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Schweisselektrode zum Lichtbogenschweissen
Die Erfindung betrifft eine Schweisselektrode aus einer Kupfer-Nickel-Legierung und ein Schweiss- verfahren, insbesondere eine Schweisselektrode aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit einem Überzug aus Spezialflussmittel, wobei die Elektrode eine 70-30 Kupfer-Nickel-Legierung als Schweissmetall ab- scheidet.
Es ist bekannt, dass ein Grossteil des Schweissens mit Kupfer-Nickel-Legierungen heute für Anwen- dungen ausgeführt wird, wo die Schweissqualität von ausserordentlicher Wichtigkeit ist und/oder wo es wie beim senkrechten Schweissen, beim Schweissen von unten usw. nicht ausführbar ist, in der Werkstatt unter
Verwendung automatischer und/oder halbautomatischer gesteuerter Schweissmaschinen zu schweissen und wo es daher notwendig ist, unter Anwendung von für die Baustelle geeigneten Schweissverfahren zu ar- beiten. Beispielsweise werden Kupfer-Nickel-Legierungen in grossem Ausmass wegen ihrer guten Wider- standsfähigkeit gegen Korrosion durch Salzwasser im Schiffswesen benutzt. An Bord eines Schiffes können natürlich die meisten Schweissstellen nicht für den Schweisser zurechtgelegt werden.
Es ist daher nicht un- gewöhnlich, dass der Schweisser einen Spiegel benutzt, um die zu schweissende Stelle zu sehen. Oft ist diese Stelle nur einige Zentimeter von einem Schott oder von einem andern unbeweglichen Hindernis entfernt. Offensichtlich ist unter solchen schweren Bedingungen eines der Probleme, denen die Technik gegenübersteht, das, eine Kupfer-Nickel-Schweisselektrode, die im Betrieb besonders bequem ist, zu er- zeugen. Der Lösung dieses Problems stand bisher das Problem gegenüber, eine Schweisselektrode aus einer Kupfer-Nickel-Legierung zu erzeugen, die Schweissungen hoher Qualität ergibt. So stand die Technik bisher der Schwierigkeit gegenüber, eine Schweisselektrode aus einer Kupfer-Nickel-Legierung zu verwenden, die entweder bequem zu handhaben war oder eine gute Schweissqualität ergab, jedoch nicht beides zugleich.
Die Geschichte der Kupfer-Nickel-Schweisstechnik bildet dafür ein Beispiel. So ist beispielsweise die bisher vorgezogene Schweisselektrode zum Schweissen von 70-30 Kupfer-Nickel-Legierungen nicht diejenige, die die besten Eigenschaften des Schweissmetalls oder die zuverlässigste Naht bietet, sondern diejenige, die auf der Baustelle am bequemsten zu verwenden ist. Die durch diese bisherige Elektrode erzeugte Schlacke neigt dazu, den Lichtbogen kurzzuschliessen, wenn sie während des Schweissens unterhalb der Elektrodenspitze oder um die Schweissstelle herum zur vorderen Seite des schmelzflüssigen Schweissmaterials läuft. Dies bringt einige Schwierigkeiten bezüglich der freien Handhabung der Elektrode mit sich, besonders in einer engen V-Naht.
Beim Schweissen am senkrecht stehenden Werkstück verschlimmert sich die durch die Schlacke bedingte Schwierigkeit und bewirkt ein regelmässiges Kurzschlie- ssen des Lichtbogens. Beim Überkopf-Schweissen neigt der Elektrodenmantel aus Flussmittel, der sich beim Schweissen am liegenden Werkstück am Lichtbogenende etwas über den Drahtkern hinaus erstreckt, dazu, wegzuschmelzen und an der Elektrodenspitze den nackten Drahtkern zu hinterlassen. So hat der Lichtbogen beim Schweissen überkopf nicht den Schutz, den er beim Schweissen am liegenden Werkstück erhält, was zur Folge hat, dass Schweissnähte, die überkopf hergestellt werden, noch poröser sind als Schweissnähte, die am liegenden Werkstück gemacht werden.
Ausserdem ist beim Schweissen überkopf mit diesen bisherigen Elektroden das in Betriebsetzen des Lichtbogens oft schwierig. Überdies sind die mit diesen Elektroden erzeugten Schweissnähte recht porös und entsprechen nicht den kürzlich verschärften StandardBedingungen der Schweissqualität für gewisse kritische Anwendungsbereiche.
Trotz der oben genannten Nachteile der angeführten bisherigen Elektrode wurde sie trotzdem andern
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bisherigen Elektroden gegenüber vorgezogen, da diese ändern Elektroden in jeder andern Stellung als beim
Schweissen am liegenden Werkstück fast unmöglich zu handhaben waren. Die letzteren Elektroden waren, obwohl sie beim Schweissen am liegenden Werkstück oft dichtere Nähte als die andern Elektroden erga- ben, doch besonders ungeeignet, da es häufig notwendig war, schadhafte Schweissnähte (bedingt durch Schlackeneinschluss) auszuschleifen und dann nochmals zu schweissen. Schleifen und nochmal Schweissen sind notwendigerweise teure Arbeitsgänge und sind daher unerwünscht.
