DE69808573T2

DE69808573T2 - Fülldraht zum Lichtbogenschweissen in Schutzgas

Info

Publication number: DE69808573T2
Application number: DE69808573T
Authority: DE
Inventors: Isao Aida; Fusaki Koshiishi; Tsuyoshi Kurokawa; Tetsuo Suga; Hajime Uchiyama
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: KR19990023797A; KR100328423B1; DE69808573D1; JP3586362B2; US6441334B1; JPH1158069A; EP0897774B1; EP0897774A1; CN1083744C; CN1209376A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schweißdraht, der Flussmittel enthält, einen sogenannten Fülldraht, zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen bzw. Schutzgasschweißen, der in einem Gleichstrommodus positiver Polarität verwendet wird, mit einer solchen Polaritätsanordnung, dass der Schweißdraht als negative Elektrode angeschlossen ist und das Muttermaterial als positive Elektrode angeschlossen ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen, bei dessen Verwendung die Menge an erzeugtem Verspratzten gering ist, ein gutes Schweißvermögen (Schweißnahtbildung bzw. Schweißwulstbildung bei Schrägstellung) verwirklicht wird und ein geschweißtes Metall mit ausgezeichneter Zähigkeit in allen Schweißlagen erhalten wird, wie nicht nur in horizontaler Schweißlage, sondern auch in vertikaler Schweißtage und dergleichen, unter Anwendung eines Schweißstroms in dem Bereich von Niederstrom zu Mittelstrom, in einer definierten Weise in dem Bereich von 50 bis 300 A.
Der Anmelder hat einen auf Bariumfluorid basierenden Fülldraht vorschlagen, wobei BaF&sub2; als Fluorid zur Verminderung der Menge an Verspratzen durch Stabilisieren des Bogens zugesetzt wird (Offenlegungsschrift Nr. Hei 2-55696). Wenn Gleichstrom beim Bogenschweißen verwendet wird, wird der auf Bariumfluorid basierende Fülldraht in einem Gleichstrommodus positiver Polarität eingesetzt und der Draht wird als negative Elektrode (das Muttermaterial als positive Elektrode) angeschlossen. Im Fall dieses Gleichstrommodus positiver Polarität erhält ein Schmelztropfen am spitzen Ende des Drahtes nicht nur eine Druckkraft durch positive Ionen, sondern auch eine hohe reaktive Kraft durch die Verdampfung von BaF&sub2; und dergleichen, das einen hohen Dampfdruck aufweist, sodass der Schmelztropfen am spitzen Ende des Drahtes im Ergebnis dieser Kräfte zu kleineren Schmelzteilchen umgewandelt wird, wodurch eine glatte Übertragung auf das Muttermaterial verwirklicht wird. Somit wird eine Stabilisierung des Bogens und eine Verminderung der Spratzmenge erreicht.
Die üblichen, Gas-geschützten Fülldrähte für Lichtbogenschweißen in einem Gleichstrommodus positiver Polarität, die vorgeschlagen wurden, haben das Merkmal, dass der Draht BaF&sub2;, Al, Mg, Fe, Mn und Si als unabdingbare Komponenten umfasst und die erzeugte Spratzmenge unter Anwendung eines geringen Schweißstroms in dem Bereich von 100 bis 200 A gering ist.
Beim Gebrauch eines üblichen Drahtes mussten jedoch Probleme gelöst werden, nämlich 1) Verminderung der Spratzmenge, 2) Verbesserung des Schweißvermögens (Vermögen, eine gute Schweißnahtbildung bzw. Schweißwulstbildung zu verwirklichen) und 3) Verbesserung der Zähigkeit eines Schweißmetalls in allen Lagen, wie in einer vertikalen Lage, horizontalen Lage, Überkopf-Lage, wobei das geschmolzene Metall Herabhängen durch den Einfluss der Gravitationskraft unterliegt, unter Anwendung eines Schweißstroms in dem Bereich von Niederstrom zu Mittelstrom oder in einer definierten Weise in dem Bereich von 50 bis 300 A.
Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Fülldraht zum Gas- geschützten Lichtbogenschweißen, verwendet in einem Gleichstrommodus positiver Polarität, bereitzustellen, bei dessen Verwendung die erzeugte Spratzmenge gering ist, ein gutes Schweißvermögen verwirklicht wird und ein Schweißmetall mit ausgezeichneter Zähigkeit in allen Schweißlagen, wie einer horizontalen Schweißlage, einer Überkopf-Schweißlage und dergleichen unter Anwendung eines Schweißstroms in dem Bereich von Niederstrom zu Mittelstrom oder in definierter Weise in dem Bereich von 50 bis 300 A erreicht wird.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Fülldraht zum Gas- geschützten Lichtbogenschweißen, der in einem Gleichstrommodus positiver Polarität verwendet wird, umfassend: eine Stahlhülle und ein Flussmittel, mit dem die Stahlhülle gefüllt ist, wobei das Flussmittel 0,7 bis 3 Gew.