DE2356640A1 - Schweissdraht mit flussmittelseele - Google Patents

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - DlpJ.-Phys.~R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln jun.

PATENTANWÄLTE TEtEFON=SAMMELlNR. «5341 . 8MUNCHEN₂. TELEX 529979 BRÄUHAUSSTRASSE 4 TELEGRAMME: ZUMPAT ' POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139-809. BLZ 700100 80 BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

KTO.-NR. 397997. BLZ 70030600

at/Li

PG/73/1083.

TSUKISHIMAKIKAI CO.,LTD., Tokyo/Japan

Schweißdraht mit Flußmittelseele.

Die Erfindung betrifft einen Schweißdraht mit Flußmittelseele für die Elektrogas-Bogenschweißung.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Elektrogas-Bogenschweißen, und insbesondere mit einem Schweißdraht mit Flußmittelseele zur Verwendung für das Elektrogas-Bogenschweißen, wie beispielsweise ein automatisches, gasgeschütztes Schweißen eines austenitischen, nicht/rostenden Stahls mit senkrechtem Bogen.

Es ist bekannt, ein Bogenschweißverfahren unter Verwendung einer überzogenen Metallelektrode üblicherweise als Bogenschweißv.erfahren für nicht rostenden Stahl zu verwenden.

Ein gasgeschütztes Bogenschweißverfahren,'beispielsweise ein Argon- dder CC^-geschütztes Schweißverfahren, und ein nicht geschütztes Bogenschweißverfahren werden in jüngerer Zeit

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in großem Umfang angewendet. Ein Unterpulver-Bc-genschweißverfahren wird zum Schweißen von Platten mit mehr als 20 mm Dicke eingesetzt, jedoch erfordert dieses Schweißverfahren eine erhebliche Menge an Bestandteilen und zusätzlichen Einrichtungen, und da das Verfahren als Mehrschichtschweißen durchgeführt wird, ist der Wirkungsgrad nachteilig. Ferner hat das geschweißte Material eine schlechte Korrosionsbeständigkeit im geschweißten Bereich, sofern das Material als korrosionsbeständiges Material verwendet wird.

Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, einen Schweißdraht mit Flußmittel seele für Elektrogas-Bogenschweißung zu schaffen, bei dem die zuvor genannten Nachteile entfallen'und der ein Legierungsmittel, ein Desoxydierungsmittel, ein schlackebildendes Mittel usw. für ein automatisches, gasgeschütztes, senkrechtes Bogenschweißeh austenitischer, nicht rostender Stähle mit metallurgisch vorteilhaften Verbindungseigenschaften enthält.

Es gibt Elektroschlacke-Schweißverfahren einschließlich eines Elektroschlacke-Schweißverfahrens mit verbrauchbarer Düse, bei dem ein fester Draht, ein Draht mit Flußmittelseele und ein Hohldraht usw. verwendet werden, sowie ein Elektrogas-Bogen- schweißverf ahren, bei dem hauptsächlich .Schweißdrähte mit Flüßmittelseele usw. für ein automatisches, senkrechtes Schweißverfahren verwendet werden. Das Elektroschlacke-Sehweißverfahren wird überwiegend eingesetzt zum Schweißen von Stahlplatten. Wenn jedoch die Durchdringungsbreite groß ist, bricht der geschweißte Bereich häufig auseinander, und die Kerbzähigkeit ist in ungünstiger Weise gering. Das Elektrogas-Schweißverfahren wird bisher in weitem Umfang zum Schweißen von Behältern und Seitenplatten von Schiffen verwendet, bei denen eine große Menge von Flußstahl oder Stahl hoher Zugfestigkeit eingesetzt v/ird, jedoch gibt es bisher keinen Schweißdraht für nicht rostendem Stahl auf dem Markt, und selbst wenn ein solcher

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Draht existieren sollte, könnten keine zufriedenstellenden Ergebnisse im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit und das Aussehen und andere Gründe erzielt werden, so daß ein derartiges Verfahren in der Praxis keine Bedeutung hat.

