DE1236104B - Submerged arc welding of steel with an electroless filler wire - Google Patents
Submerged arc welding of steel with an electroless filler wireInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL:Int. CL:
B 23 k B 23 k
Deutsche Kl.: 21 h - 30/17 German class: 9 pm - 30/17
Nummer: 1 236 104Number: 1 236 104
Aktenzeichen: F 40156 VIII d/21 hFile number: F 40156 VIII d / 21 h
Anmeldetag: 4. Juli 1963Filing date: July 4, 1963
Auslegetag: 9. März 1967Opened on: March 9, 1967
Die Erfindung betrifft ein Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren für Stahl mit einer stromführenden, abschmelzenden Stahlelektrode und einem stromlosen, abschmelzenden Zusatzdraht.The invention relates to a submerged arc welding process for steel with a current-carrying, melting steel electrode and a currentless, melting filler wire.
Die üblichen Verfahren des Unterpulverschweißens weisen im Vergleich zum Handschweißverfahren Nachteile im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften der Schweißungen auf. Als ein solcher Nachteil sei erstens der hohe Sauerstoffgehalt des Schweißgutes erwähnt, der nahezu das Sechsfache von demjenigen des Handschweißverfahrens beträgt und zur Beeinträchtigung der Schlagfestigkeit, d. h. der Dehnbarkeit der Schweißung führt. Dieser Nachteil ist auf die unzureichende Desoxydierungswirkung eines vorgeschmolzenen gekörnten Schweißpulvers zurückzuführen, das als hauptsächliche Bestandteile MnO, SiO2, CaO, Al2O3 und MgO enthält und nicht fähig ist, eine ausreichende Desoxydierungswirkung im Verlauf des Schweißvorganges hervorzurufen. Zweitens sei als Nachteil die Erhöhung des Siliziumgehaltes als Folge der überaus starken Vermehrung von nichtmetallischen Einschlüssen, wie Silikaten, in dem Schweißgut erwähnt, wodurch die Dehnbarkeit der Schweißung beeinträchtigt wird. Drittens wird auf die hohe Energiedichte des elektrischen Stromes hingewiesen, wodurch eine starke Erhitzung der Schweißraupe bewirkt wird, was die Abkühlung der Schweißung verzögert und die Bildung einer solchen metallographischen Struktur zur Folge hat, die grobe und brüchige Kristalle aufweist und als dendritische Struktur bezeichnet wird. Sie verringert ebenfalls die Dehnbarkeit der Schweißung in beträchtlichem Maße.The usual methods of submerged arc welding have disadvantages compared to the manual welding process with regard to the physical properties of the welds. One such disadvantage is the high oxygen content of the weld metal, which is almost six times that of the manual welding process and leads to impairment of the impact resistance, ie the ductility of the weld. This disadvantage is due to the inadequate deoxidizing effect of a premelted, grained welding powder, which contains MnO, SiO 2 , CaO, Al 2 O 3 and MgO as the main constituents and is not able to produce an adequate deoxidizing effect during the welding process. Second, a disadvantage is the increase in the silicon content as a result of the extremely high increase in non-metallic inclusions, such as silicates, in the weld metal, which impairs the ductility of the weld. Thirdly, attention is drawn to the high energy density of the electric current, which causes the weld bead to heat up strongly, which delays the cooling of the weld and results in the formation of such a metallographic structure, which has coarse and brittle crystals and is referred to as a dendritic structure. It also significantly reduces the ductility of the weld.
Es ist zwar schon bekannt, beim Unterpulverschweißen die Energiedichte im Schweißbad durch die Zufuhr eines massiven sogenannten kalten, d. h. nicht stromführenden Drahtes zu vermindern und diesen Draht außerdem zur metallurgischen Beeinflussung des Schweißgutes, z. B. durch eine verbesserte Desoxydationswirkung des in dem Zusatzdraht herangeführten Mangans, zu verwenden. Auch die Verwendung einer rohrförmigen Elektrode mit einer Schweißmittelfüllung (Selendraht), der eine noch stärkere Zufuhr von Zusatzstoffen ermöglicht, ist beim Unterpulverschweißen nicht mehr neu. Jedoch ist es damit noch nicht gelungen, die obenerwähnten Nachteile des Unterpulverschweißens zu beseitigen.It is already known that with submerged arc welding, the energy density in the weld pool increases the supply of a massive so-called cold, d. H. non-live wire to diminish and this wire also for the metallurgical influence of the weld metal, z. B. by an improved To use the deoxidation effect of the manganese introduced in the additional wire. Even the use of a tubular electrode with a welding agent filling (selenium wire), the one Enabling an even greater supply of additives is no longer new in submerged arc welding. However, it has not yet succeeded in addressing the above-mentioned disadvantages of submerged arc welding remove.
