DE2537115A1

DE2537115A1 - Electron beam welding of chromium-molybdenum steel - having high oxygen content with re-melting of each weld projecting weld bead

Info

Publication number: DE2537115A1
Application number: DE19752537115
Authority: DE
Inventors: Takeshi Matsuzaka; Munenobu Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-08-21
Filing date: 1975-08-20
Publication date: 1976-03-11
Also published as: SE7509308L; JPS5122645A

Abstract

Electron beam welding by irradiating basic metal with an electron beam and formation of weld beads, takes place by re-melting the projecting part of each weld bead which forms an expansion of solidifying line of weld bead in direction of welding, after solidification of weld bead surface, while internal part is still in molten condition, by using an electron beam, laser beam or plasma arc jet. Used esp. for welding Cr-Mo steel contg. 1-3 wt% Cr, 0.5-1.5 wt% Mo and >300 ppm O2. Re-melting and re-solidification process allows correction of insufficient filling of central part of bead and prevents formation of pores and cracks. Each bead is pref. re-melted immediately after formation, in course of welding, pref. to 1/3-1/2 of its melting depth.

Description

Verfahren zum Elekt ronenstrahlschweißen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Elektronenstrahlschweißen, das sich besonders zum Verschweißen von Chrom-Molybdän-Stählen mit hohen Sauerstoffgehalten eignet. Method for electron beam welding The invention relates to to a method for electron beam welding, which is particularly suitable for welding of chrome-molybdenum steels with high oxygen contents.

Das Elektronenstrahlschweißen ist auf verschiedenen Gebieten wegen seiner einzigartigen Vorteile wie hoher Schweißgeschwindigkeit, guter Schweißeindringtiefe, begrenzter Grundmetallaufschmelzung und der Eignung zur Verbindung ungleicher Werkstoffe in Anwendung. Das Verfahren hat jedoch auch Nachteile. Der Hauptnachteil ist die häufige Bildung von Blasen bzw. Lunkern und Rissen im Schweißmetall. Dies gilt insbesondere für Cr-Mo-Stähle mit Sauerstoffgehalten von 300 ppm oder mehr. Electron beam welding is due in various fields its unique advantages such as high welding speed, good welding penetration depth, limited base metal melting and the suitability for joining dissimilar materials in use. However, the method also has disadvantages. The main disadvantage is that frequent formation of bubbles or voids and cracks in the weld metal. This is especially true for Cr-Mo steels with oxygen contents of 300 ppm or more.

Versuche zeigten, daß unter mehreren für die Poren- und Rißbildung als ursächlich betrachteten Faktoren die instabile Erstarrung des Schweißmetalls der wichtigste Faktor ist. Diese Erscheinung tritt auf, wenn der Fortschritt der Schweißraupenerstarrung innen langsamer als in den oberen Teilen der Schweißraupen erfolgt. Es ist allgemein bekannt, daß die genannte Erscheinung von plötzlichem Aufquellen und unzureichender Fluidität der Metallschmelze herrührt. Genauer ausgedrückt, steigt das im Lauf des Elektronenstrahlschweißens geschmolzene Metall durch den inneren Gasdruck oder den Dampfdruck des geschmolzenen Metalls über die Grundmetalloberfläche, was man "plötzliches Aufquellen" nennt. Da der Oberflächenteil der Metallschmelze mehr wärmeleitend als deren innerer Teil ist, neigt der erstere zum Abkühlen und Erstarren, während er angehoben wird. Wenn dies geschieht, wird der innere Teil leicht nur unvollständig mit Metallschmelze gefüllt, so daß häufig Poren oder Risse entstehen. Die mangelnde Füllung oder "Unterfüllung" läßt sich in gewissem Grad durch eine Maßnahme zur Verbesserung der Fluidität der Metallschmelze korrigieren. Dies zu erreichen, ist jedoch so schwierig, daß sich keine der bisher vorgenommenen Maßnahmen als voll wirksam erwies. Z. B.Tests showed that among several for the pore and crack formation factors considered to be the cause of the unstable solidification of the weld metal the most important factor is. This phenomenon occurs when the progress of the The inside of the weld beads solidifies more slowly than in the upper parts of the weld beads he follows. It is well known that the said phenomenon is sudden Swelling and insufficient fluidity of the molten metal arises. More precisely, the molten metal in the course of electron beam welding rises through the internal gas pressure or the vapor pressure of the molten metal over the base metal surface, what is called "sudden swelling". Because the surface part of the molten metal is more thermally conductive than its inner part, the former tends to cool down and Freeze as it is lifted. When this happens, the inner part becomes easily only incompletely filled with molten metal, so that pores or cracks are frequent develop. The lack of filling or "underfilling" can be reduced to some extent correct by a measure to improve the fluidity of the molten metal. Achieving this is so difficult, however, that none of the hitherto undertaken has been made Measures proved to be fully effective. E.g.

