DE2403582C3

DE2403582C3 - Verwendung einer Seelenelektrode für Unterpulverschweißung

Info

Publication number: DE2403582C3
Application number: DE19742403582
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Nishinomiya; Nakanishi Mutsuo Amagasaki; Yamauchi Nobuyuki; Tanaka Sadao; Nishinomiya; Hyogo Ito (Japan)
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1973-02-08
Filing date: 1974-01-25
Publication date: 1976-12-02

Description

Gewicht der Kernfüllung

Gewicht des Mantelmaterials
12 — 30% beträgt, für Unterpulverschweißung von Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl.

2. Verwendung einer Seelenelektrode nach Anspruch I₁ deren Mantelmaterial aus 0,01 - 0,10% Kohlenstoff (C), Spuren - 0,30% Silizium (Si), Spuren - 1,5% Mangan (Mn), 0-1,5% Molybdän (Mo)₁O - 3,0% Nickel (Ni) und Resteisen (Fe) besteht, zum Zwecke nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Seelenelektrode nach Anspruch 1 oder 2, deren Flußmittel aus 25 - 98 % CaF₂₁O₁IO - 2,0% Al₁0,8 - 4,0 %Ti, 0,02 - 0,2% B und 0 — 60% Fe besteht, im Hohlraum eines röhrenförmigen Drahtes aus Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl eingeschlossen ist und daß das Flußmittelverhältnis 12-30% beträgt, zum Zwecke nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Seelenelektrode nach Anspruch 1 oder 2, deren Flußmittel aus 25 - 98 % CaF₂₁0,10 - 2,0 % Al, 0,8 - 4,0 % Ti, 0,02 - 0,2 %

B, 2,5% oder weniger Si, 15% oder weniger Mn, 0,8 - 10% Mo, 1,5 - 15% Ni und 0 - 60% Fe besteht und im Hohlraum eines röhrenförmigen Drahtes aus Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl angeordnet ist und daß das Flußmittelverhältnis 12 ~ 30% beträgt, zum Zwecke nach Anspruch 1.

5. Verwendung einer Seelenelektrode nach Anspruch I₁ bei der die Kernfüllung 25-95% CaF₂, 0,8 - 15% Ti, 0 - 2,5% Al, 0 - 0,5% B, 0,05 3,0% aus einem, zwei oder mehreren der Stoffe Seien (Se), Lanthan-Cer (La-Ce) und Cerfluor (CeF₃), 0 - 15% Mo₁ 0 - 25% Ni, 0 - 15% Mn und 0 - 10% Fe enthält und daß das Flußmittelverhältnis 12-30% beträgt, zum Zwecke nach Anspruch 1.

6. Verwendung einer Seelenelektrode nach Anspruch 5, deren Mantelmaterial aus 0,01 - 0,10%

C, Spuren - 0,30% Si, Spuren - 1,50% Mn, 0 - 1,50% Mo₁ 0-3,0% Nickel und Resteisen besteht, zum Zwecke nach Anspruch 1.

7. Verwendung einer Seelenelektrode nach Anspruch 1, deren Kernfüllung 25 ~ 95% CaF₂, 0,1 - 2,5% Al₁ 0,8 - 15% Ti, 0,02 - 0,5% B, 0,8 - 15%Mo,0 - 25%Ni,0 ~25%Se,0~ 10% CeO₂ oder CeF₃, 2-20% CaCO₃ und Rest Fe enthält und daß das Flußmittelverhältnis 21 - 30% beträgt, zum Zwecke nach Anspruch 1.

8. Verwendung einer Seelenelektrode nach Anspruch 7, deren Mantelmaterial aus 0,01 - 0,10% C₁ Spuren - 0,30% Si, Spuren - 1,5% Mn, 0-1,5% Mo₁ 0 - 3,0% Ni und Rest Fe besteht, zum Zwecke nach Anspruch 1.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Seelenelektrode für Unterpulverschweißung, bestehend aus einem Stahlmantel und einer Kernfüllung.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift ist eine Elektrode zum Lichtbogenschweißen von Stahl ohne Zuführung von Schutzgas von außen bekannt. Bei dieser bekannten Elektrode kommen Karbonate und Fluoride zur Anwendung, welche zur Erzeugung großer Mengen von CO₂-GaS und von inerten Oasen

ίο während des Schweißvorganges sorgen sollen. Es soll hierdurch verhindert werden, daß eine allzu große Menge an Sauerstoff und Stickstoff in das Schweißmetall eindringt. Von dem Schweißverfahren, bei welchem die bekannte Elektrode zum Einsatz kommt, unterscheidet sich das Unterpulverschweißen dadurch, daß beim Schweißen Schlacke gebildet wird, welche das Schweißmetall vollständig vor der umgebenden Atmosphäre schützt, so daß der aus der Umgebung eindringende Sauerstoff und Stickstoff bedeutend geringer ist als bei dem Lichtbogenschweißen ohne Zuführung von Schutzgas. Wie sich ferner herausgestellt hat, läßt sich eine gleichförmige und feinkörnige rerritstruktur des Schweißmetalls durch die Zugabe der Elemente Ti und B in bestimmten Mengen erhalten. Hierzu ist es jedoch notwendig» daß diese Elemente keinesfalls oxidieren.

