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Die Erfindung betrifft Schweisszusatzwerkstoffe, insbesondere Elektrodendrähte.
Es ist zweckmässig, die Erfindung zum Schweissen von Metallkonstruktionen aus niedriggekohlten und niedriglegierten Stählen einzusetzen, falls die Schweissungen in verschiedenen räumlichen Lagen ausgeführt werden.
Bei der Ausführung von Qualitätsnähten beim horizontalen Schweissen finden bekannte Elektrodendrähte Verwendung (z. B. SU-Urheberschein Nr. 201564). Dabei werden eine hohe Leistung der Schweissarbeiten, eine gute Schweissnahtformung, eine leichte Ablösbarkeit der Schlackenkruste, hohe mechanische Eigenschaften des Schweissnahtwerkstoffes und der Schweissverbindung erreicht.
Zur Schweissnahtausführung in Lagen, die sich von der Normallage unterscheiden, werden andere bekannte Elektrodendrähte verwendet (SU-Urheberschein Nr. 271281, US-PS Nr. 3, 566, 073). Gemäss SU-Urhebersein Nr. 271281 gehören zur Zusammensetzung der Füllung (Seele) des Elektrodendrahtes folgende Bestandteile (in Gew.-%) :
EMI1.1
<tb>
<tb> 8 <SEP> bis <SEP> 15 <SEP> Marmor
<tb> 16 <SEP> bis <SEP> 27 <SEP> Kalziumfluorid
<tb> 4 <SEP> bis <SEP> 16 <SEP> Titandioxyd
<tb> 4 <SEP> bis <SEP> 8 <SEP> Ferromangan
<tb> 3 <SEP> bis <SEP> 6 <SEP> Ferrosilizium
<tb> 4 <SEP> bis <SEP> 12 <SEP> Tonerde
<tb> 4 <SEP> bis <SEP> 18 <SEP> Soda
<tb> 1 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> Natriumfluosilikat
<tb> Rest <SEP> Eisenpulver
<tb>
Gemäss US-PS Nr. 3, 566, 073 sind in der Zusammensetzung der Füllung (Seele) des Elektrodendrahtes folgende Bestandteile (in Gew.-%) enthalten :
EMI1.2
<tb>
<tb> 3, <SEP> 89 <SEP> bis <SEP> 4, <SEP> 52 <SEP> Kalziumfluorid
<tb> 0 <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP> Kaliumfluorosilikat
<tb> 0,75 <SEP> bis <SEP> 0,83 <SEP> Magnesiumoxyd
<tb> 0 <SEP> bis <SEP> 0,75 <SEP> Aluminiumoxyd
<tb> 0,96 <SEP> bis <SEP> 1,34 <SEP> Magnesium
<tb> 0, <SEP> 38 <SEP> bis <SEP> 1, <SEP> 27 <SEP> Marmor
<tb> 2, <SEP> 15 <SEP> bis <SEP> 2, <SEP> 38 <SEP> Aluminium
<tb> 1, <SEP> 02 <SEP> bis <SEP> 1, <SEP> 24 <SEP> Bariumfluorid
<tb> 0 <SEP> bis <SEP> 5,61 <SEP> Gusseisenpulver
<tb> 0 <SEP> bis <SEP> 0,03 <SEP> Ferrotitan
<tb> 83 <SEP> bis <SEP> 85 <SEP> Stahlmantel
<tb>
Angewendet auf das Nahtschweissen in verschiedenen räumlichen Lagen sind die erwähnten Elektrodendrähte mit wesentlichen Nachteilen behaftet.
Der Elektrodendraht gemäss SU-Urheberschein Nr. 271281 gestattet es, nur das Steignahtschweissen mit einem Schweissstrom von etwa 150 A durchzuführen. Der Elektrodendraht (US-PS Nr. 3, 566, 073) gewährleistet die Ausführung der Schweissnähte in verschiedenen räumlichen Lagen mit einem schwachen Schweissstrom (50 bis 100 A), was sie im Vergleich zum Handschweissen mit Einzelelektroden in der Leistung konkurrenzunfähig macht.
