DE2553418A1

DE2553418A1 - Verfahren zum hochstrom-schutzgas- lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE2553418A1
Application number: DE19752553418
Authority: DE
Inventors: Jinkichi Tanaka; Itaru Watanabe
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1974-11-27
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1976-06-10
Also published as: CA1042993A; US4071732A; JPS539571B2; IT1049888B; ES442956A1; JPS5161453A

Description

Die Erfindung befaßt sich generell mit Schutzgas-Lichtbogenschweißmethoden. Im besonderen betrifft die Erfindung ein verbessertes Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren mit sehr guter Eignung zum Verschweissen der geradlinigen oder spiralförmigen Naht offener Rohre im Rahmen der Herstellung von für sehr niedrige Temperaturen vorgesehenen Leitungsrohren sowie zum Schweissen anderer Werkstoffe, welche bei niedrigen Temperaturen hohe Zähigkeit bewahren müssen.

Leitungsrohre mit hohem Durchmesser werden im allgemeinen nach der UOE-Methode, dem Spiralverfahren u.dgl. auf der Grundlage fabriksmäßiger Massenfertigung erzeugt. Es besteht daher ein großer Bedarf an einem rascher und lei-

stungsfähiger arbeitenden Schweißverfahren. Im Hinblick darauf wurde die Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißmethode zur serienmäßigen Verschweißung der geradlinigen oder spiralförmigen Naht der nach dem TJOE- oder Spiralverfahren erzeugten offenen Rohre angewendet. Dieses Schweißverfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung von Rohren mit großem !Durchmesser, da es mit einer hohen Schweißwärmezufuhr arbeitet, welche zu einem tiefen Einbrand führt und daher eine wesentlich höhere Schweißleistung als die übrigen Lichtbogenschweißmethoden, wie die Metall-Inertgas-Lichtbogenschweißung (nachstehend einfach als "MIG-Verfahren" bezeichnet) und die COp-Schutzgas-Lichtbogenschweißung gewährleistet. In jüngerer Zeit wurde ein Ansteigen des Interesses an dickwandigen (z.B. eine Wandstärke von>25 mm aufweisenden) Leitungsrohren für Niedertemperaturzwecke verzeichnet. Im Gegensatz zu den Rohren mit gewöhnlichem Durchmesser dienen die meisten derartigen Leitungsrohre dazu, Erd- bzw. Naturgas u.dgl. unter hohem Druck und mit nahe an der Schallgrenze liegenden hohen Geschwindigkeiten aus sehr kalten Zonen herbeizufördern. Daher müssen sowohl der Grundwerkstoff als auch die Schweißnahtzone bei niedrigen Temperaturen eine sehr hohe Zähigkeit bewahren. Ferner ist die Härte der Schweißnahtzone (einschließlich des Grundwerkstoffs) häufig auf geringe ¥erte (d.h. von weniger als 260 für Hv 1 kg) begrenzt, damit es nicht zu einer Spannungskorrosion aufgrund der Gegenwart von Sulfiden kommt. Das vorgenannte, mit hoher Wärmezufuhr arbeitende Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren eignet sich gut für die Erzeugung der für sehr niedrige Temperaturen geeigneten Leitungsrohre und erbringt eine zufriedenstellende Schweißleistung. Wenn man diese Methode jedoch zum Verschweissen von Rohren mit einer Wandstärke von 25 mm anwendet, benötigt man eine Schweißwärmezufuhr von 65000 Joule/cm. Als Folge davon kommt es zu einer spürbaren Verschlechterung der Eigenschaften, insbesondere der Schlagfestigkeit bzw. -Zähigkeit in der wärmebeeinflußten Nach-

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barzone zur Verbindung der Schweißnahtzone. Dieser Effekt macht sich besonders an den Eigenschaften von hochwertigen Stählen, wie Niedertemperaturstählen (kaltzähen Stählen) bemerkbar. Mit Hilfe des gewöhnlichen, mit hoher Wärmezufuhr arbeitenden Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahrens lassen sich die erforderlichen Eigenschaften geschweißter Metalle des vorgenannten Typs nicht erzielen.

Man kann das erwähnte Problem verschlechterter Eigenschaften bei der Unterpulver-üchtbogenschweißung nun zwar einfach durch Begrenzung der Schweißwärmezufuhr lösen, entfernt sich dadurch aber von der charakteristischen Natur des Verfahrens und muß eine beträchtlich verringerte Schweißleistung in Kauf nehmen. Für die Erzeugung von Rohren mit großem Durchmesser eignet sich die genannte Methode daher nicht. Es ist mit anderen Worten nicht möglich, von der bisher üblicherweise zur Verschweißung von Bohren mit großem Durchmesser angewendeten Methode, bei der an der Innen- bzw. Außenfläche eines Stahlrohres jeweils in einem einzigen Durchgang eine einzelne Schweißlage eingebracht wird, Gebrauch zu machen. Man muß vielmehr auf die Mehrfachlagenachweißung zurückgreifen, wodurch wiederum die Schweißleistung herabgesetzt wird. "Ferner erfordert die Mehrfachlagenschweißung zwangsläufig einen Arbeitsgang für die Pulverentfernung nach Einbringung jeder ■ Schweißlage, was sich ebenfalls unmittelbar in einer Verringerung der Schweißleistung niederschlägt. Ein weiterer Nachteil der Unterpulver-lichtbogenschweißung besteht darin, daß für die Erzielung der gewünschten Kaltzähigkeit unabhängig von der Schweißwärmezufuhr ein hochbasisches Pulver bzw. Flußmittel erforderlich ist. Derartige Pulver besitzen bei erhöhten Temperaturen eine hohe Viskosität und eignen sich daher kaum für die Schnellschweißung. Ferner führen sie häufig zu Schweißfehlern, wie Pulver- und Schlackeneinschlüssen. ·

