Umhüllte Schweiss-Elektrode,
Wenn man elektrische Lichtbogenschwei ssungen mit Elektroden aus nicht umhülltem
Stahldraht ausfuhrt, werden aus der Luft
Sauerstoff und Stickstoff von dem geschmol zenen Stahl aufgenommen, wodurch er spröde und rotbr chig wird. Man hat versucht, durch Umhüllung der Elektroden die schäd liche Einwirkung der Luft zu verhindern, ohne den angestrebten Zweck in genügen- dem Slasse zu erreichen.
Es wurde gefunden, da¯ die üblichen Umhüllungen sehädliche
Bestandteile auf den Stahl übertragen, indem beispielsweise Sauerstoff von leicht reduzier baren Oxyden der Umhüllung, wie Eisenoxyd, aus der flüssigen Schlacke in den geschmol zenen Stahl übergeht und darin Kohlenstoff und andere Bestandteile des Stahls, unter Umständen auch Eisen, verbrennt, wodurch die Festigkeit vermindert und die Rotbrüchig- keit verursacht wird, sowie eine erhebliche Porenbildung in der Schweissung hervorgerufen wird. Kohlendioxyd bt unter Um- ständen eine ähnliche Wirkung aus.
Auch die Aufnahme von Stickstoff aus der Luft, welche die Hauptursache der Sprodigkeit der
Schwei¯nÏhte bildet, wird durch die bekann- ten Umhüllungen nicht oder nur in ungenü- gendem Masse verhindert.
Es wurde gefunden, dass die aus der Um hüllung einer Schweisselektrode sieh bildende
Schlacke nicht nur keine Stoffe entbalten darf, welche Sauerstoff oder andere Verun- reinigungen auf den Stahl übertragen können, wie es bei leicht reduzierbaren Oxyden der
Fall wäre, sondern sie muss auch die Fähig keit haben, bereits gebundenen Sauerstoff vom Schweissgut zu entfernen, das heisst eine Wirkung ausüben, die man als eine Art Beizung ansehen kann. Die Schlacke soll also imstande sein, Oxyde aufzulosen, die entweder infolge unvollkommener Reinigung der Werkstückkanten sich noch an denselben befinden, oder in der Nähe des Lichtbogens wegen der eintretenden Erhitzung sowie durch den Niederschlag verspritzender oder verdampfender Teile sich neu bilden.
Das ZusammenflieBen des geschmolzenen Stabls mit den erhitzten Werkstückkanten wird da durch wesentlich erleiebtert und beschleunigt, so daB eine vollkommen rein metallische
Verbindung und ein gutes Ausflie¯en zu einem allmählichen Übergang zwischen Werk- st ck und Schweissnaht erzielt wird.
Um diese Bedingungen zu fordern, ist es vorteilhaft, wenn die geschmolzene Schlacke hinreichend dünnflüssig ist und die FÏhigkeit hat, den Stahl gut zu benetzen. Sie breitet sich dann ohne örtliche Zusammenballung aber das Schmelzgut gleichmässig aus und schliesst es gegen die Luft ab, bewirkt eine glatte Oberfläche der Schweissung und be günstigt das Zusammenfliessen von geschmol- zenem Schweissgut und Werkstoff unter der schützenden und beide Teile gut benetzenden Schlackendecke. Infolgedessen entstehen sanfte Übergänge zwischen Schweissnaht und Werkstück, wie sie beispielsweise in Fig. 1 und 2 der Zeichnung gezeigt sind, während schlecht benetzende Schlacken ¯bergÏnge mit Kerbwirkungen, beispielsweise nach Fig.
3 und 4 ergeben, welche insbesondere die Dauerfestigkeit herabsetzen.
Es ist günstig, wenn sich die Abkühlung des glühenden Stahls langsam vollzieht. Dabei besteht aber wieder die Gefahr, da¯ nach träglich die Aufnahme der Stoffe erfolgt, die während des Schweissens ferngehalten wurden. Demnach ist es von Vorteil, wenn auch noch in diesem Stadium des Prozesses für einen ausreichenden Schutz gesorgt wird.
Durch geeignete Wahl der Umhüllungsstoffe kann man erzielen, dal3 sich beim Erstarren zwischen dem Stahl und der Schlackendeeke eine Schicht von Gasen bildet, die durch die an der Luft zuerst erstarrende OberEäehe der Schlacke festgehalten werden.
