NO831400L

NO831400L - Fremgangsmaate til buesveising av staal med lavt karboninnhold

Info

Publication number: NO831400L
Application number: NO831400A
Authority: NO
Inventors: Shoji Saito; Nobutaka Yurioka; Shigeru Oshita
Original assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-04-23
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1983-10-24
Also published as: GB8310800D0; GB2122123A; CA1211509A; US4593174A; GB2122123B; DE3314707A1

Description

Det har i den senere tid vært en tendens til å senke karboninnholdet i stål, særlig for rørledninger, off-shore konstruk-sjoner og trykkbeholder for anvendelse ved lav temperatur. Hoved-årsaken til senkningen av karboninnholdet er viktigheten ved sveisbarhet og bruddseighet i en sveisepåvirket sone i stål.

Det bemerkelsesverdige fremskritt i termomekanisk behandling

ved stålvalsing har gjort det mulig å senke karboninnholdet til et meget lavt nivå uten noen vesentlig minskning av stålets fasthet.

Det er blitt vanlig kunnskap hos sveiseingeniører at stål

med et lavere karboninnhold er mindre utsatt for sprekkdannelse ved størkning, som opptrer i sveisemetall ved dekket buesveising av metaller (heretter "SMAW") og gass-metallbuesveising (heretter forkortet "GMAW"), enn med høyere karboninnhold. Fra dette synspunkt er det blitt en etablert oppfatning å ikke holde karboninnholdet i sveisemetallet høyere enn hos grunnstålet for å bedre sveisemetallseighet og sveisemetallets motstand mot kald sprekkdannelse og sprekkdannelse under størkning. Man har ment at det ikke opptrer noen sprekkdannelse ved størkning så lenge karboninnholdet i sveisemetall er under 0,15%. Ingen har tvilt på at dette gjelder for sveisemetall med meget lavt karboninnhold på mindre enn 0,10%.

I forbindelse med den foreliggende oppfinnelse er tilbøye-ligheten til sprekkdannelse ved størkning undersøkt hos sveisemetall i form av stål som inneholder mindre enn 0,06%. I denne undersøkelse er det oppnådd resultater som står i motsetning til den ovennevnte vanlige kunnskap. Resultatet er at tilbøyeligheten til sprekkdannelse under størkning har økt til tross for senkning av karboninnholdet. Sprekkdannelse under størkning har opptrådt i SMAW-prosesser med sveisehastigheter på over 30 cm/min., i GMAW under anvendelse av massive sveisetråder med hastighet på over 50 cm/min. og i GMAW ved anvendelse av sveisetråder med flussmiddelholdige kjerner hvor sveisehastigheten var over 40 cm/min.

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en fremgangsmåte til buesveising av stål med meget lavt karboninnhold for å hindre sprekkdannelse ved størkning.

Det er et annet formål med oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte til buesveising av stål med meget lavt karboninnhold, hvor sprekkdannelse ved størkning av sveisemetallet som følge av høy sveisehastighet kan unngås.

Det kjennetegnende ved oppfinnelsen fremgår av de etter-følgende patentkrav.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser forbindelsen mellom området hvor sprekkdannelse under størkning foregår i roten av et sveisemetall, sveisemetallets karboninnhold og sveisehastigheten når det utføres buesveising av stål med særlig lavt karboninnhold, idet a) angir kurven for SMAW, b) kurven for GMAW ved anvendelse av massive sveisetråder og c) kurven for GMAW ved anvendelse av sveisetråder med flussmiddelholdige kjerner.

Fig. 2 viser formen på fugen ved SMAW.

Fig. 3 viser formen på fugen ved GMAW.

Fig. 4 viser størrelsen og formen på et prøvestykke for

SMAW.

Fig. 5 viser størrelsen og formen på et prøvestykke for

GMAW.

Fig. 6 er et diagram som viser virkningen av nikkel på tilbøyeligheten til sprekkdannelse ved størkning som opptrer

i roten av et sveisemetall når et stål med meget lavt karboninnhold underkastes dekket buesveising av metaller.

Fig. 7 er også et diagram som viser virkningen av nikkel

på tilbøyeligheten til sprekkdannelse ved størkning som opptrer

i roten av sveisemetall når et stål med meget lavt karboninnhold underkastes gass-metallbuesveising under anvendelse av massive sveisetråder.

Fig. 8 er et annet diagram som viser virkningen av nikkel

på tilbøyeligheten til sprekkdannelse ved størkning som opptrer

i roten av sveisemetall når et stål med meget lavt karboninnhold underkastes gass-metallbuesveising under anvendelse av sveisetråder med flussmiddelholdige kjerner.

Fig. 9 er et diagram som viser forbindelsen mellom karboninnholdet i sveisemetallet, nikkelparameteren P(Ni) og sprekkdannelse ved størkning, idet a)vedrører dekket buesveising av metaller, b)gass-metallbuesveising under anvendelse av massive sveisetråder og c) gass-metallbuesveising under anvendelse av sveisetråder med flussmiddelholdig kjerne.

