DE2811406B2

DE2811406B2 - Draht- und Schweißpulver-Kombination für das Unterpulver-Lichtbogenschweißen und Verfahren zum Schweißen von Pipelinestählen unter Verwendung einer solchen Kombination

Info

Publication number: DE2811406B2
Application number: DE2811406A
Authority: DE
Inventors: Stephen Francis Ashtabula Baumann; Thomas Louis Lewiston N.Y. Coless; Ernest Norman Englewood N.J. Levine; Masahiro Jefferson Nakabayashi; Gerald Ashtabula Uttrachi
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-03-17
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1980-12-11
Also published as: CA1127880A; IT7848469A0; FR2383748B1; BR7801595A; GB1597765A; DE2811406A1; ES467942A1; JPS53115637A; FR2383748A1; IT1102542B; DE2811406C3

Description

und 0,3 Gew,-% Eisenoxid.

Ein Verfahren zum Unterpulver-Lichtbogenschweißen von hochfesten, niedriglegierten Pipelinestählen unter Verwendung der vorstehend genannten Draht-Schweißpulver-Kombination ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Schweißpulver mit einem Gehalt von 25 bis 50 Gew.-% Siliziumdioxid, 24 bis 18 Gew.-% Kalziumfluorid, 0 bis 20 Gew.-% Manganoxid, 0 bis 20 Gew.-% Titandioxid, 1,0 bis 25 Gew.-% Aluminiumoxid, 10₁O bis 35,00 Gew.-°/o Kalziumoxid und ι ο 0 bis 20 Gew.-% Magnesiumoxid aufgebracht wird, daß dann ein in Tandem geschalteter Draht durch das Schweißpulver hindurch mit den Pipelinestählen in Kontakt gebracht wird, um den Unterpulver-Lichtbogen auszulösen, wobei jeder Draht im wesentlichen aus 2,0 bis 34 Gew.-% Mangan, 0,01 bis 1,0 Gew.-% Silizium, 0,05 bis 0,15 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, besteht, wobei im Falle von Mangangehalten von mehr als 24 bis zu 3,5 Gew.-% der Siliziumgehalt zwischen 0,01 und 14 Gew.-% liegt und im Falle eines Mangangehaltcs zwischen 2,0 und 24 Gew.-% der

Tabelle I

Siliziumgehalt größer als 0,3 Gew.-% bis zu 14 Gew,-% ist und daß dann für eine Relativbewegung zwischen den Drähten und Pipelinestählen unter Ausbildung eines Schweißgutes gesorgt wird, das bei —25" C eine Schlagzähigkeit von mindestens 4,1 J hat.

Bei dem im Rahmen der erfindungsgemäßen Draht-Schweißpulver-Kombination vorgesehenen Draht sind die Gehalte an Mangan und Silizium kritisch. Neben den vorstehend genannten Bestandteilen kann der Draht Elemente, wie Molybdän (0,1 bis 04 Gew.-%) und/oder Vanadium (0,05 bis 0,20 Gew.-%) oder zusätzliche, üblicherweise benutzte Elemente bis zu ihrem bekannten kritischen Wert enthalten. Diese Elemente sind jedoch für die erzielten, beachtenswerten Kerbschlagzähigkeitseigenschaften nicht wesentlich.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert Die Zusammensetzungen sind dabei jeweils in Gew.-% angegeben.

Typische geeignete Drahtzusammensetzungen sind in der Tabelle I zusammengestellt.

Probe	C
Nr.
A	0,10
B	0,091
C	0,099
D	0,098
E	0,Iv/

2,27
2,52
3,03
3,03
2,48

0,35
0,37
0,31
0,34
0,61

0,50

Ο,ΪΟ

0,011	0,005
0,013	0,004
0,010	0,004
ο,οιο¹	0,004
0,013	0,004

Die untenstehende Tabelle II zeigt die Zusammensetzung von typischen Schweißpulvern, die in Verbindung mit den Drähten gemäß Tabelle r benutzt werden können. Außerdem enthält die^Xabelle Il die bekannte

Tabelle II

Formel zum Bestimmen der Acidität oder Basizität der Schweißpulver. Vier der angegebenen Zusammensetzungen haben eine Basizitätszahl kleiner als 1 und sind daher als sauer anzusprechen.