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Aufgrund dieser Mängel eignet sich das Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren nur ungenügend zum Verschweißen von dickwandigen offenen Rohren mit großem Durchmesser, wie es bei der Herstellung von für sehr niedrige Temperaturen vorgesehenen Leitungsrohren praktiziert wird. Als Alternative bieten sich daher die vorgenannte MIG- "bzw. Kohlendioxidgas-Schweißmethode an. Bei diesen Verfahren erfolgt der SchweißVorgang jedoch in der Regel in einer überwiegend aus einem Inertgas (wie Argon oder Helium) oder Kohlendioxid bestehenden Gasatmosphäre, wobei Elektrodendrähte mit Durchmessern von weniger als 2,4 nun sowie Schweißströme von weniger als 500 A angewendet werden. Obzwar bei diesen Schweißverfahren eine Verschlechterung der Eigenschaften in der Schweißnahtzone durch die Verringerung der Schweißwärmezufuhr vermieden werden kann, beträgt die höchstmögliche Schweißgeschwindigkeit - mit Ausnahme jener Eälle, bei denen die zu verschweißenden Teile aus Stahlblech bestehen - bis zu 500 mm/min, d.h. die Schweißleistung ist lediglich zwei- -bis dreimal so hoch wie die beim manuellen Schweissen erzielbare Maximalleistung. Das MIG- und COg-Schweißverfahren eignen sich daher allenfalls zum Heft schweissen der Naht und erfüllen auch nicht die Anforderungen von für die Massenfertigung geeigneten Hochleistungsschweißverfahren. Mit dem Ziel, diese ungenügende Leistungsfähigkeit zu verbessern, wurde eine Schweißmethode vorgeschlagen, bei der der Schweißprozeß kontinuierlich mit Hilfe von vier in einer geraden Reihe längs der Schweißlinie angeordneten Elektroden, welche jeweils aus einen geringen Durchmesser (1,6 mm) aufweisendem Draht bestehen, durchgeführt wird. Selbst dieses Verfahren erbringt jedoch eine unzureichende Schweißleistung. Hinsichtlich der Schweißleistung kann das mit einen geringen Durchmesser aufweisenden Drähten arbeitende Niederstrom-MIG-Schweißverfahren die Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißmethode in der Praxis nicht einfach dadurch ersetzen, daß man bei der

MIG-Methode eine höhere Anzahl von Elektroden verwendet. Es wurde noch ein weiteres Schweißverfahren vorgeschlagen, welches mit Massivdraht des hohen Durchmessers von mehr als 3 mm arbeitet und sich zum Verschweißen von Stählen mit sehr hoher Zugfestigkeit eignet. Auch dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die höchstmögliche Schweißgeschwindigkeit 250 mm/min beträgt, wodurch die Leistungsfähigkeit geschmälert wird. Ferner ist die Einstellung der Bogenspannung auf den Bereich von 24 bis 26 V begrenzt, was zu einer Instabilität des Lichtbogens führt. Außerdem handelt es sich bei dieser Methode um ein Einelektroden-Schweißverfahren, welches sich somit ebenfalls nicht für Massenfertigungszwecke eignet.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein neues Verfahren zum
Niederstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweissen zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe Stähle bei sehr geringer
Schweißwärmezufuhr mit sehr hoher Schweißleistung und
hohen Arbeitsgeschwindigkeiten geschweißt werden können.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuen Verfahrens zum Niederstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit guter Eignung für die Verschwelssung von offenen Rohren für Leitungen mit großem Durchmesser, wie für sehr niedrige Temperaturen vorgesehenen Leitungsrohren, welche bei diesen Temperaturen eine hohe Zähigkeit bewahren müssen.

Weitere Ziele der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zumHochstrom-Schutzgas-Lichtbogen-Schnellschweissen von Stahl, bei dem der Schweißvorgang mit einer Geschwindigkeit von 300 bis 1500 mm/min in einer Atmosphäre eines Misch-Schutzgases, welches

im wesentlichen aus einem Inertgas (wie reinem Argon oder Helium) mit einem Zusatz von weniger als 30 % Kohlendioxid oder weniger als 5 % Sauerstoff "besteht und mit einer Gesamt· Strömungsgeschwindigkeit bzw. -menge von 50 "bis 200 l/min zugeführt wird, unter Verwendung einer verzehrbaren bzw. abschmelzenden Elektrode aus einem einen hohen Durchmesser (3,0 bis 6,4 mm) aufweisenden Massivdraht aus niedriglegiertem Stahl bei starken Schweißströmen (600 bis 1500 A) und Bogenspannungen von 23 bis 36 V durchgeführt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochstrom-Schutzgas-Iichtbogenschweißverfahrens erfolgt die automatische lichtbogenschweißung des Stahls unter den vorgenannten Bedingungen mit Hilfe mehrerer abschmelzender Elektroden, welche jeweils aus einem hohen Durchmesser (3_f0 bis 6,4 mm) aufweisendem Massivdraht aus einem niedriglegierten Stahl bestehen, sowie unter Einstellung des Abstands zwischen den Elektroden auf 10 bis 100 cm.

Ee folgt eine kurze Erläuterung der Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Lichtbogenmerkmale als Funktion des Drahtdurchmessers und Schweißstroms bei konstanter Bogenspannung.

Pig. 2(a) ist eine graphische Darstellung der tatsächlichen Meßwerte des Bogendrucks und der Fließ"-geschwindigkeit des Bogenplasmagases als Funktion des Schweißstroms bei konstanter Bogenspannung.

Pig. 2(b) veranschaulicht graphisch die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases, dem Durchmesser des Bogenplasmas und dem Auftreten von Fehlern in der Schweißlage.

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3 veranschaulicht graphisch die Beziehung zwischen der dem Schutzgas einverleibten Kohlendioxidmenge und der Schlagzähigkeit sowie der maximalen Härte des Schweißguts.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Lichtbogenmerkmale als Funktion der Bogenspannung und des Schweißstroms.

Fig. 5(a), 5(b) und 5(c) sind schematische Darstellungen der Fugenformen, welche "bei den Schweiß"bedingungen von Beispiel 1 angewendet werden (vgl. Tabelle I).

Fig. 6(a) gibt graphisch die Ergebnisse von Untersuchungen der Beziehung zwischen dem Schweißwärmezyklus und der Schweißwärmezufuhr wieder.

Fig. 6(b) veranschaulicht schematisch die bei den Tests zu Fig. 6(a) angewendete Temperaturmeßstelle.

Fig. 6(c) stellt ein Wärmezyklusdiagramm dar, aus dem die Messung der Verweilzeit hervorgeht.

Das erfindungsgemäße Hoehstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren soll nun anhand eines Vergleichs mit dem herkömmlichen Unterpulver-Iiichtbogenschweißverfahren und der mit einen geringen Durchmesser aufweisenden Elektrodendrähten arbeitenden MIG- oder Kohlendioxidgas-Schweißmethode näher erläutert werden.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß als abschmelzende Elektrode ein Massiv- bzw. Volldraht mit hohem Durchmesser (3,6 bis 6,4 mm) aus niedriglegiertem Stahl dient. Der Drahtdurchmesser ist deshalb als ziemlich hoch anzusehen, weil der Durchmesser des bei der herkömmlichen MIG-

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oder COn-Schweißmethode verwendeten Elektrodendrahts weniger als 2,4 mm "beträgt.