Aufgab.-; der Erfindung ist es demgegenüber, die Verwendung einer Seelenelektrode für Unterpulverschweißung zu zeigen, mit der das beim Schweißen aufzutragende Metall eine verbesserte Struktur und Zähigkeit aufweist und bei dem ein verbesserter Schweißvorgang erhalten wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung einer Seelenelektrode, bestehend aus einem Stahlmantel und einer Kernfüllung, wobei das Stahlmantelmaterial ein Kohlenstoffstahl oder ein niedrig legierter Stahl ist und die Kernfüllung aus 25 - 98 % Kalziumfluorid (CaF₂), 0,1 - 2,5% Aluminium (Al), 0,8 - 15% Titan (Ti), 0,8 - 15% Molybdän (Mo), 0,02 - 0,5% Bor (B), 0-25% Nickel (Ni), 0-15% Mangan (Mn) und 0-70% Eisen (Fe) besteht und das Flußmittelverhältnis

Gewicht der Kernfüllung

Gewicht des Mantelmaterials

12 — 30% beträgt, für Unterpulverschweißung von Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl.

Während beim Verfahren in der deutschen Offenlegungsschrift 15 58 890 Karbonate und Fluoride zur Erzeugung großer Mengen von CO₂-GaS und inerten Gasen eingesetzt werden, dient bei der Erfindung der Einsatz von CaF₂ zur Verhinderung der Oxidation von Ti und B, welche in den angegebenen Mengen zur Strukturverbesserung des Schweißmetalls dienen. Im Gegensatz zur Elektrode in der deutschen Offenlegungsschrift 15 58 890 ist die Einhaltung der angegebenen Mengen von Ti und B zur Strukturverbesserung des Schweißmetalls notwendig. Ferner wirkt Ti und B in Verbindung mit Al noch als Desoxidations- und Denitrierungsmittel, wodurch bei Einhaltung der angegebenen Mengenverhältnisse die Zähigkeit des Schweißmetalls verbessert wird.

Der Kohlenstoffstahl bzw. der niedrig legierte Stahl, welcher als Stahlmantelmaterial zur Anwendung kommt, kann folgende Zusammensetzung aufweisen: 0,01 - 0,10% C, Spuren - 0,3% Si, Spuren - 1,5% Mn, 0 ~ 1,5% Mo, 0 - 3,0% Ni und Rest Eisen.
Wenn das Flußmittelverhältnis 12% oder geringer

ist, wird durch das Anwachsen der Dicke und des Gewichtes des Mantelmaterials die Herstellung desselben schwierig. Wenn andererseits das Flußmittelverhältnis 30% oder mehr beträgt, wird die Herstellung der Kernfüllung und die Bildung des Stahlmantels auf Grund des Anwachsens der Kernfüllungsmenge und der Verringerung der Dicke und der VerTabelle 1

ringerung des Gewichtes des Stahlmantels unmöglich. Bevorzugt wird bei der Herstellung des Stahlmanteis ein Material in der Dicke von 0,2 - 0,5 mm verwendet. Kombinationen von Kernfüllungen und Stahlmantelmaterialien in verschiedenen Zusammensetzungen von Seelenelektroden sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Posten- Mantelmatcrial A (Gewichtsprozent)

Nummer c Si

Mn Mo

Ni

100
200
300
400
500
600
700
800

Kohlenstoffstahl oder 0,01 ~ 0,10 0 ~ Kohlenstoffstahl oder Kohlenstoffstahl oder Kohlenstoffstahl oder 0,01 ~ 0,10 0 ~ Kohlenstoffstahl oder 0,01 ~ 0,10 0 ~

niedrig legierter Stahl 0,3 0 ~ 1,5

niedrig legierter Stahl niedrig legierter Stahl niedrig legierter Stahl 0,3 0 ~ 1,5

niedrig legierter Stahl 0,3 0 ~ 1,5

0 ~ 1,5

0 ~ 3,0

0 ~ 1,5 0 ~ 3,0

0-1,5 0~ 3,0

Rest

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Posten	Kernfüllung B (Gewichtsprozent)	B	Ni	Mn	Fe	andere	Fluß
Nr.						mittel
						verhältnis
	CaF₂ Al Ti Mo					B/A(%)

25-98 0,1-2,5 0,8-15 0,8-15 0,02-0,50 0-25 0-15

25-98 0,1-2,0 0,8-4,0 — 0,02-0,2 —

25-98 0,1-2,0 0,8-4,0 0,8-10 0,02-0,2

25-95 0-2,5 0,8-15 0-15 0-0,5

1,5-15 0-15
0-25 0-15

25-95 0-2,5 0,8-15 0-15 0-0,5

25-95 0,1-2,5 0,8-15 0,8-15 0,02-0,5

0-25 0-25 0-15

800 25-95 0,1-2,5 0,8-15 0,8-15 0,02-0,5 0-25 —

(i) Seelenelektroden Nr. 100 und 200

Kalziumfluorid bildet in der Kernfüllung das schlackenbildende Mittel im stark basischen Schweißgut, wodurch der Sauerstoffgehalt des aufgetragenen Metalls reduziert wird. Auf Grund der stark basischen Schlacke, welche von der Kernfüllung der Seelenelektrode nur lokal in der Nähe des Schmelzgutes gebildet wird, wird der Sauerstoffgehalt im aufgetragenen Metall verringert und ist vergleichbar mit dem Sauerstoffgehalt bei Verwendung eines festen Elektrodendrahtes in Verbindung mit einem stark basischen Flußmittel.

Die Elemente Aluminium, Titan und Bor werden hinzugefügt, um die desoxidierende Wirkung zu ver-

0-70 — 12-30

0-60 — 12-30

0-60 Si 0-2,5 12-30
0-10 Se₁La₁CeF₃ 12-30

0,05 - 3,0
0-10 Se, La, CeF₃ 12-30

0,05 - 3,0
Rest Se 0-2,5 12-30

CeO₂ od.

CeF₃ 0-10

CaCO₃ 2-20
Rest Se 0-2,5 12-30

CeO₂ od.

