Schweisspulver für die automatische Lichtbogenschweissung. Es sind elektrische Schweissverfahren be kannt, bei denen die abzuschmelzende Elek trode dauernd in eine Schmelze eines vorwie gend aus Silikaten bestehenden, vorher lose auf die Schweissstelle aufgeschütteten Schweiss pulvers eintaucht, Diese bekannten Schweiss pulver, die in der Hauptsache aus fluorhal- tigen, sauren bis höchstens neutralen Silikaten bestehen und beim Schmelzen mehr oder weniger viskose Flüssigkeiten bilden, haben verschiedene Nachteile.
Der verhältnismässig hohe Kieselsäurege halt und die verhältnismässig grosse Menge an Schlacke, die über dem Schweissgut liegt bzw. schwimmt, bedingen eine starke Beeinflussung der Zusammensetzung des Schweissgutes. Die sem Umstand wird zwar dadurch begegnet, dass man, unter Berücksichtigung z. B. des unter der Einwirkung der Schlacke auftre tenden Abbrandes an wertvollen Legierungs bestandteilen, vor allem von Mangan usw., Schweissdraht mit vermehrten Legierungsbe standteilen verwendet, so dass diese die Ab brandverluste des Grundmaterials wieder aus gleichen. Die Schweissdrähte werden auf diese Weise allerdings nicht unwesentlich verteuert.
Ein weiterer Nachteil lässt sich jedoch schwer beheben, dass nämlich durch die Um setzung der Kieselsäure mit Mangan nach der Reaktionsgleichung: SiO2 + 2 Mn = 2 MnO + Si das Schweissgut aufsiliziert wird. Ein weiterer schwer zu behebender Nach teil dieses Schweisspulvers zeigt sich dann, wenn mit Rost oder Feuchtigkeit bedeckte Metalle verschweisst werden sollen. In diesem Fall bilden sich in der Schweisshitze durch die Reaktion der Feuchtigkeit bzw. der hydroxyl- haltigen Eisenverbindungen mit dem Eisen Wasserstoffbläschen, welche durch die im Verlaufe der Abkühlung zäher werdende Schlackenhaube nicht mehr hindurchtreten können und die Güte der Schweissnaht hauptsächlich bei Kehlnähten - verschlech tern.
Umfangreiche Versuche hatten das Ziel, die genannten Nachteile durch ein entspre chend hergestelltes Schweisspulver von gün stigerer Zusammensetzung zu vermeiden. Es wurde eine Zusammensetzung gefunden, die allen Anforderungen bei .der automatischen Lichtbogenschweissung gerecht wird.
Nach der Erfindung kennzeichnet sich das Schweiss pulver dadurch, dass es eine gepulverte, kie selsäurefreie, erschmolzene Masse basischen Charakters aufweist, die 5 - bis 15 0/o Erd- alkalioxyde, 5 bis 20 0/o Aluminiumoxyd und insgesamt weniger als 10 0/o Manganoxyd und Eisenoxyd in fester Lösung mit 40 bis 70 0!0 eines Fluorides enthält, wobei die gegenseitige Löslichkeit der genannten Stoffe durch einen Gehalt von 5 bis 20 0/0 Titandioxyd vermittelt ist. Diese Masse erstarrt aus der Schmelze nicht glasartig, sondern kristallin.
Sie besitzt einen definierten Schmelzpunkt und ist in flüssigem Zustande niedrig viskos. Die flüs sige Titansäure hat hohe Lösekraft, reagiert. nicht nennenswert mit den Bestandteilen des Stahls und lässt die reinigende Wirkung der basischen Lösungsbestandteile, z. B. auf Phos phor- und Schwefelbestandteile des Stahls, voll zur Geltung kommen. Es sind zwar basische Schweissmittel qua litativ ähnlicher Zusammensetzung bei der Herstellung ummantelter Schweisselektroden zur Verwendung gelangt, jedoch liegen die hier zur Verwendung kommenden Stoffe nicht. als bei hoher Temperatur erzeugte homo gene Mischung bzw.
