Elektrode Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode für automatische Schutzgasschweissung und eine Verwendung der Elektrode in einem elektrischen automatischen Schutzgasschweissverfahren. Unter Schutzgasschweissung ist in der vorliegenden Be schreibung ein beliebiges elektrisches Lichtbogen schweissverfahren zu verstehen, bei welchem der Lichtbogen und die Schweisszone durch ein Schutz medium, welches aus einem Gas oder einem gekörnten oder pulverförmigen schmelzbaren mineralischen Material bestehen kann, geschützt sind.
Bei den zur Zeit zur Anwendung gelangenden automatischen elektrischen Lichtbogenschweissver fahren benötigt man gewöhnlich eine drahtförmige Elektrode, beispielsweise eine nackte Elektrode, die gewöhnlich mit einer Schutzgasumhüllung verwendet oder durch eine Deckschicht aus pulverförmigem Flussmittel (Schweisspulver) geschützt wird. Eine andere Methode besteht in der Anwendung einer durch ein Flussmittel enthaltene Umhüllung umge bene Elektrode von unbestimmter Länge.
Bei der Herstellung von nackten Drähten mit einer Zusammensetzung, welche sich zur Durchfüh rung von Schweissungen bei der grossen Anzahl von Materialien, die geschweisst werden sollen, eignet, sind Schwierigkeiten aufgetreten. Diese Schwierig keiten sind im Falle von Legierungsstählen und ande ren Materialien, mit physikalischen Eigenschaften, welche die Herstellung von Drähten von derselben Zusammensetzung wie das zu schweissende Material erschweren, besonders erheblich. Um diese Schwierig keit zu überwinden, wurde vorgeschlagen, beträcht liche Mengen eines oder mehrerer Metalle oder Le gierungen der Umhüllung einer Drahtelektrode ein zuverleiben, so dass ein geschmolzenes Schweissgut von geeigneter Zusammensetzung aufgetragen wird.
Elektroden dieser Art konnten mit Erfolg zum Auf- tragen von Metall verwendet werden, wobei eine harte bzw. gegen Abnutzung widerstandsfähige Ober fläche, z. B. auf Stahl, erhalten wurde. Umhüllte Drahtelektroden haben den Nachteil, dass es zufolge der Elektroden-Umhüllung nur schwierig möglich ist, dem Draht Starkstrom zuzu- führen. Man begegnet dieser Schwierigkeit bei An wendung von ausserordentlich starken elektrischen Strömen, und zwar auch bei Elektroden von unbe stimmter Länge, bei denen der Kerndraht mit einer oder mehreren Schichten von Drähten umgeben ist,
die in elektrischem Kontakt mit dem Kern sind und durch die Oberfläche der Umhüllung ragen, um Kontaktflächen auf der Oberfläche der Elektrode zu liefern, durch die der Strom dem Kerndraht zugeführt wird. Solche Drähte werden gewöhnlich verwendet, um einen Stromschliesser für die Um hüllung zu verschaffen, aber sie können auch ge braucht werden, um dem geschmolzenen Schweissgut einen Bestandteil zuzusetzen, der dem Kerndraht nicht leicht einverleibt werden kann. Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaf fung einer Elektrodenart, die mit sehr starken Schweissstromdichten, z.
B. von etwa 15500 A/cm2, zur Anwendung gelangen kann.
Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Schweisselektrode für die elek trische Schutzgasschweissung aus einer röhrenförmi gen Metallumhüllung und einem von der Umhüllung umschlossenen Kern, der ein Flussmittel zur Bildung einer Schlacke aufweist, ferner einem desoxydieren- den Material, einem Legierungsmaterial und einem pulverförmigen Zusatzmetall, welches dieselbe Zu sammensetzung wie die metallische Umhüllung hat.
Der Kern enthält nur Materialien, die nicht hygro skopisch und wasserstofffrei sind. Bei der Verwendung der Elektrode in einem elektrischen automatischen Schutzgasschweissverfah ren wird der Lichtbogen und die Schweisszone durch ein Schutzmedium geschützt und die Elektrode all mählich gegen das Werkstück vorgeschoben, um den elektrischen Lichtbogen zu unterhalten.
Die röhrenförmige Schweisselektrode ermöglicht dank der äusseren, einen wesentlichen Teil des Metalls der Elektrode enthaltenden Umhüllung die Speisung der Elektrode mit starken Strömen, ohne dass man den bei anderen Elektrodenarten, wie z. B. mit durch ein Drahtnetz umgebenen Drähten (Netz mantelelektroden), üblichen Schwierigkeiten begegnet. Der Fachmann für Lichtbogenschweissung von Me tallen weiss, dass die Nachteile von hygroskopischem oder gebundenem Wasser in mit Flussmitteln umhüll ten Elektroden bei Anwendung von steigenden Schweissstromdichten verstärkt werden.
Ein erheb licher weiterer Vorteil der praktisch wasserfreien erfindungsgemässen Elektrode besteht darin, dass Schweissnähte von höchster Qualität erhalten werden können, ohne dass die Belastbarkeit eingeschränkt zu werden braucht. Ein weiterer Vorteil dieser Elek trodenform liegt darin, dass die röhrenförmigen Wände der Elektrode einen genügenden Halt geben, dass, sofern der Kern verdichtet ist, das Herausfallen des den Kern bildenden Materials während der Hand habung oder des Gebrauchs oder ein Zusammen fallen der röhrenförmigen Wände unter dem Druck von Nachschubrollen verhindert wird.
