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Seelenelektrode zum Schweissen und Auftragsschweissen von Stählen
Die Erfindung betrifft Seelenelektroden zum Schweissen und Auftragsschweissen von Stählen.
Die genannten Seelenelektroden werden vorzugsweise zum mechanisierten (automatischen und halbautomatischen) Schweissen und Auftragsschweissen von Stählen ohne Schutzgas benutzt.
Bekannt sind Seelenelektroden zum Schweissen und Auftragsschweissen von Stählen, die eine me-
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Titan und Silizium (TiO, Sitz) sowie desoxydierende und legierende Stoffe wie Mn, Si, Ti, Al und Eisenpulver (Fe) enthält.
Die besten Eigenschaften von bekannten Seelenelektroden des genannten Typs weisen die Drähte auf, die Calciumcarbonat (CaCOg), Fluorit (CaF ), Titandioxyd (trio2), Mangan und Silizium als Legierungsstoffe und Desoxydationsmittel enthalten.
Weiters sind Seelenelektroden zum Lichtbogenschweissen bekannt, bei denen die Hülle mit 0, 1 bis 2,5% Titan legiert ist und die Seele einen bestimmten Gehalt von Alkalien, alkalischen Erden, Metalloxyden und/oder Metallen aufweist.
Der festgelegte Titangehalt stellt in Verbindung mit dem Zusatz von Alkalien, alkalischen Erden, Metalloxyden und/oder Metallen einen besonderen Vorteil dar und trägt dazu bei, verbesserte Gütekennwerte zu erreichen.
Die Nachteile aller dieser Seelenelektroden bestehen jedoch darin, dass sie zwar die Anwendung von erhöhten Stromstärken zulassen, jedoch die defekten Nähte und der für die Praxis ungenügende Bereich der Arbeitsspannungen des Lichtbogens erhalten bleiben. Dabei treten die ungünstigen technologischen Eigenschaften der Seelenelektrode in Erscheinung ; so bilden sich z. B. Wülste und treten Schlackeneihschlüsse im Metall der Naht auf, wodurch die Festigkeit der geschweissten Konstruktionen beeinträchtigt wird.
Die Praxis hat gezeigt, dass die Erweiterung des Bereiches von Arbeitsspannungen zu defekten Schweissstellen und die Einführung grosser Mengen von Titan und Aluminium in die Seelenelektrode zu einem Sinken der Plastizität des Metalles der Schweissnaht führen.
So gestattet es z. B. eine Seelenelektrode, die
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<tb>
<tb> 2, <SEP> 5% <SEP> Calciumcarbonat <SEP> CaCOs <SEP> (Marmor) <SEP>
<tb> 4, <SEP> 0o <SEP> Fluorit <SEP> CaF <SEP> (Flussspat)
<tb> 6, <SEP> solo <SEP> Titandioxyd <SEP> Ti02 <SEP> (Rutil)
<tb> 1, <SEP> 50/0 <SEP> Mangan <SEP> Mn <SEP> (Ferromangan)
<tb> 1, <SEP> Wo <SEP> Silizium <SEP> Si <SEP> (Ferrosilicium) <SEP> und
<tb> 15, <SEP> solo <SEP> Eisen <SEP> Fe <SEP> (Eisenpulver)
<tb>
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(in Gew. -0/0) enthält, dichte Nähte nur im Bereich der Arbeitsspannungen von 1 bis 2 V und Stromstär- ken von 300 bis 500 A bei einem Durchmesser von 2, 8 mm der Seelenelektrode zu erhalten.
