DE2346873A1

DE2346873A1 - Verfahren zur verbesserung der guetewerte der waermeeinflusszone

Info

Publication number: DE2346873A1
Application number: DE19732346873
Authority: DE
Inventors: Willi Dr Ing Austel; Rainer Knoch; Walter E W Dr Ing Ruckdeschel
Original assignee: KLAECKNER WERKE AG; Messer Griesheim GmbH
Current assignee: KLAECKNER WERKE AG; Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1973-09-18
Filing date: 1973-09-18
Publication date: 1975-07-10
Also published as: AT333102B; NL7412354A; ES430147A1; ATA717874A; CH578910A5; IT1019281B; FR2243768B3; SE7411693L; SE392410B; FR2243768A1

Description

MESSER GSIESHEIM GMBH -MG

Kennwort: Auftragsschweißen-Aufschmelzen Erfinder: Dr«,Austel, Dr. Ruckdeschel, Knoch.

Verfahren zur Verbesserung der Gütewerte der Wärmeeinflußzone

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Gütewerte der Wärmeeinflußzone bei der Herstellung beschichteter Oberflächen durch Schinelz-Auftragsschweißen, insbesondere beim Unterpulver-Auftragsschweißen mit Bandelektrode aus Fi-Legierungen oder Cr-H"i-Stahl und beim Plasmaheißdraht-Auftragsschweißeh auf Stahlbauteile.

Eine Reihe von Schweißverfahren zum Herstellen'von Schmelz-Auftragungen werden heute bereits im technischen Maßstab eingesetzt. I¹Ur kleinere Auftragungen dient eine Gasflamme als Wärmequelle zum Aufschmelzen des Grundwerkstoffes und zum Schmelzen des aufeubringenden Zusatzwerkstoffes. Ebenfalls von Hand können Auftragsschweißungen mit Stabelektroden durchgeführt werden. Unter den mechanisiert durchführbaren Schweißverfahren haben insbesondere das Auftragschweißen mit einem unter Schutzgas brennenden Lichtbogen und abschmelzender Elektrode sowie einem oder mehreren zusätzlich zugeführten Drähten als Zusatzwerkstoff (sog. MIG-Auftragsschweißen mit Kaltdrahtzusatz), das Lichtbogen-Auftragsschweissen unter Schweißpulver mit Bandelektrode sowie neuerdings das sog. Plasmaheißdraht-Auftragsschweißen Bedeutung erlangt. Bei letztgenanntem Verfahren dient als Wärmequelle ein Plasma-Lichtbogen, der für die Anschmelzung des Grundwerkstoffes

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sorgt, während zwei mechanisch zugeführte, mit einer Stromquelle verbunden, unter Kurzsohlußberührung mit dem Werkstüok im Lichtbogenreich abschmelzende Drähte das Material für die Auftragung liefern. *

Das Unterpulver-Auftragschweißen mit Bandelektrode hat besondere Bedeutung erlangt bei der Herstellung von Druckbehältern und Primärkreislaufkomponenten von Kernreaktoren, von Behältern für die Groß-Chemie sowie für sonstige korrosions- und druckbeanspruchte Bauteile. Die mit der Auftragschweißung verbundene Erhitzung des Grundwerkstoffes führt jedoch zu nachteiligen Veränderungen dieser Stähle. Diese Vorgänge im Stahl können unter bestimmten Bedingungen, die heute im einzelnen nooh nicht aufgeklärt sind, insbesondere in der Wärmeeinflußzone des Grundwerkstoffes, zur Entstehung von Rissen (sog. Unterplattierungsrissen) Anlaß geben. Die Entstehung dieser Risse muß jedoch, unbedingt vermieden werden, da diese Mikrorisse bei den Betriebsbeanspruchungen des Bauteiles unter Umständen zum Bruch führen können.

