Eiserner Seelendraht und Verwendung dieses Drahtes zum elektrischen Lichtbogenschweissen Die Erfindung bezieht sich auf einen eisernen See lendraht und auf eine Verwendung dieses Drahtes zum elektrischen Lichtbogenschweissen.
Es ist ein Verfahren zum Lichtbogenschweissen von Werkstücken auf der Grundlage von Eisen in einer Schutzgasatmosphäre bekannt, bei dem die Schweiss- elektrode aus einer rohrförmigen Ummantelung auf der Grundlage von Eisen und einer Seele aus einem nicht hygroskopischen praktisch wasserstofffreien Material, das sich zur Schlackenbildung eignet, und einem des oxydierenden Material, das gegebenenfalls auch Eisen pulver und/oder Legierungsbestandteile enthalten kann, besteht. Es ist angegeben, dass als zum Bilden von Schlacken geeignetes Material u. a. Titandioxyd Ver wendung finden kann.
Es ist auch eine derartige Seelenelektrode beschrie ben worden, deren Seele im wesentlichen aus vorge schmolzenem Titandioxyd, Siliziumdioxyd und Man ganoxyd als schlackenbildenden Bestandteilen in derar tigen Mengen besteht, dass diese Bestandteile mehr als etwa 14 Gew.-% der Elektrode betragen.
Die Verwendung solch grosser Mengen an schlak- kenbildenden Bestandteilen hat Nachteile, u. a. dadurch, dass der Wirkungsgrad beim Schweissen be einträchtigt wird. Bei Verwendung bekannter Seelen elektroden ergeben sich meistens Schweissverbindun- gen ungenügender Güte; ferner sind diese bekannten Elektroden weniger oder sogar nicht geeignet zum waa gerechten Kehlnahtschweissen; das gleiche gilt insbe sondere für das Überkopfschweissen, z. B. einer Kehl- naht.
Es ist jetzt ein neuer Seelendraht z. B. für die elek trische Lichtbogenschweissung, unter Verwendung eines Schutzgases, von Werkstücken auf der Grundlage von Eisen gefunden worden, bei der die erwähnten Nachteile nicht auftreten.
Bei dem neuen Seelendraht enthält die Seele einen Bestandteil, der aus Stoffen besteht, die sich zweck mässigerweise zum Bilden von Schlacke eignen, die als eine .zusammenhängende Schicht das eingetragene Schweissgut bedeckt und sich nach Abkühlen leicht beseitigen lässt. Dieser Bestandteil wird im nachstehen den als mineralischer Bestandteil der Seele bezeichnet. Er besteht mindestens aus Titandioxyd und Silizium dioxyd und kann überdies aus Alkalimetalloxyd und/ oder Aluminiumoxyd oder aus Verbindungen, die aus zwei oder mehreren der erwähnten Oxyde zusammen gesetzt sind, bestehen.
Der erfindungsgemässe Seelendraht ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Ti02 zu Si02 zwischen 10:1 und 1:1,5 liegt und der Gehalt an TiO2 und Si02 zusammen mindestens 3,5 Ge wichtsprozent beträgt und dass der Anteil des minerali schen Materials der Seele höchstens 9 Gewichtsprozent des Seelendrahtes beträgt.
Der Mantel des Seelendrahtes ist auf der Grund lage von Eisen und kann z. B. aus weichem Stahl oder einem legierten Stahl, z. B. 18-8-Chromnickelstahl, bestehen.
Die Gestalt des Mantels kann verschiedenartig sein, z. B. zylindrisch oder mit rechteckigem Quer schnitt. Der Mantel kann z. B. auf eine an sich bekannte Weise durch Falten eines Streifens hergestellt werden; beim Faltvorgang kann die Seelenmasse in den Falt- draht aufgenommen werden.
Der Seelendraht gemäss der Erfindung ist beson ders geeignet zum automatischen oder halbautomati schen Schweissen.
Die in die Schweisselektrode aufzunehmenden reduzierenden Elemente, Mangan oder Silizium, wobei das Silizium durch andere Elemente, wie Titan oder Zirkonium, ersetzt werden. kann, können entweder in dem Mantel oder in der Seele vorhanden sein, oder aber auf beide verteilt sein. Letzteres wird meistens der Fall sein; auf diese Weise lässt sich die erforderliche Menge an reduzierenden Elementen leicht der zum Schweissen eines bestimmten Werkstückes erforderli che Menge anpassen. Das gleiche gilt für Legierungs bestandteile, die in die Elektrode aufgenommen werden müssen, um deren Zusammensetzung der des Werk stückes anzupassen.
