DE2811406A1 - METHOD AND WIRE FOR SUBMERGED POWDER ARC WELDING OF PIPES - Google Patents
METHOD AND WIRE FOR SUBMERGED POWDER ARC WELDING OF PIPESInfo
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Description
L-11314-GL-11314-G
UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.
Verfahren und Draht zum Unterpulver-Lichtbogenschweißen von RohrenMethod and wire for submerged arc welding of pipes
Die Erfindung betrifft eine Draht- und Schweißpulverkombination zum Unterpulver-Lichtbogenschweißen von hochfesten, niedriglegierten Stählen, wie sie allgemein zum Bau von Pipelines für die Weiterleitung von Gasen benutzt werden. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Draht, der in besonderem Maße zur Verwendung mit sauren Unterpulver-Lichtbogenschweißpulvern zum Schweißen von derartigen Stählen geeignet ist.The invention relates to a wire and welding powder combination for submerged arc welding of high-strength, low-alloy steels, such as those generally used for the construction of pipelines for can be used for the transmission of gases. In particular, the invention relates to a wire that is particularly suitable for Use with acid submerged arc welding powders for welding such steels is suitable.
Das Schweißen von hochfesten, niedriglegierten Stählen, wie sie für den Überlandtransport von Gas und Öl verwendet werden, erfolgte traditionellerweise im Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren. Saure Schmelzschweißpulver werden für diese Anwendung in großem Umfang wegen ihrer guten Schweißeignung benutzt, worunter verstanden werden soll, daß das Schweißpulver bei hohen Schweißgeschwindigkeiten (verglichen mit anderen Schweißpulvern, beispielsweise einem basischen Schweißpulver) glatte, weitgehendThe welding of high-strength, low-alloy steels, such as those used for the overland transport of gas and oil, took place traditionally in the submerged arc welding process. Acidic fusion welding powders are used for this application widely used because of their good weldability, which should be understood to mean that the welding powder at high Welding speeds (compared to other welding fluxes, for example a basic welding powder) are smooth, largely
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fehlerfreie Schweißungen liefert, ohne daß es zu Unterschneidungen oder Welligkeit des Schweißgutes entlang der Schweißnaht kommt. Diese Schweißpulver werden normalerweise in Verbindung mit Schweißdrähten benutzt, die Mangan, aber kein oder nur wenig Silizium enthalten. Typische Drähte sind die von der American Welding Society als EH-14 oder EM-12K bezeichneten Drahte. Die technischen Lieferbedingungen für solche Drähte finden sich in der von der American Welding Society veröffentlichten Schrift AWS A5.17-76. Die Lieferbedingungen wurden zuletzt 1976 veröffentlicht.Provides flawless welds without undercuts or waviness of the weld metal occurs along the weld seam. These welding fluxes are usually used in conjunction used with welding wires that contain manganese but no or contain only a small amount of silicon. Typical wires are those designated by the American Welding Society as EH-14 or EM-12K Wires. The technical terms of delivery for such wires can be found in that published by the American Welding Society Font AWS A5.17-76. The delivery conditions were last published in 1976.
Diese Kombinationen von Schweißpulvern und Drähten führen nicht zu den notwendigen Niedertemperatur-Schlagfestigkeitseigenschaften, die erforderlich sind, um die derzeitigen Anforderungen hinsichtlich des Schweißens von hochfesten, niedriglegierten Rohrstählen zu erfüllen. Die Industrie hat daher ständig nach Lösungen dieses Problems gesucht.These combinations of welding fluxes and wires do not lead to the necessary low-temperature impact resistance properties, which are required to meet the current requirements regarding the welding of high-strength, low-alloyed To meet pipe steels. The industry has therefore continually sought solutions to this problem.
