DE1076850B

DE1076850B - Electrically conductive, slag-forming body for use in stud arc welding and a method for manufacturing such a body

Info

Publication number: DE1076850B
Application number: DEN15434A
Authority: DE
Inventors: Willem Pieter Van Den Blink; Emile Marie Joseph Bertin
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1957-08-07
Filing date: 1958-08-04
Publication date: 1960-03-03

Description

Elektrisch leitender, schlackenbildender Körper zur Verwendung beim Bolzen-Lichtbogenschweißen und Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers Die Erfindung betrifft einen elektrisch leitenden, schlackenbildenden Körper zur Verwendung beim Bolzen-Lichtbogenschweißen und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers.Electrically conductive slag-forming body for use in Stud arc welding and method of making such a body Die The invention relates to an electrically conductive, slag-forming body for use in stud arc welding and a method for producing such Body.

Unter »Bolzen-Lichtbogenschweißen« wird hier das Befestigen des Kopfes eines bolzenförmigen Metallgegenstandes an einer Metallfläche verstanden, indem zwischen den zu verbindenden Teilen während einer bestimmten 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 entspricht 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 gewünschten Brenndauer des Lichtbogens entspricht. Um diese Genauigkeit auf reproduzierbare Weise zu erzielen, werden die Form und die Abmessungen des Körpers derart gewählt, daß erst nach dem Erweichen eines vorher - genau bestimmten Körperteiles durch den Lichtbogen der Körper nicht länger einem auf ihn ausgeübten Druck widersteht."Stud arc welding" describes how to fasten the head a bolt-shaped metal object on a metal surface understood by an electric arc between the parts to be connected for a certain period of time is maintained and the two parts are then brought into contact with one another will. This procedure often uses a slag-forming body, which is placed between the parts to be connected and thus the parts in one keeps 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. By suitable choice of The composition and dimensions of the slag-forming body can be effected that when pressure is applied to one of the parts to be joined, the welding process runs automatically, so that the deformation of the slag-forming body through Exposure to the arc heat required time exactly the desired burning time of the arc. To achieve this accuracy in a reproducible manner, the shape and dimensions of the body are chosen so that only after Softening of a previously - precisely determined part of the body by the arc of the Body no longer withstands any pressure exerted on it.

Der Körper hat zu diesem Zweck z. B. eine ununterbrochene Höhlung solcher Form, daß ein darin eingeführtes Bolzenende nur bis auf einen bestimmten Abstand in die Höhlung eindringen kann und erst nach dem Erweichen des Körperteiles zwischen der Fläche, auf der sich der Bolzen abstützt, und der Fläche, auf der der Bolzen befestigt werden soll, das Bolzenende gegen die Oberfläche gedrückt wird (holländische Patentschrift 70858). 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 Bolzendurchmesser und deren Volumen größer als das Bolzenvolumen ist, das nach dem stellenweisen Erweichen des Körpers darin eindringt. In einem solchen schlackenbildenden Körper kann der erweichte Teil beim Eindringen des Bolzenendes in den Körper entweichen.For this purpose, the body has z. B. an uninterrupted cavity of such a shape that a bolt end inserted therein can only penetrate up to a certain distance into the cavity and only after the softening of the body part between the surface on which the bolt is supported and the surface on which the bolt is to be fastened, the end of the bolt is pressed against the surface (Dutch patent 70858). In order to avoid that an irregular weld is created 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, the opening of which is larger than the bolt diameter and its volume is greater than the bolt volume that penetrates into it after the body has softened in places. In such a slag-forming body, the softened part can escape when the bolt end penetrates the body.

Um ein Reißen des Körpers infolge der Wärme des Lichtbogens zu vermeiden, worauf vielfach ein Abbröckeln und Deformieren infolge der darin entstandenen Spannungen folgt, wodurch die Größe des vom Lichtbogen zu erweichenden Körperteiles und- somit auch die Zeitdauer, während der dieser Körper dem auf ihn ausgeübten Druck widersteht, sich ändert, kann man z. B. einen schlackenbildenden Körper verwenden, der mit einer solchen Verstärkung versehen ist, daß auch nach dem Reißen der Körper während des Brennens des Lichtbogens in hinreichendem Maße zusammenhängend bleibt, bis ein vorher bestimmter Teil des Körpers erweicht ist. Eine der bevorzugten Formen dieser Verstärkung ist z. B. ein Pappbändchen, welches mit einem Teil seiner Breite den Körper unterstützt und mit einem anderen Teil die Höhlung bildet, in die das Bolzenende eindringen kann.To prevent the body from rupturing as a result of the heat of the arc, whereupon often a crumbling and deformation as a result of the tension created in it follows, whereby the size of the body part to be softened by the arc and thus also the length of time during which this body withstands the pressure exerted on it, changes, you can z. B. use a slag-forming body with a such reinforcement is provided that even after tearing the body during the Burning the arc remains sufficiently contiguous until one beforehand certain part of the body is 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 with another part forms the cavity into which the bolt end penetrates can.

