DE2754426C2

DE2754426C2 - Verfahren zum Senkrecht-Stumpfschweißen von Blechen, insbesondere von Vertikalstößen von Großraumbehältern, im Lichtbogenschweißverfahren

Info

Publication number: DE2754426C2
Application number: DE2754426A
Authority: DE
Inventors: Erich Ing. Weißkirchen Kasper
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1977-12-07
Publication date: 1982-06-16
Also published as: US4175227A; PL203156A1; DE2754426A1; DD133636A5; ATA949876A; IT1088664B; AT347207B; GB1577189A; FR2374994A1; HU175273B

Description

C ungefähr

Cr

Ni

Mo

Nb

0,05 Gew-%

18,0-20,00 Gew.-%
9,5—12,00 Gew.-%
bis 24 Gew.-%

Spuren

Rest Eisen mit üblichen Verunreinigungen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Senkrecht-Stumpfschweißen von Blechen, insbesondere von Vertikalstößen von Großraumbehältern, aus rostsicheren, chemisch beständigen Stählen mit mehr als 2% Ni im Lichtbogenschweißverfahren mittels einer von einem Schweißdraht gebildeten Elektrode, wobei die zu verschweißenden Blechkanten, vorzugsweise mit einem öffnungswinkel vea etwa 60°, abgeschrägt werden.

Die Vertikalstöße von Großraumbehältern aus nicht oder niedrig legiertem Stahl werden heute ausschließlich mit Schweißautomaten unter Schutzgasatmosphäre geschweißt, und zwar bei Mantelblechdicken bis ca. 12 mm nach dem MAG-Schweißverfahren, bei größeren Blechdicken nach dem Elektrogasverfahren. In beiden Fällen werden die zu verschweißenden Bleche unter Freilassung eines Spaltes aneinandergestoßen. Bei der MAG-Schweißung wird der Luftspalt, mit 60° Fugenöffnung, mittels einer pendelnden Drahtelektrode nacheinander von beiden Seiten mit Schweißgut gefüllt. Bei der Elektrogasschweißung dagegen wird der Luftspalt zwischen zwei Kupferplatten ebenfalls von unten nach - oben mit SchweiEgut ausgefüllt Der Schweißautomat wird hierbei jeweils nach Maßgabe des Fortschrittes des Schweißens nach oben bewegt In Anbetracht des Umstandes, daß es sich bei den Wänden solcher Großraumbehälter um starkwandige Bleche handelt, wurden Schweißelektroden von verhältnismäßig großem Durchmesser verwendet

Aus dem Buch G.Aichele und A.A. Smith »MAG-Schweißen«, Düsseldorf 1975, sind eine Reihe von konkreten Verfahren bekannt geworden, wobei insbesondere ein Vorschub des Drahtes in Richtung der Schweißnaht von oben nach unten zur Verbesserung des Raupenprofils vorgeschlagen wurde. Für verschiedene Blechqualitäten wurde neben der Verwendung von Schutzgasatomosphären bereits vorgeschlagen, oxydierende Gasgemische auf der Basis von Kohlenoxyd, Sauerstoff und Argon zu verwenden. Mit diesen bekannten Verfahren war auch eine automatische Steuerung von Drahtvorschub, Pendelbewegung der Elektrode und Vorschub des Schweißaggregates in Richtung der Schweißnaht möglich, solange es sich um niedrig legierte Stahlbleche handelte und insbesondere solange Nickel keinen Legierungsbestandteil bildete. Aus der DE-AS 19 28 745 ist ein Schweißautomat bekannt geworden, mit welchem eine Bewegungsperiode von 0,1 bis 1 Hz angewendet werden konnte. Mit diesen Automaten können komplizierte Bewegungsformen, welche von einer einfachen geradlinigen Pendelbe-

wegungder Elektroden abweichen, erzielt werden.

