DE2033841A1 - Geschweißte Gegenstande und Schweiß material zu deren Erzeugung - Google Patents
Geschweißte Gegenstande und Schweiß material zu deren ErzeugungInfo
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Description
B 1386
Gebr. Bohler * Co. Aktiengesellschaft in Wien
Geschweißte Gegenstände und Schweißmaterial
zu deren Erzeugung
Die Erfindung "betrifft geschweißte Gegenstände aus kalt zähem '
Stahl, insbesondere 9 #-igem Nickelstahl mit einer durch Lichtbogenschweißung erzeugten Schweißablagerung sowie das Schweiß-·
material zur Herstellung 4er Schweißungen·
Die rasche Entwicklung der Kältetechnik in ihren vielfältigen Anwendungsarten, im besonderen die Herstellung, Lagerung und
der Transport von Flüssiggasen bedingt einen immer stärkeren Einsatz kaltzäher Stähle, für den Temperaturbereich unter
- 100 C insbesondere von 9 #-igem Nickelstahl. Pur das Schweißen
dieser Stähle sind vor allem hochnickelhaltige Zusatzwerkstoffe mit 12 - 20 # Cr und anderen Legierungszusätzen gebräuchlich*
Abgesehen vom hohen Preis weisen diese Zusatzwerkstoffe den
Fachteil minderer Schweißbarkeit nebst einer gewissen Riß«
empfindlichkeit unter dem Einfluß von Schrumpfspannungen auf,
so daß ihre Anwendung große Anforderungen an die Geschicklichkeit
des Schweißers stellt«
Es hat auch nicht an Versuchen gefehlt, für diesen Zweck entsprechende
austenitische Zusatzwerkstoffe z.B. vom Typ 25/20 CrKi, 18/8/6 CrNiMn, 16/13/7/3 CrNiMnW u.a. zu entwickeln,
doch zeigen alle diese Schweißwerkstoffe den Nachteil, daß zwar die Zähigkeit des reinen Schweißgutes (gemessen bei - 20O0C)
ausreicht, daß aber die Streckgrenze (gemessen bei Raumtemperatur) beträchtlich unter dem Wert des Grundwerkstoffes liegt,
BAD
0Ö9886/U80
203394t
- Z ■- ■ B 1386
so daß sich für den Konstrukteur der Zwang zur Überdimensionie»-
rung ergibt,
Aufgabe der vorliegenden Erfindung- ist es daher, die Schweißung
kaltzäher Grundwerkstoffe, insbesondere von 9 ji-o-gem Nickelstahl
in der V/eise au verbessern, daß ein warmrißsicheres und porenfreies
Schweißgut mit guter Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen, aber wesentlich verbesserter Streckgrenze erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei geschweißten
Gegenständen aus kaltzähem Stahl, insbesondere 9 ji-igem
Nickelstahl die abgelagerte Legierung bis 0,2 # C, 5 - 30$>
Cr, 5 - 30 Ji Hi, 6 - 6o 0 Go, bis 12 ji Mn, bis 0,65 f>
Si, bis 3,5 ~j> Mo, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, enthält»
Pur die abgelagerte Schweißlegierung, die gegebenenfalls zusätzlich
5 - 15 $> W enthalten kann, wird gemäß einem weiteren Kennzeichen
der Erfindung ein Gehalt von bis 0,12 $ G, 5 - 20 % Cr,
5 - 25 i> M, 9 - 45 H Co, 2,5 - 12 $>
Mn, bis 0,45 $ Si, bis 2,2 # Mo und 6 - 13 # W, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen,
bevorzugt.
Besonders gute Schweißergebnisse v/erden erfindungsgemäß erzielt^
wenn die abgelagerte Legierung bis 0,08 $ C, bis 0,25 $ Si,
12 - 18 $> Cr, 7 - 15 $>
ITi, 9 - 32 -Ji Co, 4 - 12 % Kn, 1,5 - 2,0 %
Mo und 8 - 12 # W, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen,
enthält·
Abscheidungen der genannten Zusammensetzungen können durch lichtbogenschweißen mit ummantelten Elektroden, durch Schweißen mit
Schutzgas oder verdecktem Bogen und einer blanken Metallelektrode bzw. einem entsprechenden Fülldraht ohne Vorwärmung der zu
verschweißenden Teile erhalten werden.
