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Flussmittelmischung zur Ummantelung von Schweisselektroden
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flussmittelmischung zum Ummanteln von Bogenschweisselek- troden, insbesondere aus Nickelchromlegierungen, so dass die ummantelten Elektroden duktile, beim Al- tern nicht härtende tadellose Auftragungen abscheiden, welche zur Verbindung von gleichen und verschie- denen Metallen geeignet sind.
Es wurde bereits versucht, eine Nickelchromlegierung-Schweisselektrode herzustellen, die sich zur
Erzeugung austenitischer Nickelchromlegierungs-Schweissnähte oder-auflagen, die frei von Rissbildung in der Hitze und Porosität waren, in allen Lagen eignete. Eines der bisher häufig verwendeten Verfahren zur Herstellung rissfreier Schweissungen bestand darin, einer durch Dextrin gebundenen Elektrode Niob einzuverleiben, um den nachteiligen Einflüssen des Siliziums auf Warmrissfestigkeit entgegenzuwirken.
Obwohl dieseDextrin-gebundeneElektrode manche günstigen Eigenschaften aufwies, zeigte sie den Nach- teil, dass sie Schweissungen oder Auflagen erzeugte, welche porös waren, ausser die Elektrode wurde vor ihrem Gebrauch einer Hochtemperaturbehandlung unterworfen. Unglücklicherweise schädigte diese Hochtemperaturbehandlung die Überzugsbindung, woraus sich dann ein übermässig zerbrechlicher Überzug ergab.
Um die in der Praxis unzweckmässige Hochtemperaturnachbehandlung zu vermeiden, wurde eine Elektrode mit einemBindemittel vomSilikattyp hergestellt. DieseElektrode warwiederum für dasSchwei- ssen von Metallen mit relativ grossem Querschnitt unannehmbar, da die Verwendung des Silikat-Bindemittels die in dieSchweissablagerung aufgenommeneMengeSilizium steigerte, wodurch sich in der Hitze ein Reissen der Schweissung oder Auflage ergab.
Eine andere bisher für die Herstellung von rissfreien Schweissungen oder Auflagen verwendete Elektrode bestand aus einer speziell ummantelten Nicke1chromlegierungs-Schweisselektrode, welche eine Schweissablagerung oderAuflage ergab, die geringe Mengen Molybdän, Mangan und/oder Niob enthielten.
Obwohl diese Elektrode die beabsichtigte Aufgabe, nämlich das Verbinden verschiedener Metalle, gut erfüllte, blieb die Rissneigung noch in den Schweissungen erhalten. Weiterhin war es zur Vermeidung der schädlichen Tendenz der Schweissnaht, bei starker Beanspruchung zu reissen, notwendig, die Ummantelung übermässig dick zu machen. Dabei ergab sich, dass die Elektrode nur in der Abwärtsstellung brauchbar war. Demzufolge sahen sich die Fachleute einem äusserst komplexen und schwierigen Problem gegenübergestellt.
Obwohl viele Versuche unternommen wurden, um die vorher erwähnten Schwierigkeiten und andere Nachteile zu überwinden, war keiner gänzlich erfolgreich, wenn er gewerblich im Industriemassstab in die Praxis übertragen wurde.
Es wurde nun gefunden, dass austenitische, duktile, beim Altern nicht härtende Schweissnähte und Auflagen, einschliesslich eisenverdünnter Schweissungen und Auflagen, welche frei von Rissen und Porosität sind, durch Verwendung einer speziell überzogenen Nickelchromlegierungs-Elektrode mit einem Gehalt an bestimmten Mengen Mangan erzeugt werden können.
DieErfindung betrifft eine verbesserteFlussmittelmischung zurUmmanrelung einer Schweisselektrode, insbesondere einer Nickel-Chromlegierungs-Schweisselektrode, welche zur Herstellung von austenitischen, duktilen, beim Altern nicht härtenden, tadellosen Nickelchromlegierungs-Schweissungen oder-auflagen, die selbst bei merklicher Verdünnung mit Eisen keine Rissbildung in der Hitze zeigen, geeignet ist.
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Die erfindungsgemässe Flussmittelmischung besteht aus 15-40 Gew.-Teilen eines Erdalkalikarbonats wie Kalziumkarbonat, Bariumkarbonat oder Strontiumkarbonat, 10-35 Gew.-Teilen Kryolith, 3 bis 30 Gew.-Teilen Mangankarbonat, 10-35 Gew.-Teilen Titandioxyd, 5-35Gew.-TeilenManganpulver, 2-5 Gew.-Teilen Bentonit, bis zu 20 Gew.-Teilen Niob und einem Bindemittel vom Silikattyp.
