DE3908653A1 - Verfahren zur verbesserung der schwingfestigkeit von geschweissten hochfesten staehlen - Google Patents
Verfahren zur verbesserung der schwingfestigkeit von geschweissten hochfesten staehlenInfo
- Publication number
- DE3908653A1 DE3908653A1 DE19893908653 DE3908653A DE3908653A1 DE 3908653 A1 DE3908653 A1 DE 3908653A1 DE 19893908653 DE19893908653 DE 19893908653 DE 3908653 A DE3908653 A DE 3908653A DE 3908653 A1 DE3908653 A1 DE 3908653A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- energy
- ste
- preheating temperature
- saturation
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der
Schwingfestigkeit von geschweißten hochfesten Stählen, bei
dem die Schweißnaht-Übergänge mit örtlicher Energiezufuhr
und mit einer aus einem vorgegebenen Bereich ausgewählten
Streckenenergie (kJ/cm) nachbehandelt werden. Es ist be
kannt, daß der Schweißnahtübergang zum Grundwerkstoff der
kritische Bereich und dominierende Ausgangspunkt für die
Schwingbrüche von Schweißnähten ist und an dieser Stelle
auch die Maßnahmen zur Verbesserung der Schwingfestigkeit
anzusetzen sind. Es ist auch bekannt, daß die nicht nachbe
handelten Stumpfnahtschweißverbindungen aus niedrig-festen
Stählen, genauso wie aus höher- und hochfesten Stählen, nur
eine maximale Dauerschwingfestigkeit von ungefähr 200 N/mm2
(bei S=0) erreichen.
In Durch eine WIG-Nachbehandlung der Schweißnahtübergänge kann
man jedoch die Schwingfestigkeit der Schweißverbindungen
erhöhen. Mit der bisherigen WIG-Nachbehandlungsarbeitsweise
wird bei den niedrig-festen Stählen die Dauerschwingfestig
keit des Grundwerkstoffes erreicht, bei den höher- und hoch
festen Stählen ist die Dauerschwingfestigkeit der Schweiß
verbindung erheblich geringer als die Dauerschwingfestigkeit
des Grundwerkstoffes. Zur Zeit (ZIS-Mitteilungen, Halle 28
(1986) 9, Seite 959-966 und IIW DOC.VIII-829-77, 1-28)
liegen die höchsten Einzelwerte der Dauerschwingfestigkeit
WIG-nachbehandelter Schweißverbindungen an Luft bei max.
345 N/mm2 bei S=0 (S ist definiert als σ U /σ 0, das ist
das Verhältnis der Unterspannung zur Oberspannung einer
Schwingungsamplitude).
Für die WIG-Nachbehandlung der Schweißnahtübergänge von Ver
bindungen, die einer Schwingbeanspruchung an Luft unter
worfen sind, kennt man aus dem Schrifttum lediglich grobe
Richtlinien. Der heute gültige Standard der Richtlinien ist
in "The method of TIG dressing", Welding in the world, 3/4
1976 (V,14), 1-7 festgelegt, wie dies auch aus dem Ver
gleich mit dem neuesten Schrifttum hervorgeht, VBK 0024,
"Vorschrift für Berechnung und Konstruktion 0024", Ausgabe
12/1982, VEB Schwermaschinenbaukombinat TAKRAF, Leipzig.
Während für die Herstellung von Schweißverbindungen in Ab
hängigkeit vom Kohlenstoffäquivalent eine Mindestvorwärmtem
peratur vorgeschrieben ist, z.B. Welding Inst. contract re
port C 215/22/71, 1-16, IIW Doc XIII-698-73, wird auf ein
Vorwärmen bei der WIG-Nachbehandlung der Schweißverbindungen
sowohl in den oben zitierten Richtlinien als auch in der
Praxis verzichtet. Dies beruht u.a. darauf, daß gezielte
Untersuchungen bei der WIG-Nachbehandlung von Stumpfnähten
aus HT 80 (einem Stahl mit 850 N/mm2 Festigkeit) mit Vor
wärmen auf 200°C und ohne Vorwärmen keine Unterschiede in
der Dauerschwingfestigkeit ergeben haben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik wird die Aufgabe der
Erfindung darin gesehen, durch eine verbesserte WIG-Nach
behandlung der Schweißnähte die Schwingfestigkeit von
Schweißverbindungen aus hochfestem Stahl zu verbessern, und
zwar vorzugsweise bis zur Dauerschwingfestigkeit des nicht
geschweißten Stahles (Grundwerkstoff) zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die nachzubehandeln
den Schweißnähte auf eine Temperatur oberhalb Raumtemperatur
vorgewärmt werden. Untersuchungen der Anmelderin haben er
geben, daß dadurch - im Gegensatz zu der oben dargelegten
Ansicht - eine wesentliche Erhöhung der Schwingfestigkeit
der geschweißten hochfesten Stähle bis zur Dauerschwingfestig
keit des nicht geschweißten Grundwerkstoffes erreicht werden
kann.
Im einzelnen kann die Erfindung wie folgt vorteilhaft aus
gestaltet sein.
