DE1045013B

DE1045013B - Wire electrode for arc welding under carbon dioxide

Info

Publication number: DE1045013B
Application number: DEW20626A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Hummitzsch; Franz Mersmann
Original assignee: WESTFAELISCHE UNION AG
Current assignee: WESTFAELISCHE UNION AG
Priority date: 1957-02-18
Filing date: 1957-02-18
Publication date: 1958-11-27

Description

Drahtelektrode zur Lichtbogenschweißung unter Kohlendioxyd Es gibt auf dem Markt blanke Drähte, die unter Schutzgasen von Argon, Kohlendioxyd oder Gemischen von Argon mit zweiatomigen Gasen verschweißt werden können. In diesen Fällen sind die Gütewerte des Schweißgutes, die an unterschiedlichen Baustählen erhalten werden, maßgebend.Wire electrode for arc welding under carbon dioxide There are bare wires on the market, which are exposed to inert gases of argon, carbon dioxide or Mixtures of argon with diatomic gases can be welded. In these Cases are the quality values of the weld metal that are used on different structural steels are obtained.

Außerdem wurde darauf geachtet, daß die Nähte frei von Poren waren. Diese Drähte wurden mit einer blanken oder verkupferten Oberfläche am Pluspol des Gleichstromes verschweißt. Als Stromquellen dienten hierfür rotierende Schweißmaschinen oder auch Gleichrichter, die mit konstanter Spannung bei unterschiedlichen Stromstärken arbeiten oder auch mit einer mit steigender Stromstärke ansteigenden Lichtbogenspannung.Care was also taken to ensure that the seams were free of pores. These wires have a bare or copper-plated surface on the positive pole of the Welded direct current. Rotating welding machines served as power sources for this or rectifiers, which operate with constant voltage at different currents work or with an arc voltage that increases with increasing current intensity.

Wird an einer solchen Stromquelle ein blanker oder verkupferter Draht am Minuspol verschweißt oder auch versucht, diesen am Wechselstrom zu verarbeiten, so ergibt sich, daß der Lichtbogen außerordentlich unregelmäßig brennt und viele Tropfen neben der Naht liegen. Es wurde nun der Vorschlag gemacht, die Oberfläche der zu verschweißenden Drähte mit Mitteln zu überziehen, die den Lichtbogen stabilisieren. Es sind hauptsächlich Salze des Cäsiums und Rubidiums. Auch wurden dünne Beläge von Metallen, wie Aluminium, Titan und Mo@lybdän, sowie Oxyde von Metallen gewählt. Die Schwierigkeit besteht darin, diese Beläge gleichmäßig auf die Oberfläche des Drahtes zu bringen. Des weiteren muß die Oberfläche vor der Zersetzung durch die Luftfeuchtigkeit geschützt werden. Außerdem ergeben die dünnen Beläge beim Stromübergang von der Kontaktstelle des Schweißapparates erhöhte Widerstände.A bare or copper-plated wire is used at such a power source welded on the negative pole or tried to process it on the alternating current, so it turns out that the arc burns extremely irregularly and many Drops lie next to the seam. The suggestion has now been made, the surface to coat the wires to be welded with agents that stabilize the arc. They are mainly salts of cesium and rubidium. There were also thin coverings of metals such as aluminum, titanium and molybdenum, as well as oxides of metals. The difficulty is to apply these toppings evenly to the surface of the To bring wire. Furthermore, the surface must be protected from decomposition by the Humidity must be protected. In addition, the thin coatings result in the current transfer increased resistance from the contact point of the welding machine.

Deshalb ist man auf den Gedanken gekommen, die Zusätze für die Stabilisierung des Lichtbogens in das Innere des Drahtes in Form einer Seele zu verlegen, ähnlich wie es bei den Handschweißelektroden - genannt Seelendrähte - der Fall ist. Die Seelen der Handschweißel.ektroden bestehen hauptsächlich aus gebranntem Kalk mit Zusätzen von Ferrolegierungen bis 10'% und stark reduzierenden Mitteln, wie Aluminium, bis 8% der Seelenmasse. Bei diesen Seelendrähten beträgt der Anteil der Seele etwa 4 bis 8 Flächenprozent, bezogen auf den Drahtquerschnitt.That is why one came up with the idea of adding the additives for stabilization of the arc into the inside of the wire in the form of a soul, similar as is the case with the hand welding electrodes - called core wires. the The souls of the hand welding electrodes consist mainly of burnt lime with Additions of ferro alloys up to 10% and strongly reducing agents such as aluminum, up to 8% of the soul mass. With these soul wires the share of the soul is about 4 to 8 area percent, based on the wire cross-section.

