DE1233076B

DE1233076B - Schweisspulver fuer das Schweissen mit verdecktem Lichtbogen

Info

Publication number: DE1233076B
Application number: DEY531A
Authority: DE
Inventors: Harujiro Sekiguchi; Isao Sugioka
Original assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1960-11-15
Filing date: 1961-11-15
Publication date: 1967-01-26
Also published as: US3153134A; GB1004148A; BE610157A; CH387190A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES 4

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B23k

Deutsche KL: 21h-30/H ■ ',

Nummer: 1233 076

Aktenzeichen: Y531VHId/21h

Anmeldetag: 15. November 1961

Auslegetag: 26. Januar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißpulver für das Schweißen von Eisenlegierungen mit verdecktem Lichtbogen an blanker Stahlelektrode, vor allem für das Verbindungs- und Auftragschweißen von Gußeisen mit einem riß- und blasenfreien Gußeisenschweißgut von niedriger Harte.

Das Schweißen mit verdecktem Lichtbogen ist allgemein bekannt. Dieses Verfahren kennzeichnet sich durch die Verwendung eines pulvrigen Materials mit hohem elektrischem Widerstand, das die Schweißstelle abdeckt. Durch das Schweißpulver können Legierungsbestandteile in das Schweißgut eingebracht werden, so daß als Elektrode ein blanker Draht aus einem unlegierten Stahl genügt. Das Verfahren ist bisher nur auf das Schweißen von Stahlwerkstoffen angewendet worden, und es ist kein Beispiel der Gußeisenschweißung bekannt.

Dagegen dient das erfindungsgemäße Deckmittel zum Verbindungs- und Auftragschweißen von Gußeisen. Das erfindungsgemäße Schweißpulver zeichnet sich dadurch aus, daß das Pulver aus einem agglomerierten Gemisch von Kohlenstoff und Siliciumkarbid mit einem Gewichtsanteil bis zu 70¹¹Vo — davon Kohlenstoff wenigstens 24,6 % und Siliciumkarbid wenigstens 22^fl/o — besteht und daß ein Flußmittel, wie Kalk oder Fluorit, und ein Bindemittel, wie Natriumoder Kaliumsilikat, die elektrisch leitenden Teilchen von Kohlenstoff und Silicium isolierend umhüllt.

Der Kohlenstoff ist elektrisch leitfähig, im Gegensatz zu den bekannten pulvrigen Materialien. Auch das Siliciumkarbid hat bei gewöhnlicher Temperatur einen niedrigen elektrischen Widerstand und im übrigen eine Leitfähigkeit, die bei höheren Temperaturen über etwa 1000° C mit zunehmender Temperatur abnimmt.

Ferner kann der Kohlenstoff im Gegensatz zu den bekannten pulvrigen Materialien auch bei höheren Temperaturen des Lichtbogens nicht schmelzen, sondern nur brennen.

Im nachstehenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen kurz erklärt.

Bild 1 zeigt Abmessungen der erfindungsgemäß in den Beispielen 1 bis 6 (Tabelle I) geschweißten Gußeisen- und Stahlbleche sowie Stellungen der angeschweißten einfachen Schweißraupe und

B i 1 d 2 Stellungen zur Messung der Vickers-Härte im Querschnitt durch die Schweißraupe gemäß Bild 1.

Das erfindungsgemäße Deckmittel besteht, wie in den Beispielen der Tabelle I dargestellt, hauptsächlich aus Kohlenstoff und Siliciumkarbid, wobei der Gehalt der beiden zusammen vorzugsweise mehr als

Schweißpulver für das Schweißen mit
verdecktem Lichtbogen

Anmelder:

Yawata Iron & Steel Co., Ltd., Tokio;

Harujiro Sekiguchi, Nagoya (Japan)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein,