-% Al, 0,1 bis 1,2 Gew.-% Mg und 1,2 bis 4 Gew.-% BaF&sub2; enthält, wobei jeder Gehalt einem Wert in Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes, entspricht und die Summe des Gehalts an Aluminium plus dem Gehalt an Magnesium multipliziert mit 3 in dem Bereich zwischen 1,3 bis 4 Gew.-% liegt, das Füllverhältnis des Flussmittels zum Gesamtgewicht des Drahtes in dem Bereich von 5 bis 30 Gew.-% liegt, der gesamte Mn-Gehalt in der Stahlhülle und dem Flussmittel zusammengenommen in dem Bereich zwischen 0,2 bis 1,9 Gew.-% liegt und der gesamte Si-Gehalt in der Stahlhülle und dem Flussmittel zusammengenommen in dem Bereich von 0,001 bis 0,9 Gew.-% liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fülldrahts für Gas- geschütztes Schweißen enthält das Flussmittel 0,9 bis 2,5 Gew.-% Al, 0,1 bis 0,8 Gew.-% Mg und 1,2 bis 4 Gew.-% BaF&sub2;, wobei jeder Gehalt einen Wert in Gew.-% auf das Gesamtgewicht des Drahtes ist, die Summe des Gehalts an Aluminium plus dem Gehalt an Magnesium multipliziert mit 3 in dem Bereich von 1,6 bis 4 Gew.-% liegt, ein Füllverhältnis des Flussmittels zum Gesamtgewicht des Drahtes in dem Bereich von 7 bis 20 Gew.-% liegt, der gesamte Mn-Gehalt in der Stahlhülle und dem Flussmittel zusammengenommen in dem Bereich von 0,4 bis 1,6 Gew.-% liegt, der gesamte Si-Gehalt in der Stahlhülle und dem Flussmittel zusammengenommen in dem Bereich von 0,001 bis 0,6 Gew.-% liegt, der gesamte C-Gehalt in der Stahlhülle und in dem Flussmittel zusammengenommen in dem Bereich von 0,005 bis 0,08 Gew.-% liegt, das Verhältnis von Austenit bildenden Elementen zu Ferrit bildenden Elementen x = (4Ni + 7Mn + 20C)/(2Al + Si) = 0,7; wobei die Atomsymbole die jeweiligen Gehalte an entsprechenden Elementen anzeigen und der Sauerstoffgehalt in dem Schweißmetall des Drahtes 200 ppm oder weniger beträgt.
Vorzugsweise enthält das Flussmittel außerdem 0,1 bis 3 Gew.-% Ni, wobei die Gew.-% auf das Gesamtgewicht des Drahtes bezogen sind.
Vorzugsweise enthält das Flussmittel außerdem 1,5 Gew.-% oder weniger Oxide, wobei Gew.-% auf das Gesamtgewicht des Drahtes bezogen sind.
Bei einem erfindungsgemäßen Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen im Gleichstrommodus positiver Polarität mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist die erzeugte Spratzmenge gering und nicht nur ein gutes Schweißvermögen wird verwirklicht, sondern auch ein Metall mit ausgezeichneter Zähigkeit in allen Schweißlagen, wie horizontale Schweißlage, Überkopf-Schweißlage und dergleichen, kann unter Anwendung eines Schweißstroms in dem Bereich von 50 bis 300 A, das heißt in dem Bereich von Niederstrom bis Mittelstrom, erzielt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A bis 1D sind Querschnittsansichten, als Modelle, die Beispiele des Aufbaus der erfindungsgemäßen Fülldrähte zeigen.
Der erfindungsgemäße Fülldraht weist eine geeignete ausgewogene Zusammensetzung von Flussmittelkomponenten, wie Al, Mg, BaF&sub2; und dergleichen, auf, wodurch eine Spratzmenge klein gehalten werden kann und gut geformte Schweißnahtbildung für alle Schweißlagen unter Anwendung eines Schweißstroms in dem Bereich von Niederstrom bis Mittelstrom oder in einer definierten Weise in dem Bereich von 50 bis 300 A verwirklicht werden kann. Das heißt stark desoxidierende Mittel, wie Al und Mg, vermindern den Sauerstoffgehalt in einem geschmolzenen Metall zur Erhöhung der Viskosität des geschmolzenen Metalls, die eine Rolle bei der Verwirklichung einer gut geformten Schweißwulstbildung gegen den Einfluss der Gravitationskraft spielt. Außerdem macht BaF&sub2;, das ein Fluorid ist, den Lichtbogen bei einem Gleichstrommodus positiver Polarität stabil und dadurch wird die Spratzmenge vermindert und gleichzeitig ein Sauerstoffanteil in dem geschmolzenen Metall vor dem Anwachsen bewahrt und dadurch dient es als Schlackebildungsmittel, um die Schweißnaht (Wulstbildung) im guten Zustand aufzutragen. Wenn ein Sauerstoffgehalt im Schweißmetall des Drahtes 200 ppm oder weniger beträgt, ist die Viskosität des geschmolzenen Metalls deutlich erhöht, was