DE2457199C3 - Powder wire for fusion welding of titanium and its alloys - Google Patents
Powder wire for fusion welding of titanium and its alloysInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pulverdraht zum Schmelzschweißen von Titan und dessen Legierungen in einer Inertgasatmosphäre. Dabei geht es insbesondere um die Verwendung bei Schweißkonstruktionen aus Titan und dessen Legierungen, welche der Einwirkung von aggresiven Medien ausgesetzt sind, z. B. in der chemischen und der Flugzeugindustrie.The present invention relates to a powder wire for fusion welding titanium and its alloys in an inert gas atmosphere. It is particularly about the use in welded constructions made of titanium and its alloys, which are exposed to the effects of aggressive media, z. B. in the chemical and aircraft industries.
Bekannt ist ein Pulverdraht zum Schmelzschweißen von Titan und dessen Legierungen in einer Inertgasatmosphäre, der aus einer Hülle aus Titan oder dessen Legierungen besteht, die mit einem pulverförmigen Gemenge gefüllt ist, das Kalziumfluorid und Strontiumfluorid enthält.A powder wire for fusion welding titanium and its alloys in an inert gas atmosphere is known, which consists of a shell made of titanium or its alloys, with a powdery Mixture is filled that contains calcium fluoride and strontium fluoride.
Dieser Pulve.-draht ist als Zusatzmaterial zum Schweißen von Metall bis 16 mm Dicke ohne Kantenvorbereitung in einem Schweißgang in den Fällen verwendbar, wenn keine Nahtverstärkung erforderlich ist. Schweißt man Metall über 10 mm Dicke ohne Kantenvorbereitung in einem Schweißgang, so kann eine verstärkte Naht nicht erhalten werden, da das Metall der Drahthülle hierzu nicht ausreicht. Nahtverstärkungen sind erforderlich bei der Herstellung von Konstruktionen, die erhöhten Anforderungen standhalten müssen, beispielsweise Hochdruckbehälter.This pulverized wire is used as an additional material for welding metal up to 16 mm thick without edge preparation Can be used in one welding pass in cases where no seam reinforcement is required is. If you weld metal over 10 mm thick without edge preparation in one welding process, you can a reinforced seam cannot be obtained because the metal of the wire sheath is insufficient for this. Seam reinforcements are necessary in the manufacture of structures that withstand increased requirements must, for example, high-pressure containers.
Um eine verstärkte Naht zu erhalten, ist ein zweiter Schweißgang mit Zuführung des Schweißdrahtes erfordprlich. Die auf der Nahtoberfläche zurückgebliebene Schlacke ist vor dem zweiten Schweißgang mit einem Schaber bzw. mit einer rotierenden Stahlbürste zu beseitigen, was mit einem recht hohen Arbeitsaufwand verbunden ist und die Schweißleistung entsprechend vermindert. Wird das Schweißen unter Zuführung des Zusatzwerkstoffes auf die Oberfläche der nichtbeseitigten Schlacke durchgeführt, so erhält man eine Naht von minderwertiger Qualität mit Einbrandkerben und anderen Mangeln.To get a reinforced seam is a second one Welding pass with feeding of the welding wire required. The one left on the surface of the seam Before the second welding pass, slag is removed with a scraper or with a rotating steel brush to eliminate, which is associated with a fairly high amount of work and the welding performance accordingly reduced. The welding is carried out while feeding the filler material onto the surface of the unremoved If slag is carried out, a seam of inferior quality with undercuts is obtained and other defects.
Beim Schweißen von Grobblech über 10 mm Dicke kann also unter Verwendung des bekannten Pulverdrahts eine Schweißverbindung von hoher Qualität nur durch eine zusätzliche arbeitsintensive Operation, nämlich die Schlackenbeseitigung von der Nahtoberfläche und der nachfolgende zweite Schweißgang mit Zuführung des Zusatzdrahts für die Nahtverstärkung erhalten werden. Außerdem ist beim Schweißen von Titan und dessen niedriglegierten Legierungen mit Hilfe des bekannten Pulverdrahts die Kerbschlagzähigkeit des Schwcißnahtmetalls geringer als die Kerbschlagzähigkeit des Grundmetalls.When welding heavy plate over 10 mm thick, the known powder wire can be used a high quality welded joint only through an additional labor-intensive operation, namely the removal of slag from the seam surface and the subsequent second welding pass Feed of the additional wire for the seam reinforcement can be obtained. In addition, when welding Titanium and its low-alloyed alloys, with the help of the well-known powder wire, the notched impact strength of the weld metal lower than the notched impact strength of the base metal.
