DE2406651A1

DE2406651A1 - Verfahren zum aufschweissen von verschiedenen metallen

Info

Publication number: DE2406651A1
Application number: DE19742406651
Authority: DE
Inventors: Takao Adachi; Yasuo Endo; Akira Hirama; Satoshi Kondo; Katao Miyano; Hokkaido Muroran; Hokkaido Noboribetsu; Tomoo Takenouchi; Shunichi Tomizuka
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1973-06-19
Filing date: 1974-02-12
Publication date: 1975-01-16
Also published as: FR2234086A1; GB1467876A; US3922519A; NL7408069A; JPS5017349A; FR2234086B1; IT1018361B

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPI,. ING. W EiTLE · DK. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWlLTB O-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

976

r/ma

Japan Steel Works, Ltd.
Tokyo, Japan

Verfahren zum Aufschweißen von verschiedenen Metallen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschweißen von verschiedenen bzw. unterschiedlichen Metallen und insbesondere ein horizontales Elektroschlacken-Schweißverfahren, um wenig durchdringende Aufschweißmetalle guter Qualität zu erhalten.

Im allgemeinen bestehen beim Aufschweißen von verschiedenen Metallen folgende Erfordernisse:

1. Das Einbringungsverhältnis soll gering sein.

2. Die Bindungslinie des Aufschweißungsmetalls soll gleichförmig und gerade sein.

3. Die Oberfläche des Aufschweißmetalls soll glatt und fein sein.

4. In den überlappten Teilen der nachfolgenden Schweißraupen sollen keine Defekte vorkommen.

5« Das Aufschweißmetall soll eine vorgewählte Zusammensetzung und Dicke haben.

409883/0782

6. Die Qualität des Aufschweißmetalls soll gut sein.

7. Die Schmelzgeschwindigkeit der Elektrode soll hoch sein und

8. die Schweißbarkeit soll gut sein.

Es sind bereits Verfahren zum Aufschweißen von verschiedenen Metallen bekannt, z.B. das Gasschweißen, das Bogensehweißen unter einem Inertgasschirm, das Tauchbogenschweißen (mit Einschluß des Tauchbogenschweißens mit einer bandartigen Elektrode), und das Nicht-Gasbogenschweißen. Bei den obigen Methoden ist es weiterhin bekannt gewesen, den Schweißstab während des Schweißvorgangs zu oszillieren oder kombinierte Kerndrähte zu verwenden.

Von diesen Methoden wird derzeit das Tauchbogenschweißen und insbesondere das Tauchbogenschweißen, bei welchem bandartige Elektroden verwendet werden, zum Aufschweißen von verschiedenen Metallen als am günstigsten angesehen, da die Schmelzgeschwindigkeit der Elektrode hoch ist und die Eindringung relativ niedrig ist. Beim tatsächlichen Betrieb ist es jedoch fast unmöglich, das Eindringungungs- bzw. Durchdringungsverhältnis weniger als 10? zu machen. Ferner beträgt die Dicke des aufgeschwäßten Metalls in einer einzigen Schweißraupe maximal 6 mm. Wenn die Dicke größer als 6 mm wird, dann werden die Kontaktwinkel an den Spitzen der Schweißraupe so groß, daß wenn eine andere Schweißraupe darübergelappt wird, leicht Fehler in den überlappten Teilen auftreten können. Da es beim Tauchbogenschweißen unter Verwendung einer bandartigen Elektrode erforderlich ist den elektrischen Strom in dem Maße zu erhöhen, wie die Dicke der Elektrode größer wird, wird auch die Eindringung größer. Ferner wird das Aussehen der Schweißraupe verschlechtert und auch die Kontaktwinkel an den Spitzen der Schweißraupe werden groß. Wenn daher das Eindringungsverhältnis und die Schweißbearbeitbarkeit etc. in Betracht gezogen werden, dann werden für die Breite und Dicke der Elektrode Werte von 100 mm bzw. 0,5 mm als Maximalwerte angesehen.

Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Aufschweißen von verschiedenen Metallen zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile der herkömmlichen Methoden nicht mehr aufweist.

409883/0782

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein Verfahren zum Aufschweißen von verschiedenen Metallen zur Verfügung gestellt, bei welchem im Vergleich zu den herkömmlichen Schweißverfahren eine weitaus geringere Eindringung vorliegt. Dieses Verfahren ergibt eine fehlerlose, glatt raffinierte Oberfläche der Schweißraupe, die im Bereich von 3 bis 9 mm so dick wie gewünscht ist. Dies geschieht nicht nur durch Verwendung einer bandartigen Elektrode, sondern auch einer dicken, breiten Elektrode. Durch die Erfindung werden somit sämtliche oben angegebenen Erfordernisse erfüllt.

Bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung geht man so vor, daß man das Flußmittelpulver gleichförmig auf dem Grundmetall zum Aufschweißen zu einer angemessenen Dicke von z. B. etwa 15 bis 50 mm gleichförmig verteilt und daß man unter kontinuierlicher Einführung der Elektrode in das Flußmittelpulver einen elektrischen Strom kontinuierlich durch eine gewöhnliche Schweißeinrichtung zuführt, welche mit einer Elektrodenzuführungseinrichtung versehen ist, zwischen der sich die Elektrode horizontal und in einer zu ihrer Breite und zum Grundmetall senkrechten Richtung bewegt, wobei ein Aufschweißvorgang durchgeführt werden kann. Zur selben Zeit mit dem Fluß eines elektrischen Stroms zwischen der Elektrode und dem Grundmetall in dem Flußmittel, der in wenigen Sekunden aufhört, fließt ein stabiler Strom durch die bogengeschweißte Schlacke mit einer Tiefe von 5 bis 15 mm. Mit dem Fluß des Stromes durch die geschmolzene Schlacke ohne die Bildung von Bögen werden die Elektrode und das Grundmetall durch die Joule'sehe Wärme des durch die Schlacke fließenden Stroms zusammengeschmolzen, wodurch auf dem Grundmetall Schweißraupen gebildet werden, die die vorliegende Erfindung zum Aufschweißen von verschiedenen Metallen durch ein horizontales Elektroschlackenschweißen charakterisieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufschweißen hat die folgenden Vorteile:

409883/0782

1. Das Eindringlings- bzw. Durchdringungsverhältnis ist sehr gering, da das Schweißen zwischen dem anfänglich schlackegenetzten Grundmetall und dem Schweißmetall bewirkt wird und die Temperatur der geschmolzenen Schlacke höchstens etwa 2000°C beträgt;

2. in den überlappten Teilen der Schweißraupen treten selten Fehler auf, da die Kontaktwinkel der Spitzen jeder Schweißraupe klein sind;

3. es können fehlerlose, glatte, dicke,aufgeschweißte Metalle erhalten werden;

4. unter Verwendung einer dicken, breiten Elektrode kann ein Aufschweißen mit einer kleinen Eindringung bzw. Durchdringung erhalten werden;

5. mit einem Strom, der konstant durch die schmelzende Schlacke strömt, kann der Schweißvorgang geräuschlos durchgeführt werden. Bei geringen Schwankungen der Stromstärke und der Spannung kann der Schweißvorgang bei stabilen Schweißbedingungen mit einer genauen Dicke durchgeführt werden;

6. da das aufgeschweißte Metall von der Atmosphäre durch das geschmolzene Flußmittel perfekt abgeschirmt ist, ist ein reines Metall, das wenig Sauerstoff enthält, erhältlich und

7· der Verbrauch der Elektrodenzusammensetzung ist so gering, daß ein aufgeschweißtes Metall mit einer Zusammensetzung in einem stabilen Bereich erhalten werden kann. Da weiterhin die Eindringung sehr gering ist, ist es ohne weiteres möglich, ein aufgeschweißtes Metall mit einem extrem niedrigen Kohlenstoffgehalt zu erhalten.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen häher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine diagrammartige Querschnittsansicht parallel zu der Schweißrichtung, die ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt,

Fig. 2 eine diagrammartige Querschnittsansicht, die zur Schweißrichtung senkrecht ist, ähnlich wie Fig. 1 und die

Figuren 3 bis 5 makroskopische Photographien der Querschnitte von aufgeschweißten Edelstahlen, die durch ein herkömmliches Tauchbogenschweißen und dem Verfahren gemäß der

409883/0782

-5-vorliegenden Erfindung erhalten worden sind.

Die Figuren 1 und 2 zeigen diagrammartig eines der bevorzugten Systeme zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Querschnittsansichten parallel bzw. senkrecht zur Schweißrichtung stehen.

