DE3312724A1 - Schmelzflussmittel - Google Patents

Description

Schmelzflußmittel

Die Erfindung betrifft ein Schmelzflußmittel für das Unterpulverschrägschweißen.

Das Unterpulverschweißen kann mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden, da es unter Verwendung einer Vielzahl von Elektroden und einem hohen elektrischen Strom durchgeführt wird, und hat einen breiten Anwendungsbereich auf den betreffenden Gebieten gefunden, da es ausgezeichnet und sehr wirkungsvoll arbeitet. Eines der Anwendungsgebiete ist das Nahtschweißen bei der Herstellung von spiralgeschweißten Rohren. Bei diesem Herstellungsverfahren beeinflußt die Nahtschweißgeschwindigkeit direkt die Leistungsfähigkeit der Rohrherstellung, so daß viele Untersuchungen durchgeführt wurden, um die Schweißgeschwindigkeit zu erhöhen.

Die Erhöhung der Nahtschweißgeschwindigkeit beim Unterpulverschweißen wird durch das Auftreten von Einbrandkerben und übermäßigen Konkavitäten (Vertiefung in der Mitte der Raupe) an der Innenseitenraupe behindert. Als Gegenmaßnahme zur Beseitigung derartiger Mangel wurde das Schweißverfahren an sich weiterentwickelt und wurden Schmelzflußmittel für das Hochgeschwindigkeits-Schrägschweißen entwickelt.

Da bei den zuerst genannten Entwicklungen die Bogenrichtung dadurch gesteuert wird, daß ein äußeres Magnetfeld auf ! den Bogen einwirkt, ist speziell eine Einrichtung zum Bewe- ! gen des Bogens vorgesehen, so daß die Schweißarbeit die Un- \ Zweckmäßigkeit einer komplizierten Bearbeitung zur Folge hat¹.

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Die zuletzt genannte Entwicklung führt andererseits nicht zu einer derartigen Unzweckmäßigkeit der Handhabung. Herkömmliche Schmelzflußmittel wurden für das absteigende Schrägschweißen entwickelt, bei dem die Schweißgeschwindigkeit vergleichsweise gering ist und nicht mehr als 2,5 m/min beträgt,' wobei diese Schmelzflußmittel nur einen Einfluß auf die Be- < seitigung von Kokavitäten haben, die leicht in der Raupe beim! absteigenden Schrägschweißen auftreten,und nicht beim Hochgeschwindigkeitsschweißen von spiralgeschweißten Rohren· verwandt werden können. .

Das heißt, daß eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit gegenwärtig für den Fall erwünscht ist, bei dem mit einer Geschwin-

i · ι · -L- ·. -χ τ ' / - τ. -j. a. ■ , -, . schweißte digkeit von mehr als 3 m/mm gearbeitet wird,und spiralge j Rohre, mit einer Stärke von 9 bis 12 mm geschweißt v/erden. Wenn das Schweißen mit einer derartigen Geschwindigkeit in einer absteigenden Schräglage an der Innenseite des Rohres erfolgt, würde sich ein Schmelzbad von einer Stelle direkt unter einer Schweißelektrode bis zu einer steil absteigenden Stelle bilden, und würde geschmolzener Stahl von dieser Stelle zur Schweißelektrode durch die Schwerkraft fließen. Diese Erscheinung kann nur mit den Eigenschaften des bisherigen Flußmittels und der Schweißschlacke nicht gesteuert werden, so daß Raupen mit großen Konkavitäten und Überlappungen gebildet werden. Um die Konkavitäten und die Überlappungen zu vermeiden , sollte die Schweißlage auf die ansteigende Schräglage beim Hochgeschwindigkeits-Spiralschweißen mit einer Geschwindigkeit von mehr al 3 m/min geändert werden. Das Spiralschwei sen ist in diesem Fall nicht nur das absteigende Schrägschweissen und das Schmelzbad verläuft von der ansteigenden zur absteigenden Position an der Innenseite des Rohres. Der Rückfluß des geschmolzenen Stahls in der Nähe des Bogens wird daher durch die Schwerkraft sehr schnell, wobei eine Einbrandkerbe leicht gebildet wird. Der Rückstrom kann nicht durch das herkömmliche Schrägschweißflußmittel gesteuert werden.

