DE1215835B

DE1215835B - Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweissen von Werkstuecken aus unlegiertem Massenstahl

Info

Publication number: DE1215835B
Application number: DEG39131A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinrich Haala; Dr-Ing Wilhelm Mantel; Dipl-Ing Peter Ranke; Dr-Ing Lothar Wolff
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1963-11-08
Filing date: 1963-11-08
Publication date: 1966-05-05

Description

Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Werkstücken, aus unlegiertem Massenstahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Werkstücken aus unlegiertem Massenstahl, Es ist bekannt, beim Lichtbogenschweißen eine abschmelzende Drahtelektrode zu verwenden und den Lichtbogen unter einer die Schweißstelle bedeckenden Schutzgashülle brennen zu lassen, Bei diesem Verfahren finden zwischen dem geschmolzen neu Werkstück, der abschmelzenden Drahtelektrode und dem Schutzgas verwickelte physikalische und chemische Reaktionen statt. Der Ablauf und das Ergebnis dieser Vorgänge bestimmen, neben der Art der Verfahrensdurehfüluung selbst, in hohem Grade die Qualität der entstehenden Schweißnaht.
Eine Folgerung aus dieser bekannten Tatsache sind die Versuche, durch die chemische Zusammensetzung sowohl der Drahtelektrode als auch des Schutzgases die Qualität der Schweißnaht zu beeinflussen. So ist es unter anderem bekannt, beim Schutzgasschweißen der Schweiße zur Erzielung einer einwandfreien Schweißnaht desoxydierende Stoffe zuzuführen, üblicherweise werden diese Stoffe dem Schweißdraht schon bei seiner Herstellung als Legierungsbestandteile zugegeben. Für das Lichtbogenschweißen von unlegiertem Massenstahl unter Schutzgas sind. beispielsweise Drähte bekannt, die aus einer Stahllegierung mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und Zusätzen von Mangan mit Gehalten von 1 bis 1,6 Gewichtsprozent und Silizium mit Gehalten von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent als Desoxydationsmittel bestehen. Probeschweißungen mit Drähten dieser weitstreuenden Zusammensetzungen, die mit bekannten Prüfverfahren, wie Zerreiß- und Zähigkeitsprüfungen, untersucht werden, zeigen im allgemeinen einheitliche physikalische Eigenschaften und zufriedenstellende Gütewerte.
Diesen Versuchsergebnissen stehen jedoch die zahlreichen Erfahrungen aus der Praxis - gegenüber, bei denen Schweißnähte, die mit Drähten der obengenannten Zusammensetzungen hergestellt werden, trotz guter Zähigkeitswerte oft den hohen Sicherheitsanforderungen nicht entsprechen und sogar als unzulässig unsicher bezeichnet werden müssen. Eine häufig auftretende Erscheinung ist beispielsweise der rasche Abfall der bei Raumtemperatur noch guten Zähigkeitswerte bei Erreichen von Temperatunen unter - 20° C. Diese Eigenschaft einer Schweißnaht wird als Kriterium einer geringen Sprödbruchsicherheit angesehen und schränkt die Verwendung solcher Schweißverbindungen in der Kälte ein. Auch andere Qualitätskriterien der Schweißnaht, wie Porenhäufigkeit, Bindefehler und Gefügeschwächen, zeigen bis jetzt oft uneinheitliche Werte und beeinträchtigen dadurch ebenfalls die praktische Anwendbarkeit des Lichtbogenschweißens unter Schutzgas.
