Gesinterter, elektrisch leitender, schlackenbildender Körper Die Erfindung betrifft einen gesinterten, elek trisch leitenden, schlackenbildenden Körper, der beim Bolzenschweissen zwischen die zu verbindenden Oberflächen gelegt wird.
Unter Bolzenschweissen wird hier das Kopf befestigen eines bolzenförmigen Metallgegenstandes an einer Metallfläche verstanden, indem zwischen den zu verbindenden Teilen während einer<B>.</B> bestimm ten Zeit ein Lichtbogen aufrechterhalten wird und die beiden Teile darauf miteinander in Berührung gebracht werden. Bei diesem Verfahren verwendet man häufig einen schlackenbildenden Körper, der zwischen die zu verbindenden Teile gesetzt wird und somit die Teile in einem gegenseitigen Abstand hält, der der gewünschten Länge des Lichtbogens ent spricht und erst nach der Verformung des Körpers durch die Wärmeeinwirkung zulässt, dass die beiden Teile miteinander in Berührung gebracht werden.
Durch geeignete Wahl der Zusammensetzung und Abmessungen des schlackenbildenden Körpers kann man bewirken, dass bei Anwendung von Druck -auf einen der zu verbindenden Teile der Schweissvorgang selbsttätig verläuft, so dass die zur Verformung des schlackenbildenden Körpers durch Einwirkung der Bogenwärme erforderliche Zeitdauer genau der ge wünschten Brenndauer des Lichtbogens entspricht.
Um diese Genauigkeit auf reproduzierbare Weise zu erzielen, können Form und Abmessungen des Kör pers derart gewählt werden, dass erst nach dem Er weichen eines vorher genau bestimmten Körperteils durch den Lichtbogen der Körper nicht länger einem auf ihn ausgeübten Druck widersteht. .
Der Körper hat zu diesem Zweck z. B. eine un unterbrochene Höhlung solcher Form, dass ein darin eingeführtes Bolzenende nur bis auf einen bestimm ten Abstand in die Höhlung eindringen kann und erst nach dem Erweichen des Körperteils zwischen der -Fläche, auf die sich der Bolzen stützt, und der Fläche, auf der der Bolzen befestigt werden soll, das Bolzenende gegen die Oberfläche gedrückt wird.
Um zu vermeiden, dass eine unregelmässige Schweissung entsteht, in der Schlacke eingeschlossen ist, wird der Körper in gewissen Fällen derart gestaltet, dass der Höhlung gegenüber, in die der Bolzen bis auf einen bestimmten Abstand eindringen kann, eine Höhlung vorgesehen ist, deren Öffnung grösser als der Bolzen- durchmesser und deren Volumen .grösser als das Bolzenvolumen ist,
das nach dem stellenweisen Er weichen des Körpers darin eindringt. In einem sol chen schlackenbildenden Körper kann der erweichte Teil beim Eindringen des Bolzenendes in den Körper entweichen.
Um ein Reissen des Körpers infolge der Wärme des Lichtbogens zu vermeiden, worauf vielfach ein Abbröckeln und Deformieren infolge der darin ent standenen Spannungen folgt, wodurch die Grösse des vom Lichtbogen zu erweichenden Körperteils und somit auch die Zeitdauer, während der dieser Körper dem auf ihn ausgeübten Druck widersteht, sich .ändert, kann man z.
B. einen schlackenbilden den Körper verwenden, der mit einer solchen Ver- stärkung versehen ist, dass, auch nach dem Reissen, der Körper während des Brennens des -Lichtbogens in hinreichendem Masse zusammenhängen bleibt, bis ein vorher bestimmter Teil desselben erweicht ist. Eine der Vorzugsformen dieser Verstärkung ist z. B. ein Pappbändchen, welches mit einem Teil seiner Breite den -Körper unterstützt und mit einem andern Teil die Höhlung bildet, in die das Bölzenende ein dringen kann.