Es ist möglich, die zum Aufschmelzen der kritischen Schweiß
nahtübergänge notwendige örtliche Energiezufuhr durch Inert
gas-Lichtbogenschweißen mit Wolframelektroden (WIG-Schweißen)
einzubringen.
Man kann hierzu auch Laserstrahlen einsetzen.
Zweckmäßig kann mit einer WIG-Streckenenergie im Bereich von
17-21 kJ/cm gearbeitet werden, die z.B. mit 200 A Strom
stärke, 16 V Spannung und 10 cm/min Vorschubgeschwindigkeit
erzielbar ist.
Die WIG-Behandlung der Stumpfnähte aus StE 500 kann bei Raum
temperatur erfolgen.
Für die WIG-Behandlung der Stumpfnähte aus StE 690 ist bei
einer Blechdicke von 14-16 mm eine Sättigungsvorwärmtem
peratur von mindestens 30°C anzuwenden. Bei einem Vorwärmen
über 30°C wird in der Schweißnahtzone schon fast die gleiche
Dauerschwingfestigkeit erreicht, wie die des Grundwerkstof
fes. Bei einem Vorwärmen auf etwa 70°C stimmen die Dauer
schwingfestigkeiten der WIG-behandelten Schweißnahtzone und
des Grundwerkstoffes miteinander voll überein. Aus Wirtschaft
lichkeitsgründen wird man beim Vorwärmen nicht wesentlich
über diejenige Temperatur hinausgehen, die zur fast gleichen
bzw. übereinstimmenden Dauerschwingfestigkeit einerseits der
Schweißnaht und andererseits des Grundwerkstoffes führt. Die
se Temperatur wird daher im Anmeldungstext zur kurzen Kenn
zeichnung "Sättigungsvorwärmtemperatur" genannt.
Für die WIG-Behandlung der Stumpfnähte aus StE 890 beträgt
die Sättigungsvorwärmtemperatur bei gleicher Blechdicke und
Streckenenergie mindestens 80°C, bei einem Vorwärmen auf
180°C ist die Dauerschwingfestigkeit der Schweißnaht genau
so hoch wie die des Grundwerkstoffes.
Für Stahlqualitäten mit einer Zugfestigkeit, die zwischen der
für StE 500, StE 690 und StE 890 liegt, ist die Sättigungs
vorwärmtemperatur durch lineare Interpolation zwischen den
vorgenannten Temperaturen zu ermitteln und im Zweifelsfall
vorsorglich etwas höher zu wählen.
Für Stahlqualitäten mit noch höheren Zugfestigkeiten wird
die erforderliche Sättigungsvorwärmtemperatur durch Extra
polation ermittelt.
Bei einer Streckenenergie über 19 kJ/cm kann man eine nie
drigere Sättigungsvorwärmtemperatur wählen, und zwar derart,
daß die Vorwärmtemperatur um je rund 4°C erniedrigt wird je
kJ/cm, um die die Streckenenergie 19 kJ/cm überschreitet.
Bei Streckenenergien unter 19 kJ/cm ist eine höhere Sätti
gungsvorwärmtemperatur zweckmäßig, und zwar derart, daß die
Vorwärmtemperatur um je rund 6°C erhöht wird je kJ/cm, um
die die Streckenenergie 19 kJ/cm unterschreitet.
Bei der Stahlqualität StE 690 muß bei einer Streckenenergie
von etwa 28 kJ/cm eine Sättigungsvorwärmtemperatur von min
destens 30°C eingehalten werden und bei einer Streckenenergie
von etwa 9 kJ/cm mindestens 120°C.
Bei der Stahlqualität StE 890 beträgt die Sättigungsvorwärm
tempertur bei einer Streckenenergie von etwa 28 kJ/cm min
destens 145°C und bei einer Streckenenergie von etwa 9 kJ/cm
mindestens 235°C.
Bei der Stahlqualität StE 690 können die Sättigungsvorwärm
temperaturen bei verschiedenen Streckenenergien durch In
terpolation zwischen den drei Wertepaaren (28 kJ/cm; 35°C),
(19 kJ/cm; 70°C), (9 kJ/cm; 125°C) erhalten werden.
Bei der Stahlqualität StE 890 kann man diese Sättigungsvor
wärmtemperatur für verschiedene Streckenenergien durch In
terpolation zwischen den drei Wertepaaren (28 kJ/cm; 145°C),
(9 kJ/cm; 180°C), (9 kJ/cm; 235°C) ermitteln.
Es ist zweckmäßig, für die Vorwärmtemperatur mindestens den
Wert der Sättigungsvorwärmtemperatur einzuhalten, um gleiche
Dauerschwingfestigkeiten im Schweißbereich wie im übrigen
Werkstückbereich zu erreichen.
Für hochfeste Stahlqualitäten mit einer Dauerschwingfestig
keit zwischen 250 und 600 N/mm2 kann man die Sättigungsvor
wärmtemperaturen aus den zu StE 890 und StE 690 analogen
Kennlinien ermitteln.
