DE2556139A1

DE2556139A1 - Schweissverfahren, abschmelzende elektrode zur durchfuehrung des verfahrens sowie stahllegierung zur herstellung der elektrode

Info

Publication number: DE2556139A1
Application number: DE19752556139
Authority: DE
Inventors: Philip Robert Kirkwood
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel PLC
Priority date: 1974-12-12
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1976-06-16
Also published as: FR2294240A2; NL182782C; DE2556139C2; IE42201L; IE42201B1; NL182782B; SE7513976L; NO141636B; JPS51108645A; IT1055714B; GB1532217A; NO141636C; BE836560R; FR2294240B2; NO754217L; SE423336B; NL7514410A

Description

British Steel Corporation London, England

Schweißverfahren, abschmelzende Elektrode zur Durchführung des Verfahrens sowie Stahllegierung zur Herstellung der

Elektrode

Die Erfindung bezieht sich auf Schweißen, insbesondere Schweißen mit verdecktem Lichtbogen und auf ähnliche Schweißtechniken sowie auf eine Stahllegierung, die zur Verwendung als abschmelzende Elektrode in Schweißverfahren geeignet ist.

In der deutschen Patentschrift (deutsche Patentanmeldung P P 24 39 862.7) ist eine Stahllegierung beschrieben, die für eine abschmelzende Schweißelektrode geeignet ist, und die einen niedrigen Kohlenstoff- und Siliziumanteil aufweist und Titan, Bor und Molybdän als wesentliche Bestandteile enthält. Diese Stahllegierung hat die folgende prozentuale Zusammensetzung:

Kohlenstoff

Mangan

Silizium

Molybdän

Aluminium

Titan

Bor

Schwefel und Phosphor

Eisen und zufällige Verunreinigungen

- 0,15 % maximal

- 0,5 bis 1,5 %

- 0,03 bis 0,10 %

- 0,2 bis 0,6 %

- 0,05 maximum

- 0,03 bis 0,05 %

- 0,002 bis 0,008 %

- jeweils 0,04 % maximal

- Rest.

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Erfindungsgemäß wurde nunmehr festgestellt, daß eine zur Verwendung für eine abschmelzende Elektrode geeignete Stahllegierung hergestellt werden kann, bei der es nicht erforderlich ist, daß Molybdän mit 0,2 % oder mehr vorhanden ist, die jedoch im übrigen von ihrer Zusammensetzung her ähnlich ist.

Erfindungsgemäß wird eine Stahllegierung mit angenähert der folgenden prozentualen Zusammensetzung geschaffen, obwohl selbstverständlich die angegebenen Bereiche in einigen Fällen erweitert werden können;

Kohlenstoff - 0,15 maximum, vorzugsweise 0,10 % maximum

Mangan -* 0,5 bis 1,5 %

Silizium - 0,03 bis 0,10 %

Molybdän - weniger als 0,2 %

Aluminium - 0,05 maximum

Titan - 0,03 bis 0,05

Bor - 0,002 bis 0,008

Schwefel und

Phosphor - jeweils 0,04 maximum, vorzugsweise 0,03

maximum

Eisen und zufällige Verunreinigungen - Rest.

Die Menge des vorhandenen Mangans wird entsprechend der gewünschten Festigkeit des endgültigen Schweißmetalls gewählt.

Das Aluminium ist lediglich auf Grund seiner Verwendung als deoxydierendes Mittel beim Stahlherstellungsverfahren vorhanden. Es ist aus diesem Grund normalerweise in einer Menge von zumindest 0,02 $ vorhanden. Es wurde jedoch festgestellt, daß ein Aluminiumanteil unterhalb von 0,025 % und insbesondere von 0,02 % und weniger bessere Schweißeigenschaften ergibt.

Der Titananteil ist sehr bedeutsam, weil er eine zusätzliche Deoxydation des Schweiß-Schmelzbades ergibt, die Bildung von

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kleineren körnigen Einschlüssen fördert und das vorhandene Bor gegen die Wirkung von Sauerstoff und Stickstoff schützt.