Bei dem Verfahren zum Aufschweißen gemäß der vorliegenden Erfindung wird, anders wie bei den herkömmlichen Aufschweißmethoden bei denen eine Elektrode durch einen Bogen bei erhöhten Temperaturen aufgeschmolzen wird, um in das aufzuschweißende Grundmetall einzudringen, gemäß den Figuren 1 Und 2 ein Flußmittel 1 gleichförmig auf dem Grundmetall 2 bis zu einer angemessenen Dicke z.B. 15 bis 50 mm gleichförmig verteilt. Eine Elektrode in Form eines dicken, breiten Bandes wird in das Flußmittel 1 eingeleitet, so daß,wenn ein elektrischer Strom zwischen der Elektrode 3 und dem Grundmetall 2 durehgeleitet wird, zwischen diesen ein Bogen erzeugt wird, wodurch dazwischen eine geschmolzene Schlacke 4 gebildet wird. Zur gleichen Zeit löscht sich der Bogen wieder aus. Sodann werden sowohl die Elektrode als auch das Grundmetall 2 durch die Schlacke 4, die bei erhöhter Temperatur gehalten wird, durch die Joule¹ sehe Wärme geschmolzen, welche auf den durchfließenden elektrischen Strom zurückzuführen ist. Auf diese Weise fällt die geschmolzene Elektrode 3 auf die Oberfläche des Grundmetalls 2 in der Form von Tröpfchen 5. Andererseits wäscht die so gebildete geschmolzene Schlacke 4 durch eine elektrische thermische Konvexion die Oberfläche des Grundmetalls 2 um es zu schmelzen, so daß die Tröpfchen 5, die darauffallen, ein Schmelzbad 6 des Metalls bilden, welches an das Grundmetall 2 innig angeschweißt wird, wodurch durch eine kontinuierliche horizontale Bewegung der Elektrode 3 in Senkrechtrichtung zu ihrer Breite, wie durch den Pfeil X gezeigt wird, ein aufgeschweißtes Metall 7 auf die Oberfläche des Grundmetalls 2 als eine Schweißraupe gelegt wird. Da die Temperatur der geschmolzenen Schlacke 4 höchstens etwa 2000 C beträgt und die Schweißraupe 7 in inniger Nähe zwischen' den Tropfehen 5 und dem geschmolzenen Grundmetall 2, das durch die Konvexion der Schlacke 4 gewaschen wird, gebildet wird,

4098 8'3/0782

wird die Eindringung sehr klein gemacht. Es ist möglich, das Eindringungsverhältnis so zu kontrollieren, daß es sogar so gering wie 1 bis 2% ist.

Um eine glatte, raffinierte, fehlerlose Schweißraupe zu erhalten ist es erforderlich, die Zusammensetzung, Breite und Dicke der Elektrode, den elektrischen Schweißstrom, die Spannung, die Schweißgeschwindigkeit, die Zusammensetzung des Flußmittels, die Kapazität der Schweißeinrichtung, die Länge der Elektrodenausdehnung, die Gestalt der Kontakt-Backen und dergl. angemessen auszuwählen. Es ist gefunden worden, daß im Falle der Aufschweißung von Edelstahlen auf milde Stähle oder niedrig legierte Stähle als Grundmetalle bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die erforderliche elektrische Stromdichte der

2
Elektrode 7 bis 60 A/mm beträgt, und daß die erforderliche Stromdichte in Richtung der Elektrodenbreite 10 bis 23 A/mm beträgt. Wenn die elektrischen Stromdichten unterhalb der angegebenen niedrigen Grenzen sind, dann ist es möglich, daß die Schweißraupe diskontinuierlich wird und daß die Elektrode leicht kurzgeschlossen werden kann, so daß ein stabiler Schweißvorgang unmöglich wird. Wenn andererseits die Stromdichten oberhalb der gezeigten oberen Grenzen sind, dann wird die Eindringung so groß, daß die vorteilhaften Merkmale der vorliegenden Erfindung verlorengehen. Wenn die Gestalt der Elektrode und der elektrische Strom geeignet ausgewählt werden, so daß die Stromdichten so reguliert werden, daß sie in die angezeigten Bereiche fallen, dann kann tatsächlich eine glatte, feine Schweißraupe mit einer geringen Eindringung erhalten werden, ohne daß Beschränkungen hinsichtlich der Breite und der Dicke der Elektrode bestehen. Wenn jedoch die Kapazität der Schweißmaschine und die Sehweißverarbeitbarkeit in Betracht gezogen werden, dann fallen die Dicke und die Breite der Elektrode in die geeigneten Bereiche von 0,4 bis 3 mm bzw. 25 bis 300 mm.

Nachstehend sollen bevorzugte Methoden zur Durchführung der vorliegenden Erfindung erläutert werden.

