NO137423B - Flussmiddel for bruk ved pulverdekket lysbuesveising - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et flussmiddel til

bruk ved pulverdekket lysbuesveising av stål og som gjør at man får meget gode forhold under sveisingen og utmerkede mekaniske egenskaper i sveisegodset.

Pulverdekket lysbuesveising er meget anvendt ved sveising av stål fordi man i høy grad sparer tid ved sveisingen.

På bakgrunn av den sterke forbedring man får har man i den

senere tid brukt ensidig pulverdekket lysbuesveising, flerelektrodesveising eller sveising under store varmetilførsler selv i skjjøter med doble furer eller riller. Ved en slik pulverdekket lysbuesveising som krever store varmetilførsler, er imidlertid ofte fortynningen av basismetallet så stor at sveisegodset lett påvirkes av den kjemiske sammensetning av basismetallet, og en stengelstruktur har en sterk tendens til å vokse i sveisegodset.

Man får således grove krystallkorn i sveisegodset, og ikke-

metalliske innesluttninger vil utfelles på grensene til de grove korn. Det har således vært meget vanskelig å oppnå et sveise-

gods med utmerkede slagseighetsegenskaper.

Flerelektrodesveising eller sveising med store varmetilførsler har lett for å svekke slagseighetsegenskapene av sveisegodset samt sveiseegenskapene. Man kan ikke unngå visse ulemper hvis man bruker et vanlig flussmiddel.

For å bedre slagseighetsegenskapene av sveisegod-

set har man forsøkt forskjellige fremgangsmåter så som en fremgangsmåte for å senke oksygeninnholdet i sveisegodset ved å øke flussmidlets basisitet, videre en fremgangsmåte for å raffinere mikrostrukturen i sveisegodset ved å tilsette molybden til

sveisetråden eller flussmidlet, eller videre en fremgangsmåte for å raffinere mikrostrukturen i-sveisegodset ved å tilsette bor til flussmidlet eller sveisetråden i form av enkle forbindelser eller i form av ferrobor i meget små mengder.

Hvis man imidlertid øker flussmidlets basisitet for derved å senke oksygeninnholdet i sveisegodset, er det umulig å holde den kjemiske sammensetning av sveisegodset konstant, og det er også umulig å oppnå et sveisegods med stabile slagseighetsegenskaper.

Hvis legerende elementer så som molybden tilsettes flussmidlet eller sveisetråden, vil man unødvendig øke strekkfastheten av sveisegodset slik at man øker følsomheten for sprekkdannelse.

Videre, hvis man tilsetter bor til flussmidlet eller sveisetråden i form av enkle forbindelser eller i form av ferrobor, vil mån i høy grad bedre sveisegodsets slagseighets-egenskap, men det er meget vanskelig å hindre en utfeining av bor under sveisingen, spesielt under så varierende sveisebetingelser som opptrer under'sveising hvor man bruker store varmemengder eller under fremstillingen av flussmidlet eller sveisetråden. Hvis man tilsetter bor i form av en eneste substans bør man bruke mengder av 0,01 - 0,5%. Hvis bor tilsettes i form av Fe-B som inneholder 14 - 23% bor, bør den tilsettes i mengder på mindre enn 2,5%. Hvis" svéisefuren ikke er jevn, må man meget nøye regulere sveisebetingelsene for å få en jevn og fin sveising. Man har således aldri fått en fullt ut tilfreds-stillende effekt når man har brukt et vanlig flussmiddel under sveising med store varmemengder.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å unngå de problemer som følger med den vanlige kjente sveiseteknikk,

og dette oppnås ved et flussmiddel for anvendelse ved pulverdekket lysbuesveising av stål, der flussmidlet karakteriseres ved at det består av 10 - 70% jernpulver, 10 - 50% MgO, 3 - 25% CaO, karbonat i en mengde svarende til 2 - 25% C02, boroksyd som sådant eller forbindelser eller blandinger som inneholder boroksyd, i en mengde ekvivalent med 0,03 - 1,5% B^°^' mindre enn 15% Ti00 og minst ett desoksyderende middel valgt fra gruppen som består av Si, Mn, Al, Ti og legeringer derav.

Figur 1 viser et tverrsnitt som viser temperatur-

gradienten i sveisegodset, og

Figur 2 er et diagram som viser borinnholdet i sveisegodset.