Die Elektrode des gleichen Durchmessers, welche 1, 250/0 Titan Ti (Ferrotitan) bei entsprechender
Abnahme des Eisenpulvergehaltes bis 10% enthält, gestattet es, dieselben dichten Nähte bei Stromstärken von 300 bis 500 A im Bereich 4 bis 6 V zu erhalten, jedoch entsprechen die mechanischen Eigen- schaften vom Metall der Naht den Anforderungen der Praxis nicht, weil das Nahtmetall eine verminder- te Plastizität aufweist, was durch die Tabelle veranschaulicht wird :
EMI2.1
<tb>
<tb> Festigkeits- <SEP> Kerbschlagzähiggrenze <SEP> Relative <SEP> keit <SEP> bei <SEP>
<tb> Prüfelektrode <SEP> : <SEP> kg/mm2 <SEP> : <SEP> Dehnung <SEP> :
<SEP> 20 , <SEP> kgm/cm2
<tb> enthält
<tb> Titan <SEP> 55, <SEP> 0-65, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 0-20, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 0-14, <SEP> 0 <SEP>
<tb> enthält
<tb> kein <SEP> Titan <SEP> 50,0 <SEP> - <SEP> 56,0 <SEP> 20,0 <SEP> - <SEP> 28,0 <SEP> 12,0 <SEP> - <SEP> 19,0
<tb>
Die Erfindung setzt sich zum Ziele, die oben genannten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, eine Seelenelektrode zu entwickeln, die beim Schweissen und Auftragsschweissen in einem breiteren Bereich der Arbeitsspannungen im Vergleich zu den bekannten Seelenelektroden der gleichen Art gute technologische Eigenschaften hat sowie gute mechanische Eigenschaften vom Metall der Naht gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe einer Seelenelektrode zum Schweissen und Auftragsschweissen von Stählen gelöst, die eine Metallhülle aufweist, worin sich ein Pulvergemisch befindet, das CaCOg, CaF., TiO, Mn, Si sowie erfindungsgemäss ausser den oben genannten Komponenten auch Na2 C03 enthält.
Die günstigste Lösung dieser Aufgabe wird durch Benutzung einer Seelenelektrode erhalten, die
EMI2.2
<tb>
<tb> 2, <SEP> 0-4, <SEP> Olo <SEP> CACOa <SEP>
<tb> 2, <SEP> 0-6, <SEP> 0% <SEP> CaF <SEP>
<tb> 3, <SEP> 0- <SEP> 7, <SEP> 0% <SEP> TiC2 <SEP>
<tb> 1, <SEP> 0-2, <SEP> 5% <SEP> Mn
<tb> 0, <SEP> 5-2, <SEP> 0% <SEP> Si <SEP>
<tb> l, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 3,0% <SEP> Na2CO3
<tb>
ihres Gesamtgewichtes enthält, wobei Eisen bzw. der Stahl der Hülle den Rest ausmacht.
Wenn die Seelenelektrode zwei Hüllen hat, dann befinden sichMn, Si und Fe (in Pulverform) innerhalb der inneren Hülle und CaCO3, CaF2 und TiO2 zwischen den Hüllen.
Die Seelenelektrode gemäss der Erfindung weist gute technologische Eigenschaften auf, gestattet das Schweissen und Auftragsschweissen im breiten Bereich der Arbeitsspannungen und gewährleistet gute mechanische Eigenschaften vom Nahtmetall.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.
Die erfindungsgemässe Seelenelektrode besteht aus mindestens einer Metallhülle, welche das erwähnte Pulvergemisch enthält, wobei das Eisen ausser in der Hülle auch im Pulvergemisch vorhanden sein kann.
Die zusätzliche Einführung von Na2CO3 in die CaCO3-enthaltende Elektrodeerhöht die Wirksamkeit des Schutzes des geschmolzenen Metalls beim Schweissen und Auftragsschweissen. Die Ver-
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in Folge der beschleunigten Dissoziation von CACAOS in Gegenwart von Na2CO3 erreicht.
Das Vorhandensein von NaCOg in der Elektrode verbessert die Stabilität des Lichtbogens beim Schweissen und Auftragsschweissen und erhöht die Aktivität der gebildeten Schlacken. Dies erweitert den Bereich der Arbeitsspannungen beim Schweissen und Auftragsschweissen im Vergleich zu Elektroden, die kein NaCO g enthalten, wobei gute technologische Eigenschaften der Elektrode gewährleistet wer-
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den.
DerwirksameSchutzdesgeschmolzenenMetallesvorderLuftbeimSchweissenundAuftragsschwei- ssen ohne zusätzlichen Schutz sowie eine gute reinigende Wirkung der Schlacken und eine Desoxydation des Metalles gestatten die Erzielung guter mechanischer Eigenschaften vom Metall der Naht beim Schweissen mit der vorgeschlagenen Elektrode.
