AT201966B - Lichtbogen - Schweißelektrode - Google Patents

Description

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    Lichtbogen-Schweisselektrode   
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   - 25 (luGemäss der Erfindung enthält die Elektrode, auf deren Gewicht berechnet, 1, 5 - 5 % Niob, 0,   5 - 7 go   Molybdän und 0,   75     - 40/0   Mangan. Jedes dieser drei Elemente kann entweder allein im Kern, allein im Flussmittel oder teilweise im Kern und teilweise im Flussmittel vorhanden sein und sie können in irgend einer geeigneten Form eingebracht werden. 



   Das Niob kann teilweise durch Tantal ersetzt werden. Das meiste handelsüblich bezogene Niob enthält gewöhnlich Tantal, weshalb in dieser Beschreibung das Wort"Niob"den Gesamtgehalt an Niob und Tantal bezeichnen soll. 



   Der besondere durch die Kombination von Niob, Molybdän und Mangan erzielte Vorteil besteht in der Verminderung oder Beseitigung der Rissbildung in der Wärme, die gewöhnlich auftritt, wenn die Schweissstelle mit Eisen versetzt wird. Auch die Zusammensetzung des Flussmittelüberzuges ist für die Erzielung bester Ergebnisse von Bedeutung. Es sind zwar zahlreiche Flussmittelüberzüge bekannt, doch hat es sich als schwierig oder sogar als unmöglich herausgestellt, den Einfluss einer Veränderung des Überzuges auf das Verhalten der Elektrode im Betrieb vorauszusagen. Der gemäss der Erfindung vorzuziehende Überzug enthält 30 - 50 % Kalziumkarbonat,   15 - 35 %   Kryolith,   5 - 15   % Kalziumsilikat und ein Silikatbindemittel. Dieser Überzug enthält an Stelle des in einigen bekannten Überzügen vorhandenen Kalziumfluorids Kryolith.

   Der Kryolith ergibt gute Fliesseigenschaften und unterstützt das Entstehen gesunder Schweissstellen, neigt jedoch dazu, die   Stabilität   des Lichtbogens zu verringern. Die Beständigkeit des Lichtbogens wird aber durch Erhöhung der Konzentration des Kalziumions verbessert, weshalb bei diesem bevorzugtenüberzug der Gehalt an Kalziumkarbonat höher als üblich ist, wobei ausserdem noch Kalziumsilikat anwesend ist. Durch das Kalziumsilikat lässt sich die Elektrode beim Überkopfschweissen deshalb bequemer handhaben, weil die Schlacke zufriedenstellender ausfällt, wenn Kalziumsilikat vorhanden ist. 



   Vorzugsweise enthält der Überzug die drei soeben erwähnten Bestandteile. in folgenden, auf dessen Gewicht bezogene   Mengen : 35-45 Kalziumkarbonat, 20-30 %   Kryolith und   6 - 10   % Kalziumsilikat. 



   Der Flussmittelüberzug muss gewöhnlich nach dem Aufbringen auf den Kern getrocknet und gebrannt werden. Ein Silikatbindemittel wird verwendet, um nach dem Trocknen und Brennen einen dauerhaften und harten Überzug zu gewährleisten. Dieses Silikatbindemittel kann eine Lösung von Natrium- oder Kaliumsilikat oder von beiden sein. Andere Arten von Bindemitteln haben sich als weniger befriedigend erwiesen. Ein Dextrinbindemittel, wie es   z. B.   bei einigen bekannten Elektroden verwendet wird, führt zu einem nicht harten und nicht dauerhaften Überzug ; dies zeigt sich besonders dann, wenn die Schweissstelle einer Röntgenprüfung unterzogen wird. 
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   Sobald das Flussmittel auf den Kern durch Strangpressen aufgetragen ist, kann es getrocknet werden, indem es allmählich auf 3150 C gebracht und zwei Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten wird. 

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   Der Flussmittelüberzug kann vorteilhaft ausserdem noch Lithiumkarbonat in Mengen nicht über 1   Gew.-%   enthalten. Hiedurch wird die Entfernung der Schlacke wesentlich erleichtert. 



