NO158155B - Fakkel. - Google Patents

Description

Stålsveisetråd til elektrisk buesveising av stål i en beskyttelsesgassatmosfære.

Oppfinnelsen vedrører sveisetråd til automatisk eller halvautomatisk elektrisk

buesveising av stål i en beskyttelsesgassatmosfære som består av kullsyre eller en

inertgass, spesielt argon, eventuelt blandet

med oksygen, eller av blandinger av disse

gasser. Eksempler på kjente gassblandinger

er 95 pst. CO, + 5 pst 02, 95 pst. Ar + 5

pst. 02, 80 pst Ar + 15 pst. C02 + 5 pst. 02

og 89 pst. Ar + 6 pst. C02 + 5" pst. 02. Be-skyttelsesgassene må selvsagt være mest

mulig fri for hydrogen og nitrogen og for-bindelser av disse som, som bekjent, in-fluerer på sveisingens beskaffenhet.

Reaksjoner i metallsmelten hvori kar-bonmonooksyd dannes, og som resulterer i

porøsitet i sveisen kan som kjent motvirkes

ved å benytte elektrodetråd som har et sed-vanlig lavt karboninnhold på mindre enn

0,15 pst. og inneholdende ved siden av

mangan minst ett deoksyderende element

spesielt silisium og videre f. eks. titan, alu-minium og lignende.

Når det ved sveising av stål i beskyttelsesgass anvendes kjente stålsveisetråder

med silisiuminnhold fra ca. 0,5 til 2 pst. og

et manganinnhold fra ca. 1 til 3 pst., oppnås

gode verdier for sveisens mekaniske egenskaper. Snittslagseigheten ved lavere temperaturer er imidlertid ikke tilfredsstillende.

For å oppnå en sveis med en sammensetning som er tilpasset tilstrekkelig til ar-beidsstykkets metall, eller for å få en sveis

med bestemte egenskaper, kan sveisetråden

ha et innhold av ytterligere legeringsbestanddeler som silisium, mangan, krom,

nikkel, molybden o. 1., idet det for valg av

legeringsbestanddelenes mengde må taes

hensyn til en delvis avbrenning ved sveisingen.

Det er videre kjent ved sveising av stål i luft å anvende en rørformet sveisetråd som over hele lengden jevnt er fylt med en pulverformet blanding av slaggdannende, desoksyderende og buestabiliserende stoffer og eventuelt metallpulvere. De desoksyderende og legerende metaller kan altså helt eller delvis være inneholdt i hylsterets metall som legeringsbestanddeler.

Som kjent kan tråder av denne type fåes ved valsing og/eller trekking av en tykk stang utstyrt med en utboring med pulverisert fylling eller ved innbretning eller innrulling av en pulverformet blanding i metallbånd, hvorpå det hele bearbeides til ønsket tråddiameter.

Ved anvendelse av denne trådtype be-skyttes det smeltede metall under sveise-prosessen for innvirkning av luft, spesielt av nitrogen ved slaggen. Sveisens egenskaper og den dannede profil var da gunstig. Vanligvis ble det da imidlertid ikke oppnådd antagelige verdier for snittslaggseig-het ved lavere temperaturer. En ytterligere ulempe er derved den store slaggmengde som krever et betraktelig ekstra energiopp-bud ved sveisingen, og som til slutt må fjer-nes i motsetning til sveising i en beskyttelsesgassatmosfære under anvendelse av homogen ståltråd.

Det er videre kjent å anvende med slaggdannende blandinger fylte sveisetråder ved sveising i en beskyttelsesgass hvor det oppnås kombinasjon av fordelene ved begge sveisefremgangsmåter.

Hertil er det beskrevet trådfyllinger som inneholder slaggdannende blandinger av rutiltypen eller av basisk type og som selvsagt er hydrogenfri og fortrinnsvis ikke hygroskopiske, hvilke blandinger er av van-lig type for belegg av sveisestaver.

Hvis det ble benyttet basiske blandinger, var trådfyllingen sammensatt av en slaggdannende blanding som bestod av om-trent 20 til 60 vektsprosent i forhold til fyllingen av jordalkalifluorid, spesielt CaF„, og videre av desoksyderende material, eventuelt sammen med jernpulver og legerings-elementer. Som ytterligere slaggdannende stoff nevnes her blant annet CaCOs.

Tykkelsen av disse kjente sveisetråders metallhylse var mindre enn en fjerdedel av den samlede tråddiameter.