Det er i forbindelse med oppfinnelsen utført en undersøkelse vedrørende de forskjellige faktorer som påvirker sprekkdannelse under størkning av sveisemetall minsket til det laveste karboninnhold når et stål med mindre enn 0,06% C underkastes buesveising, såsom dekket buesveising eller gass-metallbuesveising. Som en konsekvens viste det seg at nikkel er meget effektiv når det gjelder å hindre sprekkdannelse ved størkning. Samtidig lyktes man i å fullstendig hindre sprekkdannelse ved størkning i sveisemetall med et meget lavt karboninnhold ved å styre verdien av en papameter Q basert på karboninnholdet i sveisemetallet og nikkelinnholdet i sveisematerialet, og også å utføre buesveisingen med sveisehastigheter på over 30 cm/min. Dessuten viste det seg at sprekkdannelse ved størkning av sveisemetall som inneholdt meget lite karbon kan unngås fullstendig ved enhver dekket buesveising eller gass-metallbuesveising, såsom i dekket buesveising av metaller ved sveisehastigheter på over 30 cm/min., i gass-metallbuesveising ved anvendelse av massive sveisetråder ved sveisehastigheter på over 50 cm/min. og i gass-metallbuesveising ved anvendelse av sveisetråder med flussmiddelholdige kjerner ved sveisehastigheter på over 40 cm/min. ved å tvinge nikkel i en mengde som overskrider grensemengden for dette bestemt i overensstemmelse med karboninnholdet i sveisemetallet med lavt karboninnhold, inn i sveisemetallet via et sveisemateriale. Når stål med meget lavt karboninnhold inneholder nikkel kan sprekkdannelse ved størkning dessuten unngås ved å anvende sveisematerialer hvor nikkelinnholdet er senket med den nikkelmengde som overføres fra stålproduktet til sveisemetallet.

Det har i forbindelse med oppfinnelsen vist seg at når et stål med meget lavt karboninnhold underkastes buesveising, såsom dekket buesveising og gass-metallbuesveising under anvendelse av et i og for seg kjent sveisemateriale, opptrer sprekkdannelse ved størkning meget ofte i sveisemetallet minsket til et meget lavt karboninnhold ved fortynning med stålet med meget lavt karboninnhold på bekostning av økning i bestandigheten mot høytem-peratursprekkdannelse. Dette er vist i fig. 1.

Som nevnt ovenfor viser fig. 1 forbindelsen mellom karbon-» innholdet i sveisemetallet, sveisehastigheten og sprekkdannelsen ved størkning, idet a) vedrører dekket buesveising av metall, b) gass-metallbuesveising under anvendelse av massive sveisetråder og c) gass-metallbuesveising under anvendelse av sveisetråder med flussmiddelholdig kjerne.

Fig. 1 ble oppnådd av resultatene fra å utsette et sveise-stykke som er vist i tabell 2 og som har en fuge med en form som er vist i tabell 1 og som var fremstilt av et stålprodukt som inneholdt 0,01-0,19% C for rotsveising under anvendelse av et sveisemateriale som er vist i tabell 3 under de sveisebetingelser som er vist i tabell 3.

Som det er klart vist i fig. 1 står området med sprekkdannelse under størkning av sveisemetallet i nøye sammenheng med karboninnholdet i sveisemetallet og sveisehastigheten i alle nevnte buesveiseprosesser, og er det område hvor karboninnholdet i sveisemetallet er mindre enn 0,09% og sveisehastigheten mer enn 30 cm/min. ved den dekkete buesveising, området hvor karboninnholdet i sveisemetallet er mindre enn 0,115% og sveisehastigheten mer enn 50 cm/min. i gass-metallbuesveiseprosessen ved anvendelse av massiv sveisetråd og området hvor karboninnholdet i sveisemetallet er under 0,105% og sveisehastigheten mer enn 40 cm/min. i gass-metallbuesveiseprosessen hvor det anvendes sveisetråd med flussmiddelholdig kjerne. I motsetning til det som har vært ment hittil øker således tilbøyeligheten til sprekkdannelse under størkning når sveisehastigheten øker over en viss grense som er avhengig på den spesielle buesveiseprosess som benyttes, når karboninnholdet er mindre enn en viss grense som også avhenger av den benyttede buesveiseprosess. Det menes at økningen i tilbøyeligheten til sprekkdannelse under sveisemetallets størkning skyldes det faktum at størkningen av 6-fasen do-minerer i andel når karboninnholdet i sveisemetallet avtar.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således stål hvor størkningen av 6-fasen har en tendens til å opptre i sveisemetallet, og som har et karboninnhold på mindre enn 0,06%, fortrinnsvis mindre enn 0,04% og helst mindre enn 0,03%. Disse stål omfatter ethvert stål med et meget lavt karboninnhold såfremt det inneholder mer enn 0,005% C som ansees for å være den nedre grense for et stål som har tilstrekkelig fasthet som vanlig stål, såsom vanlig konstruksjonsstål, sveiset konstruksjonsstål eller lavlegert stål for kryogen anvendelse.

Med det for øye å utføre en undersøkelse vedrørende den inhiberende virkning på 6-fasestørkningen ved hjelp av nikkel, som er et legeringselement for stabilisering av Y-fase, som et middel til å hindre sprekkdannelse ved størkning av sveisemetall med lavt karboninnhold, ble det fremstilt forskjellige sveisematerialer som inneholdt nikkel som angitt i tabell 4, og det ble utført enlagssveising ved anvendelse av samme sveisetest som den som ble benyttet for å oppnå testresultatene i fig. 1. Således ble sprekkdannelse under størkning for rotsveisemetallet undersøkt, og de i fig. 6-8 viste resultater ble oppnådd for de respektive buesveiseprosesser.