For viele Verwendungszwecke ist aber die Ausbildung der Behälterwände aus nichtrostendem bzw. chemisch beständigem Stahl erforderlich, und bei einem solchen legierten Stahl ist es bisher nicht gelungen, mit Schweißautomaten zu arbeiten. Dies wird darauf zurückgeführt, daß wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit solcher legierter Bleche die Erstarningsgeschwindigkeit des Bades des Schweißgutes zu gering ist und daher das Bad des Schweißgutes das Bestreben hat, aus der Schweißnaht auszufließen. Es war daher bisher erforderlich, Schweißnähte bei Behältern aus nicht rostendem, chemisch beständigem Stahl von Hand aus durchzuführen. Dies stellte große Ansprüche an den Schweißer und die Qualität der Schweißnähte war von der Qualität des Schweißers abhängig.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Nachteile bei einem Verfahren zum Senkrecht-Stumpfschweißen von Blechen, insbesondere Vertikalstößen von Großraumbehältern, aus rostsicheren chemisch beständigen Stahlen mit mehr als 2% Ni mittels einer von einem Schweißdraht gebildeten Elektrode, wohei die zu verschweißenden Blechkanten, vorzugsweise mit einem öffnungswinkel von etwa 60°, abgeschrägt werden, zu beseitigen, und die Erfindung besteht im wesentlichen in der Kombination der Merkmale, daß die Blechkanten in an sich bekannter Weise nur einseitig abgeschrägt werden und die Schweißung an der klaffenden Seite des Stoßes mittels einer Elektrode mit einer Drahtstärke von höchstens 1 mm erfolgt, daß die Elektrode in an sich bekannter Weise zu einer Pendelbewegung angetrieben wird, daß die Pendelbewegung quer zur Schweißnaht über die Breite derselben mit einer Frequenz von 70 bis 140 Doppelhüben pro Minute durchgeführt wird, daß der Vorschub in Richtung der Schweißnaht in an sich bekannter Weise von oben nach unten erfolgt und daß in an sich bekannter Weise die Schweißstelle unter einer Aktivgasatmosphäre gehalten wird, welche CO₂.02 und vorwiegend Ar enthält, wobei der Drahtvorschub, die Pendelbewegung und der Vorschub des Schweißaggregates in Richtung der Schweißnaht automatisch gesteuert werden.

Das Wesen der Erfindung besteht hierbei in der gezielten Auswahl einzelner Verfahrensschritte und in der Kombination aller dieser Verfahrensschritte, wobei durch die Kombination aller Verfchrensschritte überraschenderweise auch mit Nickel legierte Stähle mit Schweißautomaten senkrecht-stumpfgeschweißt werden können.

Vorzugsweise wird iderbei eine Elektrode mit 03 mm Drahtstärke verwendet Der Antrieb der Elektrode erfolgt vorzugsweise mit einer Frequenz von 90—120 Doppelhüben pro Minute. Durch die Verwendung einer Elektrode mit sehr geringer Drahtstärke und durch die Maßnahme, diener Elektrode eine Pendelbewegung über die Breite der Schweißnaht zu erteilen, werden jeweils sehr kleine Mengen von Schweißgut aufgebracht, welche sehr schnell erstarren. Dadurch, daß die Blechkanten abgeschrägt werden und an der Seite, auf welcher die Schweißung erfolgt, klaffen, wird das schnelle Erstarren des aufgetragenen Schweißgutes weiter begünstigt und dadurch, daß die Schweißung bei senkrechten Schweißnähten fallend von oben nach unten erfolgt, wird der Vorteil erreicht, daß die jeweils nächste Schweißraupe an der Unterseite der bereits in Erstarrung begriffenen Schweißraupe aufgebracht wird und so eine gute Bindvrg der Schweißraupen gewährleistet ist. Durch die schnelle Frequenz der Pendelbewegung wird der Erstarrungsgeschwindigkeit der dünnen Schweißraupen Rechnung getragen. Dadurch und im Verein mit der Anwendung einer Aktivmischgasafcnosphäre, welche vorwiegend Argon enthält, wird