Es ist mithin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pulverdraht zum Schmelzschweißen von Titan und dessen Legierungen in einer Inertgasatmosphäre zu schaffen, der beim Schweißen von Metall über 10 mm Dicke ohne Kantenvorbereitung die Erzielung verstärkter Schweißnähte in einem Schweißgang gestattet, deren Kerbschlagzähigkeit nicht schlechter als die des Grundmetalls ist.It is therefore an object of the present invention to provide a powder wire for fusion welding titanium and to create its alloys in an inert gas atmosphere, when welding metal over 10 mm Thickness without edge preparation allows the achievement of reinforced weld seams in one weld, whose notched impact strength is not worse than that of the base metal.
Außerdem soll die entstehende Schlacke sich von der Oberfläche der Schweißverbindung leicht entfernen lassen und nötigenfalls (beispielsweise beim Schweißen von Ringnähten mit Kantenvorbereitung des Schweißmetalls über 20 mm Dicke) ein nachfolgendes Auftragen der Schweißnähte ohne Schlackenbeseitigen erfolgen können.In addition, the resulting slag should easily be removed from the surface of the welded joint and if necessary (for example when welding ring seams with edge preparation of the weld metal over 20 mm thick) the weld seams are subsequently applied without removing slag be able.
Ausgehend von dem eingangs beschriebenen bekannten Pulverdraht, wird zur Lösung der Aufgabe
erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das pulverförmige Gemenge aus (alle Angaben in Gewichtsprozent)
5bislO%BaF2,
18 bis 20% Seltenerdfluorid,
40 bis 50% CaF2,
Rest SrF2 besteht.On the basis of the known powder wire described at the outset, the invention proposes to achieve the object that the powdery mixture consists of (all data in percent by weight)
5 to 10% BaF 2 ,
18 to 20% rare earth fluoride,
40 to 50% CaF 2 ,
Remainder SrF 2 consists.
wobei das Gewichtsverhältnis des pulverförmigen Gemenges zum gesamten Titangewicht 0,3 bis 1,0 beträgt.the weight ratio of the powdery mixture to the total weight of titanium being 0.3 to 1.0 amounts to.
Es kann zweckmäßig sein, wenn auch noch eine Bewehrung mit Elementen aus Titan und/oder dessen Legierungen vorhanden ist.It can be useful if there is also a reinforcement with elements made of titanium and / or its Alloys is present.
Als Seltenerdfluorid kann zweckmäßig Lanthanfluorid oder Cerfluorid verwendet werden.Lanthanum fluoride or cerium fluoride can expediently be used as the rare earth fluoride.
Der erfindungsgemäße Pulverdraht hat einen erhöhten Abschmelzkoeffizienten, wodurch man volle Nähte mit Verstärkung erhalten kann. Der erhöhte Abschmelzkoeffizient wird im wesentlichen auf Grund des Gewichtsverhältnisses des pulvorförmigen Gemenges zum Gesamtgewicht des Titans im Pulverdraht im Bereich von 0,3 bis 1,0 erreicht.The powder wire according to the invention has an increased melting coefficient, as a result of which full seams are obtained can get with reinforcement. The increased melting coefficient is essentially due to the Weight ratio of the pulverulent mixture to the total weight of the titanium in the powder wire im Reached 0.3 to 1.0 range.
