweißnaht, wobei bevorzugt max. zwei Drittel des Schweißgutes wieder aufgeschmolzen _h-, werden, und durch das nachfolgende sehr schnelle Abkühlen des geschmolzenen Bereiches wird eine wesentliche Verbesserung der Gefügeeigenschaften und der Gütewertc 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 Kristallisation 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 —20° C Prüftemperatur eine Kerbschlagzähigkeitserhöhungvon40% erreicht (Kerbschlagzähigkeit ohne Wiederaufschmelzen 4,4 Kpm/cm², mit Wiederaufschmelzen 6,2 Kpm/cnr).

Bei Verbindungsschweißnähten mit relativ kleinem Schweißnahtquerschnitt (beispielsweise 80 mm²) wird bevorzugt eine Hochleistungs-Wärmequelle (Plasmabrenner, Laser, etc.) mit großer Geschwindigkeit, etwa oberhalb der Schweißnahtmitte, linear bewegt.

Bei Schweißnähten mit großem Schweißnahtquerschnitt (beispielsweise 400 mm^:) ist es dagecen vorteilhaft, die Wärmequelle mit kleinerer Gesci.windigkeit, evtl. auch pendelnd, über den Schweißnahtmittenbereich zu führen. Dabei erfolgt die Pendelung quer zum Schweißnahtverlauf. Im Hinblick auf ;.ine gleichbleibende Aufschmelztiefe ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn die Vorschubgeschwindigkeit der Wärmequelle geteilt durch die Pendelfrequenz kleiner ist als der Durchmesser des Wärmeenergie-Strahles 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 Weise 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 naben sich Lichtbogenbrenner mit nichtabschmelzender EIe ktrode (WIG- 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 Verbindungsscliweißnähten vorteilhaft eingesetzt werden, beispielsweise wie in Fig. la veranschaulicht für eine Verbindungsschweißnaht mit V-Fugenvorbereitung. Fig. 1 b zeigt eine beidseitig wiederaufgeschmolzene X-Verbindungsschweißnaht, während in Fig. Ic eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Dehandelte Kehlnah* dargestellt ist. Bei den Fig. la bis 1 c ist der wiederaufgeschmolzene Bereich der Schweißnaht schraffiert und der nicht aufgeschmolzene Bereich mit Punkten gekennzeichnet. Die Wärmeeinflußzonen sind gestrichelt dargestellt. Von wesentlicher Bedeutung bei der Erfindung ist, daß diese Wärmeeinflußzonen der Schweißverbindungen durch die Wärmequelle nicht über die Temperatur der Austenit-Yergröberung erhitzt werden, also nicht über eine Temperatur, die je nach Werkstoff zwischen etwa 900 ^Q bis 1150° C liegt. Wie weiterhin aus den Fig. 1 a bis, 1 c hervorgeht, liegt der Umriß A der wiederaufgeschmolzenen 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.

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 Herstellung von Verbindungsschweißnähten mit verbesserten Gefügeeigenschaften in Einlagentechnik anwendbar. Es ist jedoch ebenfalls vorteilhaft möglich, mit der Erfindung Schweißnähte in Merlagentechnik mit verbesserten Gefügeeigenschaften und Gütewerten herzustellen, wobei dann nach dem Einbringen einer Schweißlage diese entsprechend der Erfindung verbessert wird, dann die nächste Schweißlage hergestellt

μ wird, diese verbessert wird, usw.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsschweißnaht, insbesondere einer Einlagenverbindungsschweißnaht mit verbesserten Gefügeeigenschaften durch Schmelzschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß über die Verbindungsschweißnaht eine Wärmequelle derart geführt wird, daß durch die Wärmequelle die Verbindungsschweißnaht teilweise wieder aufgeschmolzen wird und daß daran anschließend der aufgeschmolzene Bereich abgekühlt 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

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit 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.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeeinflußzone der Schweißverbindung durch die Wärmequelle nicht bis zu dem Temperaturbereich der Austenit-Kornvergröberung erhitzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrißlinie (A) der wiederaufgeschmolzenen Zone etwa parallel zur Umrißlinie (B) des Querschnittes der Verbindungsschweißnaht liegt.