DE1964751B2

DE1964751B2 - Lichtbogen-SchweiBverfahren mit hoher Kerbschlagzähigkeit in der Nahtübergangszone und Elektrode hierfür

Info

Publication number: DE1964751B2
Application number: DE19691964751
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Bessyo; Masahiko Ikeda; Yoshinori Ito
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1968-12-28
Filing date: 1969-12-24
Publication date: 1975-02-20
Also published as: GB1288298A; DE1964751A1; BE743714A; NL6919404A; FR2027280A1

Description

5. Auftrag-Schweißelektrode zur Durchführung des zu schweißenden Stahls, wobei noch hinzukommt, des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daß bei einer Einhaltung der vorstehend geschilderten dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus Maßnahmen die beschriebenen Nachteile nicht gänzeiner Legierung folgender Zusammensetzung (%) lieh beseitigt werden können

besteht: 40 Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren

zum Lichtbogen-Verbindungsschweißen von hochfesten Stählen, Tieftemperatur-Stählen und niedriglegierten Stählen durch Stumpfnaht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zuerst auf jede Nahtfianke als 45 Pufferschicht eine hochkerbschlagzähe Stahllegierung aufgeschweißt und dann die Nahtfuge mit einem dem Grundwerkstoff angepaßten Zusatzwerkstoff vollgeschweißt wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher 50 erläutert. Die

F i g. 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens;

F i g. 1 zeigt im Aufriß eine Schweißverbindung vor der Aufbringung einer hochkerbschlagzähen Die Erfindung betrifft ein neues Schweißverfahren, 55 Stahllegierung;

bei dessen Durchführung die Brüchigkeit der Schwei- Fig. 2 ist ein Aufriß der Schweißverbindung nach

ßung von hochfesten Stählen, Tieftemperatur-Stählen der Aufbringung der hochkerbschlagzähen Stahloder ähnlichen niedriglegierten Stählen vermieden legierung auf jede Schweißfläche der Verbindung; wird. F i g. 3 ist ein Aufriß der Verbindung nach Beendi-

Eine der größten technischen Schwierigkeiten beim 60 gung des Schweißens; die Schweißen derartiger niedriglegierter Stähle, hochfester F i g. 4 und 5 zeigen eine andere Ausführungs-

Stahle oder Tieftemperatur-Stähle besteht darin, daß form des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens;
die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung bei F i g. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht, wie eine

der Abkühlung infolge von Gefügeumwandlungen hochkerbschlagzähe Stahllegierung aufgebracht wird merklich reduziert wird. Dies bedeutet, daß infolge 65 und anschließend die aufgebrachten Metallschichten des Wärmeeinflusses beim Schweißen an der Schweiß- stumpfverschweißt werden;

bindung eine Umwandlungsstruktur von grobem F i g. 5 ist ein Aufriß der Schweißverbindung nach

Korn erzeugt wird und daher auch dann, wenn die Beendigung des Schweißens; die

0	bis	0,50	Cr,
0	bis	0,80	Mo,
0,05	bis	0,16	C,
0,30	bis	0,80	Si,
0,80	bis	2,50	Mn,
2,50	bis	10,00	Ni,
0,01	bis	0.10 Al, Ti, V, Nb, Zr,
Rest
Fe.

pig. 6 bis 11 zeigen eine andere Ausführungsfonn des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens;

pi a.6 ist eine Draufsicht, die zu verschweißende platten vor dem Verschweißen zeigt;

ρ j» 7 ist eine Draufsicht auf die Platten umnittel- 5 W vor der Aufbringung einer hochkerbsrhlagzähen StahUegierung;

ρ ig. % ist ein vertikaler Querschnitt längs der jink Vin-Vni gemäß F i g. 7 und zeigt die Wasserküblung im Verlauf der Aufbringung der hochkerbschlagzähen Stahllrgierung;

ρ j β 9 ist eine Draufsicht auf die Schweißverbindung nach der Aufbringung der hochkerbschlagzähen Stahllegierung;

Fig- 10 is¹ ^⁶ Draufsicht auf die Verbindung vor dem Stumpfschweißen;

Fifr 11 ^ ^eme Diaufsieht auf die Verbindung nach dem Schweißen.

