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Seelenelektrode zum kontinuierlichen Lichtbogenschweissen
Die Erfindung betrifft eine Seelenelektrode zum kontinuierlichen Lichtbogenschweissen, welche einenFlussstahlmantel ohne äusseres Flussmittel aufweist und imstande ist, ohne äussere Abschirmung des Lichtbogens, ein Schweissgut niederzuschlagen, welches eine Dehnbarkeit von mindestens 1SO/o, einen Querschnittsverlust von mindestens 25% und eine Schlagfestigkeit nach Charpy von mindestens 3, 01 cm/g bei 200C und von mindestens 1, 34 cm/g bei 980 C in Übereinstimmung mit dem mechanischen Testverfahren, welches in B. S.
S. 639,1964, festgelegt ist, aufweist, wobei das Schweissgut folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweist :
EMI1.1
<tb>
<tb> allgemeiner <SEP> bevorzugter
<tb> Bereich <SEP> in <SEP> % <SEP>
<tb> Kohlenstoff <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 11 <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> bis <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Mangan <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> bis <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> bis <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Silizium <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Titan <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Schwefel <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 03 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP>
<tb> Phosphor <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,
<SEP> 03 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> Rest <SEP> Rest
<tb>
Die erfindungsgemässen Elektroden weisen folgende Zusammensetzung in Gew. -0/0 auf :
EMI1.2
<tb>
<tb> allgemeiner <SEP> bevorzugter
<tb> Bereich <SEP> in <SEP> %
<tb> Kohlenstoff <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> l, <SEP> bis <SEP> 3,5 <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Mangan <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> bis <SEP> 1,6 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 1.
<SEP> 0
<tb> Silizium <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Fluoride <SEP> 8 <SEP> bis <SEP> 16 <SEP> 10 <SEP> bis <SEP> 15
<tb> Carbonate <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 6 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Schlackenausgleicher <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> (abgesehen <SEP> von <SEP> gelegentlichen <SEP> Verunreinigungen) <SEP> Rest <SEP> Rest
<tb>
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Das Gewichtsverhältnis von Fluoriden zu Carbonaten beträgt 3, 2 bis 6, vorzugsweise 4, 2 bis 4, 7.
Das Aluminium in der Seele kann als Metallpulver, als Eisenlegierung oder als Draht anwesend sein.
Das Mangan stammt teilweise aus der Umhüllung und teilweise aus dem Ferromangan oder aus dem
Siliziummanganin der Seele. Das Ferromangan enthält 80% Mangan und 0, 5% Kohlenstoff, während der
Rest im wesentlichen Eisen ist, aber ein Eisengehalt von 60/0 ist noch annehmbar. das Stliztumnangart enthält üblicherweise 60% Silizium und 40% Mangan.
Das Silizium stammt hauptsächlich aus der Seele und ist z. B. als Eisenlegierung oder als Silizium- mangan vorhanden, aber ein kleiner Anteil, z. B. 0, 02% des Siliziums, kann in der Umhüllung anwe- send sein.
DerFluorgehalt der Elektrode ist so beschaffen, dass die Elektrode mindestens 8% an Kalziumfluorid enthält. Wenn jedoch der Gehalt an Kalziumfluorid diesen Wert wesentlich überschreitet, kann ein Teil durchKryolithersetztwerden. Als Carbonate können verwendet werden : Barium-, Kalzium-, Strontium- oder Magnesiumcarbonat, wovon jedoch bis zu 2%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Carbonate, an
Kaliumcarbonat verwendet werden kann.
Die Schlackenregler, die die Zähigkeit der Schlacke einstellen, indem sie die Schlacke verfestigen, können Aluminiumoxyd, Siliziumdioxyd, Titandioxyd oder Zirkondioxyd sein und können als
Oxyde oder als Verbindungen dieser Oxyde, wie Kaliumtitanat. Natriumsilikat oder Feldspat anwesend sein. Ein kleiner Anteil der Schlackenregler kann dafür verwendet werden, das exakte Ausmass der nötigen Schlackenrückführung einzustellen. Bevorzugt wird Aluminiumoxyd verwendet, jedoch sind auch die andern Schlackenregler verwendbar, sie dürfen aber nicht in zu grossen Mengen eingesetzt werden, da sie sonst durch die Reduktionswirkung des Aluminiums in das Schweissgut hineinlegieren.
Um sicher zu gehen, dass der Titangehalt des Schweissgutes den oben festgesetzten Bereich nicht überschreitetund dass anderseits das Zirkon im Schweissgut nur als Verunreinigung anwesend ist, soll der Titan-und Zirkoniumoxydgehalt 0, 5%, bezogen auf das Gewicht der Elektrode, nicht überschreiten.
Das Eisen stammt aus der Umhüllung, den Eisenlegierungen und dem Eisenpulver in der Seele. Es bestehen keine Bedenken, Eisenpulver. welches beträchtliche Mengen an Kohlenstoff aufweist, zu verwenden, vorausgesetzt, dass der Kohlenstoffgehalt das oben angegebene Maximum nicht überschreitet.
Dies ist deshalb von Wichtigkeit, damit das Eindringen von Kohlenstoff in das Schweissgut in einer Menge, die die oben angegebene Grenze überschreitet, vermieden wird.
Die erfindungsgemässen Elektroden sind in erster Linie für das Schweissen in der horizontalen und ebenen Position gedacht und ergeben Schweissen von gutem Aussehen mit feinen Wellenfurchen, mit einem guten Schweissprofil und ein Schweissgut von hoher Duktilität und guter Schlagfestigkeit. Die Elektroden sind leicht zu verwenden, erfordern keine spezielle Konzentration des Bearbeiters und vermindern so die Ermüdungserscheinungen desselben. Die Niederschlagsgeschwindigkeit des BdiamJssgtBs aus der Elektrode ist hoch und daher wird mit der Elektrode ein rasches Schweissen erzielt.
