NO139311B - Forbrukbar sveiseelektrode av staal - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en forbrukbar sveiseelektrode av stål, særlig til bruk ved lysbuesveising under pulver (pulversveising) og lignende sveisemetoder.

Pulversveising er en velkjent sveisemetode ved hvilken lysbuen dannes mellom en forbrukbar elektrode og arbeidsstykket under et flussmiddel som tilføres som granulært materiale, men som smelter ved de ved prosessen herskende temperaturer. Slutt-sammensetningen av sveisen bestemmes i hovedsaken av sammensetningen av den forbrukbare elektrode, flussmidlet og metallet som sveises.

Den fremherskende faktor er sammensetningen av den forbrukbare elektrode, men det finner sted en kontinuerlig ut-veksling av elementer mellom det smeltede flussmiddel og sveise-metallet, og den høye energimengde som karakteriserer prosessen resulterer i at sveisedammen fortynnes med metall fra det sveisede materiale i en grad som er avhengig av sveiseskjøtens art og energitilførselen.

Et spesielt problem ved pulversveising av stål er slagseigheten eller kjervduktiliteten av det dannede sveisemetall. De tidligere oppnådde lave verdier av slagseigheten er blitt grad-vis forbedret ved bruk av mer fullstendig desoksyderte forbrukbare elektroder inneholdende forskjellige legeringsmetaller, for eksempel molybden og nikkel. Dessuten gikk man over fra bruk av sure flussmidler som har en tendens til å innføre silisium og mangan i sveisedammen, til fullstendig basiske flussmidler som gir en renere smelte med mindre svovel, fosfor og resterende oksygen.

Til tross for. disse forbedringer er de oppnådde slagseighetsverdier ikke alltid tilstrekkelige, for eksempel når det. gjelder sveising av høyfaste mikrolegerte konstruksjonsstå-1, såsom BS kvalitet 50 D, ved konstruksjon av olje-plattformer i Nordsjøen/ Et krav ved denne anvendelse er at sveisemetallets egenskaper ikke må forringes altfor sterkt under varmebehandlingen etter sveisingen, såsom spenningsglødning (isotermisk behandling i en time pr. tomme av tykkelsen ved ca. 600°C) eller normalisering (austenitisering ved ca. 850°C i en time pr. tomme av tykkelsen, etterfulgt av luftkjøling). Sveiser dannet med største-parten av de kjente forbrukbare elektroder er utsatt for en slik egenskapsforringelse, særlig under normaliseringen.

Fra Norsk Patent nr. 131 582 er det kjent en frem-gangsmåte til pulversveising av stål, hvor det anvendes en stål-tråd inneholdende, i vekt%, 0,2-2,5% mangan, 0,002-0,05% bor og ett eller flere av metallene titan, aluminium og zirkonium, hvert i mengder på 0,005-0,5%, samt eventuelt nikkel inntil 5%, molybden inntil 1,2% og krom inntil 6%, i forbindelse med et flussmiddel av nærmere angitt art. Det vil sees at grenseområdene for de forskjellige metaller i sveisetråden er relativt vide. Ifølge patentets beskrivelse skal dessuten karbon-innholdet kunne gå opp til 0,2% og silisium-innholdet opp til hele 0,5%. Patentets krav angir ikke sveisetrådens silisium-innhold. Som helhet angir patentet et stort antall sveisetråder med varierende sammensetning, hvilke gir varierende resultater ved sveising under anvendelse av forskjellige flussmidler. Av den analyse av for-søksresultatene som er gitt på side 16 og 17 i patentskriftet, fremgår den lære at hvis det anvendes en sveisetråd inneholdende litt bor og ett eller flere av elementene titan, aluminium og zirkonium som tilsetning, så vil det avsatte metalls seighet bli meget vesentlig forbedret, og enn videre at jo mer bor som til-settes, desto mer forbedres det avsatte metalls seighet. Hvis bormengden overstiger 0,05%, blir dog det avsatte metalls strekk-styrke altfor høy, hvilket kan medføre ulemper. På basis av læren ifølge nevnte patent var det ganske uventet at man ved å holde sveisetrådens silisium-innhold innenfor relativt lave, snevre grenser, i kombinasjon med en viss mengde molybden og små, snevert definerte mengder av bor og titan/kan oppnå vesentlig forbedrede slagseighetsresultater ved anvendelse av sveisetråder som ikke inneholder slike metaller som nikkel, krom eller zirkonium.

