DE1508310A1

DE1508310A1 - Schweisselektrode

Info

Publication number: DE1508310A1
Application number: DE19661508310
Authority: DE
Inventors: Bjoerkroth Jarl Allan
Original assignee: Avesta Jernverks AB
Current assignee: Outokumpu Stainless AB
Priority date: 1965-07-27
Filing date: 1966-07-26
Publication date: 1969-10-30
Also published as: DE1508310C3; BE684675A; AT274512B; NL6610594A; FR1568735A; DE1508310B2; GB1085967A; US3581054A; CH500800A; NO116045B; FI50688B; FI50688C

Description

AYESTA JEHWERKS AKTIEBÜLaG, Avesta, Schweden

Schweißelektrode

Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden schwedischen Anmeldung Nr. 9876/65 vom 27.JuIi 1965 in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft eine Schweißelektrode für das Ausbilde eines Schweiß metalls mit hohen mechanischen Eigenschaften und hoher Widerstandsfähigkeit gegenüoer Korrosion und Abrieb. Das Schweißmetall besteht aus rostfreien Stahl, und das Erscnmelzen der Schweißelektrode wird vermittels eines elektrischen LichtDοgens bewirkt.

Es ist bekannt, daß austenitischer rostfreier Btahl im getemperten Zustand eine sehr geringe Streckgrenze im Vergleich mit anderen Baustählen aufweist. Diejenigen Gruppen, die allgemein unter der Bezeichnung 18-8 bekannt sind (18$ Cr, 9-11?ό Ni)₁ 18-8 Mo (18$ Gr, 11-14/° Wi + etwa' 1-4?° Mo), 25-12 (25> Or, 12fo Ni), 25-20 (257° Cr, 20> Ni und weitere sind hier ebenfalls eingeschlossen. Normalerweise weist das geschmolzene Schleifmetall eine geringfügig höhere Streckgrenze in getempertem Zustand auf, andererseits besitzt es jedoch geringere Dehnung und geringere Schlagfestigkeit als das entsprechende Ausgangsmetall. Nach dem Tempern vermittels Abschrecken neigen die Eigenschaften des SchweißmetaIls dazu, denjenigen des Ausgangsmecalls zu ähneln.

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Patentanwälte

Seiler ii. Pfenning ^copv

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Weitere Gruppen rostfreier Stähle besitzen wesentlich höhere Werte der Streckgrenze als die austenitischen Stähle, andererseits besitzen dieselben jedoch vom Standpunkt des Scnweißens aus erJaeblicne Nachteile» Hierzu gehören die folgenden Gruppen: 13-14/° Or Ferrit-Martensit Struktur 17-25$ Or Ferrit-Struktur

25 Cr/5 Ni/l,5 Mo Ferrit-austenitische Struktur Wenn eine geschweißte Anordnung aus Stühlen der obigen Gruppe zufriedenstellende mechanische Eigenschaften oder die größtmögliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion aufweisen soll, muß ein Tempern nach dem Schweißen durchgeführt werden. Im nicht getemperten Zustand besitzt das Schweißmetall dieser Stahlgruppen sehr geringe Schlagfestigkeitswerte, die gelegentlieh unter 1,0 kgm/cm liegen. Ein Tempern nach dem Scnweißen führt zu einem Verbessern der Schlagfestigkeit in einem gewissen Ausmaß, jedoch erreicht selbst das getemperte Schweißmetall selten Werte der Schlagfestigkeit von über 2-3 kgm/cra .