Man kann die Schweisselektrode von unbestimmter Länge gemäss vorliegender Erfindung nicht nur für elektrische Schutzgasschweissung, sondern auch für das Schwei ssen mit verdecktem Lichtbogen einer Deckschicht aus Flussmittel verwenden. Die Deckschicht aus Fluss mittel kann von irgendeiner zweckmässigen Art sein, z. B. aus einem feinverteilten mineralischen, haupt sächlich aus schmelzbaren Silikaten zusammenge setzten Material bestehen. Wenn man ein Schutz gas verwendet, so kann dieses ein inertes Gas sein, wie z. B. Argon und/oder Helium oder .eine Mischung von Argon und/oder Helium mit Sauerstoff, oder es können. auch Mischungen, wie Argon und Kohlen monoxyd oder Kohlendioxyd, oder gewünschtenfalls Kohlenmonoxyd oder Kohlendioxyd allein verwendet werden. In gewissen Fällen, z.
B. bei der Schweissurig von Kupfer, kann man Stickstoff als Schutzgas ver wenden, obgleich bei gewissen anderen Metallen, besonders Aluminium und Eisen und seinen Legie rungen, der Gebrauch von Stickstoff wegen der Bildung von Nitriden unerwünscht ist.
Die Zusammensetzung des Kernes hängt in ge wissem Ausmass vom verwendeten Schutzmedium ab. Wenn das Schutzmedium, beispielsweise im Falle eines Schutzgases, gasförmigen Sauerstoff enthält oder derart ist, dass Sauerstoff im Lichtbogen zugegen sein kann, so ist es im allgemeinen wünschenswert, dass der Kern der Elektrode einen etwas höheren Anteil an Desoxydationsmitteln enthält, als wenn ein nichtoxydierendes Schutzgas zur Anwendung ge- langt. Wenn es auch nicht möglich ist, erschöpfende Einzelheiten hinsichtlich aller möglichen Kombina tionen von Materialien, Schutzgasen und den Kern bildenden Materialien anzugeben, so mögen doch die in der vorliegenden Beschreibung angeführten Bei spiele die allgemeinen Grundregeln erkennen lassen.
Bei der Schweissurig einer Vielzahl von verschie denen Materialien ist es selbstverständlich erforder lich, dass man Schweisselektroden verschiedener Art zur Verfügung hat, bei denen die Zusammensetzung des Kernmaterials den zu schweissenden Materialien angepasst ist. Das Kernmaterial kann beispielsweise wasserfreie und nicht hygroskopische Flussmittel, desoxydierende Mittel, Legierungsmittel und Zusatz metalle einschliessen. Im Kern enthaltene Materia- lien können in gewissen Fällen auch die Funktionen von mehreren der obenerwähnten Mitteln über nehmen. Das die Umhüllung bildende Metall kann aus einem Eisenmaterial oder einem Nichteisenmate rial bestehen.
Unzählige Materialien sind den sogenannten Flussmittelumhüllungen , wie sie auf stabförmigen Schweisselektroden mit äusserer Flussmittelumhüllung verwendet werden, zugesetzt worden. Einige dieser Materialien kann man gemäss der vorliegenden Erfin dung als Bestandteile des Kernmaterials verwenden. Die Flussmittel können verschiedener Art, z. B. ba sischer Natur oder vom Titansäure -Typus, sein; in gewissen Fällen kann man auch Mischungen der beiden soeben genannten Flussmittelarten verwenden. Als Beispiele der sogenannten basischen Flussmittel seien wasserfreie und praktisch nicht hygroskopische Metallfluoride, wie Calciumfluorid, Kryolith, Magne- siumfluorid und Bariumfluorid, oder wasserfreie und praktisch nicht hygroskopische Metallcarbonate, wie Calciumearbonat, z.
B. in Form von Dolomit, oder Magnesiumcarbonat genannt. Zu den typischen Fluss mitteln vom Titansäuretypus gehört Titanoxyd, wel chem man, wie oben erwähnt, vorwiegend basische Materialien beimischen kann, wobei derartige Mi schungen von vorwiegend basischen Materialien bis zu solchen, die mehr dem Titansäure -Typus entsprechend, variieren können. Gewünschtenfalls kann man dem den Kern bildenden Material auch Eisenoxyd' einverleiben.
Anderseits kann man im wesentlichen auf Eisen- und Manganoxyden und Silikaten aufgebaute Fluss mittel verwenden, die gewöhnlich als neutrale Fluss mittel bezeichnet werden. Gewünschtenfalls können die Silikate vor ihrer Beimischung zum den Kern bildenden Material vorverschmolzen werden. Die Anwendung von hygroskopischeren Silikaten, z. B. Erdalkalisilikaten, sollte man vermeiden.
Typische Desoxydationsmittel sind Ferromangan, Ferrosilicium und Ferrotitan. Brauchbare Legierungs mittel sind feinverteilte oder pulverförmige Metalle oder Legierungen, besonders Eisenlegierungen.