Die Elektrode zum Schweissen von Kohlenstoff- und niedriglegierten Stählen und zum Auftragsschweissen, das die Wiederherstellung der geometrischen Ausmasse von Werkteilen zum Zwecke hat, enthält :
EMI3.1
<tb>
<tb> 2, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 4,0% <SEP> CaCO
<tb> 1, <SEP> 0-3, <SEP> Wo <SEP> Na2 <SEP> cos <SEP>
<tb> 3, <SEP> 0-7, <SEP> 0% <SEP> Ti02 <SEP>
<tb> 2, <SEP> 0- <SEP> 6, <SEP> 0o <SEP> CaF <SEP>
<tb> 1, <SEP> 0-2, <SEP> 5% <SEP> Mn <SEP>
<tb> 0, <SEP> 5-2, <SEP> Wo <SEP> Si
<tb>
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auch im Pulvergemisch enthalten sein.
Die Seelenelektrode zum Schweissen von legierten Stählen oder zum Auftragsschweissen kann ausser den oben angeführten Komponenten noch andere Komponenten, wie sie in legierten Stählen üblich sind enthalten.
Bei der Benutzung einer Seelenelektrode mit zwei Hüllen - innerer und äusserer-ist es zweckmässig,
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che Anordnung der in der Seelenelektrode enthaltenen Komponenten sichert den minimalen Abbrand von Eisen und legierenden Materialien.
Be is pie 1 1 : Die Seelenelektrode mit doppelter Hülle aus kohlenstoffarmem Stahl enthält in der äusseren Hülle (in Prozent vom Gesamtgewicht der Elektrode von 3mm Durchmesser) :
EMI3.4
<tb>
<tb> CaCO <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Marmor) <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Na <SEP> CO <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (kalcinierte <SEP> Soda) <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP>
<tb> TiO <SEP> 2 <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Butil) <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP>
<tb> CaF <SEP> 2 <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Flussspat) <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
und in der inneren Hülle :
EMI3.5
<tb>
<tb> Mn <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Ferromangan) <SEP> 2,0
<tb> Si <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Ferrosilizium) <SEP> und <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Fe <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Eisenpulver) <SEP> 21, <SEP> 0
<tb>
Eine solche Elektrode sichert die Erhaltung von dichten Nähten beim Schweissen und Auftragsschweissen von Kohlenstoff- und niedriglegierten Stählen in dem in der Tabelle 1 angeführten Bereich der Arbeitsspannungen des Lichtbogens.
Tabelle 1
EMI3.6
<tb>
<tb> Arbeitsspannungen <SEP> des <SEP> LichtFördergeschwindigkeit <SEP> Schweissstromstärke <SEP> bogens
<tb> der <SEP> Elektrode, <SEP> m/h <SEP> A <SEP> V
<tb> 110,0 <SEP> 300 <SEP> - <SEP> 320 <SEP> 22 <SEP> - <SEP> 26
<tb> 140,0 <SEP> 350 <SEP> - <SEP> 370 <SEP> 23 <SEP> - <SEP> 29
<tb>
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Tabelle l (Fortsetzung)
EMI4.1
<tb>
<tb> Arbeitsspannungen <SEP> des
<tb> Fördergeschwindigkeit <SEP> Schweissstromstärke <SEP> Lichtbogens
<tb> der <SEP> Elektrode, <SEP> m/h <SEP> A <SEP> V
<tb> 180,0 <SEP> 420 <SEP> - <SEP> 450 <SEP> 24 <SEP> - <SEP> 30
<tb> 220, <SEP> 0 <SEP> 490-520 <SEP> 25-31 <SEP>
<tb> 300, <SEP> 0 <SEP> 570 <SEP> - <SEP> 600 <SEP> 26 <SEP> - <SEP> 31 <SEP>
<tb>
Das Schweissen und Auftragsschweissen wurde dabei mit Gleichstrom umgekehrter Polarität durchgeführt.
Im Bereich der in der Tabelle 1 angeführten Arbeitsbedingungen wird die Erhaltung von hohen mechanischen Eigenschaften vom Metall der Naht gesichert, was die in der Tabelle 2 angegebenen Daten veranschaulichen.