Der Brfindungsgegenstand ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Zusammensetzung der Schweißelektrode dergestalt ist, daß sicn während des Verschweißens ein Schweißmetall ergibt, das die folgende Zusammensetzung aufweist:

0,01- 0,05 vorzugsweise U,02 - 0,04 Kohlenstoff

0,1 - 0,9 vorzugsweise

vorzugsweise

vorzugsweise 0,03- 0,08 Stickstoff

*"* Die Legierungsbestandteile sind so aufeinander abgestimmt, daß ° . das Chromäquivalent + das Nickeläquivalent nicht kleiner als θ) 24,5 und nicht größer als 27 und 1,4 χ des Chromäquivalentes

	ο,	2 -
	14	,5-
co	3,	5 -
O	o,	1 -
co
OO	0,	■ 2,5
-18,0
■ 6,0
- 2,2

02-0,12

0,3	- 0,7	Silicium
0,5	- 1,2	Mangan
16,0	- 17,0	Chrom
4,5	- 5,5	Nickel
0,8	- 1,5	Molybdän

sind sowie das Nickeläquivalent nicht kleiner als 16 und nicht größer als 19_f3 ist, wobei das Chromäquivalent sich als > Cr + °fi Si + > Mo und das Nickeläquivalent als f> Ni + 0,5 x 5« Ifc + 30 χ (P G + fa N) ergibt. Aufgrund des Aufbaues des Schweifimetalls weist dasselbe ira geschweißten oder im geschweißten und getemperten Zustand Martensit, Ferrit und Austenit auf.

iirfindungsgemäß führt somit die Schweißelektrode zu einem Schweißmetall mit einer Struktur aus Ferrit, Martensit und Austenit, Durch Dosieren dieser drei strukturellen Elemente M in bestimmter Weise wird ein Schweißmetall erhalten, das eine sehr hohe Streckgrenze sowohl im getemperten als auch im nicht getemperten Zustand aufweist. Gleichzeitig wird die Schlagfestigkeit bei vollständig befriedigenden Werten gehalten.

Ein weiteres den ilrfindungsgegenstand auszeichnendes Merkmal des Schweißmetalls besteht darin, daß das Aufheoen von Spannungen Dei geringeren Temperaturen durchgeführt werden kann, als es bei anderen rostfreien Stählen möglich ist. So werden optiiale Festigkeitsegenschaften bei dem Tempern in dem Temperaturbereich von 550-65O⁰O erhalten. Dies stellt einen Vorteil bei dem Herstellen von Druckgefäßen, Reaktoren oder anderen geschweißten Anordnungen dar, wo das Aufheben von Spannungen zvfeckraäßig ist. Durch Tempern bei den angegebenen Temperaturen wird die Gefahr einer Deformation oder eines Verziehens weitest gehdn hinten angehalten. Wenn die Anordnung eine derartige Größe aufweist, daß ein vollständiges Tempern nicht in Frage kommt, ist es in einem derartigen Pail ist sehr leicht, ein örtliches Aufheben der Spannungen durch eine geeignete Erhitzungsanordnung, wie z.B. einen Benzinbrenner durchzuführen.

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Erfindungsgemäß weist das Schweißmetall einen niedrigen Kohlenstoff gehalt auf, z.Bo unter 0,05?&, vorzugsweise unter 0,04%, In dieser Weise wird es möglich, eine Kohlenstoff abscheidung bei dem Tempern und Abkühlen zu vermeiden. Der Kohlenstoff wirö 'aus der Martensitphaae in Form einheitlich verteilter Carbide ausgeschieden, so daß in den Korngrenzen kein Abscheiden oder Ausfällen erfolgt.

Es sind ausgedehnte Untersuchungen bezüglich der mechanischen Eigenschaften des Schweiß metalls durchgeführt worden. Die im folgenden wiedergegebenen Werte wurden bezüglich vollständig* gechweißter Proben der Type 7070 nach SIS 112 113 (The Swedish Standards Association) erhalten, die von gesofeweißten Verbindungsstellen genommen wurden, wobei man nach IIW-s Dooutnent II-0-44-59 (International Institute of Welding) oder DIN 1913 Bl. 2 (Deutsche Industrie-Normen) arbeitet.