Für die Schweissurig von Flusseisen ist beispiels weise der Zusatz von Legierungsmitteln im allge meinen unnötig und unerwünscht, doch können Legie- rungsmittel, z. B. in Form von Ferrolegierungen, wie Ferrochrom oder Ferromangan, als Hauptbestand teil im Kernmaterial von Elektroden, die für die Schweissung von Legierungsstählen bestimmt sind, eingeschlossen sein. Die Kernzusammensetzung wird derart gewählt, dass ein Schweissgut abgeschieden wird, welches eine für das zu bearbeitende Werk stück geeignete Zusammensetzung aufweist. Das Ge wichtsverhältnis vom Metall in der Elektrode zum Kern hängt natürlich von der erwünschten Zusam mensetzung des eingeschweissten Schweissgutes ab.
Bei einer zylindrischen Elektrode wird die Wand stärke der Umhüllung im allgemeinen weniger als ein Viertel des Durchmessers der Elektrode betragen.
Bei der Bildung der Kernkomposition kann es vorkommen, dass die erwünschten Mengenanteile an Desoxydationsmitteln und/oder Flussmitteln und/oder Legierungsmitteln ein verhältnismässig kleines Volu men einnehmen, im Vergleich zu dem durch eine zweckdienliche Grösse und Stärke der Umhülung der Elektrode, mit der sie verwendet werden sollen, ver fügbaren Raum. In solchen Fällen kann es vorteilhaft sein, dem Kernmaterial Füllmaterialien, wie z. B. Eisen- oder Metallpulver, welches von gleicher Zu sammensetzung wie das Metall der Umhüllung der Elektrode oder das zu schweissende Metall sein kann, zuzusetzen.
Gewünschtenfalls kann man zu diesem Zweck jedoch selbstverständlich das Volumen der den Kern bildenden Materialien bis zu einem gewissen Grade nachregulieren, indem man Desoxydations mittel und/oder Legierungsmittel, die eine verhältnis mässig grosse Menge Eisen oder von etwa als Füll mittel gewähltem Metall bzw. Metallen enthalten, wählt.
Eine derartige Elektrode kann entweder unter einer Deckschicht aus Flussmittel nach bekannten elektrischen Schmelzschweissverfahren mit verdecktem Lichtbogen, z. B. für das Zusammenschweissen von Werkstücken, oder, insbesondere sofern sie einen kleinen Aussendurchmesser aufweist, als Elektrode für die übliche automatische Schutzgasschweissung mit abschmelzender Elektrode und konstantem Draht vorschub verwendet werden. Im letzteren Fall ver leiht die Verwendung einer derartigen Elektrode diesem Verfahren die Anpassungsfähigkeit, die sonst nur den Verfahren mit verhüllter Elektrode eigen ist. Das Schutzgas braucht kein Edelgas zu sein; gege benenfalls kann man Kohlendioxyd verwenden.
Mit einer solchen Elektrode kann man mit einem Schutz gasschweissverfahren Oberflächenhärtungs- und Plat- tierungsverfahren durchführen.
Die Zusammensetzung der Elektrode sei anhand der nachstehenden typischen Beispiele erläutert. <I>Beispiel 1</I> Basische Schweisspulverkomposition für zur Stahlschweissung verwendbare Elektroden
EMI0003.0006
Calciumfluorid <SEP> 20-60 <SEP> Gewichtsteile
<tb> mineralisches <SEP> Silikat <SEP> 0-40 <SEP>
<tb> Titanoxyd <SEP> 0-20 <SEP>
EMI0003.0007
Calciumcarbonat <SEP> 0-60 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Eisenoxyd <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Ferromangan <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Ferrosilicium <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Ferrotitan <SEP> 0-201 <SEP>
<tb> Eisenpulver <SEP> 0-70 <SEP> Die tatsächlichen Bestandteile des obigen Fluss mittels können verschieden sein; so können z. B. Eisenoxyd und Titanoxyd einzeln oder in Form einer Verbindung, z. B. als Ilmenit, zugegen sein.
Obgleich man Calciumfluorid bevorzugt, kann man es auch durch andere, praktisch nicht hygroskopische Fluor verbindungen ersetzen. Ferner kann das Calcium- carbonat durch andere, praktisch nicht hygrosko pische Metallcarbonate ersetzt sein. Das minera lische Silikat soll ebenfalls praktisch nicht hygrosko pisch sein.
Zum Verdünnen der Flussmittel und/oder der desoxydierenden und/oder Legierungsmaterialien kann man Eisenpulver zugeben, um wie oben er wähnt das gewünschte Verhältnis von Metall zu Schweisspulver zu erreichen. <I>Beispiel 1 A</I> Eine Schweisspulverkomposition mit beschränkte rem Arbeitsbereich ist z.
