Verfahren zur Herstellung von Schweisspulver für Lichtbogenschweissung Es ist bekannt, Schweisspulver für die elektrische Unterpulverschweissung durch Agglomerieren oder Erschmelzen einer entsprechend zusammengesetzten Ausgangsmischung herzustellen. Diese Schweisspulver treten beim Schweissen mit der Metallschmelze in Wechselwirkung und beeinflussen die Güte der ent stehenden Schweissung; sie werden daher bezüglich ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften unter den gegebenen Schweissbedingungen auf einen speziellen Verwendungszweck hin abgestimmt. Bei der Herstellung agglomerierter Pulver geschieht dies vorwiegend durch die Wahl der Komponenten der Ausgangsmischung, da die Agglomeration mit Binde mittel und/oder relativ niedriger Temperatureinwir kung erzielt wird und keine wesentliche chemische Änderung der Komponenten mit sich bringt.
Bei der Herstellung erschmolzener Schweisspulver dagegen wird eine Ausgangsmischung, welche die einzelnen Komponenten meist in gemahlener und gemischter Form enthält, im Ofen geschmolzen. Durch diesen Schmelzprozess können die Komponenten chemisch verändert werden, wobei beispielsweise carbonat- haltige Komponenten in die entsprechenden Oxyde umgewandelt werden. Das schmelzflüssige Gut wird dann zum Erstarren gebracht, beispielsweise in Ko killen oder durch Eingiessen in Wasser, und das er starrte Material zur gewünschten Feinheit zerkleinert.
Diese bekannten erschmolzenen Schweisspulver können folgende, meist als komplexe Silicate vor liegende Oxyde enthalten: SiO2, CaO, MnO, MgO, TiO2, Na2O, K20, A1203; ferner sind meist CaF2 und Verunreinigungen (Fe2O3, S, P, C) im Schweiss pulver zu finden. Als Komponenten für die Ausgangs mischung werden dabei entweder die Oxyde oder andere, beim Schmelzen in Oxyde umwandelbare Verbindungen bzw. Mineralien verwendet.
Bezüglich der quantitativen Zusammensetzung dieser Schweisspulver haben Experimente und Er fahrungen erwiesen, dass operativ und metallurgisch brauchbare Pulver zum Schweissen und Auftrags schweissen mit elektrischem Lichtbogen folgende Kom ponenten in den angegebenen Mengen enthalten sol len:
EMI0001.0004
30-65 <SEP> % <SEP> SiO2 <SEP> 0-15 <SEP> % <SEP> A1203
<tb> 0-55 <SEP> % <SEP> MnO <SEP> 3-15 <SEP> % <SEP> CaF2
<tb> 0-40 <SEP> % <SEP> CaO <SEP> 0- <SEP> 4 <SEP> % <SEP> Fe2O3
<tb> 0-20 <SEP> % <SEP> MgO <SEP> 0- <SEP> 0,15% <SEP> S
<tb> 0-20 <SEP> % <SEP> Ti02 <SEP> 0- <SEP> <B><I>0,15%</I></B> <SEP> P
<tb> 0 <SEP> - <SEP> 2,5% <SEP> Na2O <SEP> + <SEP> K20 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 0,10% <SEP> C Derartig zusammengesetzte manganhaltige, aber auch die entsprechenden manganfreien Schweisspulver müssen relativ grosse Flussspat-Anteile enthalten.
Beim Schweissen entwickeln sich dann häufig erheb liche Mengen gasförmiger Fluorverbindungen, die beim Schweissen und Auftragschweissen in schlecht gelüfteten oder geschlossenen Räumen, wie Kesseln, Behältern, aber auch beim halbautomatischen Schwei ssen die Arbeit erschweren und Gesundheitsschädi gungen verursachen können.
Bei Verwendung von Manganerz für die Aus gangsmischung werden durch diesen Rohstoff in der Regel grössere Mengen von Schwefel und Phosphor in das erschmolzene Schweisspulver eingebracht; diese Verunreinigungen verursachen Störungen und Schwie rigkeiten beim Schweissen und Auftragschweissen von niedrig-, mittel- oder hochlegierten Qualitätsstählen. Entsprechend grosse Anteile dieser Verunreinigungen führen zu Rissen in der Schweissnaht. Weiterhin ist ein einwandfreies Schweissen mit den bekannten Schweisspulvern bei Schweissströmen über 900 bis 1000A nicht möglich.
