DE3010274C2

DE3010274C2 - Schweißverfahren für die Verbindungsschweißung von Stählen und von mit Stahlzusatzwerkstoffen schweißbarem Gußeisen

Info

Publication number: DE3010274C2
Application number: DE19803010274
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof. Dr.-Ing. 5650 Solingen Seybold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1982-11-11
Also published as: DE3010274A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißverfahren für die Verbindungsschweißung von Stählen sowie von mit Stahlzusatzwerkstoffen schweißbarem Gußeisen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Ein derartiges Schweißverfahren ist nach der DE-AS 1117 362 bekannt. Hiernach soll eine Verbindungsschweißung bei schadhaft gewordenen Stahlwerkskokillen vorgenommen werden, wobei im Lichtbogen einer stromführenden Stahlelektrode ein Stab aus Zusatzmaterial in Form von Gußeisen mit 3.3% Kohlstoff abgeschmolzen wird. Man kommt hierdurch zunächst zu einer Grundnaht mit 2,3% Kohlenstoff, auf die dann mittels einer Gußeisenelektrode Auffüllgut erhöhi· ί Kohlenstoffgehaltes aufgetragen wird. Dadurch la .t sich erreichen, daß ein Abblättern der insgesamt aufgetragenen Schweiße auch bei starker Beanspruchung der Stahlwerkskokillen im Vakuumguß vermie· den wird. Wesentlich hierfür ist, daß in der Grundnaht infolge der Verwendung einer Stahlelektrode der Phosphorgehalt gegenüber dem Gußeisen geringer und die Gehalte an Molybdän, Chrom und Kupfer höher als im Gußeisen liegen.

Nach der DE-PS 9 76 962 ist weiterhin eine AuftragsschWeißung bekannt, um bei Stahlwerkskokilien ausgebrannte Werkstoffstellen zu ersetzen, indem zunächst mit Stahlelektroden in der zuvor freigelegten Aussparung eine Festlegung mit Wurzelnähten erfolgt, woraufhin dann eine erste Aüftragsschicht mit einer Stahlelektrode und einem Gußeisenstab aufgeschmoU zen wird und anschließend restliche Auftragischiehten ausschließlich mit einem stromführenden Gußeisenstab aufgebracht werden. Hierbei bilden sich zwischen den einzelnen Schichten Schrumpfrisse quer durch die Schweißraupen, so daß dieses Verfahren für eine Verbindungsschweißung nicht geeignet ist.

Nach dem gattungsgemäßen Stand der Technik kommt es bei Verbindungsschweißungen in der Schweißnaht und den sich anschließenden Querschnitten zu erheblichen Spannungen, die durch Schrumpfungsvorgänge entstehen. Selbst bei Stählen mit sehr guten Schweißeigenschaften müssen bei großvolumigen Schweißnähten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um die Schrumpfspannungen gering zu halten. Letztere können dennoch so hoch werden, daß die Festigkeit erheblich sinkt und sogar Risse auftreten können, zu deren Vermeidung wiederum eine Reihe zusätzlicher Maßnahmen angewendet werden, wie Vorwärmen, Glühen nach dem Schweißen, Hämmern der Naht, Einsatz von Spezialelektroden und die Begrenzung der je Zeiteinheit zugeführten Wärme. Alle diese Maßnahmen erfordern jedoch erhöhten Zeit- und Kostenaufwand und führen auch nur bedinst zum Erfolg.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in der Schweißnaht und deren Umgebung entstehenden Schrumpfspannungen beim Schweißprozeß so auszugleichen, daß sie sich nur noch geringfügig auswirken.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung dient der Vorschlag gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1. für welchen die Vorschläge nach den Unteransprüchen 2 bis 5 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.

Für den durch den erfindungsgemäßen Vorschlag erzielten Erfolg ist die Fähigkeit einer differenzierten Martensitbildung der Stahlzusatzwerkstoffe wesentlich. Da Austenit ein kleineres spezifisches Volumen als Martensit hat, lassen sich die unterschiedlichen Volumina der Gefüge bei Lagen bzw. Raupen fi'r die Herstellung der Schweißverbindung ausnutzen. Bei einer Lage oder Raupe, deren Gefüge nach der Abkühlung martensitisch ist und einer darüber oder daneben befindlichen Lage oder Raupe, deren Gefüge bei Abkühlung überwiegend martensitisch ist. entsteht in der ersten Lage oder Raupe eine Zugspannung und in der zweiten eine Druckspannung. Diese Spannungen lassen sich in ihrer Größe durch Wahl und Art der Stahlzusatzwerkstoffe, aber auch durch die Wahl der Querschnitte der Einzelschweißraupen, beeinflussen. Bei entsprechender Wahl von Querschnitten und Stahlzusatzwerkstoffen läßt sich eine aus mehreren Schweißraupen bzw. Lagen bestehende Schweißnaht so vorspannen, daß die in den Anschlußquerschnitten und in der Naht selbst herrschenden Spannungen reduziert sind. Man kann auf diese Weise sehr dicke Querschnitte sowie Stahl mit mehr als 0.22% Kohlenstoff ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen schweißen. Bei dünnen Querschnitten ist zu beachten, daß auch dann in mehreren Schweißraupen oder -lagen gearbeitet werden muß. wenn nach dem üblichen Verfahren die Schweißverbindung mit nur einer Schweißraupe fertiggestellt werden könnte.