B. die folgende:
EMI0003.0011
Calciumfluorid <SEP> 25-35 <SEP> Gewichtsteile
<tb> mineralisches <SEP> Silikat <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Titanoxyd <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Calciumcarbonat <SEP> 0-35 <SEP>
<tb> Ferromangan <SEP> 0-10 <SEP>
<tb> Ferrosilicium <SEP> 0-10 <SEP>
<tb> Eisenpulver <SEP> 20-60 <SEP> <I>Beispiel 1 B</I> Ein Schweisspulverkernmaterial, welches bei der Schweissung von Flusseisenwerkstücken gute Resultate liefert, hat die folgende Zusammensetzung:
EMI0003.0012
Calciumfluorid <SEP> 27 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Titanoxyd <SEP> 7 <SEP>
<tb> Calciumcarbonat <SEP> 31 <SEP>
<tb> Ferromangan <SEP> 2 <SEP>
<tb> Ferrosilicium <SEP> 8 <SEP>
<tb> Eisenpulver <SEP> 25 <SEP> <I>Beispiel 2</I> Flussmittelkomposition vom Titandioxydtypus für zur Stahlschweissung geeignete Elektroden
EMI0003.0013
Titanoxyd <SEP> 20-70 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Calciumfluorid <SEP> 0-30 <SEP>
<tb> Calciumcarbonat <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> mineralisches <SEP> Silikat <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Ferromangan <SEP> 0=20 <SEP>
<tb> Ferrosilicium <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Ferrotitan <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Eisenpulver <SEP> 0-70 <SEP> Andere praktisch nicht hygroskopische Fluorver- bindungen, wie Kryolith,
Magnesiumfluorid, Barium- fluorid, können ganz oder teilweise anstelle des Calciumfluorids treten, ohne vom Prinzip der Ver wendung vollständig wasserfreier Flussmittel abzu gehen. Ebenso können andere praktisch nicht hygro skopische Metallcarbonate entweder ganz oder teil weise anstelle von Calciumcarbonat treten; auch kann eine beliebige Art eines wasserfreien und prak tisch nicht hygroskopischen mineralischen Silikats verwendet werden.
<I>Beispiel 2A</I> Eine Komposition mit engerem Anwendungs bereich ist die folgende:
EMI0004.0000
Titanoxyd <SEP> 25-50 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Calciumfluorid <SEP> 10-20 <SEP>
<tb> Calciumcarbonat <SEP> 0-10 <SEP>
<tb> mineralisches <SEP> Silikat <SEP> 0-10 <SEP>
<tb> Ferromangan <SEP> 5-10 <SEP> - <SEP>
<tb> Ferrosilicium <SEP> 0- <SEP> 5 <SEP>
<tb> Ferrotitan <SEP> 5-10 <SEP>
<tb> Eisenpulver <SEP> 20-60 <SEP> <I>Beispiel 2B</I> Ein Kernmaterial, das guten Erfolg zeitigt, hat die folgende Zusammensetzung:
EMI0004.0001
Titanoxyd <SEP> 31 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Calciumfluorid <SEP> 16 <SEP>
<tb> Ferromangan <SEP> 9 <SEP>
<tb> Ferrosilicium <SEP> 2 <SEP>
<tb> Eisenpulver <SEP> 42 <SEP> <I>Beispiel 3</I> Für den Gebrauch bei der Schutzgasschweissung von Stahl bestimmte Elektroden Diese Elektroden gelangen meistens ohne Fluss mittel zur Anwendung, doch kann man Flussmittel in kleinen Mengen zusetzen, um gewisse Arbeitsvor gänge zu erleichtern oder um die Stabilität des Licht bogens zu verbessern, wobei man den gemäss den oben erwähnten Beispielen benötigten grossen Zusatz vermeidet.
Kernzusammensetzung Neben bis zu 10 Gewichtsteilen an Desoxyda tionsmittel enthält der Kern ein oder mehrere der folgenden Materialien:
EMI0004.0005
Eisenpulver <SEP> 0-95 <SEP> Gewichtsteile,
<tb> vorzugsweise
<tb> 30-90 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Legierungsmittel <SEP> 0-95 <SEP> Gewichtsteile, <SEP> vorzugs weise <SEP> nicht <SEP> mehr <SEP> als
<tb> 80 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Flussmittel <SEP> und/oder
<tb> Lichtbogenstabilisie rungsmittel <SEP> 0-20%, Das Lichtbogenstabilisierungsmittel kann Kalium- oxalat sein.
Man kann eine Eisenlegierung als Desoxydations mittel und auch als Legierungsmaterial verwenden.
EMI0004.0008
<I>Beispiel <SEP> 3A</I>
<tb> Für <SEP> Flussstahlschweissung
<tb> Eisenpulver <SEP> 80 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Ferromangan <SEP> 10 <SEP>
<tb> Ferrosilicium <SEP> 2 <SEP>
<tb> Ferrotitan <SEP> 1 <SEP>
<tb> Lichtbogenstabili sierungsmittel <SEP> 2 <SEP> Als Lichtbogenstabilisierungsmittel kann Kalium- oxalat verwendet werden.
Es wird eine Umhüllung aus Flussstahl verwendet. <I>Beispiel 3B</I> Für Oberflächenhärtung von Stahl
EMI0004.0011
Eisenpulver <SEP> 75 <SEP> Gewichtsteile
<tb> kohlenstoffreiches <SEP> Ferrochrom <SEP> - <SEP> 10 <SEP>
<tb> Ferromolybdän <SEP> 5
<tb> kohlenstoffreiches <SEP> Ferromangan <SEP> 10 <SEP> Es wird eine Umhüllung aus Flussstahl verwendet. <I>Beispiel 3C</I> Für kupferhaltige Stähle _
EMI0004.0013
Eisenpulver <SEP> 80 <SEP> Gewichtsteile
<tb> kohlenstoffarmes <SEP> Ferromangan <SEP> 10 <SEP>
<tb> Kupferpulver <SEP> 10 <SEP> Es wird eine Umhüllung aus Flussstahl verwendet.
