AT233352B - Nickel-Kupfer-Legierungs-Schweißelektrode - Google Patents

Description

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    Nickel-Kupfer-Legierungs-Schweisselektrode   
Die Erfindung betrifft eine Schweisselektrode auf Nickelbasis und insbesondere eine überzogene
Schweisselektrode aus Nickel-Kupfer-Legierung. 



   Bisher bemühte man sich, Nickel-Kupfer-Legierungs-Schweisselektroden mit guter Betriebsfähigkeit herzustellen, bei denen es möglich war, duktile Schweissnähte und/oder Überlappungen in allen Stellungen zu erzeugen, wobei die Schweissnähte praktisch frei von Rissbildung und Porosität sind, selbst wenn sie mit Eisen verdünnt sind. Die bei der Erzielung einer derartigen Kombination von Eigenschaften auftretenden Schwierigkeiten werden durch die reichhaltige hierauf bezügliche Literatur erläutert. So war z. B. die frühestbekannte Nickel-Kupfer-Schweisselektrode dazu bestimmt, die nachteilige oxydierende Wirkung der umgebenden Luft auf die überhitzte Masse von geschmolzenem Metall beim Schweissen von Nickel-Kupfer-Legierungen mit blanken Nickel-Kupfer-Legierungs-Schweissstäben zu überwinden. Zur Erzielung dieses Zweckes war der Stab mit reduzierenden Materialien, z. B.

   Titan, überzogen, um den Schweissbogen von der Atmosphäre abzuschirmen. Die reduzierenden Materialien wurden an dem Stab durch Verwendung eines flüssigen Schellacks gehalten, und sie betrugen zwischen   0, ä%   und 10   Gel.-%   der Elektrode. Obwohl dieser primitiv überzogene Schweissstab ein erheblicher Schritt vorwärts war, wies er trotzdem ernsthafte Beschränkungen auf, insbesondere, da seine Betriebsfähigkeit schlecht war und die   erzeugten Schweissablagerungen   etwas porös waren und eine   erhebliche Tendenz zur Rissbildung aufwiesen.   



   Um die erste bekannte Nickel-Kupfer-Elektrode zu verbessern, wurden Versuche unternommen, ihre Betriebsfähigkeit zu erhöhen. Dabei ergab sich eine Elektrode mit einem   Nickel-Kupfer-Kerndraht   und einem durch Tauchen aufgebrachten Flussmittel, das diejenigen Bestandteile enthielt, die nunmehr als übliche schlackenbildende und flussmittelbildende Bestandteile betrachtet werden, z. B. Kalziumfluorid (Flussspat), Natriumfluorid, Kohlenstoff u. dgl. Zweifelsohne besass diese bekannte Elektrode eine verbesserte Betriebsfähigkeit, jedoch wurde mit dieser Elektrode die Porosität in der Schweissnaht nicht beseitigt. Tatsächlich sind die unter Verwendung dieser Elektrode hergestellten Schweissnähte etwas porös und reissen, wenn sie auch nur mit ziemlich kleinen Mengen Eisen verdünnt sind.

   Späterhin wurde dieser Schweissstab etwas modifiziert, um das Auspressen des   Flussmittelüberzuges   zu erlauben. Trotzdem besass die abgewandelte aufgepresste Form die gleiche Empfindlichkeit gegenüber Porosität bei Eisenverdünnung. 



   In Anbetracht dieses neuen Dilemmas wurde eine weitere abweichend überzogene Elektrode entwickelt, um die Wirkungen der Eisenverdünnung zu beseitigen. Bei dieser Elektrode wurde teilweise die nachteilige Empfindlichkeit gegenüber Eisenverdünnung durch eine Verminderung im Kohlenstoffgehalt und einen Zuschlag von Niob überwunden, jedoch wurden dabei auch die Arbeitseigenschaften der Elektroden, insbesondere in der Aufwärtsschweissstellung, vermindert. Weiterhin zeigte die niobhaltige Elektrode eine starke Neigung zur Porosität in den Wiederzündungsflächen. 



   Es ergibt sich eindeutig aus der Geschichte der Nickel-Kupfer-Schweisselektroden, dass bisher mindestens eine vorteilhafte Eigenschaft geopfert werden musste, um eine schädliche Eigenschaft zu vermeiden. In Anbetracht dessen war man in der Industrie bisher gezwungen, einen Vorrat von jeder Art dieser Elektroden zu haben, um jedem speziellen Erfordernis gerecht zu werden. Darüber hinaus besass keine der vorstehend aufgeführten Elektroden eine gute Betriebsfähigkeit in sämtlichen Stellungen,. hoch konnten mit ihnen Schweissnähte und/oder Überlappungen von äusserst hoher Qualität, wie sie jetzt von der 

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Industrie, insbesondere bei bestimmten kritischen Anwendungsgebieten gefordert werden, erzielt werden. 