CeF₃ 0-10

CaCO₃ 2-20

stärken und um eine Denitrierung herbeizuführen. Diese Zusätze werden dem geschmolzenen Gut direkt zugeführt. Durch Zusammenwirken der desoxidierenden Mittel und Denitrierungsmittel mit CaF₂ wird der Sauerstoffgehalt des geschmolzenen Metalls verringert, wodurch die Zähigkeit des aufgetragenen Metalls ver-

6o bessert wird.

Legierungsbildende Elemente zur Erhöhung der Zähigkeit, wie beispielsweise Molybdän und Nickel, können dem Mantelmaterial hinzugefügt werden. Hierdurch werden das Gefüge und die Zähigkeit des aufgetragenen Metalls verbessert. Ein Zusatz von Bor verbessert noch die Härtbarkeit. Ferner wird die Bildung von proeutektoidem Ferrit verhindert.

Um die desoxidierenden Mittel und die Deni-

trierungsmittel wirkungsvoll einsetzen zu können, ist trächtlich verbessert wird. Wenn jedoch Ti und Al ii ein Gehalt des Kalziumfluorids von 25% oder mehr größeren Mengen zugefügt werden, wird SiO₂ in de notwendig. Die oberste Grenze des Kalziumfiuorid- Schlacke verringert, so daß der Si-Gehalt im Schweiß gehaltes wird durch die Menge der anderen Zusätze metall anwächst, wodurch sich die Zähigkeit verringert begrenzt. 5 Bor desoxidiert und denitriert das Schweißmetall

Bei mehr Aluminium als 2,5 % besteht die Neigung, Durch den B-Gehalt im Schweißmetall wird das Ge daß SiO₂ in der Schlacke verringert wird und der füge verfeinert, wodurch die Zähigkeit anwächst Siliziumgehalt anwächst. Hierdurch würde die Zähig- Im Falle eines niedrig legierten Materials als Mantel

keit verringert werden. Andererseits hat jedoch eine material können folgende Zusätze zum Mantel geringere Menge Aluminium als 0,1 % keine Wirkung io material oder der Kernfüllung die Zähigkeit unc bei der Verbesserung der Zähigkeit. Wenn Aluminium Bruchfestigkeit erhöhen: CO₁Ol ~ 0,10%, Si 0,30^ in Form von A1_EO₃ und AlF₃ zugegeben wird, wird die oder weniger, Mn 2,0% oder weniger, Mo 0,2 ~ 1,0/; gewünschte Wirkung nicht im ausreichenden Maße und Ni 0,5 ~ 3,0%. Der Kernfüllung können dies« erzielt. Es ist wesentlich, daß das Aluminium in Form legierungsbildenden Elemente in Form einfacher Sub von metallischem Aluminium zugegeben wird. Die 15 stanzen oder als legiertes Eisen, beispielsweise Fe-Si Zugabe von Titan ist auf 0,8 ~ 15% beschränkt, und Fe-Mn und Fe-Mo, in granulierter Form zugegeber zwar im Hinblick darauf, daß der optimale Gehalt von werden.

Ti im aufgetragenen Metall 0,04% ist. Bei einer Zu- ., .„„ __nn

gäbe von Titan von mehr als 15 % wächst der Silizium- < >«) Seelenelektroden Nr. 500 und 600

gehalt im aufgetragenen Metall, wodurch die Zähig- 20 Kalziumfluorid in der Kernfüllung macht die keit verringert wird. Bei einer Zugabe von Ti in einer Schlacke, welche beim Schweißen gebildet wird, stark Menge von weniger als 0,8 % verringert sich die Zähig- basisch, wodurch der Sauerstoffgehalt des Schweißkeit. metalls reduziert wird und verhindert, daß Titan (Ti),

Bor dient zur Erhöhung des Grades der Desoxi- Selen (Se), Lanthan-Cer (La-Ce), Cerfluor (CeF₃) und dation und der Denitrierung im aufgetragenen Metall. 25 andere Kernfüllungsstoffe oxidieren. Weiterhin wird hierdurch das Gefüge des aufgetrage- Metallisches Aluminium, Titan und Bor verstärken

nen Metalls verbessert und die Bildung von pro- die Desoxidation, binden bzw. legen Stickstoff im eutektoidem Ferrit im aufgetragenen Metall verhin- Schweißmetall fest, verfeinern bzw. veredeln das Gedert. Darüber hinaus beeinflußt es die Bildung von füge des Schweißmetalls und hemmen die Bildung von Ferrit in feiner Korngröße. Wenn jedoch die Zugabe 30 proeutektoidem Ferrit.

von Bor weniger als 0,02 % beträgt, wird die Bildung Selen, Lanthan und Cerfluor (CeF₃) dienen als

von proeutektoidem Ferrit im aufgetragenen Metall Entschwefelungsmittel, indem sie den Schwefel als nicht gehemmt. Wenn andererseits die Borzugabe Sulfide des Selens, Lanthans und Cers binden, womehr als 0,5% beträgt, wächst der Borgehalt im auf- durch die Zähigkeit des Schweißmetalls verdoppelt getragenen Metal), wodurch Rißbildung im aufgetra- 35 wird,
genen Metall auftritt. Die Zugabe von Se, La und CeF₃ ejner größeren als

Nickel und Molybdän werden zur Einstellung der angegebenen Menge kann jedoch die Zähigkeit beein-Zähigkeit und der Härte zugegeben. Wenn jedoch die flüssen. Die obere Grenze der Menge dieser Zusätze Nickelzugabe mehr als 25 % beträgt, ergibt sich keine ist daher auf 3 % festgesetzt. verbessernde Wirkung hinsichtlich der Zähigkeit mehr. 40