Allgemein ausgedrückt ist gemäss der Erfindung eine Flussmittelmischung vorgesehen, die zur Ummantelung von Schweisselektroden mit einemDrahtkern auf Nickelbasis verwendet werden kann. Der Kern kann zweckmässigerweise aus einer Nickel-Chromlegierung bestehen, welche Mangan enthält, wobei der Gesamtgehalt der Elektrode an metallischem Mangan innerhalb gewisser Grenzen liegt. Die Verwendung des Flussmittels in Kombination mit einem solchen Kern zur Herstellung einer Elektrode ist Gegenstand eines ändern, nicht vorveröffentlichten Patentes. So kann der Kern z.
B. 10-30 Gew.-% Chrom, bis zu 8 Gew.-) Eisen, 2-3,5 Gew.-% Titan, bis zu 7 Gew.-% Mangan, bis zu 2 Grew.-% Niob, bis zu 0. 5 Gel.-% Silizium und bis zu 0, 1 Gew.-o Kohlenstoff enthalten, wobei der Rest im wesentlichen aus Nickel besteht und somit der Nickelgehalt mindestens 65 Gew. lo beträgt.
Weiterhin ist der Nickelchromlegierungs-Drahtkern v orteilhaft in der Hauptsache frei von Aluminium, Magnesium, Schwefel und Kupfer, obwohl die Toleranz bis zu 0, 100/0 Aluminium, bis zu 0, 10% Magnesium, bis zu 0.015% Schwefel und bis zut, 5% Kupfer betragen kann. Der Drahtkern kann ebenso eine geringe Menge Kobalt, z. B. bis zu 2%, enthalten, obwohl vorteilhafterweise der Kobaltgehalt 0,1% nicht übersteigt.
Die erfindungsgemässe Flussmittelzusammensetzung enthält bestimmte Mengen Karbonat-Fluorid, z. -B. Ka1kstei -Kryolith, ferner bestimmteMengen von Mangankarbonat, Manganpulver und Titandioxyd, wobei jeder Bestandteil derSchmelze in einem speziellen Verhältnis mit den andern Bestandteilen derselben steht, so dass man nach dem Aufbringen der Flussmittel auf einen Nickelchromlegierungs-Drahtkern eine ummantelte Bogenschweisselektrode erhält, die austenitische duktile, beim Altern nicht härtende Schweissungen und Auflagen ergibt, welche mindestens 3-9, 50/0 Mangan und vorteilhaft 6 bis etwa 9, 5% Mangan enthalten.
Weiterhin sind die durch die Anwendung einer solchen Elektrode erzeugten Schwei- ssungen und Auflagen. frei von Rissen und Porosität, ganz gleich, welche Schweissstellung angewandt wurde, auch wenn relativ grosse Querschnitte angewandt werden und starke Beanspruchungen vorliegen.
Die trockene Flussmittelmischung nach vorliegender Erfindung enthält die folgenden Bestandteile in den aufgeführten Mengen (in Gew.-Teilen der trockenen Mischung) :
Tabelle I
EMI2.1
<tb>
<tb> Bestandteile <SEP> Bereich
<tb> Erdalkalikarbonat <SEP> 15 <SEP> bis <SEP> 40
<tb> Kryolith <SEP> 10 <SEP> bis <SEP> 35
<tb> Mangankarbonat <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 30
<tb> Titandioxyd <SEP> (Rutil) <SEP> 10 <SEP> bis <SEP> 35
<tb> Manganpulver <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 35
<tb> Bentonit <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 5
<tb>
Gewünschtenfalls können bis zu 20 Teile Niob als Ferroniob-Legierung mit einem auf das Gewicht bezogenen Gehalt von 30 bis 70% Niob, wobei der Rest aus Eisen besteht, zu den trockenen Bestandteilen zugegeben werden, um eine zusätzliche Sicherheit gegen Warmrissigkeit zu ergeben.
Bis zu 20% des vorliegenden Niobs können durch Tantal ersetzt werden. Der grösste Teil des handelsüblichen Niobs enthält üblicherweise Tantal in Mengen bis zu 20% des Niobgehaltes. Vorteilhafterweise wird das Mangan der Schmelze als pulverisiertes Elektrolytmangan mit einer Teilchengrösse von etwa 50 bis 300 Mikron einverleibt. Ferromanganpulver mit niedrigem Kohlenstoffgehalt mit einem Gehalt von 80 bis 90% Mangan und bis zu 0,15% Kohlenstoff, wobei der Rest im wesentlichen aus Eisen besteht, kann der Schmelzmasse an Stelle des elektrolytischen Manganpulvers zugesetzt werden.
