AT206717B

AT206717B - Elektrisch leitender, schlackenbildender Körper zur Verwendung beim Bolzenschweißen und Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers

Info

Publication number: AT206717B
Application number: AT547158A
Authority: AT
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1957-08-07
Filing date: 1958-08-04
Publication date: 1959-12-28

Description

Elektrisch leitender, schlackenbildender Körper zur Verwendung beim Bolzenschweissen und
Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers
Die Erfindung betrifft einen elektrisch leitenden, schlackenbildenden Körper zur Verwendung beim Bolzenschweissen und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers.

Unter "Bolzenschweissen" wird hier das Befestigen des Kopfes eines bolzenförmigen Metallgegenstandes an einer Metallfläche verstanden, indem zwischen den zu verbindenden Teilen während einer bestimmten Zeit ein Lichtbogen aufrechterhalten wird und die beiden Teile darauf miteinander in Berührung gebracht werden. Bei diesem Verfahren verwendet man häufig einen schlackenbildenden Körper, der zwischen die zu verbindenden Teile gesetzt wird und somit die Teile in einem gegenseitigen Abstand hält, der der gewünschten Länge des Lichtbogen entspricht und erst nach der Verformung des Körpers durch die Wärmeeinwirkung zulässt, dass die beiden Teile miteinander in Berührung gebracht werden.

Durch geeignete Wahl der Zusammensetzung und der Abmessungen des schlackenbildenden Körpers kann man bewirken, dass bei Anwendung von Druck auf einen der zu verbindenden Teile der Schweissvorgang selbsttätig verläuft, so dass die zur Verformung des schlackenbildenden Körpers durch Einwirkung der Bogenwärme erforderliche Zeitdauer genau der gewünschten Brenndauer des Lichtbogens entspricht. Um diese Genauigkeit auf reproduzierbare Weise zu erzielen, werden die Form und die Abmessungen des Körpers derart gewählt, dass erst nach dem Erweichen eines vorher genau bestimmten Körperteiles durch den Lichtbogen der Körper nicht länger einem auf ihn ausgeübten Druck widersteht.

Der Körper hat zu diesem Zweck z. B. eine ununterbrochene Höhlung solcher Form, dass ein darin eingeführtes Bolzenende nur bis auf einen bestimmten Abstand in die Höhlung eindringen kann und erst nach dem Erweichen des Körperteiles zwischen der Fläche, auf der der Bolzen stützt, und der Fläche, auf der der Bolzen befestigt werden soll, das Bolzenende gegen die Oberfläche gedrückt wird (niederländische Patentschrift Nr. 70. 858).

Um zu vermeiden, dass eine unregelmässige Schweissung entsteht, in der Schlacke eingeschlossen ist, wird der Körper in gewissen Fällen derart gestaltet, dass der Höhlung gegenüber, in die der Bolzen bis auf einen bestimmten Abstand eindringen kann, eine Höhlung vorgesehen ist, deren Öffnung grösser als der Bolzendurchmesser und deren Volumen grösser als das Bolzenvolumen ist, das nach dem stellenweisen Erweichen des Körpers darin eindringt. In einem solchen schlackenbildenden Körper kann der erweichte Teil beim Eindringen des Bolzenendes in den Körper entweichen.

Um ein Reissen des Körpers infolge der Wärme des Lichtbogens zu vermeiden, worauf vielfach ein Abbröckeln und Deformieren infolge der darin entstandenen Spannungen folgt, wodurch die Grösse des vom Lichtbogen zu erweichenden Körperteiles und somit auch die Zeitdauer, während der dieser Körper dem auf ihn ausgeübten Druck widersteht, sich ändert, kann man z. B. einen schlackenbildenden Körper verwenden, der mit einer solchen Verstärkung versehen ist, dass auch nach dem Reissen, der Körper während des Brennens des Lichtbogens in hinreichendem Masse zusammenhängen bleibt, bis ein vorher bestimmter Teil desselben erweicht ist. Eine der Vorzugsformen dieser Verstärkung ist z. B. ein Pappbändchen, welches mit einem Teil seiner Breite den Körper unterstützt und mit einem andern Teil die Höhlung bildet, in die das Bolzenende eindringen kann.