Bei einer Zugabe von Molybdän in einer Menge von <^1V) Seelenelekiroden Nr. 700 und 800

mehr als 15% ergibt sich ebenfalls keine verbessernde Se, CeO₂ oder CeF₃ dienen als Entschwefelungs-

Wirkung hinsichtlich der Zähigkeit mehr, und die mittel bzw. Schwefelabspaltungsmittel zur Beseitigung Halte wächst auf einen unerwünschten Wert an. Be- des Schwefels, indem dieser als Sulfid des Se oder Ce trägt die Zugabe des Molybdäns weniger als 0,8 %, 45 gebunden wird. Hierdurch wird die Zähigkeit des beim ergibt sich keine Verbesserung mehr hinsichtlich der Schweißen aufgetragenen Metalls verdoppelt. Zähigkeit. Ni und Mo erhöhen sowohl die Zähigkeit als auch

Mangan wird hinzugegeben, um die Zähigkeit zu die Bruchfestigkeit des aufgetragenen Metalls, und sie verbessern. Durch die Zugabe des Mangans bis zu sind als Zusätze beigegeben, um nicht nur die Zähigeiner Menge von 15% wächst der Silikongehalt im 50 keit einzustellen, sondern auch die Bruchfestigkeit, beim Schweißen aufgetragenen Metall. Diese Zusätze sind in folgenden Mengen zugegeben:

Ni 0 ~ 25%, Mo 0,8 ~ 15%. Diese Zusätze können (ii) Seelenelektrode Nr. 300 und 400 im Mantelmateriai vorhanden sein.

Bei Zugabe von 2 ~ 20% CaCO₃ zur Kernfüllung

Die Seelenelektrode enthält neben CaF₂ des weiteren 55 wird eine gute Schweißraupenform mit großer Breite Al, Ti und B zur Desoxidation und Denitrierung des erhalten. Da Ca ein niedriges Ionisationspotential auf-Schweißmetalls. Da diese Elemente direkt in das weist, ist dieses vermutlich ein Häuptgrund bei der Schweißmetall eingebracht werden, findet im Licht- Verbesserung der Raupenform. Während der Lichtbogen eine nur geringe Oxidation statt, und es zeigt bogenzündung mit einem Wechselspannungsbogen sich ein nur geringes Wegfließen von der Schmelze. 60 sind Ionen wie Ca++ und F~ im Lichtbogenrauir« vör-

Durch die Zugabe von Al wird tiie Bruchübergangs- handen. Im Zeitpunkt der Lichtbogenlöschung bei temperatur behn Kerbschlagversuch in der Schweiß- dem der elektrische Strom NuHphase hat, werden die metallzone verringert. Bei der Zugabe von Ti, B wird Ionen instabil und neutralisiert. In einem Draht, der beim «erbschlagversuch die absorbierte Energie ver- jedoch Znsätze von 2 ~ 20% CaCO₃ enthält, ist eine bessert nnd die Brachübergangstemperatur verringert. 6₅ große Menge Ca enthalten. Sobald die umgekehrte Demgemäß ergibt sich als Ergebnis bei der gemein- Ladung angelegt wird, erfolgt leicht eine Ionisation⁵ samen Zugabe dieser drei fcgierungsbildenden EIe- in der folgenden Weise Ca -> Ca++ Wenn man demmente, daß die Zähigkeit ider Schweißmetallzone be- gemäß wiederum die Lichtbogenentladung ausnützt;

¥. 559

benötigt man kein großes Zündpotential, wodurch der Lichtbogen stabil wird und man eine verbesserte Schweißraupenform erhält. Wenn die Menge des zugegebenen CaCO₃ mehr als 20% des Drahtgewichtes beträgt, wird eine große Menge von instabilem CO₂-Gas beim Schweißvorgang erzeugt, wodurch ein Zerstäuben auftritt. Hierdurch wird hinwiederum die Raupenform zerstört. Diese Erscheinung beeinträch-

tigt das Schweißen der rückwärtigen Elektroden beim Vielfachelektrodenschweißen. Eine Zugabe von wemger als 2% ergibt keine Stabilisierung des Lichtbogens.

Die Figur zeigt die Beziehung zwischen der Menge des Kalziumkarbonats im Prozent und der Raupenbreite.

Beispiele und Versuchsergebn.sse fur vorliegende Erfindung werden im folgenden beschrieben.

Tabelle 2

Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe (Gewichtsprozent)

Nummer

Si

Mn

Nb

Dicke

0,08

0,31

1,33

0,016

0,008

0,061

0,04

17

Tabelle 3

Chemische Zusammensetzung des Seelendrahtes (Flußmittelverhältnis 15%)

Nummer Man.e.material (Gewichstprozent^ Kernfü.i7n_g (Gewichtsprozent) ^ ^ ^ ^

201 0 06 - 0,32 0,005 0,010 64 0,8 3,2 4,0 0,12 8,0 7,2 Rest

202 006 - 0,32 0,005 0,010 80 0,8 3,2 4,0 0,12 8,0 7,2 Rest

203 006 - 0,32 0,005 0,010 80 0,8 3,2 7,2 0,12 - 7,2 Rest

204 0'06 - 0,32 0,005 0,010 76 0,8 3,2 4,0 0,08 8,0 7,2 -

205 ₀;₀6 - 0,32 0,005 0,010 76 0,8 3,2 4,0 0,16 8,0 7,2 -

Tabelle 4

Schweißbedingungen

Anzahl der Schweißschichten Eine Schicht, sowohl vorne als auch rückwärts schweißend