wird die Verbesserung der Fluidität selbst durch Senken der Schweißgeschwindigkeit oder Zufuhren eines Zusatzes zur Schweißzone bewirkt, der eine Steigerung der Fluidität der Metallschmelze hervorruft. Jedoch ist eine verringerte Arbeitsgeschwindigkeit nicht praktisch, da sie einen Vorteil des Elektronenstrahlschweißens, nämlich die hohe Schweißgeschwindigkeit, wieder beseitigt und somit unter wirtschaftlichem Gesichtspunkt unerwünscht ist. Der Zusatz eines die Fluidität steigernden Materials zur Schmelzzone bringt Schwierigkeiten in der Materialwahl und der Steuerung der zuzusetzenden Menge mit sich. Außerdem muß besondere Sorge bei Einrichtung der Mittel zum Zuführen eines solchen Materials getragen werden. Zusätzlich begrenzt die Ungleichheit der Zusammensetzung des Schweißmetalls und des Grundmetalls die Anwendung dieser Technik. Unter Berücksichtigung dieser Gegebenheiten besteht ein Bedarf an einem neuartigen Elektronenstrahlschweißverfahren, das sämtliche Poren- oder Rißbildungen im Schweißmetall eliminiert. Auch war die Entwicklung eines Verfahrens zum befriedigenden Verbinden von Werkstücken aus Cr-Mo-Stählen mit hohen Sauerstoffgehalten dringend erwünscht.will improve the fluidity itself by lowering the welding speed or supplying an additive to the weld zone which increases the fluidity which causes molten metal. However, there is a reduced working speed not practical as it has one advantage of electron beam welding, namely the high welding speed, eliminated again and thus from an economic point of view is undesirable. The addition of a fluidity enhancing material to the melt zone brings difficulties in the choice of material and the control of the amount to be added with himself. Also must special care in setting up the funds for feeding such material. Additionally, the inequality limits the composition of the weld metal and the base metal the application of these Technology. With these facts in mind, there is a need for one new electron beam welding process that eliminates all pores or cracks eliminated in the weld metal. Also the development of a process was satisfactory It is urgent to connect workpieces made of Cr-Mo steels with high oxygen contents he wishes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues Elektronenstrahlschweißverfahren zu entwickeln, bei dem die Bildung irgendwelcher Poren der Risse im Schweißmetall ausgeschlossen wird und das sich besonders zum Verschweißen von Cr-Mo-Stählen eignet. The invention is therefore based on the object of a new electron beam welding process to develop in which the formation of any pores of the cracks in the weld metal excluded and which is particularly suitable for welding Cr-Mo steels.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zum Elektronenstrahlschweißen durch Bestrahlen des Grundmetalls mit einem Elektronenstrahl und dadurch Bilden von Schweißraupen, mit dem Kennzeichen, daß der vorragende Teil jeder Schweißraupe, der eine Ausdehnung der Erstarrungslinie der Schweißraupe in der Schweißrichtung bildet, nach Erstarren der Oberfläche der Schweißraupe bei noch im geschmolzenen Zustand befindlichem inneren Teil derselben mittels eines Elektronenstrahls, Laserstrahls oder Plasmalichtbogens wieder geschmolzen wird. The invention, with which this object is achieved, is a Method of electron beam welding by irradiating the base metal with a Electron beam and thereby the formation of weld beads, with the characteristic that the protruding part of each weld bead that is an extension of the solidification line the weld bead forms in the welding direction after solidification of the surface of the Weld bead with the inner part of the same still in the molten state melted again by means of an electron beam, laser beam or plasma arc will.

Durch dieses Wiederaufschmelzen und erneute Erstarren des oberen Teils jeder durch das Elektronenstrahlschweißen gebildeten Schweißraupe läßt sich in verläßlicher Weiße die unzureichende Füllung des mittleren Teils im Inneren der Schweißraupe korrigieren. By this re-melting and re-solidification of the upper one Part of every weld bead formed by electron beam welding can be the inadequate filling of the central part inside the Correct weld bead.

