NO166899B - Fremgangsmaate og anordning for aa bestemme arten av et volumomraade av fjell eller sten, samt fastheten av bolter forankret i omraadet. - Google Patents

Description

Sveiseelektrode med flussmiddelbelegg av

lavhydrogentypen for buesveising av stål

inneholdende 9% Ni.

Foreliggende oppfinnelse angår en sveiseelektrode med flussmiddelbelegg av lavhydrogentypen for buesveising av stål inneholdende 9% Ni og som kan gi en sveiseskjøt med gode mekaniske egenskaper og med omtrent samme termiske ekspansjonskoeffisient som grunnmetallet som skal sveis-

es og det særegne ved sveiseelektroden i henhold til oppfinnelsen er at kjernetråden ved siden av Fe inneholder 42-52 vekt% Ni og 11-17 vekt% Cr, og at sammensetningen enten av kjernetråden eller flussmiddelbelegget på denne inneholder 3-9 vekt% Mn, 1-4,5 vekt% Mo og 0,25-0,50 vekt% C regnet på vekten av kjernetråden og at belegget utgjør 20-35 vekt% av den totale vekt av sveiseelektroden, og at sammensetningen av flussmidlet er 34-70% jordalkalikarbonater, 15-35 vekt% fluoritt, 1-8 vekt% rutil, 2-10 vekt% kvartssand, 2-5 vekt% glimmer og et bindemiddel, idet flussmidlet videre

inneholder enten FeTi alene eller FeTi sammen med FeSi, idet mengden av FeSi + FeTi er over 3 vekt% av flussmidlet, idet mengden av FeSi er under 4 vekt% og mengden av Ti er under 9 vekt% beregnet under den forutsetning at innholdet av Si i FeSi er 50% og innholdet av Ti i FeTi er 45%.

I det siste har behovet for gass for anvendelse i kjemisk og metal-lurgisk industri økt, og materialer som er i stand til å motstå ekstremt lave temperaturer er blitt utviklet for anvendelse ved flytendegjøring av gassen og for lagring og transport av denne. Kokepunktene for gassene av den ovennevnte type som i dag har betydning innenfor de nevnte industrier er vist i den følgende tabell 1.

I denne forbindelse er det utviklet stål inneholdende 3, 5% Ni til bruk ved lave temperaturer ned til omr ådet rundt -100 C, stål inneholdende 9% Ni er blitt utviklet for anvendelse ved lave temperaturer i området mellom -100°C og -196°C, og stål inneholdende 36% Ni er utviklet for bruk ved temperaturer lavere enn -196°C.

Sveiseelektroden i henhold til foreliggende oppfinnelse er egnet for bruk ved sveising av stål inneholdende omtrent 9% Ni som kan anvendes ved lave temperaturer ned til -196°C.

Generelt er det såkalte 9%-Ni-stål en stållegering med lavt karbon-innhold som inneholder omtrent 9% Ni og som har en høy strekkfasthet og høy slagstyrke, f. eks. strekkfasthet på over 68 kg/mm ved romtemperatur etter ASME-standard, "Charpy" - slagstyrke på over 3,5 kg-m under anvendelse

av V-hakk på 2 mm. ved en temperatur på -196°C (se tabell 2), egnet på grunn av at det vanligvis anvendes i en tilstand av bråkjølingsanløpning eller dob-bel normaliseringsanløpning.

Der er hittil bare blitt utviklet "Inconel" sveiseelektroder for anvendelse for sveising av det ovennevnte stål. Den kjemiske sammensetning og de mekaniske egenskaper av "Inconel" sveiseelektroden er vist i tabellene 3 og 4.