Fig. 6 viser den dekkete buesveiseprosess, fig. 7 viser gass-metallbuesveiseprosessen under anvendelse av massiv sveisetråd og fig. 8 viser gass-metallbuesveiseprosessen under anvendelse av sveisetråd med flussmiddelholdig kjerne.

Ved tilsetning av nikkel til sveisematerialet fremgår det at den øvre grenseverdi for karboninnholdet i området hvor sprekkdannelse under størkning opptrer forskyves mot siden med lavere karboninnhold. Nikkel viser seg nemlig å ha en bemerkelsesverdig virkning når det gjelder å senke tilbøyeligheten hos sveisemetall med lavt karboninnhold til sprekkdannelse under størkning.

Sprekkdannelse under størkning iakttas ikke hverken om nikkel er nærværende eller ikke når den dekkete buesveising ut-føres ved en sveisehastighet på under 30 cm/min., når gass-metallbuesveisingen hvor det anvendes massiv sveisetråd utføres ved en hastighet på under 50 cm/min. eller når gass-metallbuesveisingen under anvendelse av sveisetråd med flussmiddelholdig kjerne ut-føres ved en hastighet på under 40 cm/min. Dette skyldes at det smeltede stål kontinuerlig mates til den endelige, størknete del av sveisemetallet, dvs. at sprekkdannelse under størkning av sveisemetall med lavt karboninnhold opptrer når sveisehastigheten overskrider 30 cm/min. ved dekket buesveising, overskrider 50 cm/min. ved gass-metallbuesveising hvor det anvendes en massiv sveisetråd og overskrider 40 cm/min. ved gass-metallbuesveising hvor det anvendes sveisetråd med flussmiddelholdig kjerne. Dess uten har sprekkdannelse under størkning tendens til å opptre oftest i rotsveisemetallet på grunn av dets dynamiske og metal-lurgiske tilstand. Følgelig fremgår det at der er nesten ingen fare for sprekkdannelse under størkning hos sveisemetall med lavt karboninnhold ved en etterfølgende sveiseprosess dersom sprekkdannelse under størkning av rotsveisemetallet kan unngås.

For å hindre sprekkdannelse under størkning av rotsveisemetallet er det tilstrekkelig å anvende et sveisemateriale som inneholder nikkel i en slik mengde at C^Rj%, dvs. karboninnholdet i rotsveisemetallet, bestemt av karboninnholdet i det anvendte stål, karboninnholdet i sveisematerialet og sveisebetingelsene, gjøres høyere enn den høyeste verdi for C/r).% hvor det opptrer sprekkdannelse under størkning.

Ut fra fig. 6-8 er det ifølge oppfinnelsen oppnådd følgende tre formler som viser forbindelsen mellom C,„. i området hvor det ikke foregår sprekkdannelse under størkning og nikkelinnholdet i sveisematerialet.

Ved en sveisehastighet på over 30 cm/min. under anvendelse av dekket buesveising:

hvor Ni^j = nikkelinnhold (%) i kjernetråd i SMAW-elektrode, og Ni^£j= nikkelinnhold (%) i beleggsflussmiddel i SMAW-elektrode .

Ved en sveisehastighet på mer enn 50 cm/min. ved anvendelse av gass-metallbuesveising med massiv sveisetråd:

hvor Ni(W)= nikkelinnhold (%) i GMAW massiv sveisetråd.

Ved en sveisehastighet på mer enn 40 cm/min. ved anvendelse av gass-metallbuesveising med sveisetråd med flussmiddelholdig kjerne:

hvor Ni(Wj= nikkelinnhold (%) i sveisematerialet.

Venstre side av formlene (1) - (3) er utvetydig fastlagt av nikkelinnholdet i sveisematerialet. Av den grunn betegner de venstre sider av formlene (1) - (3) en nikkelparameter P(Ni)

(%), hvor forholdet mellom C^Rjog P(Ni) er oppnådd som vist i fig. 9.

Fig. 9-(a) vedrører dekket buesveising, fig. 9-(b) gass-metallbuesveising under anvendelse av massiv sveisetråd og fig. 9-(c) gass-metallbuesveising under anvendelse av sveisetråd med f lussmiddelholdig kjerne, og i buesveiseprosesser! er det område hvor det uunngåelig opptrer sprekkdannelse under størkning angitt med området ABCD i fig. 9.

Den rette linje BC er grenselinjen for sprekkdannelse under størkning ved dekket buesveising utført med en sveisehastighet på mer enn 30 cm/min., den rette linje CD er grenselinjen for nærvær av sprekkdannelse under størkning i gass-metallbuesveising under anvendelse av massiv sveisetråd utført med en sveisehastighet på mer enn 50 cm/min., og punktet C tilsvarer C.D>på 0,03%. Følgelig er det for å unngå sprekkdannelse ved størkning av et sveisemetall med lavt karboninnhold nødvendig at parametre eller Q_ i følgende formler er oppfylt.