2m Durchführung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens werden die Stahlplatten 1 und 2, die verschweißt werden sollen und mit einer Fuge versehen sind, einander gegenübergestellt, wobei ein ausreichender Spielraum 3 zwischen ihnen vorgesehen wird. Sie befinden sich auf einem mit Wasser gekühlten Kupferschuh 4, wie aus den F i g. 1 bis 3 hervorgeht. Schichten aus einer hochkerbschlagzähen Strahllegierung 5 lind 6 werden zuerst auf den entsprechenden Naht-Qanken aufgebracht, worauf die vorstehend erwähnten Teile 5 und 6 mittels eines eingebrachten Metalls nach irgendeiner Schweißmethode miteinander in der Weise verschweißt werden, daß die Stahlplatten 1 und 2 vollständig über die aufgebrachten Schichten 5 und 6 aus einer hochkerbschlagzähen Stahllegierung verschweißt sind.

Die hochkerbschlagzähe Stahllegierungsschicht 5, 6 wird auf den Nahtflanken der Stahlplatten 1, 2 in jeder gewünschten Dicke aufgebracht, wobei sich die Dicke nach den Abmessungen sowie der Zusammensetzung der zu verschweißenden Stahlplatten richtet. Das Verschweißen kann nach verschiedenen Methoden erfolgen, beispielsweise mittels des Kohlendioxyd-Lichtbogenschweißens, des Wolfram-Inertgasschweifiens, des Metall-lnertgasschweißens, des Schutzgas-Lichtbogenschweißens mit steigendem Schmelzbad and Zwangsfonnung der Naht, des Unterpulver-Lichtbogenschweißenr oder des Plasmaschweißens. Die Schweißbindung wird bei der Abkühlung der aufgebrachten Stahllegierungsschicht brüchig, sie wird jedoch durch die Wärme des anschließenden Stumpfschweißens wärmebehandelt, so daß die Schweißbindung danach wieder eine hohe Kerbschlagzähigkeit aufweist. Wird die Schicht 5, 6; 13,14; 30, 31 in einer geeigneten Dicke aufgebracht und durch das anschließende Stumpfschweißen auf eine Temperatur oberhalb des /ica-Umwandlungspunktes (angefähr 900°Q erhitzt, so wird schließlich eine Schweißverbindung von hoher Kerbschlagzähigkeit erhalten. Wird die Schicht in einer geeigneten Dicke aufgebracht und unmittelbar nach der Aufbringung durch Wasser gekühlt, dann wird sie nur bis auf eine Temperatur unterhalb des /icrUmwandlungspunktes (ungefähr 65O⁰Q erhitzt, so daß infolge des Abschreck- und Temperungseffekts keine Verminderung der Kerbschlagzähigkeit eintritt. Eine derartige Wärmebehandlung, wie beispielsweise ein Abschrecken und Tempern, ist eine Maßnahme, wie sie im allgemeinen zur Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit von Stahlplatten angewendet wird. Wie sehr die Kerbschlagzähigkeit einer Schweißverbindung durch eine derartige Methode verbessert wird, ist bekanni.

Die nachstehenden Ausführungen erläutern eine konkrete Ausführungsform der vorliegenden Erfln* dung unter Bezugnahme auf die in F i g. 4 wieder· gegebene perspektivische Ansicht Dabei wird eme Schutzgas-Iichtbogenschweißung durchgeführt: Mit den Bezugszahlen 8 und 9 werden Stahlplatten bezeichnet, die unter Überbrückung einer zwischen ihnen bestehenden Fugenöffnung verschweißt werden sollen. 10 ist ein Kupferschuh, der in der Weise angebracht ist, daß eine hochkerbschlagzähe Stahllegierung auf den Nahtflanken der zu verschweißenden Stahiplatten aufgebracht werden kann. Dieser Kuprerschuh besitzt eine Länge von einigen 10 mm in der Längsrichtung und wird in einer solchen Weise angebracht, daß er nach obea mit zunehmender Ablagerung durch die Schutzgas-Lichtbogen-Schweißelektroden 11 und 12, die sich oberhalb des Schuhs befinden, gleiten kann. Mit 13 und 14 werden auf diese Weise abgelagerte Schichten aus einer hochkerbschlagzähen Stahllegierung bezeichnet. Eine Schutzgas-Lichtbogen-Schweißelektrode 15 zum Vollschweißen der Nahtfuge wird anschließend angebracht, und zwar in einer solchen Weise, daß eine Stumpfnahtschweißung innerhalb eines Kufenschuhes 16 stattfinden kann, wobei der Kufenschuh 16 mit fortschreitender Verschweißung weitergleitet. Mit 17 wird das auf diese Weise gebildete Schweißmetall bezeichnet. Die Schweißnaht wird auf diese Weise von der aufgebrachten Schichtig dem Schweißmetall 17 und der aufgebrachten Schicht 14 gebildet. Eine Querschnittsansicht der nach dem erfindungsgemaBen Verfahren hergestellten Schweißnaht wird in F1 g. 5 gezeigt. Die Schweißbindungen 18 und 19 werden bei der Schweißung auf eine Temperatur oberhalb des zlrrUmwandlungspunktes (900⁰Q erhitzt, wobei die Schweißwärme vom Schweißmetall 17 durch die aufgebrachten Schichten 13 und 14 hindurch bis zu den Schweißbindungen 18 und 19 gelangt, so daß eine Normalisierung unter Bildung einer feinen Kornstruktur erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, die Bindebrüchigkeit zu vermeiden.