Damit bei diesem Verfahren der Lichtbogen gezündet wird,. kann man in den Körper Metallpulver in einer Menge aufnehmen, die eine zum Zünden des Lichtbogens hinreichende Leitfähigkeit bewirkt. Diese Leitfähigkeit kann bekanntlich aber auch durch das Vorhandensein von reduziertem Ti 02 herbeigeführt werden, so daß der schlackenbildende Körper die Funktion eines Halbleiters erfüllt.So that the arc is ignited during this process. you can Absorb into the body metal powder in an amount sufficient to ignite the Arc causes sufficient conductivity. However, as is well known, this conductivity can also caused by the presence of reduced Ti 02, so that the slag-forming Body fulfills the function of a semiconductor.

Neben reduzierendem Metall und Titanoxyd enthält der schlackenbildende Körper gewöhnlich auch andere Stoffe, wie geeignete Silikate. Die Titanoxydmenge beträgt gewöhnlich wenigstens 50 Gewichtsprozent. Ein geeigneter Körper entsteht z. B. durch Herstellung eines Gemisches aus: Rutil . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Gewichtsprozent Bentonit . . . . . . . . ... ... 27 Gewichtsprozent Mangansilicium ....... 13 Gewichtsprozent Es wurde vorgeschlagen, den elektrisch leitenden schlackenbildenden Körper auf eine Temperatur von 900 bis 1100° C in einem inerten Gas, z. B. N2, zu erhitzen, wobei die Bestandteile zu einer festen Masse zusammensintern, Gase ausgetrieben werden und der Sauerstoffgehalt des Titanoxyds im gewünschten Maße herabgesetzt wird.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 percent by weight. A suitable body is created e.g. B. by making a mixture of: Rutile. . . . . . . . . . . . . . . . . 60 percent by weight Bentonite. . . . . . . . ... ... 27 percent by weight Manganese silicon ....... 13 weight percent It has been proposed that the electrically conductive slag-forming body be heated to a temperature of 900 to 1100 ° C in an inert gas, e.g. B. N2, to heat, 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.

Die Erfindung bezweckt, 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 ausgeübten Druck widersteht. Die Erfindung betrifft somit einen elektrisch leitenden, schlackenbildenden Körper für Verwendung beim Bolzen-Lichtbogenschweißen, der eine Menge reduziertes Titandioxyd enthält.The invention aims to provide means for causing the electric arcs have no or no significant influence on the external shape and exercises the coherence of the body in such a way that the body without external Reinforcement in a reproducible manner for a long enough time in stud welding withstands pressure exerted on him. The invention thus relates to an electrical conductive, slag-forming body for use in stud arc welding, which contains a lot of reduced titanium dioxide.

Nach der Erfindung enthält der Körper in der berechneten oxydischen Zusammensetzung eine Menge Zr 02 und S'02' Das Zr02 kann gegebenenfalls in Form von Zirkonium-Orthosilikat (Zr Si 04) zugesetzt werden; was billiger ist als der Zusatz von reinem Zr02.According to the invention, the body contains in the calculated oxidic Composition an amount of Zr 02 and S'02 'The Zr02 can optionally be in the form of zirconium orthosilicate (Zr Si 04) are added; what's cheaper than that Addition of pure Zr02.

Die Erfindung bietet folgende Vorteile: a) Eine Verstärkung aus Pappe od. dgl. am schlackenbildenden Körper wird überflüssig.The invention offers the following advantages: a) A reinforcement made of cardboard or the like on the slag-forming body becomes superfluous.

b) Die Festigkeit bei hoher Temperatur des nicht erweichenden Teiles des unteren Randes des Körpers wird derart erhöht, daß der Körper besser in der Lage ist, zu einer hinreichenden Formgebung der Schweißung beizutragen durch das Zusammenhalten des Übermaßes an geschmolzenem Schweißmetall in der Weise, daß dieses rings um das geschweißte Bolzenende einen angemessen regelmäßigen Ring oder Kragen bildet.b) The high temperature strength of the non-softening part of the lower edge of the body is raised so that the body is better in the Is able to contribute to a sufficient shape of the weld through the Holding together the excess of molten weld metal in such a way that this a suitably regular ring or collar around the welded stud end forms.

c) Der Körper ist besser in der Lage, in anderen als waagerechten Lagen, wie z. B. beim Vertikalschweißen oder dem Überkopfschweißen, das Wegfließen von geschmolzenem Schweißmetall unter Einwirkung der Schwerkraft zu vermeiden. 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 Bedeutung, damit keine anderen als die dazu bestimmten Teile -des Körpers erweichen.c) The body is better able to work in other than horizontal Layers, such as B. in vertical welding or overhead welding, the flow away of molten weld metal under the action of gravity. As a result of the improved composition according to the invention can be the coefficient of expansion of the ceramic material from which the body is made become sufficiently small, so that the stresses that occur are reduced. At the same time, one is possible low thermal conductivity is important, so no other than those intended Parts of the body soften.