Streckgrenze Zerreiß- h 5 KCV _g 0,2 kg/mm» festigkeit £ kgm/cm HV

kg/mm⁸

nicht getemperte Probe 50-55 70-85 10-15 4-7 240-280

getemperte Probe 52-57 80-95 16-22 4-7 290-310

wobei Λ 5 die Dehnung einer 5 om Probe, KCV die Schlagfestigkeit und HV die Vickers Härte darstellen. Ein Vergleich der entsprechenden Werte bezüglich Schweißmetallen aus herkömmlichen rostfreien Stählen ist im folgenden wiedergegeben:

Type Wärmebe- Streck- Zerreiß- )> 5 KCV ₈

hand lung grenze festigkeit fb kgtn/om HV

0,2 g kg/mm*

kg/mm

18-8 und 18-8 Mo keine 36-46 58-65 38-50 '9-11 150-

25-12 und 25-20 keine 35-45 57-64 35-45 8-11 140-

14 Cr keine 40-50 60-75 5-15 0,5-1 210-

909844/0748 ²⁵°

Type Wärme- Streck- Zerreiß- /> 5 KCV _a

behandlung grenze festigkeit /o kg m/o m HV

0,2 kg/mm* kg/mm⁸

14 Cr getempert 35-45 55-65 20-28 1-3 170-210

17 Or getempert 32-40 52-58 12-25 1-3 160-190

25Cr/ 5 Ni/

1,5 Mo getempert 44-54 66-75 8-20 1-2 230-250

Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Schneidelektrode einen Kerndraht und eine Elektrodenabdeckung auf. Nach dieser Ausführungsforra. besitzt der Kerndraht eine Zusammensetzung, die derjenigen des gewünschten Schweiß metalls entspricht oder derselben weitestgehend entspricht. In diesem Pail besteht die Abdeckung aus ochlackenbildenden Mitteln, wi« Lichtbogenstabiliaierungaraitteln, Flußmitteln und möglicherweise Legierungselementen, Desoxidationsmitteün und Piastifizierungsraitteln.

indungsgemäß kann ebenfalls ein Kerndraht aus einem nicht legieruen Stahl angewandt werden, wobei die erforderlichen Legierungsbeiriachungen durch Einarbeiten in die Abdeckung eingeführt werden. Die Menge der Legierungselemente in der Abdeckung muß natürlich in Abhängigkeit von der Analyse des Kerndrahtes eingestellt sein, so daß man die angestrebte Zusammensetzung des Schweiß metalles erhalten kann. Win ähnliches Verfahren ist anhand der US-Patentschrift 2 990 301 Gekannt geworden, das jedoch darauf abzielt, ein Sonweifimetall der Austenit 18-8 Type zu schaffen.

Da der Kohlenstoffgehalt des Schweißmetallea bei einem niedrigen Wert gehalten und das Verhältnis zwischen Ferrit, Marteneit und Auste nit innerhalb ziemlich enger Grenzwerte abgeglichen werden muß, ist daa erstere Verfahren bevorzugt, d.h. die Analyse des Kerndrahtee entspricht oder entspricht nahezu dem Analyaenwert des Schweißmetalles ο

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Eine weitere Ausf ührungs form besteht darin, daß eine Schweißelektrode ohne Ueberzug angewandt wird. Die Zusammensetzung der .Elektrode muß in einem derartigen Fall der angestrebten Zusammen setzung des Schweißmetalle entsprechen«, Dieae Ausführungsforra ist von Interesse bei dem Verfahren eines Schweißens in einer inerten Gasatmosphäre. Ein inertes Gas wird hierbei als Schutzgas angewandt, und zwar vorzugsweise Argon oder Argon im Gemisch mit 1—554» Sauerstoff. Bei einem Schweißen im Schutzgas unter Anwenden einer Wolframelektrode als Energiezuführung wird der Draht entweder manuell eingeführt oder automatisch in die Verbindungsstelle von einer Spule aus eingeführt. Bei einem anderen Scnweißverfahren wird der Lichtbogen zwischen dem Werkstück und dem Draht (die verbrauchende Elektrode) gehalten, der automatisch durch den Brenner zugeführt wird. In beiden Fällen ergibt sich auf die Elektrode ein Rückstoß aufgrund des seltenen Inertgases oder des Gasgemisches, wie oben angegeben» Ea ist weiterhin möglich, eine reine Drahtelektrode als eine kontinuien liehe Elektrode bei einem Tauchlichtbogen-ichweißverfahren anzuwenden. Der Lichtbogen wird hierbei zwischen dem Draht und dem Werkstück aufrechterhalten und ist durch eine Schutzabdeckung aus gekörntem Sehweißulver (sogenanntes Flußmittel) bedeckt, das in einer geeigneten Dosierung von dem Lichtbogen nach unten fließt. Daa Flußmittel ist dergestalt ausammengesetzt, daß es harmonisch auf die analytische Zusammensetzung dee Drahtes abgestimmt ist, d.h. dasselbe sollte eine geeignete Menge an Lagierungselementen als Kompensation für den Verlust der legi er ungs elemente in dem Lichtbogen enthalten. Nach einer weiteren Ausführungsforra besteht der Metallanteil der Schweißelektrode, weiter oben als der Kerndraht bezeichnet;, aus einem Rohr eines nicht legierten oder niedrig legierten