Obwohl zur Überwindung der vorgenannten Schwierigkeiten und andern Nachteile viele Versuche unternommen wurden, war doch keiner gänzlich erfolgreich, wenn er kommerziell in industriellem Ausmass in die Praxis übertragen wurde.
Es wurde nun festgestellt, dass dichte, nicht poröse, rissfreie Kupfer-Nickel-Schweissnähte und Überzüge in allen Stellungen einschliesslich des Schweissens überkopf und am senkrechten Werkstück auf kupferhaltigen Legierungen hergestellt werden können, indem eine besonders überzogene Schweisselektrode aus einer Kupfer-Nickel-Legierung verwendet wird.
Allgemein gesagt, bezieht sich die Erfindung auf eine ummantelte Schweisselektrode, die in jeder Stellung verwendbar ist und aus einem Kupfer-Nickel-Drahtkern und einem Flussmittelmantel besteht, wobei der Drahtkern 25 - 35go Nickel, bis zu 1% Eisen, bis zu 10/0 Silizium, bis zu 3solo Magnesium und bis zu 1, Olo Titan enthält und der Rest überwiegend aus Kupfer besteht und der Flussmittelmantel in Gew.Teilen bis zu 40 Gew.-Teilen eines Erdalkalikarbonats, 5 - 70 Teile Mangankarbonat, wobei die Summe des Mangankarbonats und irgendeines Erdälkalikarbonats 15 - 70 Teile beträgt, 10 - 35 Teile Titandioxyd und 5-40 Teile Kryolith enthält.
Der Flussmittelmantel der Schweisselektrode aus der Kupfer-Nik- kel-Legierung besteht aus einem Spezialflussmittel, das bestimmte Mengen Mangankarbonat und Titandioxyd enthält, wobei jeder Bestandteil des Flussmittels in einem festen Verhältnis zu den andern Bestandteilen desselben vorliegt, so dass man zusammen mit dem Drahtkern aus Kupfer-Nickel-Legierung eine Mantelelektrode zum Lichtbogenschweissen erhält, die Schweissnähte oder Überzüge mit etwa 25 bis etwa 35% Nickel, bis zu etwa 1% Eisen, bis zu etwa 0, 15% Kohlenstoff, bis zu etwa 0, 75% Silizium, bis zu etwa 3% Mangan und bis zu etwa 0,5go Titan ergibt, wobei der Rest überwiegend aus Kupfer besteht.
Ausserdem sind die unter Verwendung der erfindungsgemässen Elektrode nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Schweissnähte und Überzüge frei von Rissen und porösen Stellen, gleichgültig, in welcher Stellung. sie verwendet werden, sogar wenn es sich um verhältnismässig grosse Querschnitte handelt und die Arbeitsbedingungen unter starken Behinderungen leiden.
Das erfindungsgemässe Flussmittel des Mantels enthält die folgenden Bestandteile in den angegebenen Mengen (in Gewichtsteilen des trockenen Flussmittels) :
Tabelle I
EMI2.1
<tb>
<tb> Bestandteile <SEP> Bereich
<tb> Mangankarbonat <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 70 <SEP>
<tb> Erdalkalikarbonat, <SEP> z. <SEP> B. <SEP> CaCO, <SEP> BaCO, <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 40
<tb> SrCO <SEP> und <SEP> Mischungen <SEP> davon <SEP> vorzugsweise <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 40 <SEP>
<tb> insbesondere <SEP> 10-40 <SEP>
<tb> Mangankarbonat <SEP> + <SEP> Erdalkalikarbonat <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 70 <SEP>
<tb> Titandioxyd <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 35 <SEP>
<tb> Kryolith <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 40 <SEP>
<tb>
Aus Tabelle I ist zu ersehen, dass bis zu etwa 40 Teilen Erdalkalicarbonat an Stelle eines Teiles des Mangankarbonats im Flussmittel im Verhältnis Teil zu Teil verwendet werden können.
Das Flussmittel muss also immer wenigstens 5 Teile Mangankarbonat und nicht mehr als insgesamt etwa 70 Teile Erdalkalikarbonat + Mangankarbonat enthalten. Wenn beispielsweise das Flussmittel etwa 10 - 40 Teile Erdalkalikarbonat enthält, muss es auch etwa 5 Teile bis etwa 30 Teile Mangankarbonat ausser etwa 10 bis etwa 35 Teilen Titandioxyd und etwa 5 bis etwa 40 Teilen Kryolith enthalten. Wenn kein Erdalkalikarbonat im Flussmittel vorliegt, müssen etwa 15 bis etwa 70 Teile Mangancarbonat vorliegen.
