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Die Erfindung betrifft ein Schweissmittel für das Schweissverfahren nach dem Patente 154 : 350 und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Beim Verfahren nach dem Stammpatent wird die Schweisswärme durch Widerstandserhitzung der geschmolzenen Schweissmasse erzeugt.. Diese dient ferner als aktiv-wirksames Hilfs-oder Schweiss- mittel, insofern als sie das geschmolzene Metall reinigt und schmilzt. Gemäss der Erfindung gelingt es ferner, durch geeignete Wahl der Zusammensetzung der Schweissmasse die Erhitzung, Geschwindigkeit, Eindringen und Güte der Schweissarbeit zu regeln.
Eine grosse Anzahl von Versuchsschweissungen stützen die Schlussfolgerung, dass eine für dieses Schweissverfahren geeignete Schweissmasse nachstehende Eigenschaften haben muss, wenn mit Erfolg gearbeitet werden soll.
1. Die chemischen Reaktionen zwischen den Bestandteilen der Sehweissmischung müssen, wie durch das Patent bekanntgeworden, abgelaufen sein, bevor die Mischung beim Schweissen verwendet wird. Ein Mangel in dieser Hinsicht führt mit ziemlicher Sicherheit zu einer porösen Beschaffenheit der Schweiss.
2. Die Masse muss imstande sein, das Eindringen und die Breite der Schweiss zu überwachen.
3. Ihre Fluidität bei der Schweisstemperatur muss derart sein, dass sie nicht mit dem geschmolzenen Metall fortgerissen wird.
4. Sie muss aus chemischen Stoffen bestehen, welche die Eigenschaften des Stahles nicht schädlich beeinflussen.
5. Sie muss sich leicht von der fertigen Schweiss entfernen lassen.
Die Zusammensetzung der Schweissmasse ist von ausschlaggebender Bedeutung und wird durch die Eigenschaft und Dicke der zu verschweissenden Metallplatten bestimmt, ferner durch die anzuwendende Stromstärke und Spannung sowie durch die Eigenschaften, welche man dem Schweissmetall zu verleihen wünscht.
So wurden in verschiedenen Mengenanteilen verwendet : Kalziumsilikat und Silikate von Natrium, Barium, Eisen, Mangan, Kobalt, Magnesium, Nickel und Aluminium, u. zw. sowohl in binären a, Is auch ternären Mischungen. Es wurden ferner Kalziumtitanat und verschiedene Titano-Silikate verwendet, wenn es erwünscht ist, in das Schweissmetall Titan einzuführen.
Als besonders günstig hat sich erwiesen, der im Stammpatent beschriebenen Schweissmasse,
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oder Magnesia, besteht, Tonerde (AJOs) zuzusetzen. Die Kieselsäure und der basisehe Bestandteil sind gemäss der Erfindung angenähert in den theoretisch zur Bildung von Metasilikaten erforderlichen Mengenanteilen vorhanden, obgleich ein wesentlicher Überschuss an Kieselsäure zulässig und häufig ratsam ist. Wenn beispielsweise der basische Bestandteil aus Kalk besteht, dann sind die Gewichtsanteile angenähert 0, 7-1 Teil Kalk (CaO) auf ein Teil Kieselsäure (Si02) ; wird der Kalk ganz oder teilweise durch Magnesia ersetzt, dann muss der Anteil der Kieselsäure entsprechend erhöht werden, um etwa das nämliche stöchiometrische Verhältnis aufrechtzuerhalten.
Der Gehalt an Tonerde beträgt etwa 1-8 Gewichtsprozent der Schweissmasse, vorzugsweise etwa 4-6%.
Um gegebenenfalls eine Verteilung der Energie über eine grössere Fläche zu bewirken, wird erfindungsgemäss in wechselnden geringeren Anteilen von beispielsweise 6% ein Stoff beigemischt, der geeignet ist, die Energiediehte zu verringern und mithin die Schweiss zu verbreitern. Hiefür kommt vor allem ein Halogensalz, beispielsweise Kalziumfluorid, in Betracht.
Der basische Bestandteil besteht hauptsächlich aus Kalk und Magnesia angenähert im Verhältnis von drei Gewichtsteilen Kalk (CaO) auf einen Gewichtsteil Magnesia (MgO) ; es sind aber auch andere Mengenverhältnisse brauchbar. Andere basisehe Stoffe als Kalk oder Magnesia, beispielsweise Oxyde von Mangan, Titan oder den Alkalimetallen, können in mässigen Mengen zugesetzt werden, ohne dass die wesentlichen Eigenschaften der Schweissmasse erheblich geändert werden und es können auch bekannte Flussmittel, wie Borax oder Borsäure, in mässigen Mengen zugefügt werden ; es ist aber wichtig, dass die Masse im wesentlichen frei von Eisenoxyden ist, welche mit andern Bestandteilen der Masse unverbunden sind (indem man sie beispielsweise mit solchen Bestandteilen verschmilzt), und auch frei von Stoffen (wie z. B.
