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Gepulvertes, siliciumdioxydfreies magnetisches Flußmittel für Lichtbogenschweißungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein gepulvertes, siliciumdioxydfreies magnetisches
Flußmittel zum elektrischen Lichtbogenschweißen.
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Pulverisierte Flußmittelgemische werden seit langem bei elektrischen
Schweißverfahren verwendet, bei welchen der Lichtbogen durch eine dicke Schicht
eines solchen Gemisches geschützt wird, die auf das Werkstück längs der zu schweißenden
Bahn aufgebracht wird. Um den Bedarf an Flußmittel herabzusetzen und um eine visuelle
Prüfung der Schweißzone zu ermöglichen, ist bereits früher ein magnetisches Flußmittel
vorgeschlagen worden, das mit Hilfe eines üblichen Schutzgases der Düse eines gasgeschützten
Lichtbogenschweißbrenners zugeführt wird, wo es elektromagnetisch von der Oberfläche
der stromführenden Elektrode angezogen wird. Der sich ergebende Flußmittelüberzug
auf der Elektrode gewährleistet, wenn er durch das Vorhandensein eines Schutzgasstromes
ergänzt wird, einen ausreichenden Schutz für die Scbweißzone und ermöglicht es im
Prinzip, die Vorteile des flußmittelgeschützten und des gasgeschützten Lichtbogenschweißens
gemeinsam zu verwirklichen.
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Nach der vorliegenden Erfindung besteht nun ein gepulvertes, siliciumdioxydfreies
magnetisches Flußmittel für Lichtbogenschweißungen aus 12 bis 40% Rutil, 1 bis 10%
Silicium, 2 bis 10% Mangan, 1 bis 1.0% mineralischem Fluorid, 15 bis 40% Eisen und/
oder Magnetit und einem Bindemittel. Das Flußmittel kann daneben noch bis zu 25%
Mangandioxyd, bis zu 10% Magnesiumoxyd und bis zu 30% Aluminiumoxyd enthalten. Das
Mangan kann entweder in elementarer Form oder als Ferrolegierung oder Siliciummangan
verwendet werden.
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In seiner bevorzugten Zusammensetzung besteht das erfindungsgemäße
Flußmittel aus 17 bis 3311/9 Rutil, 2 bis 6% mineralischem Fluorid, 2 bis 9% Silicium
und 4 bis 7 % Mangan sowie 20 bis 28 % Eisen -und/oder Magnetit, bis 13% Mangandioxyd,
bis 5% Magnesiumoxyd und bis 25'% Aluminiumoxyd und einem Bindemittel.
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Wird Silicium in Form von Ferrosilicium verwendet, so kann dieses
durch Aluminium, Ferroaluminium, Ferrotitan oder Ferrozirkon ersetzt sein.
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Das Flußmittel nach der Erfindung besitzt bessere Eigenschaften hinsichtlich
der Entfernung von Schlacken als die früher verwendeten magnetischen Flußmittel,
und es hinterläßt kein Siliciumdioxyd im Schweißmetall. Ebenso werden keine Gase
entwickelt, die Einschlüsse bilden und so zu einer Verschlechterung der physikalischen
Eigenschaften des Schweißmetalls führen können. Einige Flußmittel für elektrisches
Lichtbogenschweißen enthalten bis zu 20% Kalziumcarbonat, damit genügend Kohlendioxyd
durch Zersetzung erzeugt werden kann, um das Schweißmetall zu schützen. Da das Flußmittel
nach der Erfindung kein Kalziumcarbonat enthält, kann die Konzentration der verschiedenen
wirksamen Verbindungen höher sein und die Wirtschaftlichkeit daher verbessert werden.
Das Flußmittel nach der Erfindung hat einen erheblichen Schutzeffekt, so daß das
Schweißen in Zugluft ausgeführt werden kann und die Strahlung vom Lichtbogen, welche
auf den Schweißer einwirken kann, herabgemindert wird. ` Es vermindert Spritzer
und erlaubt die Verwendung höherer Ströme, als dies früher möglich war, und außerdem
das Schweißen sowohl vertikal als auch in überkopfstellung.