Wenn das genannte Gewichtsverhältnis durch Bewehrung des Pulverdrahts mit Elementen aus Titan und/oder dessen Legierungen erhalten werden soll, so können diese Elemente in Form von Stäben ausgeführt sein, welche im Draht längs seiner Achse angeordnet sind. Drahtabschnitte aus Titanlegierungen sind als Bewehrungsstäbe vorteilhaft, da sie das verbreiteste Schweißmaterial darstellen.If the mentioned weight ratio by armoring the powder wire with elements made of titanium and / or whose alloys are to be obtained, these elements can be designed in the form of rods which are arranged in the wire along its axis. Wire sections made from titanium alloys are considered Reinforcing bars are advantageous as they are the most common welding material.
Die Bewehrung kann aber auch durch Zugabe von Körnern aus Titanlegierungen in das Gemenge ausgeführt werden, welche auf der gesamten Drahtlänge gleichmäßig verteilt sind. Das Bewehren mit den Körnern ist in den Fällen zweckmäßig, wenn eine kontinuierliche Bewehrung mit Titanstäben auf herstellungsmäßige Schwierigkeiten stößt.The reinforcement can also be done by adding grains of titanium alloys to the mixture which are evenly distributed over the entire length of the wire. Reinforcing with the Grains is useful in cases where continuous reinforcement with titanium rods is based on manufacturing Encounters difficulties.
Die Stäbe können auch quer zur Drahtachse angeordnet sein, wobei dann ihre Länge praktisch gleich dem Durchmesser des Pulverdrahts ist.The rods can also be arranged transversely to the wire axis, in which case their length is practically the same is the diameter of the powder wire.
Darüber hinaus ist das Gewichtsverhältnis des pulverförmigen Gemenges zum Titan so gewählt, daß einerseits die Durchschmelzungswirkung des Metalls günstig wird und andererseits eine Schweißnahtverstär-In addition, the weight ratio of the powdery mixture to the titanium is chosen so that on the one hand the melting effect of the metal is favorable and on the other hand a weld seam reinforcement
kung je nach der Dicke des Schweißmetalls erhalten wird.depending on the thickness of the weld metal will.
So verursacht beispielsweise eine Verringerung des Gewichtsverhältnisses des pulverförmigen Gemenges zum Titangewicht unter 0,3 eine verminderte Durchschmelzungswirkung des Metalls infolge einer geringeren Wirksamkeit der Schweißbogenkontraktion. For example, a reduction in the weight ratio of the powdery mixture to the weight of titanium below 0.3 causes a reduced melting effect of the metal as a result of the lower efficiency of the welding arc contraction.
Dagegen führt eine Vergrößerung des Gewichtsver hältnisses des pulverfönrigen Gemenges zum Metallgewicht über 1,0 zu einer geringeren Brennstabilität des Schweißbogens und zu einer verminderten Verstärkung der Schweißnaht. On the other hand , an increase in the weight ratio of the powdery mixture to the metal weight over 1.0 leads to a lower burning stability of the weld arc and to a reduced reinforcement of the weld seam.
Die gewählte Menge des Kalziumfluorids in Verbindung mit dem Strontiumfluorid gewährleistet die erforderliche Brennstabilität des Schweißbogens und '5 dessen Kontraktion beim Einführen des Zusatzwerkstoffes in das Schweißband. Bei einem Gehalt von weniger als 40% Kalziumfluorid und weniger als 20% Strontiumfluorid ist die Stabilität und die Kontraktion des Bogens herabgesetzt, wobei die Nahtverstärkung eine mangelhafte wird.The selected amount of calcium fluoride in connection with the strontium fluoride ensures the required burning stability of the welding arc and its contraction when the filler metal is inserted into the welding band. If the calcium fluoride content is less than 40% and strontium fluoride is less than 20%, the stability and contraction of the arch are decreased, and the seam reinforcement becomes poor.
Bei einem Gehalt von mehr als 50% Kalziumfluorid und mehr als 37% Strontiumfluorid wird das Beseitigen der Schlacke von der Nahtoberfläche schwieriger.If it contains more than 50% calcium fluoride and more than 37% strontium fluoride, the elimination the slag from the seam surface more difficult.