Den foreliggende oppfinnelse angår således en forbrukbar sveiseelektrode av stål i form av tråd eller stav, karakterisert ved at stålet har følgende sammensetning:

Foretrukne utførelsesformer er presisert i patentkravene.

Den forbrukbare sveiseelektrode ifølge oppfinnelsen gir ved anvendelse under basisk flussmiddel en sveis med meget god slagseighet, og sveisen bibeholder i det vesentlige sine gode egenskaper etter spenningsglødning eller normalisering.

Mengden av mangan i sveiseelektroden velges avhengig av den ønskede styrke av det endelige sveisemetall.

Molybden-innholdet er fortrinnsvis minst 0,3% for å sikre en tilstrekkelig effekt av dette element. Karbon-innholdet er fortrinnsvis under 0,10%.

Aluminium er bare til stede som følge av at det anvendes som desoksydasjonsmiddel ved stålfremstillingsprosessen. Det er normalt av denne grunn til stede i en mengde på minst 0,02%. Man har imidlertid funnet at aluminiuminnhold under 0,025% og helst under 0,02% gir bedre sveiseegenskaper, og aluminiuminnholdet er derfor fortrinnsvis under 0,02%.

Titaninnholdet er meget viktig da det forårsaker en ytterligere desoksydasjon av sveisedammen, fremmer dannelsen av små kuleformede innleiringer og beskytter bor mot virkningen av oksygen og nitrogen.

Litt bor må foreligge ubundet. Det foretrekkes at det ubundne eller frie bor er til stede i en mengde av minst

0,0002%. Den minimumsmengde av bor som ialt. må være til stede i sveiseelektroden vil være avhengig av den mengde som er bundet til. oksygen og nitrogen, men det er blitt funnet at et minimum på 0,002% bor vil resultere i en tilstrekkelig mengde fritt bor i sveiseelektroden. Lave. mengder av oksygen og nitrogen er til-svarende fordelaktige.

Arten av den stålfremstillingsprosess som velges, er ikke betraktet som viktig. Det foretrekkes å fremstille stål uten aluminium, titan og bor, og å tilsette disse elementer senere i denne rekkefølge. Stålet tettes eller desoksyderes hovedsakelig med aluminium, titan kan fjerne en stor del av det resterende oksygen, og bor blir så tilsatt til slutt.

Den forbrukbare sveiseelektrode ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis forsynt med et tynt belegg av kobber. Kobberbelegget forbedrer den elektriske kontakt mellom sveiseelektroden og den elektriske energikilde og beskytter også elektroden mot korrosjon.

Tråden eller elektroden har fortrinnsvis en diameter mellom 1 mm og 8 mm. Kobberbelegget på tråden utgjør fortrinnsvis opptil 0,15 vekt% av tråden, idet den praktiske øvre grense er den mengde som resulterer i at kobber overføres til sveise-metallet i en mengde som har en skadelig virkning på sveisemetallets egenskaper.

Hvis det flussmiddel som anvendes er et surt flussmiddel, vil titan og bor ha en tendens til å oksyderes, og silisium og mangan en tendens til å bli overført fra flussmidlet til sveisedammen. Det foretrekkes derfor et basisk flussmiddel for å minske sådan oksydasjon og overføring av silisium og mangan.

Oppfinnelsen illustreres ved følgende eksempler, hvor et par stålplater (BS 4360 50 D) ble forbundet ved pulver- . sveising med et i handelen tilgjengelig basisk flussmiddel inneholdende følgende bestanddeler i vekt%: Si02: 13,7, MnO: 0,1, F<e>203: 1,29, Al203: 19,6, CaO: 12,58, MgO: 29,0, Ti02: 0,5, K20: 0,76, Na20: 0,42, CaF2: 18,0, Li02: 0,32, Zr203: 1,58. Tykkelsen av platen var 38,1 mm.