Es ist bekannt, daß die Gefahr der Entstehung von Unter-., nahtriss.en dadurch verringert werden kann, wenn ein.Verfahren angewandt wird, bei dem auf die erste Lage der Auftragschweißung eine zweite, etwa gleichdicke Lage aufgetragen ■wird. Die mit dem Auftragen der zweiten Lage verbundene Erhitzung des Grundwerkstoffes dient dann zum Umkörnen der durch die erste Lage entstandenenWärmeeinflußzone. Dieses bisher beim Unterpulver-Auftragschweißen mit Bandelektrode angewandte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß zum Zwecke der Umkörnung der Wärmeeinflußzone des Grundwerkstoffes die Dicke der Auftragung durch eine zweite Lage vergrößert werden muß. Diese Erhöhung der. Auftragsdicke verursacht beträchtliche Mehrkosten, da entsprechend mehr Zusatrzwerk-

^grobkörnigen Blech der

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stoff der entsprechenden, zumeist hochlegierten, 'korrosionsbeständigen'''Legierung, aus der die Auftragung besteht, verwendet werden muß.

*■

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Verbesserung der Gütewerte der Wärmeeinflußzone zu schaffen, welches die o. g. Nachteile nicht aufweist.

Die Erfindung besteht darin, daß über der aufgetragenen Oberflächenschicht pendelnd ein Lichtbogen mit nicht abschmelzender Elektrode derart geführt wird, daß die Energie des Lichtbogens nur einen Teil der Oberflächenschicht aufschmilzt und daß weiterhin die Vorschubgeschwindigkeit des Lichtbogens geteilt durch die Pendelfrequenz kleiner ist als der Durchmesser des Lichtbogens an der Stelle seines größten Durchmessers.

Durch das erfindungsgemäße Wiederaufschmelzen einer einlagigen Auftragschweißung mit einem Lichtbogen, bei Anwendung der o. g. Parameter wird die Wärmeeinflußzone des Grundwerkstoffes so verbessert, daß keine Unternahtrisse entstehen. Auch führt das erfindungsgemäße Verfahren zu keiner Verschlechterung der Oberflächenqualität der Plattierunsoberfläche, denn bei Einhaltung der Parameter wird vorteilhaft vermieden, daß durch die Bewegung des Lichtbogens und durch die Oberflächenspannung des flüssigen Metalles konkave oder konvexe Unebenheiten auf der Oberfläche entstehen. Es treten also vorteilhaft keine Dellen, die zu einer Schwächung der Plattierungsschioht führen und keine Hocker, die die Ultraschallprüfung der Plattierung erschweren, auf.

Diese schwierig in Einklang zu bringenden Forderungen nach einer entsprechenden gleichmässigen und hundertprozentigen Umkörnung der wärmebeeinflußten Zone des Grundwerkstoffes und einer gleichzeitig©» glatten Oberfläche der überschmolzenen ■Plattierung werden durch das erfindungsgemäße Verfahren erfüllt» insbesondere dadurch, daß der Lichtbogen trotz der

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Pendelbewegung die volle Auftragsflache erfaßt. In vorteilhafter·'Weiterbildung der Erfindung wird hierzu vorgeschlagen, daß die Pendelfrequenz etwa im Bereich von o,5 bis 4,0 Hz, vorzugsweise 0,8 bis 2,0 Hz und die Vor·« schubgeschwindigkeit etwa im Bereich von o, 1 bis 0,6 m/min, vorzugsweise o,l bis o,3 m/ min liegt. Bei Einhaltung dieser Werte wird ein guter Umkörnungseffekt sowie eine glatte Oberfläche der Plattierung insbesondere bei Plasmaheißdraht -Auf t rags chweißung und Unterpulver-Auftragschweißung mit Bandelektrode erhalten.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird durch die Energie des Lichtbogens die aufgetragene Oberflächenschicht