Es ist wesentlich, dass sämtliche der vorhergenannten Bestandteile der trockenen Mischung in den aufgeführten Mengen vorliegen, damit eine überzogene Elektrode erhalten wird, welche zur Herstellung duktiler, beim Altem nicht härtender Schweissablagerungen oder-auflagen, die in der Hauptsache frei von Warmrissigkeit und Porosität sind, geeignet ist. Zum Beispiel soll der Kryolith in Mengen von 10 bis
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35 Gew.-Teilen vorliegen, da er der Schweissschlacke die erforderliche Viskosität oder Oberflächenspannung verleiht und die Aufrechterhaltung der Kontrolle der Schweisspuddel in den senkrechten und oben
EMI3.1
ches vorliegt, verliert die während der Schweissung erzeugte Schlacke die viskosen Eigenschaften, welche zur senkrechten und oben liegenden Schweissung erforderlich sind.
Wenn jedoch Kryolith in Mengen oberhalb des aufgeführten Bereiches vorliegt, verschlechtern sich die Bogeneigenschaften. Das Erdalkalikarbonat, vorteilhafterweise Kalziumkarbonat, und das Mangankarbonat sollten in dem in Tabelle 1 oben aufgeführten Bereich anwesend sein, da sie gute Bogenstabilisatoren und Schlackenbildner sind. Wenn zu wenig Kalziumkarbonat der Schmelze einverleibt ist, wird die Schlacke sehr schwer entfernbar. Falls hingegen zuviel verwendet wird, ist dieSchlacke zu pulverig und nicht zerreibbar. Neben den vorerwähnten andern günstigen Eigenschaften stellt Mangankarbonat eine weitere Quelle für Mangan für die Schwei- ssung dar.
Titandioxyd, z. B. in der Form von natürlichem Rutil, ist für das Flussmittel wesentlich, da es in starkem Masse für ein gutes Verhalten der Schlacke verantwortlich ist. Es wirkt günstig auf Grund seines Stabilisierungseffektes auf den Bogen und lässt eine verreibbare Schlacke entstehen, welche leicht entfernt wird. Zum Beispiel wird die Schlacke pulverig und schwierig zu entfernen, wenn die Menge Titandioxyd wesentlich unter 10 Gew.-Teile gesenkt wird. Anderseits wird ein übermässiges Spritzen verursacht, wenn sie weit über 35 Teile gesteigert wird.
Bentonit oder ähnliche kolloidale Tone sind in die Schweisselektrode aufgenommen, da die Anwesenheit derartiger kolloidaler Tone wesentlich die Verarbeitbarkeit der Schmelze verbessert.
Ein typischer Drahtkem, auf den die erfindungsgemässe Mischung aufgebracht werden kann, besteht aus einer Nickelchromlegierung, welche vorteilhafterweise die in Tabelle II angegebene Zusammensetzung, in Gew.-'o des Kernes, besitzt.
Tabelle II
EMI3.2
<tb>
<tb> Element <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Nickel <SEP> mindestens <SEP> 65'10 <SEP> 70%
<tb> Chrom <SEP> 15-20 <SEP> % <SEP> 17% <SEP>
<tb> Titan <SEP> 2-3, <SEP> 5% <SEP> 3% <SEP>
<tb>
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, die speziellen Bestandteile des festen Flussmittels in den in der folgenden Tabelle IV aufgeführten Mengen einzusetzen (in Gewichtsteilen) :
Tabelle IV
EMI3.3
<tb>
<tb> Bevorzugte <SEP> Bestandteile <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Kalziumkarbonat <SEP> 15-25 <SEP> 18
<tb> Kryolith <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 25 <SEP> 18
<tb> Mangankarbonat <SEP> 10-25 <SEP> 18
<tb> Titandioxyd <SEP> (Rutil) <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 25 <SEP> 18 <SEP>
<tb> Elektrolyt <SEP> -M <SEP> anganpul <SEP> ver <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 15
<tb> Niob* <SEP> 5-15 <SEP> 10
<tb> Bentonit <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 3
<tb>
* Als Ferroniob-Legierung mit einem Gehalt von etwa 30'%'bis 70 Gew. -0/0 Niob.
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Die zur Herstellung der Schmelze verwendeten Bestandteile liegen in gepulvertem Zustand vor. Im allgemeinen sollten die gemischten Bestandteile eine Teilchengrösse zw ischen 50 und etwa 300 Mikron besitzen.
Dem Flussmittel wird ein in Wasser dispergierbares Bindemittel zugesetzt, um einen dauerhaften und harten Überzug auf dem Nickelchromlegierungskern nach dem Trocknen und Aufbrennen zu ergeben. Als Bindemittel wird vorteilhafterweise eines vom Silikattyp verwendet, da dies einen dauerhaften Überzug ergibt, welcher keine Wiedererhitzung vor dem Gebrauch erforderlich macht, wobei das Bindemittel aus einer Lösung von Natriumsilikat und/oder Kaliumsilikat bestehen kann. In der folgenden Tabelle V sind die Mengen der Bestandteile in Gewichtsteilen des festen Flussmittels angegeben, welche als Bindemittel verwendet werden können. Es ist jedoch zu erwähnen, dass Bestandteile von einem andern spezifischen Gewicht als sie hier angegeben werden, ebenso verwendet werden können.