Bei Schweissströmen über 1000 A verursacht die sich aus dem Schweisspulver bildende Schlacke Unebenheiten der Schweissober fläche und verhindert die Bildung von flachen und weichen Übergängen vom Schweissmaterial zum Grundmaterial.
Beim mehrschichtigen Schweissen von dickerem Material mit den bekannten Schweisspulvern brennt sich die Schlacke an den Übergangsstellen oft in das Schweissmetall ein. Auch lässt sich die Schlacke manchmal schwer von der Schweissstelle entfernen.
Die bekannten erschmolzenen Schweisspulver be sitzen gewöhnlich Glascharakter, was zu Schwierig keiten beim Schweissen mit hohen Geschwindig keiten führt. Auch zum Schweissen oder Auftrag schweissen an senkrechten oder stark schrägen und krummen Aufschweissflächen und Schweisskanten sind diese Schweisspulver kaum geeignet, da sie aus dem Schweissbad herunterfliessen und die Bildung einwandfreier Schweissnähte verhindern.
Nicht zuletzt sind die bisher bekannten Schweiss pulver im Verbrauch unwirtschaftlich.
Die angeführten Mängel der bisher bekannten Schweisspulver können durch das nach dem erfin dungsgemässen Verfahren hergestellte Schweisspulver behoben werden.
Dieses Schweisspulver kann Flussspat oder Kryo lith enthalten; wird aber in der Regel diese Stoffe nicht enthalten, so dass die Nachteile dieser fluor- haltigen Komponenten entfallen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Metalloxyd enthaltenden Schweisspulvers für Lichtbogenschweissung ist dadurch gekennzeichnet, dass man zur Herstellung des Schweisspulvers ein Aus gangsgemisch verwendet, das Oxyde und mindestens ein Metall und/oder mindestens eine Metallegierung enthält, und das Metall und/oder die Legierung min destens teilweise in Oxyd umwandelt, wobei der Metall- und/oder Legierungsanteil des Ausgangs gemisches höchstens 65 Gew.% beträgt.
Mindestens ein Teil des in diesem Schweisspulver vorhandenen Oxydes wird daher durch Oxydation des metallischen Anteils der Ausgangsmischung ent stehen. Legierungen von zwei und mehr Metallen sind im allgemeinen als Zusatz zur Ausgangsmischung vorteilhaft. Insbesondere sind Legierungen mit fol genden Metallen zweckmässig: Mn, Si, Al, W, Cr, V, Mo, Ti, Ca, Mg, Co und Ni. Selbstverständlich kön nen diese Metalle auch in nichtlegiertem Zustand ein zeln oder gemischt zur Ausgangsmischung zugesetzt werden. Die Metalle Mn, Si, Al, W, Cr, V, Mo, Ti, Ni und Co können auch vorteilhaft in Form der doppelten oder dreifachen Ferrolegierungen zugesetzt werden.
Es ist zu bemerken, dass Silicium hier als Metall aufzufassen ist, weil dieses als Grenzfall auf zufassende Element sich in dem hier wesentlichen Zusammenhang wie ein Metall verhält. Bei Zusatz von siliciumfreier Legierung wird diese der Aus gangsmischung vorzugsweise in einer Menge von höchstens 50 Gew.% zugegeben. Bei Verwendung von Siliciumlegierung kann diese bis zu 65 Gew.% der Ausgangsmischung ausmachen.
Zur Oxydation der Metalle und Metallegierun gen können dem Ausgangsgemisch Oxydationsmittel, insbesondere Metalloxyde, z. B. Fe2O3 und derglei chen, Salze oder organische Stoffe, die in der Schmelze unter Sauerstoffentwicklung zerfallen, in einer Menge bis zu 40 Gew.%beigegeben werden. Der bei Verwendung entsprechender Zusätze freigesetzte Sauerstoff verbindet sich dann mit den in der Aus gangsmischung elementar oder in der Form von Legierungen vorliegenden Metallen.
Zur Beeinflussung der Eigenschaften des Schweiss pulvers, wie z. B. Schmelzpunkt, Viskosität, Kon sistenz und dergleichen, können der Ausgangs mischung noch basische Komponenten, z. B. barium-, lithium-, strontiumhaltige Stoffe in einer Menge von bis zu 40 Gew. % zugesetzt werden.