Aus mindestens drei Gründen ist es notwendig, dass alle der vorstehend genannten Bestandteile der trockenen Flussmittelzusammensetzung in den angegebenen Mengen vorliegen. Erstens werden bei der
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Zersetzung des Flussmittels die notwendigen gasförmigen Produkte gebildet, die den Lichtbogen und das überhitzte schmelzflüssige Metall vor den schädlichen Einflüssen der Atmosphäre schützen. Zum zweiten bildet das Flussmittel eine Schlackenhülle, die hilft, das schmelzflüssige Schweissmetall beim Schweissen am senkrechten Werkstück und beim Schweissen überkopf am Ablaufen zu hindern und die das heisse Metall der Schweissnaht beim Abkühlen vor der Atmosphäre schützt.
Drittens bildet der Mantel ein Mittel, durch das desoxydierende und/oder legierungsbildende Zusätze in die Schweissschmelze eingeführt werden. Kry- olith sollte beispielsweise in Kombination mit dem Rest des Flussmittels in den in Tabelle I angegebenen
Mengen vorliegen, da festgestellt wurde, dass es ein wirksames Flussmittel und ein Hilfsmittel zum Auf- lösen von Oxyden und zur Aufrechterhaltung eines niedrigen Spiegels nichtmetallischer Einschlüsse im
Metall der Schweissnaht bildet. Kryolith hilft, Oxyde zu eliminieren, fördert die Dichte der Schweissnaht und hilft sehr stark der Schlacke, die geeignete Viskosität und Oberflächenspannung zu verleihen, um das schmelzflüssige Schweissmetall beim Schweissen am senkrechten Werkstück und überkopf zu kontrol- lieren.
Wenn anderseits mehr als 40 Gew.-Teile Kryolith imFlussmittel vorliegen, wird die Handhabungs- möglichkeit der Elektrode schädlich beeinflusst, da dies ein Zurücksehmelzen des an der Spitze der Elek- trode konisch ausgebildeten schützenden Flussmittelmantels bewirkt, was natürlich den Drahtkern dem schädlichen Einfluss der umgebenden Atmosphäre aussetzt. Diese Bedingung hat mindestens eine zweifa- che Wirkung. Erstens neigt der schmelzende Mantel dazu, sich in kleinen Kügelchen entlang den Seiten der Elektrode in der Nähe des Lichtbogens anzusammeln und behindert sowohl die Sicht des Schweissers als auch die Handhabung in einer engen Auskehlung, Kehl- oder V-Naht.
Zweitens setzt der Verlust des schützenden Flussmittels an der Spitze der Elektrode den Drahtkern der Atmosphäre aus und begünstigt fehlerhafte Schweissnähte und bewirkt, dass die Elektrode zum Anbacken am Werkstück neigt, wenn die
Lichtbogenlänge übermässig verkürzt wird. Wenn Kryolith anderseits unterhalb der angegebenen Mengen vorliegt, dann fehlen der gebildeten Schlacke die zum Schweissen überkopfund/oder amsenkrechten Werkstück notwendigen Viskositätseigenschaften.
Titandioxyd sollte in Kombination mit dem Rest des Flussmittels in Mengen von etwa 10 bis etwa
35 Teilen vorliegen, da es hilft, einen stabilen Lichtbogen und einen Sprühstrahltransport des Schweiss- metalls am Lichtbogen zu erzeugen. Es hilft auch eine Schlacke zu erzielen, die leicht entfernt werden kann. Zu wenig Titandioxyd ergibt eine pulverige Schlacke, die schwierig zu entfernen ist. Zuviel ergibt ein nachteiliges, zu starkes Verspritzen und kann Rissbildung der Schweissnaht bewirken.
Die gesamten Karbonate im Flussmittel, d. h. Mangankarbonat und Erdalkalikarbonat, müssen im Bereich von etwa 15 Gew.-Teilen bis etwa'70 Gew.-Teilen vorliegen, um optimale Betriebsfähigkeit und ein günstiges Verhalten der Schlacke der Elektrode sicherzustellen. Mehr als 70% Karbonatbewirktein Pulverig- und Bröckeligwerden der Schlacke, was sie schwierig entfernbar macht, vor allem wenn die Umrisse der Schweisswulst unregelmässig sind. Wenn weniger als 150/0 der Gesamtmenge an Karbonaten vorliegen, einschliesslich wenigstens 50/0 Mangankarbonat, ist die Schlacke ungenügend, der Schutz des Lichtbogens ist mangelhaft, und der Lichtbogen wird instabil. Mangankarbonat in der in Tabelle I angegebenen Minimalmenge ist notwendig.