Lösung vor, sondern die Bestandteile werden lediglich in dem ge wünschten Verhältnis zusammengemischt und mit geeigneten Bindemitteln oder durch Druckanwendung auf die metallischen Elek troden aufgebracht. Erst beim Schweissvor gang schmelzen die Mischungsbestandteile zu sammen und bilden eine dünne, vom Licht bogen durchbrochene Haut über der ver schweissten -Naht.. Ihre Menge ist im Vergleich zum eingeschmolzenen Schweissgut gering und dementsprechend ist die Beeinflussung durch das Schweissmittel geringfügiger als bei v er- deekter automatischer Lichtbogenschweissung.
Hier wirkt- die unter der Schutzhaube eines Schweisspulvers befindliche bzw. daraus gebildete Sehlacke, die in dicker Schicht un ter und zwischen seitlichen noch ungeschmol- zenen Pulverschichten liegt, sowohl mecha nisch als auch chemisch stark auf das Schweiss gut ein. Ausserdem wird hier im allgemeinen mit. wesentlich höheren Stromstärken ge schweisst, bei denen erfahrungsgemäss die metallurgischen Reaktionen sich wegen der längeren Reaktionszeit vollständiger abspielen können.
Bei der Verwendung der bekannten um mantelten Elektroden hat die Ummantelung die Aufgabe, durch Bildung einer dünnen Schlackenschicht auf dem flüssigen Metall dieses vor Oxydation zu schützen. Sie soll fer ner durch Abgabe ionisierender Bestandteile das gleichmässige Brennen des Lichtbogens auch mit Wechselstrom ermöglichen. Die Anforderungen bei der verdeckten automatischen Lichtbogenschweissung sind in sofern noch ganz anderer Art, als nicht nur eine bestimmte günstige Zusammensetzung des Schweisspulvers mit besonderen metallur gischen Eigenschaften wichtig ist, sondern auch noch auf bestimmte elektrische Eigen schaften der schmelzflüssigen Schlacke geach tet werden muss, so dass ein stetiges gleich mässiges Brennen des Lichtbogens unter der Pulveroberfläche ermöglicht wird.
Die Leit fähigkeit des Pulvers darf einerseits nicht so hoch sein, dass der Lichtbogen zum Pulver selbst überspringt. Sie muss aber anderseits doch so hoch sein, dass sie die Ausbildung eines ständigen Lichtbogens zwischen Werk stück und Schweisselektrode unterhalb der Haube des Schweisspulvers ermöglicht. Es ist hierbei die Tatsache zu berücksichtigen, dass die Schlacke nicht einen dünnen Schutzüber zug auf dem geschmolzenen Metall bildet, son dern eine flüssige Zone, die an Gewicht und Schichtdicke mit. dem Schweissgut ungefähr vergleichbar ist.
Durch die vergrösserte Schlackenmenge und durch den von der Schlacke ausgeübten grösseren Druck kann auf Grund einer geeigneten Zusammenset zung der Schlacke die Zusammensetzung des Schweissgutes viel wirksamer beeinflusst wer den als im Falle der Verwendung ummantel ter Elektroden, deren Schlackenbildung im Vergleich zum Schweissgut geringer ist. Die im Schweisspulver enthaltene Titansäure sorgt, dass die Pulverschmelze leichtflüssig ist; sie beeinflusst die Zusammensetzung des Schweiss gutes nicht. ungünstig, wie es z. B. bei Sili- ziumdioxyd der Fall ist.
Der Gehalt an Titan säure (Ti02) beträgt 5 bis ?0 01o. Eine Er höhung des Titansäuregehaltes hat. keine Ver besserung der günstigen Eigenschaften des Schweisspulvers nach der Erfindung zur Folge. Auch steht der hohe Preis dieser Erhöhung entgegen.
Ein Schweisspulver der oben angegebenen Zusammensetzung ermöglicht es auch, Sonder stähle, vor allem austenitisehe Werkstoffe, zu verschweissen, ohne dass eine nachteilige Beeinflussung durch das Schweisspulver - wie z. B. ein hoher Abbrand an, wertvollen Legierungsbestandteilen, wie er bei den kiesel säurehaltigen Schweisspulvern auftritt - be obachtet werden kann. Durch Erhöhung des Manganoxydgehaltes kann vielmehr der Man gangelialt des Schweissgutes noch erhöht wer den, und es ist anderseits nicht erforderlich, Schweissdrähte mit besonders hohem Mangan gelialt zu verwenden.