Aus der DE-AS 1931196 ist bereits bekannt, im Kern eines Schweissdrahtes Wollastonit als Schlackenbildner zu verwenden.
Aus der DE-AS 1080383 ist auch bekannt, beim Schutzgasschweissen im Kern des Schweissdrahtes Perowskit als Schlackenbildner zu verwenden.
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Beim Schweissen mit den erwähnten Elektrodendrähten wird die Schweissnahtformung auf der Senkrechtebene unter Aufschmelzen des Kerndrahtes durch die Bildung einer zähflüssigen Schlacke gewährleistet, die das Zurückhalten des Schweissbades auf der Senkrechtebene begünstigt.
Der Badinhalt muss dabei jedoch klein sein, und in diesem Zusammenhang erfolgt das Schweissen mit schwachen Strömen, d. h. bei geringer Schweissleistung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodendraht zum Schweissen mit offenem Lichtbogen mit einer solchen Kerndrahtzusammensetzung zu schaffen, die die Schweissnahtformung in verschiedenen räumlichen Lagen mit einer hohen Leistung zu gewährleisten vermag.
Die gestellte Aufgabe wird durch die Herstellung eines Elektrodendrahtes gelöst, der einen Mantel aus einem niedriggekohlten Stahl und einen Kern aufweist, der aus einer pulverförmigen Zusammensetzung besteht, in welcher die unten aufgezählten Bestandteile-Marmor, Flussspatkonzentrat, Natriumfluosilikat, Ferromangan, Ferrosilizium, Eisenpulver - enthalten sind, sowie erfindungsgemäss Perowskit-Konzentrat und Wollastonit mit folgendem Verhältnis der genannten Bestandteile (in Gew.-%) vorhanden sind :
EMI2.1
<tb>
<tb> 10 <SEP> bis <SEP> 25 <SEP> Marmor
<tb> 12 <SEP> bis <SEP> 20 <SEP> Flussspatkonzentrat
<tb> 3 <SEP> bis <SEP> 8 <SEP> Natriumfluosilikat
<tb> 6 <SEP> bis <SEP> 10 <SEP> Ferromangan
<tb> 4 <SEP> bis <SEP> 7 <SEP> Ferrosilizium
<tb> 10 <SEP> bis <SEP> 20 <SEP> Perowskit-Konzentrat
<tb> 5 <SEP> bis <SEP> 10 <SEP> Wollastonit
<tb> Rest <SEP> Eisenpulver
<tb>
Es ist allgemein bekannt, dass die hochwertige Schweissnahtformung in Lagen, die sich von der Normallage unterscheiden, durch zähflüssige Schlacke und deren optimalem Schmelztemperaturbereich gewährleistet wird. Solche Eigenschaften besitzen basische Schlacken.
Es wurde erfindungsgemäss festgestellt, dass die Schlacken, die sich beim Schmelzen des Schweissdrahtes bilden und eine grosse Menge von Kalziumoxyd enthalten, die Schaffung von günstigen schweisstechnologischen Eigenschaften beim Schweissen auf der Senkrechtebene gewährleisten, sowie die Ausführung von Senkrechtnähten nach einem beliebigen der bekannten Verfahren möglich machen, das Fallnaht- sowie das Überkopfnaht-Schweissverfahren miteinbegriffen. Die Schlacken mit einem hohen Gehalt an Kalziumoxyd besitzen ausserdem eine gute Raffinierfähigkeit, wodurch hohe mechanische Eigenschaften des Schweissnahtwerkstoffes und der Schweissverbindung gesichert werden.
Die für die Gewährleistung einer hohen Schweissleistung beim Schweissen in verschiedenen räumlichen Lagen mit den bekannten Drähten notwendige Erhöhung des Basizitätsgrades der Schlacke durch die Vergrösserung des Gehaltes an Kalziumoxyd kann nicht durch die einfache Vergrösserung des Gehaltes an Kalziumkarbonat (Marmor) erreicht werden, weil das zu erhöhtem Metallverspritzen, Verschlechterung der schweisstechnologischen Eigenschaften und der Güte des Schweissnahtwerkstoffes auf Grund der Zunahme der Entwicklung von Kohlendioxyd führt, das bei der Wärmezersetzung des Karbonats anfällt. Die Einführung des reinen Kalziumoxyds in den Schweissdraht ist infolge seiner hohen Hygroskopizität unmöglich.