Die Erfindung umfaßt auch das Schweißmaterial zur Erzeugung der Schweißablagerungen bei den Gegenständen aus kaltzähem Stahl,
insbesondere 9 $-igem nickelstahl, und schreibt dafür vor, daß
es bis 0,2 i» C in gelöster Form, als Grafit, als Ferrolegierung
oder als Karbid, 5 - 30 $ Or, 5 - 30 % Ii, 6 - 60 j£ Go, bis 12 #
Mn, bis 3,5 # Mo und gegebenenfalls 5 - 15 Jf ¥, Rest Eisen
und unvermeidliche Verunreinigungen, enthält·
ORIGINAL
009886/1480
- 3 - B 1386
Liegt das Material in Form einer Mantelelektrode vor, dann ist
deren Kerndraht vorteilhaft aus einer legierung innerhalb der
angeführten Bereiche gebildet, während der Flußmitteltiberzug
25 - 50 ji Kalzium-, Strontium- und/oder Bariumkarbonat, 5 - 50 Ji
Flußspat oder Kryolith, 2 - 15 Ji Desoxydationsmittel wie Ferrosilizium,
Ferromangan oder dergleichen und gegebenenfalls bis 45 3* Titandioxyd enthält.
Erfindungsgemäß werden für das Schweißen mit Gleich- bzw, Wechselstrom
verschiedene Hantelelektroden vorgeschlagen, nämlich für das Schweißen mit Gleichstrom eine kalkbasische Elektrode,
bei der der Flußmitteltiberzug 30 - 50 % Kalkspat (CaCO5),. 30 50
# Flußspat (CaF2) und 5 - 15 f>
Desoxydationsmittel, ins- % besondere FerroSilizium, enthält·
Für das Schweißen mit Gleich- und Wechselstrom soll hingegen der Flußmittelüberzug 15 - 35 * Kalkspat, 4 - 10 Ji Flußspat,
35 - 45 # Titandioxyd (Rutil), 5 - 25 * mineralische Silikate,
insbesondere Aluminiumsilikat bzw. Bentonit und 5 - 15 i>
Desoxydationsmittel enthalten·
Zu betonen ist, daß der Flußmittelüberzug auch Legierungszusätze,
z.B. Kobaltpulver in einer Menge enthalten kann, die im wesentlichen
dem verminderten Anteil davon im Kerndraht entspricht· Als Bindemittel für den Flußmittelüberzug werden bevorzugt solche vom
Silikattyp, d.h. wässerige Lösungen von Natrium- und/oder Kalium- ^
silikat, gegebenenfalls in Kombination mit geringen sonstigen Zusätzen, wie Preßhilfsmitteln od.dgl. angewendet·
Es liegt selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung, daß das Schweißmaterial in Form eines Blankdrahtes oder Bandes vorliegt
und bis 0,20 + C, 5 - 30 * Cr, 5 - 30 * Hi, 6 - 6Q # Co,
bis 12 i» Mn, bis 3,5 + Mo und gegebenenfalls 5 - 15 % W, Rest
Eieen und unvermeidliche Verunreinigungen, enthält,
-Bas erfindungsgemäße Schweißmaterial kann aber auch in Form eines
Fülldrahtes vorliegen, wobei die Füllmasse schlackenbildende Be- ·
standteile und Legierungsbestandteile, insbesondere Kobaltpulver,
enthält» .
1 BAD ORIGINAL
000886/1480
Erwähnt sei, daß sich alle genannten Prozentsätze auf das Ge wicht "beziehen und daß die unvermeidlichen Verunreinigungen ,
an P und S in der abgelagerten Legierung weniger als 0,025 $>
betragen sollen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand mehrerer Beispiele näher erläutert: .