Nachstehend wird eine Ausführungsform beschrieben, bei deren Durchführung eine Verminderung der Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung durch eine Abschreck- und Temperungswirkung verhindert wird.

Der Unterschied der zweiten Ausführungsform zu der ersten Ausführunpform besteht darin, daß die hochkerbschlaezähe Stahllegierung unmittelbar nach ihrer Aufbringung durch eine Wasserkühleinnchtung gekühlt wird. Diese Ausführungsform wird an Hand der horizontalen und vertikalen Querschnitte, wie sie durch die Fig. 6 bis 11 wiedergegeben werden,

erläutert. „

Die zu verschweißenden Stahlplatten 20 und werden einander mit einem bestimmten Fugenabstand 22 gegenübergestellt, so wie dies aus Fig. hervorgeht. Ein Kupferschuh 23 in Form eines 1 im Querschnitt in der horizontalen Richtung wird zwischen den Nahtflanken der Stahlplatten 20 und 21, die miteinander verschweißt werden sollen, befestigt, und zwar in der Weise, daß zwischen dem Kupferschuh und den Stahlplatten 20 und 21 die freien Räume bzw. 25 gebildet werden. Dieser Kupferschuh besitzt eine Länge von einigen 10 mm in der Längsrichtung und ist an einen vertikal arbeitenden Gleit-

antriebsmechanismus, der nicht gezeigt ist, ange- brachten Metall ist es erforderlich, Silicium zuzusetzen, schlossen, und zwar in der Weise, daß der Schuh mit Erfolgt dieser Zusatz jedoch in einer zu großen Menge, fortschreitendem Schweißen nach oben gleiten kann. dann setzen nichtmetallische Einschlüsse die Kerb-Schweißelektroden 26 und 27 werden oberhalb der Schlagzähigkeit herab. Daher erfolgt die Süicium-Räume 24 und 25 angebracht. Kühldüsen 32, 32' 5 zugabe bis zu einem Gehalt von 0,30 bis 0,80%. und 33,33' zum entsprechenden Kühlen der Positionen Mangan ist ein Element, das insbesondere die Kerbeinige 10 mm unterhalb der Elektroden werden Schlagzähigkeit verbessert. Wird dieses Element jedoch unterhalb des Kupferschuhes 23 angebracht, so daß in einer zu großen Menge zugesetzt, dann härtet die diese Elektroden, der Kupferschuh und die Wasser- aufgebrachte Metallegierung aus und neigt zur kühldüsen sich als Einheit in der vertikalen Richtung io Rißbildung. Es ist daher erforderlich, den Manganbewegen können. gehalt auf höchstens 2,50% zu begrenzen.

Wird bei Verwendung der vorstehend geschilderten Wird Nickel zugesetzt, dann kann die Kerbschlag-

Vorrichtung ein elektrischer Strom durch die Schweiß- Zähigkeit ohne Härtung des geschweißten Teiles verelektroden 26 und 27 geleitet, dann wird eine Stahl- bessert werden. Daher ist Nickel das wirksamste legierung mit einer hohen Kerbschlagzähigkeit aus 15 Element. Zur Erzielung einer hohen Kerbschlagdiesen Elektroden auf den Nahtflanken der Stahlplatten Zähigkeit bei Schweißmethoden, wie sie erfindungs-20 und 21, die verschweißt werden sollen, aufgebracht, gemäß angewendet werden, ist es erforderlich, wenigwobei die aufgebrachte Stahllegierung 30 und 31 stens 2,50% Nickel zuzusetzen. Übersteigt der Nickeldie Räume 24 und 25 ausfüllt. Mit fortschreitendem gehalt jedoch 10,00%, dann wird die Austenitmenge Verschweißen werden die Elektroden, der Kupfer- 20 zu groß, so daß ein Unterschied der Ausdehnungsschuh und die Wasserkühldüsen in Aufwärtsrichtung koeffizienten des aufgebrachten Metalls sowie der zu mit Schweißgeschwindigkeit bewegt. Unmittelbar nach verschweißenden Stahlplatte erzeugt wird. Es ist daher der Verfestigung der aufgebrachten Stahllegierung zweckmäßig, die obere Grenze des Nickelgehalts auf werden diese sowie die Stahlplatten in ihrer Nähe mit 10% festzulegen.