Bekanntlich gibt es nicht rostenden Stahl in Form von Austenit, Ferrit und Martensit. Ferrit ist wärmeempfindlich und neigt daher zu Sprödigkeit und Schweißrissen beim Schweißen, und Martensit ist schlecht schweißbar, so daß Schweißrisse aufgrund der Härtbarkeit auftreten und eine Anlaßbehandlung nach einer Vorerwärmung und unmittelbar nach dem Schweißen erforderlich ist. Austenit dagegen weist keine Härtbarkeit und eine geringe Rißempfindlichkeit auf und ist - von besonderen Ausnahmen abgesehen - am besten schweißbar.

Der erfindungsgemäße Schweißdraht mit Flußmittelseele dient für¹ austenitische, nicht rostende Stähle, die - wie erwähnt leicht schweißbar sind, und wird verwendet für ein Elektrogas-. •Schweißverfahren, wobei die Bedingungen der Stromzufuhr, der Zusammensetzung des Schutzgases, der Sehweißbacken und Werkzeuge, der Übertragungsform des Bogens usw. und die Bearbeitbarkeit, Produktivität, Wirtschaftlichkeit, Korrosionsbeständigkeit und Durchführbarkeit der Verbindung ausreichend berücksichtigt werden. Der Schweißdraht mit Flußmittelseele gemäß der vorliegenden Erfindung wird verwendet zum Schweißen von Platten von 10 bis 60 inm Dicke durch Kombination der Form der Nuten und der Anzahl der Lagen, und ein nicht rostender Stahl kann vorzugsweise ohne Porosität und ohne Zerstörung der Eigenschaften des Basismetalls geschweißt werden, so daß eine gleichmäßige Schweißnaht und ein fester Schweißbereich hoher Qualität entstehen. Außerdem erfordert der erfindungsgemäße Schweißdraht keinen Überzug und keine Hülle aus besonderem nicht rostendem Stahl begrenzter chemischer Zusammensetzung, sondern vielmehr kann jeder Flußstahl oder nicht rostende Stahl und Eisen-Stahl als Hülle verwendet werden, wie er als Basismetall verwendet wird. Das erfindungsgemäße Flußmittel enthält vorzugsweise

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5 bis 20% CaF₂, 1 bis 20% Fe-Si, 1 bis 5% SiO₂, 1 bis 6% CaCO₃, 10 b.is 70% Cr, 5 bis 40% Ni, 0 bis 70% Fe, 1 bis 20% Mn (jeweils Gew.-%) entsprechend den Bestandteilen des Basismetalls und des Mantels. Ferner können Ti, CaSi^ seltene Erdmetalle usw. bei Bedarf zur Verfeinerung zugesetzt werden, wie etwa zur Desoxydation, zur Denitrifikation usw., und ein Gasgemisch aus Argon und COp wird hauptsächlich als Schutzgas verwendet.

Weitere Einzelheiten,' Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Fig. 1 bis 4 sind Schnittdarstellungen des erfindungsgemäßen Schweißdrahtes mit Flußmittelseele;

Fig. 5A und 5B sind perspektivische Darstellung und Draufsicht des für den Schweißtest verwendeten Basismetalls zur Erläuterung von dessen Form." .

Fig. 1 bis 4 zeigen Querschnitte der erfindungsgemäß ausgebildeten Drähte mit Flußmittelseele. Mit der Bezugsziffer 1 ist der Mantel, mit 2 das Flußmittel und mit 3 die Elektrode aus Flußstahl oder nicht rostendem Stahl bezeichnet. Der Mantel dieser Drähte ist stets teilweise in den Innenbereich abgebogen. Aufgrund dieses Aufbaus ist das Flußmittel dicht und eng mit dem Innenbereich des Mantelmaterials verbunden, so daß das Metall-und das Flußmittel beim Schweißen gleichmäßig geschmolzen werden und ein elektrischer Strom gleichmäßig und vorzugsweise derart fließt, daß ein gleichförmiger und fester Schweißbereich hoher Qualität entsteht.