Damit bei diesem Verfahren der Lichtbogen ge zündet wird, kann man in den Körper Metallpulver in einer Menge aufnehmen, die eine zum Zünden des Lichtbogens hinreichende Leitfähigkeit -bewirkt. Diese Leitfähigkeit kann aber auch durch das Vor handensein von reduziertem T'02 herbeigeführt wer den, so dass der schlackenbildende Körper die Funk tion eines Halbleiters erfüllt. Neben reduzierendem Metall und Titanoxyd enthält der schlackenbildende Körper gewöhnlich auch andere Stoffe, wie geeignete Silikate.
Die Titanoxydmenge beträgt gewöhnlich wenigstens 50 Gew.%. Ein geeigneter- Körper ent steht z. B. durch Herstellung eines Gemisches aus:
EMI0002.0005
Rutil <SEP> 60 <SEP> Gew.%
<tb> Bentonit <SEP> 27 <SEP> Gew.%
<tb> Mangansilicium <SEP> 13 <SEP> Gew.% Es wurde vorgeschlagen, den elektrisch leitenden schlackenbildenden Körper auf eine Temperatur von 900-1100 C in einem inerten Gas, z. B. N2, zu er hitzen, wobei die Bestandteile zu einer festen Masse zusammensintern, Gase ausgetrieben werden, und der Sauerstoffgehalt des Titanoxyds im gewünschten Masse herabgesetzt wird.
Die -Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Körper in der berechneten oxydischen Zusam mensetzung pro Gewichtsteil T'02, 0,1-0,5 Gewichts teile ZrO2 und 0,25-0,7 Gewichtsteile S'02 enthält.
Die Erfindung bezweckt also, Mittel zu schaffen, um zu bewirken, dass der elektrische Lichtbogen keinen oder keinen nennenswerten Einfluss auf die äussere Form und den Zusammenhang des Körpers ausübt, in der Weise, dass der Körper ohne äussere Verstärkung auf reproduzierbare Weise hinreichend lange einen beim Bolzenschweissen auf ihn ausge übten Druck widersteht.
Das ZrO2 kann gegebenenfalls in Form von Zirkonium-Orthosilikat (ZrSiO4) zugesetzt werden, was billiger ist als der Zusatz von reinem ZrO2.
Die Erfindung bietet folgende Vorteile: a) Eine Verstärkung aus Pappe oder dergleichen am schlackenbildenden Körper wird überflüssig.
b) Die Festigkeit bei hoher Temperatur des nichterweichenden Teils des untern Randes des Kör pers wird derart erhöht, dass der Körper besser in der Lage ist, zu einer hinreichenden Formgebung der Schweissung beizutragen, durch das Zusammen halten des Übermasses an geschmolzenem Schweiss metall, in der Weise, dass dieses ringsum das ge schweisste Bolzenende einen angemessen regelmässigen Ring oder Kragen bildet.
c) Der Körper ist besser in der Lage, das Weg fliessen von geschmolzenem Schweissmetall unter Ein- wirkung der Schwerkraft zu vermeiden, in andern als waagrechten Lagen, wie z. B. beim Vertikal schweissen oder dem Überkopfschweissen.
Infolge der verbesserten Zusammensetzung nach der Erfindung kann der Ausdehnungskoeffizient des keramischen Materials, aus dem der Körper besteht, hinreichend klein werden, so dass die auftretenden Spannungen herabgesetzt werden. Gleichzeitig ist eine möglichst niedrige Wärmeleitfähigkeit von Be- deutung, damit keine andere als die dazu bestimm ten Teile des Körpers erweichen.
Infolge der Erhöhung des S'02 Gehaltes und des Zusatzes von ZrO2 auf Kosten des T'02 Gehaltes, wird der Schmelzpunkt erhöht. Wenn dadurch ein zu grosser Teil des Bolzenendes vor dem Erweichen des Körpers abschmelzen würde, kann diese Schmelz punkterhöhung neutralisiert werden, indem der be rechneten oxydischen Zusammensetzung Alkalioxyde oder Fluorverbindungen, z. B. Na2O oder CaF2, zu gesetzt werden.