Günstige Verfahrensparameter, bei denen Schweißfehler wie
Mulden und Poren vermieden werden, liegen bei einem Abstand
der für die WIG-Nachbehandlung verwendeten Schweißelektrode
von der Schweißnahtoberfläche zwischen etwa 2 bis 8 mm, ins
besondere 5 mm, einer Stromstärke von etwa 150 A bis 250 A,
einer Elektrodenvorschubgeschwindigkeit von etwa 2 bis 33 cm/min
und einer Streckenenergie von etwa 6 bis 60 kJ/cm.
Bei einer Streckenenergie zwischen ca. 20 bis 60 kJ/cm ar
beitet man vorteilhaft und zuverlässig störungsfrei in einem
Bereich, der zweckmäßig durch die folgenden vier Wertepaare
von Stromstärke und Vorschubgeschwindigkeit begrenzt ist:
(150 A; 2 cm/min), (150 A; 7 cm/min); (250 A; 4 cm/min),
(250 A; 10 cm/min).
Bei einer Streckenenergie zwischen ca. 6 bis 10 kJ/cm ist
ein Bereich vorteilhaft, der durch drei Wertepaare (150 A;
20 cm/min), (250 A; 23 cm/min), (250 A; 33 cm/min) begrenzt
ist.
In den vorgegebenen Bereichen der Stromstärke ist auch der
Zwischenbereich für die Vorschubgeschwindigkeiten, d.h. zwi
schen ca. 20 und 10 cm/min vorteilhaft anwendbar, das sind
z.B. die Wertepaare (150 A; 7 cm/min), (150 A; 20 cm/min),
(250 A; 10 cm/min), (250 A; 23 cm/min).
Bei geschweißten Werkstoffen, die im Offshore-Bereich einge
setzt werden sollen, tritt in den aufgehärteten Schweißnaht
bereichen der im Meerwasser schwingbeanspruchten Schweißkon
struktionen zusätzlich die Gefahr der Spannungsrißkorrosion
auf. Hierzu empfiehlt die Erfindung, daß die nachzubehandeln
den geschweißten Werkstücke mindestens auf eine Härtebegren
zungstemperatur vorgewärmt und mit einer solchen Strecken
energie WIG-behandelt werden, daß die Härtebereiche im nach
behandelten Schweißnahtbereich zumindest annähernd auf die
von den Abnahmegesellschaften maximal zulässigen Härtewerte
begrenzt sind. Dabei muß die Schweißnaht mindestens auf die
Sättigungsvorwärmtemperatur für die Einhaltung der Dauer
schwingfestigkeit erwärmt werden und, wenn die Vorwärmtem
peratur für die Härtebegrenzung höher liegt, zumindest bis
auf die letztere Temperatur.
Es ist vorteilhaft, die Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur so
hoch zu wählen, daß die Härtewerte von ca. 300 HV 10 nicht
überschritten werden.
Bei einer WIG-Streckenenergie von 20 kJ/cm soll die Vorwärm
temperatur für die Härtebegrenzung auf ca. 300 HV 10 bei der
Stahlqualität StE 890 mindestens ca. 300°C, bei der Stahl
qualität StE 690 mindestens ca. 200°C und bei der Stahlqua
lität StE 500 mindestens ca. 100°C betragen.
Bei einer Streckenenergie über 20 kJ/cm soll zweckmäßig eine
niedrigere und bei einer Streckenenergie unter 20 kJ/cm eine
höhere Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur gewählt werden.
Für die Stahlqualität StE 890 soll bei einer Streckenenergie
von etwa 30 kJ/cm eine Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur von
mindestens ca. 200°C und bei einer Streckenenergie von etwa
10 kJ/cm eine Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur von minde
stens ca. 400°C gewählt werden.
Für die Stahlqualität StE 690 beträgt die Härtebegrenzungs
vorwärmtemperatur bei einer Streckenenergie von etwa 30 kJ/cm
ca. 100°C und bei einer Streckenenergie von etwa 10 kJ/cm
mindestens ca. 300°C. Die Werkstücke sollen auf eine Härte
begrenzungsvorwärmtemperatur vorgewärmt werden, die minde
stens so hoch ist wie die Sättigungsvorwärmtemperatur. Wenn
letztere niedriger liegt, muß sie beim Vorwärmen bis zur
Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur überschritten werden.
Die Werkstücke sollen mindestens auf eine Härtebegrenzungs
vorwärmtemperatur vorgewärmt werden, die sich für die Stahl
qualität StE 890 in Abhängigkeit von der Streckenenergie
(kJ/cm) durch Interpolation zwischen den drei Wertepaaren
(30 kJ/cm; 200°C), (20 kJ/cm; 300°C), (10 kJ/cm; 400°C) ergibt.
Bei StE 690 soll zur Ermittlung der Härtebegrenzungsvorwärm
temperatur zwischen den drei Wertepaaren (30 kJ/cm; 100°C),
(20 kJ/cm; 200°C), (10 kJ/cm; 300°C) interpoliert werden.
