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Seelenelektrode
Die Erfindung betrifft eine abschmelzende Schweisselektrode zur Verwendung in einem SchutzgasSchweissverfahren mit Kohlendioxyd als Schutzgas.
Für das Schweissen von Kohlenstoffstahl wurde vorgescblagen, den Lichtbogen und die Schweisszone durch Kohlenstoffdioxyd zu schützen und eine zusammengesetzte Elektrode zu benutzen, die aus einem blanken Metallröhrchen als Mantel besteht, das eine Seele aus Flussmaterial enthält.
Die derzeit verfügbaren Röhrchenelektroden zeigen jedoch schwere Nachteile, wenn stark mit Walzzunder bebaftete und/oder stark rostige Stahlplatten zu schweissen sind. Erstens erzeugen die meisten Schweissdrähte Schweissstellen mit relativ hoher Festigkeit, aber relativ niedriger Duktilität. Zweitens erzeugen die meisten Schweissdrähte Schweissstellen mit unbefriedigender Kerbschlagfestigkeit. Drittens sind das Schweissmetall und die Schlacke von solchem Flüssigkeitsgrad und solcher Konsistenz, dass sie der Wirkung der Schwerkraft nicht widerstehen können, sodass die Stellungen, in denen geschweisst werden kann, ziemlich begrenzt sind.
Die erfindungsgemässe Röhrchenelektrode erzeugt einwandfreie Schweissnähte auf Walzzunder und Rost, ohne die Duktilität oder Kerbschlagfestigkeit des Schweissmetalls zu beeinträchtigen und ohne die Bruchfestigkeit zu stark zu erhöhen.
Die Erfindung sieht eine Seelenelektrode zur Verwendung in einem Schutzgas-Schweissverfahren mit
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haltenden Flussmittel vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Seele aus einem Flussmittel besteht, das in bekannter Weise, in Gewichtsprozent, 6, 5-15% MgO, 2-6% Kyrolith, 0-15% Fe , 10 bis 20% FeMnSi, 15-30% Fe, 0-5% Na- oder K-Silikat nebst bedeutsamen Anteilen an Ti02 und Zirkonsand enthält, wobei der Anteil an Ti02 35-50 Gew.-% und der Anteil an Zirkonsand 5-10 Gew.-% beträgt und das Flussmittel 18-24 Gew.-%, vorzugsweise 20 Gew.-%, des Gesamtgewichtes der Elektrode ausmacht.
Elektroden mit einem Flussmittel im Inneren eines Röhrchens nehmen unter jenen Schweissverfahren, bei welchen das Schweissbad durch eine Schlacke geschützt wird, eine Sonderstellung ein. Die Wirkung von Bogenschweissung mit verdecktem Lichtbogen beruht auf einer Schlackendecke, die sich durch einfaches Schmelzen eines Flussmittels, das man oben auf eine Schweissnaht nach und nach aufbringt, gebildet wird.
Die Wirkung einer Metallelektrode, die aussen mit einem körnigen Flussmittel ummantelt ist, ist etwa dieselbe, da das Flussmittel um die Metalltröpfchen herum schmilzt und über und um das Schweissbad herum abgelagert wird. Eine Elektrode mit innen befindlichem Flussmittel bildet jedoch Metalltröpfchen mit einem Kern von verflüssigtem Flussmittel. Diese Doppeltröpfchen durchqueren den Schweisslichtbogen und
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"Ein-getrieben.
Eine sehr schwerwiegende Konsequenz dieses physikalischen Vorganges ist die Zerteilung des verflüssigten Flussmittels (das auch kleine, nicht geschmolzene nichtmetallische Partikel enthält) in zahlreiche Mikrovolumina, die leicht im erstarrenden Schweissbad eingeschlossen werden.
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inniges Mischen von flüssiger Schlacke und flüssigem Metall durch Erzeugung von Makrovolumina (nicht Mikrovolumina) von zerteilter Schlacke aus chemischen Reaktionen zwischen Desoxydationsmitteln und Beruhigungsmittel und einer reichlichen Sauerstoffquelle entweder durch Eisenoxyd (FegO) des Flussmittels selbst oder durch irgendeine andere Sauerstoffquelle in der Nähe der Schweissung gestattet.
Es wurde gezeigt, dass im Vergleich zur getrennten Verwendung von Zusätzen aus Ferromangan und Ferrosilizium zu Stahlschmelze Silizium-Mangan-Legierungen grössere flüssige Silikatpartikeln erzeugen. Die erfindungsgemässe Elektrode erzeugt grosse, flüssige Schlackentröpfchen im Schweissbad durch die Reaktion :
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4 MnSi+3 FegO--) 9 Fe+4 MnSiOs.
Die Verwendung der Doppellegierung unterdrückt die üblichere Reaktion bei Ferromangan und Ferro silizium FeSi+O2#Fe+SiO2 FeMn+O2#Fe+MnO2
Die Doppellegierung wird in genügender Menge zugesetzt, damit nicht die ganze Menge in der Eisen oxydreaktion verbraucht wird, sondern genügend übrigbleibt, um sich mit gelöstem Sauerstoff im Schweiss bad zu verbinden und flüssige Mangansilikatvolumina zu. bilden, die sich mit den aus der Eisenoxyd reaktion stammenden grösseren Volumina von Mangansilikat vermengen.
Die Mangansilikat-Makrovolumina werden entsprechend dem Stoke'schen Gesetz leicht aus den Schweissbad entfernt :
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Darin ist "V" die Steiggeschwindigkeit eines in einer Flüssigkeit suspendierten Partikels,"g"die Erdbe.