Diese Gase bilden eine Isolierschicht für den glühenden Stahl und verlangsamen seine Abküblung noch mehr, als es die Schlackendecke allein t un würde. Die verlangsamte Abküblung kann in beschränktem Masse das Normalglühen der SchweiBung ersetzen, so daB auch ohne nachheriges Behandeln die Schweiflung s ehon eine befriedigende Zähigkeit hat und eine günstige Verteilung der beim Abkühlen entstehenden Wärmespannungen eintritt
Durch eingehende Versuche ist gefunden worden, dass diese Vorgänge erzielt werden können, wenn eine Umhüllung verwendet wird, die technisch reines Magnesiumsilikat, Wasserglas und Zusätze von einer solchen Art und Menge enthält, da¯ in der aus der Umhüllung sich bildenden Schlacke nur die Oxydulstufe,
nicht aber die Oxydstufe des Eisens auftritt und daR die Menge der Zusätze ausreicht, um der entstehenden Schlacke eine Oxyd auflosende Wirkung in bezug auf die Unterlage zu verleihen. Wenn die derart zusammengesetzte Umhüllungsmasse schmilzt, können der von au¯en eindringende Sauerstoff bezw. die von der Unterlage aufgenomme- nen Oxyde mit der Masse des Umhüllungs- materials Eisensilikat Mangansilikat usw. bilden, welche der Schlacke die Eigenschaft verleihen, schon bei ziemlich tiefer Temperatur zu schmelzen.
Durch Verwendung von desoxydierend und reinigend wirkenden Zusätzen, wie z. B.
Ferromangan, Aluminium, Silizium, insbe- sondere von kohlenstoffreichen Zusätzen kann erzielt werden, dass einerseits die erwähnte Versehla. ckung, anderseits ein Desoxydieren des während des Vorganges entstehenden Eisenoxyduls, beispieleweise mit dem vorhandenen Kohlenstoff unter Bildung von Kohlen- oxyd, stattfindet. Dieses Gas stellt eine vorzügliche Isoliersehiebt für den glühenden Stahl dar.
Bei einer zur Bildung der notwendigen Scblackenmenge genügenden Dicke der Um hüllung breitet sich die Schlacke infolge ihrer vorerwähnten Eigenschaften ohne ortliche Zusammenballungen gleichmässig über das ganze Schmelzgut aus, schliesst es gegen Luft ab und verhindert eine Aufnahme von Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft in das Schmelzgut. Der von aussen kommende Sauerstoff wird von der Schlacke aufgenommen.
Doch entstehen nur solche Verbindungen, welche nicht in der Lage sind, an das Schweissgut Sauerstoff abzugeben. Die Menge der Zusätze ist so geregelt, dass die Schlacke die geschilderte Oxyd auftosende Wirkung auf die Unterlage aus bt, sie ist imstande, Eisenoxyd unter Bildung der Oxydulstufe zu reduzieren und das entstehende Eisenoxydul unter Entstehung von Silikat aufzol¯sen.
Auf die angegebene Weise gelingt es, die günstigen physikalischen Eigensehaiten der Schlacke zu erzeugen, ohne, wie es bei den bekannten Umhüllungsmassen geschieht, Ei senoxydsilikate zuzusetzen.
Man kann der Umhüllungsmasse au¯erdem noch Bestandteile einverleiben, welche durch Legierung die Güte des niedergesehmol- zenen Stahls erhöhen. Ferner wurde gefun- den, daB die Wirkung der Zusätze besonders günstig ist, wenn ihre Konzentration von innen nach aussen abnimmt. Man kann, um dies zu erreichen, mehrere Umhullungs- schichten übereinander aufzubringen, von denen die innern vorwiegend die Zusätze ent- halten.
Auf die angegebene Weise gelingt es, nicht nur den Sauerstoff von der Schweissnaht fernzuhalten, sondern auch die Stick stoffaufnahme in den geschmolzenen Stahl wesentlich zu vermindern. Aus einer Reihe von Beobachtungen kann man schliessen, dass die Stickstoffaufnahme in den Stahl durch die gleichzeitige Anwesenheit von Sauerstoff in der Lichtbogenatmosphäre begünstigt und durch Verminderung bezw. völliges Entfernen des Sauerstoffes praktisch unterbunden wird.
Als zweckmässig hat sich weiterhin erwiesen, wenn der Schweissstab einen Kern aus Stahl besitzt, der im sauren Siemens Martin-Ofen aus reinstem Roheisen erschmolzen wird. Der Kern kann zweckmϯig einen rechteckigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen, wie dies in den Fig. 5 bis 7 gezeigt ist, in welchen. E den Elektrodenkern und U die Umh llung bezeichnet.