Sees det bort fra de desoksyderende og legerende stoffer og antas det en tetthet av trådfyllingen på bare 80 pst. (dvs. 20 pst. hulrom i fyllingen), så kan det av de forannevnte data for disse kjente sveisetråder enkelt beregnes det minimalt mu-lige innhold av CaF2 og CaCO:! i prosent av den samlede trådvekt.

Disse grensesammensetninger ligger på den rette linje mellom punktene 3,42 CaF9

—0 CaCO., og 1,83 CaF2—7,34 CaCO.,, punktene P resp. Q i diagrammet på tegningen. Disse sammensetninger oppfyller betingelsene:

Ved disse kjente sveisetråder skal unn-gås den spruting som kan opptre ved sveising i en beskyttelsesgassatmosfære ved anvendelse av sveisetråd som består av homo-gent metall, således at høyere sveisestrøm-mer skal være anvendbare. Ulempene ved nærvær av forholdsvis mange slaggdannende stoffer består imidlertid som tidli-ger. Det er endelig dessuten kjent en sammensatt elektrode for automatisk buesveising av stål i en beskyttelsesgass av kullsyre eller kullsyreholdige blandinger med en fylling som foruten reduserende metaller og eventuelt buestabilisatorer inneholder 30 til 80 pst. jordalkalioksyd. Da utgjør fyllingens overflate i tverrsnitt bare 0,2 til 5 pst. av den samlede flate. Velges her som jordalkalioksyd CaO som benyttes i form av CaCOa, så kan man for disse tråder som ikke inneholder fluorid oppnå et CaC03-innhold fra noen promiller til ca. 3 pst. av den samlede trådvekt. Disse sammensetninger ligger på linjen OS på diagrammet på tegningen.

Denne tråd med et meget lite innhold av slaggdannende stoffer tjener til å for-bedre sveiseegenskapene og å tilveiebringe en mulighet til sveising ved vekselstrøm.

Av de undersøkelser som førte til oppfinnelsen har det vist seg at nettopp sveisetråder med en fylling, hvis slaggdannende del er basisk og som spesielt består av CaCO., og CaF2 i forhold til den samlede trådvekt innen de verdier som er kjent fra de to ovenfor beskrevne utførelser er spesielt nyttige for sveising i beskyttelsesgass-atmosfærer.

Det har vist seg at det da kan fåes sveiser med meget gunstige verdier for snittslagseighet ved lavere temperaturer og gode sveisegenskaper. Dessuten er prosentmengden av slaggdannende mineralske stoffer da alltid forholdsvis lav, således at ulemper på grunn av nærvær av store slaggmengder dessuten begrenses til en tålbar minimal verdi.

Oppfinnelsen som grunner seg på disse undersøkelser vedrører en stålsveisetråd for elektrisk lysbuesveising av stål i en beskyttelsesgassatmosfære, spesielt kullsyre og kullsyreholdige gassblandinger. Denne tråd består av et stålhylster og en fylling av en hydrogenfattig, pulverformet masse som inneholder kalsiumkarbonat og kalsiumfluorid, buestabiliserende stoffer, desoksyderende metall og eventuelt legerende metall og/eller jern, og sveisetråden er karakterisert ved at prosentmengden av kalsiumkarbonat og kalsiumfluorid i fyllingen beregnet på den samlede trådvekt, samtidig oppfyller betingelsene:

Området for sammensetningene ifølge oppfinnelsen er antydet på tegningens dia-gram forsåvidt det refererer seg til inn-holdet av CaCO., og CaF0 ved firkanten

ABCD.

Da avbrannen av desoksyderende og noen legerende metaller minskes på grunn av nærvær av CaF2, velges vanligvis høyere prosentsatser av disse metaller ved et lavere innhold av CaF2 og omvendt. Videre velges mengden av disse metaller under hensyntagen til avbrannen tilsvarende den normale tilpasning av metallet i sveisen til arbeidsmaterialets sammensetning, og/ eller tilsvarende sveisens ønskede egenskaper. De nødvendige desoksyderende og legerende stoffer kan selvsagt være en be-standdel av metallhylsen eller fyllingen eller av begge.

Meget gode resultater med hensyn til utbytte ved sveisen og til sveissnorens profil, og spesielt med hensyn til snittslagseighet ved lavere temperaturer, oppnås med en tråd, hvis kalsiumkarbonatinnhold ligger mellom 2 og 4 pst. av den samlede trådvekt. Dette sammensetningsområdet er på tegningsdiagrammet antydet med firkanten EFGH.