Damit bei diesem Verfahren der Lichtbogen gezündet wird, kann man in den Körper Metallpulver in einer Menge aufnehmen, die eine zum Zünden des Lichtbogens hinreichende Leitfähigkeit bewirkt. Diese Leitfähigkeit kann aber auch durch das Vorhandensein von reduziertem Ti02 herbeigeführt wer-

den, so dass der schlackenbildende Körper die Funktion eines Halbleiters erfüllt. Neben reduzierendem Metall und Titanoxyd enthält der schlackenbildende Körper gewöhnlich auch andere Stoffe, wie geeignete Silikate. Die Titanoxydmenge beträgt gewöhnlich wenigstens 50 Gew.-olo. Ein geeigeter Körper entsteht z.

B. durch Herstellung eines Gemisches aus :
Rutil 60 Gew.-o/o
Bentonit 27 Gew.-olo
Mangansilicium 13 Gew.-o/o
Es wurde vorgeschlagen, den elektrisch leitenden schlackenbildenden Körper auf eine Temperatur von 900-11000 C in einem inerten Gas, z. B. N2, zU erhitzen, wobei die Bestandteile zu einer festen Masse zusammensintern, Gase ausgetrieben werden, und der Sauerstoffgehalt des Titanoxyds im gewünschten Masse herabgesetzt wird.

Die Erfindung bezweckt, Mittel zu schaffen, um zu bewirken, dass der elektrische Lichtbogen keinen oder keinen nennenswerten Einfluss auf die äussere Form und den Zusammenhang des Körpers ausübt, in der Weise, dass der Körper ohne äussere Verstärkung auf reproduzierbare Weise hinreichend lange einem beim Bolzenschweissen auf ihn ausge- übten Druck widersteht.

Nach der Erfindung enthält der Körper in seiner als Oxyde berechneten Brutto-Zusammensetzung ZrO2 und Si02 in einer Menge, die mindestens 40 Gew.-o/o des TiOy-Gehaltes ausmacht.

Das ZrO2 kann gegebenenfalls in Form von Zirkonium-Orthosilikat (ZrSiO4)zugesetzt werden, was billiger ist als der Zusatz von einem ZrO2.

Die Erfindung bietet folgende Vorteile : a) Eine Verstärkung aus Pappe od. dgl. am schlackenbildenden Körper wird überflüssig ; b) Die Festigkeit bei hoher Temperatur des nicht-erweichenden Teiles des unteren Randes des Körpers wird derart erhöht, dass der Körper besser in der Lage ist, durch das Zusammenhalten des Übermasses an geschmolzenem Schweissmetall, zu einer hinreichenden Formgebung der Schweissung beizutragen, in der Weise, dass dieses ringsum das geschweisste Bolzenende einen angemessen regelmässigen Ring oder Kragen bildet ; c) Der Körper ist besser imstande, auch in nicht waagrechten Lagen, wie z. B. beim Vertikalschweissen oder Oberkopfschweissen das Wegfliessen von geschmolzenem Schweissmetall unter Einwirkung der Schwerkraft zu vermeiden.

Infolge der verbesserten Zusammensetzung nach der Erfindung kann der Ausdehnungskoeffizient des keramischen Materials, aus dem der Körper besteht, hinreichend klein werden, so dass die auftretenden Spannungen herabgesetzt werden. Gleichzeitig ist eine möglichst niedrige Wärmeleitfähigkeit von Bedeutung, damit keine andere als die dazu bestimmten Teile des Körpers erweichen.

Infolge der Erhöhung des SlO-GehaItes und des Zusatzes von Zr02 auf Kosten des TiO2Gehaltes wird der Schmelzpunkt erhöht. Wenn dadurch ein zu grosser Teil de Bolzenendes vor dem Erweichen des Körper-abschmelzen würde. kann diese Schmelzpunkterhöhung neutrali- siert werden, indem der berechneten oxydi- schen Zusammensetzung Alkalioxyde oder Fluorverbindungen, z. B. Na2O oder CaF2 zugesetzt werden. Auch kann man die Ausmasse des Körpers derart ändern, dass der zu erweichende Teil kleiner wird, so dass der Lichtbogen während kürzerer Zeit brennen bleibt.

Infolge der Erhöhung des SiO2-Gehaltes ist es schwieriger, den Lichtbogen wiederzuzünden, was an einem mehr oder weniger knisternden Ton und einer Neigung zum Sprühen beim Brennen des Bogens erkennbar ist. Um diesen Effekt zu vermeiden, kann man in die berechnete oxydisrhe Zusammensetzung einen bestimmten Prozentsatz Alkalioxyde. z. B. Na20, aufnehmen.