Eine Lösung bestand darin, eine Elektrode aus einer Titan- oder Titan-Bohr-Legierung zu verwenden; eine solche Elektrode erfordert basische Schweißpulver. Basische Schweißpulver haben den Nachteil, daß sie spannungsempfindlich sind und die Schweißgeschwindigkeit einschränken. Solche Drähte erfordern einen eng einzuhaltenden, kritischen Bereich an brauchbaren Titangehalten. Die Fertigung bedingt daher die Einhaltung enger Toleranzen, was oft Schwierigkeiten macht. In ähnlicher Weise erfordern Titan-One solution was to make an electrode from a titanium or Use titanium drilling alloy; such an electrode requires basic welding powder. Alkaline welding powders have the Disadvantage that they are sensitive to tension and limit the welding speed. Such wires require a tight fit Critical range of usable titanium content to be observed. The production therefore requires compliance with tight tolerances, what often causes trouble. Similarly, titanium
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Bohr-Legierungen die Einhaltung eines engen Bereiches für beide Elemente.Bohr alloys maintain a narrow range for both Elements.
Ein anderes Vorgehen zur Erzielung großer Zähigkeit besteht darin, Legierungen zu verwenden, die Sinterschweißpulvern zugesetzt werden. Bei diesem Schweißpulver sind die Materialkosten niedrig; die Schweißeignung ist gut; es kommt jedoch zu einer Mikroseigerung der Legierung entlang der Oberfläche der Schweißraupe. Diese Mikroseigerung läßt extrem harte Flecken im Schweißgut entstehen, was zu Spannungskorrosions-Rißbildung führt, wie dies in der Veröffentlichung von D.J. Kotecki und D.G. Howden "Submerged-Arc-Weld Hardness and Cracking in Wet Sulfide Service" in Welding Research Council (WRC) Bulletin 184, Juni 1973, im einzelnen erläutert ist.Another approach to achieving great toughness is to To use alloys that are added to sintered welding powders. With this welding powder, the material cost is low; the weldability is good; however, micro-segregation of the alloy occurs along the surface of the weld bead. This microsegregation creates extremely hard spots in the weld metal, which leads to stress corrosion cracking, such as this in the publication by D.J. Kotecki and D.G. Howden "Submerged-Arc-Weld Hardness and Cracking in Wet Sulfide Service" in Welding Research Council (WRC) Bulletin 184, June 1973, is explained in detail.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Schweißdraht sowie eine Kombination von Schweißdraht und Schweißpulver zum Schweißen von hochfesten, niedriglegierten Stählen zu schaffen.The invention is accordingly based on the object Welding wire and a combination of welding wire and welding powder for welding high-strength, low-alloy steels.
Es wurde gefunden, daß befriedigende Schlagzähigkeitseigenschaften bei guten Schweißbedingungen erzielt werden können, wenn ein Schweißdraht verwendet wird, der kritische Mengen an Mangan und Silizium enthält, wobei das benutzte Schweißpulver vorzugsweise im wesentlichen vom sauren Typ ist.It has been found that the impact strength properties are satisfactory in good welding conditions can be achieved if a welding wire is used that contains critical amounts of manganese and Contains silicon, the welding powder used preferably being essentially of the acidic type.
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Zufriedenstellende Schweißungen wurden unter Verwendung von Schweißdrähten mit unterschiedlichen Mangan- und Siliziumgehalten hergestellt. Es wurde beobachtet und geschlossen, daß die im Schweißdraht notwendige Menge an Mangan und Silizium kritisch ist. So wurde festgestellt, daß bei einem Mangangehalt des Drahtes von mehr als 2,5 Gew.% und bis zu 3,5 Gew-% der Siliziumgehalt zwischen O,O1 Gew.% und 1,5 Gew.% liegen kann. Enthält der Draht jedoch zwischen 2,5 Gew.% Mangan und ungefähr 2,0 Gew.% Mangan, muß der Siliziumgehalt größer als 0,3 Gew.% und bis zu 1,5 Gew.% sein.Satisfactory welds were made using Welding wires made with different manganese and silicon contents. It was observed and concluded that the amount of manganese and silicon required in the welding wire is critical. It was thus found that with a manganese content of the wire of more than 2.5% by weight and up to 3.5% by weight the silicon content is between 0.01% by weight and 1.5% by weight can. However, if the wire contains between 2.5% by weight of manganese and About 2.0 wt.% Manganese, the silicon content must be greater than 0.3% by weight and up to 1.5% by weight.