Weiter sind Stelenelektroden bekannt, deren Kern überhaupt nur mit reduzierenden Stoffen gefüllt ist. Der Anteil dieser Füllung beträgt 0,25 bis 5 Flächenprozent des Drahtquerschnittes.Stele electrodes are also known whose core only has a reducing substances is filled. The proportion of this filling is 0.25 to 5 Area percentage of the wire cross-section.

Die Untersuchungen bei der Versehweißung von Seelendrähten unter einer Schutzgasatmospbäre von Argon, Argongas mit Gemischen von zweiatomnigen Gasen, Kohlendioxyd oder Kohlendioxyd mit Mischungen von Kohlenmonoxyd haben ergeben, daß Drähte, wie sie bei der Handschweißung als Seelendrahte gebracht werden, nicht einwandfrei verschweißt werden können.The investigations into the welding of core wires under one Protective gas atmosphere of argon, argon gas with mixtures of diatomic gases, carbon dioxide or carbon dioxide with mixtures of carbon monoxide have resulted in wires like they are brought as core wires during manual welding, not properly welded can be.

Gegenstand der Erfindung ist :eine Drahtelektrode aus Stahl zum automatischen Liahtbagenschweißen unter Kohlendioxydoderkohlendioxydhaltigen Schutzgasen, und die Erfindung besteht in der Kombination der an sich bekannten Merkmale a) bis d) a) es werden Seelenelektroden verwendet, deren Querschnittsflächenanteil am gesamten Drahtquerschnitt 0,2 bis 5'% beträgt; b) die Seelenmasse enthält 50 bis 8% reduzierende Metalle, wie Titan, Zirkon, Magnesium und Aluminium; c) die nichtmetallischen Anteile der Seelenmasse Nestehen zu 30 bis 80"/o aus Oxyden der Erdalkalimetalle, die aber teilweise gegen Ferrolegierungen ausgetauscht werden können, wenn ein Mindestanteil von 30% an Erdafkalioxyden eingehalten wird; d) die Seelenmasse enthält zusätzlich noch 2 bis 25 0/0 Karbonate des Cäsiums und Rubidiums und außerdem noch 0 bis 100/a Oxyde oder Karbonate des Natriums, Kaliums oder Lithiums; die durch eine Kombination an sich bekannter, für den vorliegenden Zweck einander angepaßter Merkmale gekennzeichnet ist.The subject of the invention is: a wire electrode made of steel for automatic Liahtbag welding under protective gases containing carbon dioxide or carbon dioxide, and The invention consists in the combination of the known features a) to d) a) core electrodes are used whose cross-sectional area proportion of the total Wire cross-section is 0.2 to 5%; b) the soul mass contains 50 to 8% reducing Metals such as titanium, zirconium, magnesium and aluminum; c) the non-metallic components 30 to 80 "/ o of the mass of the soul consists of oxides of the alkaline earth metals, but these Can be partially exchanged for ferro-alloys if a minimum proportion 30% of earth oxides is complied with; d) the soul mass also contains 2 to 25% carbonates of cesium and rubidium and, in addition, 0 to 100 / a Oxides or carbonates of sodium, potassium, or lithium; which by a combination characteristics known per se, adapted to one another for the present purpose is.

Die für die Schu,tzgasschweißung zu verwendenden Seelenelektroden gemäß der Erfindung dürfen nur geringere Anteile der Seele enthalten, als bei den meisten Handschweiß-Seelenelektroden üblich.The core electrodes to be used for protective gas welding according to the invention may only contain smaller portions of the soul than in the most hand welding core electrodes common.

Die Seelenfüllungen müssen andere sein, als sie bei den Handschweißelektroden üblich sind. Um den Effekt einer guten Stabilität des Lichtbogens am Wechselstrom und am Minuspol des Gleichstromes bei erhöhten Abschmelzleistungen zu erreichen, müssen die Seelenfüllungen Metalle enthalten, die leicht Eleletronen abgeben, aber auch gleichzeitig starke Desoxydationsmittel sind. Hierzu gehören die Metalle Magnesium, Aluminium, Titan und Zirkon. -Sie liegen im Bereich der II. und IV. Gruppe des Periodischen Systems. Sie ionisieren leicht bei den Temperaturen des Lichtbogens; außerdem lassen sie sich zerkleinern.The soul fillings must be different from those of the hand welding electrodes are common. To get the effect of good stability of the arc on Alternating current and to achieve at the negative pole of the direct current with increased deposition rates, the soul fillings must contain metals that give off electrons easily, but are also strong deoxidizers at the same time. These include the metals magnesium, Aluminum, titanium and zircon. -They are in the II. And IV. Group of the Periodic Systems. They ionize easily at the temperatures of the arc; also let they crush themselves.