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Tabelle 2
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<tb>
<tb> Zugfestig-Relative
<tb> Fliessgrenze <SEP> keit <SEP> Relative <SEP> Quer- <SEP> Kerbschlagzähigkeit <SEP>
<tb> Schweissbedingungen <SEP> kg/mm2 <SEP> kg/mm2 <SEP> Dehnung <SEP> % <SEP> kontraktion <SEP> % <SEP> kgm/cm2
<tb> Schweiss- <SEP> Licht- <SEP>
<tb> strom- <SEP> bogen- <SEP>
<tb> stärke <SEP> spannung
<tb> A <SEP> V
<tb> 350 <SEP> - <SEP> 380 <SEP> 23 <SEP> - <SEP> 24 <SEP> 42,0 <SEP> - <SEP> 48,0 <SEP> 55,0 <SEP> - <SEP> 58,0 <SEP> 22,0 <SEP> - <SEP> 26,0 <SEP> 45,0 <SEP> - <SEP> 70,0 <SEP> 16,0 <SEP> - <SEP> 22,0
<tb> 29 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 38,0 <SEP> - <SEP> 44,0 <SEP> 50,0 <SEP> - <SEP> 56,0 <SEP> 21,0 <SEP> - <SEP> 27,0 <SEP> 60,0 <SEP> - <SEP> 70,0 <SEP> 20,0 <SEP> - <SEP> 31,0
<tb> 440 <SEP> - <SEP> 460 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 26 <SEP> 40, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 52,0 <SEP> 53,0 <SEP> - <SEP> 57,0 <SEP> 22,0 <SEP> - <SEP> 28,
0 <SEP> 64,0 <SEP> - <SEP> 70,0 <SEP> 20,0 <SEP> - <SEP> 24, <SEP> 0
<tb> 30 <SEP> - <SEP> 31 <SEP> 40,0 <SEP> - <SEP> 43,0 <SEP> 53,0 <SEP> - <SEP> 55,0 <SEP> 24,0 <SEP> - <SEP> 26,0 <SEP> 65,0 <SEP> - <SEP> 70,0 <SEP> 16,0 <SEP> - <SEP> 19,0
<tb>
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Die mechanischen Eigenschaften vom Metall der Naht und der Schweissverbindung wurden beim Schweissen des kohlenstoffarmen Konstruktionsstahls bestimmt. Die Prüfergebnisse sind nach 6 bis 14 Proben angegeben.
Die chemische Zusammensetzung vom Metall der mit der Elektrode der angegebenen Zusammensetzung ausgeführten Nähte lag im Bereich :
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<tb>
<tb> C <SEP> - <SEP> 0,08 <SEP> - <SEP> 0,14 <SEP> % <SEP> ; <SEP> Mn <SEP> - <SEP> 0,7 <SEP> - <SEP> 0,9%; <SEP> Si <SEP> - <SEP> 0,15 <SEP> - <SEP> 0,25%;
<tb> S <SEP> - <SEP> 0,015 <SEP> - <SEP> 0,023% <SEP> ; <SEP> P <SEP> - <SEP> 0,012 <SEP> - <SEP> 0,02%; <SEP> N <SEP> - <SEP> 0,01 <SEP> - <SEP> 0,02%.
<tb>
Beispiel 2 : Die Elektrode enthält :
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<tb>
<tb> 2, <SEP> 0% <SEP> CaCOs <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Marmor)
<tb> 1,5% <SEP> Na2CO3 <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (kalzinierte <SEP> Soda)
<tb> 4, <SEP> 5 <SEP> TiO <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Rutilkonzentrat)
<tb> 3,5% <SEP> CaF2 <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Flussspat)
<tb> 1, <SEP> 30/0 <SEP> Mn <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Ferromangan)
<tb> 0,9% <SEP> Si <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Ferrosilizium) <SEP> und
<tb> 15, <SEP> solo <SEP> Fe <SEP> z. <SEP> B. <SEP> als <SEP> (Eisenpulver)
<tb>
des Gesamtgewichtes der Elektrode. Den Rest bildet die Hülle aus dem kohlenstoffarmen Stahlband.
