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Körniges, geschmolzenes Schweissmittel für das krustenfreie Schweissen von rostfreien Stählen oder
Nickellegierungen mit verdeckter Schmelze
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Schweissmittel zum verdeckten Lichtbogenschweissen von rost- freiem Stahl.
Bisher wurden zum Schweissen von rostfreiem Stahl Schweissmittel verwendet, die den wesentlichen
Nachteil haben, dass sich der nachstehend als Schlacke bezeichnete Anteil, der während des Schweiss- vorganges schmilzt, nicht sauber von dem Grundwerkstoff löst, so dass die Schweissstelle vor der nächsten
Schweisslage besonders gereinigt werden muss, weil auf der Schweisse verbleibende Schlackenreste als
Isolator wirken und den Lichtbogen ablenken, so dass er eine ungleichmässige Wirkung hat. Ausserdem sind diese Schlackenreste schwer schmelzbar, so dass sie die Verschmelzung der neuen Schweisslage mit der bereits mit dem Grundwerkstoff verschmolzenen Schweisslage verhindern. Manche Schlacken sind selbst durch eine besondere Reinigungsmassnahme schwer zu entfernen, da sie festgehalten werden, wenn mit einer Hinterschneidung geschweisst wird.
Wenn derartige festgehaltene Schlacke eingebettet und vor dem nächsten Schweissgang nicht entfernt wird, erhält man Schweissungen mit schlechten mechanischen
Eigenschaften. Beim Auftreten derartiger Fehler an kritischen Stellen der zu schweissenden Flächen wird die Naht geschwächt und kann unter übermässig hoher Zugbeanspruchung aufreissen.
Schlacke, die als Kruste auf der Schweisse verbleibt, kann ebenfalls nur schwer entfernt werden.
Derartige Krusten haften sehr zäh an und neigen dazu, beim Abkühlen der Schweisse mit hoher Geschwindigkeit verdrängt und fortgeschleudert zu werden, so dass sie für die in der Nähe befindlichen Personen eine grosse Gefahr darstellen.
Derartige anhaftende Schlacken haben auch die Wirtschaftlichkeit des Schweissens beeinträchtigt.
Beim mehrgängigen Sehweissen erfordert eine einwandfreie Reinigung nach jedem Schweissgang viel Zeit und Mühe. Daher besteht in der Industrie ein Bedürfnis nach einem Schweissmittel, das diesen zusätzlichen Aufwand überflüssig macht.
Die bisherigen Versuche zur Überwindung dieser und anderer Schwierigkeiten waren nicht sehr erfolgreich. Eine Anzahl von gebundenen Schweissmitteln, die manchmal eine selbstablösende Schlacke bilden, hat wieder andere Nachteile, beispielsweise die der Hygroskopizität und Inhomogenität, so dass es schwierig ist, mit ihnen beständig gute Schweisserfolge zu erzielen.
Die Erfindung bezweckt vor allem die Schaffung eines selbstablösenden Schweissmittels, das die Erzielung von hochwertigen Schweissungen auf rostfreien Stählen und Nickellegierungen im verdeckten Lichtbogenschweissverfahren bei geringerem Bedienungsaufwand gestattet, auch zum Auftragsschweissen von rostfreien Stahllegierungen auf Grundwerkstoffen aus Stahl geeignet ist, eine Schweisse ergibt, die vollkommen frei ist von störenden Resten, wie Krusten, wobei dieses Mittel während des Schweissorganges eine solche Netzwirkung hat, dass eine Hinterschneidung und ein Festhalten der Schlacke vermieden wird.
Die Erfindung schafft ein körniges, geschmolzenes Schweissmittel für das krustenfreie Schweissen von rostfreien Stählen oder Nickellegierungen mit verdeckter Schmelze, wobei dieses Mittel aus 15 bis 25 Gew.-lo Na2SiF , 30-45Gew.-7 SiO , 8-18Gew.-%ALO , 25-35 Gew.-lo MgO, Spuren-6 Gew.-% NaCO und Spuren-5Gew.-%Cr0 zusammengesetzt ist. Als Quelle der Fluoride kann Aluminiumfluorid, Natriumsilikofluorid, Magnesiumsilikofluorid oder Kaliumsilikofluorid verwendet werden.
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EMI2.1
genschweissverfahrens auf Weichstahl hergestellte Schweissungen ergaben eine Schlacke, die sich von selbst von der Schweisse ablöste.
Bei nachfolgender Prüfung desselben Schweissmittels auf 12,7 mm star- ken Blechen aus rostfreiem Stahl 18 - 8 wurde eine gute Lichtbogenstabilität und eine Schweisslage von einheitlichem Profil erhalten. Überraschenderweise war die Rauchentwicklung trotz des hohen Fluorge- haltes des Materials (13go) nur sehr gering.