   Obwohl viele Versuche unternommen wurden, um die vorstehend aufgeführten Schwierigkeiten u. a. 



   Nachteile zu überwinden, erwies sich keiner als völlig erfolgreich, wenn er in der technischen Praxis im
Industriemassstab ausgeführt wurde. 



   Es wurde nun gefunden, dass feste, duktile, nicht-poröse, starke Schweissnähte   und/oder   Überlappun- gen einschliesslich eisenverdünnter Schweissnähte und Überlappungen in sämtlichen Stellungen erzeugt werden können, wenn eine speziell überzogene   Nickel-Kupfer-Legierungs-Schweisselektrode   angewendet wird. 



   Die erfindungsgemässe Schweisselektrode besitzt einen Nickel-Kupfer-Drahtkern und ein Flussmittel, wobei der Drahtkern aus   15-45 Gew.-%   Kupfer, bis zu 10% Eisen, bis zu 8% Mangan, bis zu 1, 5% Sili- zium,   1 - 40/0   Aluminium, 0,   3% - 3%   Titan, weniger als 0, 12% Kohlenstoff besteht, wobei der Rest im wesentlichen aus Nickel in einer Menge von mindestens 50% besteht und wobei das Flussmittel aus 10 bis
80 Gew.-Teilen Mangankarbonat, bis zu 40 Teilen Erdalkalikarbonat, wobei die Summe von Mangankarbonat und Erdalkalikarbonat   10 - 80   Teile beträgt,   5 - 30   Teilen Kryolith,   10 - 35   Teilen Titandioxyd, bis zu 20 Teilen Mangan und bis zu 2, 4 Teilen Silizium besteht, wobei das gesamte metallische Mangan in der Elektrode zwischen 0,

   5-7 Gew.-% der Elektrode und das gesamte Silizium in der Elektrode von 0, 1 bis 1, 3 Gew.-% der Elektrode beträgt. 



   Der Drahtkern kann auch eine geringere Menge Kobalt, z. B. bis zu 5%, enthalten, obwohl vorteilhafterweise der Kobaltgehalt etwa 0,   ilo   nicht übersteigt. Das Flussmittel der Nickel-Kupfer-Schweisselektrode enthält bestimmte Mengen Mangankarbonat, Kryolith und Titandioxyd, wobei jeder Bestandteil des Flussmittels in einem speziellen Verhältnis zu den andern Bestandteilen desselben steht. 



   Gewünschtenfalls können bis zu   4%   Niob in der Elektrode enthalten sein. Im allgemeinen können Mangan, Silizium und eventuell Niob teilweise im Flussmittel und teilweise im Kern vorhanden sein, oder sie können völlig im Kern oder völlig im Flussmittel unter bestimmten Umständen, die nachfolgend näher ausgeführt werden, enthalten sein. Die spezielle Elektrode, die eine einzigartige Kombination von Bestandteilen in bestimmten Verhältnissen aufweist, zeigt ein gutes Bogenverhalten und zufriedenstellende Schlackenbildungseigenschaften in sämtlichen Stellungen einschliesslich   Überkopf- und   vertikalen Stellungen und erzeugt weiterhin Schweissnähte, die kräftig, glatt und praktisch frei von Rissen sind. 



   Der Elektrodenüberzug mit der erfindungsgemässen Zusammensetzung der Bestandteile ergibt optimale Betriebsfähigkeit, und in Verbindung mit dem Drahtkern und den andern Bestandteilen der Elektrode ergibt sich die gewünschte gute Qualität der Schweissnaht in Verbindung mit ausgezeichneter Betriebsfä-   higkeit.   



   Die aufgeführten Mengen Mangankarbonat sind ebenfalls wesentlich. Ohne diesen Bestandteil ist die Schlackenentfernung sehr schwierig. Falls zuviel oder zu wenig Mangankarbonat in dem Flussmittel vorhanden ist, ist die Betriebsfähigkeit und die Schlackenbildungseigenschaft des Flussmittels nachteilig beeinflusst. 
 EMI2.1 
 
B.boxymethylcellulose u. dgl. in Mengen bis zu insgesamt etwa 5 Gew.-Teilen des Flussmittels enthalten. 



   Aluminium und Titan müssen ebenfalls in dem Drahtkern in den vorstehend aufgeführten Mengen enthalten sein, da zu geringe Mengen von jedem eine übermässige Porenbildung beim Anlassen und eine übermässige Porosität der Schweissraupe ergeben. Obwohl die Titan- und Aluminium-Gehalte über ihre maximalen Werte ohne nachteilige Beeinflussung der Betriebsfähigkeit der Elektrode gesteigert werden können, verursacht dies, dass der Drahtkern sehr schwierig zu bearbeiten ist, und so sollte jedes davon bei oder unterhalb einer Menge von   30/0   gehalten werden. 