Diese Metalle können, einzeln oder in Mischungen, in Mengen von 8 bis - 50%, pulverförmig oder in Spänen, einer Grundmasse, bestehend aus Oxyden dar Erdalkalimetalle, wie Kalziumoxyd oder Bariumoxyd oder Magnesiumoxyd, oder deren Mischungen zugegeben sein. Es haben sich auch Mischungen von Aluminium und Magnesium im Verhältnis 1 : 1 wie auch Aluminium zu Titan im Verhältnis 2 : 1 als vorteilhaft erwiesen. Der Anteil der Erdalkalioxyde oder deren Mischungen soll mindestens 301/o und höchstens 80°/o von der Seelenmasse betragen. Jedoch können zusätzlich kleine Mengen, nämlich von 2 bis 25'°/o, der Masse der Seelenfüllung an Cäsium- oder Rubidiumkarbonat oder beiden sowie gegebenenfalls bis zu 101/o, einzeln oder in Mischungen, Oxyde oder Karbonate der Alkalimetalle, wie Natrium, Kalium oder Lithium, enthalten sein.These metals can, individually or in mixtures, in amounts of 8 up to - 50%, in powder form or in chips, of a basic mass consisting of oxides Alkaline earth metals, such as calcium oxide or barium oxide or magnesium oxide, or their Mixtures can be added. There have also been mixtures of aluminum and magnesium in a ratio of 1: 1 as well as aluminum to titanium in a ratio of 2: 1 as advantageous proven. The proportion of alkaline earth oxides or their mixtures should be at least 301 / o and not exceed 80 per cent of the mass of the soul. However, small Quantities, namely from 2 to 25 per cent., The mass of the soul filling, of cesium or rubidium carbonate or both and optionally up to 101 / o, individually or in mixtures, oxides or carbonates of the alkali metals, such as sodium, potassium or lithium, may be included.

Es würde sich folgende Summenformel für die Seelenmasse ergeben: 50 bis 81/o Aluminium oder Magnesium oder Titan oder Zirkon oder deren Mischungen, 30 bis 800% OxydederErd'alkalimetalle, einzelnoder in ihren Mischungen, 2 bis 25% Karbonate des Cäsiums oder Rubidiums oder deren Mischungen, 0 bis 10% Oxyde der Karbonate des Natriums, Kaliums oder Lithiums oder deren Mischungen.The total formula for the mass of the soul would be: 50 up to 81 / o aluminum or magnesium or titanium or zirconium or their mixtures, 30 to 800% oxides of the alkaline earth metals, individually or in their mixtures, 2 to 25% Carbonates of cesium or rubidium or their mixtures, 0 to 10% oxides of Carbonates of sodium, potassium or lithium or their mixtures.

Schließlich können die Oxyde der Erdalkälimetalle teilweise durch Ferrolegierungen, einzeln oder deren Mischungen, wie Ferromangan, Ferrosilizium, Ferrotitan oder Ferro.zirkon, ausgetauscht werden. Der Austausch soll so geschehen, daß ein Betrag von 30% der Erdalkalioxyde nicht unterschritten wird und die Summe der Erdalkalioxyde und Ferrolegierungen kleiner als 801/o ist.Finally, the oxides of the alkaline earth metals can partially through Ferro alloys, individually or mixtures thereof, such as ferro-manganese, ferrosilicon, Ferrous titanium or ferrous zirconium. The exchange should take place that an amount of 30% of the alkaline earth oxides is not fallen below and the sum the alkaline earth oxides and ferro alloys is less than 801 / o.

Eine besondere hohe Stabilität und Verschweißbarkeit ergab ein Draht, der eine Seelenfüllung aus Kalziumoxyd mit Zusätzen von 12% Magnesiummetall und 81/o Cäsiumkarbonat und 21/o Natriumkarbonat und 20% Ferrotitan hatte.A wire that was particularly stable and weldable resulted in the one soul filling made of calcium oxide with additions of 12% magnesium metal and 81 / o had cesium carbonate and 21 / o sodium carbonate and 20% ferrotitanium.

Die Schutzgasschweißung erfordert Seelenelektroden, deren Ouerschnittsflächenanteil am gesamten Drahtquerschnitt 0,2 bis 51/o beträgt.Inert gas welding requires core electrodes, their cross-sectional area is 0.2 to 51 / o on the entire wire cross-section.