En sådan sveiseelektrode er dyr, på grunn av at den inneholder

store mengder Ni, og utbyttet ved valseprosessen er lavt på grunn av at det ved siden av det store innhold av Ni også inneholder Nb. Utgiftene for produksjon av denne sveiseelektrode er derfor høye. Det sies at utgiftene for sveiseelektroder dreier seg om 20-30% av de totale utgifter for materialer anvendt for konstruksjonsarbeider hvor det anvendes 9%-Ni-stål. Den termiske ekspansjonskoeffisient for de ovennevnte sveiseelektroder er omtrent 9,7x10 ,/°C som er vesentlig forskjellig fra den termiske ekspansjonskoeffisient for basismaterialet fremstilt av 9%-Ni-stål som er omtrent 8,6x10 ^/°C. Der kan derfor være en fare for tretthetsbrudd i de sveisede partier på grunn av påkjenninger i disse som skriver seg fra forskjellen i termisk ekspans jonskoeffisient for materialene anvendt i konstruksjonen under fylling og tømming av gasser som holdes ved slike lave temperaturer.

De sveiseelektroder som hittil har vært anvendt vil gjerne utvikle kratere i de sveisede partier, særlig i loddrett sveising og under-oppsveising på grunn av at de er vanskeligere å arbeide med, hvilket resulterer i høyere utgifter for opptrening av operatørene.

Når de ovennevnte forhold tas i betraktning, gir den foreliggende oppfinnelse en sveiseelektrode som til de sveisede partier av metallet kan gi en termisk ekspansjonskoeffisient tilsvarende den for basismetallet fremstilt av 9%-Ni-stål og som dertil er billigere og er lett å arbeide med.

Anvendelsen og virkningen av sveiseelektroden i henhold til foreliggende oppfinnelse skal beskrives detaljert i det følgende med henvisning til de vedføyde tegninger hvori: Fig. 1 er en grafisk fremstilling som viser den termiske ekspansjonskoeffisient for (Fe)-Ni-6!tållegering, og

fig. 2 er en grafisk fremstilling som viser den termiske ekspansjonskoeffisient for (Fe)-Ni-Cr-stållegering.

Innvirkningen av Ni på den termiske ekspans jonskoeffisient for en stållegering hvori Ni tilsettes til Fe er vist i f. eks. fig. 1. Det sees av fig. 1 at den termiske ekspans jonskoeffisient er lavest i et punkt nær 35% Ni, 3-0 % Ni eller 50% Ni er den mest ønskelige sammensetning for å oppnå en stållegering som har en termisk ekspans jonskoeffisient omtrent lik den for 9%-Ni-stål. 9%-Ni-stål har imidlertid en meget lav slagstyrke slik at selv om det har termisk ekspans jonskoeffisient tilsvarende basismetallet kan det ikke anvendes som 9%-Ni-sveisemetall. Det vil si at 9%-Ni-sveisemetall har lav slagstyrke med mindre det underkastes en varmebehandling etter sveising, mens derimot basismetallet er blitt gitt gode mekaniske egenskaper ved varmebehandling før sveisingen. 9%-Ni-sveisemetall kan derfor ikke anvendes for sveising med bare å tilsette Ni til Fe. På den annen side har 30%-Ni eller 50%-Ni-sveisemetall meget lav strekkfasthet i sammenligning med basismetallet, f. eks. en strekkfasthet på omtrent 48-53 kg/mm . En slik lav strekkfasthet er ikke brukbar for fremstilling av en sveiseelektrode-for anvendelse ved sveising av 9%-Ni-stål.

Det er derfor nødvendig å øke strekkfastheten for sveisemetall ved særlige foranstaltninger. Vanligvis tilsettes C til stål for å øke strekkfastheten for stålet. I tilfellet med Fe-Ni-legering kan strekkfastheten av en slik legering imidlertid ikke økes ved å tilsette store mengder C, og videre reduseres smibarheten sterkt, hvilket fremgår av tilfellet med sveisestaver for sveising av (Fe)-Ni-støpejern. Det er funnet at strekkfastheten for (Fe)-Ni-legering kan sterkt forbedres når Cr tilsettes dertil under den forutsetning at' C innføres i legeringen. Målinger av de gjennomsnittlige verdier for den termiske ekspans jonskoeffisient for Fe-Ni-Cr-legering inkluderende 11-16% Cr, f. eks., ved en temperatur i omiådet av 0°C - -196°C resulterte imidlertid i den verdi som er vist i fig. 2. Dette viser at det er vanskelig å oppnå en termisk ekspans jonskoeffisient av samme størrelse som for 9%-Ni-basismetallet hvis andelen av Ni er omtrent 30%.

