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Seelenelektrode zum kontinuierlichen Lichtbogenschweissen
Die Erfindung betrifft eine Seelenelektrode zum kontinuierlichen Lichtbogenschweissen, welche einen Flussstahlmantel ohne äusseres Flussmittel aufweist und imstande ist, ohne äussere Abschirmung des Lichtbogens ein Schweissgut abzulagern, welches eine Dehnbarkeit von mindestens 18%, einen Querschnittsverlust von mindestens 25% und eine Schlag :
festigkeit flach Charpy von mindestens 3, 01 cm je g bei 200C und von mindestens 1, 34 cm/g bei-30 C in Übereinstimmung mit dem mechanischen Testverfahren, welches in B.S.[1964],S.639, festgelegt ist, aufweist. wobei das Schweissgut folgende Zusammensetzung in Gew. -0/0 aufweist :
EMI1.1
<tb>
<tb> allgemeiner <SEP> bevorzugter
<tb> Bereich <SEP> in <SEP> %
<tb> Aluminium <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 5-0, <SEP> 75 <SEP>
<tb> Silicium <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,35 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,2
<tb> Mangan <SEP> 0, <SEP> 3-1, <SEP> 25 <SEP> 0, <SEP> 7-1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Titan <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,25 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,15
<tb> Schwefel <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP>
<tb> Phosphor <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP>
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0,04-0,15 <SEP> 0,08-0,13
<tb> Eisen <SEP> (abgesehen <SEP> von <SEP> gelegentlichen <SEP> Verunreinigungen) <SEP> Rest <SEP> Rest
<tb>
Die Elektroden enthalten Aluminium in der Seele, wovon die Hälfte in Schweissgut übergeht, während der Rest zu Aluminiumoxyd oxydiert wird,
welches eine Schlacke bildet.
Das Aluminiumoxyd stellt insofeme ein Problem dar, als es sich mit dem Niederschlag auf dem Schweissgut vermengt und dazu neigt, unregelmässige hochschmelzende Schlackenkügelchen zu bilden, welche das Aussehen des Schweissgutes verschlechtem und übermässige Unterhöhlungen oder scharfe Einkerbungen in der Schweissverbindung bilden, was die Festigkeit von geschweissten Produkten wesentlich herabsetzen kann. Die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls wird beeinflusst und das Aussehen der Schweisse wird verschlechtert. Ein hoher Verlust durch das Spratzen ist mit dieser Bedingung verbunden.
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Der nachteilige Einfluss des Aluminiumoxyds wird durch den Einschluss von Fluoriden in die Elektrodenseele kompensiert. Wenn Fluoride in der unten angegebenen Menge anwesend sind, dann löstsich das Aluminiumoxyd im flüssigen Fluorid unter Bildung einer einwandfreien Schlacke. Es ist auch sehr vorteilhaft, wenn die Elektrode kleine Mengen an Ferrotitan enthält, um die Porosität in der Schweisse gänzlich oder fast gänzlich auszuschliessen. Das Fluorid kann als Kalziumfluorid oder Kryolith, aber auch als Kalium-Titan-Fluorid oder Natriumfluorid vorliegen.
Im folgenden ist die Gesamtzusammensetzung der Elektrode in Gew.-% angegeben :
EMI2.1
<tb>
<tb> Titan <SEP> als <SEP> Ferrotitan <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,1%
<tb> Mangan <SEP> 0, <SEP> 8- <SEP> 1, <SEP> 5% <SEP>
<tb> Kaliumcarbonat <SEP> 0-0, <SEP> 2% <SEP>
<tb> Natrinm- <SEP> oder <SEP> Kaliumsilikat. <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 0,3%
<tb> Fluoride, <SEP> davon <SEP> mindestens <SEP> 1,7% <SEP> Kalziumfluorid
<tb> oder <SEP> Kryolith <SEP> 1,7 <SEP> - <SEP> 5,5%
<tb> Titandioxyd <SEP> als <SEP> Titanat <SEP> oder <SEP> als <SEP> Mineral <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 25% <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 2, <SEP> 6 <SEP> %. <SEP>
<tb>
Silizium <SEP> in <SEP> der <SEP> Hülle <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 03% <SEP>
<tb> Eisen <SEP> als <SEP> Umhüllung <SEP> 60-85%
<tb> Eisen <SEP> als <SEP> Pulver <SEP> oder <SEP> als <SEP> Eisenlegiemng <SEP> Rest
<tb>
Das Ferrotitan enthält vorzugsweise 25% Titan. Der Mangangehalt umfasst das, Mangan in der Umhüllung (etwa 0, 41o) und das Ferromangan in der Seele, welche vorzugsweise 80 bis 90% Mangan und bis zu 7% Kohlenstoff enthält. Das Eisenpulver kann bis zu 0, 25% Kohlenstoff enthalten.
