DE2608115B2

DE2608115B2 - Verfahren zum Ausbessern von Oberflächen-Fehlstellen an Stahlwerks-Roh- und -Halbzeug

Info

Publication number: DE2608115B2
Application number: DE2608115A
Authority: DE
Inventors: Seigo Hiramoto; Wataru Shimada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1975-02-28
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1980-07-10
Also published as: JPS5815224B2; JPS5199650A; US4050958A; DE2608115C3; DE2608115A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbessern von Oberflächei>FehlsteIIen an Stahlwerks-Roh- und -Halbzeug — wie Brammen, Blöcken, Knüppeln, Platinen usw. — durch Aufschmelzen im Schutzgas-Lichtbogen mit sich nicht verzehrender Elektrode.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 21 25 172 sowie aus der japanischen Patentanmeldung 18 268/ 1968 bekannt Als Schutzgas verwendet man dabei ein Inertgas oder ein reduzierendes Gas. Dabei kommt es zu einer Erhöhung der Menge des im aufgeschmolzenen Metall aufgelösten Gases, wodurch die Qualität der Oberflächenschicht beeinträchtigt wird. Darüber hinaus werden Blaslöchti ausgebildet, weiche auch nach dem Walzvorgang noch auf der Oberf "ehe verbleiben und diese ungleichförmig gestalten.

Aus der Zeitschrift Weldiiig Ec ineer, Juni 1955, Seiten 28, 29 und 62, ist bereits ein Schweißbrenner mit nicht abschmelzender Elektrode in einem Inertgasstrom mit äußerer Abschirmung durch Kohlendioxidgas bekannt Ferner ist es aus der DE-AS 11 16 513 bekannt, beim Schutzgasschweißen mit Kohlendioxid Desoxidationsmittel (Mangan, Silicium) der Schweißstelle zuzuführen. Es findet sich in diesen Druckschriften jedoch kein Hinweis auf die Ausbesserung von Oberflächen-Fehlstellen an Stahlwerks-Roh- und -Halbzeug.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ausbessern von Oberflächen-Fehlstellen an Stahlwerks-Roh- und -Halbzeug durch Aufschmelzen im Schutzgas-Lichtbogen mit sich nicht verzehrender Elektrode derart zu verbessern, daß die behandelte Oberflächenschicht nicht durch gelöstes Gas und Blaslöcher beeinträchtigt und ungleichförmig gestaltet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lichtbogen in einem Inertgasstrom brennt, der von einem oxidierenden Gas eingehüllt ist, und daß der Schmelzstelle ein Desoxidationsmittel zugeführt wird.

Zur Durchführung des Verfahrens verwendet man einen Schweißbrenner mit einer sich nicht verzehrenden Elektrode, einer die Elektrode umgebenden Führungsdüse für ein Inertgas und einer die Führungsdüse umgebenden Abschirmdfise für ein oxidierendes Abschirmgas. Durch diese Maßnahme wird einerseits der geschmolzene Metallkörper von der Luft abgeschirmt und andererseits wird die Oberfläche des geschmolzenen Metallkörpers mit einer durch Oxidation des Desoxidationsmittel* gebildeten Schlacke bedeckt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erlä'Jtert. Es zeipt

Fig, 1 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig,2(a) eine Photographic eines Schnitts zur Yeransehaiilichung der metallurgischen Struktur des Erzeugnisses nachdem die Oberflächendefekte nach

dem erfindungsgemäßen Verfahren beseitigt wurden und

Fig. 2(b) eine Photographic eines Schnittes durch ein in herkömmlicher Weise behandeltes Produkt

ίο Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Lichtbogenschweißgerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses Gerät umfaßt einen Bogengenerator 1 mit einer sich nicht verzehrenden Elektrode U, einer Führungsdüse 12 und einer /ibschirmdüse 13. Ferner umfaßt das Lichtbogenschweißgerät eine Einrichtung zur Einführung eines Schutzgases 14 in die Führungsdüse 12 — dabei handelt es sich um ein Inertgas, wie Argon oder Helium — sowie eine Einrichtung zur Einführung eines Abschirmgases 15, welches in der Hauptsache Kohlendioxid enthält und z. B. Kohlendioxidgas sein kann oder eine Mischung aus Kohlendioxid und Sauerstoff oder eine Mischung aus Kohlendioxid und einem Inertgas oder eine Mischung aus Kohlendioxid, Sauerstoff und einem Inertgas.

Ferner umfaßt das Lichtbogenschweißgerät eine Einrichtung zur Halterung des Bogengenerators 1.