Im folgenden sollen die Wirkungsweise und die Vorteile der jeweiligen, als Füllstoffe des Drahtes mit Flußmittelseele erfindungsgemäß verwendete» Bestandteile erläutert werden.

: Dieser Bestandteil wird während des Schweißens ver-409823/074A

dampft und schirmt das geschmolzene Metall gegenüber der Atmosphäre ab, so daß verhindert wird, daß sich Np und Op in der Atmosphäre vermischen und die Fließfähigkeit der Schlacke verbessert sowie der Lichtbogen stabilisiert wird. Wenn dieser Anteil weniger als 5% beträgt, wird der Abschirmungseffekt unzureichend, und bei mehr als 20% wird der Lichtbogen unstabil und das Aussehen der Schweißnaht wird beeinträchtigt. Folglich liegt der bevorzugte Wert zwischen 5 und 20%.

CaCO^: Dieser Bestandteil stellt als Carbonat den Schmelzpunkt und die Viskosität der Schlacke ein und stabilisiert den Bogen, so daß die Schlacke gut abgeschirmt wird. Wenn dieser Bestandteil in einer Menge von weniger als 1% vorhanden ist, haftet die Schlacke zu sehr an der Schweißnaht an und ist schwer von dieser zu trennen. Wenn dieser Bestandteil mehr als 6% beträgt, wird seine Viskosität erhöht, so daß die Schlacke schlecht abgeschirmt wird. Der bevorzugte Anteil beträgt daher ' 1 bis 6%_f je nach dem Anteil an CaF2«

Eisenpulver: Dieser Bestandteil verbessert die Stabilität und den Widerstand des Lichtbogens und vergrößert die Ablagerungsgeschwindigkeit und verbessert zugleich die Wirksamkeit der Ablagerung. Er wird daher im Bereich von 0 bis 70% zur Verbesserung der Wirksamkeit des Schweißvorganges verwendet. Eisenpulver verbessert die Fließfähigkeit des fein pulverisierten Flußmittels und trägt folglich dazu bei, die Herstellung des erfindungsgemäßen Drahtes zu erleichtern. ,

1 bis 20% Mn öder 1 bis 20% Fe-Si werden als Desoxydierungsmittel oder Legierungsbestandteil hinzugefügt, und Cr, Ni, Ti,' Mo, Cb, Cu, Ta usw. werden zugesetzt zur Verbesserung der dichten Struktur des abgelagerten Stahls, der Festigkeit , der Korrosionsbeständigkeit, der Rißfestigkeit, der Fließfähigkeit des Flußmittels usw., und insbesondere werden Cr, Ni, Fe, Mo, Cb, Cu, Ti usw. hinzugefügt zur Einstellung des notwendigen

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Gehalts entsprechend den Bestandteilen des Mantels.

Venn 1 bis 25 Gew. -% Fe-Cb zu dem auf diese Art hergestellten Flußmittel zugesetzt werden, ist dieses besonders geeignet für Bereiche, die hohe Festigkeit- bei hohen Temperaturen erfordern, und bei Zugabe von 3 bis 30 Gew.-% Me-Mo ist das Flußmittel besonders geeignet-für Bereiche, bei denen eine Korngrenzenkorrosion verhindert und der Korrosionswiderstand verbessert werden soll. Bei Zugabe von 5 bis 30 Gew.-% Me-Cu ergibt sich ein Korrosionswiderstand gegenüber nicht oxydierender (nicht saurer) Säure.