Durch die Erfindung sollen die Mängel der herkömmlichen Flußmittel zum Unterpulverschweißen beseitigt werden und soll ein Schmelzflußmittel für das Unterpulverschrägschweißen geschaffen werden, das Raupen ohne Einbrandkerben oder Unterschneidungen und exzessive Konkavitäten beim Spiralschweißen mit einer Geschwindigkeit von mehr als 3 m/min ausbilden kann.

Dazu hat das erfindungsgemäße Schmelzflußmittel eine Hauptzusammensetzung aus 20 bis 30 Gew.-% Al₂O,, 15 bis 30 Gew.-So SiO₂, 15 bis 30 Gew.-So MnO, 10 bis 25 Gew.-% TiO₂ und einen Gesamteisenoxidanteil (FeO und Fe₂O^) von nicht mehr als 10 Gew.-So.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Hoch-AlgO^-SiOg-TiO^MnO-Schmelzflußmittel zur Verwendung beim Unterpulverschrägschweißen von spiralgeschweißten Rohren mit einer Geschwindigkeit von mehr als 3 m/min, welches Schmelzflußmittel 20 bis 30 Gew.-So Al₂O₃, 15 bis 30 Gew.-So SiO₂, 15 bis 30 Gew.-So MnO, 10 bis 25 Gew.-% TiO₂, 20 bis 35 Gew.-% MnO + TiO₂, einen Gesamtanteil an Eisenoxid (FeO und Fe₂O,) von nicht mehr als 10 Gew.-So und dem Rest CaO, CaF₂ und MgO von 1 bis 8 Gew.-% jeweils umfaßt.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in einer graphischen Darstellung

schematisch die Viskositätskennlinie des erfindungsgemäßen Schmelzflußmittels und des herkömmlichen Schmelzflußmittels,

Fig. 2 in einer graphischen Darstellung die j

Beziehung zwischen der Fülldichte des.

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Flußraittels und der Tiefe der Konkavität der Schweißraupe,

Fig. 3 in einer graphischen Darstellung die

Beziehung zwischen der Höhe des Gesamtanteils an Eisenoxid im Flußmittel "beim Spiralschweißen und des Ausmasses an Einbrandkerben, und

Fig. 4 . in einer Erlauterungsansieht die Be

rechnung der Einbrandkerbenrate.

Im folgenden werden die Gründe für die Festlegung der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Flußmittels dargelegt.

AIpO^ liefert Viskositätskennlinien, wie sie in Fig. 1 schematisch für das Flußmittel in Verbindung mit SiOp dargestellt sind, und ist wichtig, um dem Flußmittel die Eigenschaft zu geben, daß keine Einbrandkerben und keine Konkavitäten ausgebildet werden. AIpO^ sollte daher in einem Anteil von mehr als 20% zugegeben werden, um diese Eigenschaften zu liefern. Wenn der Anteil an Al₂O^ 30% überschreitet, ist der Schmelzpunkt des Flußmittels zu hoch, so daß sich Beeinträchtigungen bei der Ablösbarkeit der Schlacke und bei der Qualität der Raupenoberfläche ergeben. Der optimale Bereich beträgt daher 20 bis 30%.

ist ein sogenannter Schlackenbildner und sollte im Flußmittel zu wenigstens 15% vorhanden sein. Venn der SiO₂~Anteil 30% überschreitet, gehen die Viskositätskennwerte verloren und ist die Zähigkeit des Schweißmetalls beeinträchtigt. Aus diesem Grunde sollte der SiO₂-Anteil bei 15 bis 30% liegen.