<I>Beispiel 3D</I> Für austenitische Manganstähle
EMI0004.0014
Eisenpulver <SEP> 40 <SEP> Gewichtsteile
<tb> kohlenstoffreiches <SEP> Ferromangan <SEP> 60 <SEP> Es wird eine Umhüllung aus Flussstahl verwendet. Die Elektroden der Beispiele 3, 3A, 3B, 3C und 3D sind zum Gebrauch mit Argon oder Kohlendioxyd als Schutzgas bestimmt.
In den beiliegenden Zeichnungen wird der Auf bau der Elektrode beispielsweise erläutert.
Fig. 1 stellt eine schematische, perspektivische Ansicht .einer röhrenförmigen Elektrode gemäss der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 ein Fabrikationsschema der in Fig. 1 ge zeichneten Elektrode, Fig. 3 die röhrenförmige Elektrode im Gebrauch in einem elektrischen Schmelzschweissverfahren mit verdecktem Lichtbogen und Fig. 4 die röhrenförmige Elektrode im Gebrauch im elektrischen Schutzgasschweissverfahren dar. Gemäss Fig. 1 besteht die röhrenförmige Elek trode 1 aus einer röhrenförmigen, metallischen, einen Kern 3 einschliessenden Umhüllung 2, die eine der obengenannten Zusammensetzungen hat. Die Elek trode kann, wie gezeigt, einen kreisförmigen Durch schnitt oder eine andere Form, z. B. polygonale Form, aufweisen.
Die Fabrikation der röhrenförmigen Elektrode geschieht, wie Fig.2 dies zeigt, dadurch, dass man einen schmalen metallischen Streifen 4 an einer form gebenden Walze ( forming rolls ) 5 derart vorbei führt, dass eine offene Längsrinne 6 gebildet wird. Das Kernmaterial 7 wird in gutgemischtem Zustand mit Hilfe eines Trichters 8 in die Rinne 6 eingeführt und der Überschuss an Kernmaterial durch ein Schabeisen entfernt. Dann wird die Rinne 6 durch einen Lochstempel 10 geschlossen. Ein zweiter Stem pel 11 dient zur weiteren Kompression des Kernes und auch dazu, die röhrenförmige Elektrode auf die gewünschte Grösse zu bringen. Eine Reihe von ver schiedenen Elektrodengrössen kann aus einem und demselben metallischen Streifen 4 von bestimmter Breite und Dicke hergestellt werden.
Das Kernmaterial 7 wird vorzugsweise in wasser freiem Zustand in die Rinne eingeführt, wobei ein späteres Erhitzen, um das Kernmaterial von Feuchtig keit zu befreien, unnötig ist. Die Elektrode kann jedoch entweder vor oder nach Schliessung der Rinne 6 erhitzt werden, um etwa vorhandene Feuchtigkeit abzutreiben.
In Fig. 3 wird die röhrenförmige. Elektrode im Gebrauch für die Abschneidung von geschmolzenem Schweissgut 12 auf das Werkstück 13 in einem elek trischen Schmelzschweissverfahren mit verdecktem Lichtbogen gezeigt. Die röhrenförmige Elektrode, bestehend aus einer metallischen, einen Kern: 3 von der Zusammensetzung gemäss obigen Beispielen 1 oder 2 einschliessenden Umhüllung 2, wird ununter brochen gegen das Werkstück 13 geschoben und längs dem Werkstück bewegt, wobei durch einen Trichter 14 ein gekörntes oder gepulvertes minera lisches Schweisspulver 15 vor die Elektrode gebracht wird. Die metallische Umhüllung 2 der Elektrode und das Werkstück 13 sind an eine passende elek trische Kraftquelle angeschlossen, wobei zwischen der Elektrode und dem Werkstück 13 unter dem Schweiss pulver 15 am Lichtbogen gezündet wird.
Durch den Lichtbogen geschmolzene Schilacke, die eine Schutz schicht auf dem geschmolzenen Schweissgut bildet, wird mit 16 bezeichnet. In Fig.4 wird eine röhrenförmige Elektrode 1 mit einer Kernzusammensetzung gemäss obigen Bei spielen 3, 3A, 3B, 3C und 3D für die Abscheidung von Schweissgut 17 auf einem Werkstück 18 unter einem aus einer Düse 19 strömenden Schutzgas, bei spielsweise Argon oder Kohlendioxyd, gezeigt. Eine kleine Menge an Schlacke auf dem aufgetragenen Schweissgut ist mit 20 bezeichnet. Wie im vorigen Beispiel, sind die röhrenförmige Elektrode und das Werkstück an eine passende elektrische Kraftquelle angeschlossen, wobei ein Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Werkstück entzündet und die Elektrode ununterbrochen gegen das Werkstück ge schoben wird.
Electrode The present invention relates to an electrode for automatic inert gas welding and a use of the electrode in an electrical automatic inert gas welding process. In the present description, inert gas welding is to be understood as any electric arc welding process in which the arc and the welding zone are protected by a protective medium, which can consist of a gas or a granular or powdery fusible mineral material.
The automatic electric arc welding process currently used usually requires a wire-shaped electrode, for example a bare electrode, which is usually used with a protective gas envelope or is protected by a cover layer of powdered flux (welding powder). Another method is to use a flux-enclosed electrode of indefinite length.
Difficulties have arisen in the manufacture of bare wires with a composition which is suitable for performing welds on the large number of materials that are to be welded. These difficulties are particularly significant in the case of alloy steels and other materials with physical properties that make it difficult to manufacture wires of the same composition as the material to be welded. To overcome this difficulty, it has been proposed to incorporate considerable amounts of one or more metals or alloys into the sheathing of a wire electrode, so that a molten weld metal of suitable composition is applied.