Tabelle V
EMI4.1
<tb>
<tb> Bestandteil <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Natriumsilikatlösung <SEP> (47 Be) <SEP> 10-20 <SEP> 15
<tb> Wasser <SEP> soviel <SEP> wie <SEP> für <SEP> eine <SEP> 2
<tb> verarbeitbare <SEP> Konsistenz
<tb> erforderlich
<tb>
Das erfindungsgemässe Flussmittel kann auf einem Drahtkern auf irgendeine gebräuchliche Weise, z. B. durch ein Auspressverfahren, aufgebracht werden und auf der Drahtoberfläche durch eine übliche Trocknung und/oder Aufbrennung getrocknet werden. Dabei ergibt sich ein harter, anhaftender Überzug von hoher mechanischer Festigkeit, welcher relativ widerstandsfähig gegenüber mechanischer Schädigung bei normalen Handhabungsbedingungen ist.
Eine zufriedenstellende Trocknung oder Einbrennbehandlung der Schmelz- und Bindemischung besteht in einer normalen, kontinuierlichen Ofentrocknungsbehandlung mit nachfolgender Einbrennbehandlung, wobei die Temperatur allmählich auf etwa 3160C gesteigert und bei dieser Höhe etwa 2 h gehalten wird.
Beispiele für typische Elektrodenabmessungen (Kerndurchmesser plus Dicke der Ummantelung sind in Tabelle VI gegeben).
Tabelle VI
EMI4.2
<tb>
<tb> Kerndurchmesser <SEP> Elektroden- <SEP> Elektroden- <SEP>
<tb> cm <SEP> durchmesser- <SEP> Durchmesser, <SEP>
<tb> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> cm <SEP> cm
<tb> 0, <SEP> 238 <SEP> 0, <SEP> 330-0, <SEP> 381 <SEP> 0, <SEP> 355 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 317 <SEP> 0, <SEP> 457 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 508 <SEP> 0, <SEP> 482 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 396 <SEP> 0. <SEP> 533-0. <SEP> 584 <SEP> 0, <SEP> 584 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 476 <SEP> 0, <SEP> 635-0, <SEP> 685 <SEP> 0, <SEP> 660 <SEP>
<tb>
Natürlich kann das Verhältnis Kerndurchmesser-Ummantelung beträchtlich von den Verhältnisser, wie sie in der vorhergehenden Tabelle aufgeführt wurden, abweichen. Jedoch beträgt der Schmelzüberzug etwa 25-35 Gew.-% der Elektrode.
Die Zusammensetzungen der Ablagerungen und/oder Auflagen schwanken natürlich etwas in Abhängigkeit von der genauen Zusammensetzung der Schmelze, der Art des verwendeten Drahtkerns und der Zusammensetzung des zu schweissenden Grundmetalles. Jedoch sind sämtliche Schweissablagerungen,
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welche unter Verwendung einer Elektrode mit einemDrahtkern aus einer Nickel-Chromlegierung und einer mittels der erfindungsgemässen Mischung hergestellten Ummantelung erzeugt werden, austenitischund weisen Zusammensetzungen in den Bereichen auf, wie sie in der Tabelle VII, in Gel.-%, angegeben sind.
Tabelle VII
EMI5.1
<tb>
<tb> Element <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Nickel <SEP> Ausgleich <SEP> 70
<tb> Eisen <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 40 <SEP> 7
<tb> Chrom <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 15
<tb> Mangan <SEP> mindestens <SEP> 3-9,5 <SEP> 8
<tb> Titan <SEP> weniger <SEP> als <SEP> 1 <SEP> 0,3
<tb> Niob <SEP> 0-3, <SEP> 5 <SEP> 2
<tb> Kobalt <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb>
Die Schweissablagerungen, welche unter Verwendung der Flussmittel gemäss der vorliegenden Erfindung erhalten werden, sind selbst Gusslegierungen, die durch hohe Duktilität, hohe Festigkeit, Freiheit von Porosität, gute Korrosionswiderstandsfestigkeit und gute mechanische Eigenschaften bei erhöhten Tem- peraturen ausgezeichnet sind.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden die folgenden Beispiele gegeben.
Beispiel l : Aus einem Drahtkern mit einem Gehalt von 71% Nickel, 16, 5% Chrom, 6, 8% Eisen,
EMI5.2
einer Natriumsilikatlösung (470Bé) und etwa 2 Gew.-Teilen Wasser bestand, verwendet wurde. Die so aufgebaute Elektrode wurde im Ofen getrocknet und anschliessend bei etwa 3160C während etwa 2 h gebrannt.