Werkstücke aus hochfesten Stahlqualitäten mit einer Dauer
schwingfestigkeit zwischen 250 und 600 N/mm2 sollen auf
mindestens eine Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur erwärmt
werden, die sich aus den analogen Kennlinien in den Rest
bereichen für die Abhängigkeit der Härtebegrenzungsvorwärm
temperatur von der Streckenenergie für StE 890 und StE 690
ergibt.
Die Sättigungsvorwärmtemperatur bzw. die Härtebegrenzungs
vorwärmtemperatur kann auch durch das vorausgehende Verbin
dungsschweißen in das Werkstück eingebracht werden, muß dann
aber auch während der anschließenden WIG-Nachbehandlung ge
halten werden.
Normalerweise erfolgt die Erwärmung mit Brennern.
Zur Entspannung können die geschweißten Werkstücke vor oder
nach der WIG-Behandlung angelassen werden. Bei einer Anlaß
behandlung nach der WIG-Behandlung müssen die Anlaßtempera
turen jedoch so niedrig gewählt werden, daß kein wesentlicher
Schwingfestigkeitsabfall erfolgt.
Die WIG-Nachbehandlung hochfester Stähle (z.B. StE 690,
StE 890 usw.) ohne oder ohne ausreichende Vorwärmtemperatur
führt zu einer Vorschädigung des Werkstückes, die durch eine
Anlaßbehandlung nicht rückgängig gemacht werden kann.
Die vorstehend offenbarte WIG-Nachbehandlung von Schweiß
nähten an Werkstücken aus Stahl erfordert, wie dargelegt,
eine vom Werkstoff, der WIG-Streckenenergie und der Geome
trie abhängige Vorwärmtemperatur. Da nun die Wärmeableitung
aus der Schweiße in andere Teile des Werkstückes von der
Geometrie (Dicke, Nahtart) des Schweißnahtbereiches abhängt,
ist es für den Fachmann ohne weiteres einsichtig, daß die
Parameter der WIG-Behandlung entsprechend angepaßt sein
müssen. Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß die für die WIG-Behandlung von Stumpfnähten bei Blechen
mit einem Dickenbereich von 14 bis 16 mm gültigen Werte für
die Streckenenergie (kJ/cm) und/oder die Sättigungsvorwärm
temperatur und/oder die Härtebegrenzungstemperatur bei ab
weichender Werkstück-Geometrie (z.B. abweichende Blechdic
ke, Nahtart) entsprechend der veränderten Wärmeabführung im
Werkstück angepaßt werden.
Stahlqualitäten mit hohem Kohlenstoffäquivalent haben beson
ders rißempfindliche Gefüge. Daher ist bei derartigen Stäh
len die Streckenenergie und/oder die Sättigungsvorwärmtem
peratur und/oder die Härtebegrenzungstemperatur im Vergleich
zu den bisher mitgeteilten Werten zu erhöhen.
Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbei
spiele der Erfindung erläutert. Es zeigen im einzelnen, je
weils bei einer Stumpfnaht und 15 mm Blechdicke:
Fig. 1 eine Darstellung, bei der die Dauerschwingfestigkeit
in N/mm2 gegen die Vorwärmtemperatur in °C aufgetra
gen ist, für drei Stahlqualitäten,
Fig. 2 eine Darstellung der Dauerschwingfestigkeit in N/mm2
gegen die WIG-Streckenenergie kJ/cm, für die Stahl
qualität StE 890,
Fig. 3 eine Darstellung der WIG-Streckenenergie in kJ/cm
gegen die Sättigungsvorwärmtemperatur für die Stahl
qualitäten StE 500, StE 690 und StE 890,
Fig. 4 eine Darstellung der Stromstärke in Ampere gegen die
Vorschubgeschwindigkeit in cm/min, aus der die vor
teilhaften Bereiche ersichtlich sind,
Fig. 5 eine Darstellung der Vickershärte in HV 10 gegen die
Streckenenergie für die Stahlqualität StE 890 bei
mehreren Sättigungsvorwärmtemperaturen,
Fig. 6 eine Darstellung der Vickershärte HV 10 gegen die
Streckenenergie ohne Vorwärmen für die Stahlqualitä
ten StE 500, StE 690 und StE 890.
Bei diesem Verfahren zur Verbesserung der Dauerschwingfestig
keit, bei dem zwangsläufig auch die Zeitschwingfestigkeit -
das ist die Schwingfestigkeit unterhalb der Dauerschwing
festigkeit im Zeit- und Kurzzeitfestigkeitsbereich - erhöht
wird, werden die Schweißnahtübergänge der Werkstücke aus
hochfesten Stählen durch ein Intertgas-Lichtbogenschweißen
mittels Wolframelektrode bzw. durch einen Laserstrahl oder
andere örtliche Energien mit einer aus einem vorgegebenen
Bereich ausgewählten elektrischen Streckenenergie nachbehan
delt. Die nachzubehandelnden geschweißten Werkstückzonen
werden vorgewärmt.