   Der Kohlenstoffgehalt des Drahtkernes sollte etwa 0, 12% nicht übersteigen, da andernfalls die Schweissablagerungen und/oder Überlappungen, die unter Verwendung der Elektrode hergestellt werden, eine Neigung zur Warmrissbildung, insbesondere, falls Verdünnung mit Eisen erfolgt, aufweisen. Eine niedrige Menge Kohlenstoff, beispielsweise etwa   0, 050/0,   hilft zur Steigerung der Festigkeit der Schweissablagerung. 



   Vorteilhafterweise hat der Drahtkern die in der folgenden Tabelle I aufgeführte Zusammensetzung (in Gew.-% des Kerns). 

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 Tabelle I 
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Element <SEP> Vorteilhafter <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Nickel <SEP> Rest <SEP> 64, <SEP> 8 <SEP> 
<tb> Kupfer <SEP> 27 <SEP> - <SEP> 33 <SEP> 30
<tb> Aluminium <SEP> 1-2, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 
<tb> Titan <SEP> 0, <SEP> 5-2 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 
<tb> Mangan <SEP> 0, <SEP> 5-1, <SEP> 5 <SEP> 1
<tb> Eisen <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 
<tb> Kohlenstoff <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> weniger <SEP> als <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 
<tb> Silizium <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 0.

   <SEP> 2
<tb> 
 
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, die speziellen Bestandteile des trockenen Flussmittels in den in der nachfolgenden Tabelle II aufgeführten Mengen zu verwenden (Gewichtsteile des trockenen Flussmittels). 



   Tabelle II 
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> Bevorzugte <SEP> Bestandteile <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Mangankarbonat <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 15
<tb> Kalziumkarbonat <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 21
<tb> Kryolith <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 22 <SEP> 17
<tb> Titandioxyd <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 22
<tb> Mangan <SEP> * <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 8
<tb> Niob <SEP> ** <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 6 <SEP> 6
<tb> Silizium <SEP> *** <SEP> 0, <SEP> 6- <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 1,2
<tb> Bentonit <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 3
<tb> 
   # Beispielsweise   als elektrolytisches Manganpulver. 



   ** Beispielsweise als Ferro-Niob-Legierung mit einem Gehalt von etwa 60   Grew.-%   Niob. 



   *** Beispielsweise als Nickel-Silizium-Legierung mit einem Gehalt von etwa   30%   Silizium-Le- gierung, etwa   10/0   Kalzium, wobei der Rest im wesentlichen aus Nickel besteht. 



   Die zur Herstellung des Flussmittels verwendeten Bestandteile liegen in pulverförmigem Zustand vor. 



  Im allgemeinen haben die gemischten Bestandteile üblicherweise eine Teilchengrösse zwischen etwa 50 Mikron und etwa 300 Mikron, obwohl Flussmittelbestandteile mit unterschiedlicher Teilchengrösse ebenfalls verwendet werden können, wie es für die Fachleute geläufig ist. 



   Ein in Wasser dispergierbares Bindemittel wird gewöhnlich mit dem   FlussminelOberzug   verwendet, um einen dauerhaften und harten Überzug auf dem Nickel-Kupfer-Legierungsdrahtkern nach dem Trocknen und Backen zu ergeben. Vorteilhafterweise besteht der Binder aus dem Silikattyp, da dieser einen dauerhaften Überzug ergibt, welcher kein erneutes Backen vor der Verwendung erforderlich macht. Der Binder vom Silikattyp kann eine wässerige Lösung von Natriumsilikat und/oder Kalziumsilikat sein. In der folgenden   TabelleIII   sind die Mengen (in Gewichtsteilen des trockenen Flussmittels) der Bestandteile angegeben, welche zu dem Binder verwendet werden können.

   Selbstverständlich kann jedoch eine Silikatlösung mit einem unterschiedlichen spezifischen Gewicht, als es hier aufgeführt wurde, ebenfalls verwendet werden. 

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  Tabelle III 
 EMI4.1 
 
<tb> 
<tb> Bestandteil <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Natriumsilikatlösung <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 15
<tb> (470 <SEP> Baumé)
<tb> Wasser <SEP> soviel <SEP> wie <SEP> nötig
<tb> zur <SEP> Auspressbarkeit <SEP> 2
<tb> 
 
Der Fliessmittelüberzug kann auf den Drahtkern in jeder geeigneten Weise, z. B. durch ein Auspressverfahren, aufgebracht werden und auf der Drahtoberfläche durch eine geeignete Trocknung oder Backung getrocknet werden. Dabei ergibt sich ein harter, anhaftender Überzug von hoher mechanischer Festigkeit, welcher relativ gegenüber mechanischer Schädigung unter normalen Handhabungsbedingungen widerstandsfähig ist.