Dersom C._.- 0,03%, følger det av formel (1) at

Dersom C^R)< 0,03%, følger det av formel (2) at

Det foretrekkes således at Q, eller Q2gjøres slik at formelen (4) eller (5) tilfredsstilles ved å regulere nikkelinnholdet i sveisematerialet i overensstemmelse med den mengde karbon som migrerer fra det lavkarbonholdige stål og sveisematerialet til sveisemetallet.

I gass-metallbuesveiseprosessen hvor det anvendes en massiv sveisetråd vil sprekkdannelse under størkning ikke opptre ved en sveisehastighet på under 50 cm/min. Følgelig vil virkningen når det gjelder å hindre sprekkdannelse ved størkning i denne buesveiseprosess forbli stort sett uforandret selv om sveisehastigheten i formelen (5) skulle være over 30 cm/min. som i formelen (4) .

Stål med meget lavt karboninnhold inneholder av og til nikkel for å sikre god seighet i sveiseområdet. Når stål som inneholder meget lite karbon og som inneholder nikkel underkastes buesveising, migrerer nikkel i stålet naturlig inn i sveisemetallet. Av den grunn kan nikkelinnholdet i sveisematerialet, som er nødvendig for å hindre sprekkdannelse under størkning av sveisemetallet, senkes med den mengde nikkel som migrerer fra stålet. Når nikkel i stålet migrerer under buesveising, konsta- teres det at tapet av nikkel på grunn av oksydasjon er neglisjer-bart. Dessuten er fortynningsgraden av stålet ved dannelse av rotsveisemetallet ca. 55% i den dekkete buesveiseprosess og ca. 58% i gass-metallbuesveiseprosessen, noe som vil bli fullstendig beskrevet nedenfor. Følgelig fremgår det også at mengden 0,55 Ni^pj% i den dekkete metallbuesveiseprosess og 0,58 Ni^p^% i gass-metallbuesveiseprosessen hvor det anvendes massiv sveisetråd befinner seg i de respektive sveisematerialer.

Følgelig foretrekkes det for å hindre sprekkdannelse ved størkning av rotsveisemetallet når stål som inneholder lite karbon og som inneholder nikkel underkastes buesveising at nikkelparameteren P(Ni) reguleres av nikkelinnholdet i sveisematerialet i betraktning av nikkel i stålet i samsvar med den mengde karbon som tilføres til sveisemetallet fra stålet med lavt karboninnhold og fra sveisematerialet, på slik måte at formelen (4) (med erstattet av ) og formelen (5) (med Q2erstattet av Q4) er tilfredsstilt på følgende måte:

I den dekkete buesveiseprosess:

og gass-metallbuesveiseprosessen hvor det anvendes massiv sveisetråd:

Som forklart ovenfor blir ifølge oppfinnelsen viktigheten av å regulere karbon og nikkel fremhevet for å hindre sprekkdannelse under størkning av sveisemetallet med lavt karboninnhold. Denne effekt hos karbon og nikkel når det gjelder å hindre sprekkdannelse .under størkning ble oppnådd i sveisemetaller som inneholdt mangan, et element for stabilisering av austenitt, i området 0,8-2,0%. Idet mangan imidlertid har mindre austenitt-stabiliserende effekt enn karbon og nikkel, kan sprekkdannelse under størkning av sveisemetallet hindres på tilfredsstillende måte ved regulering av karbon og nikkel for så vidt som mangan-innholdet i sveisemetallet er i området 0,8-2%.

Dessuten forklares det antatte karboninnhold i sveisemetallet, C^Rj%. C^Rjberegnes ut fra karbonkildene, dvs. stålet og sveisematerialet (det sistnevnte :avhenger av den benyttede sveise- metode), og kan generelt uttrykkes på følgende måte:

hvor a, 6, y, 6 og e er konstanter som er avhengige av sveise-prosessen, og y, 6 er av og til null, og

C, (p). = karboninnholdet (%) i det anvendte stål,

C(, w). = karboninnholdet (%) i kjernetrådén ,. av SMAW-elektrode, GMAW massiv sveisetråd eller metalldekke pa sveisetråd med flussmiddelholdig kjerne,

C, (a), karboninnhold (%) i metallpulveret i belegg på den

belagte elektrode,

C.. = innhold av organisk substans (%) i belegget på

(o) ^

SMAW belagt elektrode,

C(f) = vektfornoldet (%) mellom karboninnholdet i kjernen

i sveisetråden med flussmiddelholdig kjerne og sveisetrådens totalvekt, og

K = en .konstant som er spesiell for vedkommende sveiseprosess.

I det etterfølgende vil den dekkete buesveiseprosess og gass-metallbuesveiseprosessen bli beskrevet separat.

Formelen (1) viser forbindelsen som må opprettholdes mellom nikkelinnholdet i elektroden ved den dekkete buesveising og karboninnholdet i sveisemetallet for effektiv hindring av sprekkdannelse under størkning av sveisemetallet når et stål med meget lavt karboninnhold underkastes dekket buesveising med en hastighet på 30 cm/min. eller mer.