Fra de ovennevnte kjennsgjerninger skjønnes det at tilsetningen av nikkel må være på omtrent 50%. Innflytelsen av tilsetningen av Cr på strekkfastheten av Fe-Ni-sveisemetall er imidlertid effektiv når Cr tilsettes i en mengde av opp til 18%. Tilstrekkelig mekanisk styrke for skjøtingen av 9%-Ni-stål kan imidlertid ikke oppnås ved bare å ta denne forholdsregel, og seigheten av dette metall blir også redusert. Det er derfor nødvendig å øke den mekaniske styrke av metallet ved å tilsette noen ytterligere elementer.

Forskjellige prøver ble utført ved tilsetning av Nb, Mo, V, W, Co,

Mn, Si, etc. til Ni-Cr-Fe-C-legeringer for å øke den mekaniske styrke av disse. Resultatene var som følger: (1) Tilsetningen av Nb øker sterkt strekkfastheten, mens den sterkt reduserer seigheten av legeringen og har tendens til å bevirke sprekker i de sveisede deler. (2) Tilsetning av W eller V er noe effektivt for økning av strekkfastheten for legeringen, men seigheten reduseres imidlertid sterkt og motstanden mot utviklingen av sprekker er meget sterkt redusert. (3) Tilsetning av Co har ingen særlig innflytelse på strekkfastheten og seigheten. (4) Tilsetningen av Mo virker til å øke strekkfastheten, men tilsetning av en for stor mengde Mo er ikke så effektiv. Reduksjon av seigheten er rela-tivt liten i sammenligning med den som skriver seg fra tilsetning av andre elementer. Og tilsetningen av Mo er effektiv for å forbedre motstanden mot utvikling av sprekker. (5) Tilsetningen av Mn har ingen innvirkning på strekkfastheten, men det reduserer seigheten noe og forbedrer motstanden mot utvikling av sprekker. (6) Tilsetning av Si har ingen særlig innvirkning på strekkfastheten og seigheten, og det reduserer videre sterkt motstanden mot utvikling av sprekker. Jo mer mengden av Si reduseres jo bedre resultater vil derfor oppnås.

Fra de ovenstående resultater er tilsetning av Mo effektivt for å øke strekkfastheten av Fe-Ni-Cr-legering og også effektivt for i vesentlig grad å redusere seigheten. Tilsetning av Mo og Mn foretrekkes for å forbedre motstanden mot utvikling av sprekker.

Foreliggende oppfinnelse fremskaffer en sveiseelektrode for sveising av 9%-Ni-stål hvori C tilsettes til Ni-Cr-Mo-legering og mengden av hvert av elementene holdes innenfor et bestemt område.

Detaljene ved sammensetningen av sveiseelektroden i henhold til oppfinnelsen skal angis i det følgende: Tabell 5 viser et eksempel på innflytelsen av Ni og Cr på den mekaniske egenskap når Ni tilsettes til sveisemetallet for 9%-Ni-stål. Fra de resultater som er vist i tabellen vil det forstås at innhold av Ni under 42% og mer enn 52% ikke er ønskelig, på grunn av at den termiske ekspansjonskoeffisient overstiger 9x10 /°C som er for fjernt for den tilsvarende for 9%-Ni-stål. Innholdet av Ni i trådkjernen av sveiseelektroden må derfor holdes innenfor området 42-52%. (Utbyttet av Ni fra trådkjernen til det sveisede metall er omtrent 100%). Innholdet av Cr bør være innenfor området 11-16%, på grunn av at Cr-innhold under 11% resulterer i utilstrekkelig strekkfasthet og Cr-innhold over 16%> resulterer i utilstrekkelig slagstyrke. Utbyttet av Cr fra trådkjernen til det sveisede metall er imidlertid omtrent 95%, og den øvre grense for innholdet av Cr blir derfor 17% når dette utbyttet tas i betraktning. Det er funnet ved tidligere forsøk at strekkfastheten av 64 kg/mm av samlet sveisemetall resulterer i strekkfasthet på 66,8 kg/mm 2 i de for-ente partier av 9%-Ni-stål. Dette skyldes det forhold at styrken av det sveisede parti fremmes av styrken av grunnmetallet.