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann

und Dipl.-Chem. Dr. R. Koenigsberger,

Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:
Harujiro Sekiguchi, Nagoya;
Isao Sugioka, Ohgaki (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 15. November 1960 (45 719)

etwa 4O°/o ausmachen soll. Daneben enthält das Deckmittel pulvrige und körnige Zuschläge. Außerdem können ihm zur Einstellung der Härte des aufgetragenen Metalls pulvrige und körnige Eisenlegierungen und/oder Metalle zugesetzt werden. Diese gemischten Pulver oder Teilchen werden mit einem Bindemittel gemischt oder umgeben, das eine solche Konzentration aufweist, daß die elektrisch leitenden Teilchen mit nicht leitenden Teilchen vermischt und dann getrocknet und in einem zu geeigneter Korngröße zusammengebundenen Zustand verwendet werden. Der Gesamtgehalt an den genannten Nebenbestandteilen soll zweckmäßig weniger als 60¹Vo betragen. Der Kohlenstoß im Deckmittel kann entweder amorph oder kristallin, wie z. B. Graphit, sein. In den Beispielen der Tabelle I wurde erdiger Graphit verwendet.

In der Tabelle I sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher dargestellt.
In diesen Beispielen der Tabelle I wurden zwei Arten Schweißdrähte, nämlich ein absichtlich weniger als 5% Silicium enthaltender Stahldraht und ein üblicher Stahldraht ohne wesentlichem Siliciumgehalt sowie als Deckmittel erfindungsgemäße Gemische in verschiedenen Mengenverhältnissen verwendet und an das zu schweißende Gußeisen- oder Stahlmaterial ohne Vorwärmen einfache Schweißraupen automatisch angeschweißt.

609 759/328

Tabelle I
Beispiele von Schweißungen mit einfachen Schweißraupen

	Insgesamt ....	nied Gußeisen I	rig Gußeisen 2	Gewünschte Härte der Schweißraupen mittel Grundmaterial Gußeisen \| Weichstahl Beispiel 3 I 4	üblich	hoch Gußeisen \| Weichstahl 5 I 6	üblich
Stahldraht (4 mm Durchmesser)	Schweißbedingungen Schweißgeschwindigkeit (cm/min)	Si-haltig	üblich	üblich	30 (26,8)	üblich	50 (36,7)
Mischverhältnisse des Deckmittels Kohlenstoff *)	Zustand der Schweißraupe**) Durchschnittshärte (Vickers)	50 (42,3)	50 (36,8)	30 (26,8)	30 (26,8)	30 (24,6)	30 (22,0)
Siliciumkarbid	Art und Gefüge von Gußeisen Drahtvorschubgeschwindigkeit (4 mm Durchmesser) in cm/min	30 (25,9)	30 (22,1)	30 (26,8)	20 (17,8)	30 (24,6)	15 (11,0)
Kalk	15 (13,0)	15 (11,0)	20 (17,8)	10 (8,9)	20 (16,4)	5 (3,7)
Fluorit	5 (4,3)	5 (3,7)	10 (8,9)	Ferromangan 10 (8,9)	10 (8,2)	Ferromangan 20 (14,7)
Eisenlegierung	—	Ferrosilicium 20 (14,7)	Ferromangan 10 (8,9)	12,1 (10,8)	Ferromangan 20 (16,4)	16,4 (12,0)
Natriumsilikat	15,8 (13,6)	15,8 (11,6)	12,1 (10,8)	112,1 (100)	12,1 (9,7)	136,4 (100)
115,8 (100)	135,8 (100)	112,1 (100)	21	112,1 (100)	25
21	21	21	522	21	640
290	322	523	weißes Roheisen (halbiert. Roheisen): Martensit, feiner eutektischer Graphit, etwas Ledeburit 55	593	weißes Roheisen: hypoeutektische Legierung, viel Martensit und Ledeburit 58
graues Roheisen: Flocken- und kronenartiger Gra phit auskristallisiert, feiner eutektischer Graphit, wenig Mar tensit 64	graues Roheisen: kronenartiger Gra phit auskristallisiert, feiner eutektischer Graphit und Martensit 60	graues Roheisen: etwas mehr Mar tensit, feiner eutek tischer Graphit 56	graues Roheisen: viel Martensit, feiner eutektischer Graphit 56

*) Zahlen ohne Klammer: Gewicht in der jeweiligen Einheit (z. B. Gramm oder Kilogramm); Zahlen in Klammern: Gewichtsprozent.