Auch kann man die Ausmasse des Körpers derart ändern, dass der zu erweichende Teil kleiner wird, so dass der Lichtbogen während kür zerer Zeit brennen bleibt. Infolge der Erhöhung des SiO2-Gehaltes ist es schwieriger, den Lichtbogen wiederzuzünden, was an einem mehr oder weniger knisternden Schall und einer Neigung zum Sprühen beim Brennen des Bogens erkennbar ist. Um diesen Effekt zu vermeiden, kann man in die berechnete oxydische Zusammensetzung einen bstimmten Pro zentsatz Alkalioxyde, z. B. Na2O, aufnehmen.
Zur Erzielung einer hinreichenden Kohärenz während des Sinterns kann man der berechneten oxydischen Zusammensetzung einen bestimmten Prozentsatz Alkalioxyde, Fluorverbindungen oder Bortrioxyd, z. B. Na 20, CaF2, B203, zusetzen.
Zum Ausgleich der geringeren Leitfähigkeit in folge eines kleineren Titanoxydgehalts kann man, neben dem Einbringen von Metallpulver, auch Me- tallsilicide oder Titanide, Silikotitan oder Fluorver bindung zusetzen, z. B. Fe2Si, Fe2Ti, SiTi oder CaF2.
Die keramischen Eigenschaften, wie z. B. die Pressarbeit und die Festigkeit des ungesinterten Körpers, die Härte, das Mass der Verglasung und die Korrosionsbeständigkeit des gesinterten Körpers wer den bei einer Ausführungsform der Erfindung da durch verbessert, dass der oxydischen Zusammen setzung auf einen Teil T'02, 0,1-0,25 Teil A1203 in irgendeiner geeigneten Form zugesetzt wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ent hält der Körper in der berechneten oxydischen Zu- sammensetzung pro Gewichtsteil T'02 höchstens 0,1 Gewichtsteil einer Fluorverbindung, wie CaF2, und höchstens 0,3 Gewichtsteil Metallsilicide, Metall- titanide oder Silikotitan.
Der Ausdruck berechnete oxydische Zusammen setzung bezieht sich auf eine, unter anderem in der keramischen Industrie übliche Ausdrucksweise der Brutto-Zusammensetzung eines gesinterten End erzeugnisses, unabhängig von den verwendeten Roh materialien, wobei die als Verbindungen von Oxyden vorkommenden Stoffe durch Angabe ihrer zusam mensetzenden einfachen Oxyde erwähnt werden. So wird z. B. durch das Sintern von Kaolin (A1203 . 2S'02 . 4H20) eine berechnete oxydische Zusammensetzung von 54,1% S'02 und 45,9% A1203 erzielt. Andere Stoffe als Oxyde werden getrennt er wähnt.
Die Körper nach der Erfindung werden vorzugs weise dadurch hergestellt, dass ein ungesinterter Kör per bei einer Temperatur von 1000-1200 C in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert wird.
Es ist üblich, zwischen 900 und 1100 C zu sintern.
Die reduzierende Atmosphäre wird vorzugsweise durch ein Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff erzielt.
Einige sehr geeignete Zusammensetzungen von Körpern nach der Erfindung sind z. B.:
EMI0003.0012
Gew.%
<tb> TiO2 <SEP> 43,8 <SEP> 57,2
<tb> SiO2 <SEP> 25,8 <SEP> 18,3
<tb> ZrO2 <SEP> 12,0 <SEP> 11,3
<tb> A1203 <SEP> 6,5 <SEP> 3,4
<tb> Na2O <SEP> 2,4 <SEP> 1,1
<tb> Mn2Si <SEP> 6,8 <SEP> 7,0
<tb> Fe2Si <SEP> 2,7
<tb> <B>B203 <SEP> 0,3</B>
<tb> CaF2 <SEP> 1,4
<tb> 100,0 <SEP> 100,0
Sintered, electrically conductive, slag-forming body The invention relates to a sintered, electrically conductive, slag-forming body which is placed between the surfaces to be connected during stud welding.