Die für die hochwertige Schweissnahtformung in Senkrecht- und Überkopfposition erforderliche Zusammensetzung der Schlacke wird durch die Einführung von Kalziumkomplexsalzen in Form von Wollastonit (Kalziumoxyd und Siliziumdioxyd) und Perowskit (Kalziumoxyd und Titandioxyd) in den Drahtkern erreicht.
Abgesehen von der guten Formung von Nähten in allen räumlichen Lagen, die Oberkopfpo- sition miteinbegriffen, gewährleistet das Verhältnis der Oxyde TiO/SiOt in der erfindungsgemässen Drahtkernzusammensetzung des Elektrodendrahtes durch die Einführung von Perowskit und Wollasto-
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nit ebenfalls eine gute Deckfähigkeit der Schlacke und das Zurückhalten des Schweissbades beim Schweissen auf der Senkrechtebene und in der Überkopfposition.
Es ist allgemein bekannt, dass die hohe Metallgüte bei der Kombination von Schutzgas und Schlackenschutz erreicht wird. Schutzgas wird durch die Entwicklung von Kohlendioxyd und flüchtigen Fluoriden gebildet.
Marmor, der zur Kerndrahtzusammensetzung des erfindungsgemässen Elektrodendrahtes gehört, stellt den Hauptgasbildner dar.
Es wurde festgestellt, dass die hinreichende Bildung von Schutzgas für das Schmelzgut bei einem Marmorgehalt von unter 10% nicht gewährleistet ist. Bei dessen Erhöhung über 25% findet ein erhöhtes Metallverspritzen statt.
Das Vorhandensein des Flussspatkonzentrats in dem Schweissdraht bietet die Möglichkeit, eine Schlacke mit guter Deckfähigkeit und Raffiniereigenschaften herzustellen. Bei einem Gehalt an Flussspatkonzentrat von unter 12 Gew.-% wird die Deckfähigkeit der Schlacke beeinträchtigt und der Schlackenschutz des Schmelzgutes ist nicht gewährleistet, was zur Verschlechterung seiner plastischen Eigenschaften führt. Eine Vergrösserung des Gehaltes an Flussspatkonzentrat über die erwähnte Grenze hinaus steigert die Zähflüssigkeit der Schlacke stark, verschlechtert die Schweissnahtformung und setzt die Lichtbogenstabilität herab.
Das Natriumfluosilikat in dem Kern des Elektrodendrahtes erhöht die Beständigkeit des Schweissgutes gegen die Porenbildung, die durch Wasserstoff verursacht wird. Der Wasserstoff gelangt in die Lichtbogenzone wegen des Vorhandenseins von Resten des technologischen Schmiermittels und der in den Bestandteilen des Kernes enthaltenen Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Drahtes. Der Bereich des Gehaltes an Natriumfluosilikat wurde mit Rücksicht auf die Bindung des vorhandenen Wasserstoffes in der Lichtbogenzone auf Kosten der Bildung einer im Flüssigmetall unlöslichen Verbindung-des Fluorwasserstoffes-gewählt.
Das Vorhandensein von Ferromangan und Ferrosilizium in den früher genannten Grenzen gewährleistet die notwendige Desoxydation und Legierung zwecks Erreichung der Festigkeitsund Plastizitätssollwerte der Schweissverbindung.
Das Eisenpulver wird eingeführt, um beim Schmelzen des Drahtes die Menge des Schweissgutes und somit die Auftragschweissleistung zu erhöhen.
Vorteile des erfindungsgemässen Drahtes werden nachstehend im Vergleich zu den bekannten Drähten an Hand von folgenden Beispielen veranschaulicht.
