DE1565625C3

DE1565625C3 - Loses Flußmittel zum Einseiten-Iichtbogenschweißen von Stahlplatten-Stumpfstößen und Verfahren zur Anwendung des Flußmittels

Info

Publication number: DE1565625C3
Application number: DE1966K0059163
Authority: DE
Inventors: Masayasu Fujisawa Arikawa; Naoki Kamakura Kanagawa Okuda
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1966-05-04
Filing date: 1966-05-04
Publication date: 1980-04-10
Also published as: DE1565625B2; DE1565625A1

Description

Die Erfindung betrifft ein loses Flußmittel zum Einseiten-Lichtbogenschweißen von Stahlplatten-Stumpfstößen in Wannenlage mit einer genuteten Kupferschiene zur Schweißbadsicherung, wobei das Flußmittel wenigstens die Nut der Kupferschiene füllt,

W)

b^r>

sowie ein Verfahren zur Anwendung des Flußmittels.

Ein loses Flußmittel der eingangs genannten Art ist aus der Literaturstelle E. O. Pa to η »Automatische Lichtbogenschweißung«, Halle (Saale), 1958, S. 196 bis 201, oder aus der US-PS 2294650 bekannt. In der erstgenannten Literaturstelle enthält das dort beschriebene Flußmittel kein Eisenpulver, keine Schlakkenbildner und keine, Desoxidationsmittel. In der US-PS 2294650.sind·:keine näheren Angaben über die Zusammensetzung des Flußmittels gemacht.

Aus der US-PS 2331689 ist ein Flußmittel bekanntgeworden, das Eisenpulver enthält. Das Flußmittel wird hierbei als verdichtete Masse verwendet, was entweder durch Sintern oder durch Trocknen und Aushärten erzielt wird.

Schließlich ist es aus der CH-PS 417794 bekannt, die Wurzellage unter Schutzgas und die Füllagen unter Pulver zu schweißen.

Die beim Einseiten-Lichtbogenschweißen von Stahlplatten-Stumpfstößen in Wannenlage verwendete genutete Kupferschiene hat die Aufgabe, das beim Schweißen durchtropfende erschmolzene Metall in der Nut aufzunehmen, das dann eine Wurzellage der Schweißnaht bildet. Die hierbei erhaltene Schweißnaht ist im wesentlichen gleichmäßig. Nachteilig bei einem derartigen Schweißen ist die Kraterbildung an der Nahtstelle sowie die unzulängliche Verbindung des Metalls. Das in die Nut der Kupferschiene tropfende geschmolzene Metall fließt insbesondere in Elektrodenbewegungsrichtung, so daß es aufgrund der Temperaturunterschiede schnell zum Erstarren neigt und die Nut verstopft. Hierdurch verstärkt sich die Dicke der Schweißnaht. Das einmal in der Nut der Kupferschiene erstarrte Metall läßt sich auch bei anschließenden Schweißarbeiten nicht mehr erschmelzen, so daß die Güte der dann erstellten Schweißnähte unzulänglich wird.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein loses Flußmittel zu schaffen, das beim Einseiten-Lichtbogenschweißen mit einer genuteten Kupferschiene zur Schweißbadsicherung zuverlässig eine gleichmäßig ausgebildete Schweißnaht von qualitativ hochwertiger Güte ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein loses Flußmittel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Flußmittel körnig ist und neben K) bis 75 Gew.-% Eisenpulver außerdem als Schlackenbildner Oxide - wie SiO₂, CaO, Al₂O,, MgO, MnO, TiO₂-, Karbonate - wie CaCO₁, BaCO.,, MgCO.,- und Fluoride — wie CaF., — sowie Desoxidationsmittel — wie Al, Ti — enthält.

Durch das Eisenpulver im Flußmittel nach der Erfindung wird erreicht, daß die Metallschmelze selbst dann nicht zur Bildung von Kratern neigt, wenn zwischen der Kupferschiene und den Unterseiten der zu verschweißenden Werkstücke Zwischenräume vorhanden sind. Nach Maßgabe des Gehaltes an Eisenpulver im Flußmittel nach der Erfindung läßt sich die vom Flußmittel gebildete Schlackendicke regulieren. Hierdurch lassen sich Fehler von Schweißnähten, wie Lunkerbildungen und unzulängliche Schweißnahtdicke, ausschalten. Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen losen Flußmittels erstellte Schweißnaht ist somit gleichförmig und frei von Fehlstellen, so daß sie qualitativ hochwertig ist.