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Stahls, wouei in dem Hohlraum gekörnte Legierungselercente eingebettet sind, und zwar in der Menge una der ürt, wie es für das Erzielen der angestrebten Zusammensetzung des Schweißmetalles erforderlich ist» Um diesen röhrenförmigen Draht kann dann auch eine AOdeckung angeordnet werden. Die Abdeckung oder der Ueberzug weist schlackenbildende Mittel und Flußmittel auf.

Weiter unten werden dieselben inagesamt als Flußmittel bezeichnete Der Zweck äer Flußmittel liegt darin, die Elektrode mit guten Schweißeigenschaften zu versehen, und in chemisch-raetalliu gischer Hinsicht wird hierdurch ein Beitrag zu dem angeetrdbten Ergebnis geleistet, und zwar einem reinen homogenen Schweißmetall.

Die Flußmittel bestehen im wesentlichen aus Calciumcarbonat, Oalciumfluorid und Titandioxid. Zusätzlich zu den Flußmitteln wird eine bestimmte Menge an Legierungselementen in die Abdeckung zusammen ώϊϊ Dopoxidationsmitteln eingeorb eitet. In den meisten Fällen müssen Legierungselerr.ente vorliegen, um den Verlust an Legierungsgehalt des Kerndrahtes zu kompensieren, wie er oei den Lichtbogen bedingt wird.

Ferrosilicium, Ferrotitan und Ferromangan haben sich als geeignete Desoxidationsmittel erwiesen. Da diese Ferrolegierungen trotz deren geringstmöglichem Kohlenstoffgehalt zu einer unzweckmäßigen Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes der Schweißstelle führen, sind Ferrosilicium und elektrolytisch abgeschiedenes Manganmetall bevorzugt. Mangan ist ebenfalls ein Legierungseleo rnent und wird zugesetzt, um den Verlust an Legierungselementen

°^ in dem Lichtbogen zu. kompensieren, wie es der Fall bei Ferro-.^ chrom, Ferromolybdän und Nickel ist.

-j Das Ueberzugsmaterial kann auf dem Kerndraht vermittels Ein-

tauchen uesseluen in eine Suspension der oben beschriebenen und pulverisierten Legierungselemente, einem Bindemittel und Wasser

aufgebracht werden. Da das Eintauchen zu zeitbeanspruchend ist, ist ein Strangpressen bevorzugt, wobei hier eine bestimmte Menge an Plastifizierungsmitteln in das Ueberzugstnaterial zusätzlich zu dem Flußmittel, den Legierungselementen und dem Bindemittel eingearbeitet werden muß.

Bestimmte hydratisierte Aluminiumsilikate, wie z.B. Kaolin, Bentonit und Eyrit haben eich als geeignete Plastifizierungsmittel TiIr den Zweck ergeben, eine Konsistenz zu erhalten, die für ein Strangpressen unter hohem Druck geeignet ist. Im allgemeinen weisen die angegebenen Aluminiurasilikate eine nachteilige Wirkung auf die Viskosität der Schweißschlacke auf. Es hat sich somit als zweckmäßig erwiesen, den Gehalt an hydratisieren Aluminiumsilikaten auf etwa 8 Gew.?fe des Ueberzugee zu beschränken.