Electrodes of this type have been successfully used to apply metal, with a hard or wear-resistant surface, e.g. B. on steel. Sheathed wire electrodes have the disadvantage that, as a result of the electrode sheathing, it is difficult to feed high current to the wire. This difficulty is encountered when using extremely strong electrical currents, even with electrodes of indefinite length, in which the core wire is surrounded by one or more layers of wires,
which are in electrical contact with the core and protrude through the surface of the clad to provide contact areas on the surface of the electrode through which current is supplied to the core wire. Such wires are commonly used to provide a circuit breaker for the cladding, but they can also be used to add a component to the molten weld metal that cannot easily be incorporated into the core wire. The present invention aims to create a type of electrode with very strong welding current densities, e.g.
B. of about 15500 A / cm2, can be used.
According to one embodiment of the present invention, the welding electrode for electrical inert gas welding consists of a tubular metal sheath and a core enclosed by the sheath, which has a flux to form a slag, a deoxidizing material, an alloy material and a powdered filler metal, which has the same composition as the metallic shell.
The core only contains materials that are not hygroscopic and hydrogen-free. When using the electrode in an electrical automatic inert gas welding process, the arc and the welding zone are protected by a protective medium and the electrode is gradually advanced against the workpiece in order to maintain the electrical arc.
The tubular welding electrode allows, thanks to the outer covering, which contains a substantial part of the metal of the electrode, to feed the electrode with strong currents without having to do with other types of electrodes, e.g. B. with wires surrounded by a wire mesh (mesh shell electrodes), the usual difficulties encountered. The expert for arc welding metals knows that the disadvantages of hygroscopic or bound water in electrodes coated with flux are increased when increasing welding current densities are used.
Another significant advantage of the practically water-free electrode according to the invention is that weld seams of the highest quality can be obtained without the need to restrict the load-bearing capacity. Another advantage of this electrode shape is that the tubular walls of the electrode provide sufficient support that, if the core is compacted, the material forming the core cannot fall out during handling or use or the tubular walls collapse the pressure of supply rolls is prevented.
According to the present invention, the welding electrode of indefinite length can be used not only for electrical inert gas welding, but also for welding with a concealed arc of a cover layer of flux. The top layer of flux medium can be of any convenient type, e.g. B. consist of a finely divided mineral, mainly composed of fusible silicates composed material. If you use a protective gas, this can be an inert gas, such as. B. argon and / or helium or .a mixture of argon and / or helium with oxygen, or it can. mixtures such as argon and carbon monoxide or carbon dioxide, or if desired carbon monoxide or carbon dioxide alone can be used. In certain cases, e.g.
B. in the welding of copper, you can use nitrogen as a protective gas ver, although with certain other metals, especially aluminum and iron and its alloys, the use of nitrogen is undesirable because of the formation of nitrides.
The composition of the core depends to a certain extent on the protective medium used. If the protective medium, for example in the case of a protective gas, contains gaseous oxygen or is such that oxygen can be present in the arc, it is generally desirable that the core of the electrode contains a slightly higher proportion of deoxidizing agents than if a non-oxidizing protective gas applied. Although it is not possible to give exhaustive details with regard to all possible combinations of materials, protective gases and materials forming the core, the examples given in the present description may reveal the general basic rules.
When welding a large number of different materials, it is of course necessary to have welding electrodes of various types available in which the composition of the core material is adapted to the materials to be welded. The core material can include, for example, anhydrous and non-hygroscopic flux, deoxidizing agents, alloying agents, and additive metals. Materials contained in the core can in certain cases also assume the functions of several of the above-mentioned agents. The metal forming the envelope can consist of an iron material or a non-ferrous material.
Countless materials have been added to the so-called flux coatings, as used on rod-shaped welding electrodes with an outer flux coating. Some of these materials can be used as components of the core material according to the present invention. The fluxes can be of various types, e.g. B. basic nature or of the titanic acid type; In certain cases, mixtures of the two types of flux just mentioned can be used. Examples of the so-called basic flux are anhydrous and practically non-hygroscopic metal fluorides, such as calcium fluoride, cryolite, magnesium fluoride and barium fluoride, or anhydrous and practically non-hygroscopic metal carbonates, such as calcium carbonate, e.g.
B. in the form of dolomite, or magnesium carbonate. Titanium oxide is one of the typical flux agents of the titanic acid type, which, as mentioned above, can be admixed with predominantly basic materials, whereby such mixtures can vary from predominantly basic materials to those more in accordance with the titanic acid type. If desired, iron oxide can also be incorporated into the material forming the core.
On the other hand, one can essentially use fluxes based on iron and manganese oxides and silicates, which are usually referred to as neutral fluxes. If desired, the silicates can be premelted before being admixed with the material forming the core. The use of more hygroscopic silicates, e.g. B. alkaline earth silicates should be avoided.
Typical deoxidizers are ferromanganese, ferrosilicon, and ferrotitanium. Useful alloying agents are finely divided or powdered metals or alloys, especially iron alloys.
For the welding of mild iron, for example, the addition of alloying agents is generally unnecessary and undesirable, but alloying agents, e.g. B. in the form of ferro alloys, such as ferrochrome or ferro-manganese, be included as a main component in the core material of electrodes that are intended for welding alloy steels. The core composition is chosen such that a weld metal is deposited which has a composition suitable for the workpiece to be machined. The weight ratio of the metal in the electrode to the core depends of course on the desired composition of the welded-in weld metal.