Der Vorgang, durch den diese Erweichungen verursacht werden, wird nun bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung des Körpers geändert, wobei das Zr 02 und das Si 02 eine wichtige Rolle spielen und der zuvor unter b) erwähnte Effekt erzielt wird, was eine Folge der Änderung der Halbleitereigenschaften ist. Wenn ein zu großer Teil des Bolzenendes vor dem Erweichen des Körpers abschmelzen würde, kann diese Schmelzpunkterhöhung neutralisiert werden, indem der berechneten oxydischen Zusammensetzung Alkalioxyde oder Fluorverbindungen, z. B. Na 02 oder Ca F2, zugesetzt werden. Auch kann man die Ausmaße des Körpers derart ändern, daß der zu erweichende Teil kleiner wird, so daß der Lichtbogen während kürzerer Zeit brennen bleibt. Infolge der Erhöhung des Si 02 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 die berechnete oxydische Zusammensetzung in an sich bekannter Weise einen bestimmten Prozentsatz Alkalioxyde, z. B. Nag O, aufnehmen.The process by which this softening is caused is now changed in the composition of the body according to the invention, the Zr 02 and Si 02 play an important role and the effect mentioned under b) above is achieved, which is a consequence of the change in semiconductor properties. if too much of the end of the bolt would melt before the body softened, this increase in melting point can be neutralized by adding the calculated oxidic Composition alkali oxides or fluorine compounds, e.g. B. Na 02 or Ca F2 added will. One can also change the dimensions of the body in such a way that the one to be softened Part becomes smaller, so that the arc remains burning for a shorter time. As a result The increase in the Si 02 content makes it more difficult to re-ignite the arc, what about a more or less crackling sound and a tendency to spray can be seen when the bow is burning. To avoid this effect, you can use the calculated oxidic composition in a known manner a certain Percentage of alkali oxides, e.g. B. Nag O, record.

Zur Erzielung einer hinreichenden Kohärenz während des Sinterns kann man der berechneten oxydischen Zusammensetzung in an sich bekannter Weise einen bestimmten Prozentsatz Alkalioxyde, Fluorverbindungen oder auch Boroxyd, z. B. Na20, Ca F2, B2 02, zusetzen.To achieve sufficient coherence during sintering can one of the calculated oxidic composition in a manner known per se certain percentage of alkali oxides, fluorine compounds or boron oxide, e.g. B. Na20, Add Ca F2, B2 02.

Zum Ausgleich der geringeren Leitfähigkeit infolge des kleineren Titanoxydgehaltes kann man in an sich bekannter Weise neben dem Einbringen von Metallpulver auch Metallsilicide oder Titanide, Silikotitan oder Fluorverbindungen zusetzen, z. B. Fe2Si, Fe2Ti, SiTi oder CaF2.To compensate for the lower conductivity due to the lower titanium oxide content one can also use metal silicides in a manner known per se in addition to the introduction of metal powder or add titanides, silicotitanium or fluorine compounds, e.g. B. Fe2Si, Fe2Ti, SiTi or CaF2.

Eine gute Verstärkung des Körpers wird bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung dadurch erzielt, daß auf einen Teil Ti 02 in der berechneten oxydischen Zusammensetzung 0,25 bis 0;7 Teil SiO2 und 0,1 bis 0,5 Teil Zr02 zugesetzt wird. 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 werden bei einer Ausführungsform der Erfindung dadurch verbessert, daß der oxydischen Zusammensetzung auf einen Teil Ti 02 0,1 bis 0;25 Teil Al203 in irgendeiner geeigneten Form zugesetzt wird.Good reinforcement of the body is provided in a preferred embodiment achieved according to the invention in that on a part of Ti 02 in the calculated oxide composition 0.25 to 0; 7 parts of SiO2 and 0.1 to 0.5 part of Zr02 added will. The ceramic properties, such as B. the pressing work and the strength of the unsintered body, the hardness, the degree of glazing and the corrosion resistance of the sintered body are improved in one embodiment of the invention, that the oxidic composition to one part Ti 02 0.1 to 0; 25 parts Al203 is added in any suitable form.