Karbonaten oder Feuchtigkeit), die bei der Schweisstemperatur schädliche Mengen an Gasen oder Dämpfen entwickeln.
Es ist gemäss der Erfindung ferner möglich, in die Schweissmasse Stoffe einzuschliessen, die während des Schweissens vom Schweissmetall aufgenommen werden, so dass sie in der fertigen Schweiss
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in Erscheinung treten und deren Eigenschaften in gewünschter Weise ändern, z. B. Ferromangan, Ferrosilizium, Ferrochrom, Kalziummolybdat, Kohlenstoff oder chemische Verbindungen desselben.
Schweissmassen, die mit Erfolg benutzt worden sind und als typische Beispiele angesehen werden können, hatten die nachstehenden Zusammensetzungen, ausgedrückt in Gewichtsprozenten :
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<tb>
<tb> 1 <SEP> II <SEP> III <SEP> IV
<tb> 29, <SEP> 5 <SEP> 31, <SEP> 24 <SEP> 29, <SEP> 18 <SEP> 40,12
<tb> % <SEP> MgO <SEP> 8, <SEP> 7 <SEP> 11,01 <SEP> 8,26 <SEP> 0,89
<tb> % <SEP> Si02 <SEP> 56, <SEP> 4 <SEP> 52,40 <SEP> 57, <SEP> 48 <SEP> 52,94
<tb> % <SEP> AI <SEP> 5,4 <SEP> 4,11 <SEP> 4,86 <SEP> 5,80
<tb> % <SEP> Fie200 <SEP> -0, <SEP> 13 <SEP> 0,24 <SEP> 0,23
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Vor der Benutzung wurden zu jeder der obigen Mischungen etwa 1 Gewichtsteil Kalziumfluorid auf 16 Gewichtsteile der Mischung zugefügt. Die Erfindung beschränkt sich jedoch keineswegs auf die obigen Ausführungsbeispiele.
Es ist vielmehr möglich, die Zusammensetzung der Schweissmasse in den angegebenen weiten Grenzen zu wählen.
Wie erwähnt, ist die chemische Beschaffenheit der Schweissmasse wichtig. Die sauren und basischen Bestandteile sollen in Reaktion getreten sein, die Masse soll im wesentlichen frei von Wasser und Gasen sein und alle Reaktionen, welche schädliche Mengen von Gasen während des Schweissens entwickeln können, sollen im wesentlichen beendet sein, bevor die Masse beim Schweissverfahren angewendet wird. Diese Bedingungen werden am besten dadurch eingehalten, dass man eine Mischung der Bestandteile vorzugsweise in einem elektrischen Ofen vorschmilzt. Gewisse vergleichsweise flüchtige, jedoch chemisch beständige Bestandteile, wie Kalziumfluorid, können der Schweissmasse vor oder nach dem Verschmelzen und Abkühlen der übrigen Bestandteile zugefügt werden. An Stelle der Oxyde können natürlich die Karbonate von Kalzium oder Magnesium verwendet werden.
Auch die physikalische Beschaffenheit der Schweissmasse ist von besonderer Bedeutung. Wenn die geschmolzene Masse gemäss der Erfindung durch Abkühlung rasch erstarrt, bevor sie gemahlen und verwendet wird, werden Schweissen von grösserer Gleichförmigkeit und Festigkeit erzielt, als wenn die Schmelze langsam abkühlt und erstarrt. Die geschmolzene Masse wird vorzugsweise in Form einer verhältnismässig dünnen Schicht auf kräftig kühlende oder abschreckende Unterlagen, z. B. auf eine kalte starke Platte oder einen Block aus Metall oder eine wassergekühlte Abschreckplatte und nicht in Form eines grossen Ingots gegossen. Vorzugsweise soll die Abkühlungsgeschwindigkeit derart sein, dass im allgemeinen die gesamte erstarrte Schweissmasse einen glasartigen Bruch ergibt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer losen Masse zum elektrischen Schweissen gemäss Patent Nr. 154350, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohbestandteile der Masse zusammengeschmolzen werden, um eine vollständige Reaktion zwischen den Bestandteilen herbeizuführen, und die Schmelze rasch abgekühlt und zum Erstarren gebracht wird, um dem Hauptteil der Masse einen glasartigen Bruch zu verleihen.