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Mantelelektroden für die Verbindungsschweissung von über 10 mm starken Blechen aus hochfesten Stählen
Um eine hochfeste Verbindungsschweissung zu erzielen, benützt man vielfach Manteldrähte mit einem chrom-molybdän-legierten Kerndraht.
Mit diesen Mantelelektroden werden die Nenn- festigkeiten der Bleche in ihren Schweissver- bindungen nach einer Vergütebehandlung erreicht, wie schon durch Frederik Becket in der USA-
Patentschrift Nr. 1,544. 422 bekanntgegeben wurde. Abgesehen von ganz geringen Verdampfungsverlusten geht das Molybdän restlos in die
Schweisse und gibt ihr somit wertvolle Vergüteeigenschaften. Es wurde aber auch schon chrom-, molybdän-, vanadin-legierte Schweissdrähte vorgeschlagen, wie z. B. von Agostino Nepoti in der USA-Patentschrift Nr. 2,248. 279 für Festigkeiten bis zu 110 kglmml. Auf Grund der dort angegebenen Chromgehalte von bis zu 1-2% sind diese Elektroden für Blechstärken bis zu etwa 10 mm geeignet. Ummantelte oder blanke Elektroden auf der Chrom-Vanadin-Basis wurden aber auch von Joseph R.
Dawson in der USA-Patentschrift Nr. 1,728. 174 mit Chromgehalten von etwa 1-2% empfohlen. Diese, mit Vanadin legierten Elektroden haben jedoch den Nachteil, dass beim Schweissen das Vanadin verschlackt und entweder überhaupt nicht oder vorwiegend nur als Vanadinoxyd in die Schweisse gebracht werden kann und damit für die Vergüteeigenschaften derselben wertlos ist.
Es ist nun gelungen, chrom-, vanadin-legierte Mantelelektroden zu erzeugen, welche zur Herstellung von vergütbaren Schweissverbindungen bei Blechstärken von 10 mm und darüber und bei Nennfestigkeiten von 100 bis 140 kglmm2 geeignet sind. Zu diesem Zweck musste gegenüber den vorbekannten chrom-, vanadin-legierten Elektroden der Chromgehalt auf mindestens 1-7% erhöht und gleichzeitig Massnahmen vorgesehen werden, um den Abbrand des Vanadins beim Schweissen zu verhindern, um dieses für die Vergüteeigenschaften der Schweisse möglichst vollständig auszunützen.
Dies wurde durch die Verwendung von erzsauren oder kalkbasischen Hüllen erreicht, in denen der Mangangehalt doppelt so hoch wie der an Sauerstoff gebundene Siliziumgehalt ist, wobei bei Anwesenheit von durch Mangan reduzierbaren Schwermetalloxyden, wie z. B. von Eisenoxyden, die Manganreduktion derselben bei der Bemessung des Mangangehaltes zusätzlich berücksichtigt wurde. Das Mangan in der Hülle reagiert mit Si02 nach folgender Reaktionsgleichung :
2 Mn+Si02 = 2 MnO+Si
Das Silizium wird dabei aus der Hülle in die
Schweisse reduziert, wodurch das Vanadin vor dem Verschlacken geschützt wird. Diese Reaktion mit dem an Sauerstoff gebundenen Silizium kann aber erst einsetzen, wenn etwa vorhandene, durch
Mangan reduzierbare Schwermetalloxyde redu- ziert sind.
Dabei verschlackt das Mangan, so dass nach dem Ablauf dieser Reaktionen weniger Mangan für die Reduktion des Siliziums zur Verfügung steht. Darauf muss bei der Bemessung des Mangangehaltes Rücksicht genommen werden. Es hat sich gezeigt, dass die Reaktion des Mangans mit der Kieselsäure oder mit Silikaten nur dann einen wirksamen Schutz gegen das Verschlacken des Vanadins darstellt, wenn mindestens doppelt so viel Mangan wie Silizium in Form von Siliziumsauerstoffverbindungen in der Hülle zur Verfügung steht. Nur unter dieser Voraussetzung ist in der Schweisse mit einem erhöhten, durch Manganreduktion aus der Hülle eingebrachten Siliziumgehalt zu rechnen. Der Mangan-oder Siliziumgehalt im Kerndraht ist für den Ablauf dieser Reaktionen von untergeordneter Bedeutung.