Bei Blechproben der Stärke 16 mm aus 9 #-igem Nickelstahl der
Zusammensetzung:
C ' Si Mn Ni Mo Al 0,07 .0,29 0,41 9,1 0,04 0,016 j,
wurde eine V-Naht mit dem Öffnungswinkel 70° und einem 2 mm
hohen Steg vorbereitet und die Teile mit einer erfindungsgemäßen Mantelelektrode (Kerndrahtdurchmesser: 4 mm, Elektrodendurchmesser:
6,4 mm) mit Wechselstrom (145 A, 26 V) in 10 Lagen verschweißt. Der Kerndraht hatte folgende Zusammensetzung:
C Si Mn Cr Ni Co W 0,11 0,32 1,30 20,0 10,1 37,2 9,75 $
Der Flußmitteltiberzug der Elektrode enthielt:
14,6 Jt Kalkspat
6.2 i» Flußspat
37,5 Ji Rutil
15,4 Ji Alusilikat
37,5 Ji Rutil
15,4 Ji Alusilikat
9.3 Ji FeMo
6,2 Ji Mn-metall
Rest: Preßhilf-smittel und festes Ha-4iae^rglas
über die chemische Zusammensetzung mnd die mechanischen Werte des
abgelagerten Schweißgutes, das eich als riS- und porsnfrei erwies,
gibt die folgende Tabelle Auskunft!
Tabelle^I^ ' - . ■
Zusammensetzung des Sehweißgiitees .
«■MMMMMMWarMWaaiBMMWHlWWIMMnaBMMIMIlBtSiinaildBVBm
C Si Mn Or Mo ITi δο W . ' -
0,10 0,46 2,08 17,64 2^02 9,13 33^56 8,67
BAD
-5 - B^ 1586
Mechanische Werte:
Härte
Härte
arte HB 10 Streckgr· Zugfestgk. Kerbachlagzähigk. Oharpv-Y (kpm)
kp/mm2 kp/mm2 kp/mm2 Rt 120 G) - 196 C
^^^ MM MM ^Mf ^MV W flMi MVi^MIMM MWflK Me1M^i ^Mi MJw-4Mv 4M MM^ MM Wv M^^Μβτ ^VM "BWβββWIB fl|p ViV4^vββίMPWVHÜVVV MW ββΒ ^MB VMi βΒΒβΒΡ MHp MHV^BpMMVMV βββ WBMMM ^HlfllVMlBeByfll^flM^^HB'tfNWMPi^Bt WBfBM 4I^ *V^4HB
185 62,5 79,2 11,5 12,1 7,0 7,1
15,7 14,2 7,8 9,0
Zum Vergleich seien Werte angeführt, die sich bei einer größeren
Zahl analog durchgeführter Schweißproben unter Terwendung von a2_hochnickelhaltigen<_Mantelelektroden
(Schweißguts 0,04 $ G, 0,2 $ Si, 1,6 $ Mn, 15,2 $ Or
8,2 $ Pe, 1,0 Ji Mo, 2,2 Ji Nb, Rest Ni) und
(vom Typ 16/13/7/5 CrNiMnW) ergaben^
TabelleJCl£ *
Streckgr. Zugfestgk· Kerbschlagzähiglc. OVN (kpm)
^eZssE 1£eZ552 . -S^HSiSSEi— Z_.!2§°2 ,-«
Ni-Basis-Elektr, 42-47 67-72 10-11 6-9
Die Versuche wurden in analoger Weise wie im Beispiel 1 mit dem
Unterschied durchgeführt, daß mit Gleichstrom geschweißt und
als Schweißmaterial eine mit Bezug auf den Kobaltanteil hüllenlegierte Elektrode verwendet wurde, wie folgt:
C Si Mn Or Ni Mo 0,026 0,33 4,83 17,97 15,54 0,01 1>
- £ - , B 1386
| 17,7 | Jl Kalkspat |
| 27,8 | " Flußspat' |
| 7,1 | • MnTmet*plv. |
| 0,89 | " Pe-Si |
| 2,36 | n Pe-Cr |
| 5,3 | " Pe-Mo |
| 1,77 | n Bentonit |
| 0,59 | " Pe-Ti |
| 29,6 | " Co-rmet.plv, |
| 0,59 | B Preßhilfsmittel |
| Rest | festes Wasserglas |
Zusammensetzung_des_Schweißgutes£
C Si Mn Cr Mo Ni Oo
0,06 0,17 5,12 15,48 1,69 13,01 11,16
Mechanische_Werte£ ■ '
Härte HB 10 Streckgr» Zugfestgk· Kerbsclilagzäh4gte· Cliarpy-Y (kpm)
kp/mm2 kp/mm2 kp/mm2 RT ö «· 196 C
179 68,2 74,1
| 10 | ,4 | 10 | ,9 | 5, | 2 | 5 | ,6 |
| 10 | f? | 11 | ,5 | 5, | 7 | 6 | ,3 |
Die bei diesem Beispiel unter sonst gleichen Bedingungen verwendet·,
Jfeotelelektrode hatte die
C Si Mn Cr Ni 0,017 0,23 1,77 20,09 10,47
^S88S/Uii
| Die Hülle enthielt; | Jt Rutil | Cr Mo Ni Co | 69,1 7,3 7,5 | ,69 - | 4,8 |