Das Bezugszeicheji 2 bezeichnet ein Desoxidationsmittel in Form einer aus Silicium oder Mangan bestehenden Stange (oder einer Silicium oder Mangan

jo enthaltenden Stange).

Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Bramme mit Defekten 30 an der Oberfläche. Ein Lichtbogen 4 wird gebildet, wenn man zwischen der Bramme 3 und der sich nicht verzehrenden Elektrode 11, welche als positive

)5 oder negative Elektrode dienen kann, eine Gleichspannung einer nicht gezeigten Schweißspannungsquelle anlegt

Die defekten Bereiche der Oberfläche der Bramme 3 und das Desoxidationsmittel 2 werden durch den Lichtbogen 4 erhitzt und geschmolzen, wodurch eine geschmolzene Masse 31 und eine die Oberfläche bedeckende geschmolzene Schlacke 51 gebildet werden. Wenn die Bramme 3 in Richtung des Pfeils A mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird, so werden die geschmolzenen Bereiche nachfolgend abgekühlt und verfestigt, woraus sich Hie verfestigten Bereiche 32 und die verfestigte Schlacke 5 bilden. Die Schlacke 51 wird durch Oxidation des Desoxidationsmittels 2 durch das Kohlendioxidgas oder den Sauerstoff des Abschirmgases 15 gebildet Der in dem geschmolzenen Metall 31 aufgelöste Sauerstoff wird entfernt und die Oberfläche des geschmolzenen Metalls wird abgedeckt, so daß ein Eintritt von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft verhindert wird. Die Schlacke 51 hat die Funktion, die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls 31 herabzusetzen. Hierdurch wird die Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls 31 erhöht und man erhält eine glatte Oberfläche des verfestigten Bereichs 32. Die Menge des Desoxidations-

M) mittels 2 sollte die für die Desoxidation des im geschmolzenen Metall 31 aufgelösten Sauerstoffs erforderliche Menge übersteigen. Die überschüssige Menge des Desoxidationsmittels wird durch das Kohlendioxidgas oder durch den Sauerstoff des

h"> Abschirmgases 15 oxidiert. Dabei wird eine Schlacke gebildet, welche keine nachteiligen Wirkungen hat.

Der Lichtbogengenerator 1 und das Verfahren zur Zufuhr der Gase unterliegen keinen Beschränkungen

und sind insbesondere nicht auf die Darstellung der Fig, 1 beschrankt Die gleiche Wirkung kann auch mit einer zylindrischen Elektrode erzielt werden,

F i g, 2(a) ?eigt eine Photographic eines Schnitts einer Bramme, deren Oberflächendefekte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beseitigt wurden. Diese Photographic veranschaulicht die metallurgische Struktur des Produkts. Fig.2(b) zeigt eine Photographic eines Schnitts durch die metallurgische Struktur einer Bramme, deren Oberflächendefekte nach einem herkömmlichen Verfahren beseitigt wurden. Bei dem herkömmlichen Verfahren werden die defekten Oberflächenbereiche mit einem Lichtbogen geschmolzen, ohne daß ein Desoxidationsmittel angewandt wird. Danach wird der geschmolzene Bereich abgekühlt und verfestigt Man erkennt daß das erfindungsgemäße Verfahren zu einer ausgezeichneten metallurgischen Struktur E'hrt und zu einer glatten Oberfläche während das letztere Verfahren zu großen Blaslöchern führt

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Bogenschweißverfahrens kann das Ausmaß des Zusammenschmelzen in der Bramme 3 nach Wunsch derart gewählt werden, daß die Tiefe weniger als etwa 25 mm beträgt Dies gelingt durch Verlängerung der Erhitzungsdauer oder durch Erhöhung der Stromdichte des Lichtbogens 4. In einigen Fällen erreicht die Tiefe der in dem Ausgangsmaterial für den Walzvorgang, z. B. in der Bramme 3 oder dgL, gebildete Defekte 10 mehrere Millimeter (mehr als 10 mm) und es ist gewöhnlich bevorzugt diese Defekte dadurch zu beseitigen, daß man die davon betroffenen Bereiche vollständig schmilzt Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Beseitigung der Oberflächendefekte im praktischen Gebrauch besonders vorteilhaft

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beseitigung der Oberflächendefekte kann man die Oberflächendefekte der Bramme 3 zunächst visuell aufsuchen und sie danach der Reihe nach beseitigen. Es ist aber auch möglich, eine durchgehende Schmelzbehandlung der gesamten Oberfläche der Bramme 3 mit einer feststehenden Apparatur vorzunehmen, je nach den Abmessungen der Bramme 3.