   Der Flussmittelübergang enthält vorzugsweise auch noch Bentonit, das nicht 5 %, bezogen auf das Gewicht des Überzuges, überschreiten soll. Die Anwesenheit dieses kolloidalen Tones verbessert wesentlich das   Strangpressvermögen   des Flussmittels. 



   In der Praxis ist es sehr nützlich, der Elektrode eine bestimmte Farbe zu geben, damit sie leicht identifiziert werden kann. Zu diesem Zweck kann der Flussmittelüberzug   3 - 8   % Chromoxyd, bezogen auf das Gewicht des Überzuges, enthalten. Dieses Oxyd färbt die Elektrode grün, ohne die erwünschten Eigenschaften der Elektrode in irgend einer Weise   ungünstig   zu beeinflussen. 
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 stehen, jedoch ist die Erfindung besonders anwendbar auf Kerne folgender Grundzusammensetzung : 14 - 17 % Chrom,   5 - 10   % Eisen und mindestens 70 % Nickel. 



   Es ist angebracht, im Kern etwa 2 % Niob und soviel Mangan, wie gewöhnlich als Begleitelenlent in Chrom-Nickellegierungen vorhanden ist, und alles Molybdän und den Rest des Niob und Mangan in den Überzug einzubringen. Wie aber oben angedeutet, kann die Aufteilung dieser drei Elemente zwischen Kern und Überzug in weiten Grenzen schwanken. 
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 zw.Chrom-Nickellegierungen werden gewöhnlich mit Aluminium desoxydiert, wobei der restliche Aluminiumgehalt oft 0,   25-0, 3%   beträgt. Es hat sich aber ergeben, dass bei starker Bewegungsbeschränkung des Schweissmetalls während der Erstarrung und Abkühlung die Neigung zu Warmrissen im Schweissmetall an der Übergangsfläche zwischen dem Schweissmetall und dem Grundmetall mit zunehmendem Gehalt an Restaluminium steigt.

   Aus diesem Grunde ist es erwünscht, den Aluminiumgehalt so gering wie möglich zu halten, um dadurch die erwähnte Erscheinung zu vermindern oder zu beseitigen, wenn die Elektrode für das Schweissen von Teilen verwendet wird, die im wesentlichen an der Bewegung verhindert sind. Deshalb wird der Aluminiumgehalt vorzugsweise unter 0, 12 % und möglichst unter 0, 06 % gehalten. 
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 der überzogenen Elektrode darstellt. 



   Es sind zwar Elektroden bekannt geworden, die in ihrer Umhüllung neben den üblichen Bestandteilen solche Mengen Niob enthalten, um den schädlichen Einfluss des Siliziums auf die Gestaltung der Schwei- sse zu kompensieren. Der eventuell noch vorhandene Molybdängehalt ist in der Elektrode aber so gering bemessen, dass er nicht in der Lage ist, einen Einfluss auf die Rissbildung in der Schweisse auszuüben. 



    Demgegenüber   kommt dem erfindungsgemässen Molybdän-, Niob-und Mangangehalt eine besondere Bedeutung zur Vermeidung der Warmrissbildung zu, wenn das Schweissmittel durch Eisen verunreinigt ist. 



   Zwei Beispiele für Elektroden gemäss der Erfindung sind folgende : 
Elektrode A 
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<tb> 
<tb> Kern <SEP> Flussmittelüberzug
<tb> Element <SEP> Gew.-% <SEP> Bestandteil <SEP> Gew.-% <SEP> (trocken)
<tb> Chrom <SEP> 15 <SEP> Kalziumkarbonat <SEP> 38
<tb> Eisen <SEP> 8 <SEP> Kryolith <SEP> 23
<tb> Mangan <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> Kalziumsilikat <SEP> 8
<tb> Silizium <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> Ferromangan <SEP> (85 <SEP> %) <SEP> 9
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0,05 <SEP> Ferromolybdän <SEP> (60 <SEP> lo) <SEP> 5,25
<tb> Titan <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> Ferroniob <SEP> (50 <SEP> U <SEP> ;

   <SEP> o) <SEP> 9 <SEP> 
<tb> Aluminium <SEP> 0,05 <SEP> Lithiumkarbonat <SEP> 0,5
<tb> Magnesium <SEP> 0,03 <SEP> Bentonit <SEP> 3
<tb> Niob <SEP> 2 <SEP> Chromoxyd. <SEP> 4, <SEP> 25
<tb> Molybdän <SEP> 0
<tb> Nickel <SEP> und <SEP> Verunreinigungen <SEP> Rest
<tb> 
 

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 Elektrode B 
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<tb> 
<tb> Kern <SEP> Flussmitteluberzug
<tb> Element <SEP> Ge <SEP> w.