Kühlwasser abgeschreckt, das durch die Düsen 32, 32' 25 Falls die aufgebrachte hochkerbschlagzähe Legie- und 33,33' zugeführt wird, so daß die Schweißbindung rung einen besonders hohen Streckgrenzenwert eine abgeschreckte Struktur erhält. aufweisen soll, enthält die Legierung zweckmäßiger-

Wie aus Fig. 10 hervorgeht, befindet sich ein verti- weise Chrom und/oder Molybdän, wobei der Chromkai gleitender Kupferschuh 38 zwischen den Naht- gehalt höchstens 0,50 % und der Molybdängehalt flanken der aufgebrachten Stahllegierung 30 und 31, 30 höchstens 0,80 % betragen soll, da anderenfalls die wobei eine Schweißelektrode (nicht gezeigt) in dem Kerbschlagzähigkeit vermindert wird. Ferner hat eine Raum 39 in Aufwärtsrichtung zusammen mit dem Zugabe von Al, Ti, V, Nb und/oder Zr in einer Schuh 38 bewegt wird. Es wird ein übliches Schutzgas- Menge von 0,01 bis 0,10% oder darüber in wirksamer Lichtbogenschweißen in dem Raum 39, der von dem Weise eine Verfeinerung des Kristallkoras sowie eine Kupferschuh 38 und der aufgebrachten Stahllegierung 35 Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit zur Folge. 30 und 31 gebildet wird, durchgeführt, so daß die Daher werden diese Elemente je nach den Erforderaufgebrachte Stahllegierung 30 und 31 mit einer nissen in kleinen Mengen zugesetzt hohen Kerbschlagzähigkeit mit jedem gewünschten Die Schlagzähigkeifäeigenschaften der erfindungs-

Schweißmetall 40 (vgl. Fig. 11) verbunden werden gemäß hergestellten Schweißverbindungen gehen aus kann. Wird das Schweißen in der vorstehend beschrie- 40 den Kurven der Fig. 12 hervor, in denen die abbenen Weise durchgeführt, dann werden die Schweiß- sorbierte Energie und die Bruchrate gegen die Tembindungen 34 und 35, denen eine abgeschreckte peratur aufgetragen sind. Die Kurve A gibt die Struktur in den Ablagerungen verliehen werden soll, Schlagzähigkeitseigenschaften einer erfindungsgemäß durch die Wärme getempert, die während des an- hergestellten Schweißverbindung wieder, während die schließenden Stumpfschweißens einwirkt, so daß die 45 Kurve B die entsprechenden Werte der Stahlplatte Struktur der Schweißbindung in eine abgeschreckte selbst zeigt. Die Kurve C erläutert die entsprechenden und getemperte Struktur überführt wird und dadurch Werte einer zu Vergleichszwecken durchgeführten eine Bindebrüchigkeit verhindert wird. Schweißung, wobei man sich eines üblichen Schutzgas-

Vorzugsweise besteht die hochkerbschlagzähe Stahl- Lichtbogenschweißverfahrens bedient. Aus dieser legierung, die vorher auf die Nahtflanken der zu 50 Fig. 12 geht deutlich hervor, daß die Schlagzähigkeitsverschweißenden Stahlplatten aufgeschweißt wird, aus eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten einer Legierung mit 0,05 bis 0,16% Kohlenstoff, 0,30 Schweißverbindungen wesentlich besser sind als diebis 0,80% Silicium, 0,80 bis 2,50% Mangan und jenigen von Schweißverbindungen, die nach üblichen 24Ο bis 10,00% Nickel als Hauptkomponenten, wobei Verfahren hergestellt worden sind. Außerdem liegen eine derartige Legierung weniger als 0,80% Mo 55 die Werte der erfindungsgemäßen Schweißverbindun- und/oder weniger als 0,50% Cr für den Fall enthält, gen niemals unterhalb derjenigen der Stahlplatte, daß eine hohe Festigkeit gefordert wird. Insgesamt Bei Verwendung einer Stahlplatte mit einer Festigenthält eine derartige Legierung 0,01 bis 0,10% oder keit von 50kp/mm² und einer Dicke von 38 mm mehr eines der Elemente AL Ti, V, Nb und Zr, (Test-Nr. 3) und einer Stahlplatte nrit einer Festigkeit während sich der Rest im wesentlichen aus Eisen 60 von 60 kg/mm* und einer Dicke von 45 mm (Test-Nr.5) zusammensetzt sind die Schlagzähigkeitswerte der erfindungsgemäß