Die Fig. 1 zeigt dazu die für die Stumpfnaht (15 mm) aus den
drei Stahlqualitäten StE 890, StE 690 und StE 500 bei ver
schiedenen Vorwärmtemperaturen und Streckenenergien erreich
te Dauerschwingfestigkeit, die mit zunehmender Streckenener
gie und Vorwärmtemperatur zunimmt und schließlich den auf
der rechten Seite der Darstellung ersichtlichen jeweiligen
Grenzwert (horizontale Geraden), nämlich die Dauerschwing
festigkeit des jeweiligen Grundwerkstoffes, erreicht. Zum
Beispiel wird bei StE 890 bei 180°C Vorwärmtemperatur und
einer Streckenenergie von 19 kJ/cm in der Schweißnaht die
selbe Dauerschwingfestigkeit erreicht wie im Grundwerkstoff
(Sättigungsvorwärmtemperaturen).
In Fig. 2 wird anhand von Einzelabmessungen gezeigt, daß die
Dauerschwingfestigkeit der Stumpfnaht (15 mm) (Stahlsorte
StE 890) mit zunehmender Streckenenergie und Vorwärmtempera
tur zunimmt, jedoch ohne Vorwärmen (Raumtemperatur RT=20°C)
ab ca. 30 kJ/cm (200 A) wieder abnimmt, ohne die Dauerschwing
festigkeit des Grundwerkstoffes auch nur annähernd zu errei
chen. Bei 200°C Vorwärmtemperatur jedoch wird die Dauer
schwingfestigkeit des Grundwerkstoffes schon bei 15 kJ/cm
Streckenenergie erreicht und dieses Niveau bleibt auch bei
höheren Streckenenergien erhalten, so daß von der Sätti
gungsvorwärmtemperatur an ein für die praktische Anwendung
geeigneter breiter Arbeitsbereich der Streckenenergie zur
Verfügung steht.
Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Streckenenergie
und der Vorwärmtemperatur, die mindestens eingehalten werden
muß, um in der Stumpfnaht (15 mm) die gleiche Dauerschwing
festigkeit zu erreichen wie im Grundwerkstoff, d.h. sie
zeigt die Sättigungsvorwärmtemperaturkurven für die Stahl
sorten StE 890, StE 690 und StE 500.
In Fig. 4 ist die Stromstärke gegen die Vorschubgeschwindig
keit aufgetragen. Der durch die Kreise mit den Bezugszeichen
(1) bis (7) umrandete Flächenbereich, Stromstärke ca. 150
bis 250 A und Streckenenergie ca. 6 bis 60 kJ/cm, ergibt
ein in der Regel gutes Ergebnis bei der WIG-Nachbehandlung.
Besonders überraschend ist, daß gute Ergebnisse in dem Flä
chen-Teilbereich erzielt werden, der umrandet ist durch die
Kreise (1), (2), (6), (7), d. h. 150 bis 250 A Stromstärke
mit einer Streckenenergie von ca. 20 bis 60 kJ/cm, und wei
terhin in dem Flächen-Teilbereich, der umrandet ist durch
die Kreise (3), (4), (5) und der bestimmmt ist durch eine
Stromstärke zwischen 150 und 250 A sowie eine Streckenener
gie zwischen etwa 6 und 10 kJ/cm. Dabei ist es zweckmäßig,
den Abstand der Schweißelektrode von der Schweißnahtober
fläche auf ca. 5 mm (mit einer Toleranz bis +2 mm) einzu
stellen.
Aus Fig. 5, in der die maximale Härte gegen die Strecken
energie aufgetragen ist, können die Werte der Streckenener
gie und Vorwärmtemperatur so ausgewählt werden, daß die
Vickershärte HV 10 einen als zweckmäßig vorgegebenen Grenz
wert nicht überschreitet. In der Figur bedeutet die Angabe
"WIG" die in dem WIG-Nahtbereich erhaltenen Meßwerte und die
Angabe "WEZ" die Meßwerte der "Wärmeeinflußzone", die sich
zum Werkstück hin unmittelbar anschließt.
Fig. 6 zeigt die entsprechenden Kurven bei To=RT (Raum
temperatur 20°C) für die drei dort bezeichneten Stahlquali
täten. Die Bedeutung der Angabe "WIG" und "WEZ" stimmt mit
der von Fig. 5 überein.
Bei entsprechend den obigen Diagrammen durchgeführten WIG-
Nachbehandlungen der Schweißnähte wurden mit Streckenenergien
zwischen 6 und 60 kJ/cm WIG-Nahtbreiten zwischen 5 und 12 mm
erzielt, die näherungsweise Übergangsradien zwischen 10 und
30 mm und Formzahlen zwischen 1,12 und 1,02 zur Folge haben,
und zwar in der Weise, daß durch die höheren Streckenener
gien höhere WIG-Nahtbreiten sowie Übergangsradien und durch
letztere niedrigere Formzahlen und damit höhere und bei Be
rücksichtigung der Sättigungsvorwärmtemperatur sogar Höchst
werte der Schwingfestigkeit erzielt werden.