derart aufgeschmolzen, daß zwischen der Grundwerkstoffoberein fläche und der Untergrenze der wieder aufgeschmolzenen Z Abstand von nicht weniger als 0,5 mm und niht mehr als 4, ο mm, vorzugsweise ein Abstand zwischen 1 und 3 mm y,erbleibt. Dadurch wird erreicht, daß beim nochmaligen Überschmelzen die Auftragung genügend tief wieder aufschmilzt, jedoch der Grundwerkstoff nicht aufgeschmolzen wird. Die Aufschmelztiefe ist durch Abstimmung von Schweißstrom und Schweißspannung mit den Kenngrößen der Lichtbogenbewegung veränderbar. Die ^e nach Art der Auftragschicht erforderlichen Werte sind empirisch ermittelbar. Dabei werden die Werte so eingestellt, daß vorteilhaft ein Steg von "\^" 0,5mm des Grundwerkstoffes nicht aufgeschmolzen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl mit einem WIG-Lichtbogenbrenner als auch mit einem Plasma-Lichtbogenbrenner durchgeführt werden. Bevorzugt wird jedoch ein Plasmalichtbogenbrenner verwendet, da vorteilhaft die Lichtbogenspannung dieses Brenners gleichzeitig als Regelgröße für eine Höhensteuerung des Brenners von der Plattierungsoberfläche ausgenutzt werden kann. Dadurch wird es möglich den Plasmabrenner in einem konstanten Abstand über die aufgetragene Schicht zu führen, was wiederum für die.Oberflächenqualität "von Vorteil ist. Ferner ist mit einem Plasmabrenner ein gleichmäßiges Aufschmelzen erreichbar.

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Zur Verbesserung der Oberflächenqualität, insbesondere zur Glättung der Plattierungsoberfläehe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß dem Lichtbogen ein Zusatzwerkstoff zugeführt wird, in einer Menge, die eine Schichtdicke ergibt, die nicht größer ist, als die Aufschmelztiefe. Besonders vorteilhaft ist eine Schichtdicke zwischen o,5 bis 2,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 mm. Dabei weist der Zusatzwerkstoff eine ähnliche Zusammensetzung auf, wie der Werkstoff der Auftragung und wird entweder als Metallpulver mit dem Schutzgasstrom in den Lichtbogen geblasen oder in Form eines oder mehrerer Drähte dem Lichtbogen seitwärts von der permanenten Elektrode kontinuierlich zugeführt.

In der Zeichnung veranschaulicht

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Auftragungsschwei-

ßung
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A - A in Fig.

In den Fig. 1 und 2 ist der Grundwerkstoff mit Io und die einlagige Auftragsschicht mit 11 bezeichnet! Der schematisch dargestellte Lichtbogenbrenner 12 wird zum Aufschmelzen der Zone 13 in Vorschubrichtung 14 in einem konstanten Abstand 15 über die Auftragschicht 11 bewegt und führt dabei gleichzeitig eine Pendelbewegung in Doppelpfeilrichtung 16 aus. Die Pendelung erfolgt also quer zur Auftragsrichtung 17. Der größte Lichbogendurchmesser ist mit 18, die Aufschmelztiefe mit 19 und der verbleibende nicht aufgeschmolzene Steg des Grundwerkstoffes Io ist mit 2o bezeichnet.

evtl.

Einevwährend des Wiederaufschmelzen aufgebrachte Zusatzwerkstoffschicht 21 zur Oberflächenglättung ist gestrichtelt dargestellt.

vDiese besteht in der Regel aus einer Vielzahl voneinander teilweise überdeckenden nebeneinanderliegenden Einzelschweißraupen.

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ν - 6 -

Nachfolgend sind in zwei Beispielen bevorzugte Parameter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben:

Beispiel 1

Grundwerkstoff 10

Auftragsverfahren der Auftragsschicht

Bandwerkstoff = Auftragsschichtwerkstoff

: Reaktorwerkstoff 22 Ni Mo Cr : UP-Bandplattieren

ι X 2 Cr Ni Nb'2412

Bandwerkstoff, Abmessungen	: 60 mm χ 0, 5 m
Dicke der Auftrags schicht 11	ί eine Lage, 4
Breite der Auftrags schicht 23	: 63 mm
Lichtbogenbrenner 12	: Plasmabrenner
Lichtbogenstrom	: 350 A
Lichtbogenspannung	: 40 V
Lichtbogengas	ί Ar
Lichtbogenvorschubge schwindigkeit 14	: 0,15 m/min
Liehtbogenpendelfrequenz 16	: 1,5 Hz
Aufschmelztiefe 19	! 3,5 mm
Steg 20	1, 5 mm
Unterplattierungsrisse :	keine
Beispiel 2