Die Schlacke kann leicht kontrolliert werden und das Schweissbad ist leicht zu beobachten.
Die Elektroden können Eisenpulver bis zu einer Menge von 35%, bezogen auf das Gewicht der Elektrode, enthalten. Falls Eisenpulver in der Seele anwesend ist, soll die Seele mindestens 20%, bezogen auf das Gewicht der Elektrode ausmachen, um ein schnelles Niederschlagen zu sichern. Das Gewicht der Seele kann auch bis zu 48%, bezogen auf das Gewicht der Elektrode, ausmachen ; der Bereich von 24 bis 35%, ist jedoch bevorzugt. Wenn die Seele kein Eisenpulver enthält, ist sie selbstverständlich leichter und in diesem Fall kann das Gewichtsverhältnis Seele : Elektrode = 14 : 20%, vorzugsweise 16 : 18%, betragen.
Im folgenden werden Beispiele von erfindungsgemässen Elektroden angeführt ; in jedem Fall bestand die Elektrodenhülle aus unberuhigte Stahl mit Tiefzieheigenschaften der Zusammensetzung : Kohlen-
EMI2.1
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EMI3.1
<tb>
<tb>
Schwefel1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP>
<tb> Altumniumpulver <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP> 99 <SEP> 10 <SEP> 9 <SEP> 6 <SEP> 16
<tb> Ferromangan <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 5
<tb> Ferrosilizium <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 3
<tb> Kaliumfluorid <SEP> 40 <SEP> 48 <SEP> 52 <SEP> 35 <SEP> 30 <SEP> 25 <SEP> 28 <SEP> 26 <SEP> 60
<tb> Siliziumdioxyd <SEP> 1 <SEP> ! <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Aluminiumoxyd <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 1/2-l <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> Kryolith <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 15 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 2 <SEP>
<tb> Eisenpulver <SEP> 38 <SEP> 27, <SEP> 5 <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP> 24 <SEP> 48,
<SEP> 5 <SEP> M <SEP> M <SEP> 59 <SEP>
<tb> Kalziumcarbonat <SEP> 6 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 12 <SEP>
<tb> Magnesiumcarbonat <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP> 5 <SEP> 9 <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> - <SEP> 2 <SEP>
<tb> Seele, <SEP> % <SEP> bezogen <SEP> auf <SEP> das
<tb> Gewicht <SEP> der <SEP> Eleldrode <SEP> 28 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 32 <SEP> 33 <SEP> 36 <SEP> 43 <SEP> 15
<tb>
Ergebnisse der mechanischen Untersuchungen aus Beispiel l :
EMI3.2
<tb>
<tb> Fliessgrenze <SEP> t/cm2
<tb> Zugfestigkeit <SEP> cm <SEP> 5, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Dehnbarkeit <SEP> % <SEP> 21
<tb> Querschnittsverlust <SEP> % <SEP> 47
<tb> Charpy <SEP> Cm/kg <SEP> bei <SEP> 20 C <SEP> 3028
<tb> (Mittel <SEP> aus <SEP> 3 <SEP> Proben)
<tb>
EMI3.3
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 Silizium, 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.
Wenn die Länge des Lichtbogens zu gross ist, wird zuviel Aluminium verloren und das Schweissgut neigt dazu, Poren zu bekommen, während wenn die Lichtbogenlänge zu kurz und der Schweissstrom zu hoch ist, sehr viel Aluminium und gegebenenfalls Silizium und Mangan im Schweissgut zurückgehalten werden, so dass dessen Zugfestigkeit ansteigt und die Duktilität unerwünscht herabgesetzt wird.
Die Elektroden sollen dementsprechend unter solchen Bedingungen betrieben werden. dass
V = 1,9 A+X2-
EMI3.4
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EMI4.1
wobei c der Schweissstrom in A und d der Durchmesser der Elektrode in cm ist ; X liegt zwischen 18 und 29 und Y zwischen 19 und 30.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Seelenelektrode zum kontinuierlichen Lichtbogenschweissen mit einem Flussstahlmantel und ohne äussere Flussmittelumbüllung, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgende Gesamtzusammensetzung in Gew. -0/0 besitzt :
EMI4.2
<tb>
<tb> Kohlenstoff <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0, <SEP> 3% <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 3,5%
<tb> Mangan <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> bis <SEP> 1,6%
<tb> Silizium <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> 0,6%
<tb> Fluoride <SEP> 8 <SEP> bis <SEP> 16 <SEP> % <SEP>
<tb> Carbonate <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 6 <SEP> %
<tb> Schlackenregler, <SEP> wie <SEP> z.B.
<tb>
Aluminiumoxyd, <SEP> Titandioxyd
<tb> oder <SEP> Zirkondioxyd <SEP> (als <SEP> solche
<tb> oder <SEP> als <SEP> Verbindungen) <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> %
<tb> Eisen <SEP> Rest,
<tb>
wobei das Verhältnis der Fluoride zu den Carbonaten zwischen 3, 2 und 6 liegt und die Gesamtmenge an Titandioxyd und Zirkondioxyd 0,5% nicht überschreitet und wobei der Fluoridgehalt sich zusammensetzt aus Kalziumfluorid oder einer Mischung aus Kalziumfluorid und Kryolith, wenn der Kalziumfluoridgehalt 8% wesentlich überschreitet.