| 24,3 | " Flußspat | 14,60 1,75 8,9 11 | 7,5 7,6 | 4,5 | |
| 4,3 | "■ Kalkspat | Härte HB 10 Strecker- Zußfestißk. Kerbschlagzähißk. | |||
| 17,1 | « Kalifeldspat | -_£eZs22____Jc2£252__ liJlLwnL 52LI-2- | |||
| 1,45 | " Bentonit | 180 64,2 | |||
| 2,86 | " Preßmittel | ||||
| 0,72 | ." Mn-rmet.plv· | Beis2iel4: | |||
| 8,6 | " FerMo | ||||
| 6,45 | " Co-met#plv· | ||||
| 28,5 | festes Wasserglas | ||||
| Rest | Zusammensetzung^des^Schweißgutes^ | ||||
| C Si Mn | |||||
| 0,028 0,23 1,87 | |||||
| Charpy-V (kpm) | |||||
| 3,8 | |||||
| 4,2 | |||||
Bei diesem Beispiel wurden die Blechstücke aus 9 jt-igem Hickeletahl
mit einem stromführenden Blankdraht von 0,8 mm Durchmesser unter Argon («MIO-Kurelichtbogenschweißung) verschweißt.
Die chemische Zusammensetzung des Drahtes, die in diesem Falle
praktisch mit der Schweißgutzusammensetzung übereinstimmt, war wir folgtt
iusa^ensetzung^des^Blankdrahtes^
C Si Mn Cr Mo Ni Co
0,11 0,25 4,2 16,3 1,65 16,2 16,0
009886/1480
- 8 - · B 1386
Mechanische_Eigenschafteh__des_Sohweißgutes£
Härte HB 10 Streckgr, Zugfestgk. Kerbschlagzahigk. Gharpy-V(kpm)
kp/mm2 kp/mm2 kp/mm2 KÜT^C "" - 196 G
180 60,9 76,3 11,5 12,3 7,2 7,6 ·
12,9 13,6 8,1 8,5
Beisüiel_5£
In diesem Falle wurden die Proben mit einem Fülldraht (Außendurchmesser
3,25 mm, Innenduchmesser 1,80 ram) verschweißt, der aus einem Metallmantel und einer aus 5 $>
Kalziumkarbonat, 5 # Kalziumfluorid und 90 i» Kobaltpulver bestehenden Füllmasse ge-,
bildet war. Der Metallmantel enthielt 0,03 $ C, 0,3 $>
Si, 1,5 1» Mn, 18,1*Cr, 10,2 # Ni und 1,7 % Mo, Rest Bisen.
Der öffnungswinkel bei der V-Naht-Vorbereitung betrug 60°, wobei
wie bei den anderen Proben 2 mm Steghöhe vorgesehen wurden. Die Wurzellage der Verbindungsschweißung wurde mit Handelektroden
(Kerndrahtdurchmesser 3,25 mm) entsprechend dem Beispiel 2 gebildet
und sodann die Füllagen automatisch nach dem UP-Verfahren
unter Verwendung des Fülldrahtes mit nur 4 Lagen aufgebaut* .
Schweißdaten:
| Stromstärke | 350 | - 400 A |
| Schweißspannung | 30 | V |
| Schweißgeschwindigkeit | 50 ei flau |
cm/min Ivers s |
| 25 Jt SiO2 | ||
| 25 " CaO | ||
| 20 " CaF2 | ||
| 4 " Fe2O3 | ||
| 10 " ZrO2 |
Rest metall· Bestandteile, insbesondere Mn und
££33841
TabelleJTIν
C Si Mn Cr Ni Mo Co • 0,08 0,21 1,8 , 17,2 12,1 1,64 9,82
rte HB 10 Streckgr. Zugfestgk. Kerbschlagzähigk. Charpy-Y (kpm)
kp/mm2 kp/mm2 kp/mm2 RT (20° C) - 196 C
180 63,3 69,7 9,4 9,8 4,9 5,3
9,6 -9,8 5,5 6,0 I
009886/1480
Claims (11)
1. Geschweißte Gegenstände aus kaltzähem Stahl, insbesondere-9#-igem
Nickelstahl, mit einer durch Lichtbogenschweißung erzeugten Schweißablagerung aus einer Ni-Or-Fe-Legierung, dadurch
gekennzeichnet , daß die abgelagerte Legierung bis 0,2 i» C, 5 - 30 $ Cr, 5 - 30 $ Ni, 6 - 60 £ Co, bis 12 $ Mn,
bis 0,65 i> Si, bis 3,5 # Mo, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen,
enthält·
2. Geschweißte Gegenstände nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent,
daß die abgelagerte Legierung zusätzlich 5 - 15 3& W
enthält.