Eine Mengensteigerung von Bariumfluorid im Gemenge über 10% führt zu einer Störung der Brennstabilität des Schweißbogens, während eine Gehaltsverringerung des Bariumfluorids im Gemenge ui.ter 5% das Entfernen der Schlacke von der Oberfläche der Schweißnaht verschlechtert.An increase in the amount of barium fluoride in the mixture over 10% leads to a disruption of the Burning stability of the welding arc, while a reduction in the content of barium fluoride in the batch ui.ter 5% worsens the removal of the slag from the surface of the weld seam.
Das Vorhandensein von 18 bis 20% eines Seltenerdfluorids im pulverförmigen Gemenge erhöht die Kerbschlagzähigkeit der Schweißnaht im technischen Titan anderthalbfach im Vergleich zum Schweißen mit dem bekannten Pulverdraht. -15The presence of 18 to 20% of a rare earth fluoride in the powdery mixture increases the Notched impact strength of the weld seam in technical titanium one and a half times compared to welding with the well-known powder wire. -15
Ein Gehalt von weniger als 18% Seltenerdfluorid im pulverförmigen Gemenge wirkt sich auf das Erreichen stabiler Eigenschaften der Kerbschlagzähigkeit ungünstig aus.A content of less than 18% rare earth fluoride in the powdery mixture affects the achievement stable properties of the notched impact strength are unfavorable.
Als Seltenerdfluorid wurden Lanthanfluorid und Zerfluorid wegen ihrer billigen Verfügbarkeit gewählt.As the rare earth fluoride, lanthanum fluoride and cerium fluoride were chosen because of their cheap availability.
Weitere Vorzüge des erfindungsgemäßen Pulveri.lrahts zum Schmelzschweißen von Titan und dessen Legierungen in einer Inertgasatmosphäre werden nachfolgend an Hand von konkreten Ausführungsbeispielen weiter erläutert.Further advantages of the powder wire according to the invention for fusion welding titanium and its alloys in an inert gas atmosphere explained in more detail below on the basis of specific exemplary embodiments.
Zur Längsnahtschweißung von Halbzeugen von 10 mm Dicke aus technischem Titan nimmt man Pulverdraht von 3,0 mm Durchmesser und folgender Zusammensetzung: Die Drahthülle ist aus Titan hergestellt und das pulverförmige Gemenge enthält (auch hier alle Angaben in Gewichtsprozent):For longitudinal seam welding of semi-finished products of 10 mm thickness made of technical titanium one uses Powder wire with a diameter of 3.0 mm and the following composition: The wire sheath is made of titanium and the powdery mixture contains (also here all data in percent by weight):
5% BaF2,
50% CaF2,
25% SrF2,
.20% LaF3.5% BaF 2 ,
50% CaF 2 ,
25% SrF 2 ,
.20% LaF 3 .
Dabei ist das Gewichtsverhältnis des pulverförmigen Gemenges zum gesamten Titangewicht gleich 0,3.The weight ratio of the powdery mixture to the total weight of titanium is 0.3.
Das Schweißen wird in einer Argonatmosphäre mit Hilfe einer nichtabschmelzenden Elektrode mit einer Geschwindigkeit V = 10 m/h bei einem Schweißctrom / = 430 bis 450 A durchgeführt.The welding is carried out in an argon atmosphere with the aid of a non-consumable electrode at a speed of V = 10 m / h with a welding current of / = 430 to 450 A.
Die erhaltenen Resultate sind:
Nahtverstärkung bis 2 mm Höhe,
an — Kerbschlagzähigkeit — 18 bis 19 kgm/cm?.The results obtained are:
Seam reinforcement up to 2 mm high,
an - notched impact strength - 18 to 19 kgm / cm ?.
Zur Ringnahtschweißung von Halbzeugen von 14 mm Dicke aus einer Titanlegierung des Systems Ti-3 Al-1,5 Mn nimmt man Pulverdraht von 3,5 mm Durchmesser, bewehrt mit einem Titanstab von 2 mm Durchmesser, der innerhalb des pulverförmigen Gemenges längs des Schweißdrahts verläuft. For ring seam welding of semi-finished products with a thickness of 14 mm made of a titanium alloy of the Ti-3 Al-1.5 Mn system, powder wire with a diameter of 3.5 mm is used, reinforced with a titanium rod with a diameter of 2 mm , which runs along the welding wire within the powdery mixture .