Zum Schweissen von Werkstücken auf der Grund lage von Eisen, die z. B. aus nicht völlig desoxydiertem Stahl bestehen, muss die Schweisselektrode mindestens 0,3 % und höchstens 2,5 Gew.-% Mangan und minde stens 0,3 Gew.-% und höchstens 1,5 Gew.-% Silizium enthalten. Silizium kann ganz oder teilweise durch Titan ersetzt werden. Z. B. werden 1,6 Gew.-% Man gan und 1,8 Gew.-% Silizium verwendet. Diese Ele mente lassen sich zweckmässig in Form von Ferrole- gierungen oder als Silicomangan verweden.
Die Seele des Seelendrahtes nach der Erfindung kann ausser dem mineralischen Bestandteil Eisenpulver (oder ein Pulver eines anderen Metaller oder eines Metallgemisches) bis zu etwa 95 Gew.-% der Seele und/oder erforderlichenfalls Legierungsbestandteile, z. B. Nickel oder Chrom, oder z. B. ein Pulver eines legierten Stahles, wie 18-8-Chromnickelstahles, enthal ten.
Das Verhältnis zwischen den Massen des Mantels und der Seele kann verhältnismässig beliebig gewählt werden. Für die Praxis wird die Wanddicke des Man tels stets so gewählt, dass sich ein Draht genügender Festigkeit ergibt.
Bei der Verwendung wird als Schutzgas vorzugsweise Kohlendioxyd angewandt. Es können auch kohlendi oxydhaltige Gemische, z. B. ein Gemisch aus 95 Vol.-% Kohlendioxyd und 5 Vol.-% Sauerstoff, ein Gemisch aus 85 Vol.-% Argon und 15 Vol.-% Kohlendioxyd oder ein Gemisch aus 80 Vol.-% Argon, 15 Vol.-% Kohlendioxyd und 5 Vol.-Sauerstoff Verwendung fin den.
Der Seelendraht nach der Erfindung eignet sich insbesondere zum Schweissen von Werkstücken aus nicht völlig desoxydiertem Metall unter Anwendung eines kohlendioxydhaltigen Schutzgases und insbeson dere eines praktisch völlig aus Kohlendioxyd bestehen den Schutzgases.
Gute Ergebnisse werden beispielsweise mit Elektro den erreicht, bei denen das Verhältnis zwischen den Gewichtsmengen an Titandioxyd und Siliziumdioxyd praktisch 5:1 oder 1:1,5 ist oder zwischen diesen Wer ten liegt, und insbesondere mit Elektroden, bei denen dieses Verhältnis praktisch gleich 2:1 oder 1:1 ist oder zwischen diesen Werten liegt; dies gilt besonders für Elektroden, bei denen der mineralische Bestandteil der Seele mindestens 5 bis 8 Gew.-%, insbesondere etwa 5 Gew.-%, der ganzen Elektrode bildet. Mit solchen Elektroden, die z. B. 1,6 Gew.-% Mangan und 0,8 Gew.-% Silizium enthalten, können z. B. ohne Ver wendung von Kohlendioxyd als Schutzgas an Werk stücken aus z.
B. nicht- oder niedriglegiertem Stahl be sonders gute Schweissverbindungen mit glattem ebe nem Äusserem erhalten werden, auch beim Aufwärts schweissen; mit solchen Elektroden sind auch sehr gute waagerechte Kehlnähte, auch beim Überkopfschweis- sen, herstellbar. Die Schlacke lässt sich sehr leicht ent fernen; meistens löst sich die Schlacke beim Abkühlen bereits ohne weiteres ab. Der Anschluss der Schweiss- naht an das Werkstück verläuft fliessend.
Es wurde gefunden, dass was im vorstehenden Absatz bemerkt worden ist insbesondere für Elektro- den gilt, bei denen der mineralische Bestandteil des Kernes aus Kaliumoxyd oder u. a. aus Kaliumoxyd und Aluminiumoxyd besteht, und insbesondere, wenn dabei die zuletzterwähnten Oxyde und ein Teil des Silizium- oxyds in Form des Kalifeldspates (K2O.A12O3.6- SiO2.) angewandt werden.
Dabei werden vorzugsweise die Gewichtsmengen der Oxyde so gewählt, dass das Verhältnis der Gewichtsmenge an Siliziumdioxyd zu der an Kaliumoxyd oder zur gerammten Menge an die sem Oxyd und Aluminiumoxyd grösser als 2,3 ist.
Statt Kaliumoxyd kann auch ein anderes Alkalioxyd, z. B. Natriumoxyd, Verwendung finden.
Obgleich die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, werden die zu verwendenden Oxyde, und dies gilt ins besondere für die Alkalioxyde, vorzugsweise in Form nicht hygroskopischer Verbindungen angewandt. Dies ist einer der Gründe, weshalb Kalifeldspat zu bevorzu gen ist.