Beim Schweissen mit der genannten Elektrode eines Stahls, der
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<tb>
<tb> 0,18% <SEP> C <SEP> ; <SEP> 0,8% <SEP> Mn; <SEP> 0,5% <SEP> Si; <SEP> 0,4% <SEP> Cr;
<tb> 0,35% <SEP> Ni; <SEP> 0,3% <SEP> Cu; <SEP> 0,02% <SEP> S; <SEP> 0,014% <SEP> P
<tb>
EMI6.4
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Tabelle 3
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<tb>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> Relative <SEP> Kerbschlagzähigkeit <SEP> kgm/cm <SEP> 2 <SEP>
<tb> Schweissbedingungen: <SEP> kg/mm <SEP> Dehnung <SEP> bei
<tb> Schweiss- <SEP> Licht- <SEP> +20 C <SEP> -40 C
<tb> strom- <SEP> bogen- <SEP>
<tb> stärke <SEP> spannung
<tb> A <SEP> V
<tb> 320 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 26 <SEP> 52,4 <SEP> - <SEP> 56,4 <SEP> 22,9 <SEP> - <SEP> 31,8 <SEP> 13,9 <SEP> - <SEP> 18,6 <SEP> 7,6 <SEP> - <SEP> 13,6
<tb> 53, <SEP> 6 <SEP> 28, <SEP> 9 <SEP> 17, <SEP> 8 <SEP> 11, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 400 <SEP> 27 <SEP> - <SEP> 28 <SEP> 51,6 <SEP> - <SEP> 54,0 <SEP> 23,1 <SEP> - <SEP> 29,0 <SEP> 18,7 <SEP> - <SEP> 26,9 <SEP> 15,2 <SEP> -17,4
<tb> 53, <SEP> 4 <SEP> 26, <SEP> 9 <SEP> 24, <SEP> 1 <SEP> 16, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 450 <SEP> 27 <SEP> - <SEP> 28 <SEP> 52,0 <SEP> - <SEP> 55,4 <SEP> 21,7 <SEP> - <SEP> 28,2 <SEP> 16,4 <SEP> - <SEP> 19,
6 <SEP> 10,8 <SEP> - <SEP> 15,3
<tb> 53, <SEP> 6 <SEP> 25, <SEP> 8 <SEP> 18, <SEP> 2 <SEP> 13, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 550 <SEP> 28 <SEP> - <SEP> 29 <SEP> 54,1 <SEP> - <SEP> 59,2 <SEP> 24,2 <SEP> - <SEP> 28,0 <SEP> 16,3 <SEP> - <SEP> 18,7 <SEP> 10,5 <SEP> - <SEP> 11,8
<tb> 56,4 <SEP> 26,3 <SEP> 17,1 <SEP> 11,3
<tb>
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Bei den Prüfungen auf Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit sind die Grenzwerte von Prüfergebnissen der 4 bis 12 Proben im Zähler und die Durchschnittswerte im Nenner angegeben.
Die Beschreibung und Beispiele zeigen, dass es die erfindungsgemässe Seelenelektrode auf Grund der Benutzung einer besonderen Zusammensetzung ermöglicht, das Schweissen und Auftragsschweissen von Stählen in einem breiteren als früher bekannten Arbeitsspannungsbereich des Lichtbogens auszuführen, wobei die Erhaltung einer hohen Qualität vom Metall der Naht bei hoher Schweissgeschwindigkeit gesichert ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Seelenelektrode zum Schweissen und Auftragsschweissen von Stählen, die mindestens eine Metallhülle aufweist, worin sich ein Pulvergemisch befindet, das CaCO,CaF,TiO, Mn und Si enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch ausser den genannten Komponenten Na2CO3 enthält, wobei die Seelenelektrode
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<tb>
<tb> 2, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 4, <SEP> cp/o <SEP> CaCO <SEP>
<tb> 2, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 6,0% <SEP> CaF
<tb> 3, <SEP> 0- <SEP> 7, <SEP> cp/o <SEP> TiO <SEP>
<tb> 1, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2,5% <SEP> Mn
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 2,0% <SEP> Si
<tb> 1, <SEP> 0- <SEP> 3, <SEP> 0% <SEP> Na <SEP> CO3
<tb>
ihres Gesamtgewichtes enthält und Eisen bzw. Stahl der Hülle den Rest bildet.