Elektroden aus Massivdraht mit derart hohem Durchmesser werden beim erfindungsgemäßen Schweißverfahren aus folgenden Gründen verwendet* Hfenn die Schweißgeschwindigkeit bei der lichtbogenschweißung aufgrund der Relation zwischen der Geschwindigkeit der Bewegung des Lichtbogens (d.h. der Wärmequelle und der Wärmeleitungsgeschwindigkeit in der zu verschweißenden Platte ansteigt, besteht die Tendenz, daß der durch die Wärmeleitung bedingte Vorheizeffekt des Grundwerkstoffs verlorengeht und dieser daher nur in jenem Bereich zum Schmelzen gebracht wird, welcher unmittelbar mit dem Lichtbogen in Berührung kommt. Der Bereich des geschmolzenen Grundwerkstoffs wird dadurch beträchtlich vermindert, und gleichzeitig kommt es zu einer raschen Änderung des Temperaturgradienten zwischen dem geschmolzenen Grundwerkstoffbereich und seiner Grenzzone. Die Metallschmelze verbindet sich somit nicht in ausreichendem Maße mit dem Grundwerkstoff, wodurch die entstehende Schweißlage eine konvexe Form annehmen kann. Bei Anwendung höherer Schweißgeschwindigkeiten ist es daher wichtig, daß die Wärmeenergie des Lichtbogens gesteigert WCLd zugleich die Ausbreitung des Lichtbogens vergrössert werden, damit der geschmolzene Grundwerkstoffbereich ansteigt und das Temperaturgefälle zwischen dem Lichtbogen und der ihn umgebenden Zone abnimmt. Wenn in diesem Falle ein Draht mit geringem Durchmesser als Elektrode verwendet und der Schweißstrom zur Erhöhung der Stromdichte in der Bogensäule gesteigert werden, verkleinert sich der Durchmesser des Lichtbogens beträchtlich, so daß es zur Ausbildung eines sogen, "harten Lichtbogens" kommt. Obwohl somit ein tiefes Schmelzen des Grundwerkstoffs gewährleistet ist, reicht die Wärmeübertragung zur benachbarten Zone nicht aus. Aufgrund der fehlenden Wärmeverteilung verringert sich die Breite der Schweißlage. Mit ande-

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ren Worten, das Schnellschweißen mit einen geringen Durchmesser aufweisendem Draht und "bei hohem Schweißstrom ist lediglich dann durchführbar, wenn die Stärke der zu verschweißenden Platten gering ist und die zweidimensionale Wärmeübertragung daher leicht erfolgen kann. Das Schnellschweißen von dicken Platten erfordert daher nicht nur höhere Schweißströme, sondern auch eine erhöhte Lichtbogen-Wärmeenergie und eine stärkere Bogenausbreitung. Daher arbeitet man erfindungsgemäß mit hohen Schweißströmen und verwendet gleichzeitig einen Draht mit hohem Durchmesser als Elektrode, um zu verhindern, daß der Einschnürungseffekt auf die Lichtbogensäule aufgrund der erhöhten Stromdichte verstärkt wird. Wenn man die beiden Fälle, daß dem Elektrodendiaht mit einem Durchmesser von 1,6 mm ein Schweißstrom von 320 A bzw. dem Elektrodendraht mit einem Durchmesser von 4,0 mm ein Schweißstrom von 800 A zugeführt werden, einander gegenüberstellt, zeigt es sich, daß das Verhältnis der Schweißstromdichten 1iO,4 beträgt. Bei Zufuhr des starken Stroms zum Draht mit hohem Durchmesser ist nämlich die Schweißstromdichte relativ gering, es verstärkt sich jedoch die Lichtbogenausbreitung. Man erkennt somit, daß der Elektrodendrahtdurchmesser einen beträchtlichen Einfluß auf die Lichtbogenausbreitung besitzt. Während man den Durchmesser eines solchen starken Drahts mit Rücksicht auf die Schweißströme und -geschwindigkeiten auswählt, da ein Schweißstrom von mehr als 650 A für die zum Verschweißen von Leitungsrohren u.a. (dem Anwendungsgebiet der Erfindung) erforderliche Schnellschweißung (mehr als 600 mm/min) notwendig ist, ist die Untergrenze für den Drahtdurchmesser auf mehr als 3 mm festgelegt. Obwohl der Drahtdurchmesser an sich möglichst hoch sein soll, ist seine Obergrenze im Hinblick auf die Starrheit und relativ schwierige Handhabung des Drahts auf 6,4 mm festgelegt.

Ein weiteres Merkmal der'Erfindung ist folgendes: Während man im Verfahren gemäß der Erfindung als abschmelzende Elek-

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trode den vorgenannten Massivdraht mit hohem Durchmesser (3,0 "bis 6,4 mm) aus niedriglegiertem Stahl verwendet und der Elektrode einen starken Schweißstrom zuführt, ist es von wesentlicher Bedeutung, daß der Schweißstrom in Abhängigkeit vom Drahtdurchmesser innerhalb eines definierten, die Ausbildung eines zufriedenstellenden Lichtbogens gewährleistenden Bereichs gehalten wird. Fig» 1 zeigt die grob klassifizierten Bereiche des Lichtbogens bzw. dessen Stabilitäten in Abhängigkeit vom Drahtdurchmesser und Schweißstrom bei festgelegter Bogenspannung. Wenn der Schweißetrom gemäß Pig. 1 relativ zum Drahtdurchmesser sehr hoch ist (wie im Bereich I), wird die Metallschmelze an der relativ zur Schweißrichtung nach hinten gerichteten Wegstrecke durch einen starken Plasmagasstrom weggeblasen. Aufgrund des zu kurz werdenden Lichtbogens kann somit keine stabile Schweißnaht erzielt werden und die resultierende hohe Wärmeenergie bewirkt, daß der Grundwerkstoff bis zu einer großen Tiefe schmilzt und ausgehöhlt wird. Wenn der Schweißstrom andererseits im Verhältnis zum Drahtdurchmesser sehr schwach ist (vgl. den Bereich III), erhöht sich die Lichtbogenlänge und der Lichtbogen wird instabil. Die Folge ist, daß der Einbrand geringer und ungleichmäßig wird. Es besteht dann die Gefahr, daß es zu einem heftigen "Spritzen" und daher einem Abreißen des Lichtbogens kommt. Der zwischen den Bereichen I und III befindliche Bereich II umfaßt jene Schweißströme, welche einen stabilen Lichtbogen und daher eine einwandfreie Schweißnaht gewährleisten. Obwohl die Breite dieses Schweißstrombereichs eine ]?unktion der Bogenspannung und Schweißgeschwindigkeit darstellt, haben die Erfinder u.a. festgestellt, daß die richtigen Schweißströme bei der Sclmtzgas-Lichtbogenschweißung von Stahl für den Draht mit einem Durchmesser von 3,0 mm oberhalb 600 A und für den Draht mit einem Durchmesser von 6,4 mm bei 15OO A liegen, während für die übrigen Drahtdurchmesser Schweißströme von 600 bis 1500 A geeignet sind. .