B =

Bestandteil	Schweißpulver	2	3	4	5	8,0
	I	22,2	—	14,1	27,6
MnO	12,3	34,3	39,9	39,4	21,6
SiO₂	40.1	4,8	2,5	3,0	20,0
AIjO,	5,1	13,2	33,8	24,0	9,0
CaO	17,6	4,7	11,3	9,2	1,0
CaF₂	4,6	12,5	11,9	7,9	-
TiO₂	18,9	0,3	-	0,5	1,0
BaO	-	1,8	0,3	1,0
FeO	1,1		-		11.8
ZrO₂		0,1	-	0,3	-
MgO	-		-	-	1,1
Na₂O	-	0,6	0,96	0,9	1/2 (MnO+ FeO)
Basizität B	0,6			BaO + CaF₂ + Na₁O + K₂O +
CaO + MgO +

SiO₂ + 1/2 (AI₂O₃ + TiO₂ + ZrO₂)

Anhand der vorstehend genannten Daten wurde bestimmt, daß ein vorliegend brauchbares Schweißpulver im Bereich der nachstehend genannten chemischen Zusammensetzungen liegen sollte.

TiO₂	0-20%
AI₂O₃	1.0-25%
CaO	10.0 - 35.00%
MgO	0-20%

SiO₂
CaF₂
MnO

25-50%
2,5-18%
0-20%

Versuche wurden an einem hochfesten, niedriglegierten Stahl der folgenden Zusammensetzung durchgeführt:

Mn

Si

Cu Ni

Cr

Mc

Al

Cb

1,27

0,006

0,005 0,26

0,10 0,07

0,09

0,29

0,017 0,038

Bei diesem Versuch wurden die Drahtzusammensetzungen A bis E gemäß Tabelle I in Verbindung mit den beiden Schweißpulverzusammensetzujigen 1 und 3 der Tabelle il benutzt, wobei typische Pipelineschweißbedingungen für ein Zweidrahttandem-Unterpulverschweißen verwendet wurden. An der Innenwand des Rohres führte der vordere Draht 850 A bei 31 V. Der zweite Draht führte 700A bei 39 V. Die Schweigegchwindigkeit betrug 1 m/min. An der Außenwand des Rohres führte der vordere Draht 1100 A bei 33 V, während der zweite Draht 660 A bei 42 V führte. Die Schweißgeschwindigkeit betrug 1 m/min. Wenn der Draht A zusammen mit dem Schweißpulver 1 verwendet wurde, betrug die Kerbschlagzähigkeit 3,4 J bei —25° C Infolgedessen ist es notwendig, ein Schweißpulver mit höherer' Basizitätszahl, wie die Schweißpulver 3 oder 4, zu verwenden, wenn der Draht einen Mangangehalt nahe dem unteren Grenzwert von 2,0 Gew.-% Mangan hat Bei Verwendung des Drahtes A in Verbindung mit dem Schweißpulver 3, das eine Basizitätszahl von 0,96 hat, ergab sich eine Kerbschlagzähigkeit von 6,1 J bei —25° C, was reichlich über dem üblicherweise benötigten Mindestwert von 4,1 J liegt

Bei Verwendung des Drahtes B in Verbindung mit dem Schweißpulver I wurde eine Kerbschlagzähigkeit von 6,8 J bei -25° C erzielt. Wenn der Draht B in Verbindung mit dem Schweißpulver 3 verwendet wurde, ergab sich eine Kerbschlagzähigkeit von 6,1 J bei -25° C. Bei Anwendung des Drahtes C in Verbindung mit dem Schweißpulver 1 wurde eine Kerbschlagzähigkeit von 7,5J bei -25° C erzielt Der Einsatz des Drahtes C in Kombination mit dem Schweißpulver 3 führte zu einer Kerbschlagzähigkeit von 10,8 J bei -25° C. Wenn der Draht D zusammen mit dem Schweißpulver 1 verwendet wurde, ergab sich eine Kerbschlagzähigkeit von 6,1 J bei -25° C. Die Verwendung des Drahtes D zusammen mit dem Schweißpulver 3 führte zu einer Kerbschlagzähigkeit von 10,8 J bei -25° C. Wurde der Draht E^i Kombination mit dem Schweißpulver 1 eingesetzt, wurde eine Kerbschlagzähigkeit von 5,7 J bei -25° C erhalten. Die Verwendung des Drahtes E in Verbindung mit dem Schweißpulver 3 hatte eine Kerbschlagzähigkeit von 12.2 J bei -25° C iur Folge.