Zur Erzielung einer hinreichenden Kohärenz während des Sinterns kann man der berechneten oxydischen Zusammensetzung einen bestimmten Prozentsatz Alkalioxyde, Fluorverbindungen oder Boroxyd. z. B. Na2O3 CaF2.

B2O3, zusetzen.

Zum Ausgleich der geringeren Leitfähigkeit infolge des kleineren Titanoxydgehalts kann man, neben dem Einbringen von Metallpulver, auch Metallsilicide oder Titanide, Silikotitan oder eine Fluorverbindung zusetzen, z. B.

Fe2Si, Fe : Ti, SiTi oder CaF2.

Eine gute Verstärkung des Körpers wird bei einer Ausführungsform nach der Erfindung dadurch erzielt, dass auf einen Teil TiO2 in der berechneten oxydischen Zusammensetzung 0, 25-0, 7 Teile Si02 und 0, 1-0, 5 Teile Zero2 zugesetzt werden. Die keramischen Eigenschaften, wie z.

B. die Pressarbeit und die Festigkeit des ungesinterten Körpers, die Härte, das Mass der Verglasung und die Korrosionsbeständigkeit des gesinterten Körpers werden bei einer Ausführungsform der Erfindung dadurch verbessert, dass der oxydischen Zusammensetzung auf einen Teil Ti02 0, 1-0, 25 Teile Al203 in irgendeiner geeigneten Form zugesetzt werden.
Der Reduktionsgrad des TiO2 wird bei einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erhöht, dass in der berechneten oxydischen Zusammensetzung pro Teil Ti02 höchstens 0, 1 Teile einer Fluorverbindung, wie CaF2, und höchstens 0, 3 Teile Metallsilicide, Me-
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werden.sammensetzung" bezieht sich auf eine, u. a.

in der keramischen Industrie übliche Ausdrucksweise der Brutto-Zusammensetzung eines gesinterten Enderzeugnisses, unabhängig von den verwendeten Rohmaterialien, wobei die als Verbindungen von Oxyden vorkommenden Stoffe durch Angabe ihrer zusammensetzenden einfachen Oxyde erwähnt werden.

So wird z. B. durch das Sintern von Kaolin (A1203. 2SiO . 4H2O) eine berechnete oxydische Zusammensetzung von 54, 1 o/o SiO2 und 45, 9 % Al203 erzielt.

Andere Stoffe als Oxyde werden getrennt erwähnt.

Die Körper nach der Erfindung werden vorzugsweise dadurch hergestellt, dass ein ungesinterter Körper bei einer Temperatur von 1000-12000 C in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert wird.

Es ist üblich, zwischen 900 und 11000 C zu sintern.

Die reduzierende Atmosphäre wird beim Verfahren nach der Erfindung vorzugsweise durch ein Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff erzielt.

Einige sehr geeignete Zusammensetzungen von Körpern nach der Erfindung sind z. B. :
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PATENTANSPRÜCHE :
1.

Elektrisch leitender, schlackenbildender Körper zur Verwendung beim Bolzenschweissen, der eine Menge reduziertes Titanoxyd enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper in seiner als Oxyde berechneten Brutto-Zusammensetzung ZrO2 und Si02 in einer, Menge
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Gehaltes ausmacht.

Claims

2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in seiner als Oxyde berechneten Brutto-Zusammensetzung pro Gewichtsteil Ti02 0, 1-0, 5 Teile ZrO2 und 0, 25-0, 7 Teile Si02 vorhanden sind.

3. Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ausserdem 0, 1-0, 25 Teile Al203 auf einen Teil Ti02 enthält.

4. Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er pro Teil TiO2 in der als Oxyde berechneten Brutto-Zusammensetzung höchstens 0, 15 Teile R20, wobei R ein Alkalimetall, z. B. Na20 darstellt, höchstens 0, 1 Teil einer Fluorverbindung, wie CaF2 und höchstens 0, 05 Teile-- B203, z. B. in Form von Borax, enthält.

5. Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er pro Teil TiO2 höchstens 0, 3 Teile Metallsilizide, Metalltitanide oder Silikotitan enthält.

6. Verfahren zur Herstellung eines Körpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ungesinterter Körper bei einer Temperatur von 1000- 12000 C in einer reduzierenden, vorzugsweise aus einem Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff bestehenden Atmosphäre gesintert wird.