**) Angeschweißte Zustände. Das mikroskopische Gefüge der Schweißraupe ändert sich je nach den gewählten Schweißbedingungen oder durch geeignete Wärmebehandlung vor oder nach dem Schweißen, wobei insbesondere der Martensit abnimmt oder verschwindet und die Schweißraupen sich erweichen, so daß Schweißraupen von wesentlich niedrigerer Härte als im Beispiel 1 und 2 entstehen können.

Die Beispiele der Tabelle I sind in drei Gruppen, nämlich Schweißraupen von niedriger Härte (A), von mittlerer Härte (B) und von hoher Härte (C) geteilt. Wie aus diesen Beispielen hervorgeht, können Gußeisenschweißungen von gewünschter Härte durch geeignete Wahl der Art des Schweißdrahtes (Stahldrahtes), der Mischverhältnisse des Deckmittels und der Schweißbedingungen beliebig erhalten werden. So werden z. B. durch Schweißen unter Verwendung eines absichtlich Silicium enthaltenden Stahldrahtes sowie eines Deckmittels mit einem so hohen Gehalt, wie von insgesamt etwa 70·%, an Kohlenstoff und Siliciumkarbid, wie im Beispiel 1, oder eines üblichen Schweißstahldrahtes sowie eines etwa 60% Kohlenstoff und Siliciumkarbid und zusätzlich noch Ferrosilicium in geeigneten Mengen enthaltenden Deckmittels, wie im Beispiel 2, Schweißungen von niedriger Härte und mit einem Gefüge grauen Roheisens, bei dem Flockengraphit oder blumenkronenartiger Graphit weitgehend auskristallisiert ist, als Schweißraupen auf dem Gußeisengrundmaterial erhalten. Beim Schweißen unter Verwendung eines üblichen Schweißstahldrahtes mit einem Ferromangan in geeigneten Mengen enthaltenden Deckmittel, wie im Beispiel 3, bilden sich Schweißungen von mittlerer Härte und mit einem Gefüge grauen Roheisens, bei dem feiner eutektischer Graphit auf dem Gußeisengrundmaterial auskristallisiert ist.

Durch Verwendung eines Stahldrahtes und eines Lichtbogendeckmittels derselben Art erhielt man ein Schweißgut mit fast der gleichen Härte auf einem Flußstahlgrundmaterial, wie in den Beispielen 3 und 4 in Tabelle I gezeigt ist. Das heißt, beim Auftragen von Gußeisen auf ein Gußeisengrundmaterial, wie im Beispiel 3, zeigte das Schweißmetall eine Vickers-Härte von 523, während beim Auftragen von Gußeisen auf ein Flußstahlgrundmaterial, wie im Beispiel 4 gezeigt, der Härtewert 522 betrug. Der Grund für dieses Phänomen scheint darin zu suchen zu sein, daß im Beispiel 3 die Martensitstruktur sich etwas weiterentwickelt hatte als bei der Probe nach Beispiel 4; in der letzteren zeigte sich jedoch ein geringer Anteil an Ledeburit. Da sowohl Martensit wie Ledeburit Bestandteile einer harten Struktur sind, so zeigten die Beispiele 3 und 4 fast den gleichen Härtewert.

ίο Zur Erzielung von Gußeisenschweißungen noch höherer Werte wird, wie im Beispiel 5, ein üblicher Schweißstahldraht mit einem verhältnismäßig viel. Ferromangan enthaltenden Deckmittel verwendet, wodurch auf dem Gußeisengrundmaterial Schweißungen von sehr hoher Härte erhalten werden können. Bei der Verwendung eines in großen Mengen Kohlenstoff und verhältnismäßig viel Ferromangan enthaltenden Deckmittels, wie im Beispiel 6, kann auch auf ein Grundmaterial aus weichem Stahl ein Schweißmaterial von sehr hoher Härte mit einem Gefüge weißen Roheisens aufgetragen werden.