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Um den erfindungsgemäßen Effekt "bei der Lichtbogenschweißung richtig zur Geltung kommen zu lassen, genügt es jedoch noch nicht, wie erwähnt, einen Draht mit hohem Durchmesser als abschmelzende Elektrode und Schweißströme mit den genannten hohen Stromstärken anzuwenden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt somit darin, daß man die Lichtbogenschweißung in einer Atmosphäre eines definierten Misch-Schutzgases durchführt, welches im wesentlichen aus einem Inertgas (wie reinem Argon oder Helium) mit einem Zusatz von weniger als 30 % Kohlendioxidgas oder weniger als 5 ί> Sauerstoff besteht und mit einer Gesamt-Strömungsmenge von 50 bis 200 Liter/Minute zugeführt wird. Diese Bedingungen werden aus folgendem Grund angewendet; ¥enn man nämlich die Schutzgas-Lichtbogenschweißung einfach unter Anwendung des Drahts mit hohem Durchmesser und der starken Schweißströme durchführt, weist der Lichtbogen eine hohe Intensität auf und die Temperatur des äußeren Bogenbereichs steigt an. Daher wird der Grundwerkstoff in dem Augenblick, in dem er mit dem äußeren Bereich des Lichtbogens in Berührung kommt, tief eingeschmolzen und ausgehöhlt. Obwohl dies im Falle der Hochtemperaturschweißung von Vorteil sein kann, wenn kein Vorheizeffekt eintritt, wird der Lichtbogen derart instabil, daß er selbst bei einer geringfügigen Änderung der Stromstärke oder Spannung gestört wird. Ferner kommt es zu zahlreichen anderen abnormalen Erscheinungen, wie einem Aufwallen, Sieden bzw. Schäumen ο der Verdampfen des geschmolzenen Metalls im Schmelzbad, wodurch eine als "Buckelphänomen¹¹ bezeichnete Welligkeit der Schweißlage verursacht und ferner die Gefahr der Ausbildung von Einbrandkerben bzw. Unterscheidungen heraufbeschworen wird. Diese Tendenz verstärkt sich mit ansteigender Schweißgeschwindigkeit. Um das Auftreten derartiger Unregelmäßigkeiten zu verhindern, verringerte man bisher die Länge des

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von der den Zufuhrpunkt darstellenden Kontaktspitze vorstehenden Drahtes so weit wie möglich, um die Bogenspannung herabzusetzen und dadurch die Bogenlänge auf ein Minimum zu verkürzen. Während auf diese Weise die durch den instabilen Lichtbogen und die damit zusammenhängenden raschen Schwankungen der Oberflächenbedingungen verursachte Aufrührung des geschmolzenen Metalls unterhalb des Lichtbogens verhindert und speziell die Einstellung der Bogenspannung auf einen maximalen Schwankungsbereich von etwa 2 V eingestellt werden kann, ist es mit Ausnahme der Heftschweißung einer geraden Schweißnaht schwierig, die Bogenspannung im Falle der regulären Schweißung auf den genannten schmalen Bereich einzuregeln. Es ist daher unmöglich, derartige bei üblichen Schweißvorgängen unvermeidliche äußere Faktoren zu bewältigen.

Die Erfinder u_ea. haben daher die bei der Sehutzgas-Lichtbogenschweißung durch starke Schweißströme verursachten Erscheinungen eines instabilen Lichtbogens verschiedentlich untersucht und dabei folgende Tatsache festgestellt, aufgrund welcher das Schweißen nach der erfindungsgemäßen Methode unter den vorgenannten definierten Bedingungen hinsichtlich der Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird. Es wurde gefunden, daß die Hauptursache für den instabilen Lichtbogen im Hochstrombereich in der durch den verstärkten Strom bewirkten Wärmeausdehnung des Bogens besteht. Genauer gesagt, wenn die Temperatur des Lichtbogens ansteigt, ist die zur Instabilität führende Ausdehnung und Verlängerung des Lichtbogens umso ausgeprägter, je geringer das Potentialgefälle des Lichtbogens ist, welches durch die Art der im Raum der Ausbildung des Bogens vorhandenen Gase bestimmt wird. Man kann dies dadurch verhindern, daß man den Lichtbogen durch Kühlung seiner Peripherie begrenzt oder aber äußeren Druck auf den Lichtbogen ausübt, um den inneren Druck des Bogens auszugleichen und diesen dadurch zu stabilisieren. Im einzelnen kann dies durch Erhöhung des Schutz-

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gasdrucks und der Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases sowie durch Einführung einer geringen Menge eines aktiven Gases in das inerte Schutzgas erreicht werden. Auf diese Weise kann selbst bei einem breiteren Spannungsschwankungsbereich ein stabiler Lichtbogen erzielt werden. Während somit bestimmte Schwankungen abhängig von der Stärke des verwendeten Schweißdrahts unvermeidlich sind, ist es im Falle von Drahtdurchmessern von mehr als 3_f0 mm möglich, selbst bei einer Schwankung der Bogenspannung innerhalb des Bereichs von 23 bis 36 V die Ausbildung eines hochstabilen Lichtbogens zu gewährleisten,, Die Mindest-Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases von 50 l/min ist speziell deshalb erforderlich, damit bei den starken Schweißströmen von mehr als 600 A die Ausbildung eines stabilen Lichtbogens gewährleistet ist. Der hauptsächliche Druck des Schutzgases soll vorzugsweise 3 kg/cm betragen. Die Untergrenze von 50 l/min wurde deshalb gewählt, weil der im Falle einer Unterschreitung dieses Werts eine Stromstärke von 500 A übersteigende Schweißstrom zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit des PlasmagasStroms führt, durch welche der Schutzmantel aufgerissen wird, so daß die umgebende Luft zum Lichtbogen vordringen kann. Dadurch wird ein heftiges "Spritzen" verursacht. Wenn der Schweißstrom dagegen weiter ansteigt und 600 A überschreitet, kommt es im Schmelzbad zu einem heftigen Schäumen und Verdampfen des geschmolzenen Metalls aufgrund von Oxidationsreaktionen, wodurch die Regelung der Bogenspannung unmöglich gemacht wird.