5 offenbar die interkristalline Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht begünstigt und es wird das Einbringen von Stickstoff sowie die Bildung von Karbiden in der Schweißnaht vermieden. In diesem Zusammenhang ist zweckmäßig eine Elektrode in der Zusammensetzung eines Rostsicherstahles, die zusätzlich Niob zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit enthält, zu verwenden. Es hat sich gezeigt, daß bei Anwendung dieser Maßnahmen eine automatische Schweißung ermöglicht wird, wobei mittels eines Schweißautomaten der Drahtvorschub, Sie Pendelbewegung und der Vorschub des gesamten Schweißaggregates in Richtung der Schweißnaht automatisch gesteuert werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Schweißung so, daß zwischen den Stoßkamen der miteinander zu verschweißenden Bleche ein Spalt freigelassen wirJ and nach Fertigstellung der Schweißung an der klaffenden Seite der Stoßstelle an der anderen Seite der Stoßstelle eine Gegenschweißung in analoger Weise vorgenommen wird. Durch diese Gegenschweißung wird die Schweißnaht auf der gegenüberliegenden Seite völlig geschlossen. Vorzugsweise wird hierbei vor Durchführung der Gegenschweißung die Stoßstelle an derjenigen Seite an welcher die Gegenschweißung erfolgt, überschliffen, so daß eine einwandfreie Bindung der Gegenschweißung mit dem von der anderen Seite her aufgebrachten Schweißgut und den Blechrändern gewährleistet wird. Bis zu einer gewissen Blechstärke kann die Schweißung an der klaffenden Seite der Stoßstelle in einer Lage erfolgen. Bei größeren Blechstärken hingegen erfolgt gemäß der Erfindung die Schweißung an der klaffenden Seite der Stoßstelle in mehreren Lagen, wobei jede folgende Lage in analoger Weise geschweißt wird wie die erste Lage. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Stärke des aufgebrachten Schweißgutes nicht eine Stärke erreicht, bei welcher die Erstarrung zu langsam vor sich geht, da die jeweils nächste Lage immer erst aufgebracht wird, wenn die vorhergehende Lage bereits völlig erstarrt ist Hierbei wird vorzugsweise vor Herstellung der zweiten und folgenden Schweißlagen die Nahtmitte (Buckel) durch Schleifen ausgerundet so daß an den Rändern der Nahtflanken eine einwandfreie Schweißung gewährleistet ist Hierbei kann gemäß der Erfindung die Schweißung an der klaffenden Seite der Stoßstelle bei Blechstärken bis zu etwa 4 mm in einer Lage, bei Blechstärken von etwa 4 bis 7 mm in zwei Lagen und bei Blechstärken über 7 mm in drei oder mehr Lagen erfolgen.

Ls hat sich als vorteilhaft herausgestellt als Aktivgas ein Gasgemisch von 84% Argon, 13% CO₂ und 3% O₂ zu verwenden. Als Elektrode wird gemäß der Erfindung vorzugsweise ein Schweißdraht verwendet welcher ungefähr 0,05 Gew.-% C, 18,0 bis 20,0 Gew.-% Cr. 93 bis 12,0Gew.-% N? und bis zu 2,5Gew.-Mo sowie Nb in Spuren, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, enthält

Die Erfindung ermöglicht die automatische Schweißung von Vertikalstößen von Blechen aus nicht rostenden, chemisch beständigen Stählen mit mehr als 2% Ni mit odet ohne Zusätzen, wie beispielsweise Stählen der in der folgenden Tabelle angegebenen Legierungszusammensetzungen, wobei der Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen besteht.

Tabelle

Si

Mn

Cr Mo

Ni

Nh

Ti

«0,07	S	,0	S 2,0	0,045	0,030	17/20	0,20	8,5/10	10x%C
«0,12		,0	S 2,0	0,045	0,030	17/19		8/10	8 x %C
0,07		,0	2,0	0,045	0,030	17/20		9/11,5
0,10		,0	2,0	0,045	0,030	17/19		9/11,5
0,10		,0	2,0	0,045	0,030	17/19	2/2,5	9/11,5	8 x %C
0.03		.0	2,0	0,045	0,030	17/20	2/2,5	10/12,5
0,10		.0	2,0	0,045	0.030	16,15/18,5	2,5/3,0	10.5/13,5	8 x ⁰OC
0,10		,0	2,0	0,045	0,030	16,5/18,5	2,5/3.0	10,5/13,5
0.10		,0	2,0	0,045	0,030	16,5/18,5	12.0/14,5
0.10	,0	2,0	0,045	0,030	16,5/11,5	12,0/14,5

5 x %C

5 x

5 x %C

In der Zeichnung ist das Verfahren anhand einer >n Skizze erläutert.

