DE3016259C2

DE3016259C2 - Verfahren zum Mehrlagen-Lichtbogenschweißen ferritischer, vergüteter Stähle und zum anschließenden Wärmebehandeln der Schweißstelle und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3016259C2
Application number: DE19803016259
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. 4300 Essen Peetz
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1980-04-26
Filing date: 1980-04-26
Publication date: 1983-10-20
Also published as: DD158407A5; DE3016259A1; JPS56165585A; EP0038993A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mehrlagen-Lichtbogenschweißen ferritischer, vergüteter Stähle und zum anschließenden Wärmebehandeln der Schweißstelle, bei dem im wesentlichen lediglich jeweils die Tiefe und die Breite einer Schweißraupe und deren Einflußzone erfaßt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Lichtbogenschweißkopf, einer Induktorspule und einem Temperaturmeßkopf.

Beim Schweißen wird die sich an das Schweißgut anschließende Zone des Grundwerkstoffs einer starken Wärmebeeinflussung unterzogen (sogenannte Wärmeeinflußzone WEZ), wobei die äußere Randschicht dieser Zone sogar bis auf Schmelztemperatur gebracht wird. Da das Volumen des zu schweißenden Werkstücks im Verhältnis zu dem Volumen der Schweißnaht im allgemeinen sehr groß ist, kann die im Schweißgut enthaltene Wärmeenergie sehr schnell im Grundwerkstoff aufgenommen werden, so daß die Schweißraupe und die sie umgebende Wärmeeinflußzone mit verhältnismäßig großer Abkühlgeschwindigkeit erkalten. Dabei kommt es im Schweißgut zur Bildung stark ausgeprägter Stengelkristalle (Dendriten) mit bevorzugter Wachstumsrichtung senkrecht zu den Schweißkanten. In der hocherhitzten Wärmeeinflußzone entsteht nach dem Erkalten ein ausgeprägtes Grobkorngefüge, das wesentlich schlechtere Eigenschaften aufweist als der unbeeinflußte Grundwerkstoff.

Aus der DE-OS 28 15 114 ist es bekannt, den nur die Obergangsbereiche der Schweißnaht zum Grundmaterial erfassenden Bereich durch eine der Schweißeinrichtung nachfolgende Glüheinrichtung nach dem Induktionsprinzip auf eine Temperatur oberhalb des oberen Umwandlungspunktes Ac₃ (im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm: Linie GOS) bis ca. 1050°C zu erhitzen und so eine Umkristallisation der dendritischen Struktur des Schweißgutes und die Grobkornstruktur in dem Übergangsbereich zu beseitigen und so die Gütewerte der Schweißnaht zu verbessern. Um die Festigkeitseigenschaften des Grundwerkstoffs aber auch in der Schweißnaht und in der sie umgebenden Übergangsbzw. Wärmeeinflußzone zu erreichen, bedarf es bei der Anwendung des bekannten Verfahrens der Wärmebehandlung im Anschluß an eine Erwärmung auf 1050°C bei vergüteten Stählen wieder einer örtlichen Abkühlung mit hohem kontrollierten Temperaturgefälle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs gsnannten Art anzugeben, mit denen bei Mehrlagenschweißverbindungen von vergüteten Stählen mit einfachen Mitteln dem Grundwerkstoff angepaßte mechanische Eigenschaften erreicht werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß das zu behandelnde Material lediglich auf eine Temperatur kurz unterhalb des unteren Umwandlungspunktes Ad, bei dem eine Umwandlung von ferritischem in austenitisches Gefüge eintritt (im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm: Linie PS), erwärmt wird. Dadurch wird vermieden, daß die martensitische Struktur der Übeigangszone, die sich bei der relativ schnellen Abkühlung nach dem Schweißen gebildet hat, gänzlich aufgelöst bzw. umgewandelt wird.

Um das Verfahren wirtschaftlich gestalten zu können, wird die Erwärmung der Schweißraupen zweckmäßigerweise unmittelbar nach Beendigung der Umwandlung aus der Schweißhitze, also überschläglich bei Erreichen einer Temperatur von etwa 200° C begonnen. Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung zum Schweißen und Wärmebehandeln nach der Erfindung in der Seitenansicht,

F i g. 2 die Induktorspule über einer Schweißstelle im

Querschnitt längs der Linie II-II in F i g. 1.

Die Vorrichtung zur Wärmebehandlung besteht aus einer induktiven Heizeinrichtung, die wiederum aus einer einwindigen Induktorspule 3 besteht, die über Flansche 4 an einen Transformator 5 angeschlossen ist, der von einer nicht weiter dargestellten Mittelfrequenzanlage 6 betrieben wird. Die Windung der Induktorspule 3 besteht aus einem mit Wasser kühlbaren Hohlprofil 7 aus Kupfer und ist mit einer dem zu bearbeitenden Werkstück angepaßten Heizwirklinie 8 ausgebildet. Zur Konzentration der magnetischen Felder ist die Induktorspule 3 an ihrer Heizwirklinie 8 mit von der Spule wegweisenden U-förmigen Silizium-Eisen-Lamellen 9 bestückt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das die Heizwirklinie 8 bildende Teilstück mindestens 100 mm lang ist, da dann die Schweißnaht bei der

so Vorschubbewegung nicht plötzlich, sondern allmählich aufgeheizt wird.

In bezug auf die Vorschubrichtung V ist im hinteren Drittel der Heizwirklinie 8 ein berührungslos arbeitender pyrometrischer Temperatur-Meßkopf 12 angeordnet, der über einen flexiblen Glasfaser-Lichtleiter 13 mit einem Pyrometer 14 verbunden ist. Das Pyrometer ist wiederum mit einem Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler) 15 verbunden, um das pyrometrische Meßsignal für die Leistungssteuerung der Mittelfrequenzanlage 6 verwerten zu können.

Beim kontinuierlichen Arbeiten, z. B. beim Schweißen

von Umfangsnähten an zylindrischen Mantelflächen, kann die Heizeinrichtung vorteilhafterweise mit dem

. Lichtbogenschweißkopf 19 gekoppelt sein.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, wie die aus den Schenkeln 20 der U-förmigen Lamellen 9 austretenden gestrichelt dargestellten Magnetlinien 21 die — im dargestellten Fertigungszustand — zuletzt geschweißte Raupe 22

einer 60°-V-Nahtfuge 23 und die ihr unmittelbar benachbarte Wärmeeinflußzone 24 im Grundwerkstoff durchdringen, so daß deren Schweißgut einschließlich deren Wärmeeinflußzone erhitzt und das Gefüge in der Schweißraupe und in der Wärmeeinfluß^one umgeformt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum M ehrlagen-Lichtbogenschweißen ferritischer, vergüteter Stähle und zum anschließenden Wärmebehandeln der Schweißstelle, bei dem im wesentlichen lediglich jeweils die Tiefe und die Breite einer Schweißraupe und deren Wärmeeinflußzone erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung aus einer Erwärmung des zu behandelnden Materials auf eine Temperatur kurz unterhalb des unteren Umwandlungspunktes A C\ besteht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung unmittelbar nach Beendigung der von der Schweißhitze herrührenden Umwandlung erfolgt

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Lichtbogenschiveißkopf, einer Induktorspuie und einem Temperaturmeßkopf, dadurch gekennzeichnet daß der Temperaturmeßkopf (12) im letzten Drittel — in bezug auf die Vorschubrichtung (V) — der Heißwirklinie (8) der Induktorspule (3) angeordnet ist