På den annen side ble det i forbindelse med oppfinnelsen utført mange forsøk vedrørende dekket buesveising med høy hastighet ved sveisehastigheter på 30 cm/min. og høyere, og det ble utført et detaljert studium av forbindelsen mellom grunnstålet og elektroden som karbonkilde for karboninnholdet C/r)>i rotsveisemetallet. Som resultat viste det seg at 55% av rotsveisemetallet er dannet av grunnstålet og 45% av sveiseelektroden. Karbonkilden for stålet er dets karboninnhold C(, p) mens sveiseelektrodens karbonkilde hovedsakelig er karboninnholdet C(, w•). i dennes kjernetråd og karboninnholdet C(a)% i metallpulveret og innholdet av organisk substans C, > i beleggsmaterialet. Dess-

(o) ^

uten frigjøres av og til C ved dissosiasjon av C02som dannes ved dekomponering av karbonat, og dette karbon migrerer inn i sveise-

metallet. Mengden slikt karbon er imidlertid så liten at man kan se bort fra den.

Fortynningen av kjernetråden mot karboninnholdet i rotsveisemetallet er fem ganger større enn for beleggsmaterialet. På den annen side er fortynningen av karbonet på grunn av innholdet av organisk substans i beleggflussmidlet 1/150 av fortynningen av metallpulveret. På basis av disse resultater ble det oppnådd følgende antatte formel (6) for C(R):

Av formlene (1) og (6) fremgår det at sprekkdannelse ved størkning av sveisemetall med lavt karoninnhold kan unngås ved bare å regulere nikkelinnholdet i kjernetråden og beleggsmaterialet i sveiseelektroden slik at det tilfredsstiller følgende formel: Når stål med meget lavt karboninnhold og som inneholder nikkel underkastes dekket buesveising kan den totale mengde nikkel i sveiseelektroden som er nødvendig for å hindre sprekkdannelse under størkning av sveisemetallet senkes med en mengde som er lik den mengde nikkel som migrerer fra det anvendte stål. Det bør her iakttas at den totale mengde nikkel i sveiseelektroden kan angis med følgende formel:

Som nevnt ovenfor er i den dekkete metallbuesveiseprosess utført ved en sveisehastighet på 30 cm/min. eller høyere fortynningsgraden av stål mot dannelsen av rotsveisemetallet 55%, og for sveiseelektroden 45%. På grunn av at det neppe går tapt noe nikkel ved oksydasjon under sveisingen migrerer dessuten nikkel fra stålet og sveiseelektroden inn i sveisemetallet. Det følger av dette at nikkelmengden i sveiseelektroden kan anslås til å være 0,55Ni(p)%.

Det er følgelig blitt bekreftet at mengden nikkel i sveiseelektrodens kjernetråd og i beleggsflussmidlet skal tilfredsstille den nedenfor angitte formel av ovennevnte årsak og formelen (7) for fullstendig å hindre sprekkdannelse under størkning av rotsveisemetallet når stål med meget lavt karboninnhold og som inneholder nikkel underkastes dekket metallbuesveising ved høy hastighet:

Ved fremstilling av en sveiseelektrode som inneholder ca.

10 vekt% nikkel er det mest økonomisk å tilsette nikkel, såsom metallisk nikkel eller ferronikkel, til beleggflussmidlet i form av pulver, og å anvende en kjernetråd fremstilt av mykt stål. Dersom imidlertid nikkelpulveret i flussmidlet overskrider 15%

har beleggflussmidlet tilbøyelighet til å skalle av under sveising, og det er fare for at nikkelpulveret i beleggflussmidlet som migrerer inn i sveisemetallet ikke vil blandes homogent i sveisesmelten slik at det delvis utskilles. Dersom det er nød-vendig å tilsette nikkelpulver i en mengde på mer enn 15% til beleggflussmidlet foretrekkes det av den grunn at beleggflussmidlet inneholder opptil 15% Ni og at resten utgjøres av nikkel i kjernetråden.

På den annen side er det selvfølgelig mulig å tilsette

ca. 10% nikkel til sveiseelektrodens kjernetråd som den totale nikkelmengde. Men dersom kjernetråden av mykt stål inneholder nikkel økes kjernens spesifikke elektriske motstand betydelig. Dersom nikkelinnholdet i kjernetråden overskrider 5% følger det

av den grunn at formen på beleggflussmidlet i buen fra en sveise-elektrodeende vil bli deformert under sveising, slik at sveisingen vil bli forringet, og dessuten vil produksjonskostnadene for kjernetråden bli høyere. Det foretrekkes således å begrense nikkelinnholdet i kjernetråden til høyst 5%. Når nikkelmengden som tilføres fra kjernetråden ikke er tilstrekkelig, foretrek-

kes det å tilsette mer nikkelpulver til beleggflussmidlet.

Formelen (2) viser den forbindelse som må opprettholdes mellom nikkelinnholdet i den massive sveisetråd som anvendes for gass-metallbuesveising og karboninnholdet i sveisemetallet for effektiv hindring av sprekkdannelse under størkning av sveise metallet når stål med meget lavt karboninnhold utsettes for gass-metallbuesveising under anvendelse av.en massiv sveisetråd ved en sveisehastighet på 50 cm/min. eller mer.