Durch Einführen einer bestimmten Menge an Zirkon entweder in Form, eines Oxides oder vorzugsweise als ein Silikat wird die nachteilige Wirkung der Plastifizierungsmittel neutralisiert. In diesem Fall muß ein bestimmtes Verhältnis einerseits zwischen der Menge an zusätzlichem zugesetztem Zirkonsilüat und dem hydratisierten Aluminiumsilikat vorliegen.

Die folgende Tabelle ist ein Beispiel der erfindungsgemäß in Betracht gezogenen Zusammensetzung:

trockene Bestandteile vorzugsweise insbesondere in Gewichtsteilen innerhalb eines innerhalb eines Bei-

Bereiches von Bereiches von BPiel

Galciumcarbonat	25-45	30-40	35
öalcifftmfluorid	20-40	25-35	31
Titandioxid	1-10	3- 7	4
Kaolin oder Bentonit und Eyrit	1- 8	2- 6	5
Zirkonsilikat	1-12	2- 9	7
Desoxidationsmittel und Legierungselemente	10-30	15-25	18
909844	/0746		100 _ Q _

Die Summe der Gehalte an Calciumcarbonat, Calciumfluorid und Titandioxid dürfte nicht Über 85?fe liegen. Das Verhältnis zwischen der Menge an zugesetztem Zirkon und den Plast ifizierungemitteln läßt sich anhand der folgenden Gleichung ausdrucken!

Gewichtsmenge an Zirkonoxid _

Gewichtsmenge an Kaolin oder Bentonit und ßyrit oder vorzugsweise 1,25 bis 2,0.

= 0,75 bis 2,5

Es werden zu 100 Gew.Teilen dee oben angegebenen trockenen Pulvei genisches 12 -22 Gew.feile Wasserglas als Bindemittel zugesetzt. Wasserglas kann lediglich üatriumsilikat oder ein Gemisch an Natrium- und Kaliumsilikaten darstellen. Das Molekulare Verhält- M nis beträgt!

SiO₂ * Na₈O m 2,8 bis 3,3
SiO₈ ϊ K₈O * 2,9 bis 3,4.

Die oben beschriebenen Elektroden und Sohweißverfahren dienen vor allen Dingen für das Bearbeiten eines Grundmetalls, als Gußstücke, Blech, Stangenstahl, geschmiedetem Eisen, usw. mit Festigkeitseigenschaften ähnlich denjenigen des angestrebten Schweißmetails.

Die erfindungsgemäße Schweißelektrode hat sioh jedoch ebenfalls als geeignet für Stähle mit 13-149^ Chrom, unterschiedlichen ■ ™ Kohlen stoffgehalten und einer ferritischen-martenaitisohen Struktur erwiesen. In dieser Weise wird eine Verschweißung erhalten, die bessere mechanische Eigenschaften als diejenigen aufweist, die unter Anwenden herkömmlicher Elektroden mit 13fL Chromstahl hergestellt worden sind.

Unüer der Voraussetzung, daß die Korrosionsbedingungen geeignet sind, können die beschriebenen Elektroden ebenfalls fUr das Verschweißen anderer Arten rostfreier Stähle oder für Kombinationen für Materialien angewandt werden, wo gute mechanische Festigkeiten und hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Abrieb vorteilhaft für die 8chpeißanordnung sind. 90 9 8 44/0746 · iq -