Mangan ergibt-nur als Karbonat - in Kombination mit dem übri- gen Flussmittel gute Schlackenmerkmale und hilft zur Erzielung einer leicht entfernbaren bruchigen und dichten Schlacke. Dieses Mineral ergibt zusammen mit den andern Bestandteilen des Flussmittels den zur leichten Entfernung der Schlacke geeigneten Schmelzpunkt und genau die richtige Viskosität und Oberflächenspannung, um Schweissnähte leicht am senkrechten Werkstück und von unten (beim Arbeiten überkopf) machen zu können. Seine Zersetzungsprodukte ergeben auch einen wirksamen Schutz für den Lichtbogen. Zuviel oder zu wenig Mangankarbonat im Flussmittel beeinträchtigt die Betriebsfähigkeit des Lichtbogens und die Schlackeneigenschaften.
Die Erdalkalikarbonate, vorteilhafterweise Kalziumkarbonat, sollten, wenn sie als Ersatz für einen Teil des Magnesiumkarbonats verwendet werden, in Kombination mit dem restlichen Flussmittel innerhalb des in der Tabelle I angegebenen Bereiches, vorteilhafterweise in Mengen von etwa 10 bis etwa 40 Gew. Teilen des trockenen Flussmittels, vorliegen, um bei der Zersetzung eine gasförmige Schutzhülle eines verhältnismässig nicht reaktionsfähigen Gases, das den Lichtbogen umgibt, zu bilden, die die umgebende Atmosphäre ausschliesst. Es ist auch ein guter Schlackenbildner und Lichtbogenstabilisator.
Der Elektrodenmantel mit dieser Kombination von Bestandteilen ergibt ein Optimum der Betriebsfähigkeit und ergibt zusammen mit dem Drahtkern, der den Hauptteil der Schweissablagerung ausmacht, den gewünschten hohen Stand der Schweissqualität. Jedoch sind die Merkmale des durch die Mantelelektrode der vorliegenden Erfindung erzeugten Flussmittel-Schlacken-Systems nicht das Ergebnis einer oder zweier Zutaten allein, sondern sind vielmehr das Produkt einer ausgewogenen Kombination der Bestandteile, wie sie in Tabelle I aufgeführt sind. Dazu kommt, dass die vorgenannten Bestandteile in Kombi-
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nation eine dauerhafte Ummantelung ergeben, die der Handhabung und dem Transport ohne Brechen widersteht.
Die erfindungsgemässe Ummantelung ergibt auch eine ausreichende Durchlagsfestigkeit, um den Kern vor Kurzschlüssen durch Kontakt der Aussenseite des ummantelten Stabes mit einem geerdeten Werkstück zu isolieren.
Wahlweise können bis zu 6 Teilen Silizium, vorteilhafterweise als Nickel-Silizium-Legierung, die etwa 20 bis etwa 40 Gel.-% Silizium, beispielsweise SOlo, und als Rest vor allem Nickel enthält, und
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zugesetzt werden. In jedem Fall können an Stelle von Nickel für die Silizium- und Titaniumzusätze Ferrolegierungen verwendet werden. Diese Nickel- und Ferrolegierungen dienen, wennsie im Flussmittel vorliegen, vor allem als Desoxydantien. Das Silizium hilft zusätzlich zu seiner Desoxydationswirkung zur Erhöhung der Festigkeit der Schweissablagerung und ergibt Schweissnähte mit Zugfestigkeiten, Sie über 3520 kg/cm liegen, was laut Vorschrift für gewisse Anwendungen benötigt wird, beispielsweise für Wärmeaustauscher, Kondensatoren, Druckleitungen u. ähnl.
Ausserdem verbessert Silizium etwas das Verhalten des Lichtbogens und der Elektrodenschlacke. Silizium, besonders in den vorteilhaften Bereichen, wie sie im folgenden in Tabelle III unten angegeben sind, erhöht die Festigkeit der kupferreichen Phase im Schweissmetall und ist daher günstig zur Herabsetzung des Reissens des Schweissmetalls. Jedoch bewirkt eine übermässige Menge an Silizium, d. h. mehr als 6 Teile, ein Brüchigwerden und Reissen der Schweissnaht. Der hauptsächliche Vorteil von Titan im Flussmittel ist die Ausschaltung von Porosität. Übermässige Mengen jedoch, d. h. mehr als 4 Gew.-Teile des trockenen Flussmittels, verändern die Erholung der andern Legierungsbestandteile ungünstig, d. h. Silizium kann Brüchigkeit der Abscheidung bewirken, wenn sie längere Zeiträume hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
Ausserdem können Hilfsmittel fUr das Auspressen wie beispielsweise Bentonit od. ähnl. kolloidale Tone und Befeuchtungsmittel, wie Alginate, Klebstoffe, Glykolate, Natriumcarboxymethylcellulose usw. dem trockenen Flussmittel in Mengen bis zu insgesamt etwa 5 Gel.-% des Flussmittels zugesetzt werden, um die Auspressbarkeit des Flussmittels zu verbessern.