Stud welding is understood here as the head fastening of a stud-shaped metal object to a metal surface by maintaining an arc between the parts to be connected for a certain time and then bringing the two parts into contact with one another. In this method, a slag-forming body is often used, which is placed between the parts to be connected and thus keeps the parts at a mutual distance that corresponds to the desired length of the arc and only after the deformation of the body by the action of heat allows the both parts are brought into contact with one another.
A suitable choice of the composition and dimensions of the slag-forming body can ensure that when pressure is applied to one of the parts to be connected, the welding process runs automatically, so that the time required to deform the slag-forming body through the action of the arc heat is exactly the desired burning time of the arc.
In order to achieve this accuracy in a reproducible manner, the shape and dimensions of the body can be chosen in such a way that the body no longer resists any pressure exerted on it only after a previously precisely defined body part has been softened by the arc. .
For this purpose the body has z. B. an uninterrupted cavity of such a shape that an inserted bolt end can only penetrate up to a certain th distance into the cavity and only after the softening of the body part between the surface on which the bolt is based and the surface on to which the bolt is to be attached, the end of the bolt is pressed against the surface.
In order to avoid an irregular weld in which slag is trapped, the body is designed in certain cases in such a way that opposite the cavity, into which the bolt can penetrate up to a certain distance, a cavity is provided with a larger opening than the bolt diameter and its volume is greater than the bolt volume,
which penetrates into it after the softening of the body in places. In such a slag-forming body, the softened part can escape when the bolt end penetrates the body.
In order to avoid tearing of the body as a result of the heat of the arc, which is often followed by crumbling and deformation as a result of the stresses that have arisen in it, whereby the size of the body part to be softened by the arc and thus also the length of time during which this body exerts on it Resists pressure, changes, you can z.
B. use a slag-forming body that is provided with such a reinforcement that, even after tearing, the body remains connected to a sufficient extent during the burning of the arc until a predetermined part of it has softened. One of the preferred forms of this reinforcement is z. B. a cardboard ribbon, which supports the body with part of its width and forms the cavity with another part into which the bolt end can penetrate.
So that the arc is ignited during this process, metal powder can be absorbed into the body in an amount that causes sufficient conductivity to ignite the arc. However, this conductivity can also be brought about by the presence of reduced T'02, so that the slag-forming body fulfills the function of a semiconductor. In addition to reducing metal and titanium oxide, the slag-forming body usually also contains other substances, such as suitable silicates.
The amount of titanium oxide is usually at least 50% by weight. A suitable body is created for. B. by making a mixture of:
EMI0002.0005
Rutile <SEP> 60 <SEP> wt.%
<tb> Bentonite <SEP> 27 <SEP> wt.%
<tb> Manganese silicon <SEP> 13 <SEP> wt.% It has been proposed that the electrically conductive slag-forming body be heated to a temperature of 900-1100 C in an inert gas, e.g. B. N2 to heat it, the components sintering together to form a solid mass, gases are expelled, and the oxygen content of the titanium oxide is reduced to the desired extent.
The invention is characterized in that the body in the calculated oxidic composition contains 0.1-0.5 parts by weight of ZrO2 and 0.25-0.7 parts by weight of S'02 per part by weight of T'02.
The aim of the invention is to create means to ensure that the electric arc has no or no significant influence on the external shape and the cohesion of the body, in such a way that the body is reproducibly long enough without external reinforcement Stud welding withstands pressure exerted on him.
The ZrO2 can optionally be added in the form of zirconium orthosilicate (ZrSiO4), which is cheaper than adding pure ZrO2.