På den annen side er det i forbindelse med oppfinnelsen utfort mange forsøk vedrørende gass-metallbuesveising ved sveisehastighet på 50 cm/min. og høyere, og det er utført et omfattende og detaljert studium av det innbyrdes forhold mellom karboninnholdet C,„. i rotsveisemetallet, karboninnholdet C, . i stålet

(R) o (p)

og karboninnholdet C, (w).i den massive sveisetråd. Som resultat ble følgende antatte formel (8) for Clr>. oppnådd:

Det viste seg ut fra formlene (2) og (8) at for å hindre sprekkdannelse under størkning av sveisemetall med lavt karboninnhold bør nikkelinnholdet i den massive sveisetråd tilfredsstille følgende formel (9):

Når et stål med meget lavt karboninnhold og som inneholder nikkel underkastes gass-metallbuesveising kan dessuten det nikkelinnhold i den massive sveisetråd som er nødvendig for å hindre sprekkdannelse under størkning senkes med en mengde som er lik mengden nikkel som migrerer fra stålet.

I gass-metallbuesveising ved en sveisehastighet på 50 cm/ min. eller mer er fortynningsgraden for stålet mot dannelsen av rotsveisemetallet 58%. Dessuten er det nesten ingen oksydasjonstap av nikkel under sveising. Av dette følger det at mengden nikkel i stålet, Ni^ j, svarer til et nikkelinnhold på 0,58 Ni..i den massive sveisetråd.

(P)i sveisetråd.

For å fullstendig hindre sprekkdannelse under størkning

av rotsveisemetallet når stål som inneholder meget lite karbon og som inneholder nikkel underkastes gass-metallbuesveising, er det følgelig tilstrekkelig ifølge det som er anført ovenfor og formelen (9) at nikkelinnholdet i den massive sveisetråd tilfredsstiller følgende formel (10):

Den massive sveisetråd er egnet for anvendelse ifølge den foreliggende oppfinnelse dersom den tilfredsstiller de ovenfor angitte formler.

Men fra et praktisk synspunkt er den massive sveisetråd

en stålsveisetråd som har basissammensetning 0,07-0,15% C, 0,30-1,00% Si, 1,00-1,80% Mn, 0,5-2,5% Ni, mindre enn 0,025% P og mindre enn 0,025% S. Som ytterligere elementer kan den også inne-holde ett eller flere av Cr, Mo, V, Ti, Al og Cu innenfor de foretrukne områder på mindre enn 1% Mo, mindre enn 1% Cr, mindre enn 0,1% V, mindre enn 0,2% Ti, mindre enn 0,2% Al og mindre enn 0,5% Cu.

Formelen (3) viser det forhold som må opprettholdes mellom nikkelinnholdet i sveisetråden med flussmiddelholdig kjerne som anvendes i gassdekket buesveising og karboninnholdet i sveisemetallet for effektiv hindring av sprekkdannelse under størkning når stål med meget lavt karboninnhold underkastes gassdekket buesveising under anvendelse av en sveisetråd med flussmiddelholdig kjerne ved en sveisehastighet på mer enn 40 cm/min.

Det ble i forbindelse med oppfinnelsen utført mange for-søk vedrørende gassdekket buesveising utført ved sveisehastigheter på 40 cm/min. og høyere, og det ble utført et utstrakt og detaljert studium i forbindelse med de innbyrdes forhold mellom karboninnholdet C(R)i rotsveisemetallet, stålets karboninnhold C, >, karboninnholdet C,.. i metalldekket i sveisetråden

(p) (t)

med flussmiddelholdig kjerne og karboninnholdet i kjernebestanddelene. Som resultat ble følgende antatte formel (11)

for C^Rjoppnådd:

Av formlene (3) og (11) kan sprekkdannelse under størkning av sveisemetall med lavt karboninnhold hindres dersom nikkelinnholdet i sveisetråden med flussmiddelholdig kjerne tilfredsstiller følgende formel (12):

Når stål med meget lavt karboninnhold og som inneholder nikkel underkastes gassdekket buesveising, kan det nikkelinnhold i sveisetråden med flussmiddelholdig kjerne som er nødvendig for å hindre sprekkdannelse under størkning senkes med en mengde som er lik mengden nikkel som migrerer fra stålet.

Fortynningsgraden for stålet mot dannelsen av rotsveisemetallet er 45% ved gassdekket buesveising utført med en sveisehastighet på 40 cm/min. eller høyere, og der er nesten intet oksydasjonstap av nikkel under sveising. Det følger av dette at nikkelinnholdet Ni.. i stålet svarer til et nikkelinnhold(P)i 0,45 Ni, (p) . i sveisetråden med flussmidde.lholdig kjerne,

Av det som er anført ovenfor og formelen (12) foretrekkes det av den grunn at nikkelinnholdet i sveisetråden med flussmiddelholdig kjerne tilfredsstiller formelen nedenfor for å fullstendig hindre sprekkdannelse under størkning av rotsveisemetallet når stål som har meget lavt karboninnhold og som inneholder nikkel underkastes gassdekket buesveising:

Sveisetråden med flussmiddelholdig kjerne som anvendes ifølge den foreliggende oppfinnelse skal tilfredsstille det ovennevnte forhold, og det foretrekkes å tilsette nikkel til kjernebestanddelene i form av nikkel- eller ferronikkelpulver. Fra et praktisk synspunkt er det ønskelig å tilsette 1,0-2,5%

Ni av sveisetrådens vekt. Ytterligere elementer og forbindelser kan tilsettes til kjernen. F.eks; kan mangan og silisium, som funksjonerer som deoksydasjonsmiddel eller legeringselement, tilsettes i mengder på 0,5-3,5% Mn og 0,1-1,5% Si, og det er også mulig å tilsette opptil 20% av ett eller flere av oksydene TiC^, z^°2'A^202 °9 S^"°2* Dessuten ^an forskjellige fluorider og karbonater tilsettes som en buestabilisator, og ytterligere stoffer, såsom metallpulver, kan også tilsettes.