Um das Ziel der Erfindung zu erreichen, ist es wesentlich, die Zeit des Wiederaufschmelzens der Schweißraupen, die Tiefe des Wiederaufschmelzens und die Mittel zum Wiederaufschmelzen geeignet zu wählen. Wenn diese Bedingungen nicht ausreichend erfüllt werden, ist das Verhindern von Poren und Rissen schwierig. Die Bedingungen werden im folgenden näher erläutert: Jede Schweißraupe sollte unverzüglich nach ihrer Oberflächenerstarrung wieder aufgeschmolzen werden. Die Wiederaufschmelztiefe ist vorzugsweise angenähert die halbe Eindringtiefe der Schweißraupe. Das zu verwendende Wiederaufschmelzmittel wird aus der Gruppe Elektronenstrahl, Laserstrahl und Plasmalichtbogen gewählt. Auf die Gründe zur Beschränkung auf diese Heizquellen wird im Zusammenhang der Beschreibung noch eingegangen. In order to achieve the aim of the invention, time is essential the remelting of the weld beads, the depth of remelting and to choose the means for remelting appropriately. If these conditions are not are sufficiently satisfied, the prevention of pores and cracks is difficult. the Conditions are detailed below: Each weld bead should be promptly be melted again after their surface solidification. The remelting depth is preferably approximately half the penetration depth of the weld bead. The one to use Remelting agent is selected from the group consisting of electron beam, laser beam and plasma arc chosen. The reasons for the restriction to these heating sources are related the description was received.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt einer Schweißverbindung mit einer durch Elektronenstrahlschweißen gebildeten einwandfreien Schweißraupe, Fig. 2 einen Längsschnitt der in Fig. 1 dargestellten Verbindung, Fig. 3 einen Querschnitt einer Schweißverbindung mit einer durch Elektronenstrahlschweißen gebildeten fehlerhaften Schweißraupe, Fig. 4 einen Längsschnitt der in Fig. 3 gezeigten Verbindung, Fig. 5 eine 2,5fach vergrößerte Aufnahme eines Querschnitts einer Schweißraupe, die durch Verbinden von Cr-Mo-Stahlwerkstücken durch Elektronenstrahlschweißen erhalten wurde, Fig. 6 eine 2,5fach vergrößerte Aufnahme eines Längsschnitts der in Fig. 5 gezeigten Schweißraupe, Fig. 7 einen Längsschnitt zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 8 einen Querschnitt einer erfindungsgemäß erhaltenen Schweißraupe, und Fig. 9 eine 2,5fach vergrößerte Aufnahme eines Querschnitts einer erfindungsgemäßen Schweißraupe. The invention is illustrated with reference to the in the drawing Embodiments explained in more detail; 1 shows a cross section of a Welded joint with a perfect one formed by electron beam welding Welding bead, FIG. 2 a longitudinal section of the connection shown in FIG. 1, 3 shows a cross section of a welded connection with an electron beam welded connection defective weld bead formed, FIG. 4 shows a longitudinal section of the one shown in FIG Connection, Fig. 5 is a 2.5 times enlarged view of a cross section one Welding bead made by joining Cr-Mo steel workpieces by electron beam welding 6 is a photo, enlarged 2.5 times, of a longitudinal section of the 5, FIG. 7 shows a longitudinal section for illustration of an exemplary embodiment of the invention, FIG. 8 shows a cross section of an inventive obtained weld bead, and FIG. 9 shows a photo of a cross section enlarged 2.5 times a weld bead according to the invention.

