Verfahren zur Herstellung umhüllter Elektroden für die elektrische Lichtbogenschweissung Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstel lung umhüllter Elektroden für die elektrische Licht bogenschweissung. Die für diese Elektroden verwen deten Umhüllungskompositionen enthalten im all gemeinen nebst schlackebildenden Stoffen und manchmal gasentwickelnden Stoffen auch Zusätze aus desoxydierenden Metallen oder Legierungsmetal len, meistens in der Form von pulverförmigen Ferro- legierungen. Man hat vorgeschlagen, derartige Pulver unmittelbar aus der geschmolzenen Ferrolegierung in der Weise herzustellen, dass man das geschmolzene Metall granuliert oder zerstäubt oder zerpeitscht,
also in irgendeiner Weise in sofort erstarrende Körner oder Teilchen geeigneter Grösse zerkleinert.
Es ist ebenfalls wohlbekannt, Eisenschwamm oder sonstiges weiches Eisen als Bestandteil von Elektro denumhüllungen zu verwenden, z. B. zum Zweck, die Schweisseigenschaften der Elektrode zu verbessern oder der Elektrodenumhüllung eine gewisse elektri sche Leitfähigkeit beizubringen, welche die Zündung des Lichtbogens erleichtert. Es ist selbstverständlich möglich, Eisenpulver durch Zerstäuben oder sonstiges Zerteilen von geschmolzenem Eisen herzustellen. Es hat sich aber herausgestellt, dass ein in dieser Weise hergestelltes Eisenpulver einen beträchtlichen Anteil an Eisenoxyd enthalten wird, und zwar auch in dem Falle, wenn als Zerstäubungsmittel Dampf oder Was ser verwendet wird. Der Oxydgehalt steigt mit ab nehmender Teilchengrösse an.
Die Oxydbildung be deutet einen Verlust an metallischem Eisen. Ausser dem. ist das Eisenoxyd in vielen Umhüllungstypen metallurgisch unerwünscht. Es ist zwar möglich, das Pulver einem reduzierenden Glühen zur Entfernung des Oxyds zu unterziehen. Das reduzierende Glühen wird aber den Preis des Erzeugnisses wesentlich er höhen. Die vorliegende Erfindung ist auf die neue Er kenntnis begründet, dass bei der Herstellung von Eisenpulver durch feines Zerteilen von geschmol zenem Eisen unter oxydierenden Bedingungen die Oxydbildung im wesentlichen unterdrückt wird, wenn das geschmolzene Eisen einen ausreichenden Zusatz aus Silizium und/oder Aluminium enthält. Diese über raschende Wirkung kann durch die Annahme erklärt werden, dass .ein Teil des Silizium- bzw.
Aluminium inhaltes der einzelnen Teilchen sehr schnell oxydiert wird und eine widerstandsfähige Oxydhaut bildet, welche die weitere Oxydation wirksam verhindert.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Her stellung von umhüllten Elektroden für die :elektrische Lichtbogenschweissung, deren Umhüllung ein vor wiegend aus Eisen bestehendes Metallpulver enthält, welches Verfahren sich dadurch auszeichnet, dass Eisen, dessen Kohlenstoffgehalt höchstens 0,25 % beträgt, zusammen mit Silizium und/oder Aluminium als Desoxydationsmittel in einer Menge, welche wesentlich grösser als die für die Desoxydation der Schmelze -erforderliche Menge ist, geschmolzen wird und danach im geschmolzenen Zustand einer Zer kleinerungsbehandlung unter oxydierenden Bedingun gen unterzogen wird, so dass ein Metallpulver er halten wird, welches, gegebenenfalls nach einer Oxyd rindenentfernungsbehandlung und/oder Siebung,
mit schlackebildenden Stoffen und Bindemitteln gemischt wird, welche Mischung als Umhüllung auf Elektro- denkerne aus Eisen oder Stahl aufgebracht wird.
Das Zerkleinern des geschmolzenen Metalls wird zweckmässig in bekannter Weise so ausgeführt, dass ein aus einer Düse austretender Strahl des geschmol zenen Metalls der Einwirkung eines kräftigen Strahls eines geeigneten Arbeitsmittels, z. B. Wasser oder Dampf oder Pressluft, ausgesetzt wird, welcher aus einer mit der ersteren Düse bzw. mit dem Metall strahl konzentrischen Ringdüse austritt. Das gebildete Pulver wird durch einen mit Wasser oder einer an dern geeigneten Flüssigkeit gefüllten Behälter auf gefangen.