das Schweißvermögen (Schweißnahtbildung in Schräglage) für alle Schweißlagen verbessert. Wenn der Gehalt an Austenit bildenden Elementen von Ni, Mn und C und Ferrit bildenden Elementen Al und Si ermittelt wird, sodass das Verhältnis von Austenit bildenden Elementen von Ni, Mn und C zu den Ferrit bildenden Elementen von Al und Si in dem Draht einen geeigneten Wert annimmt, weist das erhaltene Schweißmetall eine ausgezeichnete Zähigkeit auf. Der erfindungsgemäße Fülldraht wird zum Schweißen von Weichstahl und Stahl mit hoher Zugfestigkeit verwendet und weist den Vorteil auf, dass Stumpfstoß mit einem Wurzelspalt in einer Nut geschweißt werden kann, um einseitiges Schweißen zu vollziehen, während die Rückwulst, ohne Verwendung eines Stützmetalls (das verwendet wird, um Wegtropfen der Wulst zu verhindern und eine Rücknaht zu bilden) in einer zur üblichen verschiedenen Weise in allen Schweißlagen, wie Horizontalschweißen, Vertikalschweißlage und dergleichen, gebildet wird, da das geschmolzene Metall eine hohe Viskosität aufweist und somit kaum wie vorstehend beschrieben herabhängt.
Nachstehend wird der Grund beschrieben, warum eine Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen Drahtes auf die vorstehend beschriebene Zusammensetzung eines Drahtes begrenzt ist, wobei die Anteile an Komponenten jeweils in Gew.-% zu dem Gesamtgewicht des Drahtes ausgedrückt sind.
Al ist eine unabdingbare Komponente, die in einem Flussmittel eingeschlossen sein sollte und ein starkes desoxidierendes Mittel. Al erhöht die Viskosität eines geschmolzenen Metalls zur Verbesserung der Form der Schweißwulst in allen Schweißlagen und hat auch die Wirkung der Stabilisierung des Lichtbogens im Gleichstrommodus positiver Polarität. Wenn allerdings der Al-Gehalt weniger als 0,7 Gew.-% beträgt, wird der Lichtbogen instabil und die Spratzmenge wird groß und wenn andererseits der Al-Gehalt über 3 Gew.-% beträgt, liegt Al in einem Schweißmetall in zu hoher Menge vor, wodurch die Textur des Schweißmetalls gröber wird, sodass die Zähigkeit des Schweißmetalls vermindert wird. Daher wird der Al-Gehalt in den Bereich 0,7 bis 3 Gew.-% eingestellt und es ist bevorzugt, dass vom Blickwinkel der Stabilisierung des Lichtbogens und der Verbesserung der Zähigkeit der Gehalt in dem Bereich von 0,9 bis 2,5 Gew.-% eingestellt wird.
Mg ist eine unabdingbare Komponente, die in einem Flussmittel enthalten sein sollte, und ein starkes Desoxidationsmittel. Mg erhöht die Viskosität eines geschmolzenen Metalls zur Verbesserung der Form der Schweißnaht in allen Schweißlagen und hat auch eine Wirkung der Stabilisierung des Lichtbogens bei einem Gleichstrommodus positiver Polarität. Wenn allerdings der Mg-Gehalt weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, wird der Lichtbogen instabil und die Spratzmenge wird hoch und andererseits, wenn der Mg-Gehalt über 1,2 Gew.-% liegt, ist die Zentralisierung des Lichtbogens mangelhaft, wodurch die Spratzmenge zunimmt und die Form des Schweißwulst sich verschlechtert unter Bildung von Vorsprüngen. Daher wird ein Mg-Gehalt in dem Bereich von 0,1 bis 1,2 Gew.-% und bevorzugter in dem Bereich von 0,1 bis 0,8 Gew.- % eingestellt, aus der Sicht, dass die Form der Schweißwulst nicht verschlechtert wird. Obwohl Mg eine ähnliche Rolle wie Al spielt, ist der Unterschied zwischen beiden Metallen jener, dass Mg größer als Al im Grad der Zunahme der Viskosität eines geschmolzenen Metalls ist, aber wenn Mg in zu hohem Maße zugegeben wird, wird die Spratzmenge erhöht und die Form der Schweißwulst verschlechtert sich, verglichen mit dem Fall von Al.
Al und Mg sind jeweils stark desoxidierende Mittel und erhöhen die Viskosität eines geschmolzenen Metalls unter Verbesserung der Form der Wulst in allen Schweißlagen und haben auch eine Wirkung zur Stabilisierung des Lichtbogens beim Gleichstrommodus positiver Polarität. Wenn allerdings die Summe von Al + 3 Mg weniger als 1,3 Gew.-% beträgt, wobei Al und Mg den Metallgehalt entsprechend den Atomsymbolen in Gew.-% ausweist, ist dieser Effekt nicht ausreichend und der Sauerstoffgehalt in dem Schweißmetall übersteigt 200 ppm, wodurch das geschmolzene Metall herabhängen kann, wohingegen, wenn der Wert über 4 Gew.-% liegt, die Viskosität des geschmolzenen Metalls zu hoch ist und Schweißwülste in Form von Vorsprüngen gebildet werden, wodurch die Form der Schweißwülste verschlechtert wird. Ein Wert der Summe von Al + 3Mg wird daher vom Blickwinkel einer Verbesserung des Schweißvermögens und der Stabilisierung des Lichtbogens in dem Bereich von 1,3 bis 4 Gew.-% oder vorzugsweise in dem Bereich von 1,6 bis 4 Gew.-% eingestellt.