Bor tilsettes som nevnt til flussmidlet i form

av boroksyd eller som en blanding eller forbindelse som inne-

holder boroksyd i en mengde på fra 0,03 - 1,5 vekt-% beregnet som I^O-j. I slike tilfeller vil .man få et sterkt nedsatt smel-

tepunkt på flussmidlet, og hvis sveisebetingelsene forandres vil smelteforholdet mellom sveisetråden og flussmidlet ikke forand-

res særlig mye i forhold til vanlige flussmidler. Man vil således holde en utfeining av bor i sveisegodset tilbake, noe som i høy grad fører til en bedring av slagseighetsegenskapene i sveisegodset og man oppnår et helt sveisegods uten sprekkdannelse.

Hvis bor tilsettes flussmidlet i form av det rene element eller i form av ferrobor, så vil en meget liten del av flussmidlet inneholde additiver som inneholder bor. På grunn av varierende partikkelstørrelse på de forskjellige kornene vil bor mikroskopisk være meget ujevnt fordelt i flussmiddelpartiklene som har mye større partikkelstørrelse enn partiklene i form av elementært bor eller ferrobor. Når et slikt flussmiddel smeltes og overføres til sveisegodset på grunn av varmen i svéisebuen,

så vil metalliske borpartikler overføres til sveisegodset som en smeltet dråpe av en viss størrelse, og hver smeltet dråpe har en ujevn borkonsentrasjon. Med andre ord får man en ujevn mikro-

skopisk fordeling av bor i sveisegodset. Selvsagt vil smeltet metallisk bor til en viss grad bli blandet med det smeltede sveisegods, men temperaturgradienten i sveisegodset er steil og som vist i figur 1, størkner sveisegodset langs ekvitemperatur-

linjer på lignende måte som ved overlapping istedenfor som en kontinuerlig størkning, således at ikke bare bor men også andre elementer i høy konsentrasjon utfelles langs linjer med samme temperatur eller ved overlappende grenseflater, noe som er vel-

kjent, når disse elementer tilsettes flussmidlet i form av met-

alliske partikler av en viss størrelse.

Når derfor bor foreligger i flussmidlet i form av boroksyd, så vil dette så snart det er jevnt smeltet i det smel-

tede slagg smelte over i sveisegodset idet man får en "fordelings-lov" på de tilstøtende overflater mellom det smeltede slagg og sveisegodset, og for hver del av sveisegodset vil man

således ha følgende formel:

Hvis således slaggmengden forandres under forand-ringer med hensyn til sveisebetingelsene, vil borinnholdet i sveisegodset ikke forandres i hver del av larven. Hvis den for-andrer seg er selve forandringen meget liten, noe som fremgår av figur 2.

Videre vil desoksyderende midler så som Mn, Si, Al

• og Ti eksistere i det smeltede slagg som en reduserende atmosfære, hvorved forholdet

vil øke. Man vil således fremme en overføring fra boroksydet i slagget til sveisegodset som elementært bor.

Hvis man på den annerv side ifølge vanlig sveiseteknikk bruker et flussmiddel bestående av metallisk bor i form av•elementært bor eller ferrobor, som blandt annet har høy basisitet, så vil slaggets avkjølingshastighet være meget høy og meget små mengder metallisk bor forandres til boroksyd i det smeltede slagg, hvorved det er umulig å unngå en utfelling av bor i sveisegodset. Dette er årsaken for at en tilsetning av boroksyd i form av oksyd eller blandinger inneholdende boroksyd fra begyn-nelsen gir gunstige resultater i sveisegodset.

I flussmidlet ifølge foreliggende oppfinnelse brukes boroksyd eller blandinger inneholdende boroksyd i mengder på fra 0,03 - 1,5% regnet ut fra innholdet av B203. Innenfor disse grenser vil mikrostrukturen i sveisegodset bli meget fin

og man får én gunstig slagseighet i sveisegodset. Hvis man imidlertid går under 0,03% vil slagseighetsegenskapene ikke være gode

nok og flussmidlets smeltepunkt vil ikke bli tilstrekkelig senket. Over 1,5% vil svéisegodsets strekkfasthet øke unødvendig, og dette har en tendens til å skape kratersprekker elier tverrgående sprekker i sveisegodset, og man får videre et for sterkt nedsatt smeltepunkt for flussmidlet. Hvis man imidlertid tilsetter bor

til flussmidlet i form av elementært bor eller som ferrobor, så vil flussmidlets smeltepunkt bli for høyt, slik at man får for-andringer av sveisebetingelsene og en forandring av smelteforholdet mellom sveisetråden og flussmidlet, hvorved man får en for stor overføring av bor til sveisegodset.