Beispiel 2 : Stumpfnaht in beliebiger S tellung.
Um die Eignung einer mit der erfindungsgemässen Flussmittelmischung ummantelten Elektrode zum Bogenschweissen in jeder beliebigen Stellung zu zeigen, als auch zum Nachweis der Qualität der Ablagerung in jeder beliebigen Stellung wurde eine Stumpfnaht angefertigt, wobei die in Beispiel 1 beschriebene Elektrode verwendet wurde, um zwei Stücke eines Nickelchrom-Legierungsrohres zu verbinden, wobei jedes Rohr eine Wand von 1, 27 cm und einen inneren Durchmesser von 6,35 cm besass und einen Ge-
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fest auf eine Unterlage in der Weise fixiert war, dass die Achse des Rohres horizontal lag. Eine Schweissnaht wurde vollständig um den Umfang des Rohres herum gemacht, ohne dass das Rohr bewegt oder in seiner festen Position gedreht wurde.
Mit Ausnahme der Grundschicht, welche mit einem WolframbogenVerfahren unter einem inerten Gas unter Verwendung eines Verbrauchseinsatzringes aus Nickelchrom-Legierung abgelagert wurde, wurde die gesamte Schweissung unter Verwendung einer Elektrode mit dem in Tabelle VI oben für einen Kerndurchmesser von 0, 238 cm angegebenen Durchmesser ausgeführt. Etwa 6 Umläufe waren erforderlich, um eine Schweissraupe um den Umfang herum zu vollenden. Die Verbindung wurde zusammengesetzt aus einem einzigen Umgang am Grund, drei Sätzen von doppelt überlappendenSchweissraupen und einemSatz von drei überlappenden Schweissraupen über den Oberteil.
Die gesamte Schweissung, die etwa 60 Umläufe enthielt, wurde unter Verwendung eines Gerätes zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung wie in Welding Handbook [1957J, Section 1-8, 39, American Welding Society, beschrieben, röntgenisiert, wobei keine Porosität oder Defekte an dem Röntgenbild beobachtet wurden.
DievollständigeSchweissung wurde zurMakroprüfung in 6 Querschnitte zerlegt, etwa 600 versetzt. Sämt- liche 12 Oberflächen wurden poliert, geätzt und bei etwa 30 X-Einheiten untersucht, wobei sie frei von Porosität und Rissen gefunden wurden.
Beispiel 3: Stumpfnaht in jeder beliebigen Stellung.
Um die Eignung einer mit der erfindungsgemässen Flussmittelmischung ummantelten Elektrode zum Bogenschweissen in jeder beliebigenstellung und die Qualität der Ablagerung in jeder beliebigen Stellung zu zeigen, wurde eine andere Stumpfnaht angefertigt unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen
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Elektrode zum Verbinden von zwei Rohrstücken aus Nickelchromlegierung, wobei jedes Rohr eine Wandstärke von 2, 54 cm und einen inneren Durchmesser von 22, 8 cm hatte. Die Zusammensetzung der Rohre war etwa die gleiche wie diejenige der Rohre in Beispiel II oben. Die Rohre wurden fest auf Unterlagen derart befestigt, dass die Achsen der Rohre horizontal lagen.
Die Schweissung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel II beschrieben, durchgeführt, mit der Ausnahme, dass eine Elektrode mit einem Durch- messer, wie er in Tabelle VI für einen 0, 238 cm-Kerndurchmesser angegeben ist, verwendet wurde. Nach der Schweissung wurde der ganze Umfang der Verbindung radiographiert unter Verwendung eines Geräts zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, wobei keine Porosität oder Risse im Röntgenbild beobachtet wurden.
Beispiel 4 : Begrenzte Nickelchrom-Legierungs-Stumpfnaht in einer 3, 17 cm-Platte.
EineAbwärtsstumpfnaht wurde hergestellt durch Verbindung von zwei Nickelchrom-Legierungsplatten mit der Zusammensetzung wie in Beispiel 2 oben. Jede Platte war 10, 1 cm breit, 30, 5 cm lang und 3, 175 cm stark. Eine 30, 5 cm-Kante jedes Stückes wurde abgeschrägt und drei 2, 54 cm dicke Stahlkeile wurden zu einer Form entsprechend dem"V", welches durch die stumpfen KantenderPlattengebildet wurde, bearbeitet. Die Keile wurden in dem"V"durch Heftschweissung, eine an jedem Ende und eine in der Mitte, befestigt, um Fixierung während der Schweissung zu ergeben.