Tabell 6 viser innvirkningen av C på strekkfasthet og seighet. I henhold til denne tabell fremgår det at C-innhold under 0, 14% ikke gir tilstrekkelig styrke, og C-innhold over 0,25% resulterer i reduksjon av slagstyrke så vel som reduksjon i motstanden mot utvikling av sprekker. C-innholdet bør derfor velges innenfor området 0, 14-0, '25%. Utbyttet av C fra kjernetråden til det sveisede metall er imidlertid vanligvis omtrent 50%. Innføringen av C med 0,25%) i det sveisede metall kan derfor ikke utføres med mindre C inneholdes i kjernetråden i en mengde av 0,50% med hensyn til vekten av trådkjernen. Alternativt kan nødvendig mengde C tilføres fra flussmiddelbelegg på passende måte istedenfor å innføre det fra kjernetråden. Utbyttet av C i dette tilfelle er omtrent 40%. Det er derfor nødvendig å inkludere 0,25-0,50% i flussmiddelbelegget når C tilføres fra dette.

I tabell 7 er virkningen av Mo og Si vist.

Når tilsetningen av Mn overstiger 2% opptrer det forbedring i motstanden mot utvikling av sprekker i sveiset metall, men hvis mengden av Mn overstiger 6% vil imidlertid strekkfastheten senkes. Mengden av Mn velges derfor fortrinnsvis-1 i området 2-6%. Med antagelse av at utbyttet av Mn fra kjernetråden til det sveisede metall er omtrent 65%, bør Mn tilsettes til kjernetråden i en mengdé av 3-9%>, eller alternativt kari tilsvarende mengde Mn tilsettes til flussmiddelbelegget på sveiseelektroden.

Tilsetningen av Mo øker også strekkfastheten av det sveisede metall. Hvis imidlertid mengden av Mo overstiger 4%> vil graden av økning for strekkfastheten senkes og en meget sterk reduksjon i slagstyrken forekommer. Tilsetning av Mo i mengder over 4%> er derfor ikke fordelaktig, og Mo bør tilsettes i en mengde av 1-4% på grunn av at strekkfastheten ikke økes ved mindre tilsetninger enn minst 1 %> Mo. Og utbyttet av Mo fra kjernetråden til flussmiddelbelegget er omtrent 95% og en mengde Mo på 4,5%> må derfor tilsettes til kjernetråden for å oppnå den øvre grense for Mo-innholdet. Alternativt kan den tilsvarende Mo-mengde tilsettes til flussmiddelbelegget i stedet for å tilsettes til kjernetråden.

Tilsetning av Si reduserer sterkt motstanden mot utvikling av sprekker. Mengden av Si velges derfor så liten som mulig. Det er å foretrekke å begrense mengden av Si til under 0, 3%. Mengden av Fe-Si i desoksydasjons-midlet vanligvis anvendt i en sveiseelektrode bør derfor være så liten som mulig, og Fe-Ti eller Fe-Al anvendes fortrinnsvis som desoksydasjonsmiddel istedet for Fe-Si. Men tilsetning av Al kan bevirke reduksjon i motstanden mot utvikling av sprekker. Den foreliggende oppfinnelse er derfor karakterisert ved å anvende Fe-Ti som desoksydasjonsmiddel som beskrevet detaljert i det følgende.