Die Erfindung betrifft vorzugsweise solche Legie rungen, welche mindestens 750/o Eisen enthalten. Durch geeignete Wahl der Bedingungen der Zerklei nerungsbehandlung ist es möglich, ein Pulver von jeder gewünschten Kornfeinheit zu bekommen, so dass eine nachfolgende zusätzliche Zerkleinerung im festen Zustand durch Mahlen oder dergleichen über flüssig wird. Vorzugsweise sind die Bedingungen so zu wählen, dass mindestens 50 Gewichtsprozent der Teilchen von einem Sieb mit einer Maschenweite von 0,6 mm hindurchgelassen werden. Im allgemeinen wird das erhaltene Erzeugnis einen gewissen Anteil an verhältnismässig grossen Teilchen enthalten, wel che durch Siebung des Pulvers entfernt und umge schmolzen werden.
Es wurde aber festgestellt, dass die Verwendung von Silizium oder Aluminium als Legierungszusätze in den erfindungsgemäss zu ver wendenden Gewichtsverhältnissen die zusätzliche Wirkung hat, dass der bei der Zerkleinerung der Schmelze entstehende Anteil an übergrossen Teilchen erheblich herabgesetzt wird.
Es ist nicht erforderlich, die an den Pulverteil chen festsitzende dünne Oxydhaut zu entfernen. Die selbe kann vielmehr eine vorteilhafte Wirkung haben, indem sie eine unter Umständen sonst entstehende störende Reaktion zwischen der Bindemittellösung (Alkalisilikatlösung) und dem Eisenpulver verhindert. Die Erfindung umfasst jedoch auch die Möglichkeit, das Eisenpulver vor seiner Einführung in die Um hüllungsmischung einer chemischen oder vorzugs weise mechanischen Behandlung zur Entfernung der Oxydschicht zu unterziehen.
Die Zugabe des Siliziums und/oder des Alumi niums in das geschmolzene Eisen wird zweckmässig kurz vor der Zerkleinerung der Schmelze vorgenom men, so dass unnötige Verluste dieser desoxydieren den Metalle vermieden werden. Der erforderliche Zu satz von diesen Metallen ist von dem Oxydgehalt der Schmelze und von dem verwendeten Zerkleine rungsmittel wie auch von andern Faktoren abhängig und ist zweckmässig für jeden einzelnen Ausgangs werkstoff durch praktische Versuche festzustellen. Das Aussehen des hergestellten Pulvers kann dabei einen guten Anhaltspunkt bieten, indem bei einem genügend grossen Zusatz der angegebenen Metalle das Pulver ein helles, metallisches Aussehen anstatt der sonst gewöhnlichen dunklen Oxydfarbe annimmt.
Gemäss einer Grobregel, welche für die Mehrzahl der praktischen Fälle brauchbar sein dürfte, sollte der Siliziumgehalt des Pulvers zusammen mit dem dreifachen Aluminiumgehalt des Pulvers mindestens 1,5 11/o betragen. Falls als Desoxydationsmittel Sili zium allein. oder Aluminium allein verwendet wer den, sollte also der Siliziumgehalt mindestens 1,5 und der Aluminiumgehalt mindestens 0,5 0/o betragen.
Zur Erläuterung der durch die Erfindung er reichten Wirkung sind unten die Ergebnisse von Sauerstoffbestimmungen für drei verschiedene mittels des Wasserstrahlverfahrens hergestellte Pulver ange geben, wobei das geschmolzene Eisen in einem Fall kein Silizium enthielt, in den beiden andern Fällen so viel Silizium enthielt, dass das Pulver einen Sili ziumgehalt von 1,60/o bzw. 3,30/o erhielt.
EMI0002.0016
Silizium <SEP> Sauerstoff
<tb> 0,0 <SEP> 1,5
<tb> 1,6 <SEP> 0,6
<tb> 3,3 <SEP> 0,23 Diese Ziffern lassen erkennen, dass bereits der gemäss der oben angegebenen praktischen Regel zu wählende Mindestgehalt von 1,5% Si eine wesent liche Herabsetzung des Oxydgehaltes des Pulvers be wirken wird.