Unter Verwendung einer Elektrode, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit einem Durchmesser von 0, 60 cm und einem Drahtkern mit 0, 39 mm Durchmesser wurden die Platten zusammen in der Flachstellung geschweisst, wobei 32 Durchgänge bei etwa 120 Amp erforderlich waren. Nach dem Schweissen wurde die Verbindung röntgenisiert, wobei keinePorosität oderschäden in dem Röntgenbild beobachtet werden konnten. Eine Hälfte der Plat- ten wurde danach in sechs querverlaufende Scheiben von 0, 95 cm Dicke geteilt. Die andere Hälfte wurde zur maschinellen Herstellung eines Gesamtschweissmetallzug-Probestückes (1, 27 cm Durchmesser) verwendet. Jede der sechs querverlaufenden Schnitte der Schweissnaht wurde einem 1800-Seitbiegungstest unterworfen.
Die Überprüfung der sechs Biegeprobestücke ergab keine Schäden. Die Gesamtschweissmetallzug-Festigkeit betrug 6468 kg/cm2 bei 45% Verlängerung bei 5, 08 cm.
Beispiel 5 : Begrenzte Stumpfnaht in einer 3,17 cm-Platte-Nickelchrom-Legierung-an-Stahl.
EineAbwärtsstellungs-Stumpfnaht entsprechend der in Beispiel 4'beschriebenen wurde hergestellt mit derAusnahme, dass nur eine der Platten aus Nickelchrom-Legierung mit der Zusammensetzung nach Beispiel II gefertigt war. Die andere Platte bestand aus Flussstahl. Unter Verwendung desselben Verfahrens, derselben Zusammensetzung und desselben Durchmessers der Elektrode wie in Beispiel 4 wurden die Plat- tenzusammengeschweisst. EinRöntgenbild derfertigen Verbindung mit einemGerät, das nahe der Schweissablagerung angebracht wurde, ergab keine Porosität oder Schäden. Seitbiegungsteste und ein Gesamtschweissmetallzugtest wurden wie in Beispiel 4 durchgeführt. Alle 6 Seitbiegungsproben wurden nach
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kg/cm2Verlängerung bei 5, 08 cm.
Beispiel 6: Nickelchrom-Schweissüberlappung von 1,27 cm Dicke auf 10, 1 cm dickem Stahl.
Ein Block eines A-212-Druckkesselstahls mit einem Gehalt von etwa 0, 3% Kohlenstoff, etwa 0, 9% Mangan, etwa 0, 3% Silizium, wobei der Rest im wesentlichen aus Eisen bestand, von 12, 7 cm Breite und 25, 4 cm Länge und lO. lcmDicke wurde mit einer 1, 27cm dicken Ablagerung aus der Schweisselektrode, die in Zusammensetzung und Grösse mit der in Beispiel 4 verwendeten Elektrode identisch war, überlagert.
Vor der Schweissung wurde dem Block eine gemässigte Vorerhitzung von 149 C gegeben. Drei Schichten Schweissmetall, die aus einer Breite von etwa 25 Schweissraupen und einer Länge von 22, 8 cm zusammengesetzt waren, wurden auf einer der12, 7 cm X 25, 4 cm grossen Oberfläche abgelagert. Nach der Schwei- ssung wurde dem mit Auflage versehenen Block eine Hitzebehandlung zur Spannungsbehebung von 621 C während 9 h gegeben. Nach der Spannungsbehebung wurde der Block durch Abschneiden auf eine Dicke von etwa 3, 8 cm gebracht einschliesslich der Überlagerungsablagerung, um Teilung und Biegeteste zu erleichtern.
AchtSchnitte von 0, 95 cm Dicke wurden von der Auflage in Längsrichtung geschnitten und neun 0,95 cm-Schnitte wurden in Querrichtung zu den Auflageschweissraupen geschnitten. Alle Schnitte wurden einer 1800-Seitbiegung unterworfen. Nach der Biegung wurden alle 17 gebogenen Schnitte überprüft, wobei keine Schäden festgestellt wurden. EinProbeschnittwurde zur chemischen Analyse derSchweiss- ablagerung ausgesucht, und eszeigtesich, dass der Eisengehalt derüberlagerungvon etwa25% bei0, 025 cm bis 0, 050 cm von derÜberlagerungs-Stahlbasis-Metallgrenzfläche bis zu etwa lolo bei einem Punkt etwa 0,63 cm von der Grenzfläche variierte.
Ausser dem Eisengehalt des Schweissmetalles, wie er vorher angegeben wurde, zeigte die Überlagerung die in der folgenden Tabelle VIII aufgeführte chemische Analyse in Gew.-%.