Wenn der Eisenpulvergehalt im Flußmittel kleiner als 10% ist, entsteht ein Schlackenüberschuß, so daß sich Lunker oder andere Einschlüsse bilden können.

Bei einem Gehalt an Eisenpulver von größer a)s 10% nimmt die Schlackendicke proportional ab, und gleichzeitig wird der Lichtbogen stabilisiert. Bei einem Eisenpulvergehait von mehr als 75 % hingegen leidet die Gleichförmigkeit der Schweißnaht und ihre Qualität verschlechtert sich. ;*'■·'; f ".".' .'/ZY" YY/\ Y/ "', Bevorzugte Zusammensetzungen des; losen Flußmittels nach der Erfindung sind in den Ansprüchen Γ

^gg^_{;i r::} ]JΥ.₆,„. ΥΙΥμΥΥΥΐΥ.< " 'Ein Verfahren ztiir Anwendung des Flußmittels fläch der Erfindung zeichnet ,sich dadurch aus, daß eine Wurzelläge durch eine Köhlendioxid-Schützg^sschweißüngmit einem ersten körnigen Flußrtiittel und die Füllagen durch eine verdeckte Lichtbogenschweißung* niit einem zweiten körnigen Flußmittel geschweißt Werden. Diese Verfahrensweise ermöglicht, daß sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der zu verbindenden Stahlplatten regelmäßig geformte und qualitativ hochwertige Schweißraupen ausgebildet werden.

Zweckmäßigerweise berühren sich die gegenüberliegenden Stahlplattenränder im unteren Teil; sie sind zur Bildung eines V-förmigen Spaltes angefast. Hierdurch wird erreicht, daß man durch entsprechende Wahl des Abstandes zwischen den beiden zu verbindenden Stahlplattenrändern und/oder durch die Dicke der Anfasung verschiedene Spaltformen in Verbindung mit der Kupferschiene herstelle- " ann, so daß sich verschiedenartig ausgeformte Scnweißnähte ohne spezielle zusätzliche Werkzeuge und ohne besondere Fachkenntnisse erstellen lassen.

Vorteilhafterweise sind sowohl die Nut in der Kupferschiene als auch der Spalt mit Flußmittel gefüllt. Zweckmäßigerweise weisen die körnigen Flußmittel verschiedene Zusammensetzungen auf, die in den Ansprüchen 7 und 8 wiedergegeben sind.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an Beispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Verfahrensweise zur Erstellung einer Schweißnaht in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine zweite Verfahrensweise zur Erstellung einer Schweißnaht in schematischer Darstellung,

Fig. 3 eine dritte Verfahrensweise zur Erstellung einer Schweißnaht in schematischer Darstellung, und

Fig. 4 eine Fig. 2 ähnliche Verfahrensweise in schematischer Darstellung, wobei sowohl die Nut in der Kupferschiene als auch der Spalt zwischen den zu verbindenden Stahlplattenrändern mit Flußmittel gefüllt sind.

In der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 sind die beiden einander gegenüberliegenden Stahlplattenränder 5 der zu verbindenden Stahlplatten 4 angefast und so über der mit Flußmittel 3 gefüllten Nut 2 einer Kupferschiene 1 angeordnet, daß die Stahlplattenränder 5 direkt aneinander anstoßen und die Verbindungsstelle der Stahlplatten genau über der Nut 2 der Kupferschiene 1 liegt. Die beiden Anfasungen an den Stahlplattenrändern 5 bilden in Verbindung miteinander einen V-förmigen Spalt 6.

In Fig. 2 hingegen sind die beiden zu verbindenden Plattenränder 5 nicht angefast und die beiden Stahlplatten 4 sind so in einem Abstand zueinander angeordnet, daß sich dazwischen ein Spalt 6 bildet. Die Nut 2 in der Kupferschiene 1 ist zu diesem Spalt ausgerichtet, so daß man eine Schweißnaht mit einem I-förmigen Querschnitt erhält.

