DE1408269A1

DE1408269A1 - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung und Sicherstellung derselben Zaehigkeitseigenschaften in den benachbarten Zonen eines metallischen Werkstuecks,vorzugsweise Stahls

Info

Publication number: DE1408269A1
Application number: DE19581408269
Authority: DE
Inventors: Barth Dipl-Ing Heinz Alfred
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1958-07-09
Filing date: 1958-07-09
Publication date: 1968-10-24
Also published as: US3162555A

Description

Verfuhren und Einrichtung zur Erzeugung und Sicherstellung derselben Zähiglceitseigeuschaften in der Schweißnaht und in den benachbarten Zonen eines metallischen, Werkstücks, vorzugsweise Stahls. \ - ' ""."·''

Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung, insbesondere Y/änaebehandlung, von Schweißnähten in Werkstücken ,und Bauteilen. Bekanntlich wird durch den Sclüveißprozess der G-efügeaufbau des .Werkstückmaterials in der Nähe der Schweißnaht und im Sch ,{. ^:iigut selbst verändert. Bios bewirkt, dass das . '. Schweißgut und die umgebenden Zonen des Werkstückes andere Z-ähigkoittseigenschaf ten annehmen, als das. Material des Werk- ! stüclces an dessen übrigen Stellen besitzt,- Hierdurch entsteht Bruchgefahr. Besonders kritisch sind die .Verhältnisse bei solchen Werkstücken und Bauteilen,, die im späteren Gebrauch tiefen, insbesondere extrem tiefen.Temperaturen imagesefzt "

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zssUschaü für uncle's Eismaschinen Aktiengesellschaft

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weraen müssen, wie z.B. otic ßuhältnisse und Apparate einer Tief tennjeraturanlage zum Verflüssigen und Trennen von Gasen. Besonders störend ist die Veränuerun,"; des Materialgefüges

dann, wenn i/erlcstoff e, insbesondere Stähle, verv/cnuet werden, welche die erforderlichen Zähigkeitseigenschaften durch eine vorhergehende Wärmebehandlung, insbesondere Vergütung,

erfahren haben.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Schweißnähte vergüteter Stähle durch eine örtliche, kurzzeitige Erwärmung der Schweißnaht- und tier Übergangszone in der V,^feise vorzunehmen, dass die Erwärmung kontinuierlich über die Schv/eißnahtlänge mit einer aolchen Geschwindigkeit hinweggeführt wira. dass leuiglicJa eine kurzzeitige, örtliche Auflösung des Perlitgefüges oberhalb voii Ac und anschliessend eine scimelle GefLigcuiiiwancUung durch Vförmeableitung erzielt wird. (pat.Anni. der JLuhrstahl-Aktiengeseilsciiaft Hattingcn /Ruhr

j| vom T, ο. 19S7 mit dem Titel "Verfahren zur Erzielung von Zühigköitseigenschaften bei extrem tiefen Temperaturen in Scüveiüjiähten von. Stahl", internes AZ. 57/iSoo Fl/Sp) ·

fj Die Erfindung betrifft eine Ergänzung des vorge-

schlagcnen Gedankens zur Nachbehandlung der Schweißnaht.

Die uer vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden

Untersuchungen und Überlegungen haben gezeigt, dass es sehr j . -. . .

xvesentiich darauf ankommt, wie gross der um die eigentliche

Schweißnaht herum durch die Wärmebehandlung in Mitleidensoiiaft

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gezogene Zonen!)ereich des Werkstücks bzw. Bauteils ist und wie tiie T«nperaturverteilung beim Wäriuenachbehandlungsprozess innerhalb dei* Behandlungszone verläuft.

Erf indungsgeinäss koia.t es darauf an, dass der gesamte durch den Sclrweißproaess entstandene und beeinflusste 7iereicii des Werkstückes oder Bauteiles, und zwar nur dieser Bereich, der normalisierenden bzxv. vergütenden Vföriaebehandlung unterzogen wird.

Erfindungsgemäss ist insbesondere vorgesehen, dass die durch Schweißen von beiden Seiten, und zwar im allgemeinen von beiden Seiten, nacheinander bzw. bei Rohren von innen und aussen erzeugte Schweißnaht nur von der einen Seite, bei Rohren vorzugsweise von der Aussenseite, dem Vergütungsprozess unterworfen wird. Die entgegengesetzte Seite der Schweißnaht dient dagegen der während des Ver^utungsprozesses durchgeführten Beobachtung, gegebeuenfalls nittels V/äriaeStrahlungsmessung, durch die die Vergütung von Eand oder automatisch geregäLt bzv;. gesteuert wird. Durca die einseitige Vergütungsbehandlung wird der Vorteil leichterer und schnellerer Korrigierbarkeit der angewandten Vergütungstemperatüren erreicht, während die Beobachtung von der anderen Seite her ein genaueres Erfassen der gesamten Temperaturverteilung innerhalb des Schweißzoiienbereiches bzw· Vergütungsbereiches ermöglicht.