   Eine zufriedenstellende Trocknung oder Backbehandlung der Mischung aus Flussmittel und Bindemittel besteht in einem normalen kontinuierlichen Ofentrocknungsarbeitsgang und einer anschliessenden Backbehandlung, wobei allmählich die Temperatur auf etwa 316 C gesteigert wird und bei dieser Höhe etwa 2 h gehalten wird. 



   Beispiele für typische Elektrodenabmessungen (Kerndurchmesser plus Fliessmitteldicke) sind in Tabelle IV angeführt. Sämtliche Abmessungen sind in mm angegeben. 



   Tabelle IV 
 EMI4.2 
 
<tb> 
<tb> Kerndurchmesser <SEP> Elehtrodendurehmesser <SEP> Elektrodendurchmesser <SEP> 
<tb> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> 2, <SEP> 38 <SEP> 3, <SEP> 0-3, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 
<tb> 3, <SEP> 17 <SEP> 4, <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 5, <SEP> 08 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 
<tb> 3, <SEP> 96 <SEP> 5, <SEP> 3-5, <SEP> 8 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 
<tb> 4, <SEP> 76 <SEP> 6, <SEP> 3-6, <SEP> 8 <SEP> 6, <SEP> 6 <SEP> 
<tb> 
 
Jedoch kann selbstverständlich die Dicke der Kerndurchmesser und des Fliessmittels beträchtlich von den in der vorstehenden Tabelle angegebenen Verhältnissen abweichen. In den meisten Fällen beträgt der Flussmittelüberzug üblicherweise zwischen etwa 25 bis etwa 35   Gel.-%   der Elektrode. 



   Die Zusammensetzungen der Ablagerungen undioder Überlappungen variieren natürlich etwas in   Ab-   hängigkeit von der genauen Zusammensetzung des Flussmittels, der Zusammensetzung des Drahtkernes und der Zusammensetzung des zu schweissenden Grundmetalls. Darüber hinaus ist die Kombination von sämtlichen Flussmittelzusammensetzungen nach Tabelle n mit sämtlichen Zusammensetzungen des Drahtkernes innerhalb des breiten Bereiches oder innerhalb der vorteilhaften Bereiche und der Beispiele nach Tabelle I im Bereich der Erfindung. Jedoch besitzen sämtliche Schweissablagerungen, die entsprechend der Erfindung unter Verwendung der erfindungsgemässen Elektroden hergestellt wurden, Zusammensetzungen in dem in Tabelle V aufgeführten Bereich. 

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  Tabelle V 
 EMI5.1 
 
<tb> 
<tb> Bestandteile <SEP> Bereich <SEP> Vorteilhafter <SEP> Bereich <SEP> Beispiel
<tb> Nickel <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> 61,9
<tb> Kupfer <SEP> 15-45 <SEP> 27-83 <SEP> so <SEP> 
<tb> Eisen <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 40 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 
<tb> Mangan <SEP> 0, <SEP> 5- <SEP> 8 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> 4
<tb> Silizium <SEP> 0, <SEP> 1- <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 4- <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 
<tb> Aluminium <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0,2
<tb> Titan <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,8 <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> 
<tb> Niob <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 4 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 2,0 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 
<tb> Kohlenstoff <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 03 <SEP> 0,

   <SEP> 01 <SEP> 
<tb> 
 
Ebenfalls gehört es zur Erfindung, Elektroden mit   Fliessmittelkernen   zu verwenden (Selenelektroden) oder Elektroden, die aus gepulvertem Metall, welches innerhalb einer dünnen metallischen Hülle zusammengehalten wird, bestehen. Weiterhin können die Legierungszusätze, z. B. Silizium, Mangan und eventuell Niob, entweder völlig im Kern oder völlig im Flussmittel enthalten sein. So kann Silizium, Mangan und/oder Niob in gepulverter Form zu der Flussmittelzusammensetzung in derartigen Mengen zugesetzt werden, dass die Zusammensetzung der Schweissablagerungen innerhalb der in Tabelle   V ange-   führten Bereiche liegt, d. h. Mangan kann in Mengen (bezogen auf das Gewicht des trockenen   Flussmit -   tels) bis zu etwa   20 Teilen, z.

   B. 5 Teilen - 12 Teilen,   vorliegen.   Das metallische Manganist zusätz-   lich zu dem als Mangankarbonat in dem Flussmittel vorhandenen Mangan anwesend. Silizium bis zu 2, 4 Teile, z. B. 0, 6 - 1, 8 Teile, und Niob (einschliesslich zufälligem Tantal) bis zu etwa 5 Teilen, z. B. bis zu etwa 6 Teilen, können ebenfalls in dem Flussmittel vorhanden sein, jedoch ist in sämtlichen Fällen Mangan in der Elektrode in einem Bereich zwischen etwa 0, 5 bis etwa 7,0   Gel.-%   der Elektrode 
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 handen sein. Silizium in dem vorerwähnten Bereich verbessert die Schweissfestigkeit ebenso wie Mangan. Weiterhin ist Silizium besonders vorteilhaft zur Verminderung der Rissbildung beim Schweissen und zur Verbesserung der Schweissnahtduktilität auf Grund seines verfestigenden Effektes auf die kupferreichen Teile der Schweissperlenstruktur.