De gunstige resultater fåes med sveisetråden ifølge oppfinnelsen allerede ved sveising i form av en enkeltsnor. Dette er viktig ved såkalt sveising med forskaling, og for vertikalt oppadgående stapelsveising, idet det vanligvis fåes grove krystallstruk-turer som gir lavere snittslagverdier. Av samme grunner kan metaller ved den vann-rette sveising nedsmeltes med en elektrode ifølge oppfinnelsen i mindre skikt eller i tykkere skikt.

Fordelen med forbedringen av snittslagseigheten ved en enkel sveisesnor viser seg også ved flere skiktsveisinger, da her lukkeskiktet også har den enkelte snors struktur.

Forbedringen av sveisemetallets dukti-litet viser seg ikke bare fra økning av snittslagseighet og nedsettelse av overgangs-temperaturen med sprøbrudd av en slik sveis, men også ved nedsettelse av sveisemetallets stopptemperatur ved Robertson-måling. Ved denne måling måles som bekjent på forholdsvis store prøvestykker den temperatur hvor de i materialet påbegynte sprøbrudd ikke fortsetter.

Det viser seg at ved anvendelse av argon uten noen tilsetning av oksygen og/ eller kullsyre som beskyttelsesgass kan det fåes sveiser med god kvalitet på stål ved hjelp av tråder ifølge oppfinnelsen i motsetning til det resultat som oppnås med homogen ståltråd. Dette ville kunne til-bakeføres på nærværet av den kullsyre som utvikler seg i sveisebuen fra CaCO., ved an-vendelsen av sveisetråden ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal i det følgende for-klares nærmere ved hjelp av noen eksempler.

De angitte verdier for snittslagseighet ved forskjellige temperaturer er målt

på prøvestaver av 10 x 10 x 55 mm med et V-formet snitt, hvis åpningsvinkel utgjør 45°, dybde 2 mm og bunnradius 0,25 mm (Charpy V-notch). Stavene var anbragt loddrett til sveiseretningen tatt fra platen med sveisen, og V-snittet var anbragt i midten av sveisen loddrett på sveiseover-flaten. De i de følgende tabeller nevnte verdier er med noen unntagelser gjennom-snittsverdier av tre eller fire målinger.

Tabell 1 viser resultatet av sveising etter den såkalte forskalingssveisefrem-gangsmåte med kullsyre som beskyttelsesgass på en 25 mm tykk stålplate med en sammensetning på 0,6 Mn — 0,04 Si ■—■ 0,13 C — resten jern (st. 37). Spaltebredden mellom platene var 13 mm og sveisestrøm-men ca. 400 A.

Som bekjent fullsveises ved forskalings-sveisefremgangsmåten spalten mellom to vertikalt anordnede stålblikk i en eneste prosess. Det flytende sveisemetall avstøttes da av kobberblokker.

I tabellene er i første spalte angitt num-merne av et antall prøver, i annen spalte bruttosammensetning i prosent av samlet trådvekt, og i tredje spalte verdiene for snittslagseighet (Charpy V-strekknotch) ved forskjellige temperaturer.

I tabellene er det først angitt de resultater som oppnås ved hjelp av tråden med en sammensetning ifølge oppfinnelsen (nr.

1 til 12) alle innen firkanten ABCD på diagrammet. Det viser seg herav at forbedring i snittslagseighet blir maksimal med et CaCO.,-innhold på 2 pst. og mer. (nr. 4 til 12). Med hensyn til det lavere innhold av

slaggdannende stoffer foretrekkes imidlertid sammensetninger med CaC03-innhold fra 2 til 4 pst. innen diagrammats firkant EFGH (nr. 4 til 10).

Videre angis en sammensetningsgruppe (nr. 13 til 19) som alle ligger utenfor området ABCD ifølge oppfinnelsen. Av en sammenligning med sammensetningen iføl-ge oppfinnelsen (Nr. 1 til 12) viser det seg at tråd uten CaCO., og CaF„ (nr. 13), tråd med bare CaF, (nr. 14, og 15) og tråd med innhold av CaF, og CaCO.,, som ikke oppfyller betingelsene ifølge oppfinnelsen (nr. 16, til 19) gir ugunstigere resultater. En for stor mengde CaFa og også en for stor mengde CaCO., nedsetter effekten.

