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Die Erfindung bezieht sich auf einen Mantelschweissdraht zum Schweissen und Auftragschweissen von Stählen unter Schutzgas, mit einem Stahlmantel und einem von diesem umgebenen, pulverartigen Kern, der Rutil, Ferromangan, Ferrosilizium und Zuschlagstoffe enthält.
Ein bekannter Schweissdraht, der sogenannte Pulverdraht ist mit einem Kern ausgerüstet, der 55 Gew.-% Rutil, 16 Grew.-% Mangan, 14 Gew.-% Ferrosilizium, sowie 15 Gew.-% Zuschlag aus Magnetit aufweist. Das Gewicht des Stahlmantels beträgt 84 Gew.-% des Drahtgewichtes. Die mechanischen Eigenschaften der mit solchen Drähten gewonnenen Schweissen lassen zu wünschen übrig, beispielsweise beträgt die Kerbschlagfähigkeit bei 20 C nur 8 bis 9 Kpm und bei-18 C nur 3 bis 4 Kpm. Beim Schweissen von mit Rost bedeckten Stählen fällt die Schweisse porös aus. Bekanntlich beeinträchtigt in der Schweisse gelöster Wasserstoff deren mechanische Eigenschaften sehr bedeutend.
Ein Nachteil der in Rede stehenden Drähte liegt darin, dass sie keine Bestandteile enthalten, die Wasserstoff in Form von in der Schweisse unlösbaren Verbindungen binden könnten. Derartige Drähte können also nicht zum Schweissen von dynamisch beanspruchten oder tiefen Temperaturen ausgesetzten Konstruktionen verwendet werden.
Bekannt ist ferner ein Mantelschweissdraht mit Stahlmantel und mit einem Kern, der zu 20 bis 40 Gew.-%
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Feldspat, 0, 6 bis 4, 5 Gew.-% aus Fluorsilikat und 37 bis 68 Gew.-% aus Eisenpulver besteht. Die mechanischen Eigenschaften von mit solchen Drähten hergestellten Schweissen sind sehr gut, nachteilig ist aber die beschränkte Lagerfähigkeit dieser Drähte, weil das im Kern enthaltene Eisen rostet, wenn der Kern feucht wird oder ist, was praktisch nicht ausgeschlossen werden kann. Die damit verbundene Qualitätsverminderung des Drahtes kann nicht wieder gut gemacht werden.
Aber auch das rostfreie Eisenpulver als Bestandteil des Kernes ist nachteilig, denn es enthält stets Wasserstoff und Sauerstoff in keineswegs vernachlässigbaren Mengen, so dass die Schweissen porös ausfallen können, insbesondere wenn rostige Bestandteile miteinander verschweisst werden oder das Eisenpulver des Kernes selbst rostig ist.
Ziel der Erfindung ist ein Mantelschweissdraht mit einem Kern, der beim Schweissen oder Auftragschweissen unter Schutzgas das Enstehen einer Schweisse mit guten mechanischen Eigenschaften sichert, auch beim Schweissen von mit Zunder oder Rost bedeckten Metallen eine porenfreie Schweisse liefert, der in einem breiten Bereich von Schweissdaten ohne Schwierigkeiten verwendbar ist und in diesem Bereich die Herstellung von Schweissungen mit den erwähnten guten Eigenschaften, sowie eine hohe Leistung beim Auftragschweissen ermöglicht.
Dieses Ziel ist mit einem Mantelschweissdraht des eingangs umrissenen Aufbaues erreichbar, dessen Kern erfindungsgemäss ausser 40 bis 75 Gew.-% Rutil, 17 bis 28 Gew.-% Ferromangan und 1, 8 bis 9, 5 Gew.-% Ferrosilizium als Zuschlagstoffe 3, 0 bis 9, 5 Gew.-% Hämatit, 1, 8 bis 7, 5 Gew.-% Feldspat sowie 1, 2 bis 6, 0 Gew.-% Natriumfluorsilikat aufweist. Geeignet sind diese Drähte insbesondere zum automatischen oder halbautomatischen Schweissen überkopf, in geneigter oder horizontaler Stellung an vertikalen, mit Schweissnähten zu verbindenen Blechen, Platten oder Konstruktionsteilen.