„ . .„ , , Unterpulverschweißen mit zwei Seelenelektroden

Schweißverfahren ^v

Flußmittelzusammensetzung Basisches Flußmittel vom Schmelztyp

Wärmezufuhr 50000J/cm

_c, .„, ,. Vorne 43 V · 1200 A + hinten 55 V · 700 A

Schweißbedingung

Schweißgeschwindigkeit ^{110 cm/min}

Tabelle 5

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone (Gewichtsprozent)

Nr. c si ~^ZHHHI ^{Ni Mo} ϊ - -—-—

201 0 08 0 41 1,33 0,017 0,015 0,32 0,18 0,043 0,012 0,042 0,002

0 42 129 0,015 0,0!0 - 0,!8 0,039 0,023 0,040 0,002

20 00 042 1,33 0,014 0,010 - 0,34 0,041 0,025 0,043 0,001

2M 00 040 132 0,015 0,010 0,38 0,20 0,040 0,025 0,045 0,001

Z 008 W ώ 0,O₁₈ 0,017 0,37 0,20 0,039 0,025 0,045 0,002

Tabelle 6

Kerbschlagfestigkeit der „_ifr^^^»²⁰"⁶ ^^S^ * ^CharPy^Wert **"> __

" -20⁰C

Nummer —10° C ■

201 9 8 8 8 8,8 (9,1) 7,0, 6,0, 5,6, (6,2)

: s ä s s s 5 s s-

204 9,4, 9,8, 8,6 (9,3) 6,4, 6,, 5J , ,1

205 99 10,2, 7,2 (9,1) 9,2, 7,6, 8,3 .(M),

^" ^Viy' ' ' 609 649/3C

9

Beispiel 2

Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe: Die gleiche wie in Tabelle

Tabelle 7

ChemischeZusammensetzungen von Seelendraht und festem Draht Zusammensetzung des Seelendrahtes (Flußmittelverhältnis 20%)

Nr. C Si Mn P S CaF₂ Al Ti Mo B Ni Mn

206 0,08 — 0,3 0,010 0,010 71 0,9 4,2 6,0 0,15 12 5,4

Zusammensetzung des festen Drahts (Gewichtsprozent)

Nr. C Si Mn P S Mo Cu

A 0,12 0,02 1,49 0,018 0,017 0,51 0,10

B 0,05 0,01 0,46 0,007 0,014 — 0,09

Tabelle 8

Schwei ßbedingungen

Anzahl der Schweißlagen Eine Schweißlage, die sowohl vorne als auch hinten schweiß!

Schweißverfahren Zwei-Elektroden-Unterpulverschweißung

Vordere Elektrode Seelendraht F

Hintere Elektrode Fester Draht A oder B

Flußmittelzusammensetzung Basisches Flußmittel vom Schmelztyp

Wärmezufuhr 50000 J/cm

Schweißbedingung Vorne 43 V · 1050 A + hinten 45 V ■ 750 A

Schweißgeschwindigkeit 95 cm/min

Tabelle 9

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone (Gewichtsprozent)

Nr. Vordere Hintere C Si Mn P S Ni Mo V Nb Ti B

Elektrode Elektrode

(0 206 A 0,09 0,45 1,35 0,016 0,011 0,50 0,30 0,04 0,025 0,055 0,002 (») 206 B 0,08 0,40 1,27 0,014 0,010 0,43 0,21 0,04 0,025 0,055 0,002

Tabelle 10

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr, 4 Charpy-Wert kg-m)

Nummer —10⁰C —20°C

(0 9,0, 10,0 11,0 (10,0) 9,2, 8,6, 9,2 (9,0)

(ü) ¹⁵>³' ¹⁴>⁰' ¹³>² (Hl) 11,9, 12,6, 10,0 (11,5)

Beispiel 3

(Wassergekühlte Unterpulversch weißung) Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe: Die gleiche wie in Tabelle

Tabelle 11

Chemische .Zusammenseezungen von Seelendrähten (Flußmittelverhältnis: 20/0

Nummer ManteUnaterial (Gewichtsprozent) Kernfüllung (Gewichtsprozent)

C Si Mn P S CaF₈ Al Ti Mo B Ni Mn

207 0,06 Spuren 0,3 0,012 0,010 76 0,8 3,2 4,0 0,12 8,0 7,2

208 0,06 Spuren 0,3 0,012 0,010 81 0,8 3,2 7,2 0,12 — 7,2

r^SSF*·?" ·■■■-' ■■

11

Tabelle 12

Schweißbedingungen

Anzahl der Schweißschichten Eine Schweißschicht, sowohl vorne als auch hinten schweißend

Schweißverfahren Unterpulververschweißung mit zwei Elektroden und mit

Wasserkühlung

Flußmittelzusammensetzung Flußmittel vom Schmelztyp

Wärmezufuhr 50 000 J/cm

Wasserkühlungsverfahren Wasserkühlung der Rückseite der Raupe während des

Schweißens

Schweißbedingung Vorne 43 V · 1200 A + hinten 55 V · 700 A

Schweißgeschwindigkeit 110 cm/min

Tabelle 13

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone (Gewichtsprozent)

Nummer C Si Mn P S Ni Mo V Nb Ti B

207 0,08 0,42 1,33 0,018 0,017 0,38 0,20 0,04 0,03 0,05 0,002

208 0,08 0,42 1,33 0,014 0,010 — 0,34 0,04 0,03 0,04 0,001

Tabelle 14

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr. 4 Charpy-V/ert kg-m)

Nummer -30⁰C -6O⁰C

207 10,4, 9,5, 9,4 8,5, 8,0, 8,0

9,0, 8,1, (9,3) 7,5, 7,6, (7,9)

208 11,2, 10,8, 10,5 10,4, 9,5, 9,0 10,4, 9,2, (10,4) 8,8, 8,1, (9,2)