Wenn auch das erfindungsgemäss hergestellte Schweisspulver zur Durchführung guter Schweissungen die Anwesenheit des Fluors gewöhnlich nicht er fordert, ist es doch möglich, wie z. B. im Falle von Schweisspulvern zum Schweissen von besonders ver rostetem Material oder im Falle von Schweisspulvern mit besonders hohem Schmelzpunkt, dem Gemisch zur Bereitung des Schweisspulvers fluorhaltige Stoffe, wie z. B. Flussspat oder Kryolith, zuzugeben. Der An teil dieser Stoffe beträgt vorzugsweise höchstens 35% des Gewichtes der Ausgangsmischung. Der Gehalt an Fluor im Schweisspulver kann ganz oder teilweise durch eine Fluorverbindung eines Alkalimetalls, wie Kalium, bedingt sein. Dazu wird die entsprechende Fluoralkalimetallverbindung in einer Menge bis zu 25 Gew. % zur Ausgangsmischung zugegeben.
Auch Fluorverbindungen von Erdalkalimetallen, wie z. B. Calcium, können dem Ausgangsgemisch in einer Menge bis zu 35 Gew.% zugegeben werden.
Zusammen mit der Fluorverbindung eines Alkali- oder Erdalkalimetalls kann auch eine Fluorverbin- dung eines anderen Metalls, z. B. Aluminium, dem Ausgangsgemisch in einer Menge bis zu 25 Gew.% beigegeben werden.
Fluor kann jedoch auch ganz oder teilweise durch ein anderes Halogen ersetzt werden, wobei man dem Ausgangsgemisch die dieses Halogen enthaltenden Stoffe in einer Menge bis zu 20 Gew. % zugibt.
Gegenstand des Patentes ist ebenfalls das durch das beschriebene Verfahren gewonnene Schweiss pulver, dessen Gehalt an Schwefel und Phosphor selbst bei Verwendung von durch Schwefel und Phosphor stark verunreinigten Rohstoffen unter 0,06 1o P und unter 0,06% S gehalten werden kann. Bei Verwendung von Rohstoffen normaler Reinheit liegen diese Verunreinigungen stets unter 0,03% für jedes dieser beiden Elemente.
Der niedrige Gehalt von Schwefel und Phosphor ermöglicht die Benützung des Schweisspulvers auch zum Schweissen und Auftragschweissen hochlegierter Stähle, wobei die Verunreinigungen (S und P) nicht in die Schweissstelle übergehen. Das erfindungsgemäss erhaltene Schweisspulver ermöglicht folgende Vorteile: 1.
Es beansprucht keinen fluorhaltigen -Zusatz; 2. es ist für schwer schweissbares Material verwend bar; 3. es kann bei normalen Ausgangsstoffen ausser ordentlich rein bezüglich Schwefel und Phosphor sein; 4. es ergibt eine vom Schweissmaterial leicht trenn bare Schlacke, welche auch bei einem Schweiss strom von 1000-2000A dem Schweissmetall eine gute Formbarkeit gibt; 5. es ist leicht auch bimssteinartig > zu erzeugen, das heisst in einer Körnchenform, die eine grosse Anzahl von kleinen Hohlräumen aufweist, was das spezifische Gewicht des Pulvers wesentlich vermindert. Dies ermöglicht es auch, beim Schwei ssen grosse Geschwindigkeiten zu erzielen.
Das Schweisspulver gemäss der Erfindung ergibt eine beim Schweissen und Auftragschweissen das Schweissmetall sehr gut beeinflussende und formende Schlacke, und zwar auch im Bereich von bisher nicht benützten Schweissströmen. Die Raupe weist einen weichen Übergang zum Grundmaterial auf. Das Zu sammenbacken der Schlacke ist auch bei sehr er schwerten Schweissbedingungen ganz minimal. Die operativen Eigenschaften des Schweisspulvers gemäss der Erfindung sind besonders zufriedenstellend. Die metallurgischen Eigenschaften dieses Pulvers gewähr leisten sehr gute mechanische Eigenschaften des Schweissmetalls und der Verbindung, und dies auch beim Schweissen von nichtlegierten, wie auch niedrig-, mittel- und hochlegierten sowie auch Schnellschneide stählen, welche besonders schwere Schweissbarkeit aufweisen.