Da die metallischen Anteile der Seelenfüllungen für Drähte unter Schutzgas bedeutend größer sind, ist ihr Verhalten bei der Warmwalzung der Drähte anders als von Seelen, die nur sehr kleine Mengen von Metallen aufweisen. Der metallische Anteil der Seele verbindet sich teilweise während des Warmwalzens mit dem Stahl des Drahtes. Dieser gebundene Anteil ist während des Schweißprozesses weniger reaktionsfähig als die lose Seelenmasse. Durch diesen Vorgang erklärt sich, daß von 5 Flächenprozent der Seele nur 4 Flächenprozent voll reaktionsfähig sind. Deshalb können 4 Teile Seelenfüllung einer Handelektrode gleich 5%- Seelenfüllung eines Schutzgas-Schweißdrahtes gesetzt werden.Because the metallic parts of the core fillings for wires are under protective gas are significantly larger, their behavior during the hot rolling of the wires is different than of souls that contain only very small amounts of metals. The metallic part the core connects partially with the steel of the wire during hot rolling. This bound part is less reactive during the welding process than the loose soul mass. This process explains that out of 5 area percent of the soul only 4 percent by area are fully reactive. Therefore 4 parts Core filling of a hand electrode is equal to 5% - core filling of a shielding gas welding wire be set.

Durch die Art der Seelenfüllung und ihre Menge kann man neben der Abschmelzgeschwindigkeit auch die Einbrandtiefe regulieren. Je größer der Seelenanteil ist, um so tiefer ist der Einbrand, je kleiner die Seele ist, um so rascher schweißt der Draht. Dies gilt nur so lange, wie Kalziumoxyd bzw. Magnesiumoxvd der Hauptbestandteil der Seele ist. Außerdem können durch metallische Zusätze zur Seele die Gütewerte der Schweiße beeinflußt werden. Dem Metall des Drahtes müssen Zusätze von Silizium und Mangan in Gehalten von je über 0,51/o gegeben sein. Ein Draht mit 0,9% Silizium und 1,2% Mangan ergab Schweißen von großer Dichte und hoher Zähigkeit, wobei Dehnungswerte von mehr als 221/o im Schweißmetall erreicht wurden.Due to the type of soul filling and its amount one can in addition to the The melting speed also regulate the penetration depth. The greater the soul portion is, the deeper the penetration, the smaller the soul, the faster it welds the wire. This only applies as long as calcium oxide or magnesium oxide is the main component the soul is. In addition, through metallic additives to the soul, the quality values the sweat can be influenced. Additions of silicon must be added to the metal of the wire and manganese in contents of more than 0.51 / o each. A wire with 0.9% silicon and 1.2% manganese resulted in welding of great density and high toughness, with elongation values of more than 221 / o were achieved in the weld metal.

Diese oben geschilderten Seelenfüllungen gelten auch für niedriglegierte Drähte zum Verschweißen von Bau- und Kesselstählen bis zu Betriebstemperaturen von 550° C.These soul fillings described above also apply to low-alloyed ones Wires for welding structural and boiler steels up to operating temperatures of 550 ° C.

Die geschilderten Seelendrähte können entweder durch Warmwalzen und Kaltziehen von mit Seelenmasse gefüllten Knüppeln erzeugt werden, aber auch durch Verdrillen von mindestens drei kaltgezogenen massiven Drähten, in deren Mitte die Seelenmasse eingebettet ist, aber auch durch Einrollen von dünnen Blechstreifen in ihrer Längsrichtung mit nachträglichem Kaltziehen auf Drahtdurchmesser.The core wires described can either by hot rolling and Cold drawing of billets filled with soul mass can be generated, but also by Twisting at least three cold-drawn solid wires with the Soul mass is embedded, but also by rolling up thin sheet metal strips in their longitudinal direction with subsequent cold drawing to wire diameter.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Wire electrode made of steel for automatic arc welding under carbon dioxide or carbon dioxide-containing protective gases, characterized by the combination of the features a) to d) a) known per se, core electrodes are used whose cross-sectional area is 0.2 to 5 % of the total wire cross-section; b) the soul mass contains 50 to 8% reducing metals such as titanium, zirconium, magnesium and aluminum; c) 30 to 80% of the non-metallic parts of the soul's mass consist of oxides of the alkaline earth metals, some of which can, however, be exchanged for ferro-alloys if a minimum proportion of 30 1o of alkaline earth oxides is observed; d) the mass of the soul contains an additional 2 to 251 / o carbonates of cesium and rubidium and, in addition, 0 to 10% oxides or carbonates of sodium, potassium or lithium.

2. Wire electrode according to claim 1, characterized in that the steel enveloping the core is not in the form of a hollow steel wire, but consists in a known manner of at least three solid wires twisted together or of rolled sheet metal sheaths drawn out into wire. Contemplated publications: USA. Patents Nos 1 501266, 1734 932, 1993 852, 2435800, 2465503, 2694763;. The Welding Journal, January 1956, pp. 19-29.