Sollen Alkalioxyde in Form mehr oder weniger hygroskopischer Verbindungen verwendet werden, so müssen bei der Herstellung der Schweisselektroden passende Massnahmen ergriffen werden, um zu verhü ten, dass Feuchtigkeit in den Kern gelangt. Alkalioxyde können z. B. in gebundener Form als Karbonate, Sili kate, Titanate oder Aluminate von Kalium, Natrium oder Cäsium Verwendung finden. Bei Verwendung eines Titanantes wird dabei ein Teil des Titandioxydes in. gebundener Form verabreicht. Das gleiche gilt für Siliziumdioxyd und Aluminiumoxyd bei Verwendung von Silikaten bzw. Aluminaten. Dies muss bei der Dosierung der freien Oxyde berücksichtigt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach stehend näher erläutert.
In der Tabelle ist die Zusammensetzung des miner alischen Bestandteiles des Kernes für mehrere geprüfte Elektroden dargestellt. Dabei sind die Mengen der ver schiedenen Oxyde in Gewichtsprozenten der betreffen den Schweisselektrode ausgedrückt. Das gleiche gilt für das im Material der Seele vorhandene Eisen (als Pul ver), Mangan oder Silizium. Mangan wird als Silico- mangan, Silizium als Ferrosilizium zugesetzt.
Bei den Versuchen 1 bis 5 fanden als schlackenbil dende Bestandteile nur Titandioxyd und Siliziumdioxyd Anwendung; bei den Versuchen 6 bis 18 und 20 bis 22 wurden Kaliumoxyd, Aluminiumoxyd und ein Teil des Siliziumdioxydes als Kalifeldspat zugesetzt. Beim Ver such 19 wurden Natriumoxyd, Aluminiumoxyd, und ein Teil des Siliziumdioxydes als Natriumfeldspat (0,5 Gew.-%) zugesetzt. Beim Versuch 22 enthielt der Kern 0,35 Gew.-% Titan. Beim Versuch 24 enthielt der Kern statt Eisenpulver pulvrigen 18-8-Chromnik- kelstahl (26 Gew.-% der Elektrode).
Bei diesem letzten Versuch wurde der Gehalt an Mangan und Silizium dem zu verschweissenden 18-8-Chromnickelstahl an- gepasst. Der Mantel der Schweissdrähte bestand aus einem weichen Stahl, der 0,23 Gew.-% Mn, weniger als 0,1 Gew.-% Si und weniger als 0,1 Gew.-% C enthält. Bei den Versuchen 1 bis 23 wurde an aus halbdesoxy diertem Martinstahl (Stahl Qmc 37; 0,5 Gew.-% Mn, 0,05 Gew.-% Si und 0,10 Gew.-% C) bestehenden Werkstücken geschweisst.
Bei den Versuchen 13, 20 und 21 wurde auch an aus völlig desoxydierten Mar tinstahl (Stahl LQmc 52; 1,4 Gew.-% Mn, 0,5 Gew.-% Si, 0,2 Gew.-% C) bestehenden Werkstücken ge- schweisst. Bei den Versuchen 20 und 21 wurde aussier- dem an aus einem anderen desoxydierten Martinstahl (Stahl Qmc 41; 1,2 Gew.-0/o Mn, 0,07 Gew.-0/o Si, 0,12 Gew.-0/o C) bestehenden Werkstücken geschweisst.
Bei Versuch 24 wurde an aus Chromnickelstahl (18 0/0 Cr, 8 0/o Ni) bestehenden Werkstücken geschweisst.
Die Versuche wurden mit Schweisselektroden mit Durchmessern von 1,2 und 1,8 mm durchgeführt. Bei den Versuchen 1 bis 24 wurde bei Elektrodendurch messer 1,8 mm mit 360 Ampere Gleichstrom ge- schweisst (Elektrode Pluspol); bei Versuch 11 wurde auch mit der Elektrode als Minuspol geschweisst. Bei den Versuchen 11, 14, 16 und 17 (Elektrodendurch messer 1,8 mm) wurde auch mit 360 Ampere Wechsel strom geschweisst. Bei Versuch 5 (Elektrodendurch messer 1,8 mm) wurde auch mit 260 A Gleichstrom geschweisst, (Elektrode Pluspol); bei den Versuchen 9 und 18 (Elektrodendurchmesser 1,2 mm) wurde auch mit 200A Gleichstrom geschweisst, (Elektrode Plus pol).