BaF&sub2; ist eine unabdingbare Komponente, die in einem Flussmittel eingeschlossen sein sollte und die Wirkung aufweist, dass der Lichtbogen stabilisiert wird und die dabei entstehende Spratzmenge bei einem Gleichstrommodus positiver Polarität vermindert ist. Wenn allerdings der BaF&sub2;-Gehalt geringer als 1,2 Gew.-% ist, wird eine solche Wirkung nicht ausgeübt, während wenn der BaF&sub2;-Gehalt größer als 4 Gew.-% ist, ein geschmolzener Tropfen am spitzen Ende eines Drahtes größer ist, was verhindert, dass eine glatte Migration des Tropfens auftritt und im Gegenteil die Spratzteilchen eine größere Gestalt aufweisen, sodass die Spratzmenge erhöht wird. Ein BaF&sub2;-Gehalt wird vom Blickwinkel der Unterdrückung der Erhöhung der Größe von Spratzteilchen in dem Bereich von 1,2 bis 4 Gew.-% eingestellt.
Mn ist eine unabdingbare Komponente und der Grund, warum ein Mn-Gehalt, welches ein Austenit bildendes Element ist, beschränkt ist, sodass der gesamte Mn- Gehalt in einer Stahlhülle und einem Flussmittel kombiniert in dem Bereich von 0,2 bis 1,9 Gew.-% liegt, besteht darin, dass die Zähigkeit eines Al enthaltenden Schweißmetalls gewährleistet wird. Wenn der gesamte Mn-Gehalt weniger als 0,2 Gew.-% beträgt, wird eine solche Wirkung nicht ausgeübt und andererseits, wenn die Gesamtmenge an Mn größer als 1,9 Gew.-% beträgt, wird die Festigkeit des Schweißmetalls zu hoch, wodurch die Zähigkeit andererseits verschlechtert wird. Daher liegt der gesamte Mn-Gehalt in dem Bereich von 0,2 bis 1,9 Gew.-% oder bevorzugter in dem Bereich im von 0,4 bis 1,6 Gew.-%, aus der Sicht der Gewährleistung von Zähigkeit.
Si ist eine unabdingbare Komponente und der Grund, warum der Si-Gehalt begrenzt ist, sodass ein gesamte Si-Gehalt in einer Stahlhülle und dem Flussmittel, kombiniert in dem Bereich von 0,001 und 0,9 Gew.-%, liegt, besteht darin, dass die Verträglichkeit zwischen dem Muttermetall und dem Schweißmetall verbessert ist. Wenn der gesamte Si-Gehalt weniger als 0,001 Gew.-% beträgt, wird ein solcher Effekt nicht ausgeübt. Wenn andererseits der gesamte Si-Gehalt größer als 0,9 Gew.-% beträgt, wird die Zähigkeit des Schweißmetalls vermindert. Daher wird der Si-Gehalt vom Blickpunkt der Gewährleistung von Zähigkeit in dem Bereich von 0,001 bis 0,9 Gew.- %, bevorzugter in dem Bereich von 0,001 bis 0,6 Gew.-%, eingestellt.
C ist ein Austenit bildendes Element und der Grund dafür, warum der gesamte C- Gehalt in der Stahlhülle und dem Flussmittel, kombiniert in dem Bereich von 0,005 bis 0,08 Gew.-%, eingestellt wird, besteht darin, dass die Zähigkeit eines Schweißmetalls, das Al enthält, gewährleistet ist. Wenn die Gesamtmenge an C weniger als 0,005 Gew.-% beträgt, wird ein solcher Effekt nicht ausgeübt und andererseits, wenn der gesamte C-Gehalt größer als 0,08 Gew.-% beträgt, wird die Festigkeit des Schweißmetalls zu fest und dadurch sinkt andererseits die Zähigkeit. Daher liegt der gesamte C-Gehalt vom Blickpunkt der Gewährleistung der Zähigkeit vorzugsweise in dem Bereich von 0,005 bis 0,08 Gew.-% und bevorzugter in dem Bereich von 0,005 bis 0,06 Gew.-%.
Es ist bevorzugt, dass das Flussmittel-Füllverhältnis zu dem Gesamtgewicht des Drahtes in dem Bereich von 5 bis 30 Gew.-% eingestellt wird. Das heißt, wenn ein Flussmittel-Füllverhältnis weniger als 5 Gew.-% beträgt, wird ein Gehalt von jeder Komponente des Flussmittels unzureichend und dadurch kann kein zufriedenstellender Effekt erhalten werden und andererseits, wenn das Flussmittel-Füllverhältnis größer als 30 Gew.-% beträgt, muss die Stahlhülle von geringer Dicke sein, was eine zu hohe Stromdichte durch den Draht fließen lässt und was wiederum den Lichtbogen instabil macht, sodass die Spratzmenge erhöht wird. Ein Flussmittel-Füllverhältnis liegt somit vorzugsweise in dem Bereich von 5 bis 30 Gew.-% oder bevorzugter in dem Bereich von 7 bis 20 Gew.-%, vom Blickpunkt der Ausübung von Wirksamkeit von jeder Flussmittelkomponente und Lichtbogenstabilisierung.