Das Vorhandensein des genannten Rutilanteiles im pulverartigen Kern erfindungsgemässer Drähte gewährleistet ein stabiles Brennen des Lichtbogens sowie eine einwandfreie Bildung der Schweisse. Es wurde festgestellt, dass ein Unterschreiten dieses Rutilgehaltes sich auf die Lichtbogenstabilität sehr abträglich auswirkt und ein starkes Versprühen des Elektrodenmetalles auftritt. Liegt der Rutilgehalt über der anteiligen Menge, dann bleibt die Schmelzgeschwindigkeit des Kernes hinter der Abschmelzgeschwindigkeit des Stahlmantels zurück, in die Schweisse gelangen Einschlüsse aus ungeschmolzenen Partikeln des Kernes und die mechanischen Eigenschaften der Schweisse verschlechtern sich bedeutend.
Die anteiligen Mengen an Ferromangan und Ferrosilizium sind im Hinblick auf die Gewährleistung hochwertiger mechanischer Eigenschaften der Schmelze ausgewählt. Bei den angegebenen Anteilen dieser Komponenten bilden sich in der Schweisse niedrig schmelzende Eisenmangansilikate, die leicht koagulieren und aufschwimmen. In der Schweisse verbleiben demnach nur wenige Einschlüsse und diese sind rund, so dass die Kerbschlagzähigkeit günstig ausfällt. Liegen die Ferromangan- und Ferrosiliziumgehalte unter den angegebenen Grenzen, dann bilden sich in der Schweisse Poren, liegen sie oberhalb, dann wird die Schweisse auf Kosten ihrer plastischen Verformbarkeit spröder.
Der vorgesehene Hämatitgehalt führt zu einer Schlacke mit vorteilhaften physikalischen Eigenschaften, doch sind auch hier die angegebenen Grenzen wichtig. Anteile, die kleiner als die angegebenen sind, beeinträchtigen die Bildung der Schweisse sehr bedeutend. Schlacken, die im wesentlichen nur Rutil enthalten, weisen einen sehr schmalen Kristallisationsbereich auf, sie kristallisieren an den Schweissnahtoberflächen schnell und verhindern das Austreten von Gasen aus dem Metall. An der Nahtoberfläche bilden sich Risse als Folge der Wirkung des Druckes von Gasen, die in der Grenzfläche zwischen dem Metall und der Schlacke verbleiben.
Ein Hämatitzusatz erweitert den Kristallisationsbereich der Schlacke, erhöht bei Steigerung über 9, 5 Gew.-% die Warmrissempfindlichkeit des Metalles bedeutend, weil er dann zur Bildung von leichtschmelzbaren sinterkristallinen Zwischenschichten beiträgt.
Das Zusetzen von Feldspat in den genannten Mengenanteilen trägt zur Stabilisierung des Lichtbogens bei und ist auch hinsichtlich der Zusammensetzung der Schlacke wünschenswert. Ein zu grosser Feldspatenanteil wirkt sich jedoch ungünstig aus, weil dann die Viskosität der Schlacke zu gross wird und ihre Lösungsfähigkeit abnimmt.
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Beim Schweissen von insbesondere mit Rost oder Zunder bedeckten Metallen ist die Atmosphäre im Bereich des Lichtbogens reich an Wasserstoff, der sich in dem schmelzflüssigen Metall löst und bei dessen Erstarrung wieder freigesetzt wird. Das Austreten des Wasserstoffes geht verhältnismässig langsam vor sich, in der Schweisse bilden sich Poren und eine beträchtliche Wasserstoffmenge kann in dem Metall verbleiben. Diese Umstände beeinträchtigen die mechanischen Eigenschaften des Metalles sehr wesentlich. Um das Lösen von Wasserstoff in der Schweisse zu verhindern, ist dem Kern der erfindungsgemässen Schweissdrähte ein Natriumfluorsilikatanteil zugefügt.
Auch hier sind wieder die Grenzen von Bedeutung, denn zu kleine Anteile sind wirkungslos und zu grosse verringern die Stabilität des Lichtbogens bedeutend und führen zu heftigem Versprühen des Schweissdrahtmetalles.