Beim Elektronenstrahlschweißen ist es erwünscht, daß die Schweißraupen mit einwandfreiem Umriß gebildet werden, worin die Erstarrung vom unteren Schmelzbereich aus aufwärts fortschreitet. Wenn der Gasgehalt eines Grundmetalls niedrig ist, ist die Wahrscheinlichkeit eines plötzlichen Aufquellens gering, und wenn die Fluidität des geschmolzenen Metalls gut ist, läßt sich die unzureichende Füllung der Schweißraupen auch dann korrigieren, wenn die Aufquellerscheinung auftritt. Daher erhält man, wenn ein Grundmaterial, das diese beiden Anforderungen erfüllt, mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, um eine keilförmige Schweißraupe zu bilden, die im unteren Teil eng und im oberen Teil breit ist, eine gesunde und fehlerfreie Schweißraupe. Die Fig. 1 und 2 zeigen die Ausbildungen einer Schweißraupe, die fehlerfrei erstarrte. Fig. 1 stellt einen Querschnitt und Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Schweißverbindung mit der Schweißraupe dar. Schweißraupen 2, die durch Bestrahlen der Grundmaterialwerkstücke 1 und 1 a mit einem Elektronenstrahl gebildet sind, ziehen glatte und regelmäßige Erstarrungslinien 3, die zueinander parallel sind, wenn die Erstarrung fehlerfrei erfolgt. Solche wünschenswerte Schweißraupen werden jedoch selten erhalten. In den meisten Fällen werden die inneren Bereiche des Schweißeindringraumes unzureichend gefüllt, so daß Poren, Risse oder andere Fehler entstehen. Dies gilt fast stets beim Elektronenstrahlschweißen von Cr-Mo-Stählen. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Schweißverbindung mit einer Schweißraupe, in der die Erstarrung der Metallschmelze nicht normal, sondern in den oberen Bereichen zuerst fortschritt. In diesem Fall ist die Schmelzbreite, die zuerst erstarrte, üblicherweise geringer als die, wo sich die Erstarrung verzögerte. Die Erstarrungslinien 3 der Schweißraupen ergeben dann ein Muster wie das in Fig. 4 gezeigte, d. h. die wegen verzögerter Erstarrung unzureichend mit geschmolzenem Metall gefüllten Teile 3 a sind eingehöhlt, während die oberen Teile 3b, die eher erstarrten, vorspringen. Die Unterfüllungsteile 3a haben Fehler, wie z. B. Poren 4 und Risse 5. Das Nacheilen im Lauf der Erstarrung in den Schweißraupen variiert nicht nur mit der Art des Grundmetalls, sondern auch mit dem Brennpunkt des Elektronenstrahls. Wenn z. B. der Elektronenstrahl auf einen Punkt unter der Oberfläche des Grundmetalls fokussiert ist, um eine Schweißraupe des Umrisses gemäß Fig. 1 zu bilden, neigt das Vorderende der Schweißraupe zur Abweichung von der Schweißlinie des Grundmetalls. Aus diesem Grunde ist es erwünscht, Schweißraupen zu erhalten, die eine gleichmäßige Schmelztiefe über die gesamte Schweißraupenhöhe aufweisen. Jedoch erstarrt auch hier wieder der obere Teil des Schweißmetalls zuerst, so daß Fehler im oberen Teil auftreten. In electron beam welding, it is desirable that the weld beads be formed with perfect outline, wherein the solidification from the lower melting range from progresses upwards. When the gas content of a base metal is low, is the likelihood of sudden swelling small, and if the fluidity of the molten metal is good, the insufficient filling of the weld beads correct even if the swelling occurs. Hence one obtains when a base material that meets both of these requirements with an electron beam is irradiated to form a wedge-shaped weld bead in the lower part is narrow and wide in the upper part, a healthy and flawless weld bead. the 1 and 2 show the designs of a weld bead which solidified without defects. 1 shows a cross section and FIG. 2 shows a longitudinal section through the welded joint with the weld bead. Weld bead 2 produced by irradiating the base material workpieces 1 and 1 a are formed with an electron beam, draw smooth and regular Solidification lines 3 which are parallel to each other when solidification is free of defects he follows. However, such desirable weld beads are seldom obtained. In the in most cases the internal areas of the weld penetration space become insufficient filled, so that pores, cracks or other defects arise. This is almost always the case in electron beam welding of Cr-Mo steels. Fig. 3 shows a cross section by a welded joint with a weld bead, in which the solidification of the molten metal not normal, but progressed first in the upper areas. In this case the melt width that solidified first is usually less than that where the freeze was delayed. The solidification lines 3 of the weld beads result then a pattern like that shown in FIG. H. those due to delayed solidification Insufficiently filled with molten metal parts 3a are hollowed out, while the upper parts 3b, which have rather solidified, protrude. The underfill parts 3a have errors such as B. Pores 4 and cracks 5. The lagging in the course of solidification in the weld beads varies not only with the type of base metal, but also with the focus of the electron beam. If z. B. the electron beam on one Point below the surface of the base metal is focused to create a weld bead of the outline of FIG. 1, the front end of the weld bead tends to deviate from the weld line of the base metal. For this reason, it is desirable to have weld beads to obtain a uniform melt depth over the entire weld bead height exhibit. However, here too the upper part of the weld metal solidifies first, so that errors occur in the upper part.