Vergleichsbeispiel (zwei Elektrodenverfahren mit herkömmlichen festen Drähten). Chemische Zusammensetzung des Versuchsbeispieles: Die gleiche wie in der Tabelle

Tabelle 15

Chemische Zusammensetzung des festen Drahtes (Gewichtsprozent)

Nummer C Si Mn P S Cu Mo

C 0,12 — 1,49 0,018 0,017 0,10 0,51

Tabelle 16

Schwe ißbedingungen

Schweißverfahren Unterpulverschweißung mit zwei Elektroden

Flußmittelzusammensetzung Flußmittel vom Schmelztyp

Wärmezufuhr 50000 J/cm

Schweißbedingung Vorne 3« V · 1200 A + hinten 43 V · 750 A

Schweißgeschwindigkeit 110 cm/min

Tabelle 17

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone (Gewichtsprozent)

Nummer C Si Mn P S Mo V Nb Ti

C 0,09 0,40 1,30 0,017 0,011 0,20 0,037 0,020 0,006

f 559

Tabelle 18

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr. 4 Charpy-Wert kg-m) -20⁰C

0⁰C

-TO⁰C -40⁰C

5,1, 5,6, 5,4
(5,4)

4,3, 4,8, 4,0
(4,4) 3,6, 3,6, 4,1
(3,8)

2,1, 2,2, 2,8 (2,4)

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß bei der Erfindung der Wert der absorbierten Energie beim Kerbschlagversuch bei den verschiedenen Systemen erheblich verbessert wird und daß die Brüchigkeit erheblich verringert ist im Vergleich zu dem aufgetragenen Metall, bei dem ein herkömmlicher fester Draht verwendet wurde. Aus den Schweißbedingungen in den Beispielen ist noch ersichtlich, daß die Arbeitsbedingungen im wesentlichen die gleichen sind wie beim herkömmlichen Beispiel, außer daß eine große Menge von stark basischen Verbindungen der KernfOllung in der Seelenelektrode zugegeben sind.

Beispiel 4

An ein Versuchsbeispiel (Schweißgrandmetall), das die in der Tabelle 19 gezeigte chemische Zusammensetzung aufweist, wurde ein Schweißdraht gemäß der Erfindung, dessen Zusammensetzung in der Tabelle 20 dargestellt ist, durch Unterpulverschweißung bei den

in der Tabelle 21 gezeigten Schweißbedingungen angeschweißt. Die Ergebnisse bei der Messung der Kerbschlagfestirkeit und die chemischen Zusammensetzungen der Schweißmetallzone sind in den Tabellen 22 und 23 dargestellt.

Tabelle 19

Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe (Gewichtsprozent)

Nummer

Si

Mn Nb

Dicke (mm)

0,20

0,47

1,42

0,021 0,018

0,03

30

Tabelle 20

Chemische Zusammensetzungen der Seelendrahtelektrode und des festen Drahtes

Mantelmaterial A (Gewichtsprozent)

Si

Mn Kernfüllung B (Gewichtsprozent)

CaF₂ Al Ti B Fe

FIuB-mittelverhältnis B/A

301	Erfindung	0,06	— 0,40	0 012	0,015
D	Stand der	0,05	— 0,50	0,010	0,010

Technik

60 0,6 2,0 0,12 Balance

15

Tabelle 21

Sch wei ßbed i ngungen

Verwendung eines Schweißdrahtes gemäß der Erfindung Verwendung eines Schweißdrahtes nach dem Stand der Technik

Kegelform der Versuchsprobe

Schweißverfahren

Flußmittelzusammensetzung

Wärmezufuhr

Schweißbedingung

Schweißgeschwindigkeit

50° V-Kegel Unterpulverschweißung gleich

Mit zwei Elektroden gleich

Bindeflußmittel für SM50-StahI gleich

100000 Joule/cm gleich

Vorne 45 V · 800 A hinten 50 V · 620 A⁺ gleich

cm /min gleich

/to

15 16

Tabelle 22

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr. 4 Charpy-Wert kg-m)

Versuchstemperatur OC

-20⁰C

Seelenelektrode 301 gemäß Erfindung

Schweißdraht D gemäß Stand der Technik

16,6 17,8 18,5 (17,6) 6,0 6,4 6,8 (6,4) Die eingeklammerten Werte sind Durchschnittswerte.

16,0 15,8 14,5 (15,4)
4,5 4,3 4,4 (4,4)

Tabelle 23

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone (Gewichtsprozent)

Nr.	C	Si	Mn	P	S	Mo	Nb	Ti	B	Sol AC
301 D	0,07 0,08	0,32 0,40	1,53 1,54	0,016 0,020	0,010 0,012	0,63 0,60	0,008 0,010	0,032 0,015	0,003	0,012 0,010

Beispiel 5

An die drei Arten von Versuchsproben mit den chemischen Zusammensetzungen in der Tabelle 24 wurden Seelenschweitdrähte gemäß der Erfindung, deren Zusammensetzung in der Tabelle 25 dargestellt ist, mittels Unterpul verschwenkung bei den in der Tabelle 26 gezeigten Schweißbedingungen angeschweißt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Kerbschlagfestigkeit und der chemischen Zusammensetzungen der Schweißmetallzone sind in den Tabellen 27 und 28 dargestellt.