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Tabelle VIII Chemische Analyse der Schweissablagerung auf A-212 Stahl
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<tb>
<tb> Element <SEP> Abstand <SEP> von <SEP> der <SEP> Überlagerungs-Stahlbasis-Metallgrenzfläche
<tb> 0, <SEP> 025-0, <SEP> 050 <SEP> cm <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> cm <SEP>
<tb> Ni <SEP> 57 <SEP> 65
<tb> Fe <SEP> 25 <SEP> 10
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP>
<tb> Cr <SEP> 13,2 <SEP> 15
<tb> Nb <SEP> + <SEP> Ta <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 6, <SEP> 8 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Ti <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP>
<tb> Al <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
Daraus ist ersichtlich, dass die mit der erfindungsgemässen Mischung ummantelte Elektrode rissfreie Nickelchrom-Legierung-Schweissnähte ergibt, welche eine ausgezeichnete Toleranz für die Verdünnung mit Eisen besitzen.
Beispiel 7: Alterungseinfluss auf die Schweissablagerungen, die unter Verwendung von Elektroden nach vorliegender Erfindung erzeugt wurden.
EMI7.2
chen aus Nickel bestand. Der Gesamtschweissmetallblock wurde dann einer Hitzebehandlung unterworfen, um zu bestimmen, ob irgendein Alterungseinfluss vorliegt.
Die Ergebnisse der Rockwell-B-Härte-Bestimmungen, die vor und nach einer Hitzebehandlung bei 7040 während 15 h vorgenommen wurden, sind 85, 6 bzw. 86,0, was zeigt, dass ein geringer oder kein Alterungshärtungseinfluss vorlag. In bestimmten Bereichen ist dies ein entschiedener Vorteil, da hier kein Schweissungsduktilitätsverlust vorliegt, selbst wenn die Schweissung einschliesslich der Schweissnaht, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, einer spannungsbehebenden Hitzebehandlung unterworfen wird. Zum Beispiel zeigte es sich bei der Herstellung bestimmter Strukturen, wie z. B. der Aufbringung von Schweissmetall auf grosse Querschnitte, als notwendig, die Schweissungen einer Hitzebehandlung zur Spannungsaufhebung zu unterwerfen.
Beispiel 8: Einfluss von Mangan auf Rissbildung in der Hitze von Nickelchrom-Schweissnähten.
Eine Reihe von Versuchsschweisselektroden wurde hergestellt, bei welchen der Manganzusatz aus der Überzugsschmelze einzig von 0 bis zu den Mengen nach vorliegender Erfindung, wie in Tabelle I oben ersichtlich, variiert wurde. Das Verhältnis der Bestandteile in bezug zueinander war im wesentlichen das gleiche wie in Tabelle I. Der Drahtkern enthielt etwa 3% Titan und etwa 21o Mangan bei allen Versuchen dieser Reihe. Die Überzugszusammensetzungen sind in der nachfolgenden Tabelle IX aufgeführt.
(Es ist zu erwähnen, dass kein Niob im Schmelzüberzug oder Drahtkern dieser Elektroden vorhanden ist.)
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Tabelle IX
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<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> der <SEP> trockenen <SEP> Schmelze <SEP> in <SEP> Gew.-Teilen
<tb> Elektrode <SEP> CaCO <SEP> Kryolith <SEP> MnCO <SEP> TiO <SEP> Mn-Pulver <SEP> Bentonit
<tb> Nr.
<tb>
1 <SEP> 33 <SEP> 32-32-3
<tb> 2 <SEP> 31 <SEP> 30 <SEP> 5 <SEP> 31-3
<tb> 3 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 7 <SEP> 30-3
<tb> 4 <SEP> 27 <SEP> 26 <SEP> 18 <SEP> 26-3
<tb> 5 <SEP> 25 <SEP> 24 <SEP> 18 <SEP> 25 <SEP> 5 <SEP> 3
<tb> 6 <SEP> 23 <SEP> 23 <SEP> 18 <SEP> 23 <SEP> 10 <SEP> 3
<tb> 7 <SEP> 22 <SEP> 21 <SEP> 18 <SEP> 21 <SEP> 15 <SEP> 3
<tb>
Unter Verwendung dieser Elektroden wurde eine Reihe von X-Schweissungs-Rissversuchen durchgeführt.
EMI8.2
selben Zeit, eingelegt, wobei eine ausreichende Zeit zwischen jedem Paar von Durchgängen verstrich, um das Probestuck auf unterhalb 380C abkühlen zu lassen. Während der Schweissung wurde nach der Durchführung jedes Durchganges eine visuelle Untersuchung angestellt, um zu bestimmen, ob irgendeine grobe Rissbildung erfolgt war.
Nach der Schweissung wurde das Probestück zweimal in Flächen senkrecht zur Richtung derSchweissung zerteilt, und die Schnittoberflächen der Schweissung wurden auf einer gummigebundenen feinen Schleifscheibe poliert, geätzt und unter einem Binocular-Mikroskop auf Risse untersucht.
Die Ergebnisse dieser Versuche, die die günstige Wirkung des Mangans zeigen, sind in Tabelle X unten aufgeführt.