Die niedrige Viskosität der Schmelze, die ein leichtes Durchtreten aus dem Schweissbad stammender Verunreinigungen erlaubt, er möglieht die Verwendung der automatischen verdeckten Lichtbogenschweissung auf einem sehr wichtigen Gebiet, nämlich dem der Ver schweissung rostiger oder sonstwie verunrei nigter Metalloberflächen, wie es z. B. bei Arbeiten auf offenen Montagestellen, beim Brückenbau usw. vorkommt. Die Leichtflüs sigkeit der Schlacke gestattet den bei der Reaktion der Verunreinigungen mit dem Eisen entstehenden Gasbläschen (insbesondere Wasserstoff) den Durchtritt durch die Schlacke, was früher bei der Verwendung der alten, verhältnismässig zähen und glasartig er starrenden kieselsäurehaltigen Schlacke nicht möglich war.
Werden dem Schweisspulver 1 bis 10 0/0 oder sogar bis zu 16 0/o Karbonate der Erd- alkali- oder Eisenmetalle oder bis zu 16 0/o einer Mischung aus einem Oxyd der Eisen gruppe und einem kohlenstoffhaltigen Reduk tionsmittel mechanisch beigemengt, so ent wickeln die so entstehenden Gemische wäh rend des Schweissens Gase, welche die bei der Reaktion des Schweisspulvers mit. den Verun reinigungen. auf dem zu schweissenden Metall sich entwickelnden gasförmigen Reaktionspro dukte fortspülen. Die Versuche zeigten, dass auf diese Weise Schweissnähte in einer unter diesen Verhältnissen noch nicht erreichten Güte erzielt werden konnten.
Ein Beispiel möge die hervorragenden Eigenschaften des neuen Schweisspulvers er läutern Es wurde eine 20-mm-V-Naht an einem Baublech mit 8-mm-Schweissdraht unter Ver- wendung des bisher gebräuchlichen stark kieselsäurehaltigen Schweisspulvers einerseits und des neuen Basisehen titandioxydhaltigen Schweisspulvers anderseits verschweisst. Die verwendete Stromstärke betrug 1250 Ampere, die Schweissspannung .10 Volt, die Schweiss geschwindigkeit 300 mm/Min. Die Zusammensetzung der Schweissnaht als Funktion der Zusammensetzung von Grundmaterial, Schweissdraht, und Schweiss pulver wurde untersucht.
Der Vergleich der sowohl mit. dem bekannten als auch mit dem neuen Schweisspulver erhaltenen Zusammen setzung, der sonst unter genau gleichen Be- dingiingen erzielten Schweissnaht soll zur Be urteilung des neuen Schweisspulvers dienen. Als Beimengungen, welche die Eigenschaf ten des Materials vorzugsweise beeinflussen, seien die Kohlenstoff-, Mangan-, Silizium-, Phosphor- und Schwefelgehalte in dem ver schweissten Blech und im Schweissdraht so wie die theoretische Zusammensetzung des Schweissgutes angegeben, welche sich aus dem eingeschmolzenen Gewichtsverhältnis von Schweissdraht und Grundmaterial ergeben würde.
Das Grundmaterial enthielt, bezogen auf das Gewicht: 0,07 0/o Kohlenstoff, 0,3 0/o Mangan, 0,008 0/o Silizium, 0,056 0/o Phospor, 0,017 0/o Schwefel. Der Schweissdraht hatte entsprechende Gehalte von: 0,16 0/o Kohlenstoff, 3,5 0/0 Man gan, 0,125 0/o Silizium, 0,018 0/o Phosphor, 0,012 0/o Schwefel.
Die eingeschmolzenen Mengen an Grund material und Schweissdraht wurden an einer Schlifffläche quer zur Schweissnaht planime- triseh ermittelt. Daraus ergab sich ein Soll gehalt des Schweissgutes (d. h. die theoretische Mischkonzentration) von: 0,106 0/o Kohlen stoff, 1,58 0/o Mangan, 0,0548 0/o Silizium, 0,0412 0/a Phosphor, 0,0148 0/o Schwefel.