Eine gewisse Menge des Bors muß unkorabiniert vorhanden sein. Es ist vorzuziehen, daß das unkombinierte oder freie Bor in einer Menge von zumindest 0,0002 % vorhanden ist. Die tatsächliche minimale Menge des gesamten Bors, das in der Stahllegierung vorhanden sein muß, wird daher von der Menge abhängen, die mit Sauerstoff und Stickstoff kombiniert sein wird, es sei jedoch bemerkt, daß eine minimale Menge von 0,002 # Bor üblicherweise zur Folge hat, daß eine ausreichende freie Bormenge in der Stahllegierung verbleibt. Entsprechend sind niedrige Werte von Sauerstoff und Stickstoff in dem Stahl erstrebenswert.

Die Art des Verfahrens zur Herstellung des Stahls wird als nicht wichtig betrachtet. Es ist vorzuziehen, eine Stahllegierung herzustellen, in der Aluminium, Titan und Bor fehlen, und diese Elemente darauffolgend in dieser Reihenfolge hinzuzufügen. Der Stahl wird beruhigt oder deoxydiert, insbesondere mit Hilfe des Aluminiums, das Titan kann einen großen Teil irgendeines Restsauerstoffs entfernen und Bor wird abschließend hinzugefügt.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine abschmelzende Schweißelektrode in Form eines Drahtes oder Stabes geschaffen, der aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung hergestellt ist und vorzugsweise mit einem dünnen KüpferÜberzug versehen ist. Die abschmelzende Elektrode in Form eines Drahtes oder Stabes kann in zweckmäßiger Weise an den Verarbeitungsplatz gebracht werden. Der Kupferüberzug verbessert den elektrischen Kontakt zwischen dem Draht und der elektrischen LefebungsVersorgung und schützt weiterhin den Schweißdraht oder den Schweißstab gegen eine Korrosion.

Der Schweißstab oder Schweißdraht weist vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 1 und 8 mm auf. Die Menge des als Überzug auf den Draht oder Stab aufgebrachten Kupfers beträgt Vorzugs-

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weise bis zu 0,15 Gewichtsprozent des Drahtes, wobei die praktische obere Grenze durch die Menge festgelegt ist, die zur Folge hat, daß die in das Schweißmetall überführte Kupfermenge eine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften des Schweißmetalls ausübt.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Schweißverfahren, insbesondere zum verdeckten Lichtbogenschweißen oder zum Elektroschlacke-Schweißen geschaffen, bei dem die abschmelzende Elektrode aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung besteht oder die Form eines Drahtes oder Stabes aus einer derartigen Stahllegierung aufweist. Das Schweißverfahren ist im übrigen konventionell.

Wenn das verwendete Flußmittel ein saures Flußmittel ist, so haben das Titan und das Bor die Neigung, zu oxydieren, während Silizium und Mangan dazu neigen, von dem Flußmittel in das Schweiß-Schmelzbad überzugehen. Es wird daher ein basisches Flußmittel bevorzugt, um die Oxydation und die Silizium- und Manganüberführung zu verringern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen noch näher erläutert, wobei die Beispiele 1 und 2 Ausführungsbeispiele der Erfindung sind, während das Beispiel 3 sich auf die Verwendung eines üblichen Kohlenstoff-Mangan-Schweißdrahtes bezieht und nur zu Vergleichszwecken angegeben ist.

In allen Beispielen wurden zwei Platten aus dem Stahl mit der Bezeichnung BS 4360 50 D (der im wesentlichen dem Stahl gem. DIN 17IOO st 52-3 entspricht, jedoch einen höheren Vanadium- und Niobium-Gehalt aufweist) durch verdecktes Lichtbogenschweißen unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Flußmittels verbunden, das die folgenden Bestandteile in den angegebenen Prozentzahlen enthält:

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₂; 13,7 $J MnO 0,1 %', Fe₃O₅ 1,29$; AlgO^ 19,6 $; CaO 12,58 %-, MgO 29,0 $; TiO₂ 0,5 %\ K₂O 0,7β Ji5 Na₂O 0,42 %; CaF₂ 18,0 %; LiO₂ 0,52 #; Zr₂O₃ 1,58 #. Die Plattendicke betrug 38,1 mm.