Weitere Elemente, wie Molybdän (0,1 bis 0,5 %) und/oder Vanadium (0,05 bis 0,20 %) oder weitere üblicherweise benutzte Elemente können bis zu ihrem kritischen Wert vorhanden seinr diese Elemente sind jedoch nicht wesentlich für die erzielten, beachtenswerten Kerbschlagzähigkeitseigenschaften.Other elements such as molybdenum (0.1 to 0.5%) and / or vanadium (0.05 to 0.20%) or other commonly used elements can be present up to their critical value, but these elements are not essential for the achieved, remarkable impact strength properties.
Typische Drahtzusammensetzungen, die sich für die Durchführung der Erfindung eignen, sind in der Tabelle I zusammengestellt.Typical wire compositions that can be used for performing of the invention are summarized in Table I.
TABELLE I
(Gewichtsprozent)TABLE I.
(Weight percent)
Probe Nr. C Mn Si Mo V FJ S__ Sample No. C Mn Si Mo V FJ S__
A 0,10 2,27 O,35 - - 0,011 0,005A 0.10 2.27 O.35 - - 0.011 0.005
B 0,091 2,52 0,37 0,50 - 0,013 0,004B 0.091 2.52 0.37 0.50 - 0.013 0.004
C 0,099 3,03 0,31 - - 0,010 O.OO4C 0.099 3.03 0.31 - - 0.010 OOO4
D O.O98 3,03 0,34 - 0,10 0,010 O.OO4D O.O98 3.03 0.34-0.10 0.010 O.OO4
E 0,10 2,48 0,61 - - 0,013 0,004E 0.10 2.48 0.61 - - 0.013 0.004
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Die untenstehende Tabelle II zeigt die Zusammensetzung von typischen Schweißpulvern, die in Verbindung mit den Drähten gemäß Tabelle I benutzt werden können. Außerdem enthält die Tabelle II die vom International Institute of Welding angegebene Formel zum Bestimmen der Acidität oder Basizität der Schweißpulver. Vier der angegebenen Zusammensetzungen haben eine Basizitätszahl kleiner als 1 und sind daher als sauer anzusprechen . Table II below shows the composition of typical welding fluxes that can be used in conjunction with the wires in Table I. Table II also contains the formula given by the International Institute of Welding for determining the acidity or basicity of the welding fluxes. Four of the specified compositions have a basicity number less than 1 and can therefore be regarded as acidic .
TABELLE II
SchweißpulverTABLE II
Welding powder
MnOMnO
Al2O3 CaOAl 2 O 3 CaO
CaF2 TiO2 BaOCaF 2 TiO 2 BaO
FeOFeO
ZrO2 MgOZrO 2 MgO
Basizität (0,6)Basicity (0.6)
[0,96)[0.96)
B =B =
CaO + MgO + BaO + CaF2 + Να£Ο + Κ£0 +1/2 (MnO+FeO) SiO2 + 1/2 (Al2O3 + TiO2 + ZrO2)CaO + MgO + BaO + CaF 2 + Να £ Ο + Κ £ 0 +1/2 (MnO + FeO) SiO 2 + 1/2 (Al 2 O 3 + TiO 2 + ZrO 2 )
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Anhand der vorstehend genannten Daten wurde bestimmt, daß ein im Rahmen der Erfindung brauchbares Schweißpulver im Bereich der nachstehend genannten chemischen Zusammensetzungen liegen sollte.From the above data, it was determined that a In the context of the invention useful welding powder are in the range of the chemical compositions mentioned below should.
