DE1239179B - Umhuellte Schweisselektrode auf Kupfer-Nickel-Basis zum Lichtbogenschweissen von Kupfer und seinen Legierungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B 23 k

Deutsche Kl.: 49 h-36/01

Nummer: 1239179

Aktenzeichen: J 21154 VI a/49 h

Anmeldetag: 11. Januar 1962

Auslegetag: 20. April 1967

Die Erfindung betrifft eine umhüllte Schweißelektrode aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit einem Überzug aus Spezialflußmittel, wobei die Elektrode eine Kupfer-Nickel-Legierung mit 70% Kupfer und 30 % Nickel als Schweißmetall abscheidet.

Es ist bekannt, daß ein Großteil des Schweißens mit Kupfer-Nickel-Legierungen heute für Anwendungen ausgeführt wird, wo die Schweißqualität von außerordentlicher Wichtigkeit ist und/oder wo es wie beim senkrechten Schweißen, beim Schweißen von unten usw. nicht ausführbar ist, in der Werkstatt unter Verwendung automatischer und/oder halbautomatischer gesteuerter Schweißmaschinen zu schweißen, und wo es daher notwendig ist, unter Anwendung von für die Baustelle geeigneten Schweißverfahren zu arbeiten. Beispielsweise werden Kupfer-Nickel-Legierungen in großem Ausmaß wegen ihrer guten Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion durch Salzwasser im Schiffswesen benutzt. An Bord eines Schiffes können natürlich die meisten Schweißstellen nicht für den Schweißer zurechtgelegt werden. Es ist daher nicht ungewöhnlich, daß der Schweißer einen Spiegel benutzt, um die zu schweißende Stelle zu sehen. Oft ist diese Stelle nur einige Zentimeter von einem Schott oder von einem anderen unbewegliehen Hindernis entfernt. Offensichtlich ist unter solchen schweren Bedingungen eines der Probleme, denen die Technik gegenübersteht, das, eine Kupfer-Nickel-Schweißelektrode, die im Betrieb besonders bequem ist, zu entwickeln. Der Lösung dieses Problems stand bisher das Problem gegenüber, eine Schweißelektrode aus einer Kupfer-Nickel-Legierung zu erzeugen, die Schweißungen hoher Qualität ergibt. So stand die Technik bisher der Schwierigkeit gegenüber, eine Schweißelektrode aus einer Kupfer-Nickel-Legierumg zu verwenden, die entweder bequem zu handhaben war oder eine gute Schweißqualität ergab, jedoch nicht beides zugleich.

Die Geschichte der Kupfer-Nickel-Schweißtechnik bildet dafür ein Beispiel. So ist beispielsweise die bisher vorgezogene Schweißelektrode zum Schweißen von 70-Kupfer-30-Nickel-Legierungen nicht diejenige, die die besten Eigenschaften des Schweißmetalls oder die zuverlässigste Naht bietet, sondern diejenige, die auf der Baustelle am bequemsten zu verwenden ist. Die durch diese bisherige Elektrode erzeugte Schlacke neigt dazu, den Lichtbogen kurzzuschließen, wenn sie während des Schweißens unterhalb der Elektrodenspitze oder um die Schweißstelle herum zur vorderen Seite des schmelzflüssigen Schweißmaterials läuft. Dies bringt einige Schwierigkeiten bezüglich der freien Handhabung der Elek-Umhüllte Schweißelektrode auf
Kupfer-Nickel-Basis zum Lichtbogenschweißen
von Kupfer und seinen Legierungen

Anmelder:

The International Nickel Company,
Inc., New York, N. Y. (V. St. A.)

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:
Charles Eichhorn Witherell,
Bound Brook, N. J (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 25. Juli 1961 (126 504) ■

trode mit sich, besonders in einer engen V-Naht. Beim Schweißen am senkrecht stehenden Werkstück verschlimmert sich die durch die Schlacke bedingte Schwierigkeit und bewirkt ein regelmäßiges Kurzschließen des Lichtbogens. Beim Schweißen von unten (Schweißen über Kopf) neigt der Elektrodenmantel aus Flußmittel, der sich beim Schweißen am liegenden Werkstück am Lichtbogenende etwas über den Drahtkern hinaus erstreckt, dazu, wegzuschmelzen und an der Elektrodenspitze den nackten Drahtkern zu hinterlassen. So hat der Lichtbogen beim Schweißen über Kopf nicht den Schutz, den er beim Schweißen am liegenden Werkstück erhält, was zur Folge hat, daß Schweißnähte, die über Kopf hergestellt werden, noch poröser sind als Schweißnähte, die am liegenden Werkstück gemacht werden. Außerdem ist beim Schweißen über Kopf mit diesen bisherigen Elektroden das in Betriebsetzen des Lichtbogens oft schwierig. Überdies sind die mit diesen Elektroden erzeugten Schweißnähte recht porös und entsprechen