Die Betriebskontrolle bezüglich der Einhaltung der Behand
lungsparameter zur Erniedrigung der Formzahl, die zu einer
Erhöhung der Schwingfestigkeit führt, kann vornehmlich durch
die einfache und kostengünstige Kontrolle der WIG-Nahtbreite
erfolgen, da zwischen der WIG-Nahtbreite und dem Übergangs
radius eine direkte Proportionalität und zwischen der WIG-
Nahtbreite und der Formzahl eine umgekehrte Proportionalität
besteht. Daher ist die Schwingfestigkeit aus der WIG-Naht
breite bei konstanter Vorwärmtemperatur bei Streckenenergien
bis zu ca. 50 kJ/cm berechenbar.
Die für die WIG-Nachbehandlung von Stumpfnähten (15 mm Blech)
gültigen offenbarten Größenwerte können mit Hilfe der Kor
rekturfaktoren gemäß dem t8/5-Konzept (Stahl-Eisen-Werkstoff
blatt 088) auf andere Blechdicken und Schweißnahtarten um
gerechnet werden. Das ist mit Hilfe des Kohlenstoffäquiva
lentes weiterhin auch möglich für Stähle mit vergleichbarer
Festigkeit aber stark abweichendem Kohlenstoffäquivalent.
Claims (26)
1. Verfahren zur Verbesserung der Schwingfestigkeit von ge
schweißten Werkstücken aus hochfesten Stählen, bei dem
die Schweißnaht-Übergänge mit örtlicher Energiezufuhr mit
einer aus einem vorgegebenen Bereich ausgewählten Strec
kenenergie (kJ/cm) nachbehandelt werden, dadurch gekenn
zeichnet, daß die nachzubehandelnden geschweißten Werk
stückzonen auf eine Temperatur oberhalb Raumtemperatur
(20°C) vorgewärmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die örtliche Energiezufuhr durch ein Inertgas-Lichtbogen
schweißen mittels Wolframelektrode erfolgt (WIG-Behand
lung).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die örtliche Energiezufuhr durch Laserstrahlbeaufschlagung
erfolgt.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß für Stumpfnähte bei Blechdicken von 14 bis
16 mm und bei einer Streckenenergie von 17 bis 21 kJ/cm
die Sättigungsvorwärmtemperatur für Stahlqualitäten von
StE 500 bis StE 890 im Bereich oberhalb der Raumtempera
tur liegt, und zwar für die Stahlqualität StE 690 minde
stens 30°C und für die Stahlqualität StE 890 mindestens
80°C beträgt, und daß für Stahlqualitäten mit der dazwi
schenliegenden Zugfestigkeit die Mindestvorwärmsättigungs
temperatur annähernd linear interpoliert und für Stahl
qualitäten mit höherer Zugfestigkeit extrapoliert werden.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei einer höheren Streckenenergie eine nie
drigere Sättigungsvorwärmtemperatur gewählt wird, und zwar
so, daß, vorzugsweise bei einem Verfahren nach Anspruch 4,
die Vorwärmtemperatur um je rund 4°C erniedrigt wird je
kJ/cm, um die die Streckenenergie 19 kJ/cm überschreitet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß bei einer niedrigeren Streckenenergie
eine höhere Sättigungsvorwärmtemperatur gewählt wird und
zwar so, daß, vorzugsweise bei einem Verfahren nach An
spruch 4, die Vorwärmtemperatur um je rund 6°C erhöht
wird je kJ/cm, um die die Streckenenergie 19 kJ/cm unter
schreitet.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeich
net, daß für die Stahlqualität StE 690 bei einer Strecken
energie von etwa 28 kJ/cm eine Sättigungsvorwärmtemperatur
von mindestens 30°C und bei einer Streckenenergie von etwa
9 kJ/cm eine Sättigungsvorwärmtemperatur von mindestens
120°C gewählt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeich
net, daß für die Stahlqualität StE 890 bei einer Strecken
energie von etwa 28 kJ/cm eine Sättigungsvorwärmtemperatur
von mindestens 145°C und bei einer Streckenenergie von etwa
9 kJ/cm eine Sättigungsvorwärmtemperatur von mindestens
235°C gewählt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß für die Stahlqualität StE 690
in Abhängigkeit von der Streckenenergie (kJ/cm) minde
stens die Sättigungsvorwärmtemperaturen eingehalten wer
den, die sich durch Interpolation zwischen den drei Wer
tepaaren (28 kJ/cm; 30°C), (19 kJ/cm; 70°C), 9 kJ/cm;
120°C) ergeben.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß für die Stahlqualität StE 890
in Abhängigkeit von der Streckenenergie (kJ/cm) minde
stens die Sättigungsvorwärmtemperaturen eingehalten wer
den, die sich durch Interpolation zwischen den drei Wer
tepaaren (28 kJ/cm; 145°C), (19 kJ/cm; 180°C), 9 kJ/cm;
235°C) ergeben.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß für hochfeste Stahlqualitä
ten mit Dauerschwingfestigkeiten zwischen 250 und 600 N/mm2
die Sättigungsvorwärmtemperaturen mindestens die Werte
haben, die sich aus den analogen Kennlinien wie denen
für StE 890 und StE 690 nach den Ansprüchen 9 und 10 er
geben.