Es wurden im wesentlichen waagerechte Kehlnäh- te und Aufwärtsnähte geschweisst. Bei den Versuchen 1 bis 24 wurde als Schutzgas Kohlendioxyd verwendet (die Gasmenge schwankte zwischen 10 und 20 Liter pro Minute). Bei den Elektroden des Versuches 11 wurden auch Gasgemische anderer Zusammensetzung verwendet, nämlich (A) 80 Vol.-% Argon+15 Vol.-% Kohlendioxyd+5 Vol.-% Sauerstoff, (B) 95 Vol.-% Kohlendioxyd+5 Vol.-% Sauerstoff und (C) 90 Vol.-% Kohlendioxyd+10 Vol.-% Sauerstoff. Hierbei betrug die Gasmenge etwa 20 Liter pro Minute.
Mit einer Schweisselektrode hergestellte Schweiss- nähte sind im allgemeinen durch ein einwandfreies glat tes ebenes Äusseres gekennzeichnet; das Schweissme- tall ist sehr gut an das Metall des Werkstückes heran geflossen. Mit Schweisselektroden ergeben sich ausge zeichnete waagerechte Kehlnähte. Die Schweisselektro- den eignen sich insbesondere zum Überkopfschweissen. Beim Schweissen tritt wenig bis nahezu kein Versprit zen auf.
Besonders gute Ergebnisse wurden in dieser Hinsicht mit den Schweisselektroden der Versuche 7, 11, 18 und 21, und insbesondere mit denen des Versuchs 10 er reicht.
EMI0003.0014
<I>Tabelle</I>
<tb> Ver- <SEP> Bestandteile <SEP> des <SEP> Kernes
<tb> such
<tb> Nr.
<SEP> Fe <SEP> Mn <SEP> si <SEP> TiO2 <SEP> SiO2 <SEP> K2O <SEP> Al2O3
<tb> 1 <SEP> 22 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 4,5 <SEP> 0,5
<tb> 2 <SEP> 21 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 4,0 <SEP> 1,0
<tb> 3 <SEP> 20 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 3,5 <SEP> 1,5
<tb> 4 <SEP> 20 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 2,5 <SEP> 2,5
<tb> 5 <SEP> 21 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 2,0 <SEP> 2,0
<tb> 6 <SEP> 23 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 4,5 <SEP> 0,52 <SEP> 0,09 <SEP> 0,09
<tb> 7 <SEP> 23 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 4,0 <SEP> 0,82 <SEP> 0,09 <SEP> 0,09
<tb> 8 <SEP> 22 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 3,5 <SEP> 1,32 <SEP> 0,09 <SEP> 0,09
<tb> 9 <SEP> 21 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 3,0 <SEP> 1,82 <SEP> 0,09 <SEP> 0,09
<tb> 10 <SEP> 21 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 2,5 <SEP> 2,32 <SEP> 0,09 <SEP> 0,09
<tb> 11 <SEP> 22 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 3,0 <SEP> 1,65 <SEP> 0,17 <SEP> 0,18
<tb> 12 <SEP> 20 <SEP> 1,45 <SEP> 0,
8 <SEP> 2,5 <SEP> 2,15 <SEP> 0,17 <SEP> 0,18
<tb> 13 <SEP> 20 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 2,0 <SEP> 2,65 <SEP> 0,17 <SEP> 0,18
<tb> 14 <SEP> 22 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 3,0 <SEP> 1,47 <SEP> 0,25 <SEP> 0,28
<tb> 15 <SEP> 20 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 2,5 <SEP> 1,97 <SEP> 0,25 <SEP> 0,28
<tb> 16 <SEP> 20 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 2,0 <SEP> 2,47 <SEP> 0,25 <SEP> 0,28
<tb> 17 <SEP> 20 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 2,0 <SEP> 2,30 <SEP> 0,34 <SEP> 0,36
EMI0003.0015
<I>Tabelle <SEP> (Fortsetzung)</I>
<tb> 18 <SEP> 17 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 4,8 <SEP> 2,64 <SEP> 0,27 <SEP> 0,29
<tb> 19 <SEP> 22 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 2,5 <SEP> 2,34 <SEP> 0,10
<tb> 20 <SEP> 23 <SEP> 2,15 <SEP> 0,4 <SEP> 3,0 <SEP> 1,65 <SEP> 0,17 <SEP> 0,18
<tb> 21 <SEP> 21 <SEP> 1,05 <SEP> 1,25 <SEP> 3,0 <SEP> 1,82 <SEP> 0,09 <SEP> 0,09
<tb> 22 <SEP> 20 <SEP> 1,45 <SEP> 0,6 <SEP> 2,
5 <SEP> 2.15 <SEP> 0,17 <SEP> 0,18
<tb> 23 <SEP> 23 <SEP> 1,45 <SEP> 0,8 <SEP> 3,0 <SEP> 1,82 <SEP> 0,09 <SEP> 0,39
<tb> 24 <SEP> 1,20 <SEP> 1,15 <SEP> 2,5 <SEP> 1,97 <SEP> 0;25 <SEP> 0,28