Grundwerkstoff 10

Auftragsverfahren der Auftragsschicht

Auftragswerkstoff

Auftragswerkstoffabmessung

Dicke der Auftragsschicht 11

Lichtbogenbrenner

: ST 42

ι Piasmaheißdraht-Auftragsschweißen

: X 2 Cr Ni Nb 2210

: Elektroden mit 1,6 mm Durchmesser

: eine Lage, 4 mm

: Plasmaheißdraht-Auftragsschweißbrenner

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Lichtbogenbrennerstrom

Lichtbogenspannung Lichtbogengas ,* -

Lichtbogenvorschubgeschwindigkeit 14

Lichtbogenpendelfrequenz 16

Zu satzwerk st of fschicht 21

Zusatzwerkstoff Aufschmelztiefe 19 Steg 20

Auftragsschweißgesamt dicke 22

Auftragsschichtbreite 23

Unterplattierungsrisse

450 A 42,5 V

Ar

0,18 m/min

0,8 Hz . 1 mm

X 2 Cr Ni Nb 2210 2,3 mm 1,7 mm 5 mm 33 mm keine

Die oben beschriebene Erfindung ist bevorzugt zum Verbessern der Gütewerte für Einlagenplattierungen geeignet. Es ist selbstverständlich aber auch möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Mehrlagenplattierungen zu verbessern, wobei dann nach der ersten und/oder jeder nachfolgenden Einzelplattierung das erfindungsgemäße Wiederaufschmelzen durchgeführt wird. Darüber hinaus ist es selbstverständlich ebenfalls möglich, auch eine Plattierung, die anstelle des UP-Bandplattieren oder Plasmaheißdraht-Auftragsschweißveirfahren mit einem anderen beliebigen Verfahren hergestellt wurde, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verbessern.

Darüber liinauc ist es möglich, · aneteiie doo Lichtbogens eine beliebig andere wärmequelle zu verwenden, beispieloweieü einen Jthl

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Claims

Ansprüche

Verfahren zur Verbesserung der Gütewerte der Wärmeeinflußzdne bei der Herstellung beschichteter Ober- , flachen durch Schmelz-Auftragsschweißen, indbesondere beim Ünterpulver-Auftragsschweißen mit Bandelektrode aus Ni-Legierungen und Cr-Ni-Stählen und beim Plasmaheiß draht auf tragsschweißen auf Stahlbauteile, dadurch gekennzeichnet, daß über der aufgetragenen Oberflächenschicht pendelnd ein Lichtbogenbrenner mit nichtabschmelzender Elektrode derart geführt wird, daß die Energie des Lichtbogens nur einen Teil der aufgetragenen Oberflächenschicht aufschmilzt und daß weiterhin die Vorschubgeschwindigkeit des Lichtbogens geteilt durch die Pendelfrequenz kleiner ist als der Durchmesser des Lichtbogens an-der Stelle seines größten Durchmessers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelfrequenz etwa im Bereich von 0,5 bis 4,0 Hz, vorzugsweise 0,8 bis 2,0 Hz und die Vorschubgeschwindigkeit etwa im Bereich von 0,1 bis 0,6 m/min, vorzugsweise 0,1 bis 0,3 m/min liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Energie des Lichtbogens die aufgetragene Oberflächenschicht derart aufgeschmolzen wird, daß zwischen der Grundwerkstoffoberfläche und der Untergrenze der wiederaufgeschmolzenen Zone ein Abstand von nicht weniger als 0,5 mm und nicht mehr als 4 mm, vorzugsweise ein Abstand zwischen 1 und 3 mm verbleibt.

ORDINAL INSPECTED

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3*

dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtbogenbrenner ein; Plasmabrenner verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, , dadurch gekennzeichnet, daß dem Lichtbogen ein Zusatzwerkstoff zugeführt wird, in einer Menge, die eine Schichtdicke ergibt, die nicht größer ist, als die Aufschmelztiefe.

6. Verfahren nach Anspruch 5*

dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke o,5 bis 2,5mm, vorzugsweise o,5 bis 1,5mm beträgt.

13.9.1973

^Be/Pu ORIGINAL INSPECTED

5'-O 982,8/0 285

4ο

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