   Falls der maximale Siliziumgehalt in der Elektrode überstiegen wird, erzielt das Silizium die umgekehrte Wirkung und steigert die Rissbildung beim Schweissen. Silizium ist vorteilhafterweise als Nickel-Silizium-Legierung mit einem Gehalt von etwa 0, 5 bis etwa 1, 5% Kalzium, etwa 25 bis etwa 35% Silizium zu verwenden, wobei der Rest im wesentlichen aus Nickel besteht. Obwohl jedoch auch Ferrosilizium verwendet werden kann, weist es den Nachteil auf, dass es üblicherweise   höhere Mengen   Sauerstoff enthält, welcher natürlich schädlich wirkt. 



   Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung. 
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 ein Bindemittel verwendet wurde, welches aus etwa 15 Gew.-Teilen Natriumsilikatlösung (etwa 470 Baume) und etwa 2 Gew.-Teilen Wasser bestand. Die so hergestellte Elektrode wurde gleichmässig getrocknet und anschliessend bei etwa 316 C während etwa 2 h gebacken. 



   Beispiel 2 : Eine Stossverschweissung wurde in der flachen Stellung zwischen zwei Stücken von Nickel-Kupfer-Legierungsplatten von 12, 7 cm Breite und 38, 1 cm Länge und 31,7 mm Dicke hergestellt. Jede Platte bestand aus einer Legierung mit einem Gehalt von 15% Kohlenstoff,   1, 17%   Mangan, 

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 des Stosses. Ein 2,38 mm-Fusszwischenraum wurde vorgesehen und der Stoss fest mit drei schweren
U-Klammern an jeder Seite auf eine 15,2 cm dicke Stahlschweissplatte mit einem geriffelten Kupfer- rückband, welches unter dem Fuss des Stosses zentriert war, geklammert.

   Drei Einspannkanten aus Koh- lenstoffstahl, die maschinell genau in die doppelt abgeflachte V-förmige Auskerbung passten, wurden an jeder Seite des Stosses angebracht und eine in der Mitte, um eine maximale Einspannung zu gewährlei- sten und ein Verwerfen während des Schweissens zu verhindern. 



   Eine Elektrode mit der in Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung und mit der in der vorstehenden
Tabelle V für einen Durchmesser von 4,76 mm Drahtkern angegebenen Dicke wurde zum Schweissen des
Stosses verwendet. Nachdem die Platten geschweisst waren, wurde der Stoss vom Tisch freigegeben, umgekehrt zurückgebracht und eine Dichtraupe auf der Fussseite abgelagert. Der Stoss wurde dann röntgen- untersucht, wobei sich kein Anzeichen von Porosität, Schlackeneinlagerung oder Rissbildung ergab. Nach der Röntgenuntersuchung wurde der Stoss in der Weise in Querschnitte zerlegt, dass eine Hälfte der Schwei- ssung quer zerlegt wurde, so dass sich 6 Querschnitte von 9,5 mm Breite für Seitbiegungsteste ergaben.

   Die Schweissablagerung auf der ändern Hälfte des Stosses wurde von der Platte abgeschnitten und zu einem Standardprobestück von 13 mm Dicke als Gesamtschweissmetallzugfestigkeitsprobestück verarbeitet. 



   Die 6 Querschnitte wurden jeweils an beiden Seiten unter Verwendung einer feinkörnigen, kautschukgebundenen Schleifscheibe poliert und mit verdünnter Salpetersäure geätzt, um die Schweissstruktur herauszuerhalten. Diese polierten und geätzten Schnitte wurden anschliessend auf beiden Seiten mit einer Vergrösserung von 30 Durchmessern (30 x) auf das Auftreten von Schweissfehlern untersucht. Fünf der sechs Querschnitte waren völlig frei von Rissbildungen, Sprüngen, Porosität oder andern Fehlern irgendwelcher Art. Eine Seite von einem der 6 Probestücke enthielt nur zwei äusserst kleine Risschen, z. B. war einer 0,39 mm und der andere   1,   1 mm lang, was mehr als zufriedenstellend unter derartig scharfen Einspannungen ist.

   Durch diese äusserst gute Schweissqualität unter den vorstehend beschriebenen, äusserst nachteiligen Bedingungen ergibt sich die Eignung der Elektrode nach der Erfindung, Schweissnähte von aussergewöhnlicher Festigkeit auch in stark belasteten, aussergewöhnlich dicken Querschnitten zu ergeben. 



