DE2603107A1

DE2603107A1 - Schweissverbindung zwischen einem ferritischen werkstueck und einem werkstueck aus einer cunifer-legierung

Info

Publication number: DE2603107A1
Application number: DE19762603107
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Chem Dr Enchelmaier; Wilfried Wahl
Original assignee: Feld & Hahn GmbH
Current assignee: Feld & Hahn GmbH
Priority date: 1976-01-28
Filing date: 1976-01-28
Publication date: 1977-08-11

Description

Schweißverbindung zwischen einem ferritischen Werkstück und
einem Werkstück aus einer Cunifer-Legierung.
Die Erfindung betrifft eine Schweißverbindung zwischen einem ferritischen Werkstück und einem Werkstück aus einer Cunifer-Legierung.
Schweißverbindungen dieser Art kommen z. B. bei Wärmetauschern vor, bei welchen eine große Anzahl von Rohren als Rohrbündel in einen Rohrboden eingeschweißt sind. Dies ergibt schwierige Verbindungen, insbesondere bei zusätzlich großen Wandstärkeunterschieden, wobei dünnwandige Rohre dicht an dicht in einen im Verhältnis zu der Rohrwandstärke sehr dickwandigen Rohrboden mittels Rundschweißnähten eingeschweißt werden.
Besondere Verhältnisse liegen bei derartigen Apparaten, deren Rohre durch Rundschweißung mit den tragenden Böden fest verbunden sind, insbesondere dann vor, wenn es sich um haarnadelförmige Rohrregister handelt. Dann nämlich gibt es am fertiggestellten Apparat keine Möglichkeit mehr, ein defektes Rohr oder eine defekte Rohr-Bodenverbindung auszuwechseln. Aus diesem Grunde ist es unbedingt erforderlich, die in Frage kommenden Schweißnähte mit äußerster Sorgfalt herzustellen Denn es kommt noch hinzu, daß infolge der besonderen Betriebsverhältnisse zum Beispiel eines Wärmetauschers bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur Schweißstellenbrüche zu einer ernsten Gefahr für das Betriebspersonal werden können, weil beim Austreten von heißem Dampf oder überhitztem Wasser große Energiemengen schlagartig frei werden können.
Aus diesem Grunde wendet man bei der Herstellung solcher Verbindungen alle nur möglichen Maßnahmen an, um Schweißfehler zu vermeiden, bzw. Fehlerstellen rechtzeitig ausfindig zu machen, bevor es zu Materialzerstörungen, beispielsweise im Verlauf von Gefügerissen etc. kommen kann.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Fall von Schweißverbindungen an Röhrenwärmetauschern, wobei die an einen Boden, zum Beispiel aus Kesselblech H2 (ca. 0,2 % C) anzuschweißenden Rohre aus einer sogenannten "Cunifer-Le-Legierung" bestehen, das heißt, aus einer Legierung von Kupfer-Nickel-Eisen. Das Kurzzeichen dieser Legierungen nach der DIN-Norm ist, je nach dem Mischungsverhältnis der einzelnen Legierungsbestandteile beispielsweise:

Bezeichnung Kurzz. usammensetzung in Gew.- X entspr.:

nach DIN EF 1 e n u

=UNIFER 10 uNilOFe 9-11 1,0-1,80f5-1X0 # ASTM

DIN 17 664 # 171

#

CUNIFER 20 CuNi2OFe 20-22 0,5-1,0 0,5-15 # ASTM

DIN 17 664 # B 111

CUNIFER 30 CuNi3OFe 30-32 0,4-1,0 0,5-1,5 BS 2870

DIN 17 664 Leg CN 107

Es ist schon bekannt, Schweißverbindungen zwischen ferritischen Werkstoffen und solchen aus Kupfer-Nickel-Legierungen herzustellen, indem man als Schweißzusatzwerkstoff ebenfalls eine Kupfer-Nickel-Legierung verwendet.