In den Beispielen 1 bis 6 der Tabelle I wurde von den Schweißbedingungen nur die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit geändert, während die anderen wichtigen Bedingungen, wie Schweißstrom und Bogenspannung mit einem normalen Wert von 410 A bzw. 32 V, aufrechterhalten wurden. Die durchschnittliche Härte des Schweißmetalls der Tabelle I wurde an den in B i 1 d 2 dargestellten Stellen auf der Schnittfläche gemäß Bild 1 ermittelt. In Bild 1 zeigt 1 eine einfache Schweißraupe und 2 die Stellung des Schnitts zur Ermittlung der Härte. In B i 1 d 2 zeigt 3 die Stelle, an der die Härte ermittelt wurde.

Chemische Zusammensetzungen des in den Beispielen der Tabelle I zum Schweißen verwendeten siliciumhaltigen Stahldrahtes und üblichen Schweißstahldrahtes gehen aus der Tabelle II hervor.

Tabelle Π
Chemische Zusammensetzungen der verwendeten Stahldrähte

	C	Si	Mn	P	S	Cu
Si-haltiger Stahldraht	0,06% 0,13%	2,76% 0,015%	0,48%, 0,32%	0,009% 0,011%	0,005% 0,015%	— *)
Üblicher Schweißdraht	0,10%

*) Analyse nicht vorgenommen.

Chemische Zusammensetzungen des in den Beispielen der Tabelle I geschweißten Gußeisen- und Stahlmaterials gehen aus der folgenden Tabelle III hervor.

Tabelle m
Chemische Zusammensetzungen der verwendeten Grundmaterialien

	C	Si	Mn	P	S	Cu
Gußeisen	3,30% 0,14%	1,85% 0,05%	0,69% 0,94%	*\ 0,008%	*-)** 0,01%	*-)** 0,14%
Weicher Stahl

Wie aus der Tabelle I zu ersehen ist, sind die 65 von 32 V in den verschiedenen Beispielen ungefähr

Werte des minutlichen Verbrauches an Stahldraht dreimal und darüber hinaus größer als der Stahl-

beim erfindungsgemäßen Schweißen mit einem drahtverbrauch beim Schweißen unter Verwendung

Schweißstrom von 410 A und einer Bogenspannung von bedeckten Bogenschweißdrähten mit einem

Claims

Kerndraht gleichen Durchmessers und unter geeigneten Schweißbedingungen, woraus zu schließen ist, daß die Schweißarbeit nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung mit sehr hoher Leistung durchgeführt werden kann.

Ferner geht aus den Beispielen der Tabelle I hervor, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung große technische Effekte mit sich bringt, indem durch Verwendung eines üblichen Schweißstahldrahtes oder siliciumhaltigen Stahldrahtes ohne besondere Schweißdrähte aus Gußeisen leicht Gußeisenschweißungen von in weitem Umfang beliebig gewählter Härte erhalten werden können.

Das erfindungsgemäße Schweißen wird in einer sowohl automatischen als auch semiautomatischen Maschine durchgeführt, kann aber auch nach der Handarbeit vorgenommen werden, wofür jedoch hohe Geschicklichkeiten erforderlich sind.

Patentansprach:

Schweißpulver für das Schweißen von Eisenlegierungen mit verdecktem Lichtbogen an blanker Stahlelektrode, dadurch gekennzeich-

net, daß das Pulver zwecks Erzeugung von Gußeisenschweißgut aus einem agglomerierten Gemisch von Kohlenstoff und Siliciumkarbid mit einem Gewichtsanteil bis zu 7O°/o — davon Kohlenstoff wenigstens 24,6% und Siliciumkarbid wenigstens 22% — besteht und daß ein Flußmittel, wie Kalk oder Fluorit, und ein Bindemittel, wie Natrium- oder Kaliumsilikat, die elektrisch leitenden Teilchen von Kohlenstoff und Silicium isolierend umhüllt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1759 882;
Patentschrift Nr. 760 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

USA.-Patentschrift Nr. 2 043 960;
K. L. Zeyen und W. Lohmann, Schweißen der Eisenwerkstoffe, 2. Auflage, Düsseldorf, 1948, S. 46; E. O. Paton, Automatische Lichtbogenschweißung, HaUe (Saale), 1958, S. 118 und 303;

E. Su da sch, Schweißtechnik, 2. Auflage, München, 1959, S. 342 und 343.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen