DE2607239C3 - Elektrode für die Auftragsschweißung - Google Patents
Elektrode für die AuftragsschweißungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für die Auftragsschweißung
mit einem Aufbau aus mindestens zwei Schichten, wobei wenigstens eine aus einem nicht-rostenden austenitischen Stahl bestehende
Schicht und wenigstens eine weitere Schicht vorgesehen sind. Eine derartige Kompositelektrode ist bereits
aus der DE-AS 1758989 bekannt. Diese bekannte Schweißelektrode besteht aus einem Kernstab aus
nicht-robtendem austenitischen Stahl und einer aus Pulver aufgebauten Umhüllung mit Chrom, Nickel
und Risen.
Wie bekannt, wird die Auftragsschweißung häufig dazu verwendet, um einen metallischen Grundwerkstoff
mit einem Metall, beispielsweise einem nicht-rostenden Stahl, zu überziehen. Bei fortschrittlichen
Auftragaschweißungsverfahren werden anstelle von früher üblichen Elektroden in Stangen- oder Drahtform
nunmehr Schweißelektroden verwendet, die die Gestalt von Streifen oder Bändern besitzen, da sich
mit solchen Streifenelektroden die Metalloberflächen leichter vollständig beschichten lassen. Streifenelektroden
gestatten nämlich einen höheren Metallauftrag, da der größere Querschnittsbereich dieser Streifenelektroden
das Arbeiten mit vergleichsweise größeren Strömen gestattet.
Werden austenitische, nicht-rostende Stähle auf einen
metallischen Grundwerkstoff durch Auftragsschweißung aufgetragen, so kommt es häufig zu
Warmrissen in der aufgebrachten austenitischen Stahlschicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode für die Auftragsschweißung der aus der
DE-AS 1758 989 bekannten Gattung so auszubilden, daß der aufgebrachte, nicht-rostende Stahlwerkstoff
keine Neigung zur Warmrissigkeit zeigt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des neuen Anspruchs 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist in erster linie darin zu sehen, daß nunmehr
austenitische, nicht-rostende Stahlschichten durch Auftragsschweißen aufgebracht werden können,
die keine Warmrissigkeit zeigen. Dieses liegt in erster linie daran, daß der mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Schweißelektrode aufgetragene Stahl wenigstens 2 Gew.-% δ-Ferrit enthält. Untersuchungen haben
ergeben, daß ein kleiner Anteil an ό-Ferrit im Gefüge enthaltender rostfreier Stahl weit weniger rißanfällig
ist als ein austenitischer rostfreier Stahl ohne derartige ό-Ferritgehalte. Ein austenitischer, nichtrostender
Stahl mit darin enthaltener gesonderter ό-Ferritphase ist jedoch so schwer warmzuverformen,
daß die Herstellung von Elektroden aus einem solchen Werkstoff äußerst kostenintensiv ist. Die Schwierigkeiten
bei der Warmverformung von nicht-rostendem Stahl mit ό-Ferritgehalten nehmen mit steigenden
Gehalten an δ-Ferrit so lange zu, bis der Ferrit eine kontinuierliche Phase bildet.
Die erfindungsgemäße Elektrode läßt sich leicht auf herkömmliche Weise herstellen, zeichnet sich jedoch
dadurch aus, daß mit ihrer Hilfe durch Auftragsschweißen ein metallischer Überzug aus einem austenitischen,
nicht-rostenden Stahl erzeugt wird, welcher 2 bis 35 Gew.-% einer darin enthaltenen gesonderten
ό-Ferritphase aufweist. Die erfindungsgemäße Elektrode ist als eine Vielzahl von Schichten umfassende
Kompositelektrode aufgebaut, wobei ein besonderer Vorteil darin zu sehen ist, daß jede der Schichten sich
leicht warmverformen läßt. Die einzelnen Schichten sind so gewählt, daß sie eine Insgesamt-Zusammensetzung
aufweisen, weiche im aufgetragenen und erstarrten Schweißgut zu einer Legierung führt, die ein
austenitisches Gefüge besitzt und 2 bis 35 Gew.-% einer gesonderten ό-Ferritphase aufweist. Bei diesen
Schichten kann es sich um Schichten aus austenitischem, nicht-rostendem Stahl, um ferritischen, nichtrostenden
Stahl, um warmverformbare Duplexgefüge oder um reine Metalle, wie Chrom, handeln. Die Zusammensetzung,
die sich daraus ergibt, daß alle Schichten schmelzen und wieder erstarren, enthält
wenigstens 2 Gew.-% ö-Ferrit.
Im Rahmen der Erfindung sind unter der Bezeich-
IO
15
nung »Schichten« oder »Schichtungen« sowohl ebene Schichten eines Mehrfachkomponentenstreifens als
auch konzentrische Schichten eines Mehrfachkomponentendrahtes oder -Stabes zu verstehen. Demzufolge
wird im Rahmen der Erfindung auch der Kern einer einen runden Querschnitt besitzenden Elektrode als
Schicht bezeichnet, obgleich man eine solche Schicht auch als Kern bezeichnen könnte.
Die erfindungsgemäße Elektrode kann jegliche Anzahl von Schichten aufweisen. Besitzen die die
Streifenelektrode nach der Erfindung bildenden Schichten die Gestalt eines ebenen Streifens oder
Bandes, so können sie durch Walzen, durch Explosivbindung oder auch dadurch aneinandergebunden
werden, daß Kompositblöcke abgegossen und nachfolgend ausgewalzt werden. Darüber hinaus können
alle Arbeitsweisen verwendet werden, die zum Verbinden zweier Metallstücke miteinander bekannt sind.
Ebene oder flache Streifenelektroden können auch dadurch hergestellt werden, daß ein Metall auf das
andere plattiert wird. Vorzugsweise werden wenigstens drei Schichten verwendet, um sicherzustellen,
daß die erfindungsgemäße Streifenelektrode zu einer homogenen Flüssigkeit schmilzt und um Schwierigkeiten,
wie die Kräuselbildung, zu verhindern, falls die unterschiedlichen Metalle unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten
oder unterschiedliche Walzeigenschaften besitzen. Wird eine Elektrode mit kreisförmigem Querschnitt benutzt, so ist bevorzugt,
daß die äußeren Schichten durch Plattieren aufgebracht sind, wenngleich andere Verfahren zur Herstellung
konzentrischer Schichten verwendet werden können, wozu das Verstäuben, die Abscheidung aus
der Dampfphase oder die Abscheidung aus der Gasphase genannt seien. Gegebenenfalls kann die laminierte
kreisförmige Elektrode dann auf die angestrebte Endabmessung gezogen werden.
Die Zusammensetzung des fertigen durch Auftragschweißung erzeugten Metaliüberzuges hängt ab sowohl
von der Zusammensetzung der Schichten als auch von deren jeweiligen Dicken. Unter Berücksichtigung
der Faktoren können die Zusammensetzungen des fertigen Auftragsmaterials leicht berechnet werden.
Wie bereits erwähnt, besteht wenigstens eine der Schichten der erfindungsgemäßen Elektrode aus austenitischen
nicht-rostenden Stahl und diese Schicht soll im folgenden stets als »erste Schicht« bezeichnet
werden. Als Werkstoff für diese erste Schicht können bekannte nichtrostende Stähle, wie solche gemäß den
Typenreihen 304 L, 308 L, 309 L oder 316 L des American Iron and Steel Institute (AISI) verwendet
werden. Wenngleich diese nichtrostenden Stähle in der Regel austenitisch sind, muß ihre Auswahl dahingehend
erfolgen, daß einige wenige Zusammensetzungen innerhalb ihrer breiten Gehaltsgrenzen vermieden
werden, welche bei hohen Temperaturen ό-Ferrit bilden und dann schwer warmzuverformen
sind. Es wird angenommen, daß sogar geringe Mengen an ό-Ferrit in austenitischeii nichtrostenden Stählen
dazu führen, daß diese Stähle schwer warmzuverformen sind, da sich die weichere und diskontinuierliche
ό-Ferritphase unter Ausbildung von Rissen trennt. Liegt die β-Ferritphase jedoch in großen Mengen von
etwa 50 Gew.-% vor, so ist die δ-Ferritphase entweder kontinuierlich oder sehr nahe am kontinuierlichen
Zustand, wodurch das Duplexlegierungsgefüge leicht in der Wärme verformbar ist.
30
35
55
b0 Ein Duplexgefuge mit etwa 2 bis 35 Gew.-%
δ-Ferrit ist für die Auftragsschweißung am günstigsten, aber ein solches Duplexgefuge ist am schwierigsten
warmzuverformen. Enthalten demzufolge die Schichten der erfindungsgemäß aufgebauten Elektrode
eine Schicht aus einem leicht walzbaren austenitischen nichtrostenden Stahl und eine Schicht sus
leicht walzbarem δ-Ferrit, oder Duplexstahl mit großen Gehalten an δ-Ferrit, oder reinem Chrom, so wird
das abgeschmolzene und erstarrte Schmelzgut oder Auftragsmaterial ein austenitischer nichtrostender
Stahl sein, in welchem eine diskontinuierliche δ-Ferritphase enthalten ist.
Die in einer gegebenen Zusammensetzung vorliegende Menge an δ-Ferrit kann leicht anhand der Literatur
bestimmt werden. So beinhaltet beispielsweise das Schaefflerdiagramm (enthalten im Aufsatz »Ferrite
In Austenitic Stainless Steel Weld Metal« veröffentlich in »Welding Research Supplement« to the
Welding Journal, Juli 1974, Seiten 273 bis 296) genügend Informationen, um dem Fachmann das Bestimmen
der in einer gegebenen Zusammensetzung enthaltenen Menge an δ-Ferrit zu ermöglichen. Ist somit
eine bekannte Menge an austenitischem nichtrostenden Stahl m den ersten Schichten oder im Kern eines
Drahtes vorgesehen und ist die Menge an δ-Ferrit bekannt, die für den mit Hilfe des Auftragsschweißens
erzeugten Metallüberzug erforderlich ist, so können Veröffentlichungen wie das erwähnte Schaefflerdiagramm
oder vergleichbare Quellen benutzt werden, um die Zusammensetzung zu bestimmen, die für die
Legierung in der zweiten Schicht erforderlich ist. Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf
zwei Metalle oder Legierungen beschränkt ist und es sei ferner darauf hingewiesen, daß ggf. auch Schichten
aus Flußmitteln oder dergleichen verwendet werden können.
So ist dem Schaefflerdiagramm beispielsweise zu entnehmen, daß die folgende Legierung etwa 15
Gew.-% ό-Ferrit enthält.
C | N | Si | Mn | Cr | Ni | Fe und Verun reinigungen |
0,015 max. |
0,03 | 0,2 | 1,50 | 22,6 | 10,40 | Rest |
Die vorstehend genannte Zusammensetzung würde derart schlechte Warmwalzeigenschaften besitzen,
daß es äußerst und schwierig und dementsprechend auch äußerst teuer wäre, sie zu einem dünnen Bandmaterial
zu verarbeiten, welches als Elektrode für das Auftragsschweißen oder als Schweißdraht geeignet
wäre. Erfindungsgemäß wird die vorstehend genannte Legierung dadurch hergestellt, daß eine Kompositelektrode
mit ersten Schichtungen aus einem nichtrostenden Stahl gemäß AISI 304 verwendet wird, der
die folgende Zusammensetzung besitzt.
C | N | Si | Mn | Cr | ,5 | Ni | ,0 | Fe und Verun reinigungen |
0,015 max. |
0,03 | 0,2 | 1,5 | 18 | 10 | Rest | ||
Die zweiten Schichten sollten aus einer Legierung bestehen, die sei j große Mengen an Ferrit, und zwar
einem leicht warmverformbaren, enthält. Eine derartige Legierung enthält 34 Gev/.-% Chrom, 12
Gew.-% Nickel, 0,7 Gew.-% Mangan, Rest Eisen und
Verunreinigungen. Es läßt sich leicht berechnen, daß eine Kompositelekirode, in welcher ein nichtrostender
Stahl gemäß AISI 304 70% der Dicke einnimmt und die ferrithaltige Legierung 30% der Dicke beansprucht,
zu dem oben aufgeführten angestrebten ferrithaltigen Auftragsmetall führt. Vorzugsweise ist die
Elektrode aus drei Schichten aufgebaut, wobei zwei Schichten aus dem nichtrostenden Stahl gemäß AISI
304 besteben. Jede der Schichten aus nichtrostendem Stahl nimmt 35% der Gesamtdicke der Elektrode ein
und saiidwichartig zwischen diesen Schichten ist eine
Schicht aus der ferrithaltigen Legierung angeordnet, welche 30% der Elektroden-Gesamtdicke beansprucht.
Eine derartige Elektrode kann dadurch hergestellt werden, daß die Komponenten durch Kaltwalzen
miteinander verbunden werden, woran sich eine Diffusionsglühung zur Verbesserung der Bindungsintensität
anschließt. Andererseits können auch die Enden des aus drei übereinanden»elegten Schichten
bestehenden Stapels miteinander verschweißt werden, worauf der Dreischichtstapel in der Wärme
ausgewalzt wird, um seine Dicke so weit zu vermindern, daß anschließend in der Kälte auf die angestrebte
Endabmessung ausgewalzt werden kann.
Die Zusammensetzung des fertiggestellten Auftragmetalls, die, wie bereits erwähnt, etwa 15 Gew.-%
δ-Ferrit enthält, kann auch dadurch erzielt werden, daß von einem nichtrostenden Stahl gemäß AISI310
ausgegangen wird. Ein solcher Stahl hat die folgende Zusammensetzung.
