DE3600813C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren zum Verbinden eines ersten Bauteiles aus ferritischem Sphäroguß mit einem zweiten Bauteil aus Stahl, insbesondere zum Vorschuhen von Armaturengehäusen, mit abschmelzender Elektrode.

Gußeisenarmaturen werden üblicherweise mit Flanschverbindungen ausgeführt, die einem korrosiven Angriff nur einen geringen Widerstand entgegensetzen. Es ist auch bereits versucht worden, Gußeisenarmaturen mit Vorsteckstahlrohr zu fertigen. Die Verbindung von Stahlrohr und Gußarmatur erfolgte hierbei über eine Kehlnaht, so daß im Rohrinneren ein Spalt zwischen den beiden Werkstoffen bestehen blieb. Dieser Spalt bildet ebenfalls einen korrosiven Angriffspunkt.

Die Verbindungen wurden überdies mit Nickelbasiszusatzwerkstoffen hergestellt. Durch die unterschiedlichen Potentiale zwischen Stahlrohr, Gußarmatur und Nickelzusatzwerkstoff besteht die Gefahr der Lokalelementbildung und damit eines erhöhten Korrosionsangriffes. Ferner wurde festgestellt, daß sich in der Schmelzlinie Nickelmartensit ausbildet, der sich erst nach mehrstündiger Glühung bei 900°C auflöst.

Aus S. Anik & L. Dorn, Metall-physikalische Vorgänge beim Schweißen der Eisengußwerkstoffe - Gußeisen mit Lamellen und Kugelgraphit in Schweißen und Schneiden 35 (1983), Heft 3, Seiten 120 bis 125, sind Schweißverfahren mit artfremden Werkstoffzusätzen bekannt. U. a. ist ein Lichtbogenhandschweißen mit Stahlelektroden beschrieben. Hier soll eine Vorwärmung auf mehr als 100°C erfolgen, wobei dann ein harter, spröder Werkstoffbereich am Übergang Grundwerkstoff-Schweißgut entsteht. Um an diesen Übergängen höhere Rißsicherheit zu erreichen und auf Vorwärmen ganz zu verzichten, werden anstelle von Stahlelektroden häufig Nickel-, Nickel-Eisen-, Nickel-Kupfer- oder Chrom-Nickel-Stahlelektroden eingesetzt. Ein weiteres Warmschweißverfahren von Gußeisen ist beschrieben in N. Beckert, Verbindungsschweißen von Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG) in Schweißtechnik, Berlin 34 (1984) 6, Seite 246 bis 248.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, am Übergang Grundwerkstoff-Schweißgut das Entstehen eines harten, spröden Werkstoffbereichs zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schweißverfahren zum Verbinden eines ersten Bauteiles, das aus ferritischem Sphäroguß unter Verwendung eines Basiseisen von hoher technischer Reinheit hergestellt ist, mit einem zweiten Bauteil aus Stahl, insbesondere zum Vorschuhen von Armaturengehäusen, mit einer abschmelzenden nickelfreien Stahldrahtelektrode, deren mechanisch-technologischen Eigenschaften zumindest die Werte der beiden Grundwerkstoffe der Bauteile erreichen, wobei die ohne Vorwärmung der Bauteile durchgeführte Verschweißung mit Argon, CO₂ oder einem Zwei- oder Dreikomponentenmischgas aus Argon, CO₂ und O₂ im Impulsbetrieb bei einer Pulsfrequenz von 50-150 Hz und durch schweißtechnische Prozeßoptimierung eine Minimierung der durch den Schweißprozeß eingebrachten Wärmemenge erfolgen, die Verbindungen in Form einer V- oder einer HV-Naht ausgeführt und eine ferritisierende Glühung nachgeschaltet werden, durch die der Zementit in der Wärmeeinflußzone auf der Gußseite zerfällt und auf der Stahlseite noch keine Grobkornbildung auftritt.

Das verwendete Sphärogußbasiseisen soll von hoher technischer Reinheit sein, da Begleit- und Spurenelemente die Schweißeignung begrenzen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Versprödung der Schweißverbindung durch Martensit und durch Ledeburit vermieden. Das nickelfreie Schweißgut verhindert die Bildung von Nickelmartensit und ist kostengünstiger als der nickelhaltige Zusatzwerkstoff. Da aber der Stahldraht eine geringe Duktilität als der Nickelbasiszusatz aufweist, muß durch eine schweißtechnische Prozeßoptimierung die wärmeebeeinflußte Zone minimiert werden.