MnO und TiO₂ liefern jeweils Mn und Ti dem Schweißmetall und I

-Zuspielen metallurgische Rollen bei der Steuerung der Form der Einschlüsse oder der Schweißmetallfeinmikrostruktur sowie der Erhöhung der Fülldichte des Flußmittels sowie bei gleichzeitiger Zugabe von MnO und TiO₂, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, bei der Verminderung der Tiefe der Konkavitäten in der Schweißraupe beim absteigenden Schrägschweißen. Wenn der MnO-Gehalt weniger als 15% beträgt, kann der Einfluß auf die Erhöhung der Fülldichte nicht erwartet werden und wird keine gleichförmige Schlackenschicht gebildet. Wenn der MnO-Gehalt mehr als 30% beträgt, ist die Fülldichte zu hoch und werden leicht Schlackeneinschlüsse und Einbrandkerben gebildet. Der bevorzugte Bereich von MnO liegt daher bei 15 bis 30%.

Wenn der TiOp-Gehalt andererseits unter 10% liegt, ist die Fülldichte des Flußmittels zu niedrig, so daß das geschmolzene Metall leicht fließt und das Schweißen instabil wird. Wenn der TiOp-Gehalt 25% übersteigt, ist die Fülldichte zu hoch und treten die Mängel auf, die beim MnO zu sehen sind. Der TiO-Gehalt liegt daher vorzugsweise bei 10 bis 25%. Wenn zuviel MnO und TiO₂ zugegeben wird, ist die Fülldichte zu hoch, so daß vorzugsweise der Gesamtanteil an MnO und TiO₂ nicht mehr als 40%, insbesondere 20 bis 35% beträgt.

Der Gesamteisenoxidanteil ist FeO und Fe₀O, und hat die Eigenschaften, die Konkavitäten zu steuern und die Raupenform bei kleiner Menge zu verbessern. Wenn mehr als 10% im Flußmittel vorhanden ist, tritt eine Schlackenhaftung auf, so daß der Eisenoxidanteil nicht mehr als 10% betragen sollte.

Bei einem Beispiel betrug der Al₂0-,-Anteil 25%, betrugt der SiO₂-Anteil 26%, betrug der MnO-Anteil 19%, betrug der TiO₂- j Anteil 17%, betrug der CaO-Anteil 1%, betrug der CaF₂-Anteil ! 4%, betrug der MgO-Anteil 3% und variierte der Gesamteisen- j oxidanteil auf bis zu 20%, wobei das Unterpulverschrägschweisjsen von spiralgeschv/eißten Rohren mit einer Schweißgeschwin- j

digkeit von 4 m/min durchgeführt wurde. Fig. 3 zeigt das Aus-: maß von Einbrandkerben bei diesem Schweißen. Aufgrund der ho-! hen Geschwindigkeit von bis zu 4 m/min wurden Einbrandkerben J gebildet, im Bereich eines Eisenoxidanteils von nicht mehr J als 10% nahmen jedoch die Einbrandkerben ab, und in der Nähe ; von 5% (4 bis 6%) wurden die am meisten bevorzugten Ergebnisse erhalten. Von diesem Standpunkt aus wird nicht mehr als
10% Eisenoxid zugegeben.

Was die anderen Bestandteile CaO, CaFp und MgO anbetrifft,
so ist jeder mit wenigstens 1% erforderlich, um die Basizität

zu erhöhen und die Reduzierung des Flußmittels zu verstärken.' Wenn der Anteil dieser Bestandteile jedoch 8% übersteigt,
treten hinsichtlich CaO und MgO leicht Oberflächenfehler, wie Pockennarben oder Vertiefungen,auf, und bekommen die Konkavitäten der Raupe eine große Tiefe aufgrund der übermäßigen
Fluidität hinsichtlich von CaFp. Jeder dieser Bestandteile
sollte daher einen Anteil von 1 bis 8% haben.

Im folgenden werden weitere Beispiele beschrieben.