Die Gründe für die Einschränkungen auf den hergestellten Schweißverbindungen etwas besser als vorstehend angegebenen Bereich sind folgende: soll diejenigen der Stahlplatten selbst. Dies ist deshalb der insbesondere die Kerbschlagzähigkeit hoch sein, so ist FaIL weil die erneute Wärmebehandlung zum Zeiteingeringer Kohlenstoffgehalt vorzuziehen. Jedoch soll 65 punkt des Stumpfverschweißens gemäß vorliegender zur Erzielung einer ausreichenden Festigkeit der Erfindung die Struktur der Stahlplatte merklich Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,05 bis 0,16% verbessert, liegen. Zur Verhinderung von Poren in dem aufge- Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Schweißverfahren

Erfindungsgemäßes

Verfahren

Übliches Verfahren

Charakteristische Werte

vTs

-15
68

v£o
(kpm)

8,7
U

Beispiel 1

Stahlplatten mit einer Zugfestigkeit von 80 kp/mm² und einer Dicke von 32 mm (mit einer Zusammensetzung, wie sie in der Tabelle III unter der Test Nr. 1 angegeben ist) werden in der Weise einander gegenübergestellt, daß sie eine V-förmige Fuge in horizontaler Stellung bilden. Auf jede Nahtflanke wird mit einer Schweißgeschwindigkeit von 500 mm/min unter Verwendung eines 5 %-Ni-Drahtes mit einem Durchmesser von 1,6 mm (wobei der Draht die in Tabelle IV unter der Test-Nr. 1 angegebene Zusammensetzung besitzt) mittels einer Kohlendioxid-Lichtbogenschweißmethode eine Schicht aus einer hochkerbschlagzähen Stahllegierung aufgebracht. Anschließend wird ein Stumpfverschweißen durchgeführt, wobei die Wärmezufuhr 150 000 Joule/cm beträgt. Der Schweißstrom von 3000 Ampere setzt sich aus 1200A aus der ersten Elektrode, 1000 A aus der zweiten Elektrode und 800 A aus der dritten Elektrode zusammen. Die Lichtbogenspannung beträgt 40 Volt, während die Schweißgeschwindigkeit zu 500 mm/min einreguliert wird. Es werden Schweißelektroden mit einem Durchmesser von 4,8 und 6,4 mm verwendet. Man bedient sich eines Drei-Elektroden-Unterpulver-Lichtbogen- »5 schweißverfabrens ungefähr 300 mm dahinter. Durch die Schweißwärme dieses Stumpfschweißens wird der Schweißverbindung eine normalisierte Struktur verliehen, so daß eine Brüchigkeit weitgehend vermieden wird.

Andererseits wird ein übliches Schweißverfahren mit einer Wärmezufuhr von 150 000 Joule/cm unter Anwendung einer üblichen Unterpulver-Lichtbogenschweißmethode durchgeführt, wobei jedoch keine Metallschicht aus einer hochkerbschlagzähen Stahllegierung aufgebracht wird. 2-mm-V-Kerbschlagzähigkeitstests der Schweißverbindungen werden anschließend durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle I zusammengefaßt

Tabelle I

setzung dieses Drahtes geht aus der Tabelle IV unter der Test-Nr. 2 hervor. Auf diese Weise wird eine Metallschicht aus einer hochkerbschlagzähen Stahllegierung gebildet. Bei einer Wärmezufuhr von 170 000 Joule/cm (wobei der Schweißstrom 300A, die Bogenspannung 30 V und die Schweißgeschwindigkeit 32 min/min betragen) wird die Verschweißung der Nahtfuge ungefähr 1000 mm dahinter durchgeführt, wobei ein Zuführungsspielraum von 8 mm freigehalten wird. Durch diese Schweißwärme wird der Schweißverbindung eine normalisierte Struktur verliehen, wodurch weitgehend eine Brüchigkeit vermieden wird.