Der Kern der erfindungsgemässen Elektrode besteht, wie schon früher erwähnt, aus einem Kerndraht
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gezeigte Zusammensetzung (in Gewichtsprozent des Kernes),
Tabelle II
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<tb>
<tb> Element <SEP> vorteilhafter <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Kupfer <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> (68)
<tb> Nickel <SEP> 29-32 <SEP> 30
<tb> Eisen <SEP> 0, <SEP> 3- <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 0,6
<tb> Kohlenstoff <SEP> weniger <SEP> als <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP>
<tb> Silizium <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Mangan <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Titan <SEP> biszuO.
<SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP>
<tb>
Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, die besonderen Bestandteile des trockenen Flussmittels in den in der folgenden Tabelle III angegebenen Mengen (in Gewichtsteilen des trockenen Flussmittels) zu verwenden :
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Tabelle III
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<tb>
<tb> Vorgezogene <SEP> Bestandteile <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Kalziumkarbonat <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 23
<tb> Mangankarbonat <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 25 <SEP> 21
<tb> Titandioxyd <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 22
<tb> Kryolith <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 21
<tb> Silizium <SEP> 1/2 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> 1
<tb> Titan*'1/2-2 <SEP> 1
<tb> Bentonit <SEP> 2-5 <SEP> 3 <SEP>
<tb>
* vorzugsweise als Nickel-Silizium-Legierung, z. B. eine Legierung, die etwa 301o Sili- zium enthält.
* * Vorzugsweise als Nickel-Titan-Legierung, z. B. eine Legierung, die etwa 25% Titan enthält.
Die zur Herstellung des Flussmittels verwendeten Bestandteile werden gepulvert. Im allgemeinen weisen die vermischten Bestandteile eine Teilchengrösse von 50 Jl bis etwa 300 u auf.
Ein in Wasser dispergierbares Bindemittel wird gewöhnlich für den Flussmittelmantel verwendet, um einen dauerhaften und harten Überzug nach dem Trocknen und Einbrennen auf dem Kern aus Kupfer-Nikkel-Legierung zu ergeben. Das Bindemittel gehört vorteilhafterweise der Gattung der Silikate an, da dies einen dauerhaften Überzug ergibt, der kein erneutes Einbrennen vor der Verwendung nötig macht. Beispielsweise kann die wässerige Lösung eines Natriumsilikates und/oder Kaliumsilikates verwendet werden. Die folgende Tabelle IV gibt die Mengen (in Gewichtsteilen des trockenen Flussmittels) der Bestandteile an, die für das Bindemittel verwendet werden können. Selbstverständlich kann jedoch auch eine Silikatlösung eines ändern spezifischen Gewichtes als hier aufgeführt verwendet werden.
Tabelle IV
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<tb>
<tb> Bestandteil <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Natriumsilikatlösung <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 15
<tb> (470 <SEP> Baume)
<tb> Wasser <SEP> soviel <SEP> für <SEP> eine <SEP> aus-2
<tb> pressbare <SEP> Konsistenz
<tb> benötigt <SEP> wird
<tb>
Der Flussmittelmantel kann auf den Drahtkern in jeder geeigneten Weise aufgebracht werden, beispielsweise durch ein Strangpressverfahren, und durch geeignetes Trocknen und/oder Einbrennen, auf der Drahtoberfläche getrocknet werden. Dies ergibt einen harten, anhaftenden Mantel hoher mechanischer Festigkeit, der bei normaler Behandlung verhältnismässig widerstandsfähig gegen mechanische Beschädigung ist.
Eine zufriedenstellende Trocknungs- oder Einbrennbehandlung der Flussmittel- und Bindemittelmischung umfasst eine normale kontinuierliche Trockenbehandlung im Ofen, gefolgt von einer Einbrennbehandlung, bei der die Temperatur allmählich auf etwa 3200C (6000F) gesteigert und etwa 2h lang auf dieser Höhe gehalten wird.
Beispiele für typische Elektrodenabmessungen (Kerndurchmesser + Manteldicke) sind in Tabelle V aufgeführt. Alle Dimensionen sind in Zentimeter angegeben.
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Tabelle V
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<tb>
<tb> Kerndurchmesser <SEP> Elektrodendurchmesser <SEP> Elektrodendurchmesser
<tb> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> cm <SEP> cm <SEP> cm
<tb> 2,381 <SEP> 0,3 <SEP> - <SEP> 0,38 <SEP> 0,33
<tb> 3, <SEP> 175 <SEP> 0, <SEP> 43-0, <SEP> 51 <SEP> 0, <SEP> 457 <SEP>
<tb> 3, <SEP> 969 <SEP> 0, <SEP> 53-0, <SEP> 58 <SEP> 0, <SEP> 559 <SEP>
<tb> 4,762 <SEP> 6, <SEP> 35 <SEP> - <SEP> 6, <SEP> 86 <SEP> 0, <SEP> 66 <SEP>
<tb>
Man kann jedoch, wie jedem Fachmann ersichtlich sein wird, das Verhältnis des Kerndurchmessers zur Flussmitteldicke gegenüber den in der vorstehenden Tabelle angegebenen Werten beträchtlich verändern.