Gemäss einer besonderen Ausbildung des Erfindungs-

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gedankens soll der Vergütungsbereich einschliesslich der Schweißnaht eine Breite besitzen, die etwa«zwei- bis viermal so gross wie die Wandstärke des geschweißten Werkstückes bzw. Bauteiles ist, jedoch nicht mehr bzw. keinesfalls wesentlich mehr als ca. das Fünffache der Wandstärke beträgt.

Geinäss einer weiteren Ausbildung des Erfinaungsgedtoikens ist dieser gesamte Zonenbereich längs seiner Breite bezüglich seiner Temperatur während der Wärmebehandlung örtlich auszumessen, gegebenenfalls durch eine hin- und hergehende oder nach dem Start-Stop-Prinzip jeweils in einer Richtung über die ganze Breite laufende Wärmeabtastung, die zweckmässigerweise durch ein Registrierverfahren festgehalten und ständig beobachtet wird.

An Hand der Zeichnung, in der eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des' Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise dargestellt ist, sei der Erfindungsgedanke näher erläutert.

Pig. I zeigt einen Querschnitt durch den Werkstoff mit der zu vergütenden Schweißnaht.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt zur Schweißnaht durch ein geschweißtes Rohr.

Fig. 3 zeigt den Temperaturverlauf innerhalb der Schweißnaht bzw. der zu vergütenden Schweißnahtzone ein- * schliesslich der Umgebungszone.

Fig. 4 zeigt eine* Seitenansicht eines rohrförmigen

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Behälters mit mehreren Schv/eißzonen im Gesamtaufbau.

In Fig. 1 bedeutet 1 den Teil eines Werkstückes aus vergütetem Stahl. Mit S ist der Bereich der eigentlichen Schweißzone bezeichnet. Mit V ist der Gesamtbereich der in den Vergütungsbereich einzubeziehenden Zone bezeichnet. S .ist, wie ersichtlich, zwei- bis dreimal so gross wie die Dicke d des Werkstückes, während V ungefähr knapp das Vierfache von d beträgt. Der Pfeil P, gibt die Richtung an, in der die vergütende Wärmebehandlung, beispielsweise mittels eines Brenners oder induktiver Erwärmung, durchgeführt wird. Der Pfeil P₀ gibt die Beobachtungsriehtung an.

In Fig. 2 ist mit 2 ein wärmespendender Brenner bezeichnet, während 3 ein thermoelektrisches Ssrahlungs-Biessgerät bedeutet, an das direkt oder zweckmässiger durch Fernübertragung ein Registriergerät 4 angeschlossen ist. Der Pfeil P_Q gibt die Drehrichtung des Rohres an. Das Mess-

gerät 3 ist in Richtung des Pfeiles P. in boütii.mtem Rhythmus schwenkbar.

In der Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus dem Registrier-

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streifen widergegeben, auf dem die Messungen des Gerätes aufgezeichnet sind. S bedeutet wiederum die Sehweiflnahtbreite, während V die Breite der gesamten llehandlungszone bedeutet. Durch die strichpunktierte Abszisse ist die Temperatur Ac_Q

festgelegt. Die Kurve K zeigt die Temperatur an, die an den

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verschiedenen örtlichen Stellen des Behandlungsbereiches auf der Beobachtungsseite des Werkstückes gemessen wird und insbesondere innerhalb der Zone S oberhalb Ac_Q, dagegen ausserhalb des Bereiches S, jedoch noch innerhalb des Bereiches V unterhalb der Temperatur Ac₃ liegt. Der Betrag F, um den die Temperatur in der Mitte der Schweißzone oberhalb des Uinwandlungspunktes Ac_Q liegt, hängt von der jeweiligen Blechstärke

des geschweißten Werkstückes bzw. Bauteiles ab.

In Fig. 4 ist ein als Kessel ausgebildeter Bauteil seitlich gezeichnet und wiederum mit 1 bezeichnet. Er ist auf vier Rollenpaaren 5, 6, 7 und 8 gelagert, die unter dem Kessel 1 derart verteilt und gegebenenfalls gegeneinander verschiebbar gelagert sind, so dass jeweils die Vergütung der verschiedenen Zonen 9, Io und 11 eine möglichst geringe Gestaltänderung, insbesondere Durchbiegung, des Werkstückes zu beiden Seiten des Schweißzone bedingt. Die Lagerrollen '5 bis 8, die gleichzeitig die Drehung des geschweißten Rohres bewirken und dadurch die Erwärmungsgeschwindigkeit der Zone längs der Naht festlegen, sind zweckmässig mit einem elastischen Material schlechter Wärmeleitung gepolstert, um eine nur geringe Wärmeabfuhr zur Seite der Vergütungszonen zu bewirken. Die Reihenfolge der Vergütung der verschiedenen Zonen ist so zu wählen, dass je-, . ' weils möglichst weit auseinanderliegende Zonen vergütet werden, damit der nächstfolgende Vergütungsprozess durch