Gemäß vorliegender Erfindung liegt der Sauerstoffgehalt in einem Schweißmetall aus einem Draht vorzugsweise in dem Bereich von 200 ppm oder weniger. Es wird eine starke Beziehung zwischen einer Viskosität von geschmolzenem Metall und einem Sauerstoffgehalt in dem Metall hergestellt und je geringer der Sauerstoffgehalt ist, desto höher ist die Viskosität des geschmolzenen Metalls, wodurch wenn der Sauerstoffgehalt in dem Schweißmetall aus dem Draht weniger als 200 ppm beträgt, das Schweißvermögen (Schweißwulstbildung bei Schräglage) für alle Schweißlagen verbessert ist. Eine Beziehung zwischen dem Sauerstoffgehalt in dem Schweißmetall und Flussmittelkomponenten kann nicht klar definiert werden, da es einen Trend dazu gibt, dass der Sauerstoffgehalt proportional zur Menge eines stark desoxidierenden Mittels, wie Al, Mg oder dergleichen, abnimmt und außerdem gibt es als andere Faktoren zur Ermittlung des Sauerstoffgehalts, eine Ausgeglichenheit zwischen dem desoxidierenden Mittel und einem Fluorid, eine Ausgeglichenheit zwischen dem desoxidierenden Mittel und Oxiden, eine Basizität von Schlacke und dergleichen. In der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass es die stärkste Korrelation zwischen einem Wert von Al + 3 Mg und einem Sauerstoff des Schweißmetalls gibt. Es muss nicht erwähnt werden, dass stark desoxidierende Mittel, die von Al und Mg, Ca, Ti und dergleichen, verschieden sind, in das Flussmittel und/oder die Stahlhülle eingearbeitet sein können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können, falls erforderlich, Ni und Oxide als zusätzliche Komponenten zugegeben werden. Obwohl Ni, das ein Austenit bildendes Element ist, welches vergleichsweise kostspielig ist, ist das Element zur Gewährleistung von Zähigkeit eines Al enthaltenden Schweißmetalls wirksam. Wenn allerdings der Ni-Gehalt geringer als 0,1 Gew.-% ist, wird eine solche Wirkung nicht ausgeübt und wenn andererseits der Ni-Gehalt mehr als 3 Gew.-% beträgt, wird die Festigkeit des Schweißmetalls zu fest und die Zähigkeit nimmt im Gegenzug ab. Es ist daher bevorzugt, dass der Ni-Gehalt in dem Bereich von 0,1 bis 3 Gew.-% eingestellt wird. Die Oxide sind Komponenten, die als Schlacke bildendes Mittel wirksam sind, welches der Verbesserung der Form der Wulst und dergleichen dient. Wenn allerdings der Oxidgehalt weniger als 1,5 Gew.-% ist, wird die Spratzmenge drastisch erhöht. Daher wird der Oxidgehalt vorzugsweise auf 1,5 Gew.-% oder weniger eingestellt. Unter den Oxiden sind neutrale Oxide, wie Eisenoxid und ein Mn-Oxid, und basische Oxide, wie ein Mg-Oxid und ein Al-Oxid, Oxide mit vergleichsweise geringer Wirkung auf den Grad erhöhter Spratzbildung. Zr ist ein Metall, das vom Standpunkt insbesondere aller Schweißlagen eingesetzt werden kann und wenn der Zr-Gehalt weniger als 0,001 Gew.-% ist, wird eine solche Wirkung gering und wenn andererseits der Zr-Gehalt mehr als 1 Gew.-% ist, wird die Zähigkeit des Schweißmetalls verschlechtert.
Der Grund, warum das Verhältnis von Austenit bildenden Elementen zu Ferrit bildenden Elementen X = (4Ni + 7Mn + 20C)/(2Al + Si) = 0,7 beträgt, liegt darin, dass wenn die Austenit bildenden Elemente Ni, Mn und C bei X = 0,7 oder mehr in Bezug auf die Ferrit bildenden Elemente Al und Si zugegeben werden, ein Schweißmetall mit ausgezeichneter Zähigkeit erhalten werden kann. Ein Wert x wird vorzugsweise auf 1,2 oder mehr eingestellt.
Als Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass 0,2 Gew.-% Ti oder/und 0,001 bis 0,02 Gew.-% B in einem Flussmittel oder/und einer Stahlhülle eingeschlossen sein können, um die Zähigkeit bei geringer Temperatur zu gewährleisten.
Es gibt keine spezielle Begrenzung hinsichtlich der Querschnittsstruktur; eine Vielzahl von Strukturen wird in Fig. 1(A) bis 1(D) beispielhaft angegeben und kann verwendet werden. Im Fall der nahtlosen Struktur von Fig. 1(D) kann Kupferplattieren auf der Oberfläche eines Drahtes angewendet werden. Als Schutzgas kann entweder Kohlendioxid oder einen Gemisch von Kohlendioxid und Argongas verwendet werden.