Diese Aufgabe löst das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß als Zusatzdraht ein Selendraht verwendet wird. .This object is achieved by the method according to the invention in that a selenium wire is used as the additional wire will. .
Es kann dabei zweckmäßig sein, den Zusatzdraht entweder mit der gleichen oder mit einer anderen Unterpulver-Lichtbogenschweißen von Stahl mit einem stromlosen ZusatzdrahtIt can be useful to connect the additional wire either with the same or with a different one Submerged arc welding of steel with an electroless filler wire
Anmelder:Applicant:
FUJI WELDING ELECTRODE CO., LTD.,FUJI WELDING ELECTRODE CO., LTD.,
TokioTokyo
Vertreter:Representative:
Dipl.-Phys. H. Schroeter, Patentanwalt,Dipl.-Phys. H. Schroeter, patent attorney,
München 25, Lipowskystr. 10Munich 25, Lipowskystr. 10
Als Erfinder benannt:
Izumi Morimoto,
Hiroshi Nakayama, TokioNamed as inventor:
Izumi Morimoto,
Hiroshi Nakayama, Tokyo
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Japan vom 5. Juli 1962 (27 661)Japan July 5, 1962 (27,661)
Geschwindigkeit wie den Elektrodendraht vorzuschieben. Speed like advancing the electrode wire.
Ein vorteilhafter Selendraht zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß seine äußere, rohrförmige Stahlhülle als Desoxydierungsmittel O bis 5% Mangan, O bis 5% Silizium und O bis 3% Aluminium enthält, und daß der Kern sich aus Desoxydierungsmitteln, Denitrierungsmitteln, Legierungselementen, schlackebildenden Stoffen und Lichtbogenstabilisierungsmitteln zusammensetzt.An advantageous selenium wire for carrying out the method according to the invention is characterized in that that its outer, tubular steel shell as a deoxidizer 0 to 5% manganese, 0 to Contains 5% silicon and 0 to 3% aluminum, and that the core consists of deoxidizing agents, Denitrants, alloying elements, slag-forming substances and arc stabilizers composed.
Gemäß dem gleichen Prinzip, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, kann ein senkrechtes Schweißverfahren für zwei sich gegenüberstehende Stahlplatten angewandt werden, wobei abkühlende Kupferschuhe verwendet werden, die ständig an einer zwischen den Stahlplatten vorgesehenen Öffnung entlang von unten nach oben bewegt werden können, um eine zufriedenstellende Schweißung, entweder mit oder ohne Verwendung von gekörntem Schweißmittel für die Abschirmung des Lichtbogens, zu erhalten.According to the same principle on which the present invention is based, a vertical Welding processes for two opposing steel plates are used, with cooling Copper shoes are used, which are permanently attached to an opening provided between the steel plates Can be moved along from bottom to top to make a satisfactory weld, either with or without using granular welding material to shield the arc.
Die Erfindung wird weiterhin unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denenThe invention is further described with reference to the drawings, in which
F i g. 1 eine im allgemeinen schematische Seitenansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist,F i g. 1 is a generally schematic side view of the apparatus for performing the inventive method Procedure is
F i g. 2, (a), (b) und (c) je eine vergrößerte Querschnittansicht von bevorzugten erfindungsgemäßen Zusatzdrähten mit Schweißmittelfüllung darstellen,F i g. 2, (a), (b) and (c) each represent an enlarged cross-sectional view of preferred additional wires according to the invention with welding agent filling,
F i g. 3 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung einer Ausführungsform der Erfindung darstellt und F i g. 3 shows a schematic side view of an apparatus for carrying out an embodiment of the invention and
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F i g. 4 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt.F i g. 4 shows a schematic side view of an apparatus for carrying out another embodiment of the invention.