Zur Bestimmung der optimalen Anteile der Bestandteile wurden eine Reihe von Chargen hergestellt.
In der Tabelle 1 sind die Werte nach der Zusammensetzung der in dem Schweissmittel enthaltenen Fluor- komponente gruppiert. Die Rohbestandteile wurden in einen Lichtbogenofen eingebracht und geschmolzen.
Die so erhaltene Schmelze wurde in eine Kokille gegossen und dann abgekühlt, gebrochen und auf eine
Korngrösse von 1, 68 mm und kleiner klassiert. Das so erhaltene Produkt kann als ein graues, kristallines, steinartiges Material mit glimmerartigem Bruch bezeichnet werden. Infolge der Weichheit des Materials musste beim Klassieren darauf geachtet werden, dass nicht zu viele Feinteilchen erhalten wurden.
Mit der synthetischen Glimmermasse durchgeführte Schweissversuche zeigten, dass in einem selbst- ablösenden Schweissmittel Bestandteile auf Fluorgrundlage wesentlich sind. Es wurde festgestellt, dass bei den bekannten Schweissmitteln vor allem die Kieselsäure für die fest an der Schweissoberfläche anhaften- den Schlackenkrusten verantwortlich ist. Während der Schweissreaktion verbindet sich diese Kieselsäure mit dem in dem Blech- oder Elektrodenmetall enthaltenen Chrom zu dem zähhaftenden Chromsilikat. Das erfindungsgemässe Schweissmittel hat einen ebenso hohen oder höheren Kieselsäuregehalt, doch wird mit einem beträchtlichen Anteil einer Komponente auf Fluorgrundlage ein Schweissmittel erhalten, das eine selbstablösende Schlacke bildet.
Aus den vorhandenen Ergebnissen geht hervor, dass mit einem Anteil von 50/0 einer fluorhaltigen Verbindung eine selbstablösende Schlacke nicht erhalten wurde. Wenn eine der- artige Verbindung jedoch in einer Menge von 10% oder mehr vorhanden war, war die Schlacke selbstab- lösend.
Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Bildung einer selbstablösenden Schlacke nicht nur auf die Fluorverbindungen allein zurückzuführen ist. In einer Reihe von Schweissungen haftete die Schlakke in bestimmten Fällen trotz der Anwesenheit des Fluors an der Schweissoberfläche an. Keine dieser Zusammensetzungen enthielt vorherbestimmte Mengen Aluminiumoxyd. Zusätze von Aluminiumoxyd setzen den Schmelz- oder Erstarrungspunkt des Schweissmittels herab, so dass der Temperaturunterschied zwischen der Verfestigungstemperatur des Schweissmetalls und jener der Schlacke grösser ist als normal. Dieser Unterschied und der glasartige Charakter des Schweissmittels tragen zu der Beseitigung der anhaftenden Krusten bei.
Der Temperaturunterschied ist für ein einwandfreies Schweissen notwendig und bewirkt, dass infolge der unterschiedlichen Schrumpfung die Schlacke nicht an dem Schweissmetall anhaftet.
In dem Bestreben, eine wünschenswerte Zusammensetzung zu ermitteln, wurde eine Anzahl von fluorhaltigen Verbindungen geprüft. Zunächst wurde Kaliumsilikofluorid betrachtet und dann ganz oder teilweise durch andere Fluoride ersetzt. Folgende Fluoride wurden geprüft : Natriumaluminiumfluorid (Na3AlF6), Natriumsilikofiuorid (Na2SiF6) und Magnesiumsilikofluorid (MgSiF6). Die das Magnesiumsilikofluorid enthaltenden Schweissmittel erwiesen sich nicht als geeignet. Es wird jedoch angenommen, dass ihr Versagen nicht darauf zurückzuführen ist, dass das Fluorid in einer andern Form vorliegt, sondern auf das Fehlen von Aluminiumoxyd. Weitere Untersuchungen zeigten, dass in Schweissmitteln, die Kaliumsilikofluorid enthalten, die Korngrösse kritischer ist und vorzugsweise nur bis zu 0,5 mm betragen soll.
Die Natriumfluoride enthaltenden Schweissmittel waren dagegen in ihrer Wirkung von der Korngrösse ziemlich unabhängig und bewährten sich bei einer Korngrösse von 1, 68 mm oder 0, 5 mm gleich gut.
Zusätze von Oxyden des Mangans oder Chroms ; beeinträchtigten weder den Schweissvorgang noch die Selbstablösung des Schweissmittels. Beispielsweise bewirkte der Zusatz von 41o Chromoxyd (Cr 0) eine erhöhte Rückgewinnung des Chroms in dem Schweissmetall (Tabelle IV), führte aber ebenfalls zur Bildung einer selbstablösenden Schlacke. Ein Vergleich der Schweissergebnisse der Tabelle II mit denen der Tabelle ni zeigt, dass bei Verwendung des erfindungsgemässen Schweissmittels das Verhältnis zwischen Schlacke und Draht kleiner ist als bei den Konkurrenzprodukten, so dass die Wirtschaftlichkeit der Schweissung erhöht wird.