In the case of a cylindrical electrode, the wall thickness of the envelope will generally be less than a quarter of the diameter of the electrode.
During the formation of the core composition, it can happen that the desired proportions of deoxidizing agents and / or fluxes and / or alloying agents take up a relatively small volume compared to that due to an appropriate size and thickness of the covering of the electrode with which they are used should, available space. In such cases it can be advantageous to add filler materials, such as e.g. B. iron or metal powder, which can be of the same composition as the metal of the coating of the electrode or the metal to be welded to be added.
If desired, however, the volume of the materials forming the core can of course be readjusted to a certain extent for this purpose by deoxidizing agents and / or alloying agents which contain a relatively large amount of iron or metal or metals selected as fillers , chooses.
Such an electrode can either be placed under a cover layer of flux according to known electrical fusion welding processes with a concealed arc, e.g. B. for welding workpieces together, or, especially if it has a small outer diameter, can be used as an electrode for the usual automatic inert gas welding with a melting electrode and constant wire feed. In the latter case, the use of such an electrode gives this method the adaptability that is otherwise only inherent in methods with a covered electrode. The protective gas does not need to be a noble gas; if necessary, carbon dioxide can be used.
Such an electrode can be used for surface hardening and plating processes using a protective gas welding process.
The composition of the electrode is explained using the following typical examples. <I> Example 1 </I> Basic welding powder composition for electrodes that can be used for steel welding
EMI0003.0006
Calcium fluoride <SEP> 20-60 <SEP> parts by weight
<tb> mineral <SEP> silicate <SEP> 0-40 <SEP>
<tb> titanium oxide <SEP> 0-20 <SEP>
EMI0003.0007
Calcium carbonate <SEP> 0-60 <SEP> parts by weight
<tb> iron oxide <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Ferromanganese <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Ferrosilicon <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Ferrotitanium <SEP> 0-201 <SEP>
<tb> Iron Powder <SEP> 0-70 <SEP> The actual components of the above flow means can be different; so can z. B. iron oxide and titanium oxide individually or in the form of a compound, e.g. B. as ilmenite, be present.
Although calcium fluoride is preferred, it can also be replaced by other, practically non-hygroscopic fluorine compounds. Furthermore, the calcium carbonate can be replaced by other, practically non-hygroscopic metal carbonates. The mineral silicate should also be practically non-hygroscopic.
To dilute the flux and / or the deoxidizing and / or alloying materials, iron powder can be added in order to achieve the desired ratio of metal to welding powder, as mentioned above. <I> Example 1 A </I> A welding powder composition with a limited working range is e.g.
B. the following:
EMI0003.0011
Calcium fluoride <SEP> 25-35 <SEP> parts by weight
<tb> mineral <SEP> silicate <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> titanium oxide <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Calcium carbonate <SEP> 0-35 <SEP>
<tb> Ferromanganese <SEP> 0-10 <SEP>
<tb> Ferrosilicon <SEP> 0-10 <SEP>
<tb> Iron powder <SEP> 20-60 <SEP> <I> Example 1 B </I> A welding powder core material which gives good results when welding mild iron workpieces has the following composition:
EMI0003.0012
Calcium fluoride <SEP> 27 <SEP> parts by weight
<tb> titanium oxide <SEP> 7 <SEP>
<tb> calcium carbonate <SEP> 31 <SEP>
<tb> Ferromanganese <SEP> 2 <SEP>
<tb> Ferrosilicon <SEP> 8 <SEP>
<tb> Iron powder <SEP> 25 <SEP> <I> Example 2 </I> Flux composition of the titanium dioxide type for electrodes suitable for steel welding
EMI0003.0013
Titanium oxide <SEP> 20-70 <SEP> parts by weight
<tb> calcium fluoride <SEP> 0-30 <SEP>
<tb> Calcium carbonate <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> mineral <SEP> silicate <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Ferromanganese <SEP> 0 = 20 <SEP>
<tb> Ferrosilicon <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Ferrotitanium <SEP> 0-20 <SEP>
<tb> Iron powder <SEP> 0-70 <SEP> Other practically non-hygroscopic fluorine compounds, such as cryolite,
Magnesium fluoride and barium fluoride can replace calcium fluoride in whole or in part without departing from the principle of using completely anhydrous fluxes. Likewise, other practically non-hygro scopic metal carbonates can either completely or partially replace calcium carbonate; any type of anhydrous and practically non-hygroscopic mineral silicate can also be used.
<I> Example 2A </I> A composition with a narrower scope is the following:
EMI0004.0000
Titanium oxide <SEP> 25-50 <SEP> parts by weight
<tb> calcium fluoride <SEP> 10-20 <SEP>
<tb> Calcium carbonate <SEP> 0-10 <SEP>
<tb> mineral <SEP> silicate <SEP> 0-10 <SEP>
<tb> Ferromanganese <SEP> 5-10 <SEP> - <SEP>
<tb> Ferrosilicon <SEP> 0- <SEP> 5 <SEP>
<tb> Ferrotitanium <SEP> 5-10 <SEP>
<tb> Iron powder <SEP> 20-60 <SEP> <I> Example 2B </I> A core material that is very successful has the following composition:
EMI0004.0001
Titanium oxide <SEP> 31 <SEP> parts by weight
<tb> calcium fluoride <SEP> 16 <SEP>
<tb> Ferromanganese <SEP> 9 <SEP>
<tb> Ferrosilicon <SEP> 2 <SEP>
<tb> Iron powder <SEP> 42 <SEP> <I> Example 3 </I> Electrodes intended for use in inert gas welding of steel These electrodes are mostly used without flux, but small amounts of flux can be added to to facilitate certain work processes or to improve the stability of the arc, avoiding the large additive required according to the above-mentioned examples.