Die in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Motor 7 für den Vorschub eines Elektrodendrahtes 1 mit einem Elektrodenmundstück 2 sowie einen Motor 1, la für den Vorschub eines rohrförmigen, schweißmittelgefüllten Zusatzstahldrahtes 5, der mittels Führungsrollen 6, 6 a geführt wird und infolge eines zwischen dem Elektrodendraht 1 und einem Grundwerkstoff 4 erzeugten Lichtbogens schmilzt. Der Lichtbogen ist durch ein gekörntes Schweißmittel 3 abgeschirmt, das gleichzeitig als eine Schutzdecke über dem Metallschmelzbad (nicht dargestellt) dient. Der Pfeil A zeigt die Richtung an, in der ein Schweißvorgang vor sich geht. Bei der in F i g. 3 gezeigten Vorrichtung sind der Elektrodendraht und der Zusatzdraht an einer gemeinsamen Welle angeordnet und führen daher eine mechanisch synchronisierte Bewegung mittels eines Motors 7 aus, während der Zusatzdraht in der in F i g. 4 gezeigten Vorrichtung mit frei gewählter Geschwindigkeit mittels eines Motors 7 α vorgeschoben wird, der unabhängig von dem Motor 7 läuft, so daß in letzterem Falle ein nicht synchronisiertes Verhältnis zwischen dem Elektrodendraht und dem Zusatzdraht hergestellt wird.The device shown in Figs. 1, 3 and 4 comprises a motor 7 for the advance of an electrode wire 1 with an electrode mouthpiece 2 and a motor 1, la for the advance of a tubular, weld-filled additional steel wire 5, which is guided by means of guide rollers 6, 6 a and melts as a result of an arc generated between the electrode wire 1 and a base material 4. The arc is shielded by a granular welding means 3, which at the same time serves as a protective cover over the molten metal bath (not shown). The arrow A indicates the direction in which a welding process is taking place. In the case of the in FIG. 3, the electrode wire and the additional wire are arranged on a common shaft and therefore perform a mechanically synchronized movement by means of a motor 7, while the additional wire in the device shown in FIG. 4 is advanced at a freely selected speed by means of a motor 7 α , which runs independently of the motor 7, so that in the latter case a non-synchronized relationship between the electrode wire and the additional wire is established.
Der in den F i g. 2, (α) bis (c) dargestellte rohrförmige, schweißmittelgefüllte Zusatzdraht (Selendraht) umfaßt eine äußere Hülle 9 aus dünnem Bandstahl in Form eines Rohres und eine innere Füllung, die sich aus einem Schweißpulver 10 allein und/oder einem Schweißpulver zusammen mit einem metallischen Stoff, vorzugsweise in Form eines Stabes 8, zusammensetzt, der innerhalb des Schweißpulvers angeordnet ist. Wie in Fig. 2, (c) dargestellt, kann die Hülle 9 eine nach innen gebogene Naht aufweisen, die durch einen metallischen Stoff 11 abgedichtet wird, um das Herausfallen des Schweißpulvers zu verhindern. In jedem Fall wird in den Zusatzdraht kein Strom geleitet.The in the F i g. 2, (α) to (c) shown tubular, welding material-filled additional wire (selenium wire) comprises an outer shell 9 made of thin strip steel in the form of a tube and an inner filling, which consists of a welding powder 10 alone and / or a welding powder together with a metallic one Substance, preferably in the form of a rod 8, composed within the welding powder is arranged. As shown in Fig. 2, (c), the sleeve 9 can have an inwardly bent seam, which is sealed by a metallic material 11 in order to prevent the welding powder from falling out impede. In either case, no current is passed into the filler wire.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen besondere Ausführungsformen dieser Erfindung, wobei unter »Verhältnis der Auftragungsgeschwindigkeit« in den Tabellen das Verhältnis der Zuführgeschwindigkeit des Zusatz- bzw. Selendrahtes zu der der Stahlelektrode zu verstehen ist.The following examples illustrate particular embodiments of this invention, wherein under "Ratio of the application speed" in the tables the ratio of the feed speed of the additional wire or selenium wire to which the steel electrode is to be understood.
Das Schweißen von Flußstahl wurde unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Zusatzdrahtes durchgeführt, der in seinem Inneren Manganeisen und Flußspat enthielt; die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.The welding of mild steel was carried out using a filler wire according to the invention carried out, which contained manganese iron and fluorspar in its interior; the results are in the Table 1 shown.
Das Schweißen von Stahl mit hoher Zugfestigkeit im Bereich von 60 kg/mm2 wurde unter Verwendung eines Zusatzdrahtes gemäß der Erfindung durchgeführt, der in seinem Inneren Nickel, Molybdän, Manganeisen und Flußspat enthielt (s. Tabelle 2).The welding of steel with high tensile strength in the range of 60 kg / mm 2 was carried out using a filler wire according to the invention which contained in its interior nickel, molybdenum, manganese iron and fluorspar (see Table 2).