The invention offers the following advantages: a) A reinforcement of cardboard or the like on the slag-forming body is superfluous.
b) The strength at high temperature of the non-softening part of the lower edge of the body is increased in such a way that the body is better able to contribute to a sufficient shaping of the weld by keeping together the excess of molten weld metal in the Way that this all around the welded end of the bolt forms an appropriately regular ring or collar.
c) The body is better able to avoid the flow of molten weld metal under the action of gravity, in positions other than horizontal, such as e.g. B. when welding vertically or overhead welding.
As a result of the improved composition according to the invention, the coefficient of expansion of the ceramic material from which the body is made can be sufficiently small that the stresses that occur are reduced. At the same time, the lowest possible thermal conductivity is important so that no parts of the body other than those intended for this soften.
As a result of the increase in the S'02 content and the addition of ZrO2 at the expense of the T'02 content, the melting point is increased. If this would melt too large a part of the bolt end before the softening of the body, this increase in melting point can be neutralized by adding the calculated oxidic composition alkali oxides or fluorine compounds, eg. B. Na2O or CaF2 to be set.
You can also change the dimensions of the body in such a way that the part to be softened becomes smaller, so that the arc stays on for a shorter time. As a result of the increase in the SiO2 content, it is more difficult to re-ignite the arc, which can be recognized by a more or less crackling sound and a tendency to spray when the arc is burning. In order to avoid this effect, you can add a certain percentage of alkali oxides, z. B. Na2O, absorb.
In order to achieve sufficient coherence during sintering, a certain percentage of alkali oxides, fluorine compounds or boron trioxide, e.g. B. Na 20, CaF2, B203, add.
To compensate for the lower conductivity as a result of a smaller titanium oxide content, in addition to the introduction of metal powder, metal silicides or titanides, silicotitanium or fluorine compounds can also be added, e.g. B. Fe2Si, Fe2Ti, SiTi or CaF2.
The ceramic properties, such as B. the pressing work and the strength of the unsintered body, the hardness, the degree of vitrification and the corrosion resistance of the sintered body who improved in one embodiment of the invention because of the fact that the oxidic composition to a part T'02, 0.1 -0.25 part of A1203 is added in any suitable form.
In one embodiment of the invention, the body in the calculated oxidic composition contains per part by weight of T'02 at most 0.1 part by weight of a fluorine compound, such as CaF2, and at most 0.3 part by weight of metal silicides, metal titanides or silicotitanium.
The term calculated oxidic composition refers to the expression of the gross composition of a sintered end product, which is common in the ceramics industry, regardless of the raw materials used, whereby the substances occurring as compounds of oxides are indicated by their simple oxides composing them be mentioned. So z. B. by sintering kaolin (A1203.2S'02.4H20) a calculated oxidic composition of 54.1% S'02 and 45.9% A1203 is achieved. Substances other than oxides are mentioned separately.
The body according to the invention are preferably produced in that an unsintered body is sintered by at a temperature of 1000-1200 C in a reducing atmosphere.
It is common to sinter between 900 and 1100 C.
The reducing atmosphere is preferably achieved by a mixture of nitrogen and hydrogen.
Some very suitable compositions of bodies according to the invention are e.g. B .:
EMI0003.0012
Weight%
<tb> TiO2 <SEP> 43.8 <SEP> 57.2
<tb> SiO2 <SEP> 25.8 <SEP> 18.3
<tb> ZrO2 <SEP> 12.0 <SEP> 11.3
<tb> A1203 <SEP> 6.5 <SEP> 3.4
<tb> Na2O <SEP> 2.4 <SEP> 1.1
<tb> Mn2Si <SEP> 6.8 <SEP> 7.0
<tb> Fe2Si <SEP> 2.7
<tb> <B> B203 <SEP> 0.3 </B>
<tb> CaF2 <SEP> 1.4
<tb> 100.0 <SEP> 100.0