SiO CaF MnO TiO2 SiO CaF MnO TiO 2
Al2OAl 2 O
CaO MgOCaO MgO
Versuche wurden an einem hochfesten, niedriglegierten Stahl der folgenden Zusammensetzung durchgeführt:Tests were carried out on a high-strength, low-alloy steel of the carried out following composition:
Bei diesem Versuch wurden die Drahtzusammensetzungen A bis E gemäß Tabelle I in Verbindung mit den beiden Schweißpulverzusammensetzungen 1 und 3 der Tabelle II benutzt, wobei typische Pipelineschweißbedingungen für ein Zweidrahttandem-Unterpulverschweißen verwendet wurden. An der Innenwand des Rohrs führte' der vordere Draht 850 A bei 31 V. Der zweite Draht führte 700 A bei 39 V. Die Schweißgeschwindigkeit betrug 1 m/min. An derIn this experiment, wire compositions A to E according to Table I in connection with the two welding powder compositions 1 and 3 of Table II, with typical Pipeline welding conditions for two-wire tandem submerged arc welding were used. On the inner wall of the pipe led ' the front wire carried 850 A at 31 V. The second wire carried 700 A at 39 V. The welding speed was 1 m / min. At the
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Außenwand des Rohrs führte der vordere Draht 1.1OO A bei 33 V1 während der zweite Draht 660 A bei 42 V führte. Die Schweißgeschwindigkeit betrug 1 m/min. Wenn der Draht A zusammen mit dem Schweißpulver 1 verwendet wurde betrug die Kerbschlagzähigkeit 3,4 J bei - 25° C. Infolgedessen ist es notwendig, ein Schweißpulver wie die Schweißpulver 3 oder 4 zu verwenden, die eine höhere Basizitätszahl haben, wenn der Draht einen Mangangehalt nahe dem unteren Grenzwert von 2,0 Gew.% Mangan hat. Bei Verwendung des Drahtes A in Verbindung mit dem Schweißpulver 3, das eine Basizitätszahl von 0,96 hat, ergab sich eine Kerbschlagzähigkeit von 6,1 J bei - 25 C, was reichlich über dem Mindestwert von 4,1 J liegt, der gemäß weltweit anerkannten Schweißmaßstäben benötigt wird.On the outer wall of the tube, the front wire carried 1,100 amps at 33 volts 1 while the second wire carried 660 amps at 42 volts. The welding speed was 1 m / min. When the wire A was used together with the welding powder 1, the impact strength was 3.4 J at -25 ° C. As a result, it is necessary to use a welding powder such as the welding powder 3 or 4, which has a higher basicity number, if the wire is one Manganese content close to the lower limit of 2.0 wt.% Manganese. Using wire A in conjunction with welding powder 3, which has a basicity number of 0.96, resulted in a notched impact strength of 6.1 J at -25 C, which is well above the minimum value of 4.1 J according to worldwide recognized welding standards is required.
Bei Verwendung des Drahtes B in Verbindung mit dem Schweißpulver 1 wurde eine Kerbschlagzähigkeit von 6,8 J bei - 25 C erzielt. Wenn der Draht B in Verbindung mit dem Schweißpulver verwendet wurde, ergab sich eine Kerbschlagzähigkeit von 6,1 J bei - 25 C. Bei Anwendung des Drahtes C in Verbindung mit dem Schweißpulver 1 wurde eine Kerbschlagzähigkeit von 7,5 J bei -25 C erzielt. Der Einsatz des Drahtes C in Kombination mit dem Schweißpulver 3 führte zu einer Kerbschlagzähigkeit von 10,8 J bei - 25 C. Wenn der Draht D zusammen mit dem Schweißpulver 1 verwendet wurde, ergab sich eine Kerbschlagzähigkeit von 6,1 J bei - 25 c. Die Verwendung des Drahtes D zusammen mit dem Schweißpulver 3 führte zu einer Kerbschlagzähigkeit vonWhen using wire B in connection with welding powder 1, a notched impact strength of 6.8 J at -25 C was obtained achieved. When wire B was used in conjunction with the welding powder, the impact strength was found to be 6.1 J at - 25 C. When using wire C in conjunction with the Welding powder 1 had a notched impact strength of 7.5 J at -25 ° C. The use of wire C in combination with the welding powder 3 resulted in a notched impact strength of 10.8 J at -25 C. If the wire D together with the welding powder 1 was used, the impact strength was 6.1 J at -25 c. Using the wire D together with welding powder 3 resulted in a notched impact strength of
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1O,8 J bei - 25 ° C. Wurde der Draht E in Kombination mit dem dem Schweißpulver 1 eingesetzt, wurde eine Kerbschlagzähigkeit von 5,7 J bei - 25 C erhalten. Die Verwendung des Drahtes E in Verbindung mit dem Schweißpulver 3 hatte eine Kerbschlagzähigkeit von 12,2 J bei - 25 ° C zur Folge.10.8 J at - 25 ° C. If wire E was used in combination with the When the welding powder 1 was used, an impact strength became of 5.7 J at -25 C. The use of the wire E in conjunction with the welding powder 3 had a notched impact strength of 12.2 J at - 25 ° C.