Das Schweißen von Stahl mit hoher Zugfestigkeit im Bereich von 70 kg/mm2 wurde unter Verwendung eines Zusatzdrahtes durchgeführt, der in seinem Inneren Nickel, Chrom, Molybdän, Manganeisen und Flußspat enthielt (s. Tabelle 3).The welding of steel with high tensile strength in the range of 70 kg / mm 2 was carried out using an additional wire containing nickel, chromium, molybdenum, manganese iron and fluorspar in its interior (see Table 3).
Das Schweißen von Stahl mit hoher ZugfestigkeitWelding steel with high tensile strength
im Bereich von 80 kg/mm2 wurde unter Verwendungin the range of 80 kg / mm 2 was used
eines erfindungsgemäßen Zusatzdrahtes durchgeführt,carried out an additional wire according to the invention,
der in seinem Inneren Nickel, Chrom·, Molybdän, Manganeisen und Flußspat enthielt (s. Tabelle 4).which contained nickel, chromium, molybdenum, manganese iron and fluorspar in its interior (see Table 4).
ίο Auftragsschweißen wurden erfindungsgemäß unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Zusatzdrahtes durchgeführt, der in seinem Inneren Nickel, Chrom, Vanadium, Molybdän, Chromkarbid, Manganeisen und Flußspat enthielt (s. Tabelle 5).ίο build-up welding were according to the invention under Use of an additional wire according to the invention carried out, which in its interior nickel, chromium, Vanadium, molybdenum, chromium carbide, manganese iron and fluorspar (see Table 5).
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung auch möglich, einen aus Flußstahl hergestellten Elcktrodendr.aht zu verwenden, während ein rohrförmiger Zusatzdraht zugeführt wird, der in seinem Inneren eine Schweißmittelfüllung aufweist, die spezifische Legierungselemente enthält, oder einen Elektrodendraht zu verwenden, der spezifische Bestandteile enthält, während ein Zusatzdraht mit einer Schweißmittelfüllung zugeführt wird, die spezifische Legierungselemente enthält, um eine für Grundwerkstoffe jeder Art einschließlich legierten Stahls, wie rostfreier Stahl, Wolframstahl, Chrom-Molybdän-Stahl und Gußeisens passende Schweißung zu erhalten. Der Zusatzdraht kann von derselben Art wie der Grundwerkstoff sein.According to the present invention, it is also possible to weld an electric rod wire made from mild steel to be used while feeding a tubular filler wire inside it has a welding agent filling that contains specific alloying elements, or an electrode wire to use, which contains specific components, while a filler wire with a welding agent filling that contains specific alloying elements to one for base materials of any kind including alloy steel such as stainless steel, tungsten steel, chromium-molybdenum steel and to get cast iron matching weld. The filler wire can be of the same type as the base material be.
Gemäß dem Schweißverfahren der Erfindung wird die Desoxydierung deshalb vollständig durchgeführt, weil das Desoxydierungsmittel bei Zufuhr in nichtoxydiertem Zustand ist.According to the welding method of the invention, the deoxidation is therefore carried out completely, because the deoxidizer is in the non-oxidized state when it is supplied.
Im Gegensatz zu dem Stand der Technik, bei dem ein besonderer Elektrodendraht verwendet wurde, der in seinem Inneren eine beträchtliche Menge an Desoxydierungsmittel enthielt, um die unzureichende Desoxydierungswirkung auszugleichen, kann bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem ein schweißmittelgefüllter Zusatzstahldraht verwendet wird, ein Elektrodendraht aus gewöhnlichem Stahl mit zufriedenstellenden Ergebnissen verwendet werden.In contrast to the prior art, in which a special electrode wire was used, which contained a considerable amount of deoxidizing agent in its interior to make up for the inadequate To compensate for the deoxidizing effect, in the method according to the present invention, at which a welding agent-filled additional steel wire is used, an electrode wire made of ordinary Steel can be used with satisfactory results.
Ferner kann zusätzlich zu dem Desoxydierungsmittel eine angemessene Menge eines Legierungselementes wie Nickel, Chrom, Molybdän und Vanadium der Füllung eines erfindungsgemäßen Zusatzdrahtes hinzugefügt werden, um die chemische Zusammensetzung der zu erhaltenden Schweißung in gewünschter Weise zu beeinflussen. Demnach kann, wie in den vorstehenden Beispielen veranschaulicht, das Schweißen verschiedener Stahlarten mit hoher Zugfestigkeit in den Bereichen von z. B. 60, 70, 80 und 100 kg/mm2 und anderer Stahlsorten, die bei niedrigeren Temperaturen gebraucht werden, leicht durchgeführt werden. Außerdem können Auftragsschweißungen mit der erforderlichen Härte erhalten werden. Diese Ziele sind durch Verfahren gemäß dem Stand der Technik nicht erreicht worden.Furthermore, in addition to the deoxidizing agent, an appropriate amount of an alloying element such as nickel, chromium, molybdenum and vanadium can be added to the filling of a filler wire according to the invention in order to influence the chemical composition of the weld to be obtained in the desired manner. Thus, as illustrated in the above examples, welding of various types of steel with high tensile strength in the ranges of e.g. B. 60, 70, 80 and 100 kg / mm 2 and other types of steel that are needed at lower temperatures can easily be carried out. In addition, build-up welds with the required hardness can be obtained. These goals have not been achieved by prior art methods.