Das Schweisspulver gemäss der Erfindung kann mit gutem Erfolg auch für bisher nicht ge bräuchliche Stärken des Schweissmaterials verwendet werden und ist zum Schweissen von stark abgerun deten und auch bis zur senkrechten Fläche verkrümm ten Gegenständen, ebenso wie auch für senkrechte Wände geeignet.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Verwendung von Manganerzen, welche 5-25% Mn enthalten und sich bei den bisherigen Verfahren zur Herstellung von Schweisspulver, wegen ihres hohen Gehaltes an nichterwünschtem Tauberz nicht verwen den liessen.
Process for the production of welding powder for arc welding It is known to produce welding powder for electrical submerged arc welding by agglomerating or melting a correspondingly composed starting mixture. During welding, these welding powders interact with the molten metal and influence the quality of the resulting weld; they are therefore tailored to a specific purpose with regard to their chemical and physical properties under the given welding conditions. In the production of agglomerated powders, this is mainly done through the choice of the components of the starting mixture, since the agglomeration is achieved with binding agent and / or relatively low Temperatureinwir effect and does not bring about any significant chemical change in the components.
In the production of molten welding powder, on the other hand, a starting mixture, which contains the individual components mostly in ground and mixed form, is melted in the furnace. Through this melting process, the components can be chemically changed, for example carbonate-containing components being converted into the corresponding oxides. The molten material is then made to solidify, for example in Ko or by pouring it into water, and the solidified material is crushed to the desired fineness.
These known molten welding powders can contain the following oxides, usually present as complex silicates: SiO2, CaO, MnO, MgO, TiO2, Na2O, K20, A1203; Furthermore, CaF2 and impurities (Fe2O3, S, P, C) are usually found in the welding powder. Either the oxides or other compounds or minerals that can be converted into oxides during melting are used as components for the initial mixture.
With regard to the quantitative composition of these welding powders, experiments and experience have shown that operationally and metallurgically usable powders for welding and build-up welding with an electric arc should contain the following components in the specified quantities:
EMI0001.0004
30-65 <SEP>% <SEP> SiO2 <SEP> 0-15 <SEP>% <SEP> A1203
<tb> 0-55 <SEP>% <SEP> MnO <SEP> 3-15 <SEP>% <SEP> CaF2
<tb> 0-40 <SEP>% <SEP> CaO <SEP> 0- <SEP> 4 <SEP>% <SEP> Fe2O3
<tb> 0-20 <SEP>% <SEP> MgO <SEP> 0- <SEP> 0.15% <SEP> S
<tb> 0-20 <SEP>% <SEP> Ti02 <SEP> 0- <SEP> <B><I>0.15%</I> </B> <SEP> P
<tb> 0 <SEP> - <SEP> 2.5% <SEP> Na2O <SEP> + <SEP> K20 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 0.10% <SEP> C Manganese-containing, But the corresponding manganese-free welding powder must also contain relatively large amounts of fluorspar.
During welding, considerable amounts of gaseous fluorine compounds develop, which make work more difficult and can cause health hazards when welding and build-up welding in poorly ventilated or closed rooms such as boilers, containers, but also with semi-automatic welding.
When using manganese ore for the starting mixture, this raw material usually introduces larger amounts of sulfur and phosphorus into the melted welding powder; these impurities cause problems and difficulties when welding and build-up welding of low, medium or high-alloy quality steels. Correspondingly large proportions of this contamination lead to cracks in the weld seam. Furthermore, perfect welding with the known welding powders is not possible with welding currents above 900 to 1000A.
With welding currents above 1000 A, the slag that forms from the welding powder causes unevenness in the welding surface and prevents the formation of flat and soft transitions from the welding material to the base material.
When welding thicker material in multiple layers with the known welding powders, the slag often burns into the weld metal at the transition points. The slag is also sometimes difficult to remove from the weld.
The well-known melted welding powder be usually glass-like, which leads to difficulties when welding at high speeds. These welding powders are also hardly suitable for welding or deposit welding on vertical or strongly sloping and crooked welding surfaces and welding edges, as they flow down from the weld pool and prevent the formation of perfect weld seams.
Last but not least, the previously known welding powders are uneconomical to use.
The listed shortcomings of the previously known welding powder can be remedied by the welding powder produced by the method according to the invention.
This welding powder can contain fluorspar or cryo lith; usually does not contain these substances, so that the disadvantages of these fluorine-containing components do not apply.
The inventive method for producing a metal oxide-containing welding powder for arc welding is characterized in that a starting mixture is used for producing the welding powder which contains oxides and at least one metal and / or at least one metal alloy, and the metal and / or the alloy at least partially converted into oxide, the metal and / or alloy content of the starting mixture being at most 65% by weight.