3. Geschweißte Gegenstände nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die abgelagerte Legierung bis 0,12 i» C8 5 - 20 $>
Cr, 5 - 25 # Ni, 9 - 45 i> Co, 2,5 -12 J* Mn, bis 0,45 * Si,
bis 2,2 Jt Mo und 6 - 13 # W, Rest Bisen und unvermeidliche Verunreinigungen,
enthält.
4. Geschweißte Gegenstände nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgelagerte Legierung bis 0f08 $>
C, bis 0,25 $ Si, 12 - 18 36 Cr, 7 - 15 % Ni, 9 - 32 # Go,
4 - 12 Si Mh, 1,5 - 2,0 $ Mo und 8 - 12 56 ¥, Rest Eisen und
unvermeidliche Verunreinigungen, enthält.
5. Schweißmaterial zur Erzeugung von Gegenständen nach den
Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß es bis 0,2 £ C in gelöster Form, als Grafit, als !Ferrolegierung oder als Karbid,
5 - 30 £ Cr, 5 - 30 # Ni, 6 - 60 fi Co, bis 12 Ji .!to, Ms 3,5 # Mo
und gegebenenfalls 5 - 15 # W, Rest Eisen und unvermeidliche =
Verunreinigungen, enthält»
6. Schweißmaterial nach Anspruch 5, dadur©li gekennzeichnet,
daß das Material in Form einer Mantel elektrode vorliegt, deren"
Kerndraht aus einer Legierung nach Anspruch 5 'bestellt und deren
flußmittelüberzug
25 - 50 $ Kalzium-, Strontium-und/oder Bariumkarbonat
5 - 50 Jt Kalziumfluorid oder Kryolith
2 - 15 # Desoxydationsmittel, wie Ferrosiliziuin und Ferro-
mangan od.dgl. ·
bis 45 # Titandioxyd
enthält.
enthält.
7. Schweißmaterial nach Anspruch 6, bevorzugt für das
Schweißen mit Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußmittelüberzug
30 - 50 56 Kalkspat
30 - 50 % Flußspat und
5 - 15 % Desoxydatiohsmittel, insbesondere
Ferrosilizium
enthält. i
enthält. i
8. Schweißmaterial nach Anspruch 6 für das Schweißen mit
Gleich- und Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der 'Flußmittelü^erztig
15 - 35 i» Kalkspat
A - 10 Jt Flußspat '
35 _ 45 % Titandioxyd
5 -.'25 i> Aluminiumsilikat bzw. Bentonit und
5 - 15 Jt Depoxydationsmittel
enthält. .
enthält. .
9. Schweißmaterial nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußmitteltiberzug. Legierungszusätze, z.B.
Kobaltpulver, in einer Menge enthält, die im wesentlichen dem verminderten Anteil davon im Kerndraht entspricht»
10. Schweißmaterial nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,
daß es in Form eines Blankdrahtes oder Bandes vorliegt und bis 0,20 Jt C, 5 - 30 Jt Cr, 5 - 30 Jt Ni, 6 - 60 * Co, bis 12 * Mn, bis
3,5 f> Mo und gegebenenfalls 5-15 1>
W, Rest Eisen und unvermeidliche Verunretiigungen, enthält.
BAD ORIGINAL
009886/1480
11. Schv/eißmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
d^ß es in Form eines Pülldrahtes vorliegt, wobei die
i'üllmasse schlackenbildnde Bestandteile und Legierungsbestandti?:]p,
inßb«nonrlere Oo-Pulver, enthält.
ebr. Böhler*Co.
Aktiengesellschaft Patentbüro,
BAD ORIGINAL
009886/1480
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