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die vorhergehenden dadurch nicht gestört wird, dass bereits ein grösserer Teil des Werkstückes durch Wärmeleitung vorgewärmt wird. Je nach der Lage bzw. dem Abstand der verschiedenen Schweißzonen voneinander ist es unter Umständen erforderlich, nach oder sogar schon während des Vergütungsprozesses der einzelnen Zonen diese und deren Umgebung bzw. die Zonen zwischen mehreren zu kühlen, beispielsweise durch Beblasen mit Wasser, Öl, Luft oder deren Gemische. Im Falle der Fig. 4 ist zunächst die Schweißnaht 9, alsdann die Naht Ii und schliesslich die Naht Io wärmezubehandeln, wobei mindestens zwischen den Wärmebehandlungen der Nähte 11 und Io eine Kühlung der zwischen beiden liegenden Werkstückzone vorzunehmen ist.

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Claims

Gesellschaft für Linde's Eismaschinen AKiiengeseiisuiaft

Patentansprüche

i. Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung und Sicherstellung derselben Zähigkeitseigenschaften in der Schweißnaht und den benachbarten Zonen eines metallischen V/erkstücks, vorzugsweise Stahls, insbesondere vergüteten Stahls, durch eine anschliessende Wärmebehandlung, bei der eine örtliche, kurzzeitige Erwärmung der Schweißnaht t- und der Übergangszonen erfolgt, derart, dass die Erwärmung kontinuierlich über die Sciiweißnahtlänge mit einer solchen Geschwindigkeit hinweggeführt wird, dass lediglich eine kurzzeitige, örtliche Auflösung des Perlitgefüges oberhalb von Ac₀ und anschliessend eine schnelle

Gefügeumwandlung durch Wärmeableitung erzielt wird, daclurch gekennzeichnet, dass bei. einer beiderseitig durchgeführten Schweißung des Werkstückes bzw. Bauteiles die anschliessende, vergütende Y/ärmebehandlung nur von der einen Seite, bei rohrförmigen Werkstücken bzw. Bau- ■ teilen, vorzugsweise von aussen, durchgeführt wird.
2. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die entgegengesetzte Seite, insbesondere die Innenseite, zur Beobachtung, vorzugsweise mittels Strahlungsmessung, dient.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer etwa das Zwei- bis Dreifache der Wandstärke des geschweißten Werkstücks oder Buteils betragenden, symmetrisch zur Schweißnahtmitte verlaufenden Zone eine Temperatur oberhalb Ae_Q erzeugt wiru, während die Y/ärmebehandlung auf eine etwa a;~s Fünffache dei* v/andstürke symmetrisch zur Scüweiiinahtiiiit oe aicü erstreckenden Zone ausgedehnt wird, wobei aims erhall) aer erstgenannten Zone eine Teuperatur unterhalb Ac _c. herrscht.
4. Verfahren nach einem der ..nsyrliehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, d.iss die Umgebung der jeweiligen Ver^utungszone nach und/oder wäbreiul des Vergütungsprozesses gekühlt wird.
5* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorhanuensein Hehrerer Schweißnähte an einem «/erkstück, insbesondere Bauteil, die verschiedenen Nähte in einer solchen Jleihenfol^e nacheinander vergütet werden, dass die nächstfolgende Zone noch nielrt aureh die vorhergehende Vergütung bereits vorgewärmt ist.

zur
6. Vorrichtung äwtapek Durchführung des Verfahrens nach einem der .msprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beobachtung der Vergütungstc-Juper-Ltur ein die gesamte Vergütungsbreite periodisch abtastendes, vorzugsweise elektrisches, Strahlungsmessgerät vorgesehen ist.

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7. Vorrichtung zur Durchführurig des Verfahrens nach einem der Einsprüche 1 bis 5 oder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Vergütungsteniperaturwerte ein Itegistriergerät vorgesehen ist, das zur gegebenenfalls selbsttätigen Steuerung des Vergüttmgsprozesses dient.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der ,inspriiche 1 bis 5 oder nach xinsyruch 6 oder 7, dadurch gekennzeicliiiet, dass zur Lagerung und gegebenenfalls gleichzeitig zum Drehantrieb des Verkstäckes bzw. Bauteiles UoHeulader beiderseitig jeaer Schweißnaht von definierter Uiirmeableitung und uit regelbarem Abstand der Rollen von der Schweißnaht bzw. den Schweißnähten angeordnet sind.

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