Fig. 2(a) veranschaulicht graphisch die beim Schutzgas-Lichtbogenschweißen tatsächlich gemessenen Bogendrücke bei konstanter Bogenspannung von 30 V und veränderlichem Schweißstrom sowie ein Beispiel für die aus diesen Drücken und Strömen berechneten Geschwindigkeiten des Plasmagasstroms. Die im Diagramm angeführten Zahlen geben die Geschwindigkeiten des Plasmagasstroms (in cm/sec) an. Fig. 2(b) veranschaulicht graphisch die Beziehung zwischen dem Auftre-

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ten von Schweißfehlern und den geforderten Schutzgasbedingungen, berechnet auf der Grundlage der äquivalenten Durchmesser des Bogenplasmas, welche aus den anhand der Versuche von Fig. 2(a) bestimmten Plasmagas-Strömungsgeschwindigkeiten erhalten werden, und des Durchmessers des Schmelzbades (18 mm); die Schutzgas-Lichtbogenschweißung wird dabei bei einer Bogenspannung von 30 V, einem Schweißstrom von 800 A und einer Schweißgeschwindigkeit von 600 mm/min durchgeführt. Bezüglich des Auftretens von Schweißfehlern ist der Querschnitt des Schmelzbades an den typischen Stellen a und b in de« l> ο treffenden kleinen Eeehtecken schematisch dargestellt. Aus Pig. 2{b) geht ferner hervor, daß das Schutzgas eine Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 50 l/ain aufweisen muß. Die Obergrenze für die Schutzgas-Strömungsgeschwindigkeit soll bei 200 l/min liegen. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit diesen oberen Wert überschreitet, wird nämlich das geschmolzene Metall durch den Gasstrom und -druck vertieft, so daß die Gefahr besteht, daß sich im mittleren Teil der Schmelze eine Einsenkung ausbildet. Ferner kühlt sich der äußere Bereich des Lichtbogens rasch ab und die Wärmeausbreitung geht verloren, wodurch die Schnellschweißung nachteilig beeinflußt wird.

Was die Art der Schutzgasmantelerzeugung betrifft, verwendet man vorzugsweise einen Doppel-Schutzbrenner mit einer Nachschutzeinrichtung, da der Schutzgasmantel den Lichtbogen vollständig umhüllen muß und die Metallschmelze ebenfalls so lange mit einem vollständigen Schutzmantel ausgestattet sein muß, bis ihre Erstarrung abgeschlossen ist. Bei Verwendung mehrerer Massivdrähte mit hohem Durchmesser als Elektroden soll die vorgenannte Schutzgas-Strömungsgeschwindigkeit 50 bis 200 l/min pro Elektrode betragen. Die Menge des nachträglich zugeführten Schutzgases kann jedoch in dem Maße erhöht werden, als keinerlei nachteilige Auswirkungen auf den mit Hilfe des Brenners erzeugten Schutzgas-

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mantel eintreten.

Das Schutzgas soll vorzugsweise aus reinem Argon bestehen, damit der Schweißlage eine feine Oberflächenbeschaffenheit verliehen wird. Der dem Schutzgas zugesetzte Sauerstoffoder Kohlendioxidanteil soll nicht hoch sein, da dies zur SchlackenMldung an der Oberfläche der Schweißlage führen würde. Zum Zwecke der Stabilisierung des Lichtbogens, der Verhinderung von Einbrandkerben bzw. Unterschneidungen u.a. ist es jedoch zweckmäßig, eine bestimmte Menge eines aktiven Gases zuzusetzen. Der Sauerstoffzusatz beträgt jedoch vorzugsweise nicht mehr als 5 $, da höhere Mengen unerwünschte Reaktionen mit anderen in der Metallschmelze enthaltenen Elementen eingehen, wodurch es zu abnormalen Erscheinungen, wie zum Schäumen und Verdampfen, kommt. Andererseits hat der Kohlendioxidgehalt einen bedeutenden Einfluß auf die Eigenschaften des Schweißguts, insbesondere auf dessen Schlagzähigkeit und maximale Härte. In Pig. 3 ist die Beziehung zwischen dem Kohlendioxidgehalt des Schutzgases und der Schlagzähigkeit sowie maximalen Härte des Schweißguts graphisch dargestellt. Man erkennt aus Pig. 3, daß sich ein COp-Zusatz von weniger als 30 $ günstig auswirkt. Obwohl die Kohlendioxidbeimengung zum Schutzgas zur Schlackenbildung führt, kann die entstehende Schlacke bei einem COp-Gehalt von weniger als 30 % beim Schweißen zerschlagen und durch das kräftig strömende Schutzgas entfernt werden, indem man die nachträgliche Schutzgaszufuhr unmittelbar nach dem Aufschwimmen der Schlacke zur Oberfläche des Schmelzbades abschließt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Bogenspannungen innerhalb eines definierten Bereichs liegen müssen. Obwohl sich selbst dann ein stabiler Lichtbogen ausbildet, wenn die Lichtbogenspannung durch die Verwendung des einen hohen Durchmesser aufweisenden Drahts (wobei der Durchmesser innerhalb des vorstehend definierten

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Bereichs liegt), der vorgenannten "bestimmten starken Schweißströme und der oben definierten hohen Schutzgas-Strömungsmengen variiert wird, ist der Bereich der Bogenspannungen nicht unbegrenzt. Die Bogenspannungen sollen vielmehr 23 bis 36 V betragen.

Fig. 4 ist eine beispielhafte graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Bogenspannung und dem Schweißstrom sowie der Lichtbogenausbildung im Falle eines mit einer Geschwindigkeit von 600 mm/min, unter Verwendung eines 15 io COp enthaltenden Schutzgases und mit einem Elektrodendraht des Durchmessers von 4,0 mm durchgeführten Schweißvorgangs. Man erkennt aus Pig. 4, daß der Zusatz von Kohlendioxid zum Schutzgas bei einer Bogenspannung von weniger als 23 V ein heftiges "Spritzen" hervorruft. Wenn die Bogenspannung andererseits 36 V überschreitet, verlängert sich der lichtbogen so stark, daß er durch äußere Faktoren, wie das- Magnetfeld und die Form der Metallschmelze, beeinflußbar wird und zur Instabilität neigt. Beim Arbeiten mit Bogenspannungen von 23 bis 36 V wird dagegen sowohl bei mit konstanter Stromstärke erfolgender Stromzufuhr als auch im Falle einer Stromzufuhr mit konstanter Spannung ein stabiler Sprüh- oder Kugellichtbogen von hervorragender Qualität erzielt.