Beispiele

Fülldrähte, dargestellt in Tabellen 3 und 4, wurden unter Verwendung von Stahlhüllen (entsprechend JIS G 3141 SPCC-SD), dargestellt in Tabelle 2, hergestellt. Die Drähte haben die selben Parameter und Drahtdurchmesser von 1,6 mm und ein Flussmittel-Füllverhältnis von 10 Prozent und eine Querschnittsstruktur von jedem Draht, dargestellt in Fig. 1(B).
Mehrschicht-/Mehrgangschweißen für eine anstoßenden V-Naht in vertikaler Schweißlage, ausgewählt als ein repräsentatives Beispiel für alle Schweißlagen, wurde unter Verwendung von gefüllten Schweißdrähten unter den in Tabelle 1 gezeigten Schweißbedingungen ausgeführt und die Ergebnisse wurden hinsichtlich der Leichtigkeit der Wulstbildung (Schweißvermögen), der Spratzmenge und der Zähigkeit des Schweißmetalls (bezogen auf JIS Z 3313) bewertet. In Beispiel Nr. 23 gemäß der vorliegenden Erfindung wurde als Schutzgas ein Gemisch von 20 Prozent CO&sub2; und 80 Prozent Ar anstelle von CO&sub2; verwendet.
Die Ergebnisse eines Schweißtests wurden in Fig. 5 darstellt, wobei die Bewertungen durch die nachstehenden Markierungen ausgewiesen wurden, wobei in den Spalten für alle Schweißlagen (Überkopfschweißen als Beispiel): o bedeutet eine Form einer Schweißnaht, die sehr eben ist (leicht glättbar), o bedeutet eine Form einer Schweißwulst, die fast eben ist, Δ bedeutet eine Form einer Schweißwulst von etwas hervorstehender Beschaffenheit und x bedeutet, dass kein Schweißen ausgeführt werden kann oder dass die Form der Schweißwulst von scharfer hervortretender Beschaffenheit ist, in der Spalte Spratzen: o bedeutet eine Spratzmenge ist sehr gering, o bedeutet die Spratzmenge ist klein und das Spratzen schließt kleine Teilchen von einem Durchmesser von 0,5 mm oder weniger ein, Δ bedeutet, dass die Spratzmenge ziemlich klein ist, dass es aber häufig die Möglichkeit gibt, dass das Spratzen mittlere Teilchen von einem Durchmesser in dem Bereich von 0,5 bis 1,0 mm im Durchmesser einschließt und x bedeutet, Spratzen großer Teilchen in dem Bereich von 1,0 mm oder mehr im Durchmesser tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit auf und die Spalte Zähigkeit (Schweißmetall): o bedeutet eine absorbierte Energie bei 0ºC im Charpytest ist 120 Joule oder mehr, o bedeutet, dass die absorbierte Energie bei 0ºC im Charpytest 70 Joule oder mehr ist, Δ bedeutet, dass die absorbierte Energie bei 0ºC im Charpytest 40 Joule oder mehr ist und x bedeutet, dass die absorbierte Energie bei 0ºC im Charpytest weniger als 40 Joule beträgt.