Aus den vorstehend genannten Daten folgt, daß die günstigste Draht-Schweißpulver-Kombination der Draht E und das Schweißpulver 3 sind.From the above data it follows that the cheapest Wire-welding flux combination the wire E and the welding flux 3 are.
Die erfindungsgemäße Kombination von Draht und Schweißpulver hat gegenüber bekannten Anordnungen insbesondere die folgenden Vorteile:The combination of wire and welding powder according to the invention has the following advantages in particular over known arrangements:
1 . Die Kerbschlagzähigkeitswerte sind extrem gut, ohne daß es zu nachteiligen Beeinflussungen des Schweißgutes, beispielsweise zur Ausbildung von harten Flecken, kommt.1 . The notched impact strength values are extremely good without adversely affecting the weld metal, for example the formation of hard Spots, come on.
2. Die chemische Zusammensetzung der Elektrode schließt keine kritischen Elemente wie Ti1 B, Ni usw. ein.2. The chemical composition of the electrode does not include critical elements such as Ti 1 B, Ni, etc.
3. Diese Schweißpulver-Elektroden-Kombination erlaubt ein Schweißen mit hoher Geschwindigkeit.3. This welding powder-electrode combination allows welding at high speed.
4. Die Schweißeignung ist ausgezeichnet»4. The weldability is excellent »
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5. Die Kombination von guter Schweißeignung,5. The combination of good weldability,
fehlender Mikroseigerung und hervorragenden Schlagzähigkeitswerten ist beim Rohrschweißen bisher unerreicht.lack of microsegregation and excellent Impact strength values have so far been unmatched in pipe welding.
Im Rahmen der Erfindung sind gewisse Modifikationen möglich. Beispielsweise lassen sich mit Hilfe des erläuterten Drahtes hohe Schlagzähigkeitswerte auch dann erzielen, wenn ein stärker basisches Schweißpulver benutzt wird. Die derzeit verfügbaren basischen Schweißpulver führen jedoch nicht zu einer ebenso guten Schweißbarkeit wie saure Schweißpulver.Certain modifications are possible within the scope of the invention. For example, with the help of the wire explained, high impact strength values can be achieved even if a stronger basic welding powder is used. The currently available However, basic welding fluxes do not lead to as good weldability as acidic welding fluxes.
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
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Claims (15)
0,61 Gew.% Si.6. Wire according to claim 1, characterized by a content of essentially 0.10 wt.% C, 2.48 wt.% Mn and
0.61 wt% Si.
34,3 Gew.% SiO2, 4,8 Gew.% Al2O3, 13,2 Gew.% CaO, 4,7 Gew.% CaF2, 12,5 Gew.% TiO2, O,3 Gew.% BaO, 1,8 Gew.% FeO und O,1 Gew.% MgO.10. Wire according to claim 7 for use with a welding powder consisting essentially of 22.2% by weight of MnO,
34.3% by weight SiO 2 , 4.8% by weight Al 2 O 3 , 13.2% by weight CaO, 4.7% by weight CaF 2 , 12.5% by weight TiO 2 , 0.3% by weight .% BaO, 1.8 wt.% FeO and O, 1 wt.% MgO.
Applications Claiming Priority (1)
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