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Umhüllter Schweissstab zum Schweissen von
Grauguss oder veredeltem Grauguss
Zum Warmschweissen von Grauguss werden Zusatzstäbe gebraucht, die ein ähnliches Gussgefüge ergeben, wie es der Grauguss selbst hat, der geschweisst werden soll. Der in der Praxis überwiegend gebrauchte Maschinenguss hat durchschnittlich folgende chemische Analyse :
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<tb>
<tb> 3, <SEP> 0-3, <SEP> 5 <SEP> % <SEP> Kohlenstoff
<tb> 1, <SEP> silizium
<tb> 0, <SEP> 6-1, <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Mangan <SEP>
<tb> 0, <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> % <SEP> Phosphor <SEP>
<tb> 0, <SEP> 04-0, <SEP> 08 <SEP> % <SEP> Schwefel.
<tb>
Es kommen auch noch geringfügiger Abweichungen vor. Das Gefüge dieses Gusseisens besteht aus Graphit, Perlit und Ferrit. Von der Erschmelzung, der Abkühlung und dem Silizium-Gehalt hängt es ab, in welcher Form sich der Graphit ausscheidet.
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In diesen Gusssorten können noch Nickel oder Chrom vorhanden sein, um die Zähigkeit und Härte zu regeln.
Weiters gibt es veredelte Gusseisensorten mit erhöhter Zähigkeit, die im Biegeversuch geprüft werden.
Solche Gusseisensorten haben niedrigere Phosphid-Gehalte und fein verteilte Graphitadern. DieGraphit- adern sind gleichmässiger verteilt als beim normalen Maschinenguss.
Gusseisensorten, die ein Grundgefüge von Perlit haben, in welchem der Graphit fein verteilt ist (sogenanntes perlitisches Gusseisen), sind hochwertige Gusseisen, die infolge ihrer stahlartigen Grundmasse Zerreissfestigkeiten von 35 kg/mm2 und mehr aufweisen. Die chemische Zusammensetzung liegt zwischen
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<tb>
<tb> 2, <SEP> 5-3, <SEP> 0 <SEP> % <SEP> Kohlenstoff <SEP>
<tb> 0, <SEP> silizium
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> % <SEP> Mangan <SEP>
<tb> etwa <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Phosphor <SEP>
<tb> etwa <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP> % <SEP> Schwefel. <SEP>
<tb>
Weiters gibt es noch ein sphäroides Gusseisen, in welchem der Graphit in Kugelform ausgebildet ist.
Die Grundmasse ist jedoch ferritisch. Die Festigkeit des sphäroiden Gusseisens liegt bei 50-70 kg/mm2.
Die Brinellhärte bewegt sich zwischen 170 und 270 Einheiten. Die chemische Analyse ist etwa folgende :
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<tb>
<tb> 3, <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> % <SEP> Kohlenstoff <SEP>
<tb> 2, <SEP> silizium
<tb> 0, <SEP> 3-0, <SEP> 5 <SEP> % <SEP> Mangan
<tb> etwa <SEP> 1, <SEP> 0-1, <SEP> 8 <SEP> % <SEP> Nickel
<tb> etwa <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Phosphor
<tb> etwa <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> % <SEP> Schwefel <SEP>
<tb> etwa <SEP> 0,07 <SEP> % <SEP> Magnesium.
<tb>
Bei der Schweissung von Gusseisen gibt die Warmschweissung die grösste Sicherheit für eine haltbare Verbindung. Die Warmschweissung erfolgt entweder mittels Gas oder elektrischen Stromes. Dabei werden gegossene Stäbe gebraucht, die mit einer Gusshaut oder mit einer Umhüllung oder auch mit Nuten versehen sind, die ein Flussmittel tragen. Die gegossenen Schweissstäbe haben dabei folgende Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> 3, <SEP> 0-3, <SEP> 6 <SEP> % <SEP> Kohlenstoff
<tb> . <SEP> 2, <SEP> 8-3, <SEP> 8 <SEP> % <SEP> Silizium
<tb> 0, <SEP> 5-0, <SEP> 8 <SEP> % <SEP> Mangan
<tb> höchstens <SEP> 0, <SEP> 6% <SEP> Phosphor
<tb> weniger <SEP> als <SEP> 0,1% <SEP> Schwefel.
