DE69321014T2

DE69321014T2 - Basischer Fülldraht zum Schutzgasschweissen

Info

Publication number: DE69321014T2
Application number: DE69321014T
Authority: DE
Inventors: Kazuo C/O Fujisawa Plant Fujisawa-Shi Kanagawa-Ken 251 Ikemoto; Tomokazu C/O Fujisawa Plant Fujisawa-Shi Kanagawa-Ken 251 Morimoto
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2013-03-31
Also published as: NO302279B1; JPH05329684A; NO931199D0; DK0563866T3; JP2500020B2; EP0563866B1; DE69321014D1; NO931199L; EP0563866A1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Draht mit Flußmittelkern vom basischen Typ für Schutzgas-Bogenschweißen, welcher ausgezeichnete Gebrauchscharakteristiken und Niedrigtemperatur-Zähigkeit sowie Beständigkeit gegenüber Rißbildung, insbesondere Wärmeriß, aufweist.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Herkömmlicherweise wurden verschiedene Arten von Drähten mit Flußmittelkern vom basischen Typ für das Schutzgas-Bogenschweißen vorgeschlagen und in der Praxis angewandt. Der Draht dieses Typs weist eine gute Beständigkeit gegenüber Rißbildung und eine gute Niedrigtemperatur-Zähigkeit auf; allerdings besitzt er schlechtere Eigenschaften in bezug auf Raupenaussehen, Raupenform, Schlacken-Entfernbarkeit, Spritzverlust und Bogenstabilität, verglichen mit den Drähten mit Flußmittelkern eines anderen Typs, wie ein Draht mit Flußmittelkern auf Titanoxidbasis.
Der Draht mit Flußmittelkern vom basischen Typ des Stands der Technik wurde bei DC-EN (Gleichstrom, Polarität: Drahtminus) eingesetzt, um eine gute Bogenstabilität und eine gute Tröpfchenübertragung sicherzustellen. Diese Charakteristiken können jedoch nicht bei DC-EP (Gleichstrom, Polarität: Drahtplus) gewährleistet werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist aus diesem Grund ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Draht mit Flußmittelkern vom basischen Typ für Schutzgas-Bogenschweißen bereitzustellen, welcher in der Lage ist, die Gebrauchscharakteristiken zu verbessern, ohne die Beständigkeit gegenüber Rißbildung und die Niedrigtemperatur-Zähigkeit zu verschlechtern, und welcher bei jeder der Polaritäten nämlich DC-EN und DC-EP verwendet werden kann.
Um das obenstehende Ziel gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird ein Draht mit Flußmittelkern vom basischen Typ für Schutzgas-Bogenschweißen bereitgestellt, welcher eine Stahlhülle und eine Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ, die in die Stahlhülle gefüllt ist, umfaßt.
Die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ enthält, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, eine Art oder zwei oder mehr Arten, die aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden von Ca, Ba, Mg und Sr gewählt sind, in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 3%; eine Art oder zwei oder mehr Arten, die aus der Gruppe bestehend aus Carbonaten von Ca, Ba und Sr und komplexen Oxiden davon gewählt sind, in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 3%; eine Art oder zwei oder mehr Arten, die aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden, Oxiden und Carbonaten von Alkalimetallen gewählt sind, in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 0,1%; und ein Eisenpulver in einer Menge von 1,3 bis 37,5%.
Die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ und/oder die Stahlhülle enthalten, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, 1,0 bis 2,5% Mn und 0,4 bis 1,4% Si,; wahlweise kann diese Ti und/oder Ti-Oxid in einer Gesamtmenge von 0,01 - 0,10% umfassen, wobei die Menge an Ti oder Ti-Oxid jeweils als TiO&sub2; berechnet wird.
Weiterhin genügen die Mengen der Metallpulver und Nichtmetallpulver, die in der Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ enthalten sind, der Beziehung (Metallpulver / Nichtmetallpulver ≥ 2), und die Mengen an Mn und Si, die in der Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ und/oder der Stahlhülle enthalten sind, genügen der Beziehung (1,0 ≤ Mn/Si ≤2,5).