   Nach der Untersuchung der sechs Querschnitte wurde jeder einem Seitbiegetest unterworfen,   d. h.   jeder Schnitt wurde 1800 über eine Stahlnadel mit einem Durchmesser vom Vierfachen der Probestückdicke, d. h. 38, 1 mm, gebogen. Die Probestücke wurden so gebogen, dass der Querschnitt der Schweissnaht in Querspannung war. Nach Beendigung des Testes, d. h. wenn die Schenkel des Biegeprobestückes praktisch parallel waren, wurden die gebogenen Oberflächen erneut auf Fehler untersucht. Diese Untersuchungen wurden bei 15facher Vergrösserung durchgeführt. Bei den sechs Seitbiegestücken wies keines irgendwelche Risse, Sprünge oder offene Fehler von mehr als 2,3 mm Länge auf. Ein Probestück zeigte lediglich einen Kaltriss, während ein anderes zwei Kaltrisse zeigte, und jeder Kaltriss war nicht länger als etwa 1,   5 - 2, 3   mm Länge.

   So traten auch nach den äusserst scharfen Seitbiegetesten lediglich eine aussergewöhnlich und bemerkenswert kleine Anzahl von Fehlern auf. Dies beweist erneut die Festigkeit der Schweissablagerung und deren Duktilität, selbst unter äusserst ungünstigen Umständen. 



   Das Gesamtschweissmetallzugfestigkeitsprobestück wurde bei Raumtemperatur untersucht, wobei die in der folgenden Tabelle VI angeführten Ergebnisse erhalten wurden. 



   Tabelle VI 
 EMI6.2 
 
<tb> 
<tb> Probestück-Durchmesser <SEP> 1, <SEP> 304 <SEP> cm
<tb> Probestück-Pläche <SEP> l, <SEP> 296 <SEP> cm2
<tb> Brechbelastung <SEP> 7150 <SEP> kg
<tb> Äusserste <SEP> Zugfestigkeit <SEP> 5500 <SEP> kg/cm2
<tb> 
 

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   Tabelle VI   (Fortsetzung) 
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<tb> 
<tb> Fliessbelastung <SEP> (0, <SEP> 2% <SEP> Deformation) <SEP> 4000 <SEP> kg
<tb> Fliessfestigkeit <SEP> (0, <SEP> 2o <SEP> Deformation) <SEP> 3075 <SEP> kg/cm2
<tb> Dehnung <SEP> in <SEP> 5, <SEP> 08 <SEP> cm <SEP> 450/0
<tb> Verminderung <SEP> der <SEP> Fläche <SEP> 430/0
<tb> 
 
Aus diesem Zugfestigkeitstest ergibt sich weiterhin, dass die Ablagerungen mit den erfindungsgemässen Elektroden sowohl fest als duktil sind und dass sie tatsächlich fester als die heiss-gewalzten und getemperten Nickel-Kupfer-Legierungsplatten aus 0,

   15% Kohlenstoff,   1, 1%   Mangan,   101o   Eisen, 0, 21% Si- 
 EMI7.2 
 peratur untersucht werden. 



   Beispiel 3 : Um weiterhin die Toleranz für Eisen der mittels der erfindungsgemässen Elektroden hergestellten Ablagerungen aufzuzeigen, wurde eine Überlagerung auf eine Kohlenstoffstahlplatte von   9, 5' mm x   76 mm x 152 mm hergestellt, die aus 0,38% Mangan, 0, 03% Schwefel, 0, 17% Kohlenstoff,   0. 0150/0   Phosphor und dem Rest praktisch aus Eisen bestand. Die verwendete Elektrode hatte die Zusam- mensetzung für Flussmittel und Drahtkern, wie es in Beispiel 1 angegeben ist. Weiterhin war der Durch- messer der Elektrode wie in Tabelle IV für einen Drahtkern von 4, 76 mm angegeben. Die Platte wurde von Zunder und Rost befreit und auf einen 38, 1 mm dicken Stahlschweisstisch mit 4 C-Klammern geklammert. Eine Überlappung von 6 Raupen Breite und 2 Lagen Höhe wurde direkt auf die Stahlplatte aufgebracht.

   Nach der Aufbringung wurde die obere Oberfläche der Ablagerung glattgeschliffen, um die Raupenrippen zu entfernen, und dann auf einer feinkörnigen, kautschukgebundenen Schleifscheibe poliert. 



   Die Unterseite der Kohlenstoffstahlplatte wurde maschinell auf eine Gesamtdicke, einschliesslich der Überlagerungsablagerung, von   9, 5 mm   Dicke verarbeitet. Dem Überlagerungsprobestück wurde dann eine 1800 Längsbiegung über eine Stahlnadel von 38 mm Durchmesser gegeben. Wenn die beiden äusseren Enden des Biegeprobestückes parallel waren, wurde der Test beendet und die gebogene Oberfläche des Probestückes einer Untersuchung bei 15facher Vergrösserung unterworfen. Bei der Untersuchung ergab sich, dass das gebogene Probestück völlig frei von Fehlern irgendwelcher Art war, was eindeutig eine hohe Toleranz für Verdünnung mit Eisen belegt.