In Abwandlung zu Fjg._s l.sind bei der Verfahrensweise nach Fig. 3 die angefasten Plattenränder 5 wie in Fig. 2 in einem Abstand zueinander angeordnet und unterhalb desso gebildeten Y-fÖrniigen Spaltes_;6 ist.die Kupferschiene"1 niit-'"ihrer'Nut 2 angeordnet, dieVmirFlUßmltt^

Bei aerlAusfuhXungsipTO^riHch^Flg^VSirid iii..^|b-

Spalt 6. rnit 'einem

Fjußrnittel; 7alsauch^i^u^^^p^^^ ι ο mit einem JFliißimittel, 3 "gef üllt,. ^jHeii iiüsf ührungsformeiidieser;^ejrfahrensweisen" ist gemeinsam, 'daß der zwischen den"',Slähipiattejiraridefi>;5.. gebildete Spalt 6 genau mittig ,über der Nut 2 der darunterliegenden Kupferschiene 1 liegt. Zum" Verschweißen kann ein in den Spalt 0 ,von. oben, einzuführender, durchjriertes Gas oder durch kohlendioxid geschützter pder auch ein ungeschützter Lichtbogen verwendet werden.

Anhand von Beispielen wird das lose Flußmittel in Verbindung mit dem Verfahren zur Anwendung desselben" näher erläutert. Alle Prozentangaben verstehen sich in Gewichtsprozenten.

Beispiel 1

Zwei Stahlplatten mit einer Dicke von jeweils 12 mm wurden in einem Abstand so angeordnet, daß ihre einander zugewandt liegenden Ränder einen I-förmigen Spalt mit einer Breite von 7 mm bildeten. Darauf wurde unter die Stahlplatten eine Kupfer-

Jd schiene mit einer 14 mm breiten und 3 mm tiefen Nut mit einem Radius von 9 mm derart gelegt, daß der Spalt genau fluchtend über der Nut der Kupferschiene lag. Dann wurden der Spalt und die Nut mit Flußmittel gefüllt. Das Flußmittel enthielt 20% MgO, 9% CaO, 10% Al₂O₃, 5% SiO₂, 4% CaF₂, 2% Na₂O, 46% Eisenpulver und 4% Desoxidationsmittel. Es wurde eine Schutzgasschweißung unter folgenden Bedingungen vorgenommen: Strom 900 A, Spannung 33 V, Schweißgeschwindigkeit 35 cm/min und Elektrodendurchmesser 6,4 mm. Dabei ergab sich, daß ein Fließen der Metallschmelze in der Nut der Kupferschiene in Richtung der Schweißbewegung der Elektrode längs der Schweißnaht vermieden wurde, daß die geriffelte Wurzellage der Schweißnaht auf dem Grund des Spaltes ein ansprechendes Aussehen hatte und mit einer Schlackenschicht von ausreichender Dicke überzogen war, daß weder Schweißraupen noch Fehlstellen vorhanden waren und daß die Metallverbindung exakt war.

Beispiel 2

Zwei Stahlplatten mit einer Dicke von jeweils 25 mm wurden derart angeordnet, daß ihre einander zugewandt liegenden Ränder einen I-förmigen Spalt mit einer Breite von 9 mm bildeten. Unter diese Stahlplatten wurde die Kupferschiene gelegt, die identisch wie bei Beispiel 1 ausgebildet war. Der Spalt und die Nut in der Kupferschiene wurden mit Flußmittel gefüllt. Das Flußmittel hatte eine Zusammen-

bo setzung von 23% SiO₂, 13% Al₂O₃, 7% CaO, 15% MgO, 3% CaF₂, 5% CaCO₃, 3% Na₂O, 25% Eisenpulver und 6% Desoxidationsmittel. Eine Schutzgaslichtbogenschweißung wurde unter folgenden' Schweißbedingungen durchgeführt: Strom 1300 A, Spannung 33 V, Schweißgeschwindigkeit 22 cm/min und Elektrodendurchmesser 6,4 mm. Das hierbei erhaltene Resultat entsprach den Ergebnissen von Beispiel 1.