Claims

l-ateritansprücne 'OÖ8310,

I* Schweißelektrode für das Ausbilden eines Schweißmetalles mit' guten mechanischen Eigenschaften und hoher Widerstandsfähigkeit gegenüber Koorosion und Abrieb, dadurch gekenn ze ichn e t , daß die chemische Zusammensetzung der Schweißelektrode dergestalt ist, daß eich durch das Verschweißen ein Schweißmetall mit der folgenden Zusammensetzung ergibt ι 0,01 β' O,O59fe Kohlenstoff, 0,1 - ü,9> Silicum, 0,2 - .2,5^ Mangan, 14,5 - 18,0^ Chrom, 3,5 - 6,0> Nickel, 0,1 - 2,0^ Molybdän, 0,02 - 0,12^ Stickstoff, wooei die Legierungebestandteile so aufeinander abgestimmt sind, daß das Chromäquivalent + das Niokeläquivalent nicht kleiner als 24-f 5 und nicht größer als 27 und 1,4 ι dte Chroiaäiiuivalentes sind sowie das Nickeläquivalent nicht kleiner als 16 und nicht größer als 19»3 ist, wooei das Chromäquivalent eich als fi Cr + '/*» Si ■¥■/» Mo und das Nickeläquivaient ale ψ Ni + 0,5 x # Mn + 30 χ (> G + ie N) ergibt, aufgrund des Aufbaues dee Schweißraetalls dasselbe im geschweißten oder im geschweißten und getemperten Zustand Martensit, Ferrit und Austenit aufweiet.
2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich naoh dem Veraohweißen eine Zusammensetzung des Schweißmetalles in der folgenden Weise ergibt: 0,02 - 0,04 > Kohlenstoff, 0,3 - 0,79t. Silicium, 0,5 - 1,2^ Mangan 16,0 - 17,O^ Chrom, 4,5 - 5,5^» Nickel, 0,8 - 1,5# Molybdän und 0,03 - 0,08% Scickstoff.
3. Schweißelektrode nach Anspruch 1 die aus einem Kerndraht und einer Abdeckung besteht, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusammensetzung des Kerndrahtes derjenigen dee Schweißmetalls entspricht oder weitestgehend entspricht, und daß die Abdeckungaua schlackenbildenden Mitteln, Stabilisierungsmitteln und Flußmitteln besteht. 9098A4/0746
4. Soiiwei ßelektrode nach Anspruch 3» dadurch g e k e nn zeichnet, daß die Abdeckung zusätzlich Lichtbogen stabilisierende Mittel, Legierungselemente, Desoxidationsmittel und i-lastifizierungsmittel enthält.
5. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht aus einem nicht legierten oder niedrig legierten Stahl besteht und die Zusammensetzung des Sohweißmetalls durch zusätzliche Zugabe an Legierungselementen in der Abdeckung erreicht wird.
6. Schweißelektrode nach Anspruch 1, ohne Ueberzug, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Zusammensetzung ^ des Drahtes dergestalt ist, daß bei dem Erschmelzen in einer inei ten üasatmosphäre oder unter einer schützenden Abdeckung eines Flußmittels sich ein Schweißmetall mit der Zusammensetzung nach Anspruch 1 ergibt«,
7o Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht aus einem Rohr eines nicht legierten oder niedrig legierten Stahles besteht, in den Hohlraum desselben gekörnte Legierungselemente eingebettet sind.
8. Schweißelektrode nach Ansprüchen 1 bis 5» dadurch g e k e nnzeichnet , daß die Abdeckung aus den folgenden trockenen Bestandteilen besteht: 25-45» vorzugsweise 3O-4O96 Calciuracarbonat, 20-40, vorzugsweise 25—359^ Calciumfluorid, 1-10, vorzugsweise 3-7$ Titandioxid, 1-8, vorzugsweise 2-670 Plastifizierungsmittel, 1-12, vorzugsweise 2-9^ Zirkonoxid oder Zirkonsilikat, 10-30, vorzugsweise 15-25% Legierungselementen und Desoxidatione-

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9. Schweißelektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet »daß die Summe der Gehalte an galoiumoarbonat, Oalciumfluorid und Titandioxid sich auf weniger als 85$ beläuft.
10. Schw »iß elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß sich das Verhältnis zwischen den angewandten ßewichtsmengen an Zirkonoxid oder Zirkonsilikat und Plastifizierungsmittel auf 0,75:1 und 2,5»1, vorzugsweise 1,25 und 2,0 : 1 beläuft.

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