C | N | Si | Mn | Cr | Ni | Fe und Verun reinigungen |
0,2 max. |
0,03 max. |
0,2 | 1,5 | 25 | 20 | Rest |
Um eine Zusammensetzung des Auftragsmetalls, wie oben genannt, zu erzielen, wird eine Kompositlegierung,
die zu 50% ihrer Dicke aus einem rostfreien Stahl gemäß AISI310 und zu 50% aus einer zweiten
Legierung mit folgender Zusammensetzung besteht, hergestellt, wodurch die angestrebte Zusammensetzung
erreicht wird.
N | Si | Mn | 6 | Ni | Fe und Verun reinigungen |
|
C | 0,03 max. |
0,2 | 1,5 | Cr | 0,25 max. |
Rest |
0,01 - max. |
20,0 | |||||
Die Elektrode kann rund oder flach sein und als Zweischichtenelektrode oder mit so viel Schichten wie
angestrebt, ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedoch eine
ίο flache oder ebene Elektrode mit drei Schichten, wobei
zwei Schichten jeweils 25% der Elektrodendicke einnehmen und eine mittlere Schicht vorgesehen ist, die
50% der Elektrodendicke einnimmt. Für die Außenschichten kann entweder der Werkstoff gemäß AISI
]5 310 oder die zweite Legierung verwendet werden.
Auch diese Elektrode kann dadurch hergestellt werden, daß die drei Komponenten durch Kaltwalzen
miteinander verbunden werden, oder daß die drei Schichten sandwichartig aufeinander angeordnet und
dann mit ihren Vorderenden untereinander verschweißt werden, worauf ein Warmwalzen und ein abschließendes
Kaltwalzen auf die Endabmessung folgen. Eine besondere Stärke der Bindungen zwischen
den einzelnen Schichten ist nicht erforderlich solange nur sichergestellt ist, daß die Bindung den Beanspruchungen
gewachsen ist, die bei Verwendung der Elektrode als Schweißelektrode auftreten. Es muß jedoch
ein ausreichender elektrischer Kontakt zwischen den Schichten gewährleistet sein.
jo Ein 15% Ö -Ferrit enthaltendes Schweißgut kann
aus einem Schweißdraht hergestellt werden, der aus einer 19 Gew.-% Chrom und 10,88 Gew.-% Nickel
enthaltenden Eisenlegierung hergestellt ist, wobei unterstrichen sei, daß die genannte Legierung leicht
warmzuverformen ist. Diese Legierung wird zu einem Draht mit einem Durchmesser von 1,48 mm ausgezogen
und unter Anwendung herkömmlicher Arbeitsweisen mit Chrom plattiert, wobei eine Chromschicht
mit einer Dicke von etwa 0,015 mm auf den als Kern dienenden Draht erzeugt wird. Schmilzt die Elektrode
ab und erstarrt das abgeschmolzene Gut anschließend, so wird ein metallischer Überzug oder eine Auftragsschweißung
erzeugt, die etwa 15% δ-Ferrit enthält.
Claims (9)
1. Elektrode für die Auftragsschweißung mit einem Aufbau aus mindestens zwei Schichten, wobei
wenigstens eine aus einem nicht-rostenden austenitischen Stahl bestehende Schicht und wenigstens
eine weitere Schicht vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtungen derart
gewählt sind, daß im von der Elektrode abgeschmolzenen und wieder erstarrten Metall wenigstens
2 Gew.-% δ-Ferrit enthalten sind.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wieder erstarrte Metall wenigstens
5 Gew.-% δ-Ferrit enthält.
3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Gestalt eines flachen
Streifens besitzt.
4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine runde Querschnittsgestalt
besitzt.
5. Elektrode nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
weitere Schicht aus einer Eisenlegierung besteht, welche zu wenigstens 50 Gew.-% aus δ-Ferrit besteht.
6. Elektrode nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
weitere Schicht aus Chrom besteht.
7. Elektrode nach wenigstens einem der An-Sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektrode die Gestalt eines flachen Streifens besitzt und aus drei Schichten aufgebaut ist, wobei
die äußeren Schichten aus derselben Legierung bestehen.
8. Elektrode nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als
austenitischer nicht-rostender Stahl ein Werkstoff gemäß AISI 304 verwendet wird und daß die weitere
Schicht 12% Nickel, 34% Chrom, 0,7% Mangan, Rest Eisen und Verunreinigungen enthält.
9. Elektrode nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als
austetnitische Legierung ein rostfreier Stahl gemaß AISI 310 verwendet wird, und daß die weitere
Schicht 20% Chrom, 1,5% Mangan, max. 0,25 % Nickel, Rest Eisen und Verunreinigungen,
enthält.
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