En serie sveiseforsøk ble utført med en vanlig brukt handels-sveisetråd, betegnet som sveisetråd CA, og andre serier av sveiseforsøk ble utført med sveisetråder, betegnet med A, B, C, D, E og F, i henhold til oppfinnelsen.

Sammensetningen av tråden CA var C: 0,09-0,15%, Mn: 1,45-1,7%, Si: 0,15-0,35%, Mo: 0,15%, Al: høyst 0,02%, S: høyst 0,030%, P: 0,030%.

Analysen av trådene A til F er vist i tabell 1.

Analysen av forsøksplatene var: C: 0,14%, Mn: 1,25%, Si: 0,42%, Mo: 0,025%, Nb: 0,031%, S: 0,022%, P: 0,015%.

Typiske sveisemetall-analyser av de dannede sveiser er vist i tabell 2. Alle sveisene ble dannet under anvendelse

av en likestrømsbue med den forbrukbare elektrode som positiv elektrode, skjønt den også kan anvendes som negativ elektrode.

Varmetilførselen var 2,83 kJ/mm for trådene A, C, D, E og F, og 6,42 kJ/mm for tråden B. Sveisene med den i handelen tilgjengelige tråd CA ble dannet med varmemengder mellom 2,8 og 5 kJ/mm. Sveiser dannet med den i handelen tilgjengelige tråd CA og med trådene A, B, C, D og E ble undersøkt med hensyn til slagseighet (V-kjerv-metodenetter Charpy) i spenningsglødet tilstand. Sveiser dannet med trådene B og F ble også undersøkt på samme måte i normalisert tilstand. Tegningen viser grafisk de oppnådde slagseighetsresultater.

Figur 1 viser spredningen av resultatene for trådene A, B og C, sammenlignet med spredningen av resultatene for

tråden CA uten etterbehandling.

Figur 2 viser spredningen av resultatene for de samme tråder etter spenningsglødning. Figur 3 viser spredningen av resultatene for trådene D og E sammenlignet med spredningen av resultatene for tråden CA uten etterbehandling. Figur 4 viser spredningen av resultatene for de samme tråder etter spenningsglødning.

Figur 5 viser resultater erholdt med trådene B og F

i normalisert tilstand.

Det antas at forskjellen mellom trådene A, B og C på den ene side og trådene D og E på den annen side med og uten spenningsglødning i vesentlig grad skyldes at aluminiumsinnholdet i førstnevnte tråder ikke er høyeré enn 0,02%, mens aluminiumsinnholdet i sistnevnte tråder er ca. 0,03%.

Det fremgår klart at det ble oppnådd betydelig bedre resultater med-sveisetrådene ifølge oppfinnelsen, særlig i spenningsglødet og normalisert tilstand, hvor egenskapene ble forbedret sammenlignet med den ikke etterbehandlede tilstand ved alle forsøkstemperaturer.

En vanlig spesifikasjon for sveiser av dette materiale for Nordsjø-plattformer krever en slagseighet ved -20°C på 27 J. Med konvensjonelle sveisetråder kan dette såvidt oppnås, og små variasjoner eller feil kan føre til at sveisene ikke ansees å oppfylle standardkravene. Ved å bruke tråden ifølge oppfinnelsen kan man oppnå slagseighetsverdier for sveisen som er høyere enn verdiene for selve metallplatene. Det antas at sveiseelektroden ifølge oppfinnelsen til og med kan brukes for kryogene stål på grunn av de utmerkede lavtemperatur-egenskaper hos de dannede sveiser.

Strekkfasthetsegenskapene til visse sveiser er angitt i tabell 3.

Claims (6)

1. Forbrukbar sveiseelektrode av stål i form av tråd eller stav, karakterisert ved at stålet har føl-gende sammensetning: jern og tilfeldige forurensninger: rest.

2. Sveiseelektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at aluminiuminnholdet er høyst 0,02%.

3. Sveiseelektrode ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at karboninnholdet er høyst 0,10%.

4. Sveiseelektrode ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at molybdeninnholdet er minst 0,3%.

5. Sveiseelektrode ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at svovelinnholdet er høyst 0,03%-og fosforinnholdet høyst 0,03%.

6. Sveiseelektrode ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den er forsynt med et tynt belegg av kobber som utgjør opp til 0,15 vekt% av tråden eller staven.