DE2815114A1

DE2815114A1 - Verfahren zur verguetung von verbindungsschweissnaehten

Info

Publication number: DE2815114A1
Application number: DE19782815114
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Dr Cerjak; Dieter Pellkofer; Juergen Dr Schmidt
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1978-04-07
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1979-10-18
Also published as: IT7921525A0; IT1112045B; JPS54136542A; FR2421950A1; GB2018297A

Description

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KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Verfahren zur Vergütung von Verbindungaschwelßhähten

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umkörnung des überhitzten Bereiches bzw. zur Vergütung des Grundwerkstoffes im schmelzliniennahen Bereich von Verbindungsschweißnähten, insbesondere an bauseitig zu erstellenden Behältern von Kemkraftwerksanlagen. Verbindungsschweißnähte haben bei starkwandigen Bauteilen stets einen V-förmigen Querschnitt, der mit Schweißgut ausgefüllt wird. Dabei tritt ein Anschmelzen der Oberflächen der zu verbindenden Bauteile ein. Durch die dabei nicht zu umgehende Überhitzung ist eine Grobkornbildung nicht zu vermeiden. Diese Grobkornbildung tritt dabei selbstverständlich auch an der Oberfläche der Werkstücke aus, also in Bereichen, die praktisch von jeder Konstruktion her der höchsten Belastung, wie z.B. Biegespannungen, ausgesetzt sind. Der Grobkornbereich ist jedoch im Vergleich zum benachbarten Fein-

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kornbereich bzw. dem nicht wärmebeeinflußten Material weniger duktil und hat eine wesentlich geringere Kerbbzw. Bruchzähigkeit. Geht man davon aus, daß an sich tolerierbare Unregelmäßigkeiten im Schweißnahtbereich nicht gänzlich zu vermeiden sind, so ist die Belastungsfähigkeit dieses Bereiches aufgrund der geringeren Zähigkeit niedriger anzusetzen.

Bei kleineren Bauteilen ist es üblich, eine SpannungsarmglUhung durchzuführen und damit unter anderem die Duktilität und Zähigkeit des grobkörnigen Gefüges anzuheben. Bei größeren Bauteilen, wie sie vor allen Dingen auch bei bauseitig zu erstellenden Behältern der Kernreaktortechnik vorkommen, ist dieses Verfahren aber vielfach nicht mehr praktikabel. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, auf die Decklage der Schweißnaht eine weitere Lage als sogenannte "Vergütungslage¹¹ aufzuschweißen. Diese darf jedoch den Grundwerkstoff nicht erneut berühren und damit aufschmelzen, da damit sonst eine erneute überhitzung des Grundwerkstoffes verbunden wäre. Sie muß also mit einem Sicherheitsabstand gegenüber der Schmelzlinie an dem betreffenden Bauteil aufgebracht werden und kann demnach die Decklage nicht mehr 100 JfcLg decken. An der Oberfläche verbleibt daher zwangsläufig ein schmaler grobkörniger Werkstoffbereich mit eingeschränkten Verformungseigenschaften. Das eingangs geschilderte Problem ist somit praktisch nicht gelöst, evtl. Biegespannungen würden gerade in diesen Zonen angreifen, Korrosionserscheinungen würden bevorzugt hier ablaufen.

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Es stellte sich daher die Aufgabe, dieses aus sicherheitstechnischen Aspekten besonders wichtige Problem vollständig zu lösen, d.h. eine Verfahrensführung zu finden, bei der an der Werkstückoberfläche kein Grobkorn bzw. nur hochangelaasenes (Glühtemperatur über Anlaßtemperatur) Grobkorn zu Tage tritt.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Abstand zur eigentlichen Schweißeinrichtung eine nur die Ubergangsbereiche der Schweißnaht zum Grundwerkstoff erfassende Glüheinrichtung geführt wird und diesen Bereich bis auf maximal ca. 1050⁰C erhitzt, wobei für den zu erfassenden grobkörnigen Tiefenbereich ein Temperaturabfall bis auf ca. 65O⁰C zulässig ist. Die Glüheinrichtung kann dabei nach dem Induktionsprinzip arbeiten, es wäre Jedoch auch das Prinzip der Widerstandserwärmung durch direkten Stromdurchgang durch die Schweißnahtbereiche mit Hilfe von gleitenden Kontaktstücken, die sogenannte konduktive Erwärmung, möglich.

Äquivalente Wärmequellen wären selbstverständlich auch die Flammenerwärmung, sowie eine abgeschwächte Lichtbogenerwärmung, die nicht zum Schmelzen des Materials führt.

Anhand der Fig. 1 und 2 sei nun dieses Verfahren etwas näher erläutert. Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Verbindungsschweißnaht, bei der die Grob- und Feinkornbereiche auf der linken Seite nach dem Stand der Technik und auf der rechten Seite nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingetragen sind.