Beispiel 1 : Ein Elektrodendraht in zweilagiger Ausführung mit 2. 10-3 m Durchmesser, bei dem der Mantel aus einem kohlenstoffarmen Stahl 74%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, beträgt, hat einen Kern mit folgender Zusammensetzung : 21% Marmor, 14, 5% PerowskitKonzentrat, 7,5% synthetischer Wollastonit, 16, 5% Flussspatkonzentrat, 5,5% Natriumfluosilikat, 7, 0% Ferromangan (90% Mangan), 5% Ferrosilizium (75% Silizium), 33% Eisenpulver. Das Schweissen mit diesem Draht auf der Senkrechtebene ist "fallend" mit Strömen von etwa 250 A möglich, was die zulässigen Ströme bei der Ausführung von derartigen Schweissnähten mit den bekannten Drähten wesentlich überschreitet.
Dabei werden ausgezeichnete schweisstechnologische Eigenschaften und eine hohe Leistung des Vorganges, sowohl bei der Schweissnahtausführung auf der Senkrechtebene als auch in der Überkopfposition gewährleistet.
Die mechanischen Eigenschaften des Schweissnahtwerkstoffes und der Schweissverbindung, die mit diesem Draht aus niedriggekohltem Baustahl ausgeführt wurde, der (in Gew.-%) 0, 12 Kohlenstoff, 0,63 Mangan, 0,26 Silizium, je 0,02 Schwefel und Phosphor enthält, sind durch folgende Kennwerte gekennzeichnet :
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Tabelle 1
EMI4.1
<tb>
<tb> Räumliche <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Bruchdehnung <SEP> Kerbschlagzähigkeit, <SEP> MI
<tb> Nahtlage <SEP> MN/m2 <SEP> % <SEP> (Charpy-Kerbe) <SEP> bei <SEP> T,"K <SEP> m <SEP>
<tb> 293 <SEP> K <SEP> 253 <SEP> K <SEP> 233 <SEP> K
<tb> Senkrecht <SEP> 574-585 <SEP> 22, <SEP> 4-25, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 08-1, <SEP> 22 <SEP> 0, <SEP> 95-1, <SEP> 06 <SEP> 0, <SEP> 31-0, <SEP> 59 <SEP>
<tb> fallend <SEP> 579 <SEP> 24, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 87 <SEP> 0, <SEP> 42 <SEP>
<tb> Überkopf-558-568 <SEP> 22, <SEP> 3-26, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 02-1, <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 57-0, <SEP> 99 <SEP> 0, <SEP> 32-0, <SEP> 51 <SEP>
<tb> position <SEP> 563 <SEP> 23, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 02 <SEP> 0, <SEP> 79 <SEP> 0,
<SEP> 39 <SEP>
<tb>
In allen Fällen erfolgte das Schweissen mit dem erfindungsgemässen Draht mit einem Pluspolgleichstrom. Die Leistung der Ausführung der erwähnten Nahttypen überschreitet die Handschweissleistung um ein 1,5- bis 3-faches.
Beispiel 2 : Ein Elektrodendraht mit 2, 4. 10-3 m Durchmesser, bei dem der Mantel aus einem niedriggekohlten Stahl 72% beträgt, hat einen Kern mit folgender Zusammensetzung :
EMI4.2
<tb>
<tb> 12% <SEP> Marmor
<tb> 16% <SEP> Perowskit-Konzentrat
<tb> 8% <SEP> Wollastonit
<tb> 18% <SEP> Flussspatkonzentrat
<tb> 6% <SEP> Natriumfluosilikat
<tb> 8% <SEP> Ferromangan <SEP> (90% <SEP> Mn)
<tb> 6% <SEP> Ferrosilizium <SEP> (75% <SEP> Si)
<tb> 26% <SEP> Eisenpulver
<tb>
Der Werkstoff der Schweissnaht und der mit diesem Draht ausgeführten Schweissverbindung besitzt hohe Festigkeit und Elastizität, die den beim Schweissen mit Kalziumfluoridelektroden erreichten Kennwerten nicht nachsteht.