Beim erfindungsgemäßen Schweißverfahren kann die Schweißgeschwindigkeit innerhalb eines breiten Bereichs schwanken, d.h. man kann mit niedrigen oder hohen Schweißgeschwindigkeiten arbeiten. Im Hinblick auf die reguläre bzw. serienmäßige Nahtschweißung machen jedoch Schweißgeschwindigkeiten von mehr als 1500 mm/min die günstigen Auswirkungen der ein erfindungsgemäßes Merkmal darstellenden hohen Schutzgas-Strömungsmengen zunichte, so daß die Ausbildung eines stabilen Lichtbogens und die Einbringung einer fehlerfreien Schweißlage nicht gewährleistet sind. Untersuchungen der

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Erfinder u.a. haben gezeigt, daß der geeignete Schweißgeschwindigkeitsbereich praktisch, zwischen 600 und 1200 mm/ min liegt. Bei Schweißgeschwindigkeiten von weniger als 300 mm/min erhöht sich die Schweißwärmezufuhr, so daß es zum Sieden "bzw. Schäumen und Verdampfen des geschmolzenen Metalls kommt, wodurch der Schweißprozeß erschwert wird.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine hohe Schweißgeschwindigkeit "bzw. -leistung erzielt werden. Diese ist vergleichbar mit jener des herkömmlichen, mit hoher Wärmezufuhr arbeitenden landem-IInterpulver-Lichtbogenschweißverfahrens. Ferner benötigt das erfindungsgemäße Verfahren eine geringere Schweißwärmezufuhr und ergibt hervorragende Medertemperatureigenschaften in der Schweißnahtzone sowie in jener Zone, auf welche die Schweißwärme einwirkt.

Obwohl die vorangehende Beschreibung unter Bezugnahme auf die mit einer einzelnen großen Elektrode arbeitende Lichtbogenschweißung abgefaßt wurde, erstreckt sich die Erfindung auch auf ein automatisches Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren, bei dem mindestens zwei jeweils dieselbe Funktion wie die vorgenannte Elektrode mit hohem Durchmesser aufweisende Elektroden unter Wahrung eines Abstands zwischen der vorangehenden bzw. Führungselektrode und der nachfolgenden bzw. Nachlaufelektrode von etwa 10 bis 100 cm auf einer Schweißschiene oder einem Schweißschlitten angebracht werden und die Schweißung unter Berücksichtigung derselben Schutzgaserfordernisse für die betreffenden Elektroden und derselben Bedingungen für den Schweißstrom, der Bogenspannung und die Schweißgeschwindigkeit, wie sie durch die vorgenannten Bereiche gegeben sind, durchgeführt wird.

Wenn man als Grundwerkstoff ein härtbares Metall verwendet und die Schweißfüge iait Hilfe de3 Tandem-Hochstrom-

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Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahrens mit dem Schweißgut füllt, ist es zwar möglich, daß die der Verbindung bzw. Naht benachbarte wärme beeinflußte Zone bei der Einbringung der ersten Schweißlage durch die Führungselektrode in den nicht vorerhitzten Grundwerkstoff in einem beträchtlichen &rad gehärtet wird, wenn die Mehrfachelektroden in einem vorbestimmten Abstand zueinander innerhalb des vorgenannten definierten Distanzbereichs angeordnet sind und die Nachlaufelektrode der Führungselektrode folgt. Dagegen verringert sich die Abkühlgeschwindigkeit des Schweißguts bei unterhalb eines bestimmten, durch den gegenseitigen Abstand der Elektroden festgelegten Werts liegenden Temperaturen beträchtlich, so daß der Grad der Härtung der wärmebeeinflußten Zone geringer sein kann als in jenem Fall» wenn das Schweißgut bei der Mehrelektrodenschweißung unter Anwendung eines außerhalb des vorgenannten Bereichs liegenden gegenseitigen Elektrodenabstands durch die Pührungselektrode allein eingebracht wird. Außerdem wird ein Teil der wärmebeeinflußten Zone des Grundwerkstoffs, welcher durch die Hitze der Iführungselektrode gehärtet wurde, durch die Nachlaufelektrode neuerlich erhitzt und aufgrund eines Anlaßeffektes erweicht. Da der Grundwerkstoff andererseits durch die Führungselektrode vorerhitzt wurde, verlangsamt sich die Abkühlung der wärmebeeinflußten Zone von der durch die Nachlaufelektrode erzeugten, erhöhten Temperatur, und der Härtungsgrad der wärmebeeinflußten Zone verringert sich im Vergleich zu dem ohne Vorerhitzung erzielten Wert beträchtlich.

Das Ansteigen der Härte läßt sich somit verhindern, ohne daß eine Verschlechterung der Schlagzähigkeit in Kauf genomissii werden muß. Dies stellt ein wichtiges erfindungsgemäßes Merkmal dar. Wie erwähnt, müssen die für sehr niedrige Temperaturen vorgesehenen Leitungsrohre, welche in sehr kalt-sä Gegenden verwendet werden sollen, nicht nur bei sehr

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niedrigen Temperaturen eine hohe Schlagzähigkeit bewahren, sondern auch ihre Härte darf häufig bestimmte Grenzen nicht überschreiten, damit verhindert wird, daß die in den zu fördernden Materialien enthaltenen Sulfide Korrosionsrisse hervorrufen. Diese Beschränkung ist deshalb sehr einschneidend, weil eine vom strukturellen Standpunkt angestrebte Verbesserung der Schlagzähigkeit häufig durch Zusatz von Legierungselementen verwirklicht wird, welche im allgemeinen die Härte erhöhen, und die Schweißbedingungen so gewählt werden müssen, daß die Schweißwärmezufuhr gering ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren jedoch, bei dem der Abstand zwischen mehreren jeweils aus niedriglegiertem Stahl bestehenden Massivdrähten mit hohem Durchmesser im Bereich von 10 bis 100 cm variiert und die Lichtbogenschweißung in einer Misch-Schutzgasatmosphäre, welche im wesentlichen aus reinem Argon mit einem Zusatz von weniger als 30 jS Kohlendioxid oder weniger als 5 % Sauerstoff besteht und mit einer Gesamt-Strömungsmenge von 50 bis 200 l/min zugeführt wird, mit starken Schweißströmen von 600 bis 1500 A, Bogenspannungen von 23 bis 36 V und Schweißgeschwindigkeiten von 300 bis 1500 mm/min durchgeführt wird, können die Abkühlgeschwindigkeit der durch die Führungselektrode eingebrachten ersten Schweißlage, die Temperatur zwischen den Durchgängen bzw. Lagen und der den Anlaßeffekten ausgesetzte Bereich der eingebrachten Schweißlage nach Bedarf genau eingestellt werden, wodurch die entstehende Schweißverbindung die gewünschte Schlagzähigkeit, und Härte erhält. Der Zweck der vorgenannten Festlegung des gegenseitigen Elektrodenabstands besteht in einer Temperung der zuvor eingebrachten Lage durch die Nachlaufelektrode. Der Bereich der Entfernungen zwischen den Elektroden ist deshalb begrenzt, da die Nachlauf elektrode vorzugsweise an der durch die Pührungselektrode erzeugten Schweißlage vorbeigeführt wird, wenn deren Temperatur 500⁰G unterschritten hat. Die Untergrenze des

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Elektrodenabstands beträgt deshalb 10 cm, weil sich, die Lichtbögen der betreffenden Elektroden bei einer geringeren Distanz durch gegenseitige Überlagerung stören. Die Festlegung der Obergrenze auf 100 cm erfolgt deshalb, weil bei einer höheren Distanz letztlich dasselbe Resultat wie bei der Mehrfachlagens.chweißung erzielt und die Schweißleistung, welche einen Vorteil der Mehrelektrodenschweißung darstellt, vermindert werden. Eine weitere verfahrenstechnische Schwierigkeit besteht darin, daß es in diesem Pail nicht möglich ist, die gewünschte Anzahl von Elektroden am selben Schlitten anzubringen.