F i g. I und 2 zeigen eine Vorrichtung zum Schweißen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 3 zeigt die Vorbereitung einer senkrechten Stoßkante der Bleche eines Behälters. r>

Fig.4 bis 6 zeigen die verschiedenen Verfahrensschritte beim Schweißen von Blechen mit einer Stärke bis zu 4 mm.

Fig. 7 bis 11 zeigen die verschiedenen Schritte bei der Schweißung von Blechen mit einer Stärke von etwa in 4 bis 7 mm

Fig. 12 und 13 zeigen die Schritte bei der Schweißung von Blechen mit einer Stärke von über 7 mm.

In F i g. 1 und 2 stellt 1 die vertikale Stoßfuge der zu verschweißenden Bleche dar. 2 stellt die Elektrode dar, v, welche eine Drahtstärke von 0,8 mm aufweist. 3 ist die Stromzuführung zur Elektrode über ein Kabel 4, und 5 stellt den Lichtbogen dar. Durch eine Düse 6 wird Schutzgas zugeführt. Zur Düse 6 gelangt das Schutzgas über ein Rohr 7, welches die Elektrode umschließt. Der Pfeil 8 deutet die Vorschubrichtung der Elektrode an und der Pfeil 9 deutet die Richtung der Schweißung an, nämlich fallend von oben nach unten. Das Rohr 7, durch welches die Elektrode 2 hindurchgeführt ist, pendelt um die Achse 10 mit einer Pendelfrequenz von 70 bis 140 Doppelhüben pro Minute, wobei der Ausschlagwinkel mit λ bezeichnet ist. Die eine Endlage des Rohres 6 ist in vollen Linien mit 7 und die andere Endlage in strichlierten Linien mit T dargestellt. Auf diese Weise wird die Stoßfuge 1 zwischen den beiden Blechkanten 11 und 12 über die ganze Breite verschweißt

F i g. 3 zeigt die Vorbereitung der zu verschweißenden senkrecht verlaufenden Blechkanten 11 und 12 eines Behälters. Die Blechkanten i 1 und 12 werden über einen Teil a ihrer Stärke unter einem Winkel λ von 30° abgeschrägt Im Teil b werden die Blechkanten nicht abgeschrägt und es bleibt ein Spalt c von ungefähr 1 mm zwischen den beiden Blechkanten 1 und 2 offen. Die gesamte Blechstärke ist mit c/bezeichnet

F i g. 4 zeigt die SchweiBung von Blechen mit einer

Blechstärke c/bis zu 4 mm. Hier wird die klaffende Seite des Spaltes durch Schweißgut 13 ausgefüllt. An der anderen Seite der Bleche tritt das Schweißgut bei 14 unkontrolliert aus. Es wird daher auf der anderen Seite des Bleches die Schweißnaht bei 15 ausgeschliffen, wie in F i g. 5 dargestellt ist. Hierauf wird im nächsten Arbeitsgang gemäß Fig.6 die ausgeschliffene Naht durch eine Gegenschweißung 16 ausgefüllt.

F i g. 7 bis 11 zeigen die Schweißung bei Blechstärken von etwa 4 bis 10 mm. In diesem Fall wird gemäß F i g. 7 der klaffende Spalt ebenso wie gemäß F i g. 4 durch Schweißen 17 ausgefüllt Da aber die Blechstärke größer ist, reicht die Schweißung nicht über die ganze Spalttiefe. Im nächsten Arbeitsgang wird, wie in F i g. 8 dargestellt ist, die Nahtmitte 18 durch Schleifen ausgerundet Hierauf wird im nächsten Arbeitsgang, wie F i g. 9 zeigt eine neue Schweißlage 19 aufgebracht. Das von der gegenüberliegenden Seite der Stoßstelle ausgetretene Schweißgut 14 wird, wie Fig. 10 zeigt, im nächsten Arbeitsgang bei 15, ebenso wie dies in F i g. 5 dargestellt ist, ausgeschliffen und es wird in einem weiteren Arbeitsgang eine Gegenschweißung 16 gemäß F i g. 11 durchgeführt ebenso wie dies in F i g. 6 dargestellt ist