   Darüber hinaus bedeutet dies die völlige Eignung dieser Elektrode zum Schweissen von eisenhaltigen Metallen an Kupfer-Nickel-Legierungen oder zur Überlagerung von eisenhaltigen Metallen mit den durch die erfindungsgemässen Elektroden erzeugten Nickel-Kupfer-Legierungen. 



     Beispiel 4 :   Um den Einfluss von Mangan auf die Schweissqualität aufzuzeigen, wurde ein   X-Schweissungsbruchtest durchgeführt, um die Schweissablagerungen einzustufen. Das Schweissprobestück    bestand aus zwei Barren von 76,2 x 25, 4 mm Fläche, zwischen welchen eine Schweissung abgelagert wurde. Jeder Barren enthielt 66, 28% Nickel, 31% Kupfer, 0, 94% Mangan, 0,033% Magnesium, 0,23% Silizium, 0, 15% Kohlenstoff und 1, 35% Eisen. Die beiden Barren wurden zusammen entlang der 76, 2 mm Länge aufgestellt, so dass die anstossenden Oberflächen der beiden Barren ein Doppel-V-förmiges Gebilde ergaben. Schweissnähte wurden abgelagert, zwei zur gleichen Zeit auf entgegenstehenden Seiten, und das Probestück zur Abkühlung auf unterhalb   930C   zwischen jedem Durchgang überlassen.

   Nach der Schweissung wurde das Probestück an zwei Stellen im Abstand von 2,54 cm zur Makrountersuchung geschnitten. Die vier Querschnittsflächen, die sich aus den beiden Schnitten ergaben, wurden dann auf einer feinkörnigen, kautschukgebundenen Schleifscheibe poliert, mit verdünnter Salpetersäure zur Ermittlung   der Schweisskornstruktur geätzt und bei 30facher Vergrösserung   auf das Auftreten von Rissen untersucht. Bei diesem Test ergibt sich eine aussergewöhnlich hohe Spannung, und er dient als wertvoller Index zur Bestimmung der Empfindlichkeit gegen Rissbildung von Schweissablagerungen aus Legierungen mit hohem Nickelgehalt. Die Ergebnisse dieser Teste unter Verwendung von Elektroden mit den nachfolgend aufgeführten Zusammensetzungen sind in Tabelle VII aufgeführt. 

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  Tabelle VII 
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<tb> 
<tb> Flussüberzugszusammensetzung <SEP> %* <SEP> %Mn <SEP> X-Schweissung
<tb> in <SEP> der <SEP> Risse <SEP> je
<tb> Schweissung <SEP> CaCO, <SEP> Na, <SEP> AiF, <SEP> TIO2 <SEP> MnCO3 <SEP> Mn <SEP> Bentonit
<tb> Nr. <SEP> Schweissg. <SEP> Schnitt <SEP> 
<tb> 1 <SEP> 30 <SEP> 29 <SEP> 29 <SEP> 9 <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> 1,61 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> 
<tb> 2 <SEP> 27 <SEP> 26 <SEP> 26 <SEP> 18 <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 30 <SEP> 4,3
<tb> 3 <SEP> 26 <SEP> 24 <SEP> 24 <SEP> 18 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 3,38 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 
<tb> 4 <SEP> 24 <SEP> 23 <SEP> 22 <SEP> 18 <SEP> 10 <SEP> 3 <SEP> 4, <SEP> 57 <SEP> 0,5
<tb> 5 <SEP> 22 <SEP> 21 <SEP> 21 <SEP> 18 <SEP> 15 <SEP> 3 <SEP> 5, <SEP> 68 <SEP> 0,5
<tb> 
 
 EMI8.2 
 
Eisen, 29, 07% Kupfer, 0, 11% Silizium, 0,42% Titan, 1,64% Aluminium und 0, 022% Magnesium. 



   Die in der Tabelle VII für jeden Schweissungstest aufgeführte Risszahl stellt die Durchschnittszahl von Rissen dar, die bei   30facher   Vergrösserung in den 4   X-Schweissungsquerschnitten   von jedem Probestück festgestellt wurden. 



   Wie sich aus der vorstehenden Tabelle ergibt, wird die günstigste Wirkung von Mangan bei etwa   4, 50/0   in der Schweissablagerung erreicht. 



   Beispiel 10 : Um den Einflussvon Silizium auf die Schweissrissbildung zu zeigen, wurden X-Schwei- ssungsteste ähnlich den in Beispiel 9 beschriebenen durchgeführt, wobei die in Tabelle VIII angeführten Ergebnisse erhalten wurden. 