Die mit mehreren einen hohen Durchmesser aufweisenden Massivdrähten arbeitende Lichtbogenschweißung weist ferner den großen Vorteil auf, daß sie dem Schweißgut eine verbesserte Schlagzähigkeit verleiht. Man kann im erfindungsgemäßen Verfahren innerhalb der vorgenannten obligatorischen Bedingungen somit -zwei verschiedene Elektrodendraht typ en für die Führungselektrode (durch die im mittleren Teil der Puge ein in einem höheren Ausmaß mit dem Grundwerkstoff aufgemischtes Schweißgut eingebracht wird) bzw. die Nachlaufelektrode (durch die im Oberflächenbereich ein weiteres, weniger stark mit dem Grundwerkstoff aufgemischtes Schweißgut eingetragen wird) verwenden oder den Kohlendioxidgehalt im Schutzgas für die betreffenden Elektroden relativ zueinander variieren, wodurch sich die Anteile der Legierungselemente in den einzelnen Schweißlagen einstellen lassen. Somit läßt sich das Schweißgut mit den besten Eigenschaften durch richtige Berücksichtigung des Grades der Aufmischung des Schweißguts mit dem Grundwerkstoff in den einzelnen Schweißlagen sowie des Wärmezyklus erzielen.

Das Verfahren der Erfindung eignet sich zum Schweißen von Stahlrohren für Leitungsrohre des vorstehend beschriebenen Syps sowie von Stahlplatten gewöhnlicher Stärke und liefert

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verschweißte Metallteile "bzw. Schweißverbindungen mit hervorragenden Eigenschaften.

Es folgt eine Beschreibung der bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsformen.

Die nachstehenden Beispiele sollen den nach der erfindungsgemäßen Methode durchgeführten Schweißvorgang näher erläutern.

Beispiel 1

Man führt eine Schweißung nach der erfindungsgemäßen Schweißmethode, dem mit hoher Wärmezufuhr arbeitenden Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren und der unter Verwendung eines Drahts mit geringem Durchmesser durchgeführten MIG-Schweißmethode durch. !Tabelle I zeigt die in den einzelnen Verfahren angewendeten Schweißbedingungen und die erzielten Schweißleistungen. Beim erfindungsgemäßen Schweißverfahren werden zwei Elektroden vom Tandem-Typ verwendet. Sämtliche angeführten Resultate werden bei in der Werkstatt durchgeführten Versuchsanfertigungen von einen hohen Durchmesser aufweisenden Stahlrohren für sehr niedrigen Temperaturen standhaltende Leitungsrohre erzielt. Die Stahlrohre bestehen aus 3,5 Ni/Mn/Mo/Cr-Stahl, die Drähte aus einem Material auf der Grundlage von Mn/Ni/Mo/Ti/B.

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3!ABELLE I

Schweißmethode

Erfindungsgemäßes Verfahren

te OC

«4

er,

Fugenform Innenvolumen der Fuge,

Durchmesser des Elektroden drahts, mm

Elektrodenzahl

gegenseitiger Abstand der Elektroden, mm

Schweißstrom, A

Bogenspannung, Y

Schweißgeschwindigkeit (mm/min;

Anzahl der Durchgänge

Schweißwärmezufuhr (kJ/cm)

Fig.	5(a)
ο,	93
4,	0
Tandem

350

Führungselektrode ^820

Nachlaufelektrode -700

Führungselektrode £.31 Nachlaufelektrode 5 29

600

Jeweils 1 Durchgang auf jeder Seite (insgesamt 2 Durchgänge)

Führungseiektrode 5 24 Nachlaufelektrode ^22

Herkömmlichee Tandem-Unterpulver- Xichfbogenschweißverfahren

(SAW~Verfahren)

Fig.
1,28

4,8

Tandem

Führungselektrode

Nachlaufelektrode

Führungselektrode

Nachlaufelektrode

700

Herkömmliches Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren (Draht mit geringem Durchmesser)

. 5(c)

1»40

<

£

300

Jeweils 1 Durchgang Auf beiden Seiten, auf jeder Seite (ins- insgesamt 13.Durch.oJ gesamt 2 Durchgänge)

18

Portsetzung TABELLE I; Schweißmethode

Erfindungsgemäßes Yer- Herkömmliches Tandemfahren ünterpulver-Licht-

bogenschweißverfahren (SAW-Verfahren)

stung (Bezugsgröße 1 beim SAW-Verfahren)

0,85

Herkömmliches
Schutzgas-Licht-"bogenschweißverfahren (Draht mit geringem Durchmesser)

	Schutzmittel	Pührungselektrοde	hochbasisches gesin
		Ar + 15 56 CO₀	tertes "bzw. geschmol
			zenes Pulver
		Nachlaufelektrode
φ		Ar + 5 $> CO₂
a
t£ ÖC	Relative Schweißlei-

Ar + 2

CO

0,06

cn cn co

Tabelle I zeigt, daß die Schweißleistung beim erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich höher als bei dem mit Draht eines geringen Durchmessers arbeitenden MIG-Schweißverfahren und immerhin so hoch ist, daß sie mit jener des herkömmlichen, unter hoher Wärmezufuhr durchgeführten Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahrens ohne weiteres verglichen werden kann. Man erkennt ferner, daß der Schweißwärmebedarf wesentlich geringer als bei der Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißmethode und fast so gering wie bei dem unter Verwendung von einen geringen Durchmesser aufweisendem Elektrodendraht durchgeführten MIG-Schweißverfahren ist. Schließlich kann beim erfindungsgemäßen Verfahren offensichtlich ein geringerer IHigenwinkel als bei den herkömmlichen Methoden angewendet werden, wodurch die Schweißgutmenge herabgesetzt und die Leistung weiter verbessert wird.