Fig. 5 zeigt eine 2,5fach vergrößerte Aufnahme, die einen Querschnitt einer Schweißraupe darstellt, die durch Beschichten eines Grundmetalls aus "JIS" (Japanischer Industrie-Standard) "SM 41" (gewalzter Stahl für Schweißkonstruktion, Klasse 1, Zugfestigkeit 41 - 52 kg/mm ) mit 2 1/4 Gew.-% Cr - 1 Gew.-% Mo-Stahl mittels Schweißens mit verdecktem Lichtbogen und anschließendes Stumpfschweißen der beschichteten Werkstücke mittels Elektronenstrahlschweißens unter Erhalten eines parallelen Querschnittsumrisses gebildet wurde. Fig. 6 zeigt eine 2,5fach vergrößerte Aufnahme zur Abbildung eines Längsschnitts durch die gleiche Schweißstelle. Diese Abbildungen zeigen deutlich, daß die Schweißstellen, wo die Erstarrung verzögert wurde, Risse aufweisen.Fig. 5 shows a 2.5 times enlarged recording, the a cross section represents a weld bead obtained by coating a base metal from "JIS" (Japanese Industry Standard) "SM 41" (rolled steel for welded construction, Class 1, tensile strength 41 - 52 kg / mm) with 2 1/4 wt .-% Cr - 1 wt .-% Mo steel by means of welding with a concealed arc and subsequent butt welding of the coated workpieces by means of electron beam welding to obtain a parallel cross-sectional outline was formed. Fig. 6 shows a 2.5 times enlarged Recording for the illustration of a longitudinal section through the same welding point. These Figures clearly show that the welds where solidification is delayed have cracks.