Man kann schließlich auch das Verfaiiren zur Beseitigung der Oberflächendefekte des Rohmaterials für den Walzvorgang, z. B. der Bramme oder dgl, mit einer automatischen Vorrichtung vornehmen, ohne daß ein manueller Betrieb erforderlich ist. Hierbei verwendet man eine Einrichtung zur Entfernung der Schlacke 5, welche auf der Oberfläche der Bramme gebildet wird. Diese Einrichtung wirkt ?ls Ablöse- oder Abschäleinrichtung. Es handelt sich z. B. um eine Drahtbürste. Die gebildete Schlacke wird vor dem Walzen entfernt

Gemäß vorstehender Beschreibung kann ein stangenförmiges Desoxidationsmittel 2 verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt Das Desoxidationsmittel kann den defekten Oberflächenberejchen ebenfalls in Form eines Pulvers oder eines Granulats mit gewünschten Teilchenabmessungen zugelföhrt werden. Auch ist das erfindungsgemlße Verfahren nicht hinsichtlich der Polarität der Schweißspannung, welche zwischen der sich nicht verzehrenden Elektrode Il und der Bramme 3 anliegt, beschränkt Die sich nicht verzehrende Elektrode 11 muß nicht unbedingt eine positive Polarität haben.

ίο Es ist auch möglich, der Bramme 3 eine positive Polarität zu geben. Auch, in diesem Falle erhält man eine gleichförmige Schmelzung der Bramme. Es ist nämlich möglich, die Bogencharakteristika und die Breite des geschmolzenen Bereichs je nach Wunsch zu steuern,

is und zwar durch Steuerung des Verhaltens der auf dem Rohmaterial gebildeten Kathodenflecke.

Vorstehend wurde der Fall der Beseitigung von Oberflächendefekten aus dem Rohmaterial für die Walzverarbeitung, z. B. einer Bramme, durch Heißwalzen oder Kakwalzen erläutert

Das erfindungsgemäße Verfahren f-^net sich jedoch auch zur Beseitigung von Oberflächemlefekten bei anderen Verarbeitungsverfahren, z. B. zur Entfernung von Oberflächendefekten von geschmiedeten Stahlprodukten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere vorteilhaft bei Anwendung auf Stahlprodukte, welche nach der Beseitigung der Oberflächendefekte einer plastischen Verformung unterworfen werden sollen, z. B. durch Walzen oder durch Schmieden.

so Erfindungsgemäß wird im Falle der Beseitigung von Oberflächendefekten von Stahlprodukten die sich nicht verzehrende Elektrode durch ein Inertgas und einen Bogengenerator geschützt Das geschmolzene Metall, welches durch den gebildeten Lichtbogen zwischen der sich nicht verzehrenden Elektrode und der Oberfläche des Stahlprodukts gebildet wird, wird von der Luft abgeschirmt Das Abschirmgas umfaßt in der Hauptsache Kohlendioxid. Dem geschmolzenen Metall wird ein Desoxidationsmittel zugeführt wodurch eine Desosida-

tion stattfindet und der Überschuß des Desoxidationsmittels wird durch das Abschirmgas oxidiert, wodurch eine Schlacke gebildet wird. Hierdurch wird die Oberfläche des geschmolzenen Metallkörpers von der aus dem Desoxidationsmittel gebildeten Schlacke bedeckt Nach dem Beseitigen der Oberflächendefekte hat die Oberfläche der Bramme ein glattes Aussehen und weist keinerlei Defekte auf. Insbesondere weist die Oberfläche keinerlei Blaslöcher oder Einblaslöcher auf und die Oberflächenschicht hat eine ausgezeichnete

w metallurgische Struktur. Dies ist auf die Desoxidationseffekte zurückzuführen. Somit können erfindungsgemäß die Oberflächendefekte ohne Materialverlust aus dem Stahlerzeugnis beseitigt werden. Das erfindungsgemäße Ver'ahc .r hat somit erhebliche Vorteile.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Verfahren zum Ausbessern von Oberflächen-Fehlstellen an Stahlwerks-Roh- und Halbzeug — wie Brammen, Blöcken, Knüppeln, Platinen usw. — durch Aufschmelzen im Schutzgas-Lichtbogen mit sich nicht verzehrender Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen in einem Inertgasstrom brennt, der von einem oxidierenden Gas eingehüllt ist, und daß der Schmelzstelle ein Desoxidationsmittel zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Desoxidationsmittel eine aus Silicium oder Mangan bestehende Desoxidationsmittelstange verwendet.