Der durch Analyse ermittelte tatsächliche Gehalt an Legierungsbestandteilen und Ver unreinigungen betrug bei einer mit altem Schweisspulver erhaltenen Schweissnaht.:
EMI0004.0000
entsprechend:
<tb> 0,08 <SEP> 0/o <SEP> Kohlenstoff <SEP> 24 <SEP> 0/o <SEP> Abbrand
<tb> 0,98 <SEP> 0/a <SEP> Mangan <SEP> 38 <SEP> 0/o <SEP> Abbrand
<tb> 0,21 <SEP> 0/o <SEP> Silizium <SEP> 280 <SEP> 0/a <SEP> Zunahme
<tb> 0,043 <SEP> 0/a <SEP> Phosphor <SEP> 4 <SEP> 0/o <SEP> Zunahme
<tb> 0,02190 <SEP> 0/a <SEP> Schwefel <SEP> 42 <SEP> 0/o <SEP> Zunahme.
Dagegen wurden bei einer Schweissnaht, hergestellt unter Verwendung des neuen Pul vers unter sonst gleichen Bedingungen fol gende Gehalte analytisch ermittelt:
EMI0004.0002
Kohlenstoff <SEP> 0,095 <SEP> 0/a <SEP> (10 <SEP> 0/o <SEP> Abbrand)
<tb> Mangan <SEP> 1,57 <SEP> 0/o <SEP> ( <SEP> 0,6 <SEP> 0/o <SEP> Abbrand)
<tb> Silizium <SEP> 0,0-110/o <SEP> (2,.5 <SEP> 0/a <SEP> Abbrand)
<tb> Phosphor <SEP> 0,033 <SEP> 0/0 <SEP> (20 <SEP> 0/o <SEP> Abbrand)
<tb> Schwefel <SEP> 0,0110/0 <SEP> (28 <SEP> 0/o <SEP> Abbrand).
Wie die Ergebnisse und Analysen zeigen, ist bei dem mit dem alten Pulver erhaltenen Schweissgut vor allem ein erheblicher Ab brand von 38 0/o Mangan, eine unerwünschte Zunahme tim 280 0/a Silizium und eine solche um 4? 0/o Schwefel eingetreten (bezogen auf den theoretischen Gehalt der Mischung = 100 0l0). Beide Zunahmen sind für die Güte der Schweissnaht unerwünscht.
Im Gegensatz hierzu zeigt die Analyse der mit dem neuen Schweisspulver erhaltenen Schweissnaht eine praktisch unveränderte Konzentration des Mangans, eine wesentliche Abnahme des unerwünschten Silizium-, Phos phor- und Schwefelgehaltes gegenüber der theoretisch ermittelten Zusammensetzung, also eine wesentliche Qualitätsverbesserung der Schweissnaht gegenüber den bisherigen Ergebnissen.
Welding powder for automatic arc welding. Electrical welding processes are known in which the electrode to be melted is continuously immersed in a melt of a sweat powder that is predominantly composed of silicates and previously loosely poured onto the welding point. These known welding powders, which mainly consist of fluorine-containing, acidic to At most, there are neutral silicates and form more or less viscous liquids when they melt, have various disadvantages.
The relatively high silica content and the relatively large amount of slag that lies or floats over the weld metal have a strong influence on the composition of the weld metal. This fact is countered by the fact that, taking into account z. B. of the erosion of valuable alloy components occurring under the action of the slag, especially manganese, etc., welding wire with increased alloy components used so that they equalize the burn losses from the base material again. The welding wires are not insignificantly more expensive in this way.
Another disadvantage is difficult to remedy, namely that the reaction between the silica and manganese according to the reaction equation: SiO2 + 2 Mn = 2 MnO + Si causes the weld metal to be siliconized. Another hard-to-fix after part of this welding powder is shown when metals covered with rust or moisture are to be welded. In this case, the reaction of moisture or the hydroxyl-containing iron compounds with the iron causes hydrogen bubbles to form in the heat of welding, which can no longer pass through the slag cap, which becomes tougher during the cooling process, and the quality of the weld seam, mainly in fillet welds, deteriorates .