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Rutil ist ein Grundbestandteil des Flußmittels; im wesentlichen stabilisiert
es den Lichtbogen, aber wirkt zugleich auch` 'vermindernd auf Schlackenbildung.
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Ferrosilicium dient als Desoxydationsmittel, das durch Ferroaluminium
oder Aluminiumpulver ersetzt werden kann: Ferrolitan und Ferrozirkon wurden ebenfalls
als Desoxydationsmittel in diesem Flußmittel verendet und--haben sich als befriedigend
erwiesen. Falls die Elektrode bereits genügend
Desoxydationsmittel
enthält, erübrigt sich ein Desoxydationsmittel .im Flußmittel. Ferromangan hat verschiedene
Funktionen. Es besitzt eine desoxydierende Wirkung, jedoch bleibt beim Fehlen von
Ferrosilicium oder einem äquivalenten Desoxydationsmittel das Schweißmetall sehr
porös. Daher muß das Flußmittel eine Legierung von Silicium oder einem der vorerwähnten
Austauschstoffe sowie eine solche von Mangan enthalten. Silicium und Mangan können
in Form von Ferrosilicium, Ferromangan oder Mangansilicium oder Gemischen dieser
Legierungen vorhanden sein. Ferner entschwefelt Ferromangan das Schweißmetall und
ergibt im allgemeinen ein gutes Aussehen der Schweißnaht. Manganerz verbessert das
Verhalten der Schlacke erheblich. Da es dem Schweißmetall Mangan zusetzt, hat es
ebenfalls Funktionen, die denjenigen des Ferromangans ähnlich sind, so daß bei einem
hohen Manganerzgehalt die Menge des Ferromangans im Flußmittel herabgesetzt werden
kann. Manganerz ist ein Oxydationsmittel, und wenn eine merkbare Menge von diesem
vorhanden ist, muß eine entsprechende Erhöhung des Gehaltes an reduzierenden Substanzen
im Flußmittel erfolgen. Manganerz zusammen mit den Oxyden von Aluminium und Magnesium
dient als Schlackenmodifiziermittel. Widerstand gegen Zugluft und Widerstand gegen
Luftverschmutzung werden durch den mineralischen Fluoridbestandteil bewirkt.
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Da das Flußmittel magnetisch an der Elektrode anhaften soll, ist in
ihm ein ferromagnetischer Bestandteil enthalten, für gewöhnlich entweder metallisches
Eisen oder ein Ferrit, wie Magneteisenerz oder beides. Eisen und Magneteisenerz
ergänzen einander, so daß, wenn das Flußmittel einen hohen Gehalt an einem der beiden
Stoffe hat, nur wenig oder nichts von dem anderen vorhanden zu sein braucht. Wenn
jedoch eine erhebliche Menge Magneteisenerz vorhanden ist, muß- der Gehalt an reduzierenden
Substanzen im Flußmittel erhöht werden, um der Oxydationswirkung entgegenzuwirken.
Es hat sich
ferner auf Grund von Erfahrungen herausgestellt, daß, wenn der Magneteisenerzgehalt
hoch ist, der Fluoridgehalt zweckmäßigerweise entsprechend verringert wird.
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Das verwendete Bindemittel ist für gewöhnlich Natriumsilikat; Natriumaluminat
oder Kaliumaluminat oder Gemische dieser Verbindungen, wobei die Kaliumverbindung
verwendet wird, wenn die Schweißung mit Wechselstrom ausgeführt werden soll. Sie
wird in üblicher Weise in einer wäßrigen Lösung verwendet, um die vermischten Bestandteile
vor der endgültigen Zerkleinerung zu binden.
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Legierungszusätze zum Schweißmetall können bewirkt werden, indem die
zu legierenden Metalle dem Flußmittel zugesetzt werden, da sie normalerweise die
Wirkung des Flußmittels nicht beeinträchtigen.