Da alle diese bekannten Unsicherheiten durch Mängel in der Verfahrensdurchführung verursacht werden können, wurde und wird laufend versucht, durch verfahrenstechnische Verbesserungen diese Unsicherheiten zu beseitigen, Trotz zahlreicher Teil erfolge ist es jedoch bisher noch nicht gelungen, auf diesem Wege endgültig zufriedenstellende Ergebnisse zu erhalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf Grund neuer Erkenntnisse über die Ursachen der bisherigen Unsicherheiten ein Verfahren anzugeben, das es gestattet, Schweißarbeiten mit einem hohen Grad an Sicherheit hinsichtlich der Qualität der Schweißnaht durchzuführen.
Diese Aufgabe wird durch ein Schweißverfahren gelöst, das gekennzeichnet ist durch die kombinierte Anwendung einer abschmelzenden Drahtelektrode, die in an sich bekannter Weise aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,06 bis 0,12 Gewichtsprozent, einem Mangangehalt von 1,4 bis 2,0 Gewichtsprozent und einem Gehalt an Silizium, der sich zum Mangangehalt wie 1: 2,2 bis 3,2 verhält, besteht und eines Schutzgases der Zusammensetzung 80 bis 92 Volumprozent Argon, 0 bis 0,5 Volumprozent Stickstoff, 3 bis 9 Volumprozent Sauerstoff und 5 bis 1.0 Volumprozent Kohlendioxyd.
In diesem Schutzgas können noch die üblichen Verunreinigungen wie Wasserstoff und Wasserdampf bis zu etwa 0,5 Volumprozent enthalten sein, Dieangegebene Menge ist Reinargon. Bei der Herstellung des Schutzgases kann auch Rohargon verwendet werden, sofern es sich zur Herstellung der angegebenen Zusammensetzung eignet.
Diese vorgenannte Kombination einer an sich bekannten Schweißdrahtlegierung mit einem Schutzgas der vorgenannten Zusammensetzung ist das Ergebnis der überraschenden Erkenntnis, daß nicht, wie bisher angenommen wurde, allein die Verfahrensdurchführung als entscheidend für die Qualität der Schweißung betrachtet werden muß, sondern daß auch die Menge der desoxydierenden Stoffe, die an die Schweißstelle gelangen, eine entscheidende Rolle spielt Durch' -eine- zielbewußte - Auswertung zahlreicher Versuchsergebnisse unter diesem Gesichtspunkt. konnte insbesondere nachgewiesen werden, daß es besonders vorteilhaft ist, die sogenannte 17berdesoxydation' des Schweißdrahtes so niedrig wie möglich zu halten und die Zusammensetzung des Schutzgases .sorgfältig der Zusammensetzung des Drahtes anzupassen. Die angegebenen Bereiche der chemischen Zusammensetzung, sowohl-des Schweißdrahtes als auch des Schutzgases, beinhalten günstige Kombinationen für das Lichtbogenschweißen von unlegierten Massenstählen. Zur Anpassung an spezifische Schweißaufgaben können die geeignetsten Werte aus diesen Bereichen ausgewählt werden.
Es hat sich weiterhin als Vorteil erwiesen, dem Schweißdraht der beschriebenen Zusammensetzung noch zusätzliche geringe Mengen anderer Metalle, insbesondere Titan mit einem Gehalt von 0 bis 0,2 Gewichtsprozent, Vanadium mit einem Gehalt von 0 bis 0,1 Gewichtsprozent und Chrom mit einem Gehalt von 0. bis 0,4 Gewichtsprozent, zuzulegieren. Auch hier können aus den angegebenen günstigen Gehaltsbereichen bei Vorliegen spezieller Probleme die am besten geeigneten Werte ermittelt werden.
Als Beispiel für die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden einige Untersuchungen beschrieben, die unter dem Gesichtspunkt der Sprödbruchsicherheit der Schweißnaht durchgeführt wurden.
Verwendet wurden hierzu Schweißdrähte mit einem Mangangehalt von 1,5 bis 1,8 und einem Gehalt an Silizium, der sich zum Mangangehalt wie 1:2,5 bis 3,0 verhält, in Kombination mit einem Schutzgas der Zusammensetzung:

Argon . . . . . . . . . . 85 bis 92%

Sauerstoff ....... 4 bis 7%

Kohlendioxyd .... 5 bis 10%

Stickstoff . . . . . . . . 0 bis 0,3%

Diese Zusammensetzungen von Draht und Schutzgas haben sich in Kombination als besonders vorteilhaft erwiesen.
Als qualitätskennzeichnende Größe wurde die Kerbschlagzähigkeit bestimmt. Ihre Abhängigkeit von der Temperatur gilt als Kriterium für den Grad der Sprödbruchsicherheit. Die folgenden Werte sind das Ergebnis umfangreicher Versuchsreihen. Alle Messungen wurden mit einer DVM-Probenform durchgeführt. Alle Proben bestanden aus reinem Schweißgut.

Bei einer ersten Versuchsreihe wurden die Proben in wasserstofffrei geglühtem Zustand, d. h. nach einer Glühzeit von 4 Stunden bei 250 ° C, untersucht. Es ergaben sich folgende Werte für die Kerbschlagzähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur:

bei +20° C . . . . . . . . . . 18 bis 21 mkp/cm2

bei -20° C . . . . . . . . . . 1.3 bis 14 mkp/cm2

bei -40° C . . . . . . . . . . 10 bis 13 mkp/cm2

bei -60° C .. . . . . . ... . . - 8 bis 11 mkp/cm2

Bei einer zweiten Versuchsreihe wurden die Proben in normalgeglühtem Zustand, d. h. nach einer Glühzeit von 0,5 Stunden bei 940° C, untersucht. Für die Kerbschlagzähigkeit ergaben sich hierbei die folgenden Werte:

bei -I-20° C . . . . . . . . . . 23 bis 24 mkp/cm2

bei -20° C . . . . . . . . . . 16 bis 17 mkp/cm2

bei -40° C . . . . . . . . . . 15 bis 15 mkp/cm2

bei -60° C . . . . . . . . . . 8 bis 12mkp/cm2

Die Meßergebnisse beider Versuchsreihen zeigen ein langsames Absinken der Kerbschlagzähigkeit mit fallender Temperatur. Der bekannte, häufig schon ab -20° C auftretende sogenannte Steilabfall der Kerbschlagzähigkeit fehlt zumindest oberhalb -60° C. . Aus diesen Ergebnissen kann auf einen hohen Grad an Sprödbruchsicherheit geschlossen werden, der den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens stark erweitert.

Der Erfindungsgedanke, der durch eine geeignete Kombination der chemischen Zusammensetzungen von Drahtelektrode und Schutzgas unter dem Gesichtspunkt, die überdesoxydation so niedrig wie möglich zu halten, gekennzeichnet ist, ist nicht auf das Lichtbogenschweißen unter Schutzgas von urlegierten Massenstählen beschränkt, sondern läßt sich sinngemäß auch auf das Schweißen anderer Werkstoffe übertragen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Werkstücken aus urlegiertem Massenstahl, gekennzeichnet durch die kombinierte Anwendung a) einer abschmelzenden Drahtelektrode, die in an sich bekannter Weise aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,06 bis 0,12 Gewichtsprozent, einem Mangangehalt von 1,4 bis 2,0 Gewichtsprozent und einem Gehalt an Silizium, der sich zum Mangangehalt wie 1:2,2 bis 3,2 verhält, besteht und b) einem Schutzgas der Zusammensetzung 80 bis 92 Volumprozent, 0 bis 0,5 Volumprozent Stickstoff, 3 bis 9 Volumprozent Sauerstoff und 5 bis 10 Volumprozent Kohlendioxyd.
2. Verfahren zum Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißdraht 0 bis 0,2 Gewichtsprozent Titan enthält.
3. Verfahren zum Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißdraht 0 bis 0,1 Gewichtsprozent Vanadium enthält.
4. Verfahren zum Lichtbogenschweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißdraht 0 bis 0,4 Gewichtsprozent Chrom enthält. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1073 660, 1116513.