Core composition In addition to up to 10 parts by weight of deoxidizer, the core contains one or more of the following materials:
EMI0004.0005
Iron powder <SEP> 0-95 <SEP> parts by weight,
<tb> preferably
<tb> 30-90 <SEP> parts by weight
<tb> Alloying agent <SEP> 0-95 <SEP> parts by weight, <SEP> preferably <SEP> not <SEP> more <SEP> than
<tb> 80 <SEP> parts by weight
<tb> Flux <SEP> and / or
<tb> Arc stabilizer <SEP> 0-20%, the arc stabilizer can be potassium oxalate.
An iron alloy can be used as a deoxidizer and also as an alloy material.
EMI0004.0008
<I> Example <SEP> 3A </I>
<tb> For <SEP> mild steel welding
<tb> iron powder <SEP> 80 <SEP> parts by weight
<tb> Ferromanganese <SEP> 10 <SEP>
<tb> Ferrosilicon <SEP> 2 <SEP>
<tb> Ferrotitanium <SEP> 1 <SEP>
<tb> Arc stabilizer <SEP> 2 <SEP> Potassium oxalate can be used as an arc stabilizer.
A mild steel jacket is used. <I> Example 3B </I> For surface hardening of steel
EMI0004.0011
Iron powder <SEP> 75 <SEP> parts by weight
<tb> high carbon <SEP> ferrochrome <SEP> - <SEP> 10 <SEP>
<tb> Ferromolybdenum <SEP> 5
<tb> carbon-rich <SEP> ferromanganese <SEP> 10 <SEP> A casing made of mild steel is used. <I> Example 3C </I> For steels containing copper _
EMI0004.0013
Iron powder <SEP> 80 <SEP> parts by weight
<tb> low-carbon <SEP> ferromanganese <SEP> 10 <SEP>
<tb> Copper powder <SEP> 10 <SEP> A casing made of mild steel is used.
<I> Example 3D </I> For austenitic manganese steels
EMI0004.0014
Iron powder <SEP> 40 <SEP> parts by weight
<tb> high-carbon <SEP> ferromanganese <SEP> 60 <SEP> A casing made of mild steel is used. The electrodes of Examples 3, 3A, 3B, 3C and 3D are intended for use with argon or carbon dioxide as the protective gas.
In the accompanying drawings, the construction of the electrode is explained, for example.
1 shows a schematic, perspective view of a tubular electrode according to the present invention, FIG. 2 shows a production diagram of the electrode shown in FIG. 1, FIG. 3 shows the tubular electrode in use in an electric fusion welding process with a hidden arc, and FIG. 4 shows the tubular electrode in use in the electrical inert gas welding process. According to FIG. 1, the tubular electrode 1 consists of a tubular, metallic casing 2 enclosing a core 3, which has one of the above-mentioned compositions. The elec trode can, as shown, a circular section or another shape, for. B. polygonal shape.
The manufacture of the tubular electrode takes place, as FIG. 2 shows, in that a narrow metallic strip 4 is guided past a forming roll 5 in such a way that an open longitudinal channel 6 is formed. The core material 7 is introduced into the channel 6 in a well-mixed state with the aid of a funnel 8 and the excess core material is removed by a scraper. Then the channel 6 is closed by a punch 10. A second Stem pel 11 is used to further compress the core and also to bring the tubular electrode to the desired size. A number of different electrode sizes can be made from one and the same metallic strip 4 of a certain width and thickness.
The core material 7 is preferably introduced into the channel in an anhydrous state, with subsequent heating in order to free the core material from moisture being unnecessary. However, the electrode can be heated either before or after the channel 6 is closed in order to drive off any moisture present.
In Fig. 3, the tubular. Electrode shown in use for cutting off molten weld material 12 onto workpiece 13 in an elec tric fusion welding process with a hidden arc. The tubular electrode, consisting of a metallic, a core: 3 of the composition according to the above examples 1 or 2 including sheath 2, is pushed continuously against the workpiece 13 and moved along the workpiece, with a grained or powdered mineral through a funnel 14 Lisches welding powder 15 is brought in front of the electrode. The metallic casing 2 of the electrode and the workpiece 13 are connected to a suitable elec tric power source, where between the electrode and the workpiece 13 under the welding powder 15 is ignited on the arc.
Schilacke melted by the arc and forming a protective layer on the melted weld metal is denoted by 16. 4 shows a tubular electrode 1 with a core composition according to the above examples 3, 3A, 3B, 3C and 3D for the deposition of weld metal 17 on a workpiece 18 under a protective gas flowing out of a nozzle 19, for example argon or carbon dioxide, shown. A small amount of slag on the applied weld metal is denoted by 20. As in the previous example, the tubular electrode and the workpiece are connected to a suitable electrical power source, an arc being ignited between the electrode and the workpiece and the electrode being pushed continuously against the workpiece.