<tb>
Oft sind noch bis 1% Nickel und 0,2% Kupfer enthalten. Das Schw eissgut dieser Stäbe hat etwa folgende Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> Kohlenstoff <SEP> Silizium <SEP> Mangan
<tb> Lichtbogenschweissung <SEP> : <SEP> 3,0 <SEP> 2,6 <SEP> 0,40 <SEP> %
<tb> Gasschmelzs <SEP> chw <SEP> eissung <SEP> : <SEP> 3,1 <SEP> 2,7 <SEP> 0,38%
<tb>
Das Gefüge besteht aus Graphit, Ferrit und Perlit.
Zum Warmschweissen wird das Gussstück auf etwa 6000C und mehr vorgewärmt. Der als Zusatzwerkstoff dienende Stab hat dabei bedeutend höhere Silizium-Gehalte als der zu schweissende Grauguss selbst.
Die erhöhten Silizium-Gehalte von 2, 8 bis 3, 8% wurden gewählt, um die Graphitbildung zu fördern. Die Schweisse durchläuft das Intervall von Schmelztemperatur bis zur eutektoiden Geraden bei 730 C im Eisenkohlenstoffdiagramm bedeutend schneller als der Grauguss während seiner Erstarrung in der Gussform. Deshalb wurden die erhöhten Siliziumgehalte als Beschleuniger der Graphitbildung gewählt.
Gemäss der britischen Patentschrift Nr. 644, 832 wurde auch schon vorgeschlagen, eine Elektrode zu verwenden, die aus einem Stahldraht mit einem Gehalt von 0, 0 bis 1,60% C und einer Hülle mit einem Gehalt von 10 bis 75% elementarem Kohlenstoff, 10-50% Silizium, ferner schlackenbildenden Materialien und Bindemitteln in der Menge von 10 bis 50%, besteht. Die damit erzielte Schweisse besitzt eine Zusammensetzung von 3, 4% Gesamt-C, 2, 8% Graphit, 3% Si und 0,6% Mn und ergibt ein graues Gussgefüge sehr feiner Struktur mit dem oben genannten hohen Graphitgehalt.
Demgegenüber wird erfindungsgemäss keine Schweisse aus grauem Gusseisen mit hohen Graphitgehalten angestrebt, sondern vielmehr eine weisse bzw. meliert erstarrte Schweisse mit einem maximalen Graphitgehalt von 1,5% und einem ledeburitischen Grundgefüge. Hiezu wird erfindungsgemäss ein Schweissstab bestimmter Zusammensetzung herangezogen.
Die Erfindung liegt demnach in der Verwendung eines umhüllten Schweissstabes, der aus einem Stahldraht mit etwa
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<tb>
<tb> 0, <SEP> 05-0,4% <SEP> C
<tb> 0,03-0,5% <SEP> Si
<tb> 0, <SEP> 10-1,5% <SEP> Mn
<tb> < 0,070 <SEP> %P
<tb> < 0,050 <SEP> %S
<tb>
und einer Umhüllung mit
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<tb>
<tb> 20 <SEP> - <SEP> 45 <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> Flussspat
<tb> 25 <SEP> - <SEP> 45 <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> Graphit
<tb> 10-22 <SEP> Gew.-% <SEP> FeSi <SEP> 45% <SEP> = <SEP> (4, <SEP> 5-10% <SEP> Si)
<tb> 5 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> FeTi <SEP> 30%
<tb> bis <SEP> 2 <SEP> Gew.-% <SEP> Al <SEP>
<tb> 0 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> Gew.