At least part of the oxide present in this welding powder will therefore be created by oxidation of the metallic component of the starting mixture. Alloys of two or more metals are generally advantageous as an additive to the starting mixture. In particular, alloys with the following metals are useful: Mn, Si, Al, W, Cr, V, Mo, Ti, Ca, Mg, Co and Ni. Of course, these metals can also be added individually or mixed to the starting mixture in a non-alloyed state. The metals Mn, Si, Al, W, Cr, V, Mo, Ti, Ni and Co can also advantageously be added in the form of double or triple ferro-alloys.
It should be noted that silicon is to be understood here as a metal because, as a borderline element, it behaves like a metal in the essential context here. If a silicon-free alloy is added, it is preferably added to the starting mixture in an amount of at most 50% by weight. If a silicon alloy is used, this can make up up to 65% by weight of the starting mixture.
To oxidize the metals and Metallegierun conditions, oxidizing agents, especially metal oxides, eg. B. Fe2O3 and the like, salts or organic substances that disintegrate in the melt with evolution of oxygen can be added in an amount of up to 40% by weight. The oxygen released when the appropriate additives are used then combines with the metals present in the starting mixture elementally or in the form of alloys.
To influence the properties of the welding powder, such as. B. melting point, viscosity, consistency and the like, the starting mixture can still have basic components such. B. barium, lithium, strontium-containing substances in an amount of up to 40 wt.% Are added.
Even if the welding powder produced according to the invention for performing good welds does not usually require the presence of fluorine, it is possible, such as. B. in the case of welding powders for welding of particularly ver rusted material or in the case of welding powders with a particularly high melting point, the mixture for the preparation of the welding powder fluorine-containing substances such. B. fluorspar or cryolite to add. The proportion of these substances is preferably at most 35% of the weight of the starting mixture. The fluorine content in the welding powder can be entirely or partially due to a fluorine compound of an alkali metal, such as potassium. For this purpose, the corresponding fluoroalkali metal compound is added to the starting mixture in an amount of up to 25% by weight.
Fluorine compounds of alkaline earth metals, such as. B. Calcium, can be added to the starting mixture in an amount of up to 35% by weight.
Together with the fluorine compound of an alkali or alkaline earth metal, a fluorine compound of another metal, e.g. B. aluminum, added to the starting mixture in an amount of up to 25% by weight.
However, fluorine can also be completely or partially replaced by another halogen, the substances containing this halogen being added to the starting mixture in an amount of up to 20% by weight.
The subject of the patent is also the welding powder obtained by the process described, the content of sulfur and phosphorus can be kept below 0.06 10 P and below 0.06% S even when raw materials heavily contaminated by sulfur and phosphorus are used. When using raw materials of normal purity, these impurities are always below 0.03% for each of these two elements.
The low sulfur and phosphorus content enables the welding powder to be used for welding and build-up welding of high-alloy steels, whereby the impurities (S and P) do not migrate into the welding point. The welding powder obtained according to the invention enables the following advantages: 1.
It does not claim a fluorine-containing additive; 2. It can be used for material that is difficult to weld; 3. In the case of normal starting materials, it can be extremely pure with regard to sulfur and phosphorus; 4. It results in a slag that can be easily separated from the welding material, which gives the weld metal good formability even with a welding current of 1000-2000A; 5. It is easy to produce also pumice-like>, that is, in a granular form with a large number of small cavities, which significantly reduces the specific weight of the powder. This also makes it possible to achieve high speeds when welding.
The welding powder according to the invention results in a slag which influences and forms the weld metal very well during welding and build-up welding, even in the area of previously unused welding currents. The caterpillar has a smooth transition to the base material. The caking of the slag is very minimal even under very difficult welding conditions. The operational properties of the welding powder according to the invention are particularly satisfactory. The metallurgical properties of this powder ensure very good mechanical properties of the weld metal and the connection, and this also when welding non-alloyed, as well as low, medium and high-alloy steels as well as high-speed cutting steels, which are particularly difficult to weld.
The welding powder according to the invention can also be used with good success for previously unconventional strengths of the welding material and is suitable for welding strongly rounded objects and also objects that are curved up to the vertical surface, as well as for vertical walls.
The method according to the invention enables the use of manganese ores which contain 5-25% Mn and which could not be used in the previous methods for the production of welding powder because of their high content of undesirable dust ore.