Es sind bereits Hüllenzusammensetzungen für Mantelelektroden bekannt, in denen Mangan neben Kieselsäure oder Silikaten vorhanden ist. Die Bedingungen, unter denen jedoch eine Reduktion des Siliziums aus der Hülle in die Schweisse erfolgen muss, um ein wirksames Schutzmittel für den Vanadinabbrand darzustellen, wurden bisher nicht erkannt. Ein Kerndraht mit : 0-27% C, 0-61% Mn, 0-16% Si, 2-32% Cr, 0-03% Mo, 0-22% V und einer erzsauren Hülle mit erhöhtem Mangangehalt ergab folgende Zusammensetzung der Schweisse : 0-18% C, 1-16% Mn, 0-26% Si, l-78% Cr, 0-02% Mo, 0-16% V.
Wäre das. Nlangan in der Hülle nicht in ausreichender Menge vorhanden gewesen, hätte das Si nicht reduziert werden können und das Vanadin wäre bis auf einen Rest von 0. 04% abgebrannt. Die geringen Molybdängehalte sind als unwirksame Begleiter zu betrachten.
Bei Anwendung einer Kalk-Flussspathülle mit Gehalten an Mangan bis zu 10% und Silizium
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bis zu 5% erreicht man einen noch höheren
Ausnützungsgrad der Legierungsstoffe, wie folgendes Beispiel zeigt :
Ein Kerndraht mit : 0-27% C, 0-61% Mn, 0.16%Si, 2.32%Cr, 0.03%Mo. 0.22%V ergab bei einer Kalkflussspathülle mit Mangan und
Silizium folgende Schweissgutzusammensetzung :
EMI2.1
0-20% V.
Der Vanadinverlust ist unbedeutend. Der Chromgehalt ist bedeutend höher als bei der Anwendung der erzsauren Hüllen. Somit gibt die kalkbasisch umhüllte Elektrode den höchsten Legierungsgewinn in der Schweisse. Es ist natürlich möglich, den Siliziumgehalt in der Hülle durch einen Titangehalt auszutauschen.
Schweisst man ein 12 mm dickes Blech mit folgender Zusammensetzung : 0. 28% C, 0. 32% Si, 0. 76% Mn, 2. 42% Cr, 0. 27% V, 0. 02% Mo oder ein Blech aus einem anderen legierten Stahl mit den gleichen Vergüteeigenschaften mit einer Elektrode, die einen erzsauren Mantel besitzt, so erreicht man nach einem Härten bei 870 C in Öl und nachträglichen Anlassen folgende Werte der Schweissverbindung :
EMI2.2
<tb>
<tb> Kerh@ <SEP> yergüte
<tb> Streckgr. <SEP> Festigk. <SEP> Dehnung <SEP> Zähigk <SEP> festigk. <SEP> d.
<tb> kg/mm2 <SEP> kg/mm2 <SEP> % <SEP> zanigk. <SEP> Bleches
<tb> mkg/cm2 <SEP> kg/mm2
<tb> 450 <SEP> 115 <SEP> 120 <SEP> 3 <SEP> 3.8 <SEP> 142
<tb> 5000 <SEP> 113 <SEP> 118 <SEP> 4-2 <SEP> 3-5 <SEP> 138
<tb> 5500 <SEP> 105 <SEP> 113 <SEP> 4-8 <SEP> 4-8 <SEP> 125
<tb> 6000 <SEP> 95 <SEP> 106 <SEP> 8-9 <SEP> 7-8 <SEP> 108
<tb> 6500 <SEP> 76 <SEP> 84 <SEP> 14-7 <SEP> 12-5 <SEP> 96
<tb>
Biegeproben an gleichen Verbindungen, die auf
EMI2.3
formungsfähigkeit.