Der Flussmittelmantel macht jedoch üblicherweise etwa 25 bis etwa 35 Gew.-% der Elektrode aus.
Die Zusammensetzungen der Abscheidungen und/oder Auflagen werden natürlich je nach der genauen Zusammensetzung der verwendeten Elektrode variieren, d. h. je nach der Zusammensetzung des Drahtkernes und der Zusammensetzung des Flussmittels. Ausserdem liegen die Kombinationen jeder Flussmittelzusammensetzung der Tabellen I und III mit jeder Zusammensetzung des Drahtkernes im breiteren Bereich oder in den vorteilhaften Bereichen und Beispielen der Tabelle U innerhalb des Bereiches der Erfindung. Ausserdem beeinflusst die Zusammensetzung des zu schweissenden Grundmetalls die Zusammensetzung der Ablagerungen und/oder Überzüge. Jedoch weisen alle unter Verwendung der erfindungsgemässenElektroden hergestellten Ablagerungen Zusammensetzungen in den in der Tabelle VI in Gewichtsprozenten gezeigten Bereichen auf.
Tabelle VI
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<tb>
<tb> Element <SEP> Weiterer <SEP> Bereich <SEP> Vdrteilhafter <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Kupfer <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> 66
<tb> Nickel <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 35 <SEP> 29 <SEP> - <SEP> 32 <SEP> 31,2
<tb> Eisen <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 1 <SEP> 0,3 <SEP> - <SEP> 0,8 <SEP> 0,6
<tb> Kohlenstoff <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,1 <SEP> > <SEP> 0,05 <SEP> 0,03
<tb> Silizium <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,6 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Mangan <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 2,5 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 2 <SEP> 1,7
<tb> Titan <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,5 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,2 <SEP> 0,04
<tb>
Wie in Tabelle VI gezeigt, ist es vorteilhaft, eine kleine Menge Eisen im Schweissmetall aus Kupfer-Nickel-Legierung vorliegen zu haben,
da Eisen in diesen Mengen der Kupfer-Nickel-Legierung optimale Korrosionswiderstandsfähigkeit verleiht. Wenn das Eisen im Drahtkern vorliegt, ist gewöhnlich die Verteilung desselben durch den Schweisslichtbogen fast looloig, wie durch Vergleich der Tabellen II und VI bezüglich des Eisengehaltes ersichtlich ist.
Die folgenden Beispiele dienen zum besseren Verständnis der Erfindung, ohne sie zu beschränken :
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zung ummantelt, die unter "Beispiel" in Tabelle III angegeben ist, wobei ein Bindemittel aus etwa 15 Gew.-Teilen des Flussmittels an einer Natriumsilikatlösung (470 Baumé) und etwa2 Gew. -Teilen Wasser verwendet wurde. Die so zusammengesetzte Elektrode wurde im Ofen getrocknet und anschliessend bei etwa 3200C etwa 2h lang eingebrannt.
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Beispiel 2 : Eine Stumpfschweissung mit einfacher V-Kehlung wurde an einer flachliegenden, 9,525 mm dicken 70-30 Kupfer-Nickel-Platte vorgenommen, die in der Zusammensetzung und den mechanischen Eigenschaften den MIL-C-15726C (Schiffs-) Anforderungen entsprach, d. h. eine Legierung, die etwa 20% Nickel, etwa 0,'i% Eisen, etwa 0, 2% Zink, etwa 0, 7% Mangan und etwa 68, 70/0 Kupfer enthält. Die Platten waren 25,4 cm lang und 12,7 cm breit und wurden mit einer Elektrode der in Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung und dem in Tabelle V oben für einen 2,381 cm Kern gezeigten Durchmesser geschweisst. Die Fuge hatte unten einen Abstand von 2,381 mm, der über einem mit einer Rille versehenen, als Unterlage dienenden Kupferstab lag.
Die Unterkante der Fuge hatte einen 1, 587 mm breiten Steg, und der Winkel der V-Nut betrug 800, wenn die Bleche stumpf aneinandergelegt waren. Die Verbindung wurde daran gehindert, sich beim Schweissen zu werfen, indem die Bleche fest an eine 15 cm dicke Stahlplatte geklammert wurden. Die Durchdringung der unteren Wulst war vollständig. An der Schweissnaht wurde nichts verbessert und an der Unterseite keine Dichtungsnaht aufgetragen. Der Zweck dafür, die Naht nicht zu verbessern und an der Unterseite keine Dichtungsnaht aufzuschweissen, war der, eine verlässliche Anzeige der Duktilität der Unterseite der Schweissnaht für den nachfolgend gezeigten Biegungstest zu liefern. Dies wäre durch die Auflage einer Dichtungsnaht an der Unterseite verschleiert worden.