   <SEP> Bestandteil <SEP> Gew.-% <SEP> (trocken) <SEP> 
<tb> Chrom <SEP> 16 <SEP> Kalziumkarbonat <SEP> 41,25
<tb> Eisen <SEP> 7,5 <SEP> Kryolith <SEP> 24
<tb> Mangan <SEP> 1,04 <SEP> Kalziumsilikat <SEP> 9
<tb> Silizium <SEP> 0, <SEP> 43 <SEP> Ferromangan <SEP> (85 <SEP> ja) <SEP> 9
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0,05 <SEP> Ferromolybdän <SEP> (60 <SEP> Ufo) <SEP> 0
<tb> Titan <SEP> 0,01 <SEP> Ferroniob <SEP> (50 <SEP> Ufo) <SEP> 9
<tb> Aluminium <SEP> < <SEP> 0,01 <SEP> Lithiumkarbonat <SEP> 0, <SEP> 5
<tb> Magnesium <SEP> 0,036 <SEP> Bentonit <SEP> 3
<tb> Niob <SEP> 2,2 <SEP> Chromoxyd <SEP> 4,25
<tb> Molybdän <SEP> 1, <SEP> 56
<tb> Nickel <SEP> und <SEP> Verunreinigungen <SEP> Rest
<tb> 
   Das Bindemittel für die Elektroden A und B ist (bezogen auf trockenes Flussmittel) 15 % Natriumsilikatlösung (420 Be) und 25 % Invertzuckerlösung (430 Be). 



  Bei jeder dieser beiden Elektroden ist für das Metall der Schweissnaht, wenn es nicht durch das Grundmetall verunreinigt wurde, ungefähr folgende Zusammensetzung zu erwarten : 14 % Chrom, 8 %    
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 < 0,01 % Magnesium, 0, 02 % Aluminium, Rest Nickel und Verunreinigungen. 



   Diese Elektroden A und B lassen sich zur Erzielung sehr günstiger Ergebnisse beim Schweissen von rostfreiem Stahl an Weichstahl oder beim Anschweissen verschiedenartiger Legierungen, wie Eisen-Chrom-   Molybdän- Mangan, Nickel-Molybdän-Chrom- Wolfram-Eisen,   Nickel-Kupfer und Nickel-Chrom-Eisen, an Weichstahl oder andere Legierungen verwenden. 



   Die Fähigkeit der durch die Elektroden A und B erzeugten Schweissraupen trotz der merklichen Ver- unreinigung des Schweissmetalles durch Eisen Warmrissen zu widerstehen, wurde durch aussergewöhnlich scharfe Prüfungen erwiesen. Bei diesen Versuchen wurden kleine Platten aus Weichstahl durch Festspannen an grösseren, dicken Stahlplatten in ihrer Bewegungsfreiheit behindert und dann durch Schweissraupen von den Elektroden miteinander verbunden. Die durchschnittliche Beimengung von Eisen betrug in der ersten
Lage der Schweissraupe ungefähr 25 %. Die Schweissraupen wurden spanabhebend bearbeitet, poliert, ge- ätzt und untersucht, um das Ausmass der Rissbildung in der Näheder Übergangsfläche zwischen dem
Schweissmetall und den Stahlplatten festzustellen.

   Während an der mit der Elektrode A hergestellten Schweissung keine Rissbildung eintrat, wurde an der mit der Elektrode B hergestellten Schweissung eine sehr geringe Rissbildung festgestellt. 



   Zum Vergleiche wurden drei bekannte Elektroden in gleicher Weise geprüft. Die erste der bekannten
Elektroden hatte einen Kerndraht ähnlich dem der Elektrode A, nur enthielt dieser kein Niob, und der
Flussmittelüberzug enthielt unbekannte Mengen an Niob und Molybdän, die aber zweifellos geringer waren als die in der vorliegenden Erfindung geforderten Mengen, da das aufgebrachte Schweissmetall 0, 42 %
Niob, 0,40 % Molybdän, 0,27 % Silizium,   0, 12   % Kohlenstoff und 0,02 % Schwefel enthielt und prak- tisch frei von Aluminium, Titan und Magnesium war. Die Rissbildung in diesem Schweissmetall war ausserordentlich stark. 