Tabell 2 viser resultatene av forskalingssveising i en C02-atmosfære for noen forskjellige stålsorter med tråder ifølge oppfinnelsen (nr. 21, 22, 23, og 25).

Sammenligningsmessig er det også angitt noen resultater som ble oppnådd med tråder som ikke inneholdt noe CaCOa og CaF2 (20,24).

Eksempler på legerte sveisetråder ved forskalingssveising i C02 på noen stålsorter er angitt i tabell 3 (nr. 26, 27). Sammenligningsmessig er det resultat nevnt som er oppnådd med en tråd uten CaC03 og CaF2 (nr. 28). Tabell 4 viser resultatene ved forskalingssveising i en kullsyreatmosfære på 25 mm stålblikk St 37 med sveiseelektroder ifølge oppfinnelsen, hvori CaC03 eller CaF2 delvis er erstattet med andre karbonater resp. fluorider eller oksyder med en virk-ning som nedsetter slaggens smeltepunkt.

I tabell 5 angis resultater for sveisinger som ble dannet ved loddrett sveising i mange skikt under anvendelse av C02 som beskyttelsesgass. Det ble sveiset i V-sømmer med en åpningsvinkel på 70° og en forreste åpning på 10 mm på 16 mm stålblikk St. 37. Sveisesømmen ble utfylt med ni sveisesno-rer i fem lag (1-1-2-2-3), idet det ble over-holdt intervaller på 20 minutter.

Sveisen nr. 37 og 30 er fremstillet med tråd ifølge oppfinnelsen. Sammenligningsmessig er det opptatt resultatet av en tråd uten CaC03 og CaF2 (nr. 39).

Noen enklere sveisinger av flere skikt-typer er angitt i tabell 6. Det ble fremstillet V-sømmer med en åpningsvinkel på 70° i 12 mm stålblikk St 41 av en type som kan benyttes til anvendelse ved —60°C. Platens sammensetning var 1,2 Mn — 0,07 Si — 0,12 C, videre Fe. Sømmene er sveiset i to skikt vannrett med 180A (nr. 40—42) resp. i tre skikt vertikalt i oppadstabling med 110 A)

(Nr. 43).

Av prøvene nr. 40, 41 og 42 fremgår det at ved anvendelse av bare 0,3 pst. CaF2 og 1,4 pst. CaCO;1 inntrer det allerede en viss forbedring av snittslagseigheten, at denne ved økning av manganinnholdet økes betraktelig og de beste resultater fåes med tråd som inneholder 2,0 pst. CaCO;! og 0,6 pst. CaF2.

Tabell 7 viser dessuten resultater av sveisinger som ble dannet i andre beskyt-telsesgasser enn C02. Sveisingen er fremstillet i 12 mm plate St 41 (1,2 Mn — 0,07 Si — 0,12 C, resten jern) i en V-søm med en åpningsvinkel på 70° i to skikt med 180 A.

Endelig angis resultatene av et strekk-forsøk. En strekkstav (diameter D = 8 mm,

lengde L = 5 D) er tatt fra midten i lengde-retning av en sveis som ble fremstillet ved

hjelp av den i tabell 5 beskrevne frem-gangsmåte i 16 mm stålblikk St. 37 med en

sveisetråd av sammensetning nr. 37.

Strekkfasthet 48,8 kg/mm2.

Flytegrense: 38,7 kg/mms.

Utvidelse: 31,2 pst.

Kontraksjon 70 pst.

Claims (2)

1. Stålsveisetråd med et manganinnhold på 1—3 pst. til elektrisk buesveising av stål i en beskyttelsesgassatmosfære, spesielt kullsyre og kullsyreholdige gassblandinger, hvilken tråd består av et stålhylster

og en fylling av en nitrogenfattig pulverformet masse, som inneholder kalsiumkarbonat og kalsiumfluorid, buestabiliserende stoffer, desoksyderende metall og eventuelt legerende metall og/eller jern, karakterisert ved at prosentmengden av kalsiumkarbonat og kalsiumfluorid i fyllingen referert til den samlede trådvekt, samtidig oppfyller betingelsene:

[CaC03] mellom 0,5 og 7 [CaF„] mer enn 0,5 og [CaCb3] + 4,7 [CaF2] mindre enn 16.

2. Sveisetråd ifølge påstand 1, karakterisert ved at prosentsatsen av kalsiumkarbonat ligger mellom 2 og 4.