DE2556139C2

DE2556139C2 -

Info

Publication number: DE2556139C2
Application number: DE2556139A
Authority: DE
Inventors: Philip Robert Middlesbrough Teesside Gb Kirkwood
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel PLC
Priority date: 1974-12-12
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1988-08-11
Also published as: SE423336B; NL7514410A; IT1055714B; DE2556139A1; FR2294240A2; SE7513976L; IE42201L; IE42201B1; NO141636B; BE836560R; NL182782B; GB1532217A; FR2294240B2; JPS51108645A; NO141636C; NL182782C; NO754217L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer abschmelzenden Stahlschweißelektrode in Form eines Stahldrahtes oder -stabes für das verdeckte Lichtbogen schweißen unter einem Flußmittel gemäß dem deutschen Patent 24 39 862.

In diesem deutschen Patent ist die Verwendung einer abschmelzenden Stahlschweißelektrode beschrieben, die einen niedrigen Kohlenstoff- und Siliciumanteil aufweist und Titan, Bor und Molybdän als wesentliche Bestandteile enthält. Diese Stahllegierung hat die folgende prozentuale Zusammensetzung:

Kohlenstoff0,15% maximum Mangan0,5 - 1,5% Sililcium0,03 - 0,10% Molybdän0,2 - 0,6% Aluminium0,05% maximum Titan0,03 - 0,05% Bor0,002 - 0,008% Schwefel und Phosphorjeweils 0,04% maximal

Abschmelzende Stahlschweißelektroden sind weiterhin aus der DE-AS 22 13 230 bekannt. Hierbei sind die Schweiß elektroden jedoch vorzugsweise durch einen Stahlmantel mit einem Kern gebildet, der insbesondere Bor enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abschmel zende Elektrode der eingangs genannten Art zur Verwendung beim Schweißen von Stahl zu schaffen, die eine Verbesse rung der Kerbschlagzähigkeit des Schweißmetalls ergibt und deren prozentuale Zusammensetzung eine wirtschaft lichere Herstellung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Verwendung einer Stahl schweißelektrode mit der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Zusammensetzung gelöst.

Es wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß eine zur Ver wendung für eine abschmelzende Elektrode geeignete Stahl legierung hergestellt werden kann, bei der es nicht er forderlich ist, daß Molybdän mit 0,2% oder mehr vorhanden ist, die jedoch im übrigen in ihrer Zusammensetzung der Zusammensetzung des Hauptpatentes entspricht.

Die Menge des vorhandenen Mangans wird entsprechend der gewünschten Festigkeit des endgültigen Schweißmetalls gewählt.

Das Aluminium ist lediglich auf Grund seiner Verwendung als desoxidierendes Mittel beim Stahlherstellungsverfah ren vorhanden. Es ist aus diesem Grund normalerweise in einer Menge von zumindestens 0,02% vorhanden. Es wurde jedoch festgestellt, daß ein Aluminiumanteil unterhalb von 0,025%, und insbesondere von 0,02% und weniger, bessere Schweißeigenschaften ergibt.

Der Titananteil ist sehr bedeutsam, weil er eine zu sätzliche Desoxidation des Schweiß-Schmelzbades ergibt, die Bildung von kleineren körnigen Einschlüssen fördert und das vorhandene Bor gegen die Wirkung von Sauerstoff und Stickstoff schützt.

Eine gewisse Menge des Bors muß unkombiniert vorhanden sein. Gemäß einer bevorzugten Verwendung ist das unkom binierte oder freie Bor in einer Menge von zumindestens 0,002% vorhanden. Die tatsächliche minimale Menge des gesamten Bors, das in der Stahllegierung vorhanden sein muß, wird daher von der Menge abhängen, die mit Sauer stoff und Stickstoff kombiniert sein wird, es sei jedoch bemerkt, daß eine minimale Menge von 0,002% Bor üblicher weise zur Folge hat, daß eine ausreichende freie Bormenge in der Stahllegierung verbleibt. Entsprechend sind niedrige Werte von Sauerstoff und Stickstoff in dem Stahl erstrebenswert.

Für die Herstellung des Stahlmaterials der Stahlschweiß elektrode können beliebige Verfahren verwendet werden. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, eine Stahlle gierung herzustellen, in der Aluminium, Titan und Bor fehlen und diese Elemente darauffolgend in dieser Rei henfolge hinzuzufügen. Der Stahl wird insbesondere mit Hilfe des Aluminiums beruhigt und desoxidiert, das Titan kann einen großen Teil des Restsauerstoffs ent fernen und Bor wird abschließend hinzugefügt.

Die abschmelzende Schweißelektrode ist vorzugsweise mit einem dünnen Kupferüberzug versehen. Der Kupferüberzug verbessert den elektrischen Kontakt zwischen der Schweiß elektrode und der elektrischen Leistungsversorgung und schützt weiterhin die Schweißelektrode gegen eine Korro sion.

Die Schweißelektrode weist vorzugsweise einen Durchmes ser zwischen 1 und 8 mm auf. Die Menge des auf der Schweiß elektrode aufgebrachten Kupfers beträgt vorzugsweise bis 0,15 Gew.-% des Drahtes, wobei die praktische obere Grenze durch die Menge festgelegt ist, die zur Folge hat, daß die in das Schweißmetall überführte Kupfermenge eine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften des Schweiß metalls ausübt.