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Man ersieht daher, dass nichtmetallische Phasen rasch in eine flüssige Phase vereinigt und entferntwerden Ein zweiter, von der ernndungsgemässm Röhrchenelektrode erzielter Vorteil besteht in der Erzeugung
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bieren.
Ein wirtschaftlich geeigneter Schlackenbildner, der eine ziemlich starke Neigung hat, mit anderer Oxyden komplexe Verbindungen zu bilden, sauren Charakter besitzt und der das Verhalten des Schweissbades und das Aussehen der Schweissung nicht ungünstig beeinflusst, ist TiO2 (Titandioxyd). Es gibt andere Mittel, die Sauerstoff stark anziehen, wie z. B. Kieselerde (Si02) und Phosphoroxyd (PsOg), doch kommen diese aus einem oder mehreren Gründen nicht in Frage-überschüssiges SiO2 macht die Schlacke schwierig zu entfernen und lagert sich an den Rändern einer Schweissung ab ; P Og ist für die mechanischen Eigenschaften des Schweissmetalls schädlich. Andere Mittel sind wegen begrenzter Verfügbarkeit, Toxizität odei ungünstiger Wirkung auf die Viskosität der Schlacke zurückzuweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Mantel in Form eines Flussstablröhrchens mit 2, 4 mm Aussendurchmesser vorhanden, der 20 Gew.-% Seele aus mechanisch gemischtem Flussmateria] enthält, das im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen besteht :
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<tb>
<tb> Bestandteil <SEP> Gew.-%
<tb> TiO2 <SEP> TEilchengrösse <SEP> < 0,381 <SEP> mm <SEP> ........................................................ <SEP> 40
<tb> MgO, <SEP> Teilchengrösse <SEP> < 0,147 <SEP> mm <SEP> .......................................................... <SEP> 12
<tb> Kryolith, <SEP> Teilchengrösse <SEP> < 0,147 <SEP> mm <SEP> ....................................................... <SEP> 4,5
<tb> FeMnSi, <SEP> Teilchengrösse <SEP> < 0,147 <SEP> mm <SEP> ....................................................... <SEP> 16,5
<tb> Eisenpulver, <SEP> Teilchengrösse <SEP> 0,147-0,043 <SEP> mm <SEP> .................................................. <SEP> 18
<tb> Zirkonsand, <SEP> Teilchengrösse <SEP> < 0,147 <SEP> mm <SEP> .................................................
<SEP> 7,5
<tb> Wasserfreies <SEP> Natriumsilikatpulver................................................ <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
Alle obigen Bestandteile wurden einfach in einem Mischwerk 15 min lang trocken gemischt und dann in den Mantel eingefüllt. Falls gewünscht, könnte das Flussmittel jedoch auch mit feuchtem Natrium- oder Kaliumsilikat gebunden werden, Wenn man das Flussmittel im Mantel packen will.
Die oben beschriebene bevorzugte Röhrchenelektrode wurde bei den im folgenden beschriebenen Versuchen unterzogen und erfüllte folgenden Standard :
Mechanische Eigenschaften
Unverdünntes Schweissmetall
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<tb>
<tb> Streckgrenze <SEP> Bruchfestigkeit <SEP> Bruchdehnung <SEP> Querschnittskg/mm2 <SEP> kgjmm <SEP> 2 <SEP> % <SEP> auf <SEP> 50, <SEP> 8 <SEP> mm <SEP> abnahme <SEP> %
<tb> Röntgen <SEP> klar..... <SEP> 56, <SEP> 88 <SEP> 63, <SEP> 7 <SEP> 24 <SEP> 62, <SEP> 3 <SEP> A. <SEP> W. <SEP> 0, <SEP> 505 <SEP>
<tb> 55, <SEP> 48 <SEP> 61, <SEP> 74 <SEP> 27 <SEP> 67,3# <SEP> Durchmesser
<tb>
Werte von Kerbschlagversuch #V" nach Charpy.
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<tb>
<tb> kgm
<tb> Raumtemperatur <SEP> 12, <SEP> 2 <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP>
<tb> -17,8 C...............................................................
<SEP> 5,8 <SEP> 5,6
<tb> -28,8 C............................................................... <SEP> 5,0 <SEP> 4,9
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Schweissverbalten :
1. Horizontale Kehlnaht-Oberfläche frei von Rost und Walzzunder - die Schweissstellen waren röntgenologisch in Ordnung ; die Form der Schweisstropfen war flach und glatt.
2. Stossnaht - durchgeführt auf rostiger Fläche ; die Schweissstellen waren röntgenologisch in Ordnung und frei von Einschlüssen.
3. Schlackendecke-bei l und auch bei 2 komplett ; Schlackenentfemung leicht.
4. Lichtbogenwirkung - gleichmässugm wenig Spritzen.
Die erfindungsgemässe Röhrchenelektrode ist die einzige, die gute Kerbschlagfestigkeit und hohe Zugfestigkeit und Streckgrenze mit guter Duktilität vereinigt.
Einige der Vorteile und besonders guten Eigenschaften der erfindungsgemässen Röhrchenelektrode können wie folgt zusammengefasst werden : trocken gemischtes Seelenmaterial ; Fähigkeit, auf Rost, Walzzunder und öligen Oberflächen zu schweissen ; weiter Bereich von Stromstärke und Spannung möglich ; leichte Entfernung der Schlacke ; besonders günstig bei Schweissungen in nicht gewöhnlicher Lage.