DE2811406C3 - Draht- und Schweißpulver-Kombination für das Unterpulver-Lichtbogenschweißen und Verfahren zum Schweißen von Pipelinestählen unter Verwendung einer solchen Kombination - Google Patents

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

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Description

und 03 Gew.-% Eisenoxid.
Ein Verfahren zum Unterpulver-Lichtbogenschwei-Ben von hochfesten, niedriglegierten Pipelinestählen unter Verwendung der vorstehend genannten Draht-SchweiBpulver-Kombination ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Schweißpulver mit einem Gehalt von 25 bis 50 Gew.-% Siliziumdioxid, 2,5 bis 18 Gew.-% Kalziumfluorid, 0 bis 20 Gew.-% Manganoxid, 0 bis 20 Gew.-°/o 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 i.O Gew.-% Silizium, 0,05 bis 0,15 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, besteht, wobei im Falle von Mangangehalten von mehr als 2,5 bis zu 3,5 Gew.-°/o der Siliziumgehalt zwischen 0,01 und 1,5 Gew.-% liegt und im Falle eines Mangangehaltes zwischen 2.0 und 2,5 Gew.-% der
Tabelle I
Siliziumgehalt größer als 0,3 Gew.-% bis zu 1,5 Gew.-% ist und daß dann für eine Relativbewegung zwischen den Drähten und Pipelineslählen 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 0,5 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 Ausführun^sbeispielen iiüher erläutert. Die Zusammensetzungen sind dabei jeweils in Gew.-"/o angegeben.
Typische geeignete Drahtzusanimensetzungen sind in der Tabelle I zusammengestellt.
Mn
Si
0,10
0,091
0,099
0,098
0,10
2,27
2,52
3,03
3,03
2,48
0,35
0,37
0.31
0,34
0,61
0,50
0,10
0,011 0.0Oi
0,013 0.004
0,010 0.004
0.010 0.004
0,0 Π 0,004
Die untenstehende Tabelle Il zeigt die Zusammensetzung von typischen Schweißpulvern, die in Verbindung mit den Drähten gemäß Tabelle I benutzt werden können. Außerdem enthält die Tabelle Il die bekannte Formel zum Bestimmen der Acidiläl oder Basizität der Schweißpulver. Vier der angegebenen Zusammensetzungen haben eine Basizitätszahl kleiner als 1 und sind daher als sauer anzusprechen.
fciholle Il Scliw ei - UimlVLT .1 4 S 8.0 - 1.1
Bestandteil 1 - 2 - 14,1 27,6 11.8
12,3 0.6 22,2 39,9 39,4 21,6 -
MnO 40,1 34^3 2,5 3,0 20.0
SiO, 5,1 4.8 33,8 24,0 9,0
Λ I,C), 17,6 13.2 11,3 9,2 1,0
CaO 4,6 4,7 11,9 7*9
CaI-", 18,9 12,5 - 0,5 1.0
I'iO, 0.3 0,3 1,0
BaO 1,1 1,8
FcO 0.3
ZrO, 0,1 - -
MgC) - 0,96 0,9
Na,0 0,6
Basizilat B
CaO γ MgO + BaC) I- CaF, -I Na2O ! K2O t- I 2(MnO f FeO) SiO2 ι- 12 (Al2O, \ TiO, I ZrO2)
Anhand der vorstehend genannten Daten wurde bestimmt, daß ein vorliegend brauchbares Schweißpulver im Bereich der nachstellend genannten chemischen /iiviMimcnsetzuiigeii liegen sollte.
-,K). 2 ) iir:.
I ..F 2,r) ■ I8»/I
MaO 0- 20%
IiCi, 0-20%
AIjOi 1.0 - 21J1Mi
CaO 10.0- i-j.OO"/
MgO 0 20%
Versuche wurden an einem hoehlesieii. iiie
ten Stahl der folgenden /iisaminensi-i/uni;
führt:
Mn
Si
Ni
Cr
Mi.
Al
Cb
1,27
0,006
0X05 0,26
0,07
0,09
0,29
0,017
ύ.038
Bei diesem Versuch wurden die Drahtzusammensetzungen A bis E gemäß Tabelle 1 in Verbindung mit den beiden Schweißpulverzusainmenseizungen 1 und 3 der Tabelle II 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 700 A bei 39 V. Die Schweißgeschwindigkeit betrug 1 m/min. An der Außenwand des Rohres führte der vordere Draht 1100A 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] bei —25°C. Infolgedessen isl 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 — 250C, was reichlich über dem üblicherweise benöiigten Mindestwert von 4,1 J liegt.
Bei Verwendung des Drahtes B in Verbindung mit
dem Schweißpulver 1 wurde eine Kerbschlagzahigkeit 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 ] bei
— 25° C. Bei Anwendung des Drahtes C in Verbindung mit dem Schweißpulver 1 wurde eine Kerbschlagzahigkeit von 7,5 J 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 Kerbschlagzahigkeit von 6,1 J bei -25°C. Die Verwendung des Drahtes D zusammen mit dem Schweißpulver 3 führte zu einer Kerbschlagzahigkeit von 10,8 J bei