Die Grösse und Form der Raupe ist anscheinend von der Art der verwendeten Fluorverbindung abhängig. Die natriumhaltigen Verbindungen führten zu etwas breiteren und gleichmässigeren Ablagerungen als
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die kaliumhaitigen Komponenten. Wenn eine Umwandlung von Kaliumsilikofluorid und Natriumaluminiumfluorid in Natriumsilikofluorid erfolgte, wurden zusätzliche Mengen Natrium in Form von Natriumkarbonat zugetügt, um den Natriumgehalt aufrechtzuerhalten.
Überraschenderweise führte der hohe Fluorgehalt des Schweissmittels während des Schweissens nicht zu störender Rauchbildung, wahrscheinlich weil das Fluorid in dem Schweissmittel in Form eines komplexen Fluorsilikats gebunden ist.
Zum weiteren Beweis des Wertes des erfindungsgemässen Schweissmittels wurde die übliche runde Elektrode durch eine Elektrode in Form eines flachen Streifens ersetzt. Mit dieser Streifenelektrode abgelagerte Raupen hatten eine Breite von 25,4 bis 38, 1 mm und waren sehr glatt. Ein aus mehreren einander überlappenden Raupen auf einer Weichstahlplatte gebildeter Schweissauftrag hatte eine Verdünnung von nur 13%.
Verschiedene hergestellte Schweissen zeigten, dass das Schweissmittel für das Schweissen mit einer Streifenelektrode geeignet ist und beim Auftragsschweissen zu besonders guten Ergebnissen führt. Es zeigte sich, dass bei diesem Verfahren die Verdünnung viel geringer ist als bei Verwendung der runden Elektrode. Ferner kann eine grössere Fläche in einem einzigen Schweissgang mit einem Auftrag versehen werden.
Tabelle I
Schweissmittel
EMI3.1
<tb>
<tb> Nummer <SEP> des <SEP> Schweissmittels
<tb> Bestandteile <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7
<tb> D2SiF6 <SEP> 25,5 <SEP> 25,5 <SEP> 5,0 <SEP> 1,7 <SEP> - <SEP> 1,8
<tb> Na3AlF6 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 20,5 <SEP> - <SEP> 18,9
<tb> MgSiF6 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 39,0 <SEP> SiO <SEP> 34,4 <SEP> 34,4 <SEP> 43,4 <SEP> 38,7 <SEP> 28,0 <SEP> 42,0 <SEP> 30,3
<tb> Al <SEP> 12, <SEP> 1 <SEP> 12, <SEP> 1 <SEP> 15,5 <SEP> 8, <SEP> 9-9, <SEP> 6 <SEP> 14, <SEP> 7 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 28, <SEP> 0 <SEP> 28,0 <SEP> 35,7 <SEP> 25,8 <SEP> 33,0 <SEP> 27,7 <SEP> 25,0
<tb> MnO <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Na2SiF6 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 21,0
<tb> Cr2O3 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 4,0
<tb> NaCO---4, <SEP> 4--5,
<SEP> 0
<tb>
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Tabelle Il Schweissversuche
EMI4.1
<tb>
<tb> Nummer <SEP> des <SEP> Schweissmittels
<tb> Schweissbedingungen <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 6 <SEP> 7
<tb> Blechstärke <SEP> 12,7mm
<tb> Blechart <SEP> rostfreier <SEP> Stahl <SEP> 18-8
<tb> Elektrodendurchmesser <SEP> 4,8mm
<tb> Elektrodenart <SEP> rostfreier <SEP> Stahl <SEP> 18-8
<tb> Stromstärke <SEP> A <SEP> 600 <SEP> 600 <SEP> 600 <SEP> 525 <SEP> 640 <SEP> 650 <SEP> 560 <SEP> 640 <SEP> 650
<tb> Spannung <SEP> V <SEP> 42 <SEP> 41,5 <SEP> 40 <SEP> 45 <SEP> 43 <SEP> 37 <SEP> 45 <SEP> 43 <SEP> 37
<tb> Schweissgeschwindigkeit- <SEP> cm/min <SEP> 45,7
<tb> Strom <SEP> art <SEP> und
<tb> Polarität'Gleichstrom, <SEP> Elektrode <SEP> positiv
<tb> Verhältnis
<tb> Schlacke/Draht <SEP> 0, <SEP> 81 <SEP> 0.