Wie schon im Zusammenhang mit Fig. 4 bemerkt wurde, ist es auch klar, daß die Erstarrungslinien so gekrümmt sind, daß sie anzeigen, daß die Schweißraupen in den mittleren Teilen der Raupen einsinken, während sich ihre oberen Teile in der Schweißrichtung vorwölben. Die Zusammensetzung des 2 1/4 Gew.-% Cr - 1 Gew.-% Mo-Stahls, der zum Beschichten des erstgenannten Stahls verwendet wurde, ist folgende: 0,12 Gew.-% C, 0,15 Gew.-% Si, 0,63 Gew.-% Mn, 2,4 Gew.-% Cr, 1,0 Gew.-%Mo und 500 ppm O2 Nach einer Anzahl von Versuchen zur Auffindung der Gründe der Blasen bzw. Poren und Risse in Schweißstellen wurde gefunden, daß sich diese Fehler in etwa 1/3 bis 1/2 der Schmelztiefe, gemessen von der Schweißraupenoberfläche, entwickeln. Wie schon bemerkt, schreibt man solche Fehler, wie Schweißrisse und Poren der Tatsache zu, daß die Erstarrung des geschmolzenen Metalls nicht normal fortschreitet, sondern zunächst in den oberen Teilen der Schweißraupen erfolgt. Das bedeutet, daß sich die Fehler vermeiden lassen, indem man die Schweißbereiche unmittelbar nach ihrer Erstarrung erneut aufschmilzt. Dies überwindet das Problem der Nacheilung bei der Erstarrung der mittleren Teile der Schmelzeindringbereiche, und diese Teile werden zur Beseitigung der Fehler völlig aufgefüllt. Zum erfolgreichen Wiederaufschmelzen für den angegebenen Zweck ist die Festlegung der Zeit hierfür wesentlich. Eine Verzögerung des Wiederaufschmelzens oder ein Wiederaufschmelzen, nachdem eine weitgehende Erstarrung des geschmolzenen Metalls stattgefunden hat und sich bereits Poren und Risse gebildet haben, ist nutzlos. Ein zu frühes Wiederaufschmelzen verfehlt ebenfalls das angestrebte Ziel. In der Praxis ist es erforderlich, das Wiederaufschmelzen unverzüglich nach Erstarren der Oberfläche der gerade gebildeten Schweißraupe vorzunehmen. Dies erreicht man während jedes Durchlaufs des Elektronenstrahlschmelzens durch Wieder aufschmelzen der im unmittelbar vorangehenden Durchlauf gebildeten Schweißraupe. Die Festsetzung der Wiederaufschmelztiefe ist ebenso wesentlich. Das erneute Aufschmelzen sollte bis wenigstens in eine Tiefe erfolgen, die ausreicht, daß die in der Schweißrichtung vorspringenden Teile (3b in Fig. 4) schmelzen. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, erhalten die Bereiche der verzögerten Erstarrung nicht den erforderlichen Nachschug an geschmolzenem Metall, und die Erstarrungslinien ziehen ein in Fig. 4 gezeigtes Muster, bei dem noch Poren und Risse entstehen. Die Maximaltiefe des Wiederaufschmelzens reicht bis da hinab, bis wo die Erstarrung verzögert war. Wird das Wiederaufschmelzen bis noch tiefer durchgeführt, tritt erneut eine Verschlechterung der Schweißstelle durch die Erschei nung des plötzlichen Aufquellens auf. Da Fehler üblicherweise im Tiefenbereich von einem Drittel bis zur Hälfte, gemessen von den Oberflächen der Schweißraupen aus, auftreten, muß nur dieser besondce Tiefenbereich wieder aufgeschmolzen werden. Das Mittel zum Wiederaufschmelzen soll aus der Gruppe Elektronenstrahl, Laserstrahl und Plasmalichtbogen gewählt werden. Falls man andere Mittel verwendete, würden nicht nur die Vorteile des Elektronenstrahlschweißens beeinträchtigt, sondern es würden auch eine Deformation und das Entstehen von Restspannungen gefördert.As has already been noted in connection with FIG. 4, it is also clear that the solidification lines are so curved that they indicate that the weld beads in the middle parts of the caterpillars sink in, while their upper parts are in bulge in the direction of welding. The composition of the 2 1/4 wt% Cr - 1 wt% Mo steel used to coat the former steel is as follows: 0.12 wt% C, 0.15 wt% Si, 0.63 wt% Mn, 2.4 wt% Cr, 1.0 wt% Mo and 500 ppm O2 After a number of attempts to find the cause of the bubbles or Pores and cracks in welds have been found to approximate these defects Develop 1/3 to 1/2 of the melt depth, measured from the weld bead surface. As already noted, one writes such mistakes as welding cracks and pores of fact admitted that the solidification of the molten metal does not proceed normally, but rather first takes place in the upper parts of the weld beads. That means that yourself Let the mistakes be avoided by removing the welding areas right away melts again after it has solidified. This overcomes the problem of lag upon solidification of the central parts of the melt penetration areas, and these parts are completely filled in to eliminate the errors. For successful remelting for the stated purpose, the determination of the time is essential. A delay of remelting or remelting after substantial solidification of the molten metal has taken place and pores and cracks have already formed have is useless. Melting again too early also fails to achieve the desired result Target. In practice it is necessary to re-melt immediately Make solidification of the surface of the weld bead just formed. Achieved this one remelted during each pass of electron beam melting the weld bead formed in the immediately preceding pass. The fixing the remelt depth is also essential. The remelting should to take place at least to a depth that is sufficient that the in the welding direction Melt protruding parts (3b in Fig. 4). If this condition is not met the areas of retarded solidification do not get the required Refill of molten metal, and the solidification lines move into Fig. 4, in which pores and cracks still arise. The maximum depth of the Remelting extends down to where solidification was delayed. Will If the remelting is carried out even deeper, deterioration occurs again the welding point due to the appearance of the sudden swelling. Because mistake usually in the depth range from a third to a half, measured from the Surfaces of the weld beads occur, only this particular depth range has to be melted again will. The means of remelting should be selected from the group electron beam, laser beam and plasma arc. If other means were used, it would not only take advantage of electron beam welding impaired, but there would also be deformation and the generation of residual stresses promoted.

Mit diesen anderen Mitteln erhält man in keinem Fall befriedigende Ergebnisse.With these other means one gets in no case satisfactory Results.

Fig. 7 veranschaulicht eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anordnung. Ein Paar von Einrichtungen zum Elektronenstrahlschweißen sind in Tandem-Anordnung dargestellt. Während die vorangehende Einrichtung 6 in einem Schweißdurchlauf ist, schmilzt die nachfolgende Einrichtung 7 den vorspringenden Teil 3b der gerade gebildeten Schweißraupe 2 wieder auf. In dieser Weise wird jede Erstarrungslinie 3 geglättet, und es findet keine Poren- oder Rißbildung mehr statt. Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildete Schweißraupe. Die durch den vorderen Elektronenstrahl erzeugte Schweißraupe 2 hat einen durch ausgezogene Linien angedeuteten Umriß, weil der obere Teil des geschmolzenen Metalls aufgrund plötzlichen Aufquellens zuerst erstarrt. Fig. 7 illustrates one for carrying out the invention Procedure suitable arrangement. A pair of electron beam welding devices are shown in tandem. While the foregoing device 6 in a welding pass, the subsequent device 7 melts the protruding one Part 3b of the weld bead 2 just formed again. In this way each will Solidification line 3 smoothed, and there is no more pore or crack formation. Fig. 8 shows a cross section through one formed by the method according to the invention Weld bead. The weld bead 2 generated by the front electron beam has an outline indicated by solid lines because the upper part of the molten Metal solidified first due to sudden swelling.