Desoksyderende midler som Mn, Si, Ti og Al bør tilsettes alt avhengig av hvor store mengder man bruker av de forbindelser eller blandinger som inneholder boroksyd, da sett på bakgrunn av den desoksyderende effekt og den innvinning man har av disse elementer samt på bakgrunn av flussmidlets basisitet og type.

Når man følgelig bruker de typer og mengder som er angitt nedenfor, vil man oppnå meget gunstige resultater. (1) Si-innholdet i flussmidlet bør være i form av ferrosilium, silicium-mangan etc.

1,2 - 5,0 vekt-% av flussmidlets totale vekt.

(2) Mn-innholdet i flussmidlet bør være i form av enten ferromangan, metallisk mangan, silicium-mangan etc.

1,0 - 6,0 vekt-% av flussmidlets totale vekt.

(3) Det totale innhold av Ti og Al bør være opp til 4,5%.

Videre vil Si og Mn tjene som rensemidler for sveisegodset slik at de hindrer huller i dette og holder sveisefugen ren og pen og tjener til å bedre de mekaniske egenskaper. Det er således nødvendig å bruke elementene i de mengder som er angitt. Hvis Si-innholdet er mindre enn 1,2% og Mn-innholdet er mindre enn 1,0% vil sveisegodset ikke bli tilstrekkelig des-oksydert og man får ikke en forbedret overføring av bor over i sveisegodset fra boroksydet. Hvis Si og Mn-innholdet er over de øvre grenser, blir for mye Si og Mn overført til sveisegodset, noe som svekker seigheten for sveisegodset hvis boroksydet ligger innenfor de ovenfor angitte grenser.

Sterke desoksyderende midler som Ti og Al tilsettes flussmidlet i mengder på opptil 4,5% av den totale vekt, avhengig av innholdet av Si og Mn._ Disse desoksyderende midler tjener til å gi en god sveisefuge og gode slagseighetsegenskaper for sveisegodset uten hulldannelse. Hvis den totale mengde Ti og Al er over 4,5%, vil for store mengder Ti og Al overføres

til sveisegodset, noe som svekker slagseighetsegenskapene for

sveisegodset. Følgelig må man ikke tilsette mer enn 4,5% av disse sterke desoksyderende midler.'

Videre kan legerende elementer så som Mo, Ni, Cr etc. eventuelt tilsettes flussmidlet alt etter behov. Det er foretrukket at den forbindelse eller de blandinger som inneholder boroksyd har en lav borkonsentrasjon og senker flussmidlets smeltepunkt, og kan f.eks. være borsilikat, borsiliciumglass eller borsilikat-mineralanhydrider, f.eks.-turmalin, .danburit,' kotoitt eller.suanitt.

Det er velkjent at jernpulver inngår i-sveisefluss-midler..Mengden av.smeltet fluss er•meget høy, spesielt under høytemperatursveising.. Følgelig vil en'tilsetting.aV jernpulver til flussmidlet tjene' til å øke overføringen av smeltet metall til sveisegodset, hvorved man får en bedret sveiseeffektivitet. Under høytemperatursveising vil økingen av sveisehastigheten i høy grad bedre sveisebetingelsene. Hvis imidlertid jernpulver tilsettes flussmidlet i mengder på mer enn 70%, så vil tettheten av flussmidlet øke, noe som svekker sveisebetingelsene og fører til dårligere'utseende av sveisefugen.. Hvis jernpulvermengden går under 10%, så kan man ikke forvente noen forbedring méd hensyn til sveiseeffektiviteten.

Hvis mengden' av MgO er under 10% så vil man få dårlig slaggutvikling og ingen særlig vakker sveisefuge, og hvis innholdet'er over 50% så får man ikke utviklet en stabil bue, hvormed man i sterk grad svekker sveisebetingelsene.

CaO bør tilsettes til flussmidlet i mengder på

fra 3 - '25% og tjener til å bedre slaggets flytevne og gjør sveisefugen glattere. Hvis CaO tilsettes i mengder over 25%, så'vil dette skape ujevnheter på sveisefugen.

CO^ tjener til å stabilisere buen som C02~atmosfære. Hvis mengden er under 2% kan man ikke oppnå den ovennevnte effekt, mens man ved mengder på over 25% vil få for mye CO^,. noe som svekker sveisebetingelsene. Man vil følgelig i foreliggende oppfinnelse bruke karbonat som gir fra 2 - 25% C02 i flussmidlet.

Hvis TiO^ tilsettes i mengder på mindre enn 15% ■ viT man få en god forbindelse mellom sveisefugen og basismetallet samt en fin overflate av sveisefugen. Hvis-man har,mer enn 15% Ti02 vil man finne ujevnheter på sveisefugen.