Tabelle 24

Chemische Zusammensetzungen der Versuchsproben (Gewichtsprozent)

Nr.	C	Si	Mn	P	S	V	Nb	Dicke (mm)
(ΙΠ)	0,08	0,1	1,33	0,016	0,008	0,061	0,02	16
(IV)	0,10	0,32	1,31	0,012	0,015	0,03	—	16
(V)	0,11	0,31	1,33	0,014	0,015	0,01	0,02	16

Tabelle 25

Chemische Zusammensetzungen des Seelenschweißdrahtes und des festen Drahtes

Mantelinatcrial A (Gewichtsprozent) C Mn Mo P S Cu

Kernfüllung N (Gewichtsprozent)

CaF₂ Al Ti Mo B Ni Mn Fe

Flußmittel verhältnis B/A

401 Erfindung 0,06 0,32 — 0,005 0,010— 40 0,6 2,0 2,5 0,08 5,0 4,5 Balance 20%

E Stand der 0,12 1,50 0,50 0,018 0,017 0,10 — __ — — — — — —

Technik

Tabelle 26	Verwendung eines Schweißdrahtes gemäß der Erfindung	Verwendung eines Schweißdrahtes nach den Stand der Technik
Schweißbedingungen	90" ■ Kegel	gleich
	l'nterpulverschwcißung mit zwei F.lektroden	gleich
Kegelform der Versuchsprobe	Flußmittel vom Schmelztyp	gleich
Schweißvcrfahren	50000 Joule/cm	gleich
Flußmitteljusammensetzung	Vorne 43 V ■ 1200 Λ ^! hinten 55 V ·	700A gleich
Wärmezufuhr	110 cm'min	gleich
Schweißbedingung
Schweißiic'chsvindiukeit

17 ¹⁸

Tabelle 27

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr. 4 Charpy-Wert kg-m)

Versuchs- Versuchstemperatur

probe O⁰C -1O⁰C -20

(III) Verwendungeines 10,2 9,3 8,2 (9,2) 9,8 8,8 8,8 (9,1) 7,0 6,0 5,6 (6,2) Schweißdrahtes 401

gemäß der Erfindung

Verwendungeines 5,3 5,1 5,1 (5,2) 4,0 4,1 4,0 (4,0) 3,8 4,0 3,7 (3,8)

Schweißdrahtes E

gemäß Stand der

Technik

(IV) Verwendungeines 12,9 11,3 11,4 (11,9) 11,6 12,1 13,1 (12,3)

Schweißdrahtes 401

gemäß der Erfindung

(V) Verwendungeines 14,5 13,9 13,0 (13,6)

Schweißdrahtes 401

gemäß der Erfindung

Die eingeklammerten Werte sind Durchschnittswerte.

Tabelle 28

Chemische Zusammensetzungen der aufgebrachten Metallzonen (Gewichtsprozent)

Versuchsprobe C Si Mn P S Ni Mo V Nb Ti B Al

(III) Verwendungeines 0,08 0,41 1,33 0,017 0,015 0,32 0,18 0,043 0,012 0,042 0,003 0,010 Schweißdrahtes 401

gemäß der Erfindung

Verwendungeines 0,09 0,40 1,30 0,016 0,011 — 0,20 0,040 0,010 0,006 — 0,008 Schweißdrahtes E nach

dem Stand der Technik

(IV) Verwendung eines 0,09 0,40 1,33 0,017 0,019 0,48 0,22 0,020 0,007 0,051 0,003 0,012 Schweißdrahtes 401

gemäß der Erfindung

(V) Verwendungeines 0,09 0,39 1,30 0,017 0,018 0,48 0,22 0,005 0,011 0,049 0,003 0,012 Schweißdrahtes 401

gemäß der Erfindung

Aus den vorstehenden Beispielen ist ersichtlich, daß Erfindung für die Industrie von Vorteil, insbesondere bei der Unterpulverschweißung unter Verwendung dadurch, daß die Struktur der geschweißten Metalleiner Seelenelektrode gemäß der Erfindung die Zähig- 50 zone eine hohe Zähigkeit aufweist, wodurch man eine keit und insbesondere die Kerbschlagzähigkeit bei erhöhte Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit erniedriger Temperatur der Schweißmetallzone wesent- zielen kann, ohne daß die Bedingungen beim Durchlich verbessert werden können, wobei eine Verbesse- führen der Schweißung beeinträchtigt werden. Die Errung um mehr als das Doppelte als bei der Verwen- findung ist insbesondere auch im Hinblick auf die Verdung eines herkömmlichen Schweißdrahtes erzielt 55 Schweißbarkeit von Hochspannungsstahlplatten beim wird. Schiffsbau und beim Bau von Pipelines in kalten

Wie im vorstehenden schon beschrieben, ist die Gegenden von Vorteil.

Beispiel 6
Tabelle 29

Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe (Gewichtsprozent)
Nummer C Si Mn P S Nb Dicke (mm)

(VI) 0,18 0,36 1,38 0,005 0,012 0.05 35

Tabelle 30

Chemische Zusammensetzungen der Seelenelektrode (Flußmittelverhäitnis 20%)

20

Nr.	Mante'.material (Gewichtsprozent)	Si	Mn	P	S	Kernfüllung (Gewichtsprozent)	Ti	B	Fe	Se	La-Ce	CeF₃
	C	Spuren	0,3	<0,01	<0,01	CaF₁	2,0	0,1	Balance	1,0	_.	_
601	0,06	Spuren	0,3	<0,01	<0,01	96	2,0	0,1	Balance	—	1,0	—
602	0,06	Spuren	0,3	<0,01	<0,01	96	2,0	0,1	Balance		—	3,0
603	0,06		94

Tabelle 31

Fester Draht zum Vergleichen Nummer

Si

Mn

0,05

Spuren

0,46

0,007

0,014

Tabelle 32

Schweiß bedingungen

Schweißverfahren Unterpulverschweißung mit drei Elektroden

Anzahl der Schweißschichten Einschichtschweißung

Flußmittelzusammensetzung Flußmittel mit Mo-Zusatz vom Brenntyp

Wärmezufuhr 260000 Joule/cm

Schweißbedingung 800 A · 36 V + vorne 1000 A · 43 V + hinten UOO A · 53 V

Schweißgeschwindigkeit 30 cm/min

Tabelle 33

Chemische Zusammensetzungen der aufgetragenen Metallzone (Gewichtsprozent)