Die nachfolgende Wiederaufschmelzeinrichtung 7 bildet dann eine Schweißraupe 8, die durch Strichpunktlinien dargestellt ist. Die beiden Schweißraupen 2, 8 werden so unter Bildung eines metallographisch zusammengewachsenen Gebildes gewünschten Umrisses kombiniert. Erfindungsgemäß ist die Einrichtung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, Laserstrahls oder Plasmalichtbogens zur Verwendung beim Wiederaufschmelzen der Schweißraupen zweckmäßig mit einem Mechanismus zum Verstellen des Strahls oder Lichtbogens nach vorn oder hinten und nach rechts oder links ausgerüstet. Vorzugsweise ist der Mechanismus beweglich, um an die Größe der vorgewölbten Teile 3b jeder Schweißraupe während des Wiederaufschmelzens angepaßt werden zu können.The subsequent remelting device 7 then forms a weld bead 8, which is represented by dash-dotted lines. The two weld beads 2, 8 are so desired with the formation of a metallographically fused structure Combined outline. According to the invention, the device for generating an electron beam is Laser beam or plasma arc for use in remelting the weld beads expediently with a mechanism for adjusting the beam or arc according to front or back and after Equipped on the right or left. Preferably the mechanism is movable to adjust to the size of the bulging parts 3b of each weld bead to be adjusted during remelting.

In dieser Weise lassen sich die vorspringenden Teile wirksam wiederaufschmelzen.In this way, the protruding parts can be effectively remelted.

Die Erfindung ist vorteilhaft auf das Elektronenstrahlschweißen von Cr-Mo-Stählen anwendbar, die 1 - 3 Gew.-96 Cr, 0,5 - 1,5 Gew.-% Mo und wenigstens 300 ppm O2 enthalten. Die Stähle dieses Typs, die häufiges plötzliches Aufquellen und eine sehr geringe Fluidität im geschmolzenen Zustand zeigen, wurden bisher als nach der Elektronenstrahltechnik nicht schweißbar betrachtet. The invention is advantageous to electron beam welding of Cr-Mo steels applicable, the 1 - 3 wt. -96 Cr, 0.5 - 1.5 wt .-% Mo and at least Contains 300 ppm O2. Steels of this type that have frequent sudden swelling and show very poor fluidity in the molten state have been hitherto considered not considered weldable according to electron beam technology.

Die Erstarrungslinien von Schweißraupen lassen sich z. B. unter Einsatz von Ultraschallwellen erfassen. Die Verwendung eines solchen Detektors ist beim Schweißvorgang zweckmäßig. The solidification lines of weld beads can be z. B. using of ultrasonic waves. The use of such a detector is at Welding process useful.

Als Beispiel der Erfindung wurde folgender Schweißvorgang durchgeführt: Grundmetall aus "JIS SM 41" wurde mit einer 20 mm dicken Schicht aus 2 1/4 Gew.-% Cr - 1 Gew.-% Mo-Stahl durch Schweißen mit verdecktem Lichtbogen beschichtet. Zwei Werkstücke des so plattierten Grundmetalls wurden stumpfverschweißt. Die Dicke des Grundmetalls war 50 mm und die Schweißlänge 200 mm. Die Zusammensetzung des Beschichtungsmetalls war 0,12 Gew.-% C, 0,17 - Gew.-qd Si, 0,61 Gew.-% Mn, 2,52 Gew.-% Cr, 1,05 Gew.-% Mo und 515 ppm °2' Rest Eisen. Zwei Elektronenstrahlschweißeinrichtungen wurden in Tandem-Anordnung vorgesehen. Die vordere Einrichtung verschweißte Stoß an Stoß gefügte Flächen der Werkstücke, und die nachfolgende Einrichtung schmolz die durch di e erstere erzeugten Schweißraupen wieder auf. As an example of the invention, the following welding process was carried out: Base metal made of "JIS SM 41" was coated with a 20 mm thick layer of 2 1/4 wt. Cr - 1 wt% Mo steel coated by hidden arc welding. Two Workpieces of the base metal thus plated were butt-welded. The thickness of the Base metal was 50 mm and the weld length was 200 mm. The composition of the coating metal was 0.12 wt% C, 0.17 wt% Si, 0.61 wt% Mn, 2.52 wt% Cr, 1.05 wt% Mo and 515 ppm ° 2 'remainder iron. Two electron beam welders were made provided in tandem arrangement. The front equipment was welded end to end joined surfaces of the workpieces, and the subsequent device melted the weld beads produced by the former again.