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nicht den kürzlich verschärften Standard-Bedingun- Das erfindungsgemäße Flußmittel des Mantels ent-

gen der Schweißqualität für gewisse kritische An- hält die folgenden Bestandteile in den angegebenen

Wendungsbereiche. Mengen (in Gewichtsteilen des trockenen Flußmittels):

Trotz der obengenannten Nachteile der angeführten bisherigen Elektrode wurde sie trotzdem anderen 5 Tabelle I

bisherigen Elektroden gegenüber vorgezogen, da Bestandteile

diese anderen Elektroden in jeder anderen Stellung

(bedingt durch Schlackeneinschluß) ausschleifen Mangancarbonat + Erdalkalicarbonat
und dann nochmals zu schweißen. Schleifen und 15 Titandioxvd
nochmals Schweißen sind notwendigerweise teure Krvolith

Bereich 5 bis 70

bis 40

5 bis 40

als beim Schweißen am liegenden Werkstück fast un- Maneancarbonat

möglich zu handhaben waren. Die letzteren Elek- Erdalkalicarbonat

troden waren, obwohl sie beim Schweißen am liegen- 10 g CaCO BaCO

den Werkstück oft dichtere Nähte als die anderen c\.nr\ *.«λ λ'/γ,ό,λ, J¹LIn ^ '„'„'

τ,, ,. j , j ι. r. j -ij oitAX und Mischungen davon,

Elektroden ergaben, doch besonders ungeeignet, da ^s ° _v0Izuoswe}_se

es häufig notwendig war, schadhafte Schweißnähte nnrhV.p.s<!P.r 10 bis 40

15 bis 70 10 bis 35

Arbeitsgänge und sind daher unerwünscht. "¹^"¹"

Obwohl zur Überwindung der vorgenannten Aus Tabelle I ist zu ersehen, daß bis zu etwa 40

Schwierigkeiten und anderen Nachteile viele Ver- Teilen Erdalkalicarbonat an Stelle eines Teils des

suche unternommen wurden, war doch keiner ganz- 20 Mangancarbonats im Flußmittel im Verhältnis Teil

lieh erfolgreich, wenn er kommerziell in industriellem zu Teil verwendet werden können. Das Flußmittel

Ausmaß in die Praxis übertragen wurde. muß also immer wenigstens 5 Teile Mangancarbonat

Es wurde nun festgestellt, daß dichte, nicht poröse, und nicht mehr als insgesamt 70 Teile Erdalkalirißfreie Kupfer-Nickel-Schweißnähte und Überzüge carbonat + Mangancarbonat enthalten. Wenn beiin allen Stellungen einschließlich des Schweißens 25 spielsweise das Flußmittel etwa 10 bis 40 Teile Erdüber Kopf und am senkrechten Werkstück auf kup- alkalicarbonat enthält, muß es auch 5 bis etwa ferhaltigen Legierungen hergestellt werden können, 30 Teile Mangancarbonat außer 10 bis 35 Teilen indem eine besonders umhüllte Schweißelektrode aus Titandioxyd und 5 bis 40 Teilen Kryolith enthalten, einer Kupfer-Nickel-Legierung verwendet wird. Wenn kein Erdalkalicarbonat im Flußmittel vorliegt,

