Stahlelektrode für elektrische Lichtbogenschweissung. Bei der elektrischen Lichtbogenschwei- ssung von Stahl mit Stahlelektroden wird be kanntlich -während des Schweissprozesses von dem geschmolzenen Schweissgut aus der um gebenden Luft Sauerstoff und Stickstoff auf- genommen, wodurch die Eibenschaften des niedergeschmolzenen Materials erheblich ver schlechtert werden. Insbesondere wird das selbe dadurch spröde.
Die Kerbzähigkeit, die bei gutem, weichem Flussstahl, etwa 15 bis 30 ink5r'em' beträgt, geht in der Schweiss naht bis auf etwa 1 mkb/cm2 zurück, wenn Elektroden aus weichem Kohlenstoffstahl ohne Umhüllung verwendet werden. Solche Schweissungen sind natürlich sehr gefährdet., wenn gelegentlich eine starke, stossweise Be lastung und Beanspruchung der Schweissnaht auftritt oder die Möglichkeit einer Bildung von Anrissen durch Wärmedehnungen usw. vorliegt. Sie dürfen für Schweissverbindun gen nicht verwendet werden, deren Bruch schlimme Folgen haben kann, wie dies zum Beispiel bei Dampfkesseln der Fall ist.
Durch Anwendung von Legierungs- hesta.ndteilen im Stahl der Elektroden, wie zum Beispiel 14Zangan, die, sich leichter mit dem Sauerstoff der Luft verbinden als Eisen, und deren Oxyde die Güte der Schweissnaht weniger beeinträchtigen, konnte man die Kerbzähigkeit derselben bis auf etwa 5 mkglem= steigern. Ein anderer Weg hierzu ist die Anwendung von Umhüllungen der Elektroden, um die Luft von dem Lichtbogen fernzuhalten.
Die meisten der gebräuchlichen Umhüllungen haben aber fast keine Einwir kung auf die Kerbzähigkeit der Schweissnaht, da sie entweder zu dünn sind, um wirksam zu sein, oder selbst Stoffe enthalten, welche eine Oxydation oder sonstige Verunreinigung der Schweissnaht bewirken.
Nur einzelne Umhüllungen, eventuell kombiniert mit Le gierungsbestandteilen in dem Stahlkern der Elektrode, ergeben Kerbzähigkeitswerte der Schweissnaht von etwa 5 bis 10 mkg/cm2. Dabei zeigt sich der Übelstand, dass sowohl die Legierungsbestandteile, als auch die Um- hüllungen, welche auf die Kerbzähigkeit günstig eines -wirken, gewöhnlich gleichzeitig eine erhebliche Porigkeit der Schweissnaht mit sich bringen, welche natürlich leicht Un- dichtheiten und ungenügende Festigkeit zur Folge hat.
Auch können erhebliche Poren im Bruchquerschnitt der gerbschlagproben hö here Schlagarbeiten ergeben, als der gleiche ssrerkstoff in porenfreiem Zustande, so dass die Poren die Kerbzähigkeit grösser erschei nen lassen, als sie tatsächlich ist. Diese Po ren (Gasblasen) sind eine Folge chemischer Umsetzungen, die in dem geschmolzenen Schweissgut unter der Einwirkung des Luft sauerstoffes, der Legierungsbestandteile des Elektrodenkernes und der Bestandteile der Umhüllung vor sich gehen.
Durch eine lange Reihe eingehender Ver suche ist es gelungen, eine Elektrode herzu stellen, mit welcher eine praktisch porenfreie Schweissnaht erzielt und deren Kerbzähigkeit der des gewalzten Grundmaterials etwa gleich gemacht werden kann. Hierzu ist es nötig, eine Umhüllung zu verwenden, die keinerlei Bestandteile enthält, welche schädlich auf die Schweissnaht einwirken.
Gegenstand der Erfindung ist eine Stahl elektrode für elektrische Lichtbogenschwei- 13ung, welche eine Magnesium- und Alkali silikat enthaltende Umhüllung besitzt, da durch gekennzeichnet, dass die Umhüllungs masse aus Wasserglas, technischem Magne- siumsilikat und desoxydierenden und legie rungsbildenden Mitteln besteht und keine Be standteile enthält, welche Sauerstoff und andere Verunreinigungen auf den Stahl übertragen.
Die Umhüllung wird vorteilhaft so stark ausgeführt, dass sie in bekannter Weise einen das abschmelzende Ende der Elektrode um gebenden und etwas vorstehenden Krater bil det, der den Lichtbogen teilweise einhüllt und vor Luftzutritt schützt. Die Umhüllung bil det beim Schweissen einen Glasfluss, der, von dem Kraterrand herabtropfend und durch die hohe Lichtbogentemperatur teilweise ver dampfend, einen weiteren .Schutz ausübt, ins besondere auch das Stahlschmelzgut als flüs sige Schlackenschicht luftabschliessend be- deckt.