Wenn das verwendete Flußmittel ein saueres Flußmittel ist, so haben das Titan und das Bor die Neigung zu oxi dieren, während Silicium und Mangan dazu neigen, von dem Flußmittel in das Schweiß-Schmelzbad überzugehen. Vorzugs weise wird daher ein basisches Flußmittel verwendet, um die Oxidation und die Silicium- und Mangan-Überführung zu verringern.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen noch näher erläutert, wobei die Beispiele 1 und 2 Ver wendungen gemäß der Erfindung sind, während das Bei spiel 3 sich auf die Verwendung eines üblichen Kohlen stoff-Mangan-Schweißdrahtes bezieht und nur zu Vergleichs zwecken angegeben ist.

In allen Beispielen wurden zwei Platten aus Stahl mit der Bezeichnung BS 4360 50 D (der im wesentlichen dem Stahl gemäß DIN 17100 St 52-3 entspricht, jedoch einen höheren Vanadium- und Niob-Gehalt aufweist) durch ver decktes Lichtbogenschweißen unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Flußmittels verbunden, das die fol genden Bestandteile in den angegebenen Prozentzahlen ent hält:
SiO; 13,7%; MnO 0,1%; Fe₂O₃ 1,29%; Al₂O₃ 19,6%; CaO 12,58%; MgO 29,0%; TiO₂ 0,5%; K₂O 0,76%; Na₂₀ 0,42%; CaF₂ 18,0%; LiO₂ 0,32%; Zr₂O₃ 1,58%. Die Plattendicke betrug 38,1 mm

Die Analysen der für alle Verschweißungen verwendeten Testplatte, der verwendeten Schweißdrähte und des durch den Lichtbogen er zeugten Schweißmetalls sind in Tabelle 1 gezeigt.

Alle Verschweißungen wurden mit einem Gleichstrom-Lichtbogen durchgeführt und die Polarität der abschmelzenden Elektrode war positiv, obwohl Verschweißungen mit einer negativen Elektrode ebenfalls möglich sind.

Beispiel 1

Eine Verschweißung wurde mit einer Wärmezufuhr von 2,8 KJ pro mm Elektrodenlänge unter Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrode durchgeführt. Die Schweißstelle wurde auf Kerbfestigkeit (mit Hilfe des Charpy′schen V-Kerbverfahrens) und Festig keitseigenschaften im Zustand unmittelbar nach Durchführung der Verschweißung und im entspannten Zustand untersucht.

Beispiel 2

Eine Verschweißung wurde mit einer hohen Wärmezufuhr von 6,42 KJ pro mm Elektrodenlänge unter Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrode hergestellt, wobei das Schweißmetall unter Verwendung eines üblichen Schweißverfahrens von beiden Seiten verschweißt wurde, und die mechanischen Untersuchungen wurden an Proben durchgeführt, die auf beiden Seiten der Schweißverbindung ent nommen wurden, und zwar im Zustand nach dem Verschweißen.

Beispiel 3

Eine Verschweißung wurde zu Vergleichszwecken in gleicher Weise wie im Beispiel 1 mit der gleichen Wärmezufuhr von 2,8 KJ pro mm Elektrodenlänge unter Verwendung von Kohlenstoff-Mangan- Schweißdraht hergestellt. Kerbschlagzähigkeit und Feswtigkeits eigenschaften wurden im Zustand nach dem Verschweißen und im entspannten Zustand gemessen.

Die gemessenen Festigkeitseigenschaften der Verschweißung sind in der Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Tabelle 3

In den Zeichnungen sind grafische Darstellungen gezeigt, die die Kerbschlagarbeit der Schweißstellen im Zustand nach dem Schweißen und im entspannten Zustand vergleichen. Fig. 1 ver gleicht die Schweißstellen nach den Beispielen 1 und 3 im Zu stand nach dem Schweißen. Fig. 2 vergleicht die beiden gleichen Schweißstellen im entspannten Zustand. Fig. 3 vergleicht die Schweißstellen nach den Beispielen 1 und 2 im Zustand nach dem Schweißen, so daß die Auswirkung der höheren Wärmeeingangsleistung im Beispiel 2 zu erkennen ist. Es ist aus den grafischen Dar stellungen zu erkennen, daß die Kerbschlagarbeitseigenschaften bei niedrigen Temperaturen, die mit dem erfindungsgemäßen Schweißdraht oder -stab erzielt werden, den Eigenschaften wesent lich überlegen sind, die sich bei übllichen Kohlenstoff-Mangan- Schweißdrähten ergeben.

Die Kerbschlagarbeit ist hierbei die mit dem Querschnitt multi plizierte Kerbschlagzähigkeit.

Claims

Verwendung einer abschmelzenden Schweißelektrode in Form eines Stahldrahtes oder -stabes für das verdeckte Lichtbogenschweißen unter einem Flußmittel gemäß dem deutschen Patent 24 39 862, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht oder -stab die folgende Zusammensetzung aufweist: Kohlenstoff0,15% maximum Mangan0,5 - 1,5% Sililcium0,03 - 0,10% Molybdänweniger als 0,2% Aluminium0,05% maximum Titan0,03 - 0,05% Bor0,002 - 0,008% Schwefel0,04% maximum Phosphor0,04% maximum Eisen und zufällige VerunreinigungenRest