<SEP> 78 <SEP> 0, <SEP> 90 <SEP> 0, <SEP> 97 <SEP> 1, <SEP> 10-0, <SEP> 83 <SEP> 1, <SEP> 10 <SEP> 0, <SEP> 61
<tb> Beschaffenheit
<tb> der <SEP> Schlacke <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb>
l-= selbstablosend, 2 = etwas anhaftend, 3 = stark anhaftend.
Tabelle III
Vergleichende Schweissversuche (Auftragsraupen)
EMI4.2
<tb>
<tb> Handelsübliches <SEP> Produkt
<tb> A <SEP> B <SEP> B <SEP>
<tb> Blechstärke <SEP> mm <SEP> 12,7 <SEP> 12,7 <SEP> 12,7
<tb> Blechart <SEP> rostfreier <SEP> Stahl. <SEP> 18-8
<tb> Elektrodendurchmesser <SEP> 4, <SEP> 8mm <SEP> mm <SEP> 4,8 <SEP> mm <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP> mm
<tb> Elektrodenart <SEP> rostfreier <SEP> Stahl <SEP> 18-8
<tb> Stromstärke <SEP> A <SEP> 640 <SEP> 640 <SEP> 600
<tb> Spannung <SEP> 39 <SEP> 39 <SEP> 40
<tb> Schweissgeschwindigkeit
<tb> cm/min <SEP> 45,7 <SEP> 45,7 <SEP> 45,7
<tb> Stromart <SEP> und <SEP> Polarität <SEP> Gleichstrom, <SEP> Elektrode <SEP> positiv
<tb> Verhältnis <SEP> Schlacke/Draht <SEP> 1,30 <SEP> 0, <SEP> 90 <SEP> 1,
20
<tb> Bemerkungen <SEP> Schlacke <SEP> Schlacke <SEP> Schlacke
<tb> haftet <SEP> an <SEP> sehr <SEP> schwer <SEP> von <SEP> SchweissRändern <SEP> und <SEP> von <SEP> Schweiss- <SEP> oberfläche <SEP>
<tb> Oberfläche <SEP> oberfläche <SEP> nicht <SEP> zu
<tb> zu <SEP> entfernen <SEP> entfernen
<tb>
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Tabelle IV - Teil A Schweissversuche zur Feststellung der Eigenschaften des Schweissmetalls
12,7 mm starke Platte aus rostfreiem Stahl 18 - 8
Stab von 6,3 mm Durchmesser aus rostfreiem Stahl 18 - 8
V-Stossnaht
EMI5.1
<tb>
<tb> Schweissmittel
<tb> Schweissbedingungen <SEP> 4 <SEP> 6
<tb> Stromstärke <SEP> A <SEP> 850 <SEP> 850
<tb> Spannung <SEP> V <SEP> 30 <SEP> 33
<tb> Schweissgeschwindigkeit <SEP> cml.
<SEP> 45, <SEP> q <SEP> 45,7
<tb> Stromart <SEP> Wechselstrom <SEP> Wechselstrom
<tb> Verhältnis <SEP> Schlacke/Draht <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 0, <SEP> 32
<tb> Schweiss <SEP> metallanalyse <SEP>
<tb> C <SEP> li <SEP> 0, <SEP> 082 <SEP> 0,092
<tb> Si <SEP> lo <SEP> 0, <SEP> 58 <SEP> 0, <SEP> 62 <SEP>
<tb> Mn <SEP> % <SEP> 1,62 <SEP> 1,56
<tb> Ni <SEP> 11.
<SEP> 13 <SEP> 11,50
<tb> Cr <SEP> % <SEP> 19,47 <SEP> 19,22
<tb>
Tabelle IV - Teil B Schweissversuche zur Feststellung der Eigenschaften des SchweiBmetalls
12,7 mm starke Platte aus rostfreiem Stahl 18 - 8
Stab von 6,3 mm Durchmesser aus rostfreiem Stahl 18 - 8 V-Stcssnaht
EMI5.2
<tb>
<tb> Schweissmittel
<tb> Mechanische <SEP> Eigenschaften <SEP> 4 <SEP> 6
<tb> Fliessgrenze <SEP> kg/cm2 <SEP> 2868 <SEP> 2896
<tb> Zugfestigkeit <SEP> kg/cm2 <SEP> 5406 <SEP> 5477
<tb> Bruchdehnung <SEP> in <SEP> % <SEP> (50,4 <SEP> mm) <SEP> 50,0 <SEP> 51,3
<tb> Einschnürung <SEP> 61,7 <SEP> 60,2
<tb> Kerbschlagversuch
<tb> nach <SEP> Charpy <SEP> mkg
<tb> +70 C <SEP> 10, <SEP> 2 <SEP> 9,7
<tb> - <SEP> 80 C <SEP> 7,5 <SEP> 7,2
<tb> - <SEP> 1960C <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP> 3,
<SEP> 0 <SEP>
<tb>
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