Das Schweißen wird mit einer Geschwindigkeit von V=IO m/h bei einem Schweißstrom / = 450 bis 470 A durchgeführt. The welding is carried out at a speed of V = 10 m / h with a welding current / = 450 to 470 A.
in diesem Falle ist die Drahthülle aus einer Titanlegierung des Systems Ti —3 Al —1,5 Mn ausgeführt,
während das pjlverförmige Gemenge folgende Zusammensetzung hat:
10% BaF2,
40% CaF2,
32% SrF2,
18% LaF3.in this case the wire sheath is made of a titanium alloy of the system Ti -3 Al -1.5 Mn, while the powder-shaped mixture has the following composition:
10% BaF 2 ,
40% CaF 2 ,
32% SrF 2 ,
18% LaF 3 .
Das Gewichtsverhältnis des pulverförmigen Gemenges zum Titangewicht ist gleich 0,5.
Die erhaltenen Resultate sind:
Nahtverstärkung bis 3 mm Höhe,
an— Kerbschlagzähigkeit — 8bis9 kgm/cm2.The weight ratio of the powdery mixture to the weight of titanium is equal to 0.5.
The results obtained are:
Seam reinforcement up to 3 mm high,
an - notched impact strength - 8 to 9 kgm / cm 2 .
Zum Handschweißen von Halbzeugen aus technischem Titan von 10 mm Dicke an schwer zugänglichen Stellen verwendet man Pulverdraht von 4 mm Durchmesser, bewehrt mit einem Stab von 1 mm Durchmesser, der innerhalb des pulverförmigen Gemenges längs des Schweißdrahts untergebracht ist.For manual welding of semi-finished products made of technical titanium 10 mm thick in hard-to-reach areas Powder wire with a diameter of 4 mm is used in places, reinforced with a rod of 1 mm in diameter, which is housed within the powdery mixture along the welding wire.
Das Gewichtsverhältnis des pulverförmigen Gemenges zum Titangewicht ist gleich 0,8.The weight ratio of the powdery mixture to the weight of titanium is equal to 0.8.
Das Schweißen wird mit einem Strom / = 300 A durchgeführt. Dabei ist die Drahthülle aus technischem Titan ausgeführt, während das pulverförmige Gemenge folgende Zusammensetzung aufweist:The welding is carried out with a current of / = 300 A. The wire sheath is made of technical Titanium executed, while the powdery mixture has the following composition:
7% BaF2,
45% CaF2,
30% SrF2,
18% CeF3.7% BaF 2 ,
45% CaF 2 ,
30% SrF 2 ,
18% CeF 3 .
Die erhaltenen Resultate sind:
Nahtverstärkung bis 3 mm Höhe,
an— Kerbschlagzähigkeit — 16bis 17 kgm/cm2.The results obtained are:
Seam reinforcement up to 3 mm high,
an - notched impact strength - 16-17 kgm / cm 2 .
Zum Schweißen von Titanlegierungen, wobei die chemische Zusammensetzung der Schweißnaht der Zusammensetzung des Grundmetalls annähernd entsprechen soll, wird Pulverdraht verwendet, der mit Körnern aus dem Grundmetall bewehrt ist, welche im gesamten Volumen des pulverförmigen Gemenges gleichmäßig verteilt sind.For welding titanium alloys, with the chemical composition of the weld seam If the composition of the base metal should correspond approximately, powder wire is used, which with Grains from the base metal is reinforced, which in the entire volume of the powdery mixture are evenly distributed.
In diesem Falle ist das Gewichtsverhältnis des pulverförmigen Gemenges zum gesamten Titangewicht gleich 1,0.In this case is the weight ratio of the powdery mixture to the total weight of titanium equal to 1.0.
Das Gemenge enthält:The mixture contains:
8% BaF2,8% BaF 2 ,
40% CaF2,40% CaF 2 ,
32% SrF2,32% SrF 2 ,
20% LaF3.20% LaF 3 .