5
Beispiel 3

Zwei Stahlplatten mit einer Dicke von jeweils 32 mm und einer Anf asung an den Rändern von 5 mm wurden so aneinandergelegt, daß die gegenüberliegenden angef asten Ränder einen Y-förmigen Spalt mit einem Winkel von 70° bildeten. Unter die Verbindungsstelle wurde eine Kupferschiene gelegt, die identisch wie in den Beispielen 1 und 2 ausgebildet war. Die Nut der Kupferschiene wurde Vor dem Auflegen der Stahlplatten mit Flußmittel gefüllt. Das Flußmittel hatte eine Zusammensetzung von 16% SiO₂,7% CaO, 1 % Al₂O₃,3% MgO, 2% Na₂O, 68% Eisenpulver und 3% Desoxidationsmittel. Zuerst wurde eine Schutzgas-Lichtbogenschweißung unter Verwendung von Kohlendioxid mit folgenden Bedingungen durchgeführt: Durchsatz von Kohlendioxid 20 l/min, Strom 700 A, Spannung 44 V, Schweißgeschwindigkeit 25 cm/min und Elektrodendurchmesser 20 mm. Hierbei wurde eine Wurzellage mit einer Dicke von etwa 10 mm erstellt. Daran schloß sich eine Lichtbogenschweißung unter Verwendung eines weiteren Flußmittels an. Dieses Flußmittel hatte eine Zusammensetzung von 35% MgO, 12%CaO, 12% SiO₂, 5% MnO, 11% CaCO₃, 7% CaF₂, 4% Na₂O und 5% Desoxidationsmittel. Die Bedingungen, unter denen eine . zweite Lichtbogenschweißung vorgenommen wurde, waren folgende: Strom 1350 A, Spannung 38 V, Schweißgeschwindigkeit 18 cm/min und Elektrodendurchmesser 6,4 mm. Nach der Durchführung beider Schweißvorgänge erhielt man eine Metallverbindung, deren Naht sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite sowie in der Umgebung der Schweißnaht ein ansprechendes Aussehen hatte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Loses Flußmittel zum Einseiten-Lichtbogenschweißen von Stahlplatten-Stumpfstößen in Wannenlage mit einer genuteten Kupferschiene zur Schweißbadsicherung, wobei das Flußmittel wenigstens die Nut der Kupferschiene füllt, dadurch gekennzeichnet,daß das Flußmittel (3) körnig ist und neben 10 bis 75 Gew.-% Eisenpul- ^l( ver außerdem als Schlackenbildner Oxide - wie SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO, MnO, TiO₂ -, Karbonate - wie CaCO₃, BaCO₃, MgCO₃ - und Fluoride wie CaF₂ - sowie Desoxidationsmittel - wie AI, Ti - enthält. ⁿ

2. Loses Flußmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel (3) in Gewichtsprozenten zusammengesetzt ist aus: 23% SiO₂, 7% CaO, 13% AI₂O₃, 15% MgO, 3% CaF₂, 5% CaCO₃,3% Na₂O, 25% Eisenpulver und 6% -'" eines Desoxidationsmittels.

3. Loses Flußmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel (3) in Gewichtsprozenten zusammengesetzt ist aus: 5% SiO₂, 10% Al₂O₃, 9% CaO, 20% MgO, 4% CaF₂, -·> 2% Na₂O, 46% Eisenpulver und 4% eines Desoxidationsmittels.

4. Verfahren zur Anwendung des Flußmittels nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wurzellage durch eine Kohlendioxidschutz- >" gasschweißung mit einem ersten körnigen Flußmittel (3) und die Füllagen durch eine verdeckte Lichtbogenschweißung mit einem zweiten körnigen Flußmittel (7) geschweißt werden.

5. Verfahren zur Anwendung des Flußmittels '>'' nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die gegenüberliegenden Stahlplattenränder (5) im unteren Teil berühren und zur Bildung eines V-förmigen Spaltes (6) angefast sind. ■»

6. Verfahren zur Anwendung des Flußmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem bis zur Nut der Kupferschiene durchgehenden Spalt zwischen den Stahlplattenrändern, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Nut (2) der Kupferschiene (1) als auch der Spalt (6) mit Flußmittel (3, 7) gefüllt sind.

7. Verfahren zur Anwendung des Flußmittels nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flußmittel (3) in Gewichtsprozenten zusammengesetzt ist aus: 16% SiO₂, 7% CaO, 1% AI₂O₃,3 % MgO, 2% Na₂0,68 % Eisenpulver und 3% eines Desoxidationsmittels.

8. Verfahren zur Anwendung des Flußmittels nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flußmittel (7) in Gewichtsprozenten zusammengesetzt ist aus: 35% MgO, 12% CaO, 21 % SiO₂,5% MnO, 11 % CaCO₃, 7% CaF₂, 4%

₂₃
Na₂O und 5% eines Desoxidationsmittels.

■I")