Der Reduktionsgrad des Ti 02 wird bei einer Ausführungsfirm der Erfindung dadurch erhöht, daß in der berechneten oxydischen Zusammensetzung pro Teil Ti 02 höchstens 0,1 Teil einer Fluorverbindung, wie CaF2, und höchstens 0,3 Teil Metallsilicide, Metalltitanide oder Silikotitan zugesetzt wird.The degree of reduction of the Ti 02 is used in an embodiment of the invention increased by the fact that in the calculated oxidic composition per part Ti 02 not more than 0.1 part of a fluorine compound, such as CaF2, and not more than 0.3 part of metal silicides, Metal titanide or silica titanium is added.

Der Ausdruck »berechnete oxydische Zusammensetzung« bezieht sich auf eine unter anderem in der keramischen Industrie übliche Ausdrucksweise der Bruttozusammensetzung eines gesinterten Enderzeugnisses, unabhängig von den verwendeten Rohmaterialien, wobei die als Verbindungen von Oxyden vorkommenden Stoffe durch Angabe ihrer zusammensetzenden einfachen Oxyde erwähnt werden. So wird z. B. durch das Sintern von Kaolin (A12 03 - 2 S'02 4 H20) eine berechnete oxydische Zusammensetzung von 54,1°/a S'02 und 45,9°/o A1203 erzielt.The term "calculated oxidic composition" refers to an expression of the gross composition commonly used in the ceramics industry of a sintered end product, regardless of the raw materials used, the substances occurring as compounds of oxides by specifying their constituent elements simple oxides are mentioned. So z. B. by sintering kaolin (A12 03 - 2 S'02 4 H20) a calculated oxidic composition of 54.1 ° / a S'02 and 45.9 ° / o A1203 achieved.

Andere Stoffe als Oxyde werden getrennt erwähnt. Die Körper nach der Erfindung werden vorzugsweise dadurch hergestellt, daß ein ungesinterter Körper bei einer Temperatur von 1000 bis 1200° C in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert wird. Es ist sonst üblich, zwischen 900 und 1100° C zu sintern.Substances other than oxides are mentioned separately. The bodies after the Invention are preferably produced in that an unsintered body sintered at a temperature of 1000 to 1200 ° C in a reducing atmosphere will. It is usual to sinter between 900 and 1100 ° C.

Die reduzierende Atmosphäre wird beim Verfahren nach der Erfindung vorzugsweise durch ein Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff erzielt. Einige sehr geeignete Zusammensetzungen von Körpern nach der Erfindung sind z. B.: Gewichtsprozent Ti 02 ..................... 43,8 57,2 S'02 ..................... 25,8 18,3 Zr 02 ..................... 12,0 11,3 A1203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,5 3,4 Nag O .................... 2,4 1,1 Mn2Si.................... 6,8 7,0 - Fe2 Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,7 B203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,3 Ca F2 ..................... 1,4 100,0 ( 100,0 In the process according to the invention, 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 .: Weight percent Ti 02 ..................... 43.8 57.2 S'02 ..................... 25.8 18.3 Zr 02 ..................... 12.0 11.3 A1203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 3.4 Nag O .................... 2.4 1.1 Mn2Si .................... 6.8 7.0 - Fe2 Si. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 B203. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.3 Ca F2 ..................... 1.4 100.0 (100.0

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrically conductive, slag-forming body for use in stud welding, which contains a lot of reduced titanium oxide, characterized in that the body is in the calculated oxidic composition contains a lot of Zr 02 and S'02.

2. Body according to claim 1, characterized in that that in the calculated oxidic composition per part by weight of TiO2 0.1 to 0.5 part Zr 02 and 0.25 to 0.7 part Si 02 are present.

3. Body according to claim 1 or 2, characterized in that also 0.1 to 0.25 part A1203 on one Part by weight Ti 02 is present.

4. Body according to claim 1 or '2, characterized in that that it contains per part by weight of Ti 02 in the calculated oxidic composition: at most 0.15 part of R20, where R is an alkali metal, e.g. B. Na20; at most 0.1 part of a fluorine compound such as Ca F2 and a maximum of 0.05 part B203, e.g. Am Form of borax.

5. Body according to claim 1 or 2, characterized in that it per part by weight of Ti 02 not more than 0.3 part of metal silicides, metal titanides or silicotitanium contains.

6. A method for producing a body according to any one of the preceding Claims, characterized in that an unsintered body at a temperature from 1000 to 1200 ° C. in a manner known per se in a reducing atmosphere is sintered.

7. The method according to claim 6, characterized in that the reducing Atmosphere in a manner known per se by a mixture of nitrogen and hydrogen is achieved. Considered publications: German Patent Specifications No. 830 821, 830 822, 824 729; Magazine »Philips techn. Rundschau «, 1955, issue 7, Pp. 13 to 21.