Tabelle II zeigt die Ergebnisse von Vergleichstests, bei denen die Eigenschaften des nach der erfindungsgemäßen Schweißmethode, der mit hoher Wärmezufuhr arbeitenden Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißmethode bzw. der unter Verwendung von Draht eines geringen Durchmessers durchgeführten MIG-Schweißmethode eingebrachten Schweißgutes bestimmt werden.

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TABELIE II

Schweißverfahren

οίο ta gc

erfindungsgemäßes Verfahren

herkömmliches Tandem-Unter-

pulver-Lichfbogenschweißver-

fahren

herkömmliches

MIG-Schweißverfahren (Draht mit geringem Durchmesser) Getestete Eigenschaft Schweißgut Durch die

Schweißwärme

beeinflußte

Zone

Schlagzähigkeit -62,22⁰C Tdzw.-SQoj?	, kg.m	13,5	15,8	I
maximale Härte (Hv 10)		242	254	VJl I
Schlagzähigkeit -62,22⁰C, kg.m		7,0	2,1
maximale Härte (Hv 10)		260	270
Schlagzähigkeit -62,22⁰C, kg.m		8,4	10,2
maximale Härte (Hv 10)		392	328

cn on co

Tabelle II zeigt, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens nicht nur eine bessere Schlagzähigkeit des Schweißguts erzielt wird, sondern daß auch die Schlagzähigkeit swerte im Einwirkungsbereich der Schweißwärme, welche bisher als das größte Problem beim herkömmlichen Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren angesehen wurden, beträchtlich verbessert werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Schweißwärmezufuhr geringer als beim Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren ist und daß - wie aus dem die Beziehung zwischen dem Schweißwärmezyklus und der Schweißwärmezufuhr zeigenden Diagramm von Pig.' 6(a) hervorgeht - die Zeit, während welcher das Schweißgut bei erhöhten Temperaturen gehalten wird, im Falle der erfindungsgemäßen Schweißmethode beträchtlich geringer ist. Ferner ist die erfindungsgemäß erzielte maximale Härte der wärmebeeinflußten Zone geringer als jene, welche beim herkömmlichen, mit Draht eines geringen Durchmessers arbeitenden MIG-Schweißverfahren erreicht wird, ohne daß dadurch die Schlagzähigkeit in der wärmebeeinflußten Zone leidet. Dieser Effekt wird somit dadurch erzielt, daß die durch die Führungselektrode eingebrachte Schweißlage den Auswirkungen der langsamen Abkühlung und Temperung (Anlassen) und die durch die Nachlaufelektrode eingebrachte Schweißlage den Vorheizeffekten ausgesetzt werden.

Beispiel 2

Eine 20 mm starke Platte aus mit Aluminium beruhigtem Stahl, welche eine Fuge mit einem Winkel von 4-0° und einer Wurzelfläche bzw. Stegflanke von 5 mm aufweist, wird nach der erfindungsgemäßen Methode einseitig verschweißt. Beim Schweißvorgang verwendet man als Elektrode einen einzelnen Elektrodendraht mit einem Durchmesser von 3,2 mm und als Schutzgas ein im wesentlichen aus Argon mit einem Kohlendioxidzusatz (10 Vol.-$ COp) bestehendes Mischgas und setzt die Elektrode unter folgenden Bedingungen in Betrieb: Schweißstrom 850 A;

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Bogenspannung 31 V; Schweißgeschwindigkeit 600 nun/min. Tabelle III zeigt die Ergebnisse der Schlagzähigkeitstests, welche an dem mit Hilfe des beschriebenen Schweißprozesses eingebrachten Schweißgut bzw. Verbindungsmetall vorgenommen werden.

VE-46°G (kg.m)

	1 mm von der Naht	1	3 mm Naht	von der
TABELLE III	13,	5	18	,9
Verbindungsstelle bzw. Naht	17,	3	26	,4
1O₅	18,		25	,4
9,
9,
,5
,3
,7

Tabelle III zeigt, daß in der durch Einelektrodenschweißung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Schweißnahtzone hervorragende Eigenschaften erzielt werden.

Die vorstehende Beschreibung zeigt somit, daß das erfindungsgemäße Schweißverfahren eine rasche und mit hoher Leistung erfolgende Schweißung bei geringerem Wärmebedarf gewährleistet. Daher können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schweißmethode im Rahmen eines Werkstattbetriebs, in welchem bisher die Massenfertigung von einen hohen Durchmesser aufweisenden Rohren für sehr geringen Temperaturen standhaltende Leitungsrohre erfolgte, Schweißverbindungen mit ausgezeichneten Eigenschaften und charakteristischen Merk malen mit einer Leistung erzeugt werden, die mit jener des

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herkömmlichen Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißen3 vergleichbar ist. Die Erfindung ist somit vom industriellen bzw. technischen Standpunkt außerordentlich nützlich.

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Claims

1./ Verfahren zum Hochstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Stahl, bei dem die Schweißung mit hoher Geschwindigkeit in einer Atmosphäre eines gemischten Schutzgases, welches im wesentlichen aus einem Inertgas mit einem Zusatz von weniger als 30 ^ Kohlendioxidgas oder weniger als 5 i> Sauerstoff besteht und mit einer Gesamt-Strömungsmenge von 50 bis 200 l/min zugeführt wird, mit Hilfe einer aus niedriglegiertem Stahl bestehenden und einen Durchmesser von 3,0 bis 6,4 mm aufweisenden, abschmelzenden Elektrode aus einen hohen Durchmesser aufweisendem Massivdraht bei einem Schweißstrom von 600 bis 1500 A, einer Bogenspannung von 23 bis 36 V und einer Schweißgeschwindigkeit von 300 bis 1500 mm/ min vorgenommen wird.

2. Verfahren zum Hochstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Stahl, bei dem die Schweißung automatisch mit hoher Geschwindigkeit in einer Atmosphäre eines gemischten Schutzgases, welches im wesentlichen aus einem Inertgas mit einem Zusatz von weniger als 30 fo Kohlendioxidgas oder weniger als 5 # Sauerstoff besteht und mit einer Gesamt-Strömungsmenge von 50 bis 200 l/min zugeführt wird, mit Hilfe mehrerer jeweils aus niedriglegiertem Stahl bestehender und einen Durchmesser von 3,0 bis 6,4 mm aufweisender, abschmelzender Elektroden aus einen hohen Durchmesser aufweisendem Massivdraht, welche in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand von 10 bis 100 cm·angebracht sind, bei einem Schweißstrom von 600 bis 1500 A, einer Bogenspannung von 23 bis 36 V und einer Schweißgeschwindigkeit von 300 bis 1500"mm/min vorgenommen wird.

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