Tabelle 2
EMI4.3
<tb>
<tb> Räumliche <SEP> Zugfestigkeit, <SEP> Bruchdehnung <SEP> Kerbschlagzähigkeit, <SEP> MI
<tb> Nahtlage <SEP> MN/m2 <SEP> % <SEP> (Charpy-Kerbe) <SEP> bei <SEP> T."K <SEP> m' <SEP>
<tb> 293 <SEP> K <SEP> 253 <SEP> K <SEP> 233 <SEP> K
<tb> Waagrecht <SEP> 544-564 <SEP> 23, <SEP> 3-26, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 21-1, <SEP> 33 <SEP> 0, <SEP> 99-1, <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 8-0, <SEP> 94 <SEP>
<tb> 554 <SEP> 25, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 27 <SEP> 1, <SEP> 06 <SEP> 0, <SEP> 87 <SEP>
<tb> Senkrecht <SEP> 491-505 <SEP> 23, <SEP> 4-27, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 05-1, <SEP> 18 <SEP> 0, <SEP> 71-1, <SEP> 02 <SEP> 0, <SEP> 35-0, <SEP> 57 <SEP>
<tb> steigend <SEP> 497 <SEP> 24, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 84 <SEP> 0, <SEP> 43 <SEP>
<tb>
Die Schweissleistung mit diesem Draht überschreitet die mit Einzelelektroden um ein 2bis 4-faches.
Bei der Ausführung der Senkrecht- und Oberkopfnähte ist die Schweissleistung mit dem erfindungsgemässen Draht um ein 1,3- bis 2-faches höher als die mit den bekannten Drähten.
Beim Schweissen von niedriggekohlten Stählen mit den erwähnten Drähten werden hohe Kennwerte der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes der Schweissnaht und-Verbindung sichergestellt. Beim Horizontalschweissen eines am starken Stahls, der (in Gew.-%) 0, 11 Kohlenstoff,
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1, 58 Mangan, 0, 32 Silizium, 0, 025 Schwefel und 0, 022 Phosphor enthält, wurden z. B. folgende in der Tabelle 3 zusammengefasste Kennwerte der mechanischen Eigenschaften ermittelt.
Tabelle 3
EMI5.1
<tb>
<tb> Zugfestigkeit, <SEP> Bruchdehnung, <SEP> Kerbschlagzähigkeit, <SEP> MI
<tb> MN/m2 <SEP> % <SEP> (Charpy-Kerbe) <SEP> bei <SEP> T, <SEP> K <SEP> m" <SEP>
<tb> 293 <SEP> K <SEP> 253 <SEP> K <SEP> 233 <SEP> K
<tb> 594-604 <SEP> 22,3-24, <SEP> 3 <SEP> 1,47-1, <SEP> 62 <SEP> 1, <SEP> 36-1, <SEP> 45 <SEP> 1, <SEP> 02-1,1
<tb> 599 <SEP> 23, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 1, <SEP> 38 <SEP> 1, <SEP> 06 <SEP>
<tb>
Beim Schweissen eines 2. 10-zm starken niedriggekohlten Stahls, der (in Gew.-%) 0, 15 Kohlen-
EMI5.2
770, 028 Phosphor enthält, mit dem Draht mit der oben erwähnten Zusammensetzung wurden folgende Kennwerte der mechanischen Eigenschaften ermittelt.
Tabelle 4
EMI5.3
<tb>
<tb> Zugfestigkeit, <SEP> Bruchdehnung, <SEP> Kerbschlagzähigkeit, <SEP> MI
<tb> MN/m'% <SEP> (Charpy-Kerbe) <SEP> bei <SEP> T, <SEP> QK <SEP> m3 <SEP>
<tb> 293 <SEP> K <SEP> 253 <SEP> K <SEP> 233 <SEP> K
<tb> 556-593 <SEP> 26,0-26, <SEP> 7 <SEP> 1,79-1, <SEP> 86 <SEP> 1,37-1, <SEP> 58 <SEP> 0, <SEP> 95-1, <SEP> 29
<tb> 574 <SEP> 26, <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 82 <SEP> 1, <SEP> 47 <SEP> 1, <SEP> 09 <SEP>
<tb>
Aus der Erfindungsbeschreibung und den angeführten Beispielen ist ersichtlich, dass der erfindungsgemässe Elektrodendraht eine hochwertige Schweissnahtformung in verschiedenen räumlichen Lagen bei hoher Leistung des Schweissvorganges gewährleistet. Dabei werden gute Kennwerte der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes der Schweissnaht und-Verbindung gesichert.