Nachstehend werden Beispiele von typischen Elektroden dieser Kategorie angeführt, daran anschliessend die mechanischen Eigenschaften und die Zusammensetzungen der erhaltenen Schweissen.
EMI2.2
<tb>
<tb>
Beispiele <SEP> für <SEP> die <SEP> Zusammensetzung <SEP> der <SEP> Seele <SEP> in <SEP> je
<tb> bezogen <SEP> auf <SEP> das <SEP> Gewicht <SEP> der <SEP> Elektrode
<tb> Versuch <SEP> Nr. <SEP> 403A <SEP> 403 <SEP> 406 <SEP> 408 <SEP> 404 <SEP> 411
<tb> Ferrotitan <SEP> (25% <SEP> Ti) <SEP> 0,25 <SEP> 0,30 <SEP> 0,30 <SEP> 0,25 <SEP> 0,30 <SEP> 0,2
<tb> Ferromangan <SEP> 0, <SEP> 73 <SEP> 0, <SEP> 73 <SEP> 0, <SEP> 73 <SEP> 0, <SEP> 60 <SEP> 0, <SEP> 70 <SEP> 0, <SEP> 60 <SEP>
<tb> K2CO3 <SEP> 0,07 <SEP> 0,07 <SEP> 0, <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 07 <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP>
<tb> Geschmolzenes
<tb> Natriumsilikat <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0,2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 26 <SEP>
<tb> Rutil-sand <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> CaF2 <SEP> 2,2 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> 3,
3 <SEP> 2,7 <SEP> 3,3
<tb> NaA1F-2, <SEP> 5--- <SEP>
<tb> KTiFg--0. <SEP> 07 <SEP> 0, <SEP> 07-0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> (Draht) <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP>
<tb>
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(Fortsetzung) :
EMI3.1
<tb>
<tb> Beispiele <SEP> für <SEP> die <SEP> Zusammensetzung <SEP> der <SEP> Seele <SEP> in <SEP> %
<tb> bezogen <SEP> auf <SEP> das <SEP> Gewicht <SEP> der <SEP> Elektrode
<tb> Versuch <SEP> Nr. <SEP> 403A <SEP> 403 <SEP> 406 <SEP> 408 <SEP> 404 <SEP> 411
<tb> Eisenpulver
<tb> niedriger <SEP> C-Gehalt <SEP> 15, <SEP> 14 <SEP> 14,9 <SEP> 13, <SEP> 3 <SEP> 13, <SEP> 5 <SEP> 14, <SEP> 0 <SEP> 13, <SEP> 3
<tb> Na <SEP> F <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,1
<tb>
Die oben angeführten Bestandteile waren in der Elektrodenseele enthalten, während die Eisenumhüllung der Elektrode 80% des gesamten Gewichtes betrug und folgende Zusammensetzung aufwies :
0,06%Kohlenstoff, 0,4%Mangan,SpurenSilicium,0,03%Schwefel,0,02%Phosphor,RestEisen.
EMI3.2
<tb>
<tb>
Resultate <SEP> der <SEP> mechanischen <SEP> Untersuchung
<tb> Versuch <SEP> Nr. <SEP> 403A <SEP> 403 <SEP> 406 <SEP> 408 <SEP> 404 <SEP> 411
<tb> Fliessgrenze
<tb> t/cm2 <SEP> 3,96 <SEP> 4,0 <SEP> 3,2 <SEP> 4,02 <SEP> 3,1 <SEP> 3,1 <SEP> 4,2
<tb> Zugfestigkeit
<tb> t/cm2 <SEP> 4, <SEP> 9 <SEP> 4,9 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> 5, <SEP> 16 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Dehnbarkeit
<tb> % <SEP> 24 <SEP> 24, <SEP> 3 <SEP> 27 <SEP> 23 <SEP> 26 <SEP> 26 <SEP> 25
<tb> Querschnittsverlust <SEP> 51 <SEP> 48 <SEP> 49 <SEP> 45 <SEP> 60 <SEP> 55 <SEP> 45
<tb>
Charpy cm/kg-Mittel von 3 Proben
EMI3.3
<tb>
<tb> bei <SEP> 20 C <SEP> 3655 <SEP> 2912 <SEP> 5012 <SEP> 5147 <SEP> 3522 <SEP> 3386
<tb> bei <SEP> 00 <SEP> ( <SEP> ;
<SEP> 2573 <SEP> 2302 <SEP> 4673 <SEP> 4131 <SEP> 2641 <SEP> 2370
<tb> bei-10 C <SEP> 1961 <SEP> 1760 <SEP> 3928 <SEP> 2912 <SEP> 1896 <SEP> 2302
<tb> bei <SEP> -300C <SEP> 1625 <SEP> 1354 <SEP> 3115 <SEP> 2506 <SEP> 1490 <SEP> 1961
<tb> Schweissmetallzusammensetzung <SEP> in <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP>
<tb> Versuch <SEP> Nr.