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Die beiden zu verbindenden Bauteile sind mit 1 und 2, die Schweißnaht selbst mit 3 bezeichnet. Auf der linken Seite ist nach der Decklagenraupe 4 noch eine Vergütungslage 5 aufgebracht. Aus der Declftagenraupe 4 ergeben sich eine Grobkornzone 41 und eine Feinkornzone 42. Diese Bereiche sind teilweise überlagert durch den von der Vergütungsraupe 5 herrührenden Feinkornbereich 52. Vie bereits eingangs erwähnt, muß diese Vergütungslage 5 einen Abstand a von der Decklage haben, damit im Grundmaterial 1 nicht erneut eine Grobkornzone entsteht. Aus dieser Darstellung ergibt sich aber, daß nur ein Teil des Grobkornbereiches 41 durch den F_einkornbereich 52 der Vergütungslage umgekörnt wird, es bleibt der schraffierte Teil grobkörnig und wenig angelassen und erreicht auch die Oberfläche des Bauteiles Dieses dem Stand der Technik entsprechende Verfahren ist somit nicht geeignet, Grobkorngefüge im oberflächennahen Bereich vollkommen zu vermeiden bzw. das verbleibende Grobkorn ausreichend hoch anzulassen.

Auf der rechten Seite der Fig. 1 ist dagegen die Umwandlung bzw. das Anlassen des Grobkornbereiches 41 der Decklagenraupe 4 mit Hilfe der erfindungsgemäßen Glüheinrichtung 6 dargestellt. Diese GlUheinrichtung 6 stellt z·B. einen Heizinduktor dar, der von einem Transformator 7 gespeist wird, der an einen Mittelfrequenzgenerator 71 zur Erzeugung der gewünschten Frequenz bis zu etwa 10 KHz angeschlossen ist. Dieser Heizinduktor wärmt das Werkstück 2 in einer Zone 61 auf, wobei die Oberflächentemperatur ca. 1050⁰C nicht über-

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schreitet und in der Tiefe von ca. 4-5 mm noch etwa 65O⁰C herrschen. Auf diese Weise wird die Grobkornzone 41 im Bereich 61 umgekörnt oder zumindest so hoch angelassen, daß die gewünschten Verformungseigenschaften erzielt werden. Lediglich in der Tiefe des Werkstückes verbleibt eine geringe, schraffiert dargestellte Zone 41, in der ein restliches, wenig duktiles Grobkorn verbleibt. Da dieser Bereich jedoch außerhalb der Zone höchster Beanspruchung liegt, ist von diesem keine Beeinträchtigung der Tragfähigkeit des geschweißten Bauteiles zu erwarten.

Die Fig. 2 zeigt nun schematisch den Verfahrensablauf in einer Draufsicht auf die zu verbindenden Bauteile und 2. Durch die Schweißeinrichtung 7 wird die keilförmige Schweißfuge mit Schweißgut 3 gefüllt. Dies wird üblicherweise im kontinuierlichen Vorschubverfahren bewerkstelligt. Mit gleicher Geschwindigkeit werden die Glüheinrichtungen 6 nachgeführt, die zweckmäßigerweise auf dem gleichen Transportwagen, wie die Schweißeinrichtung 7, angeordnet sind. Anstelle von 2 Glüheinrichtungen 6 könnte selbstverständlich auch eine einzige treten, die jedoch zwei Wirkungsbereiche, nämlich je einen rechts und links der Schweißnaht 3 besitzt.

Für den Fall, daß anstelle einer induktiven Glüheinrichtung eine konduktive Glüheinrichtung Verwendung findet, werden die Kontaktstücke derselben beiderseits der Schweißnaht 3 auf den Werkstückoberflächen 1 und geführt, da für einen gleichmäßigen Stromübergang ein

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stets gleichmäßiger Kontakt notwendig ist, der auf der gewellten Raupe selbst nicht möglich wäre.

Es bedarf keines weiteren Nachweises, daß dieses Verfahren auch bei Schweißarbeiten an Baustellen durchgeführt werden kann; auf das Spannungsarmglühen der so behandelten Schweißverbindungen zum Zweck der Verbesserung der Duktilität der Schweißverbindung im oberflächennahen Bereich, das insbesondere bei den in der Kernreaktortechnik üblichen Bauteilgrößen mit einem kaum mehr vertretbaren technischen Aufwand verbunden wäre, kann somit verzichtet werden.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß dieses Verfahren selbstverständlich auch bei Reparatufschweißarbeiten durchführbar ist und somit die aus bruchmechanischer Sicht höchste Bauteilqualität erwarten läßt.

3 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

-Jr- VPA 78 P 9 32 3 BRD Patentansprüche

1. Verfahren zur Umkörnung des überhitzten Bereiches bzw. zur Vergütung des Grundwerkstoffes im schmelzliniennahen Bereich von Verbindungsschweißnähten, insbesondere an bauseitig zu erstellenden Behältern von Kernkraftwerksanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand zur eigentlichen Schweißeinrichtung eine nur die Übergangsbereiche der Schweißnaht zum Grundwerkstoff erfassende Glüheinrichtung geführt wird und diesen Bereich bis auf maximal ca. 105O⁰C erhitzt, wobei für den zu erfassenden grobkörnigen Tiefenbereich ein Temperaturabfall bis auf ca. 650⁰C zulässig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Glüheinrichtung nach dem induktiven Prinzip mit Frequenzen bis zu 1 0 KHz arbeiten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glüheinrichtungen nach dem Prinzip der Widerstandserwärmung durch direkten Stromdurchgang durch die Schweißnahtbereiche mit Hilfe von gleitenden Kontaktstücken arbeiten.

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