Erfindungsgemäß sind 5 bis 50 Gew. -% Flußmittel in dem Mantel enthalten. Wenn weniger als 596 Flußmittel in den Mantel eingefüllt werden, wird der Bogen unstabil und die Abschirmung der Schlacke wird verschlechtert, und wenn mehr als 50% Flußmittel in dem Mantel vorgesehen sind, bildet sich zuviel Schlacke, so daß sie überströmt, oder Legierungsbestandteile gelangen in zu hohem Maße in das abgelagerte Metall, so daß sich die mechanischen Eigenschaften verschlechtern. Es hat sich daher in mehreren Experimenten bewährt, 5 bis 50 Gew.-% Flußmittel in dem Mantel zu verwenden.

Im folgenden sollen Versuchsergebnisse des Elektrogas-Schweißens unter Verwendung des erfindungsgemäßen Drahtes mit Flußmittelseele wiedergegeben werden.

Tabelle I zeigt die chemische Zusammensetzung eines Mantels aus nicht ronstendem Stahl mit einer Dicke von 0,25 min und einer Breite von 20 mm, der als Mantel oder Überzug im Rahmen der Erfindung verwendet wird. Tabelle II gibt das Mischungsverhältnis des in dem Mantel enthaltenen Flußmittels wieder.

In Tabelle I enthält Fe-Si 40% Si, die Reinheit von Cr beträgt mehr als 99%, und die Reinheit von Mi und Mn beträgt mehr als 99,9%. 409823/0744

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Tatelle I

Chemische Zusammensetzung des Stahlmantels

Beispiel	C	06	Chem.Zusammensetzung	(*)	Cr, 1	Ni
	O,	Si Mn - P S	15,53	13,96
Mantel		0,76 1,25 0,02 0,01

Tabelle II
Mischungsverhältnis des Flußmittels

	CaCO-	Zusammensetzung	(*)	Ni	•
CaF2	4	j SiO2 Fe-Si	Cr	10	Mn
12	2 - 2	55	15

Der in dem Test verwendete Draht enthält 10 bis 20 Gew.-% Flußmittel gemäß Tabelle II in einem Mantel aus nicht rostendem Stahl gemäß Tabelle I, der in Fig. 1 im Schnitt gezeigt ist. Das Basismetall ist SUS304 mit einer Dicke von 25 mm in der Form gemäß Fig. 5, und es wird eine Lage mit I-förmigem Querschnitt geschweißt. Die Schweißausrüstung ist eine normale Elektrogas-Schweißausrüstung, und das Schweißen wird durchgeführt, indem, ein geschmolzener Bereich durch einen wassergekühlten Kupferschuh mit einer Ar + C02-Gasschutzschicht umgeben wird. Die Sdrcsreißbedingungen sind für diesen Fall in Tabelle III gezeigt. Tabelle IV" gibt die Zugfestigkeitsergebnisse eines vollständig geschweißten Metalles wieder, während Fig. 5 die Kerbtestergebnisse des geschweißten Metalls zeigt. Die chemische Zusammensetzung des vollständig geschweißten Metalls ist in Tabelle ¥1 gezeigt. Die Einheit der Energieaufnahme in Tabelle V ist m-lig, und als Prüfling dient ein Prüfling der Nr. JIS No. 4. Es gibt bisher kein Beispiel eines Elektrogas-

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Schweißens eines nicht rostenden Stahls, und daher ist ein Beispiel der mechanischen Eigenschaften des geschweißten Bereiches des Unterpulverschweißens zum Vergleichen in Tabelle VII gezeigt.