Ferner kann gemäß der Erfindung die innere Füllung des Zusatzdrahtes verschiedene Sorten von Schweißmitteln umfassen, so daß die Silikatkonzentration in dem Schlackenschmelzbad der Schweißung verringert wird. Daraus ergibt sich, daß der Betrag an reduziertem Silizium und nichtmetallischen Einschlüssen, der in die Schweißung gelangt, verringert und die Dehnbarkeit der Schweißung deshalb beträchtlich verbessert wird.Furthermore, according to the invention, the inner filling of the additional wire can be of various types Welding means include so that the silicate concentration in the molten slag pool of the weld is decreased. It follows that the amount of reduced silicon and non-metallic inclusions, which gets into the weld is reduced and the ductility of the weld is therefore considerable is improved.
Ferner schmilzt der erfindungsgemäße Zusatzdraht, da diesem kein Strom zugeführt wird, nur auf Grund der Hitze des Lichtbogens, der aus dem Kontakt des Elektrodendrahtes mit dem Grundwerkstoff entsteht, was dazu beiträgt, die Dichte des elektrischen Stromes zu verringern.Furthermore, since no current is supplied to it, the filler wire according to the invention melts only due to the reason the heat of the arc, which arises from the contact of the electrode wire with the base material, which helps to reduce the density of the electric current.
Demzufolge wird die Bildung dendritischer Strukturen, die eine Beeinträchtigung der Dehnbarkeit derAs a result, the formation of dendritic structures, which impair the ductility of the
Schweißung mit sich bringen würde, aufgehalten, die Schweißspannung wird verringert, die Zone, in der der Lichtbogen angreift, wird weniger brüchig oder geschwächt, die Bruchfestigkeit wird erheblich verbessert, und der Wirkungsgrad des Schweißens wird in weitem Maße erhöht wegen der Auftragung der metallischen Bestandteile des Zusatzdrahtes gemäß der Erfindung.Welding would bring with it, the welding voltage is reduced, the zone in which the arc attacks, becomes less brittle or weakened, the breaking strength is significantly improved, and the welding efficiency is greatly increased because of the application of the metallic components of the filler wire according to the invention.
der Schweißung in °/oChemical composition
of the weld in ° / o
in kg/cm2
bei 0° CImpact resistance
in kg / cm 2
at 0 ° C
Auftragungs
geschwindigkeitRatio of
Application
speed
0,63Mn 0,015 P
0,014 S 0,20 Cu
0,07 C 0,51Si
1,21Mn 0,02OP
0,022 S 0,18 Cu0.05 C 0.12 Si
0.63 Mn 0.015 P
0.014 S 0.20 Cu
0.07 C 0.51 Si
1.21Mn 0.02OP
0.022 S 0.18 Cu
dendritischer Kristalle
unbedeutend
Kristallkörner gröber; Bildung
dendritischer Kristalle
erheblichCrystal grains finer; education
dendritic crystals
insignificant
Crystal grains coarser; education
dendritic crystals
considerable
6,020.2
6.0
1,01.3 to 2.0
1.0
BekanntAccording to the invention
Known
der Schweißung in °/oChemical composition
of the weld in ° / o
in kg/cm2
bei 00CImpact resistance
in kg / cm 2
at 0 0 C
Auftragungs-
geschwindigke itRatio of
Application
speed
der Schweißung in °/oChemical composition
of the weld in ° / o
in kg/cm2
bei 0° CImpact resistance
in kg / cm 2
at 0 ° C
Auftragungs
geschwindigkeitRatio of
Application
speed
der Schweißung in °/oChemical composition
of the weld in ° / o
in kg/cm2
bei 0° CImpact resistance
in kg / cm 2
at 0 ° C
Auftragungs
geschwindigkeitRatio of
Application
speed
SchweißungVickers hardness of the
Welding
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1963
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