Tabelle 1

Stahlblech für den Test: JIS G 3106 SM490B, Dicke 20 mm
Form der Zusammenfügung: anstoßende V-Naht, Nutwinkel 45 Grad, Wurzelspalt 5 mm mit Stützblech
Drahtdurchmesser: 1,6 mm
Flussmittel-Füllverhältnis: 10%
Schutzgas: CO&sub2;, Strömungsgeschwindigkeit 20 l/min
Schweißlage: Vertikallage
Schweißstrom: 200 A
Schweißspannung: 20 V
Schweißgeschwindigkeit 15 cm/min
Drahtlänge: 20 mm
Schweißpolarität: Gleichstrom positiver Polarität Tabelle 2
(Gew.-%) Tabelle 3
* der Rest ist Eisenpulver und unvermeidbare Verunreinigungen.
Vb Vergleichsbeispiele Tabelle 4
# 1 der Rest ist Eisenpulver und unvermeidbare Verunreinigungen.
# 2 T. Ti: 0,045 Gew.-% B: 0,005 Gew.-%
# 3 MgO: 1,1 Gew.-%
# 4 MgO: 1,8 Gew.-%
# 5 Zr: 0,1 Gew.-%
a) i: Beispiele der vorliegenden Erfindung
*: Vergleichsbeispiele Tabelle 5
Wie aus den Testergebnissen ersichtlich, gibt es bei den Vergleichsbeispielen Nr. 1 bis 12 folgende Probleme, weil den Vergleichsbeispielen mindestens eines der unabdingbaren Merkmale der vorliegenden Erfindung fehlt. In Nr. 1 war die Spratzmenge groß, weil der Al-Gehalt geringer war als die untere Grenze und dadurch der Lichtbogen nicht stabil war und in Nr. 2 war die Zähigkeit des Schweißmetalls verschlechtert, weil ein Al-Gehalt mehr als die obere Grenze war und im Gegensatz dazu im Überschuss vorlag. In Nr. 3 war die Spratzmenge groß, weil der Mg-Gehalt weniger als die untere Grenze war und dadurch der Lichtbogen instabil wurde. In Nr. 4 hing die Schweißwulst in Schräglage herunter und die Form der Schweißwulst war schlecht und der Lichtbogen war instabil und dadurch die Spratzmenge hoch, weil ein Wert von Al + 3Mg weniger war als das untere Limit. In Nr. 4 war der Sauerstoffgehalt in dem Schweißmetall über 200 ppm der definierten oberen Grenze. In Nr. 5 ist die Form der Schweißnaht von einer scharfen, hervorstehenden Natur und schlecht und die Spratzmenge war hoch, weil der Al-Gehalt und der Wert von Al + 3 Mg größer war als die entsprechenden oberen Grenzen.
In Nr. 6 war der Lichtbogen instabil und dadurch die Spratzmenge hoch, weil der BaF&sub2;-Gehalt geringer war als die untere Grenze und in Nr. 7 ist das Spratzen von Teilchen mit großem Durchmesser mit hoher Wahrscheinlichkeit aufgetreten, weil ein BaF&sub2;-Gehalt größer ist als die obere Grenze zu dem Gegenteil. In Nr. 8 war der Mn- Gehalt geringer als die untere Grenze und in Nr. 9 war ein gesamter Mn-Gehalt größer als die obere Grenze und in beiden Vergleichsbeispielen war die Zähigkeit des Schweißmetalls mangelhaft. In Nr. 10 war die Form der Schweißnaht gut, jedoch die Verträglichkeit zwischen einer Schweißnaht und dem Muttermetall war schlecht, weil der gesamte Si-Gehalt geringer war als die untere Grenze. Andererseits war in Nr. 11 die Zähigkeit des Schweißmetalls vermindert, da der gesamte Si-Gehalt größer war als die obere Grenze. In Nr. 12 war die Form der Schweißnaht von etwas hervorstehender Beschaffenheit und die Zähigkeit des Schweißmetalls war mangelhaft, weil der Wert von Al + 3Mg größer war als die obere Grenze und der gesamte Mn- Gehalt geringer war als der empfohlene Wert (x = 0,57 < 0,7).
Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ergebnissen war, wie aus Tabelle 5 ersichtlich, in einigen der Beispiele der vorliegenden Erfindung die Spratzmenge gering und Schweißnähte von guter Form und ein Schweißmetall ausgezeichneter Zähigkeit wurde bei vertikaler Schweißlage, welche für alle Schweißlagen repräsentativ ist, erhalten. Es wurde natürlich bestätigt, dass ein gutes Ergebnis auch bei einer vertikalen Abwärts-Schweißlage erhalten wurde.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Schweißdraht bereitgestellt, der Flussmittel enthält, verwendet zum Lichtbogenschweißen unter Schutzgas für einen Gleichstrommodus positiver Polarität, bei dessen Verwendung die erzeugte Spratzmenge gering ist, ein gutes Schweißvermögen verwirklicht wird und ein Schweißmetall ausgezeichneter Zähigkeit in allen Schweißlagen erhalten wird, sodass nicht nur eine ebene Schweißlage, sondern eine vertikale Schweißlage und dergleichen unter Anwendung eines Schweißstroms in dem Bereich von einem niederen Strom bis zu einem mittleren Strom oder in einer definierten Weise in dem Bereich von 50 bis 300 Ampere erhalten wird.