<SEP> -% <SEP> Eisenpulver
<tb>
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<tb>
<tb> 0%1, <SEP> 5-2,5% <SEP> C, <SEP> Graphit <SEP> < <SEP> 1,5%
<tb> 1, <SEP> 0-2, <SEP> 5% <SEP> Si <SEP>
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> 2'7 < 'Mn
<tb> < 0, <SEP> 070 <SEP> % <SEP> P <SEP>
<tb> < 0, <SEP> 050 <SEP> % <SEP> S <SEP>
<tb>
beim Verbindungs- und Auftragschweissen von Grauguss oder veredeltem Grauguss.
Die zu verwendenden Schweissstäbe haben unter anderem den Vorteil, dass bei der Schweissung von dünn- oder dickwandigen Stücken sogar auf eine hohe Vorwärmung von 6500C verzichtet werden kann, unter Berücksichtigung der dem Gusskörper innewohnenden Spannungen.
Trotz dieser Ersparnis werden feste tragfähige Verbindungen erzielt, da die Schweissen - wie oben erwähnt - in erheblichem Masse ledeburitische Gefügebestandteile des weissen Eisens enthalten. Sie kön-
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wobei der Anteil des Graphits unter 1,5% liegt.
Nach dem Maurer'schen Zustandsdiagramm (über ein Gusseisendiagramm von Eduard Maurer, Krupp'sche Monatshefte, Band 5 [1924], S.115-122, Bild 1) für Gusseisen würden diese Gusseisensorten im Gebiet von I, IIa und II bei Gesamtkohlenstoffgehalten von 1, 5 bis 2,5% und Siliziumgehalten von 1, 0 bis 2, 50/0 liegen. Der Mangan-Gehalt liegt in den Grenzen von 0, 3 bis 1,2%. Zusatze von Nickel, Chrom, Aluminium und Magnesium können in den oben angegebenen Grenzen vorhanden sein.
Als besonders wertvoll erwies sich eine Schweisse von
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<tb>
<tb> 1, <SEP> 7-2, <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Kohlenstoff
<tb> 1, <SEP> silizium
<tb> 0, <SEP> 3-0, <SEP> 7'% <SEP> Mangan
<tb> weniger <SEP> als <SEP> 0,07 <SEP> % <SEP> Phosphor
<tb> weniger <SEP> als <SEP> 0,05 <SEP> % <SEP> Schwefel
<tb> etwa <SEP> 0,3 <SEP> % <SEP> Nickel.
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Diese Schweisse hat ein Gefüge, welches ledeburithaltig ist, sowie Graphit und Perlit enthält. Der Anteil an Graphit beträgt je nach der Abkühluugsgeschwindigkeit 0, 2 - 1,2%. Die Brinellhärten der Schweissen bewegen sich zwischen 200 und 350 HB. Sie können aber durch Wärmebehandlung noch auf 170 HB vermindert werden.
Die erfindungsgemäss verwendbaren Stäbe sind nicht nur für die Verbindungsschweissen von Grauguss, sondern auch für verschleissfeste Auftragschweissungen an Grauguss geeignet. Die Stäbe können ausser in der Gasflamme und im Lichtbogen üblicher Art auch unter Schutzgas von Argon, Helium, Kohlendioxyd oder auch Mischungen sonstiger Gase verschweisst werden.
Die Schweissen dieser Art eignen sich besonders auch für Gusskörper, die in ihrem Einsatz Wärmebeanspruchungen, insbesondere solchen längerer Dauer und häufiger Wiederholung ausgesetzt sind, ja sogar rotglühend werden können.
Es ist also ein besonderer Vorteil, dass diese Schweissen solchen Beanspruchungen wie das Grundmaterial widerstehen, wobei noch hinzukommt, dass bei der Schweissung, insbesondere von grossen schweren Gussstücken auf eine Vorwärmung verzichtet werden kann oder eine nur geringe Vorwärmung, etwa bis auf 200 C, zu erfolgen braucht.