Die Arbeitsbedingungen der führenden Elektronenstrahlschweißeinrichtung waren: Beschleunigungspotential 50 kV; Schweiß strom 400 m A ; Schweißgeschwindigkeit 0,2 m/sec; Abstand zwischen der Elektronenschleuderspitze und der Grundmetalloberfläche 150 mm; Brennpunkt des Elektronenstrahls + 100 mm. Das Schweißen unter diesen Bedingungen ergab parallele Schweißraupen mit einer Eindringtiefe von 50 mm.The working conditions of the leading electron beam welding facility goods: acceleration potential 50 kV; Welding current 400 mA; Welding speed 0.2 m / sec; Distance between the electron ejector tip and the base metal surface 150 mm; Focal point of the electron beam + 100 mm. Welding under these conditions resulted in parallel weld beads with a penetration depth of 50 mm.

Die nachfolgende Elektronenstrahlschweißeinrichtung wurde da angeordnet, wo eie iede Schweißraupe, sobald sie von der vorderen Einrichtung gebildet war, wieder aufschmelzen konnte. Ihre Arbeitsbedingungen waren: Beschleunigungspotential 50 kV; Schweißstrom 200 mA; Schweißgeschwindigkeit 0,2 m/sec; Abstand zwischen der Elektronenschleuderspitze und der Grundmetalloberfläche 150 mm; Brennpunkt des Elektronenstrahls - 125 mm. Das Schweißen unter diesen Bedingungen erzeugte keilförmige Schweißraupen mit einer Eindringtiefe von 25 mm.The downstream electron beam welding device was arranged there, where every weld bead, once it was formed by the front device, could melt again. Their working conditions were: Acceleration potential 50 kV; Welding current 200 mA; Welding speed 0.2 m / sec; Distance between the Electron ejector tip and the base metal surface 150mm; Focus of the electron beam - 125 mm. Welding under these conditions produced wedge-shaped weld beads with a penetration depth of 25 mm.

Das Elektronenstrahlschweißen nac h dem beschriebenen Verfahrensablauf ergab von Poren oder Rissen freie Schweißstellen. Die Erstarrungs linien der so gebildeten Schweißraupen waren glatt und regelmäßig, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Das rißfreie Gefüge der Schweißraupen wird aus Fig. 9 offenbar, die eine 2,5fach vergrößerte Aufnahme zur Abbildung eines Querschnitts durch eine nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren gebildete Schweißraupe zeigt. Electron beam welding according to the process sequence described resulted in welds free of pores or cracks. The lines of solidification of the so The weld beads formed were smooth and regular as shown in FIG. The crack-free structure of the weld beads is evident from FIG. 9, which is 2.5 times Enlarged photo to depict a cross section through one according to the above shows the method described formed weld bead.

Wie die Beschreibung erkennen läßt, ermöglicht die Erfindung die Verhinderung der Bildung von Rissen und Poren im fertigen Schweißmetall während des Elektronenstrahlschweißens. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist daher besonders zum Elektronenstrahlschweißen von Cr-Mo-Stählen mit hohen Sauerstoffgehalten geeignet. As the description reveals, the invention enables Preventing the formation of cracks and pores in the finished weld metal during of electron beam welding. The method according to the invention is therefore special suitable for electron beam welding of Cr-Mo steels with high oxygen contents.

Claims

Approaching electron beam welding by irradiating the base metal with an electron beam and thereby forming welding beads, characterized in that that the protruding part of each weld bead (2), which is an extension of the solidification line (3) the weld bead forms in the welding direction after solidifying the surface the weld bead (2) with the inner part still in the molten state the same by means of an electron beam (device 7), laser beam or plasma arc is melted again.

2. The method according to claim 1, characterized in that each weld bead (2) is melted again immediately after its formation in the course of welding.

3. The method according to claim 1, characterized in that each weld bead (2) Melted again to about 1/3 to 1/2 of the melting depth of the weld bead will.

4. The method according to claim 1, characterized in that the base metal a chromium-molybdenum steel with 1 - 3 wt .-% Cr, 0.5 to 1.5 wt .-% Mo and at least 300 ppm O2 is welded. Blank page