Extensive tests had the aim of avoiding the disadvantages mentioned by a correspondingly prepared welding powder of favorable composition. A composition has been found which meets all the requirements for automatic arc welding.
According to the invention, the welding powder is characterized in that it has a powdered, silica-free, molten mass of basic character, which contains 5 to 15 0 / o alkaline earth oxides, 5 to 20 0 / o aluminum oxide and a total of less than 10 0 / o contains manganese oxide and iron oxide in solid solution with 40 to 70% of a fluoride, the mutual solubility of the substances mentioned being mediated by a content of 5 to 20% titanium dioxide. This mass does not solidify from the melt like glass, but crystalline.
It has a defined melting point and is of low viscosity in the liquid state. The liquid titanic acid has high dissolving power and reacts. not significant with the components of the steel and leaves the cleaning effect of the basic solution components, z. B. on phosphorus and sulfur components of the steel, come into their own. Basic welding agents with a qualitatively similar composition have been used in the production of coated welding electrodes, but the substances used here are not. as a homogeneous mixture produced at high temperature or
Instead, the components are simply mixed together in the desired ratio and applied to the metallic electrodes with suitable binders or by applying pressure. Only during the welding process do the components of the mixture melt together and form a thin skin, broken by the arc, over the welded seam. Their amount is small compared to the melted weld metal and accordingly the influence of the welding agent is less than with excellent automatic arc welding.
Here, the lacquer located under the protective hood of a welding powder or formed from it, which is located in a thick layer under and between lateral as yet unmelted powder layers, has a strong mechanical and chemical effect on the sweat. In addition, here is generally with. Welded at significantly higher currents, at which experience has shown that the metallurgical reactions can take place more completely due to the longer reaction time.
When using the known coated electrodes, the purpose of the coating is to protect the liquid metal from oxidation by forming a thin layer of slag on it. It is also intended to enable the arc to burn evenly with alternating current by releasing ionizing components. The requirements for concealed automatic arc welding are very different in that not only a certain favorable composition of the welding powder with special metallurgical properties is important, but also certain electrical properties of the molten slag must be observed, so that a steady, even burning of the arc under the powder surface is made possible.
On the one hand, the conductivity of the powder must not be so high that the arc jumps to the powder itself. On the other hand, however, it must be so high that it enables the formation of a constant arc between the workpiece and the welding electrode below the hood of the welding powder. The fact must be taken into account here that the slag does not form a thin protective coating on the molten metal, but rather a liquid zone, which increases in weight and thickness. is roughly comparable to the weld metal.
Due to the increased amount of slag and the greater pressure exerted by the slag, the composition of the weld metal can be influenced much more effectively due to a suitable composition of the slag than in the case of using encased electrodes, the formation of which is lower than that of the weld metal. The titanic acid contained in the welding powder ensures that the powder melt is easily fluid; it does not affect the composition of the sweat. unfavorable as it z. B. is the case with silicon dioxide.
The titanic acid (Ti02) content is 5 to? 0 01o. An increase in the titanic acid content has. no improvement in the favorable properties of the welding powder according to the invention result. The high price also stands in the way of this increase.
A welding powder of the composition given above also makes it possible to weld special steels, especially austenitic materials, without being adversely affected by the welding powder - such as e.g. B. high burn-up, valuable alloy components, such as occurs with the silica-acidic welding powders - be observed. Rather, by increasing the manganese oxide content, the amount of material to be welded can be increased, and on the other hand it is not necessary to use welding wires with a particularly high level of manganese.
The low viscosity of the melt, which allows easy passage of impurities originating from the weld pool, allows the use of the automatic concealed arc welding in a very important area, namely the welding of rusty or otherwise contaminated metal surfaces, as is the case with e.g. B. occurs when working on open assembly sites, when building bridges, etc. The light fluidity of the slag allows the gas bubbles (especially hydrogen) formed during the reaction of the impurities with the iron to pass through the slag, which was previously not possible with the use of the old, relatively viscous and glassy slag containing silicic acid.