Nr.	C	Si	Mn	P	S	Ni	Mo	Nb	Ti	B	Se	Ce
601	0,12	0,54	1,50	0,014	0,008	0,02	0,22	0,025	0,040	0,0030	0,001	—
602	0,11	0,50	1,54	0,013	0,008	0,02	0,23	0,025	0,043	0,0025	--	0,001
603	0,11	0,55	1,45	0,015	0,011	0,02	0,28	0,026	0,040	0,0028	—	0,001
F	0,11	■0,32	1,23	0,015	0,014	0,02	0,25	0,023	<0,01	—	—	—

Tabelle 34

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone

(JIS-Nr. 4 Charpy-Wert kg-m)

Nummer	0^cC	-20° C	-40° C
601	8,5	6,1	4,4
602	9,8	6,3	3,8
603	7,9	5,9	3,7
F	4,8	3,4	1,8

Beispiel 7 Tabelle 35 Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe (Gewichtsprozent) Nummer

Si

Mn

Nb

Dicke (mm)

0.08

0,31

1,33

0,016

0,008

0,06

0,03

20

21 22

Tabelle 36

Chemische Zusammensetzung der Seelendrahtelektrode (Flußmittelverhältnis 19 °.„)

Nr. Mantelmaterial (Gewichtsprozent) C Si Mn P

Kernfüllung (Gewichtsprozent)
CaF₂ Al Ti Mo B

Ni

Se Fe

604 0,06 Spuren 0,3 <0,01

:0,01

79

0,6 2,5

0,15

Rest

Tabelle 37
Schweißbedingung

SchweiBverfahren Einschichtschweißung vorne und hinten mit Unterpulver

schweißung mit zwei Elektroden

Flußmittelzusammensetzung Neutrales Flußmittel vom Schmelztyp

Wärmezufuhr 55000 J/cm

Schweißbedingung 43 V · 1130 A + 45 V · 750 A

Schweißgeschwindigkeit 90 cm/min

Tabelle 38

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone

Si

Mn

Mo

Nb Ti

0,07 0,42 1,29 0,009 0,007 0,49 0,41 0,035 0,018 0,042 0,0026 0,00:

Tabelle 39

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JlS-Nr. 4 Charpy-Wert kg-m)

Nummer 0⁰C -10⁰C -20⁰C -40^cC -60" C

604

11,7

10,9

9,5

7,0

4,9

Beispiel 8 Tabelle 40
Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe (Gewichtsprozent)

Si

Mn

Nb

Cu

Cr

Dicke (mm)

(VIII) 0,08

0,35

1,30

0,013 0,006 0,07 0,017

0,17

0,13

Tabelle 41

Chemische Zusammensetzung der Seelendrahtelektrode (Flußmittelverhältnis 19 V₀)

Nr. Mantelmaterial (Gewichtsprozent)

C Si Mn P S

Kernfüllung (Gewichtsprozent)
CaF₁ Al Ti Mo

Ni

Fe

801 0,06 Spuren 0,3

802 0,06 Spuren 0,3

803 0,06 Spuren 0,3 209 0,06 Spuren 0,3 (Vergleich)

0,01	0,01	68,7	0,8	4,8	8,2	0,2	13,7	Rest	3,4
0,01	0,01	66,4	0,8	4,7	8,0	0,2	13,2	Rest	6,6
0,01	0,01	64,3	0,8	4,5	7,7	0,2	12,9	Rest	9,6
0,01	0,01	71,2	0,9	5,0	8,5	0,2	14,2	Rest	—

f559

23

Tabelle 42

Fester Draht hinten verwendet (Gewichtsprozent)

Nummer C Si Mn P S Cu Mo

G 0.10 0,02 1,45 0,018 0,017 0,10 0,51

Der G-Draht wurde als rückwärtiger Schweißdraht von den zwei Elektroden verwendet.

Tabelle 43
Schweißbedingungen

Schweißverfahren Üntcrpulvcrschweißung mit zwei Elektroden (vorne Seelendraht,

hinten fester Draht)

Wärmezufuhr 48000 .l/cm

Schweißbedingung Vorne 42 V ■ 1150 A - - hinten 50 V ■ 800 A

Schweißgeschwindigkeit 110 cm/min

Tabelle 44

Kerbschlagfestigkeiten der aufgetragenen Metallzone

(JlS-Nr. 4 Charpy-Wert kg-m)

Nummer OC

801 12,9

802 12,6

803 11,5 209 12,5 (Vergleich)

Bezüglich der Arbeitsbedingungen ergibt sich eine Veränderung der Schweißraupenbreite bei einer Veränderung des Prozentgehaltes von CaCO₃, wie das in der Figur dargestellt ist. Es ergibt sich, daß der Lichtbogen stabil ist, wenn die Raupenbreite groß ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

¥ 559

Claims

Patentanspruchs:

1. Verwendung einer Seelenelektrode, bestehend aus einem Stahlmantel und einer Kernfüllung, wobei das Stahlmantelmaterial ein Kohlenstoffstahl oder ein niedrig legierter Stahl ist und die Kernfüllung aus 25-98% Kalziumfluorid (CaF₂), 0,1 - 2,5% Aluminium (Al), 0,8 - 15% Titan (Ti), 0,8 - 15% Molybdän (Mo), 0,02 - 0,5% Bor (B), 0-25% Nickel (Ni), 0-15% Mangan (Mn) und 0-70% Eisen (Fe) besteht und das Flußmittelverhältnis