Claims

1. Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen, der in einem Gleichstrommodus positiver Polarität verwendet wird, umfassend: eine Stahlhülle und ein Flußmittel, mit dem die Stahlhülle gefüllt ist, wobei das Flußmittel 0,7 bis 3 Gew.-% Al, 0,1 bis 1,2 Gew.-% Mg und 1,2 bis 4 Gew.-% BaF&sub2; enthält, wobei jeder Gehalt einem Wert in Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes entspricht und die Summe des Gehalts an Aluminium plus dem Gehalt an Magnesium multipliziert mit 3 in dem Bereich zwischen 1,3 bis 4 Gew.-% liegt, das Füllverhältnis des Flußmittels zum Gesamtgewicht des Drahtes in dem Bereich von 5 bis 30 Gew.-% liegt, der gesamte Mn-Gehalt in der Stahlhülle und dem Flußmittel zusammengenommen im Bereich zwischen 0,2 bis 1,9 Gew.-% liegt und der gesamte Si- Gehalt in der Stahlhülle und dem Flußmittel zusammengenommen in dem Bereich von 0,001 bis 0,9 Gew.-% liegt.

2. Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1, wobei der gesamte Kohlenstoffgehalt in der Stahlhülle und dem Flußmittel zusammengenommen in dem Bereich von 0,005 bis 0,08 Gew.-% liegt.

3. Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Flußmittel weiter 0,1 bis 3 Gew.-% Ni enhält, wobei Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes ist.

4. Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Flußmittel weiter 1,5 Gew.-% oder weniger Oxide enthält, wobei Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes ist.

5. Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Flußmittel weiterhin 0,01 bis 1 Gew.-% Zr enthält, wobei Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes ist.

6. Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Austenit bildenden Elemente zu den Ferrit bildenden Elementen X = (4Ni + 7Mn + 20C)/(2Al + Si) ≥ 0,7 ist, wobei die Atomsymbole diesbezügliche Gehalte der entsprechenden Elemente anzeigen.

7. Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1, wobei das Flußmittel 0,9 bis 2,5 Gew.-% Al, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes, enthält.

8. Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1, wobei das Flußmittel 0,1 bis 0,8 Gew.-% Mg, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes, enthält.

9. Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1, wobei der gesamte Mn-Gehalt in der Stahlhülle und dem Flußmittel zusammengenommen in dem Bereich von 0,4 bis 1,6 Gew.-% liegt.

10. Fülldraht zum Gas-geschützten Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1, wobei der gesamte Si-Gehalt in der Stahlhülle und dem Flußmittel zusammengenommen in dem Bereich von 0,001 bis 0,6 Gew.-% liegt.