<SEP> 403A <SEP> 403 <SEP> 406 <SEP> 408 <SEP> 404 <SEP> 411
<tb> Mangan <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 1,05 <SEP> 1,14 <SEP> 0,81 <SEP> 1,06 <SEP> 0,73
<tb> Silicium <SEP> 0,25 <SEP> 0,27 <SEP> 0,21 <SEP> 0,22 <SEP> 0,22 <SEP> 0,23
<tb> Titan <SEP> 0,20 <SEP> 0,21 <SEP> 0,13 <SEP> 0,20 <SEP> 0,23 <SEP> 0,17
<tb> Aluminium <SEP> 0,73 <SEP> 0,77 <SEP> 0,805 <SEP> 0,83 <SEP> 0,77 <SEP> 0,82
<tb> Eisen, <SEP> abgesehen
<tb> von <SEP> Verunreinigungen <SEP> Rest
<tb>
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Um die Lichtbogenstabilität zu verbessern und das Entfemen der Schlacke zu erleichtem, kann die Seele der Elektrode auch ein Chlorid eines oder mehrerer der Metalle Caesium, Kalium und Natrium in einer Menge von 0, 1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Elektrode, enthalten.
Ähnlich vorteilhafte Resultate werden erhalten, wenn die Seele bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf die Elektrode, eines Alkali- oder erdalkalicarbonats enthält. Der Natrium- oder Kaliumsilikatgehalt in der Seele kann darüber hinaus bis auf 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Elektrode gesteigert werden.
Die oben angeführte Modifizierung kann den Gehalt an Verunreinigungen wie Schwefel und Phosphor im Schweissgut auf einen Wert, der gewöhnlich unter 0,016% liegt, für jedes dieser Elemente reduzieren und so die Schlagfestigkeit des Schwefssgutes verbessern.
Im folgenden sind die Zusammensetzungen von einigen typischen Elektroden angegeben. In jedem Fall bestand die Umhüllung der Elektrode aus Flussstahl und das Gewicht der Seele betrug 22 Gew.-% jenes der Elektrode. Die unten angegebenen Seelenbestandteile sind in Gew.-%, bezogen auf die Elektrode, angegeben :
EMI4.1
EMI4.2
<tb>
<tb> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> 1. <SEP> 75 <SEP> 1,80 <SEP> 1,75 <SEP> 1,75 <SEP> 1,75 <SEP> 2,2
<tb> Titan <SEP> 0,05 <SEP> 0,07 <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP> 0,05 <SEP> 0,08
<tb> Mangan <SEP> 1,0 <SEP> 0,9 <SEP> 0,85 <SEP> 0,85 <SEP> 0,85 <SEP> 0,93
<tb> Silicium <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03
<tb> NaF <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 13 <SEP> 0, <SEP> 07-0, <SEP> 13 <SEP>
<tb> CaF2 <SEP> 3,3 <SEP> 3,2 <SEP> 3,3 <SEP> 3,7 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 2,7
<tb> Na <SEP> AlF6 <SEP> 0, <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP>
<tb> K2TiF6 <SEP> 0,10 <SEP> 0,10 <SEP> 0,10 <SEP> 0,10 <SEP> 0,
10 <SEP> 0,10
<tb> CaCOj, <SEP> 0, <SEP> 20----0, <SEP> 53
<tb> K2COS <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 0,07 <SEP> 0,07 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 0, <SEP> 06
<tb> K <SEP> 2TiO <SEP> 0, <SEP> 07--0, <SEP> 10 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP>
<tb> CsCl <SEP> 0, <SEP> 10KCl <SEP> 0,20 <SEP> 0, <SEP> 35---0, <SEP> 27
<tb> NaCl <SEP> 0, <SEP> 05geschmolzenes
<tb> Natriumsilikat
<tb> (33% <SEP> NaO) <SEP> 0,30 <SEP> 0,36 <SEP> 0,27 <SEP> 0,27 <SEP> 0, <SEP> 27
<tb> Eisenpulver <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest
<tb>
Nachstehend sind die Zusammensetzungen von Schweissen, die durch diese Elektroden erhalten werden, angegeben :
EMI4.3
<tb>
<tb> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP>
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP>
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0,07% <SEP> 0,075% <SEP> 0,109% <SEP> 0,119% <SEP> 0,102% <SEP> 0,06%
<tb> Mangan <SEP> 0, <SEP> 87% <SEP> 0, <SEP> 93% <SEP> 0, <SEP> 90% <SEP> 0, <SEP> 90% <SEP> 0, <SEP> 90% <SEP> 1,04%
<tb> Silicium.