Wenn eine Belastung wesentlich in Längsrichtung der Schweißnaht eintritt, werden die unterschiedlichen Lagen öder Raupen zweckmäßig gleichfalls in Längsrichtung der Schweißnaht angeordnet. Bei einer Belastung senkrecht zur Längsrichtung der Schweißnaht ist es hingegen zweckmäßig, die Lagen oder Raupen unter einem zur Schweißnaht geneigten Winkel,

j insbesondere unter dem Winkel von 90°, anzuordnen.
j Demgemäß läßt sich gleichfalls bei einer in mehreren Richtungen bestehenden Beanspruchung der Schweißnaht so vorgehen, daß die Lagen oder Raupen teilweise in Längsrichtung zur Schweißnaht und teilweise unter einem hierzu geneigten, insbesondere 90° betragenden Winkel erstellt werden.

Für die Fertigung ist es besonders wirtschaftlich, wenn parallele Lagen oder Raupen unterschiedlichen Materials in einerr. einzigen Schweißgang erzeugt werden.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt und eine Draufsicht auf eine erste erfindungsgemäß hergestellte Schweißverbindung,

Fig.2 und Fig.3 eine Schweißverbindung mit anderer Anordnung der Schweißraupen,

Fig.4 eine weitere Art einer erfindungsgemäßen Schweißverbindung und

F i g. 5 eine erfindungsgernäße Schweißverbindung mit Schweißraupen in unterschiedlichen Richtungen zur Schweißnaht einschließlich Querschnittsdarstellungen entsprechend der Schnittlinie A-A und B-B.

Das gemäß Fig. 1 dargestellte Srhweißverfahren sieht eine Verbindungsnaht zwischen zwei Blechen 1 und 2 vor. Nach der üblichen Nahtvorbereitung wird unter Zusatz eines der beiden Stahlzusatzwerkstoffe eine Wurzelnahl 3 in üblicher Weise hergestellt. Alle übrigen Schweißraupen 4 und 5 werden abwechselnd mit Martensit bildenden und mit nicht oder nur geringfügig Martensit bildendem Material gezogen. Dabei entstehen jeweils Schweißraupen 4 und 5 in abwechselnder Aufeinanderfolge.

Je nach den geometrischen Verhältnissen können die Schweißnähte auch die in den F i g. 2 und 3 dargestellten Querschnitte aufweisen. Maßgeblich ist in jedem Falle

ίο die Ausführung mindestens zweier Raupen oder Lagen. Bei einer Verbindung rechtwinklig zueinander stehender Bleche 1 und 2 läßt sich auch eine Ausführungsform gemäß Fig.4 wählen, bei der die einzelnen Raupen 4 und 5 senkrecht zur Erstreckung der gesamten Schweißnaht verlaufen.

Schließlich zeigt F i g. 5 im Querschnitt sowie in den Schnittdarstellungen A-A und B-B, daß man die einzelnen Schweißraupen in aufeinanderfolgenden Lagen mit unterschiedlicher Richtung zur Schweißnaht ausführen kann. Nach der Bildung einer Wurzelnaht 3 wird die entsprechend ausgearbeitete Vr iiindungsnut so aufgefüllt, daß die Schweißraupen in einer Lage in Längsrichtung der Verbindungsnaht verlaufen, während sie in der dann folgenden Lage sich senkrecht zur

-5 Schweißnaht erstrecken. Diese Aufeinanderfolge läßt sich je narh Dicke der Schweißnaht mehrfach wiederholen, wie dies F i g. 5 in der Querschnittsdarstellung zeigt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schweißverfahren für die Verbindungsschweißung von Stählen sowie von mit Stahlzusatzwerkstoffen schweißbarem Gußeisen, wobei wenigstens zwei Lagen oder Raupen mit unterschiedlichem, das spezifische Volumen des Gefüges beeinflussendem Zusatzmaterial erstellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen oder Raupen abwechselnd aus überwiegend Martensit bildendem Stahl und aus keinen oder nur geringfügig bildenden Stahl mit der Maßgabe erstellt werden, daß die Lagen oder Raupen beim Abkühlen Vorspannungen annehmen, die durch die Art des Stahlzusatzwerkstoffes und die Querschnittsgröße der Raupen ,* vorgegeben werden.

Z Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Lagen oder Raupen in Längsrichtung der Schweißnaht angeordnet sind. _7Q

3. Sehn-ißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen oder Raupen unter einem zur Schweißnaht geneigten Winkel, insbesondere unter dem Winkel von 90°, angeordnet sind.

4. Schweißverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3. ,₅ dadurch gekennzeichnet daß die Raupen oder Lagen teilweise in Längsrichtung zur Schweißnaht und teilweise unter einem hierzu geneigten, insbesondere 90° betragenden Winkel erstellt werden.

5. Schweißverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallele Lagen oder Raupen unterschiedlichen Materials in einem Schweißgang erzeugt werden.