Durch die nachgeschaltete ferritisierende Glühung zerfällt der Zementit in der Wärmeeinflußzone auf der Gußseite, während auf der Stahlseite noch keine Grobkornbildung auftritt.

Der verwendete Stahldraht kann einen Durchmesser von 0,8 bis 1,2 mm aufweisen und wird bei einer Schweißstromstärke von vorzugsweise 140 bis 280 A verwendet.

Zum Verschweißen von Armaturgehäusen aus GGG-35.5 oder GGG-40.3 mit geeigneten Stahlrohrabschnitten können die vollmechanisierten Lichtbogenschweißverfahren Wolfram-Inertgasschweißen und Plasma-Schweißen mit Kalt- oder Heißdrahtzusatz, Metall-Inertgas- und Metall-Aktivgasschweißen verwendet werden. Für rotationssymmetrische Teile erfolgte die Mechanisierung der Verfahren durch Verwendung einer geeigneten Dreheinrichtung, die es gestattet, beide Seiten des Armaturengehäuses gleichzeitig zu verschweißen.

Die Schweißgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 15 bis 35 cm/min, wobei während des mechanisierten Schweißvorganges sowohl eine Brenner- als auch eine Werkstückbewegung vorgesehen sind.

Die eingesetzte Schutzgasmenge beträgt vorzugsweise 8-20 l/min, wobei ein Brenneranstellwinkel von 10 bis 90° einzuhalten ist.

Die Wurzel wird bei genauer Nahtvorbereitung ohne, sonst aber mit geeigneter Badsicherung verschweißt. Wurzelschweißungen können mit Ausschleifen der Ansatzstellen oder mit einem geeigneten Stromprogramm ausgeführt werden.

Durch Abdichten des Armaturengehäuses und Einleiten von Schutzgas (Argon) kann ein Wurzelschutz erzielt werden. Hierbei muß die Brennerposition "Stechend" eingehalten werden.

Die Wurzelschweißung kann nach dem Wolfram-Inertgas- oder dem Plasma-Schweißverfahren vorgenommen werden, während die Füllagen mit dem Metall-Aktivgas-Schweißverfahren gelegt und in beiden Verfahren Stahldraht verwendet werden. Diese Verfahren werden dann vorgesehen, wenn Armaturengehäuse in solchen Anlagen eingesetzt werden, in denen Metall-Aktivgasgeschweißte Wurzellagen nicht erlaubt sind wie z. B. in Kernkraftwerken.

Claims (7)

1. Schweißverfahren zum Verbinden eines ersten Bauteiles, das aus ferritischem Sphäroguß unter Verwendung eines Basiseisen von hoher technischer Reinheit hergestellt ist, mit einem zweiten Bauteil aus Stahl, insbesondere zum Vorschuhen von Armaturengehäusen, mit einer abschmelzenden nickelfreien Stahldrahtelektrode, deren mechanisch-technologischen Eigenschaften zumindest die Werte der beiden Grundwerkstoffe der Bauteile erreichen, wobei die ohne Vorwärmung der Bauteile durchgeführte Verschweißung mit Argon, CO₂ oder einem Zwei- oder Dreikomponentenmischgas aus Argon, CO₂ und O₂ im Impulsbetrieb bei einer Pulsfrequenz von 50-150 Hz und durch schweißtechnische Prozeßoptimierung eine Minimierung der durch den Schweißprozeß eingebrachten Wärmemenge erfolgen, die Verbindungen in Form einer V- oder einer HV-Naht ausgeführt und eine ferritisierende Glühung nachgeschaltet werden, durch die der Zementit in der Wärmeeinflußzone auf der Gußseite zerfällt und auf der Stahlseite noch keine Grobkornbildung auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,8-1,2 mm bei einer Schweißstromstärke von 140-280 A verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißgeschwindigkeit 15-35 cm/min beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Schutzgasmenge 8-20 l/min beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Wurzelschutzes Schutzgas in das abgedichtete Armaturengehäuse eingeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wurzel mit Badsicherung verschweißt wird.

7. Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wurzelschweißung nach dem Wolfram-Inertgas- oder dem Plasma-Schweißverfahren vorgenommen wird, während die Füllagen mit dem Metall-Aktivgas-Schweißverfahren gelegt und in beiden Verfahren Stahldraht verwendet werden.