12. Verfahren zur Verbesserung der Dauerschwingfestigkeit
von geschweißten, hochfesten Stählen, bei dem die Schweiß
naht-Übergänge durch ein Inertgas-Lichtbogenschweißen
mittels Wolframelektrode (WIG) und mit einer aus einem
vorgegebenen Bereich ausgewählten elektrischen Strecken
energie (kJ/cm) nachbehandelt werden, insbesondere nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 4 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einem Abstand der Schweißelek
trode von der Schweißnahtoberfläche zwischen etwa 2 bis
8 mm, vorzugsweise 3 bis 7 mm, insbesondere von 5 mm,
die Stromstärke mindestens 150 A und höchstens 250 A be
trägt, daß die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit minde
stens 2,0 cm/min und höchstens 33 cm/min beträgt, und daß
die Streckenenergie im Bereich von 6 bis 60 kJ/cm liegt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einer Streckenenergie zwischen ca. 20 bis 60 kJ/cm in
einem Bereich gearbeitet wird, der durch die vier Werte
paare (Stromstärke; Vorschubgeschwindigkeit) von (150 A;
2 cm/min), (150 A; 7 cm/min), (250 A; 4 cm/min), (250 A;
10 cm/min) begrenzt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einer Streckenenergie zwischen ca. 6 bis 10 kJ/cm in
einem Bereich gearbeitet wird, der durch die drei Werte
paare (Stromstärke; Vorschubgeschwindigkeit) von (150 A;
20 cm/min), (250 A; 23 cm/min), (250 A; 33 cm/min) be
grenzt ist.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die nachzubehandelnden ge
schweißten Werkstücke mindestens auf eine solche Härte
begrenzungsvorwärmtemperatur vorgewärmt und mit einer
solchen Streckenenergie WIG-behandelt werden, daß die
Härtewerte auf ca. 300 HV 10 begrenzt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einer WIG-Streckenenergie von 20 kJ/cm die Härtebe
grenzungsvorwärmtemperatur für die Stahlqualität StE 890
mindestens ca. 300°C, für die Stahlqualität StE 690 min
destens 200°C und für die Stahlqualität StE 500 mindestens
100°C beträgt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einer Streckenenergie über 20 kJ/cm eine niedrigere
Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur gewählt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einer Streckenenergie unter 20 kJ/cm eine höhere
Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur gewählt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Stahlqualität StE 890 bei
einer Streckenenergie von etwa 30 kJ/cm eine Härtebe
grenzungsvorwärmtemperatur von mindestens ca. 200°C und
bei einer Streckenenergie von etwa 10 kJ/cm eine Härtebe
grenzungsvorwärmtemperatur von mindestens ca. 400°C ge
wählt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Stahlqualität StE 690 bei
einer Streckenenergie von etwa 30 kJ/cm eine Härtebe
grenzungsvorwärmtemperatur von mindestens ca. 100°C und
bei einer Streckenenergie von etwa 10 kJ/cm eine Härtebe
grenzungsvorwärmtemperatur von mindestens ca. 300°C ge
wählt wird.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke mindestens
auf eine Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur vorgewärmt
werden, die sich für die Stahlqualität StE 890 in Abhän
gigkeit von der Streckenenergie (kJ/cm) durch Interpola
tion zwischen den drei Wertepaaren (30 kJ/cm; 200°C),
(20 kJ/cm; 300°C), (10 kJ/cm; 400°C) ergibt.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke mindestens
auf den Wert der Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur er
wärmt werden, der sich für die Stahlqualität StE 690 in
Abhängigkeit von der Streckenenergie (kJ/cm) durch Inter
polation zwischen den drei Wertepaaren (30 kJ/cm; 100°C),
(20 kJ/cm; 200°C), (10 kJ/cm; 300°C) ergibt.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis
22, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstücke aus hochfesten
Stahlqualitäten mit einer Dauerschwingfestigkeit zwischen
250 und 600 N/mm2 auf mindestens eine Härtebegrenzungs
vorwärmtemperatur erwärmt werden, die sich aus den ana
logen Kennlinien in den Restbereichen für die Abhängig
keit der Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur von der Strec
kenenergie für StE 890 und StE 690 ergibt.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigungsvorwärmtem
peratur bzw. die Härtebegrenzungsvorwärmtemperatur be
reits durch das der Nachbehandlung vorausgehende Verbin
dungsschweißen in das Werkstück eingebracht und gehalten
wird.
25. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die für die WIG-Behandlungen
von Stumpf-Schweißnähten bei Blechen mit einem Dickenbe
reich von 14 bis 16 mm gültigen Werte für die Strecken
energie (kJ/cm) und/oder die Sättigungsvorwärmtemperatur
bei abweichender Werkstück-Geometrie (z.B. Blechdicke,
Nahtart) entsprechend der veränderten Wärmeableitung im
Werkstück angepaßt werden.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß für Stähle mit höherem Koh
lenstoffäquivalent und den dadurch bedingten rißempfind
lichen Gefügearten die Streckenenergie und/oder die Sät
tigungsvorwärmtemperatur entsprechend erhöht werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893908653 DE3908653A1 (de) | 1988-03-18 | 1989-03-16 | Verfahren zur verbesserung der schwingfestigkeit von geschweissten hochfesten staehlen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3809254 | 1988-03-18 | ||
DE19893908653 DE3908653A1 (de) | 1988-03-18 | 1989-03-16 | Verfahren zur verbesserung der schwingfestigkeit von geschweissten hochfesten staehlen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3908653A1 true DE3908653A1 (de) | 1989-10-05 |
Family
ID=25866144
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893908653 Ceased DE3908653A1 (de) | 1988-03-18 | 1989-03-16 | Verfahren zur verbesserung der schwingfestigkeit von geschweissten hochfesten staehlen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3908653A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009152808A1 (de) | 2008-06-20 | 2009-12-23 | Technische Universität Braunschweig | VERFAHREN ZUR NACHBEHANDLUNG EINER SCHWEIßVERBINDUNG |
DE102013006792A1 (de) | 2013-04-19 | 2014-10-23 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Nachbehandlung einer zur Übertragung von Drehmomenten bestimmten Welle |
-
1989
- 1989-03-16 DE DE19893908653 patent/DE3908653A1/de not_active Ceased
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Revue de Mitallurgie-CIT, Feb. 1987, S. 135-146 * |
Stahl und Eisen 103, 1983, S. 225-230 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009152808A1 (de) | 2008-06-20 | 2009-12-23 | Technische Universität Braunschweig | VERFAHREN ZUR NACHBEHANDLUNG EINER SCHWEIßVERBINDUNG |
DE102008028996A1 (de) | 2008-06-20 | 2009-12-24 | Technische Universität Braunschweig | Verfahren zur Nachbehandlung einer Schweißverbindung |
DE102013006792A1 (de) | 2013-04-19 | 2014-10-23 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Nachbehandlung einer zur Übertragung von Drehmomenten bestimmten Welle |
DE102013006792B4 (de) | 2013-04-19 | 2024-09-12 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Nachbehandlung einer zur Übertragung von Drehmomenten bestimmten Welle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3352940A1 (de) | LASERSCHWEIßVERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BLECHHALBZEUGS AUS HÄRTBAREM STAHL MIT EINER BESCHICHTUNG AUF ALUMINIUM- ODER ALUMINIUM-SILIZIUM-BASIS | |
DE2834282C3 (de) | Verfahren zur Verbindung von aus austenitischen Manganhartstahlguß bestehenden Herzstücken mit aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen | |
EP0904885B1 (de) | Verfahren zum Schweissen von aushärtbaren Nickel-Basis-Legierungen | |
DE102014001979A1 (de) | Verfahren zum Laserschweißen eines oder mehrerer Werkstücke aus härtbarem Stahl im Stumpfstoß | |
DE3006752C2 (de) | Verfahren zum Herstellen von dickwandigen Stahlrohren mit großem Durchmesser durch Schweißen | |
EP0866741B1 (de) | Verfahren zur aufschweissung der schienen | |
EP2551050B1 (de) | Verfahren zum Schweißen von dünnwandigen Rohren mittels Spitzentemperaturanlassschweißen | |
DE102004024299A1 (de) | Geschweisstes Bauteil | |
DE1440588B2 (de) | Lichtbogenschweiftverfahren | |
DE2318471A1 (de) | Saegeblattwerkstoff und verfahren zu seiner herstellung | |
DE1905770C3 (de) | Vorrichtung zum Auftragschweißen auf metallische Werkstücke unter Verwendung eines Gleichstromlichtbogens | |
DE2924003A1 (de) | Verfahren zur elektronenstrahl- nahtschweissung | |
DE19953079B4 (de) | Verfahren zum Verschweißen von Bauteilen | |
DE1303545B (de) | Schweißverbindung für Teile aus Titan und Stahl mit einer Zwischenlage | |
EP0336161A1 (de) | Verfahren zur Verbesserung der Schwingfestigkeit von geschweissten hochfesten Stählen | |
DE3908653A1 (de) | Verfahren zur verbesserung der schwingfestigkeit von geschweissten hochfesten staehlen | |
DE1228496B (de) | Schweisszusatzwerkstoff zum Metall-Schutzgas-Lichtbogenschweissen ferritischer Nickelstaehle | |
DE2921555A1 (de) | Verbrauchbare schweisselektrode, verfahren zum elektro-schlacke-schweissen und elektro-schlacke-schweissgut | |
DE2356640C3 (de) | Seelenelektrode | |
CH647181A5 (en) | Method of producing welded joints between workpieces of different alloys | |
EP3043948A1 (de) | Stabilisator eines kraftfahrzeugs und verfahren zum herstellen desselben | |
DE102015209203B4 (de) | Verfahren zum Hubzündungsschweißen und Verwendung | |
DE3530837C2 (de) | ||
EP0201750B1 (de) | Verfahren zum Lichtbogenschweissen von stickstofflegierten Stählen | |
CH667610A5 (de) | Verfahren zum unterpulverschweissen mittels mehrelektrodenschweissung. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HOFFMANN, KLAUS, DR., 4100 DUISBURG, DE |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8131 | Rejection |