Zu Vergleichszwecken wird andererseits eine Schweißung bei einer Wärmezufuhr von 170 000 Joule/cm durchgeführt. An beiden Schweißverbindungen werden 2-mm-V-Kerbschlagtests durchgeführt. Die Vergleichsergebnisse sind in der Tabelle H zusammengefaßt Wie in Beispiel 1 ist im Vergleich zu dem üblichen Verfahren die Bruchübergangstemperatur erfindungsgemäß niedriger. Man sieht, daß die Kerbschlagzähigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Schweißverbindung ausgezeichnet ist

Tabelle	SchweiOverfahren	(	11	kteristische (kpm)	Werte (⁰Q
Erfindungsgemäßes Ver fahren		Charal ⁰Q	6,3 1.4	-17 16
Übliches Verfahren ...	16 70

Bemerkungen:

vTs Bruchübergangstemperatur, vEo Absorbierte Energie bei 0⁰C, v7\₅ Temperatur, bei welcher die absorbierte Energie 2,07 kpm wird.

Beispiel 3

-75
9

Bemerkungen:

vTs Bruchübergangstemperatur,
vEo Absorbierte Energie bei 0"C,
vT_K Temperatur, bei welcher die absorbierte Energie 2,07 kpm wird.

Beispiel 2

Stahlplatten mit einer Zugfestigkeit von 60 kg/mm¹ and einer Dicke von 45 mm (sowie mit einer Zusammensetzung, wie sie in der Tabelle III unter der Test-Nr. 2 angegeben ist) werden zuerst in einer derartigen Weise einander gegenübergestellt, daß die eine Rönnige Fuge bilden. Sie werden mittels einer Schutzgas-Lichtbogenschweißmethode in vertikaler Position verschweißt. Eine StahBegierung wjrd in einer Dicke von 4 mm auf jede Nahtflanke mit einer Schweißgeschwindigkeit von 75 mm/min aufgebracht, wobei man einen 4-%-Ni-Elektrodendraht mit einem Durchmesser von 0,8 mm verwendet Die Zusammen-Stahlplatten mit einer Festigkeit von 50 kp/mm¹ und einer Dicke von 38 mm (Test-Nr. 3), Stahlplatten mit einer Festigkeit von 60 kp/mm² und einer Dicke von 38 mm (Test-Nr. 4) und Stahlplatten mit einer Festigkeit von 60 kp/mm* und einer Dicke von 45 mm werden als Proben verwendet. Die jeweiligen chemischen Zusammensetzungen sowie die Zugetgenschäften sind in der Tabelle III zusammengefaßt Eine hochkerbschlagzähe Metallschicht wird zuerst auf jeder Nahdanke in einem {-Querschnitt mit einei Anstiegsgeschwindigkeit von 17 bis 20mm/mhi aufgebracht, und zwar unter Verwendung eine!

4-%-N:ckel-Elektrodendrahtes mit einem Durchmesser von 1,2 mm (vgl. Tabelle IV), wobei man ad eines Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahrens in eine vertikalen Position bedient. Anschließend wird eh Schutzgas-Lichtbogenschweißen in der Weise durch

So geführt, daß der Zuführungsspielraum 10 mm beträgt Auf diese Weise wird eine Schweißnaht hergestellt Durch die Schweißwärme zum Zeitpunkt des ah schließenden Schweißens wird der Schweißverbindun eine normalisierte Struktur verliehen, so daß sie weh gehend frei von Brüchigkeit ist

Die folgenden Schweißbedingungen werden z.1 bei Stahlplatten von 38 mm Dicke und einer Zm festigkeit von 50kp/mm* angewandt (Test-Nr.?

509508/1!

ίο

a) Aufschweißen der kerbschlagzähen Stahllegierung auf die Nahtflanken der Stahlplatten:
COj-Lichtbogenscbweißen, 150 A, 22 V, Schweißgeschwindigkeit 20 mm/min; Amplitude der Elektrodenoszillation 35 mm, Oszillationsgeschwindigkeit 6 mm/s; Fließgeschwindigkeit 20 l/min; Spielraum 7 mm;

b) Stumpfschweißen der Nahtfuge:
COg-Lichtbogenschweißen, 300 A, 30 V; Schweißgeschwindigkeit 35 mm/min; Amplitude der Elektrodenoszillation 32 mm, Oszillationsgeschwindigkeit 10 mm/s; Fließgeschwindigkeit 20 l/min; Spielraum 10 mm.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Schweißverbindungen gemäß Test 3, 4 und 5 sind in F i g. 12 dargestellt, die auf S. 11 erläutert wird.