   Tabelle VIII 
 EMI8.3 
 
<tb> 
<tb> Flussüberzugszusammensetzung <SEP> % <SEP> * <SEP> % <SEP> Si <SEP> im <SEP> X-Schweissung
<tb> Schweissung <SEP> Schweiss- <SEP> Risse <SEP> je
<tb> CaCO3 <SEP> Na3AlF6 <SEP> TiO <SEP> NiSi <SEP> Bentonit
<tb> Nr. <SEP> metall <SEP> Schnitt
<tb> 6 <SEP> 52 <SEP> 2 <SEP> 25 <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> 0,2 <SEP> 7,0
<tb> 7 <SEP> 50 <SEP> 20 <SEP> 25 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 0,6 <SEP> 3,0
<tb> 8 <SEP> 48 <SEP> 20 <SEP> 25 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 
<tb> 9 <SEP> 46 <SEP> 20 <SEP> 25 <SEP> 6 <SEP> 3 <SEP> 1,0 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 
<tb> 10 <SEP> 44 <SEP> 20 <SEP> 25 <SEP> 8 <SEP> 3 <SEP> 1,2 <SEP> 11,2
<tb> 
 
 EMI8.4 
 Schweissnaht abnimmt. Tatsächlich ist bei Zusatz von Siliziumes möglich, die 0, 5 Risse je Schnitt in einer X-Schweissung, die noch vorhanden beim optimalen Manganwert sind, zu vermeiden.

   Jedoch stetgert sind bei weiteren Zusätzen über diejenige Menge, die notwendig ist, um die noch beim optimalen Manganwert vorhandenen Risse zu vermeiden, die Rissbildung. 



   Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf das Schweissen und Überlappen von Nickel- und EisenLegierungen, die bis zu 100% Nickel, bis zu 100% Eisen, bis zu etwa 100% Kupfer, bis zu etwa 33% Kohlenstoff, bis zu 30% Kobalt, bis zu etwa 5% Silizium, bis zu etwa 30% Mangan, bis zu etwa 30% Chrom und bis zu etwa   5%   jeweils von Aluminium und Titan enthalten.

   Zum Beispiel ist die Erfindung besonders geeignet zum Schweissen von Nickel-Kupfer-Legierungen aneinander, zum Schweissen dieser Legierungen an Stahl und zur Überlagerung dieser Materialien auf Stahl, zum Schweissen der verkleideten Seite von Nickel-Kupfer-Legierungs-Verkleidungsstählen und zum Schweissen von Nickel-Kupfer-Legierungen, Weichstahl, AISI 200, 300,400 und 500-Stählen aneinander und auch in allen Stellungen, wobei Frei- 

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 heit von derartig nachteiligen Eigenschaften, wie   Porosität   und Hitzerissbildung, selbst bei bemerkens werter Verdünnung der Schweissung mit Eisen, auftritt.

   Die gute Schweissnahtqualität, die unter Verwendung der erfindungsgemässen Elektroden möglich wird, erlaubt die Verwendung von Bogenschweisstechniken, selbst bei den kritischen Anwendungsgebieten, wobei Sicherstellung von Spitzenqualität von äusserster Bedeutung ist. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
 EMI9.1 
 Kryolith, 10-35 Teilen Titandioxyd, bis zu 20 Teilen Mangan, bis zu 2,4 Teilen Silizium besteht, wobei das gesamte metallische Mangan in der Elektrode in einer Menge von 0,5 und 7 Gew.-% der Elektrode und das gesamte Silizium in der Elektrode in einer Menge von 0, 1 bis 1, 3 Gew.-% der Elektrode vorhanden ist. 
 EMI9.2 

Claims (1)

1-2, 5%,0, 1-0, Wo, vorzugsweise 0, 2% Silizium enthält.

3. Schweisselektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt 0, 01% beträgt.

4. Schweisselektrode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel 10-20, vorzugsweise 15 Teile Mangankarbonat, 10-30, vorzugsweise 21 Teile Erdalkalikarbonat, 10-22, vorzugsweise 17 Teile Kryolith, 15-30, vorzugsweise 22 Teile Titandioxyd, 5 - 12, vorzugsweise 8 Teile Mangan und 0, 6 - 1, 8, vorzugsweise 1, 2 Teile Silizium enthält.

5. Schweisselektrode nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode 2 - 40/0 Mangan und 0, 4 - 10/0 Silizium, bezogen auf das Gewicht der Elektrode, enthält.

6.'Schweisselektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern bis zu 2,5 Gew.-% Niob und das Flussmittel bis zu 9 Teile Niob enthält, wobei die Gesamtmenge von Niob in der Elektrode nicht mehr als 4 Gew.-% beträgt.

7. Schweisselektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel bis zu 6 Gew. Teile Niob enthält.

8. Schweisselektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkern bis zu 5% Kobalt enthält.

9. Schweisselektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkern bis zu 0, 1% Kobalt enthält.