Es wird jedoch empfohlen, bei der Aus übung der Erfindung (abgesehen von solchen Fällen, in welchen die metallurgische Eigenart des Schweiss gutes einen niedrigen Siliziumgehalt der Umhüllung bedingt) einen Siliziumgehalt des Pulvers von min destens 3 % einzustellen. Eine Erhöhung des Silizium gehaltes des Pulvers über etwa 5 0/o hinaus wird keine wesentliche weitere Herabsetzung des Oxydgehaltes des Pulvers mit sich bringen. Es liegt jedoch im Rah men der Erfindung, noch höhere Siliziumzusätze zu verwenden, so dass das Pulver z. B. einen Silizium gehalt von 12 bis 15 0/o erhält. Derartiges Pulver kann z. B. bei der Herstellung von Elektroden für ein aus Siliziumstahl bestehendes Schweissgut Verwendung finden.
Bei der Verwendung von Aluminium ist es zweck mässig, die Aluminiumzugabe so anzupassen, dass das Pulver einen Aluminiumgehalt zwischen 1 und 3 0/o bekommt. Höhere Aluminiumgehalte als 5 0/o dürfen keine praktische Bedeutung haben.
Bei der Wahl des Silizium- bzw. Aluminiumge haltes der für die Herstellung des Pulvers verwende ten geschmolzenen Legierung ist selbstverständlich auf die Beschaffenheit der Elektrodenumhüllungen, in welchen das Pulver als Bestandteil verwendet wer den soll, Rücksicht zu nehmen. Falls die Elektroden zu einem Typ gehören, in welchem Silizium oder Aluminium nicht als Legierungszusätze oder als Des oxydationsstoffe erforderlich sind, kann der Zusatz von Silizium bzw. Aluminium beim erfindungsge mässen Verfahren verhältnismässig niedrig gehalten werden.
Bei solchen Elektroden, bei denen die Ver wendung von Silizium als desoxydierender Zusatz in der Umhüllung zweckmässig oder notwendig ist, wird man zweckmässig die gesamte für diesen Zweck er forderliche Siliziummenge der Umhüllung als Legie rungsbestandteil des Eisenpulvers einführen, so dass der sonst erforderliche Zusatz von pulverförmigem Ferrosilizium in der Umhüllung überflüssig wird.
Schweisselektrodenumhüllungen enthalten manch mal Mangan (in der Form von Ferromangan) zur Desoxydierung des Schweissmetalls und zu andern Zwecken. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird zweckmässig alsdann auch die erforderliche Manganmenge der Umhüllung als Legierungsbestand teil des Eisenpulvers eingeführt, so dass die gesamte in der Elektrodenumhüllung benötigte Metallmenge in der Form einer pulverförmigen, homogenen Legie rung von Eisen, Mangan und Silizium und/oder Alu minium zugeführt wird. Ein Mangangehalt von 1%, bezogen auf das Gewicht des Pulvers, kann unter Umständen genügend sein. Gehalte zwischen 2 und 10 oder höchstens<B>1501o.</B> können als normal bezeich net werden.
In ähnlicher Weise können selbstverständlich an dere Metalle, welche das Schweissgut desoxydieren oder reinigen oder die Zusammensetzung des zu schweissenden Guts abändern oder bei der Schwei ssurig auftretende Verluste an im Kerndraht vorhan denen Legierungsmetallen ausgleichen sollen, in der Form von zusätzlichen Legierungszusätzen in dem mit Silizium bzw. Aluminium und gegebenenfalls Mangan legierten Eisenpulver der Umhüllung zuge führt werden. Beispiele solcher Metalle sind Chrom, Nickel, Kobalt, Wolfram, Molybdän, Vanadium, Titan, Niob und Zirkonium. Der Gesamtgehalt an solchen weiteren Zusätzen sollte aber nicht höher als 100/o sein, da bei höheren Zusätzen unter Um ständen Schwierigkeiten bei der Herstellung des legierten Eisenpulvers auftreten können.
Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für die Herstellung solcher Elektroden, bei denen das in der Umhüllung vorhandene Eisenpulver einen be trächtlichen Teil, z. B. einen Drittel oder mehr, der in der Elektrode (Kern und Umhüllung) vorhandenen Metallmenge darstellt.
Das vorliegende Patent umfasst auch die Schweiss elektroden, welche das Ergebnis des erfindungsgemä ssen Verfahrens darstellen. Es sind besonders solche Elektroden zu nennen, bei welchen die in der Um hüllung enthaltene, durch Zerstäubung einer Schmelze hergestellte pulverförmige Legierung nebst minde stens 75% Eisen so viel Silizium und/oder Aluminium enthält, dass die Summe des Siliziumgehaltes und des dreifachen Aluminiumgehaltes mindestens 1,5 0/o und höchstens 15 0/o beträgt. Die betreffende Legierung, deren Gewicht vorzugsweise mindestens 100/o, zweck mässig 20 0/o oder mehr des Gewichtes der Umhül lung beträgt, stellt vorzugsweise den gesamten Metall inhalt der Umhüllung dar.
Es folgen drei Ausführungsbeispiele des erfin- dungsgemässen Verfahrens.
<I>Beispiel 1</I> 50 kg Stahlschrott, dessen Kohlenstoffgehalt durchschnittlich 0,201o beträgt und dessen Gehalte an Schwefel und Phosphor je niedriger als 0,070/o sind, wird in einem Hochfrequenzofen geschmolzen. Das geschmolzene Metall wird mit 3,5 kg Ferro- silizium mit etwa 50% Si (wesentlich mehr als zur Desoxydation der Schmelze erforderlich) und 1,5 kg Ferromangan affiné (etwa 80% Mn) versetzt.
Das geschmolzene Metall wird in einen vorgewärmten ko nischen feuerfesten Behälter vergossen, welcher mit einer Bodendüse versehen ist, durch das flüssiges Metall in der Form eines Strahls hinaustritt. Der Metallstrahl wird mittels eines mit ihm konzentri schen, aus einer Ringdüse heraustretenden konver gierenden Wasserstrahls zu einem Pulver zerstäubt. Nach Trocknung des Pulvers werden solche Teil chen, welche eine Korngrösse von mehr als 0,6 mm aufweisen, durch Siebung entfernt.
Das Pulver wird mit Kalkstein und Flussspat in den folgenden Ge wichtsverhältnissen gemischt:
EMI0003.0012
Die Mischung wird mit so viel Kaliwasserglas lösung versetzt, dass eine pressfähige Masse erhalten wird, welche auf Kerndrähte aus weichem Stahl (Koh lenstoffgehalt etwa 0,080/o) vom Durchmesser 3,25 mm in einer Elektrodenpresse mit dem Düsen durchmesser 7 mm aufgetragen wird.
<I>Beispiel 2</I> Ein legiertes Eisenpulver wird in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise, mit der Änderung, dass der Ferromanganzusatz 6,5 kg beträgt, hergestellt. Mit diesem Eisenpulver wird die folgende Umhüllungs komposition hergestellt:
EMI0003.0014
Die Mischung wird mit so viel Natronwasserglas lösung versetzt, dass eine pressfähige Masse exhalten wird, welche auf Kerndrähte aus weichem Kohlen stoffstahl vom Durchmesser 3,25 mm in einer Elek trodenpresse mit dem Düsendurchmesser 7,5 mm auf getragen wird.
<I>Beispiel 3</I> Ein legiertes Eisenpulver wird in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise, mit der Änderung, dass der Zusatz von Ferrosilizium auf 10 kg erhöht und kein Ferromangan zugesetzt wird, hergestellt.
Dieses Eisenpulver wird mit Kalkstein, Flussspat und Kaolin in den folgenden Gewichtsverhältnissen gemischt:
EMI0003.0021
Die Mischung wird mit so viel Kaliwasserglas- lösung versetzt, dass eine pressfähige Masse erhalten wird, welche auf Kerndrähte aus weichem Kohlen stoffstahl von Durchmesser 3,25 mm durch Spritz- pressen in einer Elektrodenpresse vom Düsendurch messer 5,2 mm aufgetragen wird.