Die Umhüllung wird auch in festem Zustande den Schweissstab als möglichst dichte, homogene Masse bedecken und hat zweckmässig keine porige oder faserige Struk tur, um das Aufnehmen von Feuchtigkeit und andern Verunreinigungen vor der Benut zung zu vermeiden. Es ist von Vorteil, wenn die Schlacke in geschmolzenem Zustande dünnflüssig ist und den Stahl gut benetzt, so dass sie nicht örtliche Zusammenballungen bildet, sondern sich gleichmässig ausbreitet. Sie soll auch nicht die Eigenschaft haben, bei der hohen Temperatur selbst Sauerstoff au: der Luft aufzunehmen und auf den ge schmolzenen Stahl zu übertragen.
Die der Umhüllung zur Erhöhung ihrer Wirksamkeit beigefügten desoxydierenden und legierungbildenden Mittel, wie zum Bei spiel Ferromangan, können ohne Bildung schädlicher Verunreinigungen etwa noch zu tretenden Luftsauerstoff an sich reissen oder durch Abgabe von Legierungsbestandteilen, wie zum Beispiel Mangan, Molybdän usw.. die Güte des niedergeschmolzenen Stahls er höhen. Es wurde gefunden, dass solche Zu sätze am besten wirken, wenn sie sich mög lichst nahe an dem Stahlkern befinden.
Um dies zu erreichen, können mehrere Umhül lungsschichten übereinander aufgetragen wer den, von denen die innern einen grösseren Gehalt an desoxydierenden und legierung- bildenden Zusatzstoffen enthalten als die äussern Schichten.
Elektroden aus reinem Stahl, die mit der beschriebenen Umhüllung versehen sind, er- g@ben praktisch porenfreie Schweissungen von etwa 10 bis 15 mkg@em2 Kerbzähigkeit.
Eine weitere Erhöhung der Kerbzähig- keit wird dadurch erreicht, dass die beschrie bene Umhüllung noch mit einem Mantel aus nicht schmelzendem Material umgeben wird, der eine Verlängerung des den Lichtbogen schützenden Kraters bewirkt und dadurch den Luftzutritt noch mehr abhält. Hierbei hat sich eine Bewicklung mit Papier be währt, das durch Imprägnierung mit Was- sergla.s in bekannter Weise in gewissem Masse , feuerbeständig gemacht wird.
Die schmelzende innere Umhüllung fliesst nun mehr innen an dem vorstehenden Papierkra ter herab, der sich dabei so stark erhitzt, dass das von ihm aufgesogene Wasserglas ebenfalls geschmolzen wird und sich mit der innern Umhüllung.:, vermischt, während das Papier von aussen verbrennt oder nach Verkohlung mechanisch abbröckelt.
Das Papier soll zweckmässig ebenfalls keine für die Schweissung schädlichen Be standteile enthalten, da solche in die Schlacke und aus dieser in den geschmolzenen Stahl gelangen können. Am besten bewährte sich ein sehr reines Löschpapier, das auch die er forderliche Saugfähigkeit zur Aufnahme einer genügenden Menge Wasserglas besitzt. Dieses besteht nach den angestellten Ver suchen am besten aus einer Mischung von Kaliwasserglas und Natronwasserglas.
Durch diesen verbesserten Schutz wird die Kerbzähigkeit der Schweissnaht weiter bis auf 20 rnltg!cm2 und höher gesteigert bei praktischer Freiheit von Poren. Zugfestig keit und Dehnbarkeit sind gleichfalls sehr gut und gleichmässig. Biegewinkel von 180 werden bei sachgemässer Ausführung der Schweissung regelmässig erreicht, selbst bei den grössten praktisch vorkommenden Dicken des Grundmaterials.
Von entscheidendem Einfluss auf die Qua lität der Elektrode ist die Beschaffenheit des Elektrodenkernes, weshalb es notwendig ist, einen besonders reinen Stahl als Elektroden kern zu verwenden, eine Massnahme, deren Zweckmässigkeit für die Güte einer Sehwei- ssung an sich bekannt ist. Es können mit einem Stahl, der im sauren Siemens-Martin- Ofen aus reinstem Roheisen erschmolzen wird, wesentlich bessere Ergebnisse erzielt werden als mit dem zum Beispiel durch Um schmelzen im Elektroofen erzielten Stahl.
Diesem Stahl fehlen Verunreinigungen, die bei andern Herstellungsverfahren in den Stahl gelangen oder darin verbleiben und die einen schädlichen Einfluss auf die Schwei- ssung ausüben, obgleich sie in so geringer Menge vorhanden sind, dass sie durch die übliche Analyse meist nicht ermittelt werden.