An dickeren Blechen als 15 mm erwies sich die kalkbasisch umhüllte Mantelelektrode gegenüber der erzsauren Hülle als überlegen, da ihre Schweissen infolge der höheren Legierungsausbeute höhere physikalische Werte ergaben.
Bei 20 mm dicken Blechen mit folgender Zusammensetzung : 0.28%C, 0.32%Si, 0.76%Mn, 2'42% Cr, 0-27% V wurden nach einem Härten von 8700 in Öl und nachträglichem Anlassen auf 450 bis 650 C die in folgender Aufstellung angeführten Werte erreicht :
EMI2.4
<tb>
<tb> Kerh <SEP> VergüteStreckgr. <SEP> Festigk. <SEP> Dehnung <SEP> @ <SEP> festigk. <SEP> d.
<tb> km/mm2 <SEP> kg/mm2 <SEP> % <SEP> zanigk. <SEP> Bleches
<tb> mkg/cm2 <SEP> kg/mm2
<tb> 4500 <SEP> I <SEP> 122 <SEP> 145 <SEP> 9-8 <SEP> 4-2 <SEP> 147
<tb> 500 <SEP> 118 <SEP> 141 <SEP> 11-2 <SEP> 4-4 <SEP> 141
<tb> 5500 <SEP> 114 <SEP> 132 <SEP> 14-8 <SEP> 4-6 <SEP> 129
<tb> 600 <SEP> 103 <SEP> 110 <SEP> 17-5 <SEP> 7-9 <SEP> 110
<tb> 650 <SEP> 90 <SEP> I <SEP> 101 <SEP> 18. <SEP> 0 <SEP> 14. <SEP> 5 <SEP> 102
<tb>
Dehnung auf 30 mm gemessen.
EMI2.5
Die Biegewinkel der Schweissverbindungen, die auf 130 kMM2 Festigkeit vergütet waren, betrugen 35 bis 42 , was eine sehr gute Verformungsfähigkeit bedeutet. Die Zugschwellfestigkeit an 20 mm dicken Verbindungen, die auf 132 /MM vergütet waren, ergaben bei 10 Lastwechsel = 14-421.
Somit bietet die kalkbasisch umhüllte Elektrode die Gewähr, die Nennfestigkeit der Bleche in Dicken von 10 mm, 20 mm und darüber sicher zu erreichen. Wählt man die Chromgehalte im Draht niedriger als 1-7%, so erreicht man die geforderten Festigkeitswerte in der Schweisse nicht mehr.
EMI2.6
mit Härterissen im Schweissgut zu rechnen.
Höhere Vanadingehalte als 0-4% sind auf die Festigkeitseigenschaften unwirksam und beim Schweissen nachteilig. Erhöhte Mangangehalte im Kerndraht sind vorteilhaft, weil sie teilweise das Chrom zu ersetzen vermögen.
Der Legierungsgehalt des Drahtes ist damit begrenzt auf
EMI2.7
<tb>
<tb> 0-2 <SEP> bis <SEP> 0.5 <SEP> % <SEP> C
<tb> 0-6 <SEP> bis <SEP> 2-0 <SEP> % <SEP> Mn
<tb> 0-15 <SEP> bis <SEP> 0-50% <SEP> Si
<tb> 1-7 <SEP> bis <SEP> 3-0 <SEP> % <SEP> Cr
<tb> 0-1 <SEP> bis <SEP> 0-4 <SEP> % <SEP> V.
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mantelelektrode für die Verbindungsschweissung von über 10 mm starken Blechen aus Stählen mit einer Festigkeit von 100 bis 140 kglmm2, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Kerndraht aus einem Chrom-Vanadin-Stahl mit mindestens 1. 7% Chrom besteht.