409883/0782

Es ist eines der Merkmale des erfindungsgemäßen AufschweißVerfahrens, daß selbst obgleich durch eine verbrauchbare Elektrode ein elektrisches Strom zugeführt wird, zwischen der Elektrode und dem Grundmetall kein Bogen gebildet wird. Um dieses Merkmal zu erzielen, ist es jedoch insbesondere wesentlich, die Zusammensetzung des Flußmittels in geeigneter Weise auszuwählen, so daß bei den folgenden Ausführungen auch ein Beispiel einer Flußmittelzusammensetzung in Verbindung mit dem Aufschweißen eines Edelstahls auf einen milden Stahl als Grundmetall kurz beschrieben werden wird. Die Fig. 3 zeigt eine makroskopische Photographie des Querschnittes eines aufgeschweißten Teils im Falle, daß eine Edelstahl-Elektrode aus 18 Cr - 8 Ni mit einer Breite von 75 mm und einer Dicke von 1 mm unter Verwendung eines herkömmlichen Flußmittels für eine Aufschweißelektrode für das Tauchbogenschweißverfahren bei einem Schweißstrom von 1300 A, einer Spannung von 28 V und einer Schweißgeschwindigkeit von 150 mm/min, verwendet wird. Die Fig. 4 zeigt eine makroskopische Photographie des Querschnittes eines aufgeschweißten Teils im Falle, daß die gleiche Elektrode wie gemäß Fig. 3 nach dem Verfahren der Erfindung unter Verwendung eines später zu beschreibenden Flußmittels bei einem Schweißstrom von 1500 A, einer Spannung von 24 V und einer Schweißgeschwindigkeit von 150 mm/min, aufgeschweißt wird. Hierbei wird ein Flußmittel verwendet, das in der Weise erhalten worden ist, daß ein Gemisch aus 64 Gewichtsprozent Calciumfluorid, 17£ Aluminiumoxid, 5% Eisenoxid, 4? Siliciumdioxid, 3% Manganoxid, 5% Chromoxid und 2% Zirkonoxjd aufgeschmolzen worden ist und nach dem Erstarren vermählen worden ist.

Aus dem Vergleich der Figuren 3 und 4 wird ersichtlich, daß obgleich die Dicke des aufgeschweißten Metalls in beiden Fällen etwa 5 mm beträgt, das Eindringungsverhältnis etwa 253» im Falle des herkömmlichen Bogenschweißens ist, während im Falle des erfindungsgemäß erfolgenden Aufschweißens das Eindringungsverhältnis nur etwa 6% beträgt.

409883/0782

Die Pig. 5 zeigt eine makroskopische Photographie des Querschnittes eines geschweißten Teils in dem Falle, daß die gleiche Elektrode wie in den obigen Fällen durch das erfindungsgemäße Verfahren aufgeschweißt worden ist, wobei ein elektrischer Strom von 1400 A₃ eine Spannung von 24 V und eine Schweißgeschwindigkeit von 90 mm/min. angewandt wurden. Die Fig. 5 zeigt, daß ein aufgeschweißtes Metall mit einer Dicke von etwa 8 mm mit guten Kontaktwinkeln an den Spitzen der Schweißraupe bei einem Eindringungsverhältnis von nur etwa 3% erhalten wird.

409883/0782

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Aufschweißen von verschiedenen bzw. unterschiedlichen Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Flußmittelpulver auf einem Grundmetall, das aufgeschweißt werden soll und das im wesentlichen horizontal angeordnet ist, gleichförmig verteilt, in das Flußmittel eine verbrauchbare Elektrode in der Form eines weiten Bandes einführt, durch das Flußmittel zwischen der Elektrode, die kontinuierlich in Richtung auf das aufzuschweißende Grundmetall geführt wird und dem Grundmetall einen elektrischen Strom leitet, so daß das Flußmittel durch den durchlaufenden· elektrischen Strom aufgeschmolzen wird und daß man die Elektrode im wesentlichen horizontal in einer senkrechten Richtung zu der Breite der Elektrode bewegt, wenn das Flußmittel einmal aufgeschmolzen worden ist, so daß das Flußmittel nachfolgend geschmolzen wird, wodurch das geschmolzene Flußmittel durch Joul^sche Wärme, die auf den durchfließenden elektrischen Strom zurückzuführen ist, erhitzt wird und wodurch die Elektrode und das Grundmetall in einer solchen Weise verschmolzen werden, daß die Elektrode und das Grundmetall, das aufgeschweißt werden soll, darauf eine Schweißraupe bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Aufschweißen eines Edelstahls auf einen milden Stahl oder einen niedrig legierten Stahl als Grundmetall die Stromdichte der Elektrode im Bereich von 7 bis 60 A/mm und die Stromdichte der Elektrode in der Richtung ihrer Breite im

ρ
Bereich von 10 bis 23 A/mm auswählt.

409883/078 2