— 25° C. Wurde der Draht E in Kombination mit dem Schweißpulver 1 eingesetzt, wurde eine Kerbschlagzahigkeit von 5,7 ] 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 zur Folge.
Aus den vorstehend genannten Daten folgt, daß die günstigste Draht-Schweißpulver-Kombination der Draht E und das Schweißpulver 3 ist.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Draht- und Schweißpulver-Kombination für das Lnterpulver-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.-°/o Kohlenstoff, Rest Eisen, aufweist, wobei im Falle von Mangangehalten von mehr als 2,5 bis zu 3,5 Gew.-°/o der Siliziumgehalt zwischen 0,01 und 1,5 Gew.-% liegt und im Falle eines Mangangehaltes zwischen 2,0 und 2.5 Gew.-°/o der Siliziumgehalt größer als 0,3 Gew.-% bis zu 1,5 Gew.-% ist, und daß das Schweißpulver im Bereich folgender chemischer Zusammensetzungen liegt: 25 bis 50 Gew.-% Si'iziumdioxid, 2,5 bis 18 Gew.-°/o Kalziumfluorid, 0 bis 20 Gew.-% Manganoxid, 0 bis 20 Gew.-°/o 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 Gcw.-% Silizium hat und daß das in Verbindung mit dem Draht benutzte Schweißpulver im wesentlichen besteht aus 39,9 Gew.-°/o Siliziumdioxid, 2,5 Gew.-% Aluminiumoxid, 33,8 Gew.-% Kalziumoxid, 11,3 Gew.-% Kalziumfluorid, 11,9 Gew.-% Titandioxid und 0,3 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, 2,5 bis 18 Gew.-% Kalziumfluorid, 0 bis 20 Gew.-% Manganoxid, 0 bis 20 Gew.-°/o Titandioxid, 1,0 bis 25 Gew.-% Aluminiumoxid, 10,0 bis 35,00 Gew.-°/o 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 2,5 bis zu 3,5 Gew.-% der Siliziumgehall zwischen 0,01 und 1,5 Gew.-% liegt, und im Falle eines Mangangehaltes zwischen 2,0 und 2,5 Gew.-% der Siliziumgehalt größer als 0,3 Gew.-% bis zu 1,5 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 hai.
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 Verwendung einer solchen Draht-Schweißpulver-Kombination.
Bei einer bekannten Draht-Schweißpulver-Kombination dieser Art (DE-PS 8 64 646) ist ein siliziurrlegierter Draht mit einem Gehalt von 0,5 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 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 Schweißeignung mit der Erzielung von verbesserten Kerbschlagzähigkeitseigenschaften vereint.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 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 2,5 bis zu 3,5 Gew.-% der Siliziumgehalt zwischen 0,01 und 1,5 Gew.-% liegt, und im Falle eines Mangangehaltes zwischen 2,0 und 2,5 Gew.-% der Siliziumgehalt größer als 0,3 Gew.-% bis zu 1,5 Gew.-% ist, und daß das Schweißpulver im Bereich folgender chemischer Zusammensetzungen liegt: 25 bis 50 Gew.-% Siliziumdioxid, 2,5 bis 18Gew.-% 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.
Die Draht-Schweißpulver-Kombination nach der Erfindung sorgt für hervorragende Kerbschlagzähigkeitswerte, ohne daß es zu nachteiligen Beeinflussungen des Schweißgutes kommt, beispielsweise zu Mikroseigerungen und damit zur Ausbildung von 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. Unterschneidungcn oder Welligkeit des Schweißgutes entlang der Schweißnaht werden vermieden.
Das Schweißpulver hat vorzugsweise eine Basizitätszahl von über 0,3 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 O.bl Gew.-% Silizium hai und bei welcher das in Verbindung mil dem Draht benutzt.· Schweißpulver im wesentlichen besteht aus 34,4 Gew. "/» .Siliziumdioxid, 2,5 Gew.-% Aluminiumoxid, 33,8 Gew.-'Vii Kalziumoxid, I 1.3 Gew.-% Kal/.iumfluorid. 1 1,4 Gew.-% Titandioxid
DE2811406A 1977-03-17 1978-03-16 Draht- und Schweißpulver-Kombination für das Unterpulver-Lichtbogenschweißen und Verfahren zum Schweißen von Pipelinestählen unter Verwendung einer solchen Kombination Expired DE2811406C3 (de)

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