Tabelle X
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<tb>
<tb> Elektrode <SEP> Mangangehalt <SEP> des <SEP> Schweiss-Anzahl <SEP> der <SEP> Risse <SEP> * <SEP>
<tb> Nr. <SEP> metalls <SEP> in <SEP> der <SEP> unverdünnten
<tb> Ablagerung,'10
<tb> 1 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 13 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 2, <SEP> 35 <SEP> 16
<tb> 4 <SEP> 3, <SEP> 25 <SEP> 10
<tb> 5 <SEP> 4, <SEP> 45 <SEP> 4
<tb> 6 <SEP> 6, <SEP> 00 <SEP> 2
<tb> 7 <SEP> 7,75 <SEP> 0
<tb>
'Gesamtzahl der Risse je X-Schweissnaht-Querschnitt, bestimmt aus der
Untersuchung von vier polierten und geätzten Querschnitten aus jeder
X-Schweissung bei 30facher Vergrösserung.
Beispiel 9 : Einfluss von Mangan auf die Rissbildung in der Hitze von mit Eisen verdünnten Nikkelchrom-Legierungsauflagen.
Unter Verwendung derselben Elektrodenreihe wie in Beispiel 8 beschrieben und in Tabelle IX gezeigt, wurde eine Reihe von Einzelschichtauflagerungen mit mehrfachen Schweissraupen auf einer Flussstahlplatte von 7, 62 cm X 15, 24 cm und 0, 952 cm Dicke hergestellt. Nach der Schweissung wurde die Oberfläche der Auflagerungen platt geschliffen und mit einer Gummi-gebundenen Nr.100-Kornschleif-
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scheibe poliert. Den Auflagen wurde danach eine Längsbiegung erteilt, bis Risse in den Auflagen auftraten. Die Verlängerung wurde gemessen zwischen Schreibmarken, die im Abstand von 2,54 cm voneinander, entgegengesetzt von der Mitte der Auflage, vor der Biegung angebracht worden waren. Die Ergebnisse dieser Biegungsteste sind in Tabelle XI aufgeführt.
Tabelle XI
EMI9.1
<tb>
<tb> Elektrode <SEP> Mangangehalt <SEP> der <SEP> mit <SEP> Eisen <SEP> Verlängerung
<tb> Nr. <SEP> verbundenen <SEP> Auflage, <SEP> 0 <SEP> ; <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> z. <SEP> Fehler, <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 1, <SEP> 66 <SEP> 20
<tb> 2 <SEP> 2, <SEP> 01 <SEP> 18
<tb> 3 <SEP> 2, <SEP> 10 <SEP> 27
<tb> 4 <SEP> 2, <SEP> 75 <SEP> 40
<tb> 5 <SEP> 3, <SEP> 70 <SEP> 42
<tb> 6 <SEP> 4,94 <SEP> 48
<tb>
Beide Tabellen X und XI zeigen, dass der Mangangehalt in der Schweissablagerung und/oder Auflage einen sehr erwünschten und günstigen Einfluss hat, auch wenn die Schweissnaht mit Eisen verdünnt ist.
Zum Beispiel zeigen sich unter Bezugnahme auf Tabelle X bei Elektrode 7 bei 7, 5-8% Mangan keine Risse, auch wenn sie den sehr strengen X-Schweissungs-Risstesten ausgesetzt waren.
Die vorliegende Erfindung ist auf die Schweissung und Auflagerung von Nickel- und Eisenlegierungen mit einem Gehalt bis zu 100go Nickel, bis zu 1000 Eisen, bis zu 30tu0 Chrom, bis zu 3calo Kupfer, bis zu 0, 251o Kohlenstoff und bis zu 40% Kobalt anwendbar.
Zum Beispiel ist eine solche Elektrode besonders geeignet zur Schweissung von Nickelchrom-Legierungen aneinander, zum Verbinden dieser Legierungen an Stahl und zur Auflagerung derartiger Materialien auf Stahl, zur Schweissung der Verkleidungsseite von Nickelchrom-Legierungs-Verkleidungsstählen und zum Verbinden von Nickelchrom-Legierungen, Flussstahl, AISI-200-, 300-, 400-und 500-Stählen untereinander oder aneinander selbst, in jeder beliebigen Stellung, wobei schädliche Eigenschaften, Porosität und Rissbildung in der Hitze ausbleiben, selbst wenn eine Verdünnung der Schweissnaht mit Eisen auftritt.
Die gute Schweissqualität, die durch die Elektroden nach vorliegender Erfindung ermöglicht wird, erlaubt die Verwendung der Bogenschweisstechniken, selbst bei äusserst kritischen Anwendungen, bei welchen Sicherstellung von Spitzenqualität von äusserster Wichtigkeit ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flussmittelmischung zur Ummantelung von Schweisselektroden, dadurch gekennzeichnet, dass sie
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tel vom Silikattyp enthält.