Allgemein gesagt, bezieht sich die Erfindung auf 30 müssen 15 bis 70 Teile Mangancarbonat vorliegen, eine ummantelte Schweißelektrode zum Lichtbogen- Aus mindestens drei Gründen ist es notwendig, schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen, die in daß alle der vorstehend genannten Bestandteile der jeder Stellung verschweißbar ist und aus einem trockenen Flußmittelzusammensetzung in den ange-Kupfer-Nickel-Drahtkern und einem Flußmittelman- gebenen Mengen vorliegen. Erstens werden bei der tel besteht, wobei der Drahtkern aus 25 bis 35% 35 Zersetzung des Flußmittels die notwendigen gas-Nickel, bis 1% Eisen, bis 1% Silicium, bis 3% Man- förmigen Produkte gebildet, die den Lichtbogen und gan, bis 1,0 % Titan, Rest Kupfer und unvermeidliche das überhitzte schmelzflüssige Metall vor den schäd-Verunreinigungen, besteht und der Flußmittelmantel liehen Einflüssen der Atmosphäre schützen. Zum in Gewichtsteilen aus bis 40 Teilen eines oder mehre- zweiten bildet das Flußmittel eine Schlackenhülle, die rer Erdalkalicarbonate, 5 bis 70 Teile Mangancar- 40 hilft, das schmelzflüssige Schweißmetall beim Schweibonat, wobei die Summe des Mangancarbonats und ßen am senkrechten Werkstück und beim Schweißen des Erdalkalicarbonats 15 bis 70 Teile beträgt, 10 bis über Kopf am Ablaufen zu hindern, und die das 35 Teile Titandioxyd und 5 bis 40 Teile Kryolith heiße Metall der Schweißnaht beim Abkühlen vor besteht. Der Flußmittelmantel der Schweißelektrode der Atmosphäre schützt. Drittens bildet der Mantel aus der Kupfer-Nickel-Legierung besteht aus einem 45 ein Mittel, durch das desoxydierende und/oder legie-Spezialflußmittel, das bestimmte Mengen Mangan- rungsbildende Zusätze in die Schweißschmelze eingecarbonat und Titandioxyd enthält, wobei jeder Be- führt werden. Kryolith sollte beispielsweise in Kombistandteil des Flußmittels in einem festen Verhältnis nation mit dem Rest des Flußmittels in den in Tazu den anderen Bestandteilen desselben vorliegt, so belle I angegebenen Mengen vorliegen, da festgestellt daß man zusammen mit dem Drahtkern aus Kupfer- 50 wurde, daß es einen wirksamen. Flußmittelbestandteil Nickel-Legierung eine Mantelelektrode zum Licht- und ein Hilfsmittel zum Auflösen von Oxyden und bogenschweißen erhält, die Schweißnähte oder Über- zur Aufrechterhaltung eines niedrigen Spiegels nichtzüge mit etwa 25 bis etwa 35% Nickel, bis zu etwa metallischer Einschlüsse im Metall der Schweißnaht 1% Eisen, bis zu etwa 0,15% Kohlenstoff, bis zu bildet. Kryolith hilft, Oxyde zu eliminieren, fördert etwa 0,75% Silicium, bis zu etwa 3% Mangan und 55 die Dichte der Schweißnaht und hilft sehr stark, der bis zu etwa 0,5 °/o Titan ergibt, wobei der Rest über- Schlacke die geeignete Viskosität und Oberflächenwiegend aus Kupfer besieht. Die Abweichungen der spannung zu verleihen, um das schmelzflüssige Schweißgutzusammensetzungen gegenüber der Kern- Schweißmetall beim Schweißen am senkrechten drahtzusammensetzung sind durch einen vor allem Werkstück und über Kopf zu kontrollieren. Wenn vom GrundwerkstoS abhängigen Verdünnungsfaktor 60 andererseits mehr als 40 Gewichtsteile Kryolith im bedingt. Außerdem sind die unter Verwendung der Flußmittel vorliegen, wird die Handhabungsmöglicherfindungsgemäßen Elektrode hergestellten Schweiß- keit der Elektrode schädlich beeinflußt, da dies ein nähte und Überzüge frei von Rissen und porösen Zurückschmelzen des an der Spitze der Elektrode Stellen, gleichgültig, in welcher Stellung die Elektro- konisch ausgebildeten schützenden Flußmittelmantels den verschweißt werden, sogar wenn es sich um ver- 65 bewirkt, was natürlich den Drahtkern dem schädhältnismäßig große Querschnitte handelt und die liehen Einfluß der umgebenden Atmosphäre aussetzt. Arbeitsbedingungen unter starken Behinderungen Diese Bedingung hat mindestens eine zweifache Wirleiden, kung. Erstens neigt der schmelzende Mantel dazu,

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sich in kleinen Kügelchen entlang den Seiten der den Hauptteil der Schweißablagerung ausmacht, den Elektrode in der Nähe des Lichtbogens anzusammeln, gewünschten hohen Stand der Schweißqualität. Je- und behindert sowohl die Sicht des Schweißers als doch sind die Merkmale des durch die Mantelelekauch die Handhabung in einer engen Auskehlung, trode der Erfindung erzeugten Flußmittel-Schlacken-Kehl- oder V-Naht. Zweitens setzt der Verlust des 5 Systems nicht das Ergebnis einer oder zweier Beschützenden Flußmittels an der Spitze der Elektrode standteile allein, sondern sie sind vielmehr das Proden Drahtkern der Atmosphäre aus und begünstigt dukt einer ausgewogenen Kombination der Bestandfehlerhafte Schweißnähte und bewirkt, daß die Elek- teile, wie sie in Tabelle I aufgeführt sind. Dazu trode zum Anbacken am Werkstück neigt, wenn die kommt, daß die vorgenannten Bestandteile in Kombi-Lichtbogenlänge übermäßig verkürzt wird. Wenn io nation eine dauerhafte Ummantelung ergeben, die der Kryolith andererseits unterhalb der angegebenen Handhabung und dem Transport ohne Brechen Menge vorliegt, dann fehlen der gebildeten Schlacke widersteht. Die erfindungsgemäße Ummantelung erdie zum Schweißen über Kopf und/oder am senkrech- gibt auch eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit, ten Werkstück notwendigen Viskositätseigenschaften. um den Kern vor Kurzschlüssen durch Kontakt der

Titandioxyd sollte in Kombination mit dem Rest 15 Außenseite des ummantelten Stabes mit einem geer-

des Flußmittels in Mengen von 10 bis