Die Analysen der für alle Verschweißungen verwendeten Testplatte, der verwendeten Schweißdrähte und des durch den Lichtbogen erzeugten Schweißmetalls sind in Tabelle 1 gezeigt.

Alle Verschweißungen wurden mit einem Gleichstrom-Lichtbogen durchgeführt und die Polarität der abschmelzenden Elektrode war positiv, obwohl Verschweißungen mit einer negativen Elektrode ebenfalls möglich sind«

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Tabelle

	Alle Beispiele	C	Si	to	P	S	Mo gesamt j Al	-	B	Nb	Ti	gesamt N	gesamt 0
Testplatte	Beispiel 1+2	0,155	0,35	ι,ιβ	OP17	0,02	D,02	0,031	-	0,03	-	-	-
Schweiß draht	Beispiel 3	0,062	0,06	1,03	0,005	0,006	0,012	0,005	0,003	0\005	0,047	0,0027	0,0035
Schweiß metall	Beispiel 1	0,113	0,27	1,06	0,011	0,033	0,025	0,016	O	0,005	φ,005	0,0092	0,0117
	Beispiel 2 Seite 1	0,057	0,12	0,83	0,007	0,006	0,014	0,015	0,0005	0,006	0,012	0,005	0,049
Beispiel 2 Seite 2	0,08	0,19	0,92	0,010	0,006	0,015	0,015	0,000^	0,01	0,017	0,0056	0,035
Beispiel 3	0,07	C, 18	0,90	0,010	0,007	0,015	0,015	0,0008	0,008	0,013	0,005	0,035
0,076	0,23	0,90	0,017	0,016	0,014	O	-	t>, 005	0,0095	0,031

— γ —

Beispiel 1:

Eine Verschweißimg wurde mit einer Wärmeeingangsleistung von 2,8 KJ/ mm durchgeführt. Die Schweißstelle' wurde auf Kerbfesbigkeit (mit Hilfe des Charpy'sehen V-Kerbverfahrens) und Zugfestigkeitseigenschaften im Zustand unmittelbar nach Durchführung der Verschweißung und im entspannten Zustand untersucht.

Beispiel 2:

Eine Versehweißung wurde mit einer hohen Wärmeeingangsleistung von 6,42 KJ/mm hergestellt, wobei ein zweiseitiges vollständig übliches Schweißverfahren verwendet wurde und die mechanischen Untersuchungen wurden an Proben durchgeführt, die auf beiden Seiten der Schweißverbindung entnommen wurden, und zwar im Zustand nach dem Verschweißen.

Beispiel 3:

Eine Verschweißung wurde zu Vergleichszwecken in gleicher Weise wie im Beispiel 1 mit der gleichen WarmeeingangsIeistung von 2,8 KJ/mm hergestellt, wobei der übliche Schweißdraht verwendet wurde. Kerbfestigkeiten und Zugfestigkeitseigenschaften wurden im Zustand nach dem Verschweißen und im entspannten Zustand gemessen.

Die gemessenen Pestigkeitseigenschaften der Verschweißungen sind in der Tabelle 2 dargestellt.

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CD OO

Tabelle 2

CD LO to CM

CD ι

	nach Schweißen	0,2 % Prüfbean spruchung N/mm²	Bruchbelastung N/mm² *	Dehnung	Querschnitts- .verminderung (*)
Beispiel 1	entspannt	488	543	28	70
Beispiel 2	Seite 1 (nach Schweißen)		463	31	76
Beispiel 3	Seite 2 (nach Schweißen)	478	558	24.	69
nach Schweißen	443	541	26	69
entspannt	445	488	28	72
414	506	32	77

Ol

CD O CD

Die Kerbschlagfestigkeiten der Schweißstellen, gemessen in Joule sind in Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

	nach Schweißen	-65⁰C	-6o°c	-4o°c	-20⁰C	o°c	15⁰C	20⁰C
Beispiel 1	entspannt	88	-	219	230	234	-	229
Beispiel 2	Seite 1 (nach Schweißen)	-	-	88	96	215	-	-
Beispiel 3	Seite 2 (nach Schweißen)		42	90	129	-	158	-
	nach Schweißen	-	50	141	144	-	155	-
entspannt	-	18	38	44	60	-	100
-	20	41	60	80	-	135