Beispiel 4

Dieses Beispiel erläutert die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform, bei deren Durchführung das aufgebrachte Metall unmittelbar nach der Verfestigung und die Stahlplatte in der Nähe dieses Metalls abgeschreckt werden, und zwar unter Verwendung von Wasserkühldüsen, die Wasser zum Zeitpunkt der Aufbringung einer hochkerbscblagzähen Stahllegierung aufspritzen, so daß in der Schweißverbindung eine abgeschreckte Struktur erzielt wird. Anschließend wird ein Stumpfverschweißen zwischen den aufgebrachten Metallschichten durchgeführt. Die Schweiß-Verbindung wird durch die Schweißwärme zu diesem Zeitpunkt getempert, so daß eine abgeschreckte und getemperte Struktur zur Verhinderung einer Bindungsbrüchigkeit erzeugt wird.

Ein hochsfester Stahl mit einer Festigkeit voi bis 80 kp/mm², wie er in der Tabelle III aufgeführ ist, wird zu einer Stahlplatte mit einer Dicke voi bis 50 mm verarbeitet. Diese Platte wird als Protx verwendet. 50 mm dicke Probeplatten mit einei Zugfestigkeit von 80 kp/mm^a werden z. B. unter dei folgenden Schweiß- und Wasserkühlungsbedingungei gehalten (Test-Nr. T):

a) Aufschweißen der kerbschlagzähen Stahllegierunf auf die Nahtflanken der Stahlplatten:
COg-Lichtbogenschweißen, 300A, 27 V, Schweiß geschwindigkeit 27 mm/min; Amplitude der Elektrodenoszillation 46 mm, Oszillationsgeschwindigkeit 10 mm/s; Fließgeschwindigkeit 20 I/min: Spielraum 13 mm;

b) Wasserkühlung:

Düsenposition 45 mm unterhalb der Schmelzzone; 2 Düsen mit einem Innendurchmesser vor 12 mm jeweils an der Vorder- und Rückseite; Kühlwassermenge durch jede Düse 5 l/min.

c) Stumpfschweißen der Nahtfuge:
COy-Lichtbogenschweißen, 300A, 30V, Schweißgeschwindigkeit 39 mm/min; Amplitude der Elektrodenoszillation 46 mm, Oszillationsgeschwindigkeit 10 mm/s; Fließgeschwindigkeit 20 l/min; Spielraum 9 mm.

Anschließend werden jeweils die Schlagzähigkeitseigenschaften der Schweißverbindung getestet; die Ergebnisse sind ähnlich denen der F i g 12.

Tabelle

	C	Si	Mn	Chemische Zusammensetzung (%)	S	Cu	Cr	Mo	Ni	V	Zugeigen	ften Zug festig keit	Test- Nr.
Stahlrrobe				P							schaf Streck grenze	kp/ nun·
	0,11	0,28	0,81		0,014	0,31	O4O	0,48	0,87	0,05	kp/ mm¹
32 mm dick, Zugfestig	0,16	0,36	1,39	0,012	0,015	—	—	0,11	0,19	0,05		88,0	1
keit 80 kp/mm* .... 45 mm dick, Zugfestig	0,19	0,40	1,41	0,019	0,015	—	—	—	—	—	83,9	65,4	2
keit 60 kp/mm¹ 38 mm dick, Zugfestig	0,14	0,45	1,39	0,027	0,015	—	—	—	—	0,07	55,2	54,5	3
keit 50 kp/mm² .... 38 mm dick, Zugfestig	0,17	0,32	1,43	0,017	0,017	—	—	—	0,21	0,07	33,9	67,2	4.«
keit 60 kp/mm* 45 mm dick, Zugfestig	0,11	03	0,79	0,027	0,010	0,02	0,42	0,47	Ul	0,03	48,1	63,7	5
keit 60 kp/mm* 40 mm dick, Zugfestig	0,13	0,37	0,77	0,013	0,023	03	0,36	0,44	0,71	0,05	52,9	74,4	6
keit 70 kp/mm* 50 mm dick, Zugfestig	0,11	0,27	0,78	0,017	0,013	0,04	0,37	0,37	1,02	0,03	64,6	84,5	7
keit 80 kp/mm* 35 mm dick, Zugfestig	0,10	0^2	0,80	0,016	0,008	0,03	0,32	0,39	0,35	0,03	73,1	72,9	9
keit 70 kp/mm* 35 nun dick, Zugfestig				0,012				64,8	7(U	10
keit 70 kp/mm* —							63,4