Tabelle III ' Schweißbedingungen

Schweißbedingungen

Schweißstrom
Schweißspannung

Schweißgeschwindigkeit

Schutzgas

. Ar CO,

440 - 480 A 33 - 34 V

46,7nun/min. 70 - ^

zugesetzte Schweißwärme 193 000 J/cm

Tabelle IV

Zugfestigkeit des vollständig geschweißten Metalls

Zugfestigkeit	p kg/mm	58,	3	57,	7
Dehnung %		53,	3	54,	1
Flächenabnahme	%	65,	7	70,	4

Tabelle V

Kerbfestigkeit des vollständig geschweißten Metalls

Testterap.	8, 14,	1	8 14	2	31,	Mittelwert
- 1960C - 76°C	7 6	,4 ,3	8,1 14,	8,4 6 14,5

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.. 9 —

Tabelle VI

Chemische Zusammensetzung des vollständig geschweißten

' Metalls

	C	.. Si	Chem	.Zusammensetzung(%)	Cr	Ni
	06	0,60	. Mn	P S	18,9	10,6
0,		1,50	0,007 0,011

Tabelle VII Mechanische Eigenschaften einer Unterpulverschweißung

Streck- Zug- , Flächen- aufgenommene grenze^ festig- · D₆J_1nT_1nO. abnähme Energie (m^kg) Tkg/mm ) -keit^ _{(o/o) (%)} -20OC -19k°C

_(o/o)

28,8- 58,3- 51,0- 60,0- ₅ ^ 2,75-i 30,5 59,6 55,0 62,0 ' 4,14

Tabelle VII zeigt die Eigenschaften des getesteten Basismetalls und des getesteten Drahtes bei einer Schweißung unter Verwendung von SUS304.mit 22,2 mm Dicke.

Wie aus einem Vergleich der Tabelle IV mit der Tabelle VII hervorgeht, gibt es nahezu keinen Unterschied in bezug auf die Zugfestigkeit, Dehnung und Flächenabnahme zwischen einem Teil, das unter Verwendung des Elektrogas-Schweißens mit Hilfe des Drahtes mit Flußmittelseele gemäß der vorliegenden Erfindung geschweißt worden ist und einem Teil, das mit Hilfe des Unterpulverschweißens geschweißt worden ist, obwohl die zugesetzte

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Schweißwärme groß ist. Wie jedoch aus Tabelle V hervorgeht, ist die bei der vorliegenden Erfindung aufgenommene Energie wesentlich größer als im herkömmlichen Falle, und insbesondere ist die aufgenommene Kerbenergie bei besonders niedrigen Temperaturen erfindungsgemäß wesentlich größer als beim herkömmlichen Schweißen.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß mit Hilfe des Elektrogas-Bogenschweißverfahrens ein austenitischer, nicht rostender Stahl mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Drahtes mit Flußmittelseele geschweißt werden kann und ein fester und qualitativ hochwertiger Schweißbereich ohne Porosität entsteht. Das Aussehen des Basismetalls wird nicht beeinträchtigt,.und die Bearbeitbarkeit, die Produktivität und Wirtschaftlichkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Verbindung entsprechen den industriellen Anforderungen.

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Claims (4)

Patentanspruch, e

1. Schweißdraht mit Fliißmittelseele zur· Elektrogas-Bogenschweißung austenitiseher, nicht/rostender Stähle, g e kennzeicb.net durch einen Mantel (1) aus Flußstahl oder nicht " rostendem Stahl und ein innerhalb des Mantels vorgesehenes Flußmittel, das 5 bis 20 Gew.-% CaFp> 1 bis 20 Gew.-$ Fe-Si, 1 Ms 5% Gew.-^ SiO₂, 1 bis 6 Gew.-% CaCO₃, 10 bis 70 Gew.-% Cr₉ 5 bis 40 Gew.-5 Ni, 0 bis 70 Gew.-$6 Fe und 1 bis 20 Gew.-^ Mn enthält.

2. Schweißdraht nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zusatz von 1 bis 25 Gew.-% Fe-Cb zu dem Flußmittel.

3. Schweißdraht nach Anspruch 1 oder 2_S gekennzeichnet durch einen Zusatz von 3 bis 30 Gew.-% Me-Mo zu dem Flußmittel.

4. Schweißdraht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durclt einen Zusatz von 5 bis 30 Gew.-% He-Cu zu üem Flußmittel.

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