In den Zeichnungen sind grafische Darstellungen gezeigt, die die Kerbschlagfestigkeit der Schweißstellen im Zustand nach dem Schweißen und im entspannten Zustand vergleichen. Fig. 1 vergleicht die Schweißstellen nach den Beispielen 1 und 3 im Zustand nach dem Schweißen. Fig. 2 vergleicht die beiden gleichen Schweißstellen im entspannten Zustand. Fig. 3 vergleicht die Schweißstellen nach den Beispielen 1 und 2 im Zustand nach dem Schweißen, so daß die Auswirkung der höheren Wärme e ingangsle is tung im Beispiel 2 zu erkennen ist. Es ist aus den grafischen Darstellungen zu erkennen, daß die Kerbschlagfestigkeitseigenschaften bei niedrigen Temperaturen, die mit dem erfindungsgemäßen Schweißdraht oder -stab erzielt werden, den Eigenschaften wesentlich überlegen sind, die sich bei üblichen Kohlenstoff-Mangan-Schweißdrähten ergeben.

Patentansprüche;

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Claims

- ίο - Patentansprüche :

1. Stahllegierung gemäß der deutschen Patentschrift

(deutsche Patentanmeldung P 24 39 862), gekennzeich net durch die folgende Zusammensetzung:

Kohlenstoff Mangan Silizium Molybdän Aluminium Titan

Bor

Schwefel Phosphor

Eisen und zufällige
Verunre inigungen

0,15 fo maximum 0,5 bis 1,5 % 0,03 bis 0,10 % weniger als 0,2 % 0,05 % maximum 0,03 bis 0,05 %> 0,002 bis Q008 % 0,04 % maximum 0,04 fo maximum

Rest

2. Abschmelzende Schweißelektrode in Form eines Drahtes oder Stabes, der vorzugsweise mit einem dünnen Kupferüberzug versehen ist, gemäß der deutschen Patentschrift

(deutsche Patentanmeldung P 24 39 862), dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung der abschmelzenden Elektrode folgende Zusammensetzung aufweist:

Kohlenstoff Mangan Silizium Molybdän Aluminium Titan

Bor

Schwefel Phosphor

Eisen und zufällige
Verunre inigungen

0,15 % Maximum 0,5 bis 1,5 f> 0,03 bis 0,10 % weniger als 0,2 0,05/a maximum 0,03 bis 0,05 % 0,002 bis 0,008 0,04 % maximum 0,04 fo maximum

Rest.

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- li -

3. Verfahren zum Verschweißen von Stahl mit einer abschmelzenden

Schweißelektrode gemäß der deutschen Patentschrift

(deutsche Patentanmeldung P 24 .39 862% dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißelektrode ein Stahldraht oder -stab mit der folgenden Zusammensetzung isti

Kohlenstoff Mangan

Silizium Molybdän Aluminium Titan

Bor

Schwefel Phosphor

Eisen und zufällige
Ve runre inigungen

0,15 % maximum 0,5 bis 1,5 fo 0,03 bis 0,10 fb weniger als 0,2 fo 0,05 % maximum 0,03 bis 0,05 % 0,002 bis 0,008 fo 0,04 f) maximum 0,04 fo maximum

Rest.

4. Verfahren zum verdeckten Lichtbogenschweißen von Stahl gemäß der deutschen Patentschrift (deutsche Patentanmeldung P 24 39 862), dadurch gekennzeichnet, daß eine abschmelzende Stahl-Schweißelektrode mit der folgenden Zusammens e tzung

Kohlenstoff Mangan

Silizium Molybdän Aluminium Titan

Bor

Schwefel Phosphor

Eisen und zufällige
Ve runre inigungen

0,15 % maximum 0,5 bis 1,5 % 0,03 bis 0,10 % weniger als 0,2 % 0,05 % maximum 0,03 bis 0,05 % 0,002 bis 0,008 % 0,04 % maximum 0,04 % maximum

Rest

unter einem basischen Flußmittel abgeschmolzen wird.

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- -32 -

Verfahren nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellte Verscirweißung nachfolgend entspannt oder normalgeglüht wird.

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