Sveiseelektroden med påført flussmiddelbelegg i henhold til den foreliggende oppfinnelse fører til en sveiseelektrode med høyt nikkelinnhold, og denne sveiseelektrode med høyt nikkelinnhold, i likhet med den tidligere om-talte "Inconel" sveiseelektrode har lett for å utvikle kraterhull. Ved arbeide med loddrett og under-oppsveising er det derfor nødvendig å anordne tilstrekkelig gassbeskyttelse, idet det foretrekkes å påføre såkalt lavhydrogen-flussmiddel inneholdende store mengder kalksten på kjernetråden.

Fra de resultater som er oppnådd ved de forskjellige prøver er en mengde av CO^ over 4, 5% beregnet på vekten av kjernetråden funnet å være nødvendig for å bevirke gassbeskyttelsen for å forhindre utvikling av kraterhull under sveiseoperasjonen. For å oppnå den ovennevnte virkning bør flussmiddelbelegget inneholde kalksten i en mengde av 34-70% i forhold til den totale vekt av sveiseelektroden. Den lavere grense for kalksteninnholdet er den minimumsmengde som er nødvendig for å forhindre utvikling av kraterhull ved anvendelse av sveiseelektroden med belegget, er 35%. Og den øvre grense for kalksteninnholdet bestemmes på basis av det forhold at tilsetning av kalksten utover den ovennevnte grense vil forstyrre den lette utførelse av sveisingen. Det vil skjønnes at en del av kalkstenen kan erstattes av noe karbonat av de andre jordalkalimetaller.

Som angitt i det foregående tilsettes Fe-Ti alene eller Fe-Ti sammen med Fe-Si til flussmiddelbelegget som desoksydasjonsmiddel for sveiseelektroden. Både Fe-Si og Fe-Ti tjener til å forhindre utvikling av kraterhull. Med hensyn til mengden av Fe-Si, beregnet som inneholdende 50% Si, er det nødvendig å tilsette mer enn 1, 5% av Fe-Si for å forhindre utviklingen av kraterhull, hvis Fe-Si anvendes alene. Ved en slik foranstaltning vil imidlertid mengden av Si i sveisemetallet øke og følgelig redusere motstanden mot utvikling av sprekker. Mengden av Fe-Si reduseres derfor og Fe-Ti tilsettes i stedet for en mindre mengde Fe-Si for å kompensere for motstanden mot utviklingen av sprekker. Mengden av Fe-Ti bestemmes på en slik måte at mengden av Fe-Si + Fe-Ti, beregnet som inneholdende 50%-Si og 45%>-Ti, henhv. , er mer enn 1,5% med hensyn til vekten av kjernetråden og, under den betingelse av Fe-Ti anvendes sammen med Fe-Si, er mengden av Si mindre enn 1%>. F. eks. i tilfellet av en sveiseelektrode med 35% vekt av belegget beregnet på den totale vekt av sveiseelektroden, er det nødvendig at innholdet av Fe-Si + Fe-Ti er over 3% og innholdet av Fe-Si gjøres mindre enn 2%. Og i tilfellet av en sveiseelektrode med 20% belegg er det nødvendig at innholdet av Fe-Si + Fe-Ti blir over 6% og Fe-Si blir under 4%. Når imidlertid innholdet av Ti i flussmidlet blir over 9%, vil affiniteten av sveisemetallet til grunnmetallet senkes og evnen til utskilling av slagg senkes. Den øvre grense av innholdet av Fe-Ti velges derfor slik at innholdet av Ti blir mindre enn 9%.