Tabelle IV

12

Elektroden draht

	Si	Mn	Chemische Zusammensetzung	S	Ni	Cr	Mo	I ^v	Ti
C	0,35	1,85	P	0,007	4,95	0,15	0,40	_	0,01
0,07	0,62	1,50	0,011	0,010	3,67	—	0,25	—	0,01
0,07	0,57	1,72	0,013	0,012	3,45	0,45	0,48	—	0,03
0,08	0,60	1,43	0,007	0,008	2,97	—	—	0,02	0,03
0,07		0,008

Test-Nr.

A B C D

2,4,5,8 6,7,9,10

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Stahlplatte eine ausgezeichnete Kerbschlagfestigkeit Patentansprüche: besitzt die Kerbschlagzähigkeit merklich reduziert wird. Unter dem Begriff »Schweißbindungt soll eine

1. Verfahren zum Lichtbogen-Verbindungs- Zone auf der Stahlplatte in einem sehr engen Bereich schweißen von hochfesten Stählen, Tieftemperatur- 5 um die Scfainelzlinie in einem Teil der von der Warme Stählen und niedriglegierten Stählen durch Stumpf- beeinflußten Zone verstanden werden. Die Erscheinung naht, dadurch gekennzeichnet, daß der Verminderung der Kerbschlagzähigkeit in einer zuerst auf jede Nahtflanke als Pufferschicht eine derartigen Zone wird im allgemeinen als Bindehochkerbschlagzähe Stahllegierung (5, 6) aufge- brüchigkeit bezeichnet.

schweißt und dann die Nahtfuge mit einem dem io Die Bindebrüchigkeit nimmt im allgemeinen mit Grundwerkstoff angepaßten Zusatzwerkstoff (7) einer Erhöhung der zugeführten Schweißwärme zu. vollgeschweißt wird. Insbesondere dann, wenn die Form der Schweißung

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- oder Schweißnaht eine Diskontinuität aufweist — beizeichnet, daß beim Auftragschweißen der Naht- spielsweise infolge einer Unterschneidung, eines manflanken die Schweißstelle in an sich bekannter 15 gelnden Eindringens, eines Schweißrisses oder eines Weise durch Wasserstrahlen abgeschreckt wird Schlackeneinschlusses, und zwar an oder in der Nähe (F i g. 8). der Schweißbindung — addiert sich die durch eine

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch derartige Schweißung verursachte Wirkung zu der gekennzeichnet, daß die Nahtfuge im Schutzgas- Herabsetzung der Kerbschlagzähigkeit in der Schweiß-Lichtbogenverfahren mit steigendem, durch Gleit- ao bindung, so daß die Wahrscheinlichkeit noch größer schuhe (10) zwangsgeformtem Schweißbad (17) voll- ist, daß em Sprödbruch auftritt.

geschweißt wird (F i g. 4 und 5). Es wurden bereits einige Versuche unternommen,

4. Auftrag-Schweißelektrode zur Durchführung diese Brüchigkeit der Schweißbindung zu vermeiden, des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, beispielsweise 1. durch Schweißen mit verminderter dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus 35 Schweißwärmezufuhr, was allerdings auf Kosten der einer Legierung folgender Zusammensetzung (%) Schweißproduktivität geht, 2. im Falle eines normalibesteht: sierten oder gewalzten Stahls durch Erhitzen des

geschweißten Teils mittels einer Gasflamme auf eine

0,05 bis 0,16 C, Temperatur oberhalb des A c_s- Umwandlungspunktes

0,30 bis 0,80 Si, 30 (oberhalb ungefähr 900⁰C) nach dem Schweißen, so

0,80 bis 2,50 Mn, daß sich die Zähigkeit erneut einstellen kann, und 3.

2,50 bis 10,00 Ni, durch eine Maßnahme, die bewirkt, daß die Stahlplatte

0,01 bis 0,10 Al, Ti, V, Nb, Zr, mehr als 3,5% JVi enthält. Jedoch vermindert jede

Rest Fe. dieser Maßnahmen die Schweißproduktivität, erhöht

35 die Kosten der Stahlplatten oder begrenzt die Art