Aus den vorstehend genannten Daten folgt, daß die günstigste Draht-Schweißpulver-Kombination der Draht E und das Schweißpulver 3 ist

Claims

Patentansprüche:

1. Draht- und Schweißpulver-Kombination für das Unterpulver-Lichtbogenschweißen von hochfesten, niedriglegierten Pipelinestählen, wobei der Draht im wesentlichen aus Mangan, Silizium, Kohlenstoff und Eisen besteht und das Schweißpulver Siliziumdioxid, Kalziumfluorid, Kalziumoxid und Aluminiumoxid enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen Gehalt an im wesentlichen 2,0 bis 3,5 Gew.-% Mangan, 0.01 bis 1,5 Gew.-% Silizium, 0,05 bis 0,15 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, aufweist, wobei im Falle von Mangangehalten von mehr als 24 bis zu 34 Gew.-% der Siliziumgehalt zwischen 0,01 und 14 Gew.-% liegt und im Falle eines Mangangehaltes zwischen 2,0 und 24 Gew.-% der Siliziumgehalt größer als 03 Gew.-% bis zu 14 Gew.-% ist, und daß das Schweißpulver im Bereich folgender chemischer Zusammensetzungen liegt: 25 bis 50 Gew.-% Siliziumdioxid, 24 bis 18 Gew.-% Kalziumfluorid, 0 bis 20 Gew.-% Manganoxid, 0 bis 20 Gew.-% Titandioxid, 1,0 bis 25 Gew.-% Aluminiumoxid, 10,0 bis 35,00 Gew.-% Kalziumoxid und 0 bis 20 Gew.-% Magnesiumoxid.

2. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißpulver eine Basizitätszahl von über 0,3 bis zu ungefähr 1,0 hat

3. Kombination nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen Gehalt von im wesentlichen 0,10 Gew.-% Kohlenstoff, 2,48 Gew.-% Mangan und 0,61 Gew.-% Silizium hat und daß das in Verbindung mit dem Draht benutzte Schweißpulver im wesentlichen besteht aus 39,9 Gew.-% Siliziumdioxid, 24 Gew.-% Aluminiumoxid, 33,8 Gew.-% Kalziumoxid, 1U Gew.-% Kalziumfluorid, 113 Gew.-% Titandioxid und 03 Gew.-% Eisenoxid

4. Verfahren zum Unterpulver-Lichtbogenschweißen von hochfesten, niedriglegierten Pipelinestählen unter Verwendung der Draht-Schweißpulver-Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schweißpulver mit einem Gehalt von 25 bis 50 Gew.-% Siliziumdioxid, 24 bis 18 Gew.-% Kalziumfluorid, 0 bis 20 Gew.-% Manganoxid, 0 bis 20 Gew.-% Titandioxid, 1,0 bis 25 Gew.-% Aluminiumoxid, 10,0 bis 35,00 Gew.-% Kalziumoxid und 0 bis 20 Gew.-% Magnesiumoxid aufgebracht wird, daß dann ein in Tandem geschalteter Draht durch das Schweißpulver hindurch mit den Pipelinestählen in Kontakt gebracht wird, um den Unterpulver-Lichtbogen auszulösen, wobei jeder Draht im wesentlichen aus 2,0 bis 3,5 Gew.-% Mangan, 0,01 bis 1,0 Gew.-% Silizium, 0,05 bis 0,15 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, besteht, wobei im Falle von Mangangehalten von mehr als 24 bis zu 34 Gew.-% der Siliziumgehalt zwischen 0,01 und 14 Gew.-% liegt, und im Falle eines Mangangehaltes zwischen 2,0 und 24 Gew.-% der Siliziumgehalt größer als 03 Gew.-% bis zu 14 Gew.-% ist, und daß dann für eine Relativbewegung zwischen den Drähten und Pipelinestählen unter Ausbildung eines Schweißgutes gesorgt wird, das bei -25°C eine Schlagzähigkeit von mindestens 4.1 | hat.