Et mykt stål som har god bearbeidbarhet anvendes som metalldekke for sveisetråden ifølge oppfinnelsen. Tverrsnittsformen på sveisetråden med flussmiddelholdig kjerne er ikke spesifisert. Inntrengningstypen, sømløs sveisetråd eller en vilkårlig annen type vil være tilfredsstillende. Kjernen i sveisetråden utgjør fortrinnsvis 10-30% av sveisetrådens vekt.

I det etterfølgende vil oppfinnelsen bli nærmere forklart ved hjelp av eksempler.

i

Eksempel 1

Det ble utført et omfattende og detaljert studium av sprekkdannelse under størkning av sveisemetall under anvendelse av prøvestykker, som vist i fig. 4, fremstilt av tykke stålplater med den kjemiske sammensetning som er angitt i tabell 5 og som har en fuge som vist i fig. 2. Prøvestykkene ble underkastet enkeltpassasjesveising med en belagt elektrode (tabell 6) under spesifikke sveisebetingelser (tabell 7). Forsøksresultatene er vist i tabell 8. J

Røntgenstråle-penetreringstest og iakttagelse av snittet av sveisestrengen viste ingen sprekkdannelse under størkning i prøvestykkene som var sveist ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Eksempel 2

Et stålrør (ytterdiameter 1,219 mm x 1000 mm) som hadde en fuge som vist i fig. 2 og som hadde den i tabell 9 angitte kjemiske sammensetning ble underkastet rotsveising under anvendelse av en belagt elektrode som angitt i tabell 6 under den sveisebetingelse som er angitt i tabell 10. Forsøksresultatene er vist i tabell 11.

Røntgenstråle-penetreringstest og iakttagelse av et snitt av sveisestrengen viste ingen sprekkdannelse under størkning for sveisemetaller innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse.

Eksempel 3

Et sveiseprøvestykke (fig. 5) ble fremstilt av en tykk stålplate som hadde den kjemiske sammensetning som er angitt i tabell 12. Prøvestykket hadde en fuge som vist i fig. 3 og ble underkastet enkeltpassasjesveising under anvendelse av en massiv sveisetråd under sveisebetingelsen ifølge tabell 14. Sprekkdannelse under størkning av sveisemetallet ble undersøkt. Resultatene er angitt i tabell 15.

Røntgenstråle-penetreringstest og iakttagelse av et snitt av sveisetråden viste ingen sprekkdannelse under størkning av prøvestykkene som var innenfor rammen av oppfinnelsen.

Eksempel 4

Et stålrør (ytterdiameter 1219 mm x 1000 mm) med en fuge som vist i fig. 3 og en kjemisk sammensetning som angitt i tabell 16 ble underkastet rotsveising under anvendelse av en massiv sveisetråd som angitt i tabell 13 under den sveisebetingelse som er angitt i tabell 17. Forsøksresultatene er vist i tabell 18.

Røntgenstråle-penetreringstest og iakttagelse av et snitt av sveisestrengen viste ingen sprekkdannelse under størkning for sveisemetaller innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse .

Eksempel 5

Et sveiseprøvestykke som vist i fig. 5 som hadde den i fig.

3 viste fuge ble fremstilt av en tykk stålplate som hadde en kjemisk sammensetning som angitt i tabell 19, og det derved fremstilte sveiseprøvestykke ble underkastet enkeltpassasjesveising under anvendelse av en sveisetråd med flussmiddelholdig

i

kjerne og med diameter pa 1,6 mm som angitt i tabell 20 under de i tabell 21 angitte sveisebetingelser. Sveisemetallene ble undersøkt vedrørende sprekkdannelse under størkning. Forsøks-resultatene ér angitt i tabell 22.

Røntg' enIstråle-penetreringstest og iakttagelse av et snitt av sveisestrengen viste at det i prøvestykkene som falt innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse ikke oppviste sprekkdannelse under størkning.

Eksempel 6

Et stålrør med utvendig diameter 1219 mm x 1000 mm, som hadde den kjemiske sammensetning som er angitt i tabell 23 og som hadde en fuge som vist i fig. 3 ble underkastet rotsveising under anvendelse av en sveisetråd med flussmiddelholdig kjerne som angitt i tabell 20 under de sveisebetingelser som angitt i tabell 24. Forsøksresultatene er angitt i tabell 25.

Røntgenstråle-penetreringstest og iakttagelse av et snitt av sveisestrengen viste ingen sprekkdannelse under størkning i det hele tatt for sveisemetallene som falt innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse.