   Die zweite der bekannten Elektroden hatte den gleichen Kern wie die erste und ebenfalls einen Überzug unbekannter Zusammensetzung. Das aufgetragene Schweissmetall enthielt ungefähr   28% Eisen,   
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 enthielt auch hier der Überzug weniger Molybdän als in der vorliegenden Erfindung gefordert wird. Die Rissbildung in diesem Schweissmetall war mässig. 



   Die dritte der bekannten Elektroden hatte einen praktisch mit dem der Elektrode A identischen Kern, 
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 2,5 % Invertzuckerlösung. Das aufgetragene Schweissmetall enthielt 37 % Eisen, 0,   3 %   Silizium, 1,   8 %   Niob, 0,09 % Kohlenstoff und 0, 76 % Mangan und praktisch kein Molybdän, Titan, Aluminium und Magnesium. Dieses   Schweissmetall   zeigte eine starke Rissbildung. 



   Die Wichtigkeit einer Überwachung des Aluminiumgehaltes wurde durch gleiche Versuche erwiesen, die   mit Elektroden durchgeführt   wurden, die die gleichen Überzüge wie die Elektrode A hatten und deren Kerne alle ungefähr folgende Zusammensetzung aufwiesen : 16 % Chrom, 2 % Niob,   0, 4   % Mangan, 0, 2 % Titan, 0,08 % Magnesium, 0, 07 % Kohlenstoff und 0, 35% Silizium. Der Rest war im wesentlichen nur Nickel mit verschiedenen Gehalten an Aluminium.

   Die Ergebnisse waren : 
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<tb> 
<tb> Aluminiumgehalt <SEP> des <SEP> Kernes <SEP> in <SEP> Gew.-lo <SEP> Rissbildung <SEP> nahe <SEP> jer <SEP> Übergangsfläche
<tb> 0, <SEP> 15 <SEP> stark
<tb> 0,09 <SEP> mässig
<tb> 0,06 <SEP> mässig
<tb> 0,03 <SEP> gering
<tb> 0,01 <SEP> sehr <SEP> gering <SEP> 
<tb> 0, <SEP> 005 <SEP> sehr <SEP> gering
<tb> 
   PATENTANSPRÜCHE :    
1. Lichtbogen-Schweisselektrode, bestehend aus einem aus einer Chrom-Nickellegierung hergestellten und mit einem Flussmittel überzogenen Kerndraht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndraht   10 -   25 % Chrom, bis zu 20 % Eisen und mindestens 50 % Nickel mit oder ohne andere Bestandteile und, bezogen auf das Gewicht der Elektrode,   lez   Niob, 0,   5 - 7   % Molybdän und 0,   75-4 % Mangan   enthält.

Claims (1)

1. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussmittelüberzug 30 - 50 vorzugsweise 35-45 % Kalziumkarbonat, 15-35 vorzugsweise 20 - 30 % Kryolith, 5 - 15 vorzugsweise 6-10 % Kalziumsilikat und ein Silikatbindemittel enthält.

   3. Elektrode nach den Ansprüchen 1 oder 2, die im Kern Restaluminium enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumgehalt des Kernes weniger als 0, 12 und vorzugsweise weniger als 0, 06 Gew.-% beträgt.

   4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Niob und das Mangan teilweise im Kern und teilweise im Flussmittelüberzug vorhanden sind.

   5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Molybdän ausschliesslich im Flussmittelüberzug vorhanden ist.

   6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussmittelüberzug Lithiumkarbonat in einer 1 % deo Gewichtes des Überzuges nicht übersteigenden Menge ent- hält.

   7. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussmittelüberzug Bentonit in einer 5 % des Gewichtes des Überzuges nicht übersteigenden Menge enthält.

   8. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussmittelüberzug bezogen auf das Gewicht des Überzuges 3 - 8 % Chromoxyd enthält.