Die Naht wurde dann geröntgt, wobei ein Penetrameter mit 2% Empfindlichkeit nach dem Schweiss- handbuch 1957, Abteilung 1-8,39, herausgegeben von der American Welding Society, verwendet wurde. Es wurden keine Porosität oder Fehler beobachtet. Nach dem Röntgen wurden Querschnitte der Schwei- ssung gemacht, um Proben für die Zerreissprüfung quer zur Naht und die Biegeprüfung quer zur Naht erhalten. Es wurden eine. Probe für die Zerreissprüfung, zwei für den Biegetest der Oberseite und zwei für den Biegetest der Unterseite erhalten.
Die Zerreissprobe wurde über die volle Querschnittdicke, jedoch mit einer verminderten Prüfab- schnittsbreite von 2, 54 mm geprüft. Die Verstärkung der Schweissnaht an der Oberseite und der an der Unterseite durchgetretene Wulst wurden bündig mit der Oberfläche der Platte abgearbeitet. Dies wurde
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Die Querbiegeproben wurden durch Biegen um 1800. tuber einen Stahldorn mit einem Radius gleich der doppelten Plattendicke, d. h. einen Dorn von 19,05 mm Durchmesser geprüft. Die Proben wurden so abgebogen, dass bei zwei Proben die Unterseite und bei den andern zwei Proben die Oberseite unter Spannung war. Bei keiner der Proben wurden nach der Biegeprüfung um 1800 Fehler beobachtet, was ein gutes Anzeichen der ausgezeichneten Schweissqualität und der durch die erfindungsgemässe Elektrode erzeugten Duktilität ist.
Beispiel 3 : Eine weitere Stumpfschweissnaht am liegenden Werkstück, die in jeder Beziehung identisch zu der in Beispiel 2 beschriebenen war, mit der Ausnahme, dass der Durchmesser der hier benützten Elektrode wie in Tabelle V für einen3, 175 mm gezeigten Drahtkern gewählt war, wurde durchgeführt, um die hohe Qualität der mit den Elektroden der vorliegenden Erfindung hergestellten Schweissnähte weiter zu zeigen. Die Zusammensetzung des Schweissmetalls war, wie in Tabelle VI und "Beispiel" angegeben. Die Qualität erwies sich bei der Röntgenuntersuchung bei einer Empfindlichkeit von 2% als ausgezeichnet, da weder Porosität noch Risse noch andere Fehler beobachtet wurden.
Die Zerreissfestigkeit der Schweissung betrug 41600 kg/cm. Die Festigkeit an der 0, 2'lo Grenze betrug 19800 kg/cm bei einer Dehnung von 40%, bei einer Messlänge von 2,54 cm quer zur Schweissung. Die zwei um die Oberseite und um die Unterseite gebogenen Proben waren nach dem Biegetest um 1800 vollkommen frei von Fehlern wie Rissen oder Einkerbungen in der Schweissnaht.
Beispiel 4 : Die Berstprobe einer X-Schweissnaht wurde durchgeführt, wobei eine Elektrode der Zusammensetzung und des Durchmessers, die in Beispiel 2 gezeigt waren, verwendet wurde. Die Prüfprobe der X-Schweissnaht wurde hergestellt, indem eine Schweissnaht zwischen zwei 7, 62 cm langen und und 2, 54 cm im Quadrat messenden Stangen aus 70-30 Kupfer-Nickel-Legierung, die der Zusammensetzung der Platten in Beispiel 2 entsprach, hergestellt wurde. Die zwei Stäbe wurden entlang der Seite mit 7, 62 cm Länge stumpf aneinandergelegt, so dass die einander zugekehrten Seiten der zwei Stäbe eine Doppel-V-Naht bildeten. Es wurden abwechselnd auf jeder Seite gleichzeitig zwei Schweissauflagen aufgebracht und die Probe zwischen jedem Satz von Schweissauflagen jeweils auf unterhalb 930C abkühlen gelassen.
Nach dem Schweissen wurde die Probe an zwei Stellen, die 2,54 cm voneinander entfernt waren, in der zur Schweissrichtung senkrechten Ebene zur Prüfung der Makrostruktur abgeschnitten. Die sich aus den zwei Schnitten ergebenden vier Querschnittsflächen wurden an einer feinkörnigen, kautschukge-
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fen Prüfbedingungen Risse oder Fehler beobachtet.
Um die Qualität der unter diesen äusserst erschwerten Bedingungen hergestellten Schweissnähte weiter zu untersuchen, wurde eine Scheibe von 6,35 mm Dicke von X-Naht-Probestück quer abgeschnitten und einem Seitenbiegetest so unterworfen, dass der querlaufende Schnitt der X-Schweissnaht unter Zugspan- nung war. Das Probestück wurde um 1800 frei gebogen und dann wieder flachgedrückt, ohne dass sich auch nur ein einziger Sprung oder ein Einriss gezeigt hätte.