Et flussmiddel ifølge foreliggende oppfinnelse bør følgelig pr. vekt inneholde fra 10 - 70% jernpulver, 10 - 50% MgO, 3 - 25% CaO, karbonat slik at flussmiddelet vil gi fra 2 - 25% C02, 0,03 - 1,5% & 2®3 ^ f°rm av boroksyd som sådant eller i form av forbindelser eller blandinger som inneholder boroksyd, mindre enn'15% Ti02» og minst et desoksyderende middel valgt fra gruppen bestående av Si, Mn, Al, Ti og legeringer av disse, eventuelt legerende elementer valgt fra gruppen bestående av Mo, Ni og Cr. Man vil ved hjelp av dette flussmiddel få utmerkede sveisebetingelser, pent utseende på sveisefugen og meget gunstige mekaniske egenskaper i sveisegodset.

Som vist i eksempel 1 tabell 4, så vil man ikke oppnå en fin sveisefuge og foretrukne mekaniske egenskaper hvis flussmidlets sammensetning ikke ligger innenfor de grenser som er angitt ovenfor. Foruten de vesentlige bestanddeler som er angitt ovenfor kan man ifølge foreliggende oppfinnelse tilsette flussmidlet etter ønske følgende forbindelser, Si02, ;CaF2, Zr02, MnO, Mn02 som alle er forbindelser som vanligvis er tilstede i sintrede flussmidler.

Eksempel' 1. Flussmidler av typene A - J slik disse er vist i tabell 1, ble blandet og deretter tilsatt 16% vannglass og man sintret flussmidlet slik at kornstørrelsen var fra 10 - 65 mesh (Tyler tall).. De sintrede flussmidler ble deretter brukt i kom-binasjon med en sveisetråd hvis kjemiske sammensetning er angitt i tabell 2. Man brukte en 45° "Y"-rille med en åpning på

6 mm på toppen, tykkelsen på basismetallet var 3 5 mm, og 50 kg/ mm 2 stål med høy strekkfasthet ble sveiset på den ene side understøttet av en kobberplate og underliggende flussmiddel. Sveisebetingelsene er vist i tabell 3. De oppnådde' resultater i tabell 4 .

Bemerk) Verdiene for vE-10 og vE-60 er midlere verdier for tre-stykker, ved bedømmelsen av sveisefugen brukte man følgende sym-boler,® er meget god, 0 er god, A er litt dårlig og x er dårlig.

Eksempel 2.

De flussmidler som er vist i eksempel 1, dvs. A,B,C og D ble brukt. Man brukte 50 kg/mm 2 stål med høy strekkfasthet og en tykkelse på 35 mm som basismetall. En dobbelt-fuget skjøt ble sveiset under de sveisebetingelser som er vist i tabell 5. Resultatene av sveisingen er vist i tabell 6.

Som nevnt ovenfor vil et flussmiddel ifølge foreliggende oppfinnelse gi et fint sveisegods med utmerket slagseighet, dvs. at det sveisegods som dannes ved anvendelse av et flussmiddel ifølge foreliggende oppfinnelse har gode mekaniske egenskaper og bearbeidbarheten er meget god. Det boroksyd som er tilstede i flussmidlet tjener til å senke flussmidlets smeltepunkt og dette gjør det lett å smelte om igjen det slagg som dannes ved første fremføring i de tilfeller hvor man bruker flerelektrodesveising som krever stor varmetilførsel. Smeiten holdes derved stabilisert under sveisingen. Ved hjelp av flussmidlet ifølge foreliggende oppfinnelse får man således bedrede sveisebetingelser og finere sveisefuge.

Claims (2)

1. Flussmiddel for anvendelse ved pulverdekket lysbuesveising av stål, karakterisert ved at det består av 10 - 70% jernpulver, 10 -50% MgO, 3 - 25% CaO, karbonat i en mengde svarende til 2- 25% CO,,, boroksyd som sådant eller forbindelser eller blandinger som inneholder boroksyd, i en mengde ekvivalent med 0,03 - 1,5% B2°3' hindre enn 15% Ti02,og minst ett desoksyderende middel valgt fra gruppen som består av Si, Mn, Al, Ti og legeringer derav.

2. Flussmiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at Si er tilstede i en mengde av 1,2 - 5,0% i form av Fe-Si eller Si-Mn, Mn er tilstede i en mengde av 1,0 - 6,0% i form av Fe - Mn, metallisk mangan eller Si-Mn, og Ti og Al er tilstede i en samlet mengde av opptil 4,5%.