Die erhaltenen Resultate sind;
Nahtverstärkung von 2,0 mm,
an — die Kerbschlagzähigkeit der Naht beträgt
mindestens 80% der Kerbschlagzähigkeit des Grundmetatls.The results obtained are;
Seam reinforcement of 2.0 mm,
on - the notched impact strength of the seam is at least 80% of the notched impact strength of the basic metal.
Bei einem mehrschichtigen Schweißen von Teilen aus Titanlegierungen des Systems Ti- 1 Al-1,5 Mn von 25 mm Dicke wird zur Verhinderung von Porenbildung in den Schweißnähten Pulverdraht von 4,5 mm Durchmesser zur Fugenausfüllung verwendet. Dabei ist der Pulverdraht mit Hilfe von drei Stäben von 1 mm Durchmesser bewehrt, welche innerhalb des Pulverdrahts an dessen Umfang angeordnet werden. Das Gewichtsverhältnis des pulverförmigen Gemenges zum Titangewicht beträgt 0,3.In a multi-layer welding of parts made of titanium alloys of the system Ti- 1 Al-1.5 Mn from A thickness of 25 mm is used to prevent pores from forming in the weld seams. Powder wire with a diameter of 4.5 mm is used used to fill joints. Thereby the powder wire is made with the help of three rods of 1 mm Reinforced diameter, which are arranged within the powder wire on its circumference. The The weight ratio of the powdery mixture to the weight of titanium is 0.3.
Das pulverförmige Gemenge enthält:
10% BaF2,
500ZoCaF2,
20% SrF2,
20% CeF3.The powdery mixture contains:
10% BaF 2 ,
50 0 ZoCaF 2 ,
20% SrF 2 ,
20% CeF 3 .
Als Resultat wird erhalten:
an— Kerbschlagzähigkeit der Schweißnaht —
7 bis 8 kgm/cm2.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Pulverdrahts bei der Argonbogenschweißung von Titan mit
einer niclitabschmelzendcn Elektrode ermöglicht ein
Metallschweißen bis 16 mm Dicke ohne Kantenvorbereitung in einem Schweißgang. Die Nahtqualität wird
dabei gesteigert, da sich keine Poren bilden, und die erhaltenen Schweißnähte verstärkt sind, weshalb die
Notwendigkeit eines zweiten zusätzlichen Schweißgangs entfällt. Das bedeutet eine wesentliche Leistungssteigerung
des Schweißprozesses im Vergleich zu denThe result is:
on - Notched impact strength of the weld seam -
7 to 8 kgm / cm 2 .
The use of the powder wire according to the invention in the argon arc welding of titanium with a non-melting electrode enables metal welding up to 16 mm thick without edge preparation in one welding operation. The seam quality is increased because no pores are formed and the weld seams obtained are reinforced, which means that there is no need for a second additional welding pass. This means a significant increase in the performance of the welding process compared to the
ίο bereits bekannten Zusatzwerkstoffen.ίο already known additional materials.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Pulverdrahts zur automatischen Schweißung ist keine Umgestaltung der vorhandenen Ausrüstung erforderlich; der Pulverdraht wird in die Schweißzone ebenso wie der bereits bekannte Zusatzdraht zugeführt. Der erfindungsgemäße Pulverdraht kann ebenfalls als Zusalzwerkstoff bei der Argonbogenhandschweißung von Titan und dessen Legierungen verwendet werden. In diesem Falle ist der Schutz des erstarrenden Metalls wesentlich verbessert, da sich an seiner Oberfläche eine Schicht der erstarrten Schlacke befindet.When using the powder wire according to the invention for automatic welding, there is no Requires redesign of existing equipment; the powder wire will be in the weld zone as well supplied as the already known filler wire. The powder wire according to the invention can also be used as Salting material can be used in the manual argon arc welding of titanium and its alloys. In this case, the protection of the solidifying metal is significantly improved, since a Layer of solidified slag is located.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
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| SU1990025 | 1974-01-22 | ||
| SU1990025A SU531701A1 (en) | 1974-01-22 | 1974-01-22 | Powder wire |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
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