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Die mechanischen Eigenschaften der fertigen Schweißung hängen nicht
nur von der Zusammensetzung der verwendeten Elektrode ab, sondern außerdem zum großen
Teil von der Zusammensetzung des Flußmittels. Wenn beispielsweise der Mangangehalt
des Flußmittels hoch ist, wird die Zugfestigkeit des Schweißmetalls erhöht. Es ist
daher möglich, Schweißungen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften bei
Verwendung der gleichen Elektrode zu erzielen, indem die Zusammensetzung des Flußmittels
in dem gegebenen Bereich geändert wird.
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Die Vorteile und neuen Merkmale des Flußmittels nach der Erfindung
sind in den folgenden Beispielen veranschaulicht. Das Flußmittel wurde in Kohlendioxyd
durch das Gaseinlaßrohr zur Düse geführt, wo es im Innern zur Elektrode hin abgelenkt
wurde, an welcher es magnetisch anhaftete. Der Flußmittelüberzug wurde zusammenhängend
und gleichmäßig gebildet. Die Elektrode und der Flußmittelüberzug wurden vom Lichtbogen
geschmolzen, wobei das Flußmittel eine leicht entfernbare Schlacke auf der Oberfläche
des Schweißmetalls bildete. Die nachstehende Tabelle zeigt die Zusammensetzungen
der verschiedenen geprüften Flußmittel:
| (Teil 2) |
| Flußmittel Beispiel |
| 7 I 8 I 9 10 I 11 I 12 |
| MnO., 0/0 ...................................... 3,4 3,6 -
- 4,1 3,6 |
| m90, 0/0 ....................................... 7,1
7,2 - 8,5 4,1 7,2 |
| Rutil, % ....................................... 29,0 29,0
35,3 29,2 16,6 29,3 |
| A120.i |
| (1) hochtonerdehaltige Schlacke, 0/0 . ... .... .... 14,4 17,3
14,6 8,2 14,3 |
| (2) gebrannter Bauxit, 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 15,4 |
| Fluorid- |
| Kryolith,% .................................. 3,5 3,6 4,0 3,1
3,6 |
| CaF2,% ..................................... 5,5 |
| Magneteisenerz, % . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . .
. .. .. . . . 7,1 7,2 - 12,2 - 7,2 |
| Eisen, 1/o ....................................... 16,6 14,0
20,2 9,1 47,5 16,7 |
| Ferrosilicium (50% Fe -50% Si), 0/0 . . . . . ... . . . . .
8,3 8,4 3,6 11,6 8,8 8,4 |
| Mangansilicium (30% Si-63% Mn-7% Fe), 0/0 - - - - - - |
| Ferromangan (15% Fe- 85% Mn), 0/0 . . . . . . . . . . . 8,3
8,4 5,0 7,9 6,8 8,4 |
| Mn0,% ....................................... - - 12,9 - -
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In allen Fällen wurde eine Stahlelektrode mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet.
Der Durchmesser der Elektrode betrug 2,4 mm. Die Elektrode wurde mit Gleichstrom
von 400 Ampere betrieben, und alle Versuche wurden unter einem Luftstrom von 4,8
km/h durchgeführt, was keinen Einfluß auf die gebildete Schweißung hatte.
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Beim Flußmittel gemäß Beispiel 9 wurde an Stelle von Manganerz Manganmonoxyd
verwendet. Diese Verbindung hat keine merkbare Oxydationswirkung, ergibt aber andererseits
die gleichen Eigenschaften des Schweißmetalls wie Mangandioxyd.
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Das zu bevorzugende Gemisch ist das Flußmittel nach dem obigen Beispiel
12. Dieses Flußmittel wurde ebenfalls mit Wechselstrom ausprobiert, wobei 3'% Kaliumaluminat
an Stelle von Natriumaluminat als Bindemittel verwendet wurden, und stellte sich
als völlig befriedigend heraus. Die fertigen Schweißungen hatten gute mechanische
Eigenschaften sowie ein sehr gutes Aussehen der Schweißraupe bei allen Schweißarten.