Schweissmittel, insbesondere für die Unterpulverschweissung Die zunehmende Automation in der Fertigung macht es erforderlich, Schweissverfahren, die bisher nur von Hand und z. B. unter Verwendung hochwertiger Man telelektroden durchgeführt werden konnten, in auto matischer Weise durchzuführen. Insbesondere bei der Unterpulverschweissung von Eisen, Eisenlegierungen oder eisenfreien Legierungen ergeben sich hierbei häu fig Schwierigkeiten, wenn an die Qualität der Schwei ssung besondere Anforderungen gestellt werden.
So war es beispielsweise bisher nicht möglich, die Unterpulver- schweissung für Fertigungszwecke einzusetzen, wenn eine, hohe Kerbschlagzähigkeit bei tiefer Temperatur (-40 C und darunter) gefordert war, wie dies z. B. für Flüs siggas-Behälter, Panzerungen und dergleichen erforder lich war. Der Behälterbau und die Verarbeitung von Panzerplatten geht dabei von einem Grundmaterial ho her Festigkeit aus (z. B. 80 kg/mm2) und die Schweiss nähte müssen auch bei den genannten tiefen Temperatu ren hohe Kerbzähigkeitswerte aufweisen. Dies konnte bisher praktisch nur unter Verwendung von basischen Mantelelektroden erzielt werden.
Es sind bereits Schweisspulver auf Basis von Erd- alkalioxyden (wie Calciumoxyd, Magnesiumoxyd und Bariumoxyd) und Calciumfluorid bekannt, wobei der Erdalkalioxyd-Anteil etwa 10 bis 50 %, der Calcium- fluorid-Gehalt etwa 20 % beträgt. Diese Schweisspulver enthalten jedoch stets relativ hohe Anteile an SiO2, z. B. 20 % oder mehr. Versuche, den SiO2-Anteil unter etwa 20 % zu senken, führten zwangläufig zu einer Verschlechterung der Schweisseigenschaften des Pul vers, z. B. Nahtbildverschlechterung, Porosität der Naht, ungünstiges Schmelzverhalten und dergleichen.
Es wurde nun gefunden, dass ein für die Unter pulververschweissung von Werkstoffmetallen, wie Eisen- Nickel und Legierungen dieser Metalle, geeignetes ba sisches Pulver zum Erzielen hoher Kerbschlagzähigkei- ten der Schweissnaht bei tiefer Temperatur (-40 C und weniger) verwendet werden kann, dessen SiO2- Anteil erheblich unter dem bisher als für den gege- benen Zweck für erforderlich gehaltenen Wert von min destens 20 % SiO2 liegt, ohne dass die Schweisseigen schaft des Pulvers leidet.
Der Nachteil eines hohen, d. h. über 15 % liegenden SiO2-Anteils, bezüglich der Festigkeit der Schweissnaht, besteht darin, dass beim Schweissvorgang aus diesem SiO2-Anteil Silicium in das Schweissgut hineinreduzierts> wird. Dieser stets durch das Pulver bedingte Silicium zuwachs lässt sich durch Veränderung der Schweissbe dingungen bestenfalls nur in sehr geringem Umfang be einflussen.
Dies gilt insbesondere dann, wenn das Schweissgut grössere Anteile an Legierungskomponenten, wie Mangan, Molybdän, Chrom, Nickel oder Kohlen stoff, enthält, da in diesen Fällen der Silicium-Gehalt des Schweissgutes die zulässigen Grenzen rasch über steigt. Bei Schweisspulver mit einem SiO2-Anteil von 15 bis 20 % oder mehr ist es daher nicht möglich, in das Schweissgut alle Legierungselemente unabhängig vom Silicium-Gehalt des Schweissgutes hineinzubringen. Ferner beeinflussen die durch Verwendung solcher Pul ver bedingten Silicateinschlüsse eine Verschlechterung der Eigenschaften des Schweissgutes, insbesondere seiner Kerbschlagzähigkeit.
Hieraus ist ohne weiteres ersicht lich, dass die zum Schweissen von hochfesten Stahlsorten erforderliche genaue Einstellung der Legierungselemente einschliesslich des Siliciums mit Pulvern, die einen hohen Si02-Anteil aufweisen, nicht zu erreichen ist. Hierbei ist zusätzlich zu berücksichtigen, dass bestimmte Zu satzwerkstoffe (Schweissdraht) zum Schweissen von nie drig legierten Stahlsorten selbst schon einen so hohen Silicium-Gehalt aufweisen, dass beim Schweissen keiner lei Silicium-Zubrand erfolgen darf.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein hochba sisches Schweisspulver, das die Nachteile der bekannten Schweisspulver überwindet und die Anwendung automa tischer Schweissverfahren, insbesondere des Unterpulver schweissens, auch dort ermöglicht, wo hohe Kerbschlab zähigkeitswerte bei tiefer Temperatur, wie bei der Fer tigung von Behältern und Panzerungen, gefordert sind.