<SEP> (aus <SEP>
<tb> dem <SEP> Silikat) <SEP> 0, <SEP> 21% <SEP> 0, <SEP> 24% <SEP> 0, <SEP> 19% <SEP> 0, <SEP> 23% <SEP> 0, <SEP> 18% <SEP> 0, <SEP> 14% <SEP>
<tb>
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EMI5.1
EMI5.2
<tb>
<tb> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektode <SEP> ElektJJo1d <SEP> e <SEP> Elektrode
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP>
<tb> Titan <SEP> 0, <SEP> 13% <SEP> 0, <SEP> 09% <SEP> 0, <SEP> 06% <SEP> 0, <SEP> 11% <SEP> 0, <SEP> 11% <SEP> 0, <SEP> 08% <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> 0,74% <SEP> 0,61% <SEP> 0,62% <SEP> 0,79% <SEP> 0,84% <SEP> 1,10%
<tb> Schwefel <SEP> 0,013% <SEP> 0,011% <SEP> 0,018% <SEP> 0,018% <SEP> 0,015% <SEP> 0,02%
<tb> Phosphor <SEP> 0,014% <SEP> 0,012% <SEP> 0,015% <SEP> 0,015% <SEP> 0,015% <SEP> 0,
012%
<tb> Eisen <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest
<tb>
Nachstehend sind die mechanischen Eigenschaften des aus den Elektroden 3 bis 6 niedeigeschlagenen Schweissgutes angeführt :
EMI5.3
<tb>
<tb> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode
<tb> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP>
<tb> Fliessgrenze <SEP> t/cm <SEP> 2 <SEP> 4, <SEP> 01 <SEP> 3, <SEP> 91 <SEP> 3, <SEP> 69 <SEP> 4, <SEP> 15 <SEP>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> t/cm2 <SEP> 4,94 <SEP> 5, <SEP> 29 <SEP> 5, <SEP> 02 <SEP> 4, <SEP> 88 <SEP>
<tb> % <SEP> Dehnung <SEP> 26, <SEP> 2 <SEP> 23, <SEP> 7 <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP> 25
<tb> 0/0 <SEP> Querschnittsverlust <SEP> 45 <SEP> 44 <SEP> 40 <SEP> 62
<tb> Charpy <SEP> V <SEP> bei <SEP> 200C <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 93 <SEP>
<tb> Charpy <SEP> V <SEP> bei <SEP> OOC <SEP> 61, <SEP> 5 <SEP> 55 <SEP> 57,
<SEP> 3 <SEP>
<tb> Charpy <SEP> V <SEP> bei <SEP> -200C <SEP> 46 <SEP> 59 <SEP> 53 <SEP> 57
<tb>
Wie aus dem vorher Gesagten hervorgeht, bestehen die erfindungsgemässen Elektroden aus einer Flussstahlumhüllung, die eine Seele umschliesst, welche stickstoffbindende und ausserdem desoxydierende Elemente enthält. Diese Elektroden können ohne Abschirmung mit Erfolg verwendet werden, weil diese Elemente den schädlichen Einfluss des atmosphärischen Stickstoffes und Sauerstoffes ausschalten oder fast ausschalten. Ihr Einfluss besteht darin, dass sie in das Schweissbad eindringen und einen sehr starken Abfall der Schlagfestigkeit und der Duktilität herbeiführen.
Um die Herstellung eines wie oben angegebenen Schweissgutes zu sichern, ist es wesentlich, dass ein gewisser Anteil an Aluminium, Mangan und Silicium in das Schweissgut übergeht. Dieser Anteil variiert mit den folgenden Faktoren :
1. Die Länge des Lichtbogens hat einen grösseren Einfluss auf das Einlegieren, ein langer Lichtbogen neigt dazu, bei Reaktion unter atmosphärischem Einfluss viele in der Elektrode anwesende Legierungselemente nicht einzulegieren, während ein kurzer Lichtbogen das Einlegieren unterstützt.
2. Der Schweissstrom hat ebenso einen grösseren Einfluss auf das Einlegieren, ein hoher Strom vergrössert das Einlegieren und ein niedriger Strom setzt es herab.
Dementsprechend wird, wenn die Länge des Lichtbogens zu gross ist, zuviel Aluminium verloren und das Schweissgut neigt dazu, Poren zu bekommen, während wenn die Liehtbogenlänge zu kurz und der Schweissstrom zu hoch ist, sehr viel Aluminium und gegebenenfalls Silicium und Mangan im Schweissgut zurückgehalten wird, so dass dessen Zugfestigkeit ansteigt und die Duktilität unerwünscht herabgesetzt wird.
EMI5.4
EMI5.5
EMI5.6