Die Zusammensetzung des Kernes erfindungsgemässer Schweissdrähte vermittelt diesen Drähten ausgezeichnete technologische Schweisseigenschaften, gewährleistet porenfreie Nähte oder Schweissaufträge und überdies einen geringen Gehalt von Gasen in der Schweisse. Drähte, deren Kern nass geworden ist, sind nicht unbrauchbar, sondern gewinnen ihre guten Eigenschaften wieder, wenn sie auf 250 bis 3000C erwärmt werden.
Zur Verminderung des Gasgehaltes der hergestellten Schweissen und ihrer weitgehenden Porenfreiheit und Widerstandsfähigkeit gegen die Bildung von Rissen ist nicht zuletzt darauf zurückzuführen, dass der Kern kein Eisenpulver, wohl aber ein Natriumfluorsilikat enthält, das im Verein mit den übrigen Bestandteilen und ihrer Anteile eine Schlacke mit vorteilhaften physikalischen Eigenschaften sichert.
Die Vorteile erfindungsgemässer Mantelschweissdrähte seien im folgenden an Hand von Beispielen veranschaulicht. Mit drei, kurz mit A, B und C bezeichneten Drähten, deren Durchmesser 2 mm betrugen und bei welchen das Gewicht des Mantels 84% des Gesamtgewichtes des Drahtes ausmachte, wurden nach einem halbautomatischen Verfahren Schweissungen mit umgepoltem Strom ausgeführt.
Die Drähte wurden überkopf verwendet, der Schweissstrom betrug 350 bis 450 A, die Schweissspannung 28 bis 35 V. Als Schutzgas wurde Kohlendioxyd benutzt. Miteinander verschweisst wurden Platten von 16 mm Dicke aus Stahl der folgenden Zusammensetzung :
0, 18% C, 0, 45% Mn, 0, 20% Si, 0, 20% S, 0, 015% P, Rest Fe.
Die im Einklang mit der Erfindung stehende Zusammensetzung der Kerne der drei Drähte ergibt sich aus nachstehender Tabelle I
Tabelle I
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<tb>
<tb> Bestandteile <SEP> Schweissdraht
<tb> desKernes <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP>
<tb> Rutil <SEP> 75, <SEP> 0 <SEP> 55, <SEP> 7 <SEP> 40, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Ferromangan <SEP> 17, <SEP> 0 <SEP> 25, <SEP> 0 <SEP> 28, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Ferrosilizium <SEP> 1, <SEP> 9 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 9, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Hämatit <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> 9, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Feldspat <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Natriumfluorsilikat <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP>
<tb>
Die Eigenschaften der mit diesen Drähten hergestellten Schweissen sind in Tabelle II zusammengefasst.
Tabelle II
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<tb>
<tb> Schweissdraht <SEP> Zerreissfestigkeit, <SEP> Spezifische <SEP> KerbschlagDehnung, <SEP> zähigkeit,
<tb> kg/mm2 <SEP> % <SEP> kgm/cm2 <SEP>
<tb> +20 C-60 C
<tb> A <SEP> 48-52 <SEP> 24-28 <SEP> 13-15 <SEP> 5-6 <SEP>
<tb> B <SEP> 50-55 <SEP> 28-32 <SEP> 15-20 <SEP> 10-12 <SEP>
<tb> C <SEP> 58 <SEP> - <SEP> 62 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 28 <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 17 <SEP> 6-8 <SEP>
<tb>
Aus Tabelle Nr. II ist entnehmbar, dass die Schweissen in den mittels der Elektrodendrähte A, B und C ausgeführten Nähten gute mechanische Eigenschaften aufweisen.
Ausserdem gewährleisten die erfindungsgemässen Drähte eine ausgezeichnete Bildung der Nähte, eine gute Abtrennbarkeit der Schlacke, wobei die Mengenleistung bei Auftragschweissen 10 bis 14 kg/h erreicht. Das Versprühen des Elektrodenmetalls ist minimal. Die mittels des Drahtes ausgeführten Nähte sind frei von Poren und Rissen. Auch rostige Konstruktionsteile können einwandfrei geschweisst werden.