Die Erfindung ermöglicht unter Berücksichtigung der angegebenen Grenze für SiO2 eine völlig freie Wahl der Schweissgutzusammensetzung bezüglich des Silicium- Gehaltes, eine erhebliche Verminderung des Abbrandes an Legierungselementen aus dem Zusatzwerkstoff, die Förderung des Abbrandes von Schwefel und Phosphor aus dem Schweissgut und die Ausschaltung oder Ver minderung von Silicat- und/oder Oxydeinschlüssen im Schweissgut, ohne dass die . Schweisseigenschaften des Pulvers leiden.
Das Schweissmittel gemäss der Erfindung, das ins besondere für die Unterpulverschweissung zum Schwei ssen von Stählen in Anwesenheit eines metallischen Desoxydationsmittels und zum Erzielen von Schweiss nähten mit hoher Kerbschlagzähigkeit bis zu Tempera turen von -40 C vorgesehen ist, ist dadurch gekenn zeichnet, dass es, bezogen auf die nichtmetallischen Verbindungen des Schweissmittels, bis 30 Gew.
% min destens eines der Oxyde des Aluminium, Zirkon, Titan, Eisen, Chrom oder Mangan und 8-4.0 Gew.% CaF2 und 30-80 Gew.% Erdalkaloxyd und 1-10 Gew.% SiO2 enthält und der Anteil des Erdalkalioxyds, ge messen in Gew.%, mindestens viermal grösser als der Anteil des Siliziumoxydgehaltes ist.
Die Unterpulverschweissung mit dem erfindungsge mässen Schweissmittel in Pulverform erfolgt in Gegen wart eines metallischen Desoxydationsmittels, das ent weder als metallische Komponente (z. B. etwa 4 %) im Schweissmittel selbst enthalten sein und/oder aus dem Zusatzmaterial stammen kann. Als Desoxydations mittel kommen hierbei die üblichen Metalle oder Me tallegierungen wie Ferrolegierungen von Silicium und Mangan sowie von Aluminium, Titan, Zirkon und der gleichen in Frage. Das Schweissgut selbst sollte in der Regel beruhigt sein, d. h. mindestens etwa 0,1 % Sili- cium enthalten.
Das erfindungsgemässe Schweissmittel ist allgemein für die Schlackenbehandlung von Metallschmelzen ge eignet und kann z. B. ausser für die Unterpulverschwei ssung auch für die Elektroschlacke-Schweissung verwen det werden.
Das erfindungsgemässe Mittel kann sowohl ein ge schmolzenes, gesintertes oder agglomeriertes Material sein. Vorzugsweise wird es durch Agglomerieren herge stellt, insbesondere wenn es einen metallischen Anteil, z. B. Desoxydationsmittel, enthalten soll.
Ein Schweissmittel gemäss der Erfindung in Form von agglomeriertem Schweisspulver für die Unterpulver schweissung kann z. B. wie folgt hergestellt werden: Ein Gemisch aus geglühtem Magnesit, technischem Manganoxyd, Flussspat, Tonerde und Desoxydationsmit tel (gleiche Teile Ferrosilicium und Ferromangan) wird unter Zugabe von Wasserglas zu einer körnigen Masse agglomeriert, die nach dem Aussieben bei einer Tem peratur von 400 100 C geglüht wird.
Im folgenden sind zwei Beispiele für die Zusam mensetzung und Schweissqualität von zwei bevorzugten erfindungsgemässen Mitteln angegeben. <I>Beispiel 1</I> Gemäss den obigen Angaben wurde ein Schweissmit tel hergestellt, wobei die Anteile des Gemisches so ge- wählt wurden, dass ein agglomeriertes Pulver mit fol gender Zusammensetzung der nichtmetallischen Ver bindungen entstand:
EMI0002.0032
A1203 <SEP> = <SEP> 20%
<tb> Ca <SEP> F2 <SEP> = <SEP> 25
<tb> MgO <SEP> = <SEP> 32
<tb> CaO <SEP> = <SEP> 10%
<tb> 5102 <SEP> = <SEP> 8%
<tb> MnO <SEP> = <SEP> 3 <SEP> %
<tb> Na2O <SEP> = <SEP> 1 <SEP> %
<tb> K20 <SEP> = <SEP> <U>1</U>
<tb> <B>100%</B> <SEP> - <SEP> 100 <SEP> Teile <SEP> dieses <SEP> Pulvers
<tb> enthalten <SEP> 4 <SEP> Teile
<tb> Desoxydationsmittel <SEP> - Das Produkt wird im folgenden als Schweissmittel A bezeichnet.