Bei größeren Blechstärken, beispielsweise über 7 mm, wird so vorgegangen, wie dies in Fig. 12 und 13 dargestellt ist Es wird, wie Fig. 12 zeigt, auf die Schweißlage 17 die nächste Schweißlage 19 aufgebracht, nachdem die Nahtmitte der Schweißlage 17, ebenso wie in F i g. 8 dargestellt, ausgeschliffen wurde. Diese Schweißlage 19 wird wieder in der Nahtmitte 20 ausgeschliffen, analog wie in Fig.8 dargestellt · nd es wird dann eine dritte Schweißlage 21 gemäß F i g. 13 aufgebracht Das an der gegenüberliegenden Seite ausgetretene SchweiBgut 14 wird wieder, ebenso wie in Fig. 10 dargestellt, ausgeschliffen und es wird, wie in Fig. 11 dargestellt, eine Gegenschweißung durchgeführt

Bei noch größeren Blechstärken können entsprechend mehr Schweißlagen angebracht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Senkrecht-Stumpfschweißen von Blechen, insbesondere VertikaJstößen von Großraumbehältern, aus rostsicheren, chemisch beständigen Stählen mit mehr als 2% Ni im Lichtbogenschweißverfahren mittels einer von einem Schweißdraht gebildeten Elektrode, wobei die zu verschweißenden Blechkanten, vorzugsweise mit einem öffnungswinkel von etwa 60°, abgeschrägt ι ο werden, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß die Blechkanten in an sich bekannter Weise nur einseitig abgeschrägt werden und die Schweißung an der klaffenden Seite des Stoßes mittels einer Elektrode mit einer Drahtstärke von höchstens 1 mm, erfolgt, daß die Elektrode in an sich bekannter Weise zu einer Pendelbewegung angetrieben wird, daß die Pendelbewegung quer zur Schweißnaht über die Breite derselben mit einer Frequenz von 70 bis 140 Doppelhüben pro Minute durchgeführt wird, daß der Vorschub in Richtung der Schweißnaht in an sich bekannter Weise von oben nach unten erfolgt und daß in an sich bekannter Weise die Schweißstelle unter einer Aktivgasatmosphäre gehalten wird, welche CO2, O2 und vorwiegend Ar enthält, wobei der Drahtvorschub, die Pendelbewegung und der Vorschub des Schweißaggregates in Richtung der Schweißnaht automatisch gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d?.6«ine Elektrode mit 0,8 mm Drahtstärke verwendet wird.

3. Verf&hren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zu einer Pendelbewegung mit 90 bis 120 Dop^elhüben pro Minute angetrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode in der Zusammensetzung eines Rostsicherstahles, die zusätzlich Niob zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit enthält, verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stoßkanten der miteinander zu verschweißenden Bleche ein Spalt freigelassen wird und nach Fertigstellung der Schweißung an der klaffenden Seite der Stoßstelle an der anderen Seite der Stoßstelle in an sich bekannter Weise eine Gegenschweißung in analoger Weise vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor Durchführung der Gegenschweißung die Stoßstelle an derjenigen Seite, an welcher die Gegenschweißung erfolgt, überschliffen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißung an der klaffenden Seite der Stoßstelle in mehreren Lagen erfolgt, wobei jede folgende Lage in analoger Weise geschweißt wird wie die erste Lage.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor Herstellung der zweiten und folgenden Schweißlagen die Nahtmitte durch Schleifen ausgerundet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißung an der klaffenden Seite der Stoßstelle bei Blechstärken bis zu etwa 4 mm in einer Lage, bei Blechstärken von etwa 4 bis 7 mm in zwei Lagen und bei Blechstärken über 7 mm in drei oder mehr Lagen erfolgt

10, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktivgas ein Gasgemisch von 84% Argon, 13% CO₂ und 3% O₂ verwendet wird.

11, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode mit folgender Zusammensetzung verwendet wird.