Beispiel 5 : Eine Stumpfverbindung wurde zum Schweissen überkopf vorbereitet, um die Dichtheit einer m dieser Lage hergestellten Schweissnaht unter Verwendung einer Elektrode der in Beispiel 2 ange- gebenen Zusammensetzung und eines wie in Tabelle V für einen 3175 mm dicken Drahtkern gezeigten Durchmessers zu untersuchen. Zwei Kupfer-Nickel-Platten von 9, 525 mm Dicke, 12, 7 cm Breite und 25,4 cm Länge von einer ähnlichen Zusammensetzung, wie sie die in Beispiel 2 gezeigten Platten auf- wiesen, wurden entlang einer Längskante (25, 4 cm-Kante) jedes Stückes abgeschrägt, um beim stumpfen Zusammenfügen eine 900-V-Nut zu bilden. An der Unterseite jeder Platte wurde ein 1, 857 mm brei- ter Steg gelassen.
Die zwei einander zugekehrten Seiten der Platten waren an der Unterseite 9, 525 mm voneinander entfernt und an jedem Ende an einen 6, 35 mm x 5, 08 cm X 25, 4 cm messenden Unterlegstreifen aus 70-3U Kupfer-Nickel-Legierung punktgeschweisst. Die ganze Verbindungsanordnung wurde dann mit der Oberseite nach unten an eine 38, 1 mm dicke Stahlplatte geklammert, die 20,32 cm breit und 1, 22 m lang war und in horizontaler Lage etwa 2,13 m über dem Boden an aufrechtstehenden Stützen aufgehängt. Die gesamte Schweissarbeit und die Entfernung der Schlacke wurde an der oben angebrachten und an die Stahlplatte geklammerten Schweissanordnung vorgenommen.
Die Gesamtzeit zum Schwei- ssen der Verbindung vom Beginn der ersten Randwulst bis zum Ende der endgültigen Schweissauflage betrug überraschenderweise weniger als 11/2h. Nach dem Schweissen wurde der 6,35 mm dicke Unterlegstreifen auf der Rückseite abgearbeitet und die Schweissnaht auf 2% Empfindlichkeit geröntgt. Das Röntgenbild zeigte, dass die Schweissnaht vollständig frei von Poren, Rissen und irgendwelchen andern Fehlern war.
Diese Prüfungen zeigen deutlich die Vielseitigkeit der erfindungsgemässen Elektrode.
Die Erfindung ist vor allem anwendbar für das Schweissen von Kupfer-Nickel-Legierungen des Typs 70-30, die etwa 25 bis etwa 35%Nickel, bis zu etwa 1% Eisen, biszjetwa3'yoMangan, bis zu etwa 1% Titan, bis zu etwa 1% Silizium, weniger als 0, 2% Kohlenstoff, bis zu 10/0 Zink und als Rest neben den üblichen Verunreinigungen vor allem Kupfer enthalten. Jedoch ist die Erfindung auch anwendbar für das Schweissen von Kupfer und Kupfer-Legierungen einschliesslich Kupfer-Nickel-Legierungen des Typs 90-10, die bis zu etwa 751o Nickel, bis zu etwa 2% Eisen, bis zu etwa 1% Mangan, bis zu etwa 10/0 Zink und bis zu etwa 2% Silizium enthalten.
Der hohe Stand der durch die erfindungsgemässen Elektroden möglich gemachten Schweissqualität erlaubt die Verwendung von Lichtbogenschweissverfahren sogar bei den kritischsten Anwendungen, wo die Sicherheit der Spitzenqualität von grösster Wichtigkeit ist. Überdies erlaubt die ausgezeichnete, durch die erfindungsgemässen Elektroden erzeugte Stabilität des Lichtbogens eine leichte Kontrolle ohne die übliche Neigung des Anbackens der Elektrode am Werkstück oder des "Auslöschens durch Kurzschluss", wenn die Lichtbogenlänge verkürzt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schweisselektrode aus einem Kupfer-Nickel-Drahtkern und einem Flussmittelmantel, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkern 25 - 350/0 Nickel, bis zu 1% Eisen, bis zu 1% Silizium, bis zu 310 Mangan und bis zu 1, 00/0 Titan enthält und der Rest vor allem aus Kupfer besteht und der Flussmittelmantel in Gew.-Teilen bis zu 40 Gew.-Teile eines Erdalkalikarbonats, 5 - 70 Teile Mangankarbonat, wobei die Summe des Mangankarbonats und irgendeines Erdalkalikarbonats 15 - 70 Teile beträgt, 10-35 Teile Titandioxyd und 5 - 40 Teile Kryolith enthält.