If 1 to 10 0/0 or even up to 16 0 / o carbonates of the alkaline earth or ferrous metals or up to 16 0 / o of a mixture of an oxide of the iron group and a carbon-containing reducing agent are mechanically added to the welding powder, then ent The resulting mixtures wind up gases during welding, which are involved in the reaction of the welding powder. the impurities. Flush away any gaseous reaction products that develop on the metal to be welded. The tests showed that in this way weld seams of a quality not yet achieved under these conditions could be achieved.
An example may explain the excellent properties of the new welding powder.A 20 mm V-seam was welded on a building sheet with 8 mm welding wire using the previously customary high-silica welding powder on the one hand and the new basic welding powder containing titanium dioxide on the other. The amperage used was 1250 amperes, the welding voltage .10 volts, the welding speed 300 mm / min. The composition of the weld seam as a function of the composition of the base material, welding wire and welding powder was investigated.
The comparison of both with. the known composition as well as the one obtained with the new welding powder, the weld seam otherwise obtained under exactly the same conditions should serve to assess the new welding powder. Additions that preferably influence the properties of the material are the carbon, manganese, silicon, phosphorus and sulfur contents in the welded sheet metal and in the welding wire, as well as the theoretical composition of the weld metal, which results from the melted weight ratio of welding wire and base material.
The base material contained, based on weight: 0.07% carbon, 0.3% manganese, 0.008% silicon, 0.056% phosphorus, 0.017% sulfur. The welding wire had corresponding contents of: 0.16% carbon, 3.5% manganese, 0.125% silicon, 0.018% phosphorus, 0.012% sulfur.
The melted down quantities of base material and welding wire were determined planimetrically on a grinding surface perpendicular to the weld seam. This resulted in a target content of the weld metal (ie the theoretical mixed concentration) of: 0.106 0 / o carbon, 1.58 0 / o manganese, 0.0548 0 / o silicon, 0.0412 0 / a phosphorus, 0.0148 0 / o sulfur.
The actual content of alloy components and impurities determined by analysis was for a weld seam obtained with old welding powder:
EMI0004.0000
corresponding:
<tb> 0.08 <SEP> 0 / o <SEP> carbon <SEP> 24 <SEP> 0 / o <SEP> burn-off
<tb> 0.98 <SEP> 0 / a <SEP> Manganese <SEP> 38 <SEP> 0 / o <SEP> Burn-off
<tb> 0.21 <SEP> 0 / o <SEP> silicon <SEP> 280 <SEP> 0 / a <SEP> increase
<tb> 0.043 <SEP> 0 / a <SEP> Phosphorus <SEP> 4 <SEP> 0 / o <SEP> increase
<tb> 0.02190 <SEP> 0 / a <SEP> sulfur <SEP> 42 <SEP> 0 / o <SEP> increase.
On the other hand, the following contents were analytically determined for a weld seam produced using the new powder under otherwise identical conditions:
EMI0004.0002
Carbon <SEP> 0.095 <SEP> 0 / a <SEP> (10 <SEP> 0 / o <SEP> burnup)
<tb> Manganese <SEP> 1.57 <SEP> 0 / o <SEP> (<SEP> 0.6 <SEP> 0 / o <SEP> burn-up)
<tb> silicon <SEP> 0.0-110 / o <SEP> (2, .5 <SEP> 0 / a <SEP> burn-up)
<tb> Phosphorus <SEP> 0.033 <SEP> 0/0 <SEP> (20 <SEP> 0 / o <SEP> burn-off)
<tb> sulfur <SEP> 0.0110 / 0 <SEP> (28 <SEP> 0 / o <SEP> burnup).
As the results and analyzes show, with the weld metal obtained with the old powder there is above all a considerable burn-off of 38% manganese, an undesired increase in 280% silicon and an increase of 4? 0 / o sulfur occurred (based on the theoretical content of the mixture = 100 0l0). Both increases are undesirable for the quality of the weld seam.
In contrast to this, the analysis of the weld seam obtained with the new welding powder shows a practically unchanged concentration of manganese, a significant decrease in the undesired silicon, phosphorus and sulfur content compared to the theoretically determined composition, i.e. a significant improvement in the quality of the weld seam compared to the previous results.