Beispiele

I. Die Flußmittel gemäß der Erfindung, die in der Tabelle 1 aufgeführt sind, wurden beim Schweißen an der Innenfläche eines spiralgeschweißten Rohres mit 12mm t χ 1016 mm OD
und den Schweißbedingungen einer vorlaufenden Elektrode:
16OO A χ 28 V χ 3,5 m/min, einer nachlaufenden Elektrode:
950 A χ 36 V χ 3,5 m/min und einem Abstand zwischen den Elektroden von 22 mm angev/andt.

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Tabelle 1

	Fluß mittel	M IO O ω	W H- O . to	S O	t-3 H- O to	to O (D (D ei-2 CO (D O P H-X Ü Hl··· d- P^CD ja H-	CaO	O DJ ^l ro	MgO
j erfindungsge- ! herkömmli- mäße Flußmit- ! ehe Fluß- I tel mittel	A ß C D	2 5 3 0 3 0 25	26 1 5 20 2 8	1 9 20 1 9 20	1 7 1 5 2 2 1 8	5 1 0 4 5	1 2 1 1	4 4 1 2	3 4 3 1
E F G	1 5 4 •	4 5 4 1 5 3	4 5 28 0	0 9 1	2 0 0	1 1 1 26	4 5 7	2 1 9

II. Die Querschnittsform der Raupen, die Tiefe der Konkavitäten und das Ausmaß der Einbrandkerben bei den oben beschriebenen Verhältnissen sind in Tabelle 2 dargestellt. Das Ausmaß der Bildung von Einbrandkerben wurde durch den Ausdruck erhalten:

Ausmaß

der Einbrandkerben =

v/obei

l(mm): Länge der Raupe

: Gesamtlänge der Einbrandkerbe

Tabelle 2

	Fluß- mi *f~—	Form der	Tiefe der Kon	Ausmaß d.Ein-j	Gesamt ergeb-
	111-1- L/	Raupen	kavi	orand- \	nis
	te		tät	werben
	A	ο	0.3 mm	0*	O
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Wie es aus Tabelle 2 ersichtlich ist, treten bei dem erfindungsgemäßen Flußmittel kaum Einbrandkerben und übermäßige Konkavitäten trotz der hohen Schweißgeschwindigkeit von bis zu 3,5 m/min auf und können die gewünschten Querschnittsformen der Raupe, verglichen mit den herkömmlichen Flußmitteln, erhalten werden.

Das herkömmliche Flußmittel G ergibt keine übermäßige Konkavität, zeigt jedoch ein hohes Maß an Einbrankerben. Das Flußmittel F bildet keine Einbrandkerben, liefert jedoch eine große Tiefe der Konkavität. Was das Flußmittel E anbetrifft, so ist die Konkavität ziemlich klein, das Ausmaß an Einbrankerben jedoch sehr groß.

Wenn ein erfindungsgemäßes Flußmittel beim Schrägschweißen, insbesondere beim Hochgeschwindigkeitsschweißen mit einer Geschwindigkeit von mehr als 3 m/min von spiralgeschweißten Rohren angewandt wird, können die gewünschten Formen der Raupen erhalten v/erden, ohne Einbrandkerben mit übermäßiger Konkavität zu erzeugen, so daß die Erhöhung der Geschwindig-: keit beim Spiralnahtschweißen verwirklicht werden kann, und dadurch die Leistungsfähigkeit bei der Herstellung von spiralgeschweißten Rohren erhöht wird.

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Claims (2)

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun. PATENTANWÄLTE ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE 3/Li P-8330-661 NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA, Tokyo,JP Schmelzflußmittel Patentansprüche

1. Schmelzflußmittel für das Unterpulverschrägschweißen, gekennzeichnet durch

im wesentlichen 20 bis 30 Gew.-% Al₂O,, 15 bis 30 Gew.-% SiO₂, 15 bis 30 Gew.-% MnO, 10 bis 25 Gew.-% TiO₂ und einen Gesamteisenoxidanteil (FeO und Fe₂O-) von nicht mehr als 10 Gew.-%.

2. Schmelzflußmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 1 bis 8% CaO, CaFe und MgO jeweils.