Med hensyn til sammensetningen av flussmiddelbelegget er det nød-vendig at passende mengder fluoritt, rutil, kvartssand og lignende anvendes. Og 2-5% glimmer anvendes for å forbedre muligheten for flussmidlet til

å påføres, og en passende mengde vannglass anvendes som bindemiddel. Fluoritt virker til å øke fluiditeten av flussmidlet, mén innholdet av fluoritt

i mengder mindre enn 15% i forhold til vekten av flussmidlet er utilstrekke-

lig, og innhold av fluoritt utover 35% vil gjøre lysbuen ustabil og bevirke kraterhull. Innholdet av fluoritt velges derfor mellom de ovennevnte gren-ser. Kvartssand virker til å øke affiniteten for sveisesømmene, men innholdet av kvartssand utover 10% vil bevirke reduksjon av Si hvilket resulterer i en innføring av Si i sveisemetallet slik at motstanden mot utvikling av sprekker senkes. Innholdet av kvartssand er derfor begrenset til mindre enn 10%. Minst 2%> kvartssand er imidlertid nødvendig for å forbedre affiniteten for sveisesømmene.

Rutil er virksomt til å gjøre lysbuen stabil, og rutilinnholdet i området 1-8% er derfor effektivt, men rutilinnhold utover 8%> reduserer imidlertid affiniteten for sveisesømmene.

Utførelsesformer for den foreliggende oppfinnelse vil gjengis i det følgende.

Kjernetråd og flussmiddel ble fremstilt som vist i tabell 8, idet flussmidlet ble påført på kjernetråden ved å anvende 15 vekt%> av en opp-løsning av natriumsilikat (Be 43°) som bindemiddel. Sveiseelektroden fremstilt på denne måte ble anvendt for buesveising av 9%-Ni-stål. De mekaniske egenskaper oppnådd ved buesveisingen er vist i eksemplene 1 og 2 i tabell 9.

Det ble så skåret skrå flater for buttsveising av det 9%-Ni-stålmater-iale vist i (4) i tabell 2 slik at det ble en vinkel på 60° mellom de skrå flater som dannet en V-fordypning for buttsveising, og metallet ble sveiset ved å anvende sveiseelektroden vist i det nevnte eksempel 1 opp til det øverste lag. Deretter ble sveisesømmene på baksiden skrapet av med ett lag og sveisingen ble påført derpå på nytt. Strekkprøvestykker av skjøten, slag-prøvestykker og prøvestykker for termisk ekspansjon ble fremstilt fra prøve-platen i det sveisede parti. Resultatene av de forskjellige prøver med anvendelse av de ovennevnte prøvestykker er vist i eksempel 3 i tabell 9. Bøye-prøvene ble også gjort ved å anvende langsgående bøyeprøvestykker fremstilt fra den ovennevnte prøveplate. Prøvestykkene ble bøyet 180° ved bøye-prøven med bøyeradius 19 mm uten utvikling av noen feil.

Av de ovennevnte resultater fremgår det at sveiseelektroden i henhold til foreliggende oppfinnelse har overlegne karakteristiske trekk ved sveising av 9%-Ni-stål.

Claims (1)

1. Sveiseelektrode med flussmiddelbelegg av lavhydrogentypen for buesveising av stål inneholdende 9% Ni og som kan gi en sveiseskjøt med gode mekaniske egenskaper og med omtrent samme termiske ekspans jonskoeffisient som grunnmetallet som skal sveises, karakterisert ved at kjernetråden ved siden av Fe inneholder 42-52 vekt%> Ni og 11-17 vekt% Cr, og at sammensetningen enten av kjernetråden eller flussmiddelbelegget på denne inneholder 3-9 vekt% Mn, 1-4,5 vekt% Mo og 0,25-0,50 vekt% C regnet på vekten av kjernetråden og at belegget utgjør 20-35 vekt% av den totale vekt av sveiseelektroden og at sammensetningen av flussmidlet er 34-70% jordalkalikarbonater, 15-35 vekt% fluoritt, 1-8 vekt% rutil, 2-10 vekt%> kvartssand, 2-5 vekt% glimmer og et bindemiddel, idet flussmidlet videre inneholder enten FeTi alene eller FeTi sammen med FeSi, idet mengden av FeSi + FeTi er over 3 vekt% av flussmidlet, idet mengden av Fe Si er .under 4 vekt% og mengden av Ti er under 9 vekt% beregnet under den forutsetning at innholdet av Si i FeSi er 50% og innholdet av Ti i FeTi er 45%.