<I>Beispiel 2</I> Gemäss den obigen Angaben wurde ein Schweiss mittel hergestellt, wobei die Anteile des Gemisches so gewählt wurden, dass ein agglomeriertes Pulver mit fol gender Zusammensetzung der nichtmetallischen Verbin dungen entstand:
EMI0002.0034
A1203 <SEP> = <SEP> 21
<tb> CaF2 <SEP> - <SEP> 30%
<tb> MgO <SEP> = <SEP> 35%
<tb> CaO <SEP> = <SEP> 5%
<tb> Si02 <SEP> = <SEP> 5+2%
<tb> Na2O <SEP> = <SEP> 1%
<tb> K20 <SEP> = <SEP> 1
<tb> <B>100%</B> <SEP> - <SEP> 100 <SEP> Teile <SEP> dieses <SEP> Pulvers
<tb> enthalten <SEP> 4 <SEP> Teile
<tb> Desoxydationsmittel <SEP> - Das Produkt wird im folgenden als Schweissmittel B bezeichnet.
Mit den beiden obigen Pulvern wurden verschiedene Stahlsorten nach folgendem Plan ge schweisst:
EMI0002.0035
Blechdicke: <SEP> 15 <SEP> mm
<tb> Nahtvorbereitung: <SEP> 600-V
<tb> Schweissdaten: <SEP> 580 <SEP> A <SEP> 30 <SEP> V <SEP> 50 <SEP> cm/min
<tb> Entnahme <SEP> der <SEP> Proben: <SEP> Quer <SEP> zur <SEP> Naht, <SEP> Kerbe <SEP> senk recht <SEP> zur <SEP> Nahtoberfläche
<tb> Probenform: <SEP> DVM <SEP> (nach <SEP> DIN <SEP> 50115) Es wurden Schweissproben durch Unterpulverschwei- ssenvon drei Stahlsorten (I-III) mit unterschiedlichen Festigkeitswerten hergestellt und die Kerbschlagzähig- keitswerte der Naht ermittelt.
Die Einzelheiten sind der folgenden Tabelle zu ent nehmen:
EMI0003.0000
Stahl <SEP> I <SEP> Stahl <SEP> II <SEP> Stahl <SEP> HI
<tb> Festigkeit <SEP> (kg/mm2) <SEP> 42 <SEP> 60 <SEP> 80
<tb> Zusammensetzung <SEP> des <SEP> Stahles <SEP> C <SEP> 0,1 <SEP> C <SEP> 0,16 <SEP> C <SEP> 0,21
<tb> in <SEP> %, <SEP> Rest <SEP> Fe <SEP> Mn <SEP> 0,9 <SEP> Mn <SEP> 1,3 <SEP> Mn <SEP> 0,9
<tb> Si <SEP> 0,1 <SEP> Si <SEP> 0,3 <SEP> Si <SEP> 0,47
<tb> S <SEP> 0,024 <SEP> Ni <SEP> 0,5 <SEP> Cr <SEP> 0,8
<tb> P <SEP> 0;
042 <SEP> V <SEP> 0,15 <SEP> Mo <SEP> 0,16
<tb> S <SEP> 0,008
<tb> P <SEP> 0,015
<tb> Zusammensetzung <SEP> des <SEP> reinen, <SEP> C <SEP> 0,06 <SEP> C <SEP> 0,07
<tb> zum <SEP> Schweissen <SEP> der <SEP> Stähle <SEP> Mn <SEP> 1,6 <SEP> Mn <SEP> 2,1
<tb> verwendeten <SEP> Drahtes <SEP> in <SEP> %, <SEP> Rest <SEP> Fe <SEP> Si <SEP> 0,3 <SEP> Si <SEP> 0,39
<tb> Ni <SEP> 0,35 <SEP> Ni <SEP> 2,4
<tb> S <SEP> 0,004 <SEP> Mo <SEP> 0,4
<tb> P <SEP> 0,020 <SEP> S <SEP> 0,005
<tb> P <SEP> 0,028
<tb> Schweisspulver <SEP> A <SEP> B
<tb> Kerbschlagzähigkeit <SEP> der <SEP> Schweiss- <SEP> 11,4 <SEP> 12,6 <SEP> 7,3
<tb> naht <SEP> nach <SEP> DVM <SEP> bei <SEP> - <SEP> 60 <SEP> C
<tb> (mkg/cm2),
<tb> Mittelwert <SEP> von <SEP> 3 <SEP> Messungen Alle in der Beschreibung angegebenen %-Werte be ziehen sich auf das Gewicht.
Die qualitativen und quan titativen Werte der Schweissmittelzusammensetzung sind jeweils die analytisch ermittelten Werte.