Es ist andererseits bekannt, schwer schweißbare Teile z. B.
mit relativ hohem Kohlenstoffgehalt (ab 0,3 %) z. B. Graugußarten mit lamellarem Graphit oder mit Kugelgraphit ebenfalls mit hochnickelhaltigen Elektroden zu verschweißen, beispielsweise mit 70 % Ni; 15 % Cr; 15 % Fe. Im übrigen gilt hier, wie überhaupt in der Schweißtechnik, der Grundsatz, daß das Elektrodenmaterial oder die sogenannten Schweißdrähte in einer Zusammensetzung angewendet werden, welche der des Grundwerkstoffes möglichst nahe kommt.
Dabei zeigt es sich, daß die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe aus der Schwierigkeit herrührt, die darin besteht, daß die beiden zu verschweißenden Werkstoffarten - einerseits ein Kesselblech mit ca. 0,2 % C; andererseits eine Kupfernickelverbindung - aus sehr verschiedenen Grundwerkstoffen bestehen. Es war daher die Aufgabe gestellt, einen Schweißzusatzwerkstoff zu finden, welcher mit beiden in vieler Hinsicht verschiedenartigen Grundwerkstoffen der zu verschweißenden Teile eine eutektische Legierung mit einem vorzugsweise austenitischen Gefüge in der Schweiße ergibt, ohne insbesondere das perlitische Gefüge des Stahles schädlich zu verändern.
Überraschenderweise wurde nun die zufriedenstellende Lösung dieser schwierigen schweiß technischen Aufgabenstellung darin gefunden, daß als Schweißzusatzwerkstoff Nickel verwendet wird.
Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß der Schweißzusatzwerkstoff Nickel eine geringe Beimengung eines Stabilisators aufweist.
Im vorliegenden Falle hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß als Stabilisator eine Beimengung von ca. 0,5 bis 1,5 % Mangan und/oder Silizium verwendet wird.
Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens werden im folgenden zwei Beispiele angegeben: Beispiel 1 - Miteinander zu verschweißende Teile; Rohrboden -- HII 50 mm (0,22 % C) Rohr -- CuNi 30 Fe 0 25 x 2,5 - Schweißnaht-Vorbereitun: Rohrboden absolut metallisch blank Vorwärmen ca. 1200 C Aufnahmebohrung anphasen 2,5 x 450 Rohroberkante ca. 1 mm über Unterkante Anphasung Rohr (ohne Luft) in Bohrung angelegt - Schweißverfahren und Durchführung: --------------------------------------------Lichtbogenschweißung mit Wolfram-Nadel ~ 3,2 mm, ~ Düse 8 mm Argon 99,9 7 1/min.
Zusatzwerkstoff: Nickel, Draht, ~ 2 mm Strom: Wurzel lage 145 A Decklage 125 A Bemerkung: ------------Geschweißt wird mit viel Zusatz, so daß fast vollständig aufgefüllt ist.
Badbeobachtung schwierig.
Schweißposition: waagerecht.
Erqebnis: Bei der durchgeführten Schweißung wurden keine Risse festgestellt.
Beispiel 2 - Miteinander zu verschweißende Teile - Schweißnahtvorbereitung - Schweißverfahren und Durchführung genau gleich wie in Beispiel 1 jedoch mit dem-U n t e r s c h i e d zu Beispiel 1, daß als Zusatzwerkstoff S 6530 (65Cu/30Ni) verwendet wird.
- #Er#ebnis: Poren, Einschlüsse und Risse im Verlauf der Schweißnaht.
Zur Untersuchung der beiden Schweißverfahren wurden jeweils folgende Prüfmethoden angewandt: a = Farbeindringprobe Einwirkdauer ca. 25 min.
Medium: "Diffu-Therm".
b = Schliffprobe (Ätzung) und Beobachtung durch Mikroskopie.
Patentansprüche

Claims

patentansprüche Schweißverbindung zwischen einem ferritischen Werkstück und einem Werkstück aus einer Cunifer-Legierung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Schweißzusatzwerkstoff Nickel verwendet wird.
2. Schweißverbindung nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißzusatzwerkstoff Nickel eine geringe Beimengung eines Stabilisators aufweist.
3. Schweißverbindung nach dem Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stabilisator eine Beimengung von ca. 0,5 bis 1,5 % Mangan und/oder Silizium verwendet wird.