Die Erfindung betrifft eine Draht- und Schweißpulver-Kombination für das Unterpulver-Lichtbogenschweißen von hochfesten, niedriglegierten Pipelinestählen, wobei der Draht im wesentlichen aus Mangan, Silizium, Kohlenstoff und Eisen besteht und das Schweißpulver Siliziumdioxid, Kalziumfluorid, Kalziumoxid und Aluminiumoxid enthält, sowie ein Verfahren zum Unterpulver-Lichtbogenschweißen von hochfesten, niedriglegierten Pipelinestählen unter Verwen- ο dung einer solchen Draht-Schweißpulver-Kombination. Bei einer bekannten Draht-Schweißpulver-Kombination dieser Art (DE-PS 8 64 646) ist ein siliziumlegierter Draht mit einem Gehalt von 04 bis 4,0% Silizium sowie gegebenenfalls einem Manganzusatz bis zu 4% vorgesehen. Das Schweißpulver enthält etwa 45 bis 55% Siliziumdioxid, 25 bis 35% Kalziumoxid sowie als Rest Flußmittel, wie Kalziumfluorid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid.

Im Falle von Schweißungen an Pipelines aus

μ hochfesten, niedriglegierten Stählen kommt es neben großer Schweißgeschwindigkeit und der Erzielung von glatten, weitgehend fehlerfreien Schweißnähten insbesondere auf die Gewährleistung von hoher Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen an. In dieser Hinsicht waren die bekannten Draht-Schweißpulver-Kombinationen unbefriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Draht-Schweißpulver-Kombination zu schaffen, die gute SchweiBeignung mit der Erzielung von verbesser ten Kerbschlagzähigkeitseigenschaften vereint.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Draht einen Gehalt an im wesentlichen 2,0 bis 34 Gew.-% Mangan, 0,01 bis 14 Gew.-% Silizium, 0,05 bis 0,15 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, aufweist, wobei im Falle von Mangangehalten von mehr als 24 bis zu 34 Gew.-% der Siliziumgehalt zwischen 0,01 und 14 Gew.-% liegt, und im Falle tines Mangangehaltes zwischen 2,0 und 24 Gew.-% der Siliziumgehalt größer als 03 Gew.-% bis zu 14 Gew.-% ist, und daß das

W Schweißpulver im Bereich folgender chemischer Zusammensetzungen liegt: 25 bis 50 Gew.-% Siliziumdioxid, 24 bis 18 Gew.-% Kalziumfluorid, 0 bis 20 Gew.-o/o Manganoxid, 0 bis 20 Gew.-% Titandioxid, 1,0 bis 25 Gew.-% Aluminiumoxid, 10,0 bis 35,00 Gew.-%

«5 Kalziumoxid und 0 bis 20 Gew.-% Magnesiumoxid.

Die Draht-Schweißpulver-Kombination nach der Erfindung sorgt für hervorragende Kerbschlagzähigkeitswerte, ohne daß es zu nachteiligen Beeinflussungen des Schweißgutes kommt, beispielsweise zu Mikroseige rungen und damit zur Ausbildung -on harten Flecken, die ihrerseits zu Spannungskorrosions-Rißbildung führen könnten. Die chemische Zusammensetzung der Elektrode schließt keine kritischen Elemente, wie Ti, B, Ni usw., ein. Die Draht-Schweißpulver-Kombination erlaubt ein Schweißen mit hoher Geschwindigkeit. Die Schweißeignung ist ausgezeichnet. Überschneidungen oder Welligkeit des Schweißgutes entlang der Schweißnaht werden vermieden. Das Schweißpulver hat vorzugsweise eine Basizitäts zahl von über 03 bis zu ungefähr 1,0.

Als besonders günstig erwies sich eine Kombination, bei welcher der Draht einen Gehalt von im wesentlichen 0.10 Gew.-% Kohlenstoff. 2,48 Gew.-% Mangan und 0.61 Gew.-% Silizium hat und bei welcher das in

^h> Verbindung mit dem Draht benutzte Schweißpulver im wesentlichen besteht aus 39.9 Gew.-% Siliziumdioxid, 2.5 Gew.-% Aluminiumoxid, 33,8 Gew.-°/o Kalziumoxid. 11.3 Gew.-°/o Kalziumfluorid, 11,9 Gew.-% Titandioxid