Claims

1. Fremgangsmåte til buesveising av stål med meget lavt karboninnhold, inneholdende karbon i mengder på fra 0,005 til 0,06%, karakterisert ved at i det minste den første passasje i flerpassasjesveising med en sveisehastighet på 30 cm/min. eller mer utføres med nikkelholdige sveisematerialer, slik at eller Q2 i de nedenfor angitte formler overskrider henholdsvis 0,09% og 0,115%, hvorved Q, gjelder for et sveise-metallkarboninnhold på 0,03% eller mer og Q2 på høyst 0,03%:

hvor C^Rj er % karboninnhold i sveisemetall, P(Ni) er ni^kelparameter vedrørende nikkelinnhold, Ni.. er % nikkelinnhold i GMAW massiv sveisetråd eller (w) i kjernetråd i SMAW-elektrode, og Ni^j er % nikkelinnhold i belegg på SMAW-elektrode.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, hvor det utføres dekket buesveising, karakterisert ved at det anvendes SMAW-elektroder med nikkelinnhold som tilfredsstiller føl-gende formel:

hvor Ni^j er % nikkelinnhold i kjernetråd av SMAW-elektrode, Ni^j er % nikkelinnhold i metallpulver i SM AW-elektrodens flussmiddelbelegg, C^ pj er % karboninnhold i grunnstål, C(, w). er % karboninnhold i kjernetråd av SMAW-elektrode, C^aj er % karboninnhold i metallpulver i beleggsfluss middel, og C^Qj er % organisk substans i beleggsflussmiddel.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, hvor det utføres gass-metallbuesveising, karakterisert ved at det benyttes sveisehastighet på over 50 cm/min. under anvendelse av massiv sveisetråd med nikkelinnhold som tilfredsstiller følgende formel:

hvor Ni.. er % nikkelinnhold i massiv sveisetråd, (w) C^ pj er % karboninnhold i grunnstål, og C, (w). er % karboninnhold i massiv sveisetråd.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, hvor det utføres gass-metallbuesveising, karakterisert ved at det benyttes en sveisehastighet på over 40 cm/min. under anvendelse av sveisetråder med flussmiddelholdig kjerne og med nikkelinnhold som tilfredsstiller følgende formel:

hvor Ni^wj er nikkelinnhold i kjerneflussmiddel i FCAW-elek trode, uttrykt som % av total elektrodevekt, C^ pj er % karboninnhold i grunnstål, C(, w) > er % karboninnhold i metalldekke ^på FCAW-elektrode, og er % karboninnhold i k jernef lussmiddel i FCAW-elek trode .

5. Fremgangsmåte til buesveising av nikkelholdig stål med karboninnhold på fra 0,005 til 0,06%, karakterisert ved at i det minste den første passasje i flerpassasjesveising med sveisehastighet på 30 cm/min. eller mer utføres med nikkelholdige sveisematerialer, slik at eller Q. i de nedenfor angitte formler kan overskride henholdsvis 0,09% og 0,115%, hvorved benyttes når sveisemetallkarboninn-holdet er 0,03% eller mer og benyttes når karboninnholdet er høyst 0,03%:

hvor C.. er % karboninnhold i sveisemetall, er nikkelparameter vedrørende nikkelinnhold, Ni(. w), er % nikkelinnhold i GMAW massiv sveisetråd eller i kjernetråden i SMAW-elektrode, Ni^^ er % nikkelinnhold i beleggsflussmidlet i SM AW- elektrode, og Ni( p) er % nikkelinnhold i grunnstålet.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5, hvor det utføres dekket buesveising, karakterisert ved at det anvendes SMAW-elektroder hvis nikkelinnhold tilfredsstiller følgende formel:

hvor Ni^j er % nikkelinnhold i grunnstål, Ni^wj er % nikkelinnhold i kjernetråd i SMAW-elektrode,, Ni^j er % nikkelinnhold i metallpulver i beleggsf luss middel i SMAW-elektrode, C( p) er % karboninnhold i grunnstål, C^w^ er % karboninnhold i kjernetråd i SMAW-elektrode, C, . er % karboninnhold i metallpulver i beleggsfluss- middel, og C^Qj er % organisk substans i beleggsflussmiddel.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5, hvor det utføres gass-metallbuesveising, karakterisert ved at det benyttes en sveisehastighet på over 50 cm/min. under anvendelse av massiv sveisetråd med nikkelinnhold som tilfredsstiller føl-gende formel:

hvor Ni^^ er % nikkelinnhold i grunnstål, Ni(, w). er % nikkelinnhold i massiv sveisetråd, C^ pj er % karboninnhold i grunnstålet, og C, . er % karboninnhold i den massive sveisetråd. (w)

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5, hvor det utføres gass-metallbuesveising, karakterisert ved at det benyttes en sveisehastighet på over 40 cm/min. under anvendelse av sveisetråder med flussmiddelholdig kjerne og med nikkelinnhold som tilfredsstiller følgende formel: hvor

Ni^ pj er % nikkelinnhold i grunnstål, Ni^w^ er % nikkelinnhold i FCAW-kjerneflussmiddel, uttrykt i % av total elektrodevekt, C( p) er % karboninnhold i grunnstål, C^w^ er % karboninnhold i metalldekke på FCAW-elektrode, og C^£j er % karboninnhold i FCAW-elektrodes kjerneflussmiddel.