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben.
Ein Draht mit Flußmittelkern vom basischen Typ für Schutzgas-Bogenschweißen der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Stahlhülle und eine Flußmittelzusammensetzung vom basischen - Typ, die in die Stahlhülle gefüllt ist.
Die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ enthält, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, eine Art oder zwei oder mehr Arten, die aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden von Ca, Ba, Mg und Sr ausgewählt sind, in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 3%; eine oder zwei oder mehr Arten, die aus der Gruppe bestehend aus Carbonaten von Ca, Ba und Sr und komplexen Oxiden davon gewählt sind, in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 3%; eine Art oder zwei oder mehr Arten, die aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden, Oxiden und Carbonaten von Alkalimetallen gewählt sind, in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 0,1%; und ein Eisenpulver in einer Menge von 1,3 bis 37,5%.
Die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ und/oder die Stahlhülle enthalten 1,0 bis 2,5% Mn und 0,4 bis 1,4% Si, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes.
Weiterhin genügen die Mengen der Metallpulver und Nichtmetallpulver, die in der Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ enthalten sind, der Beziehung (Metallpulver / Nichtmetallpulver ≥2), und die Mengen an Mn und Si, die in der Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ und/oder der Stahlhülle enthalten sind, genügen der Beziehung (1,0≤Mn/Si≤2,5).
Wahlweise können die obenstehende Flußmittelzusammensetzung und/oder die Stahlhülle, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, Ti und/oder Ti-Oxide in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 0,10% (berechnet als TiO&sub2;) enthalten, und die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ kann 0,08 bis 1,5% Mg, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, enthalten.
Der Grund, warum die Arten und Gehalte der Flußmittelkomponenten bei der vorliegenden Erfindung bestimmt werden, ist mit deren Wirkung beschrieben.

Fluoride von Ca, Ba, Mg und Sr:

Fluoride von Ca, Ba, Mg und Sr werden als Hauptschlackenbildungsmittel zugesetzt und sind bei der Verbesserung des Raupenaussehens wirksam. Um die obenstehende Wirkung zu erhalten, müssen diese in dem Flußmittel in einer Gesamtmenge von mindestens 0,5% zugesetzt werden. Allerdings nehmen die erzeugten Spritz- und Rauchmengen zu, und zwar über 3%, was die Viskosität des geschmolzenen Metalls herabsetzt, mit der Ergebnis, daß die Raupe auf unvorteilhafte Weise zu einer konvexen Form geformt wird. Folglich werden eine Art oder zwei oder mehr Arten von Fluoriden von Ca, Ba, Mg und Sr in dem Flußmittel in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 3%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, vorzugsweise von 1,5 bis 2,5%, zugesetzt.

Carbonate und komplexe Oxide von Ca, Ba, Sr:

Carbonate und komplexe Oxide von Ca, Ba und Sr werden als Schlackenbildungsmittel zugesetzt und sind bei der Einstellung der Raupenform wirksam und verbessern weiterhin die Abschirmleistung durch das erzeugte Zersetzungsgas (CO&sub2;). Bezüglich der Raupenform sind die anderen Verbindungen von Ca, Ba und Sr mit Ausnahme der Fluoride hiervon ebenfalls wirksam; indes können, in bezug auf die Hygroskopizität, die Carbonate oder komplexen Oxide davon, welche eine niedrige Hygroskopizität besitzen, verwendet werden. Um die obenstehenden Wirkungen zu erzielen, müssen diese dem Flußmittel in einer Gesamtmenge von mindestens 0,5% zugesetzt werden. Allerdings nimmt über 3% die erzeugte Spritzmenge zu, und zwar über 3%, und die Bogenstabilität verschlechtert sich. Folglich werden eine Art oder zwei oder mehr Arten von Carbonaten und/oder komplexen Oxiden von Ca, Ba und Sr in dem Flußmittel in einer Gesamtmenge von 0,5% bis 3%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, vorzugsweise 1,0 bis 2,0%, zugesetzt.

Alkalimetallverbindungen (Fluoride, Oxide und Carbonate).

Fluoride, Oxide und Carbonate von Alkalimetallen sind bei der Stabilisierung des Bogens wirksam. Um die obenstehende Wirkung zu erzielen, müssen diese in dem Flußmittel in einer Gesamtmenge von mindestens 0,01% zugesetzt werden. Bei mehr als 0,1% jedoch wird die Viskosität des geschmolzenen Metalls zu stark herabgesetzt, mit dem Ergebnis, daß die Raupe in unvorteilhafter Weise zu einer konvexen Form geformt wird. Folglich werden eine Art oder zwei oder mehr Arten von Alkalimetallverbindungen (Fluoride, Oxide und Carbonate) in dem Flußmittel in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 0,1%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, zugesetzt.

Mn,Si:

Mn und Si werden als Desoxidationsmittel zugesetzt und sind bei der Einstellung der Zusammensetzung und der Viskosität des geschmolzenen Metalls wirksam. Um die obenstehenden Wirkungen zu erzielen, müssen 1,0% oder mehr Mn und 0,4% oder mehr Si zugesetzt werden. Wenn allerdings mehr als 2,5% Mn und mehr als 1,4% Si zugesetzt werden, verschlechtern sich die Eigenschaften des Schweißmetalls, insbesondere verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften, und die Raupenform verschlechtert sich. Folglich werden 1,0 bis 2,5% Mn und 0,4 bis 1,4% Si, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, dem Flußmittel und/oder der Stahlhülle zugesetzt.

Verhältnis Mn/Si:

Um die Viskosität des geschmolzenen Metalls zur Verbesserung der Raupenform einzustellen, liegt das Verhältnis Mn/Si im Bereich von 1,0 bis 2,5. Über diesen Bereich hinaus ist der obenstehende Effekt nicht zu erwarten.

Eisenpulver:

Ein Eisenpulver wird dem Flußmittel zur Verbesserung der Abscheidungsrate und Abscheidungseffzienz des Drahtes und zur Stabilisierung des Bogens zugesetzt. Um die obenstehenden Wirkungen zu erzielen, liegt die zugesetzte Menge an Eisenpulver im Bereich von 1,3 bis 37,5%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes.

Verhältnis von Metallpulvern/Nichtmetallpulvern:

Durch eine Erhöhung des Anteils von Metallpulvern in dem Flußmittel ist es möglich, die Menge und die Fließfähigkeit der Schlacke und die Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls in geeigneter. Weise anzupassen. Insbesondere kann beim horizontalen Kehlschweißen verhindert werden, daß die Schlacke im Bereich der Raupenspitze bzw. -zehe hinabgleitet, und dies in einem zu starken Maße, so daß die Zehenform in einem stumpfen Winkel gebildet sein kann, was die Benetzbarkeit des Schweißmetalls mit dem Basismetall verbessert. Auch kann die Abdeckung der Schlacke gleichförmig gemacht werden bei einer Verbesserung der Schlackenentfernbarkeit. Um die obenstehenden Wirkungen zu erzielen, ist das Verhältnis von Metallpulvern/Nichtmetallpulvern so festgelegt, daß es 2 oder mehr beträgt.
Außerdem schließen die Quellen von Metallpulvern Metalle, wie Fe, Mn, Si, Ti, Al und Mg sowie Legierungen, wie Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Ti, Fe-Al und Al-Mg ein. Die Quellen von Nichtmetallpulvern schließen Fluoride, Carbonate, Oxide und komplexe Oxide ein.

Ti, Ti-Oxid:

Ti und Ti-Oxid sind wirksam bei der Verbesserung der Bogenstabilität bei der DC-EP-Polarität und der Verbesserung der Raupenform. Ferner hat die Zugabe des Metalls Ti eine desoxidierende Wirkung. Um die obenstehenden Wirkungen zu erzielen, müssen Ti und Ti-Oxid in einer Gesamtmenge von mindestens 0,01% zugesetzt werden. Bei über 0,10% allerdings werden sie leicht von der Schlackenschicht, die hauptsächlich aus einer Erdalkaliverbindung besteht, getrennt und haften fest an der Oberfläche der Raupe an, was zu einem Versagen bei der Schlackenentfernung führt. Folglich können Ti und Ti-Oxid in dem Flußmittel und/oder der Stahihülle in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 0,10% (berechnet als TiO&sub2;), bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, zugesetzt werden.
Die Quellen von Ti schließen Ti-Metall und Ti-Legierungen, wie Fe-Ti und Ni-Ti ein, und die Quellen von Ti-Oxiden schließen Rutil, Titanschlacke und Ilmenit und dergleichen, ein.

Mg:

Mg ist wirksam bei der Verbesserung der Bogenstabilität und der Verringerung der erzeugten Spritzmenge. Weiterhin ist Mg beim vertikalen Aufwärtsschweißen bei der Unterdrückung des Hängens der Raupe wirksam und verbessert damit die Gebrauchscharakteristiken. Wenn der Gehalt an Mg weniger als 0,08% beträgt, kann die obenstehende Wirkung nicht erwartet werden. Andererseits verschlechtert sich bei über 1,5% das Raupenaussehen, und die erzeugten Rauch- und Spritzmengen nehmen zu. Zudem schließen die Quellen von Mg Mg-Legierungen, wie Ni-Mg, außer dem Metall Mg ein.
Ferner können die Bogenstabilisatoren und Schlackenbildungsmittel und Legierungselemente dem Flußmittel zugesetzt werden, falls erforderlich. Auch kann das Schutzgas ohne eine Einschränkung der Zusammensetzung verwendet werden. Die Querschnittsform des Drahtes mit Flußmittelkern und der Durchmesser des Drahtes unterliegen keiner besonderen Einschränkung. Die Flußmittel-Einfüllrate in der Stahlhülle liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 40%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung läßt sich noch besser unter Bezug auf die nachstehenden Beispiele verstehen.
Drähte mit Flußmittelkern (1,2 mm
) wurden zu Versuchszwecken unter Verwendung einer Stahlhülle mit der in Tabelle 1 aufgeführten chemischen Zusammensetzung hergestellt, in welcher Flußmittel mit den in den Tabellen 2-1 und 2-2 aufgeführten Zusammensetzungen (Gew.-%, bezogen auf den gesamten Draht) mit einer Flußmittel-Einfüllrate von 15% eingefüllt wurden. Die auf diese Weise hergestellten Drähte wurden zur Durchführung eines horizontalen Kehlnaht- Bogenschweiß-T-Typ-Verbindungstests (Schenkellänge: 6 mm) unter den folgenden Schweißbedingungen verwendet: Schweißstrom-Spannung: 280A-30V; Schutzgas: 80%Ar-20%CO&sub2; (Fließrate: 251 / min). Als Basismetall wurde JIS 63106 SM490A (Plattendicke: 12 mm) verwendet. Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) der Stahlhülle Tabelle 2-1 Zusammensetzung eines Drahtes mit Flußmittelkern

Tabelle 2-2: Zusammensetzung eines Drahtes mit Flußmittelkern (Fortsetzuns v. Tabelle 2-1) und Testergebnis

(Anmerkung 1): Die Flußmittelzusammensetzung ist in Prozent, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, aufgeführt.
(Anmerkung 2): Die Draht-Nummern sind die gleichen wie die Draht-Nummern in Tabelle 2-1.
(Anmerkung 3): Die anderen enthalten SiO&sub2;, FeO, MnO und unvermeidbare Verunreinigungen.
(Anmerkung 4): Bewertung: (ausgezeichnet), O(gut), Δ(leicht minderwertig), X(schlecht)
Die auf diese Weise erhaltenen Proben wurden auf ihre Gebrauchscharakteristiken, wie Bogenstabilität, Spritzmenge und Schlackenentfernbarkeit sowie Raupenaussehen/-form untersucht. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2-1 und 2-2 aufgeführt. Wie sich aus diesen Tabellen ergibt, weisen die Beispiele der Erfindung eine ausgezeichnete Bogenstabilität und eine verminderte Spritzmenge auf und weiterhin weisen sie eine ausgezeichnete Schlackenentfernbarkeit und Raupenaussehen/-form auf, nicht nur im Fall von DC-EN-Polarität, sondern auch im Fall von DC-EP-Polarität. Außerdem zeigte sich, daß die Beispiele der Erfindung auch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Rißbildung und Niedrigtemperatur-Zähigkeit aufweisen.
Wie obenstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die ausgezeichneten Gebrauchscharakteristiken selbst bei der DC-EP-Polarität zu gewährleisten, ohne die Beständigkeit gegenüber Rißbildung und die Niedrigtemperatur-Zähigkeit zu verschlechtern.

Claims

1. Draht mit Flußmittelkern vom basischen Typ fürs Schutzgas-Bogenschweißen, umfassend eine Stahlhülle und eine Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ, die in die Stahlhülle gefüllt ist,

wobei die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ, auf Basis des Gewichts des gesamten Drahtes, eine Art oder zwei oder mehr Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden von Ca, Ba, Mg und Sr in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 3%; eine Art oder zwei oder mehr Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbonaten von Ca, Ba und Sr und komplexen Oxiden davon in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 3%; eine Art oder zwei oder mehr Arten, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Fluoriden, Oxiden und Carbonaten von Alkalimetallen in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 0,1%; und ein Eisenpulver in einer Menge von 1,3 bis 37,5% enthält, und

wobei die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ und/oder die Stahlhülle, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, 1,0 bis 2,5% Mn und 0,4 bis 1,4% Si enthält und wahlweise Ti und/oder Ti-Oxid in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 0,10 umfaßt, wobei jede Menge von Ti und Ti-Oxid jeweils als TiO&sub2; berechnet wird,

wobei die Mengen der in der Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ enthaltenen Metallpulver und Nichtmetallpulver der Beziehung (Metallpulver/Nichtmetallpulver ≥2) genügen und die Mengen von Mn und Si, die in der Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ und/oder der Stahlhülle enthalten sind, der Beziehung (1,0≤ Mn/Si≤2,5) genügen.

2. Draht mit Flußmittelkern vom basischen Typ fürs Schutzgas-Bogenschweißen nach Anspruch 1, wobei die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ und/oder die Stahlhülle Ti und/oder Ti-Oxid in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 0,10% enthalten, wobei jede Menge von Ti und Ti-Oxid jeweils als TiO&sub2; berechnet wird, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes.

3. Draht mit Flußmittelkern vom basischen Typ fürs Schutzgas-Bogenschweißen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ. 0,08 bis 1,5% Mg, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes; enthält.

4. Draht mit Flußmittelkern vom basischen Typ fürs Schutzgas-Bogenschweißen nach Anspruch 1, wobei die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ eine Art oder zwei oder mehr Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden von Ca, Ba, Mg und Sr, in einer Gesamtmenge von 1,5 bis 2,5%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, enthält.

5. Draht mit Flußmittelkern vom basischen Typ fürs Schutzgas-Bogenschweißen nach Anspruch 1, wobei die Flußmittelzusammensetzung vom basischen Typ eine Art oder zwei oder mehr Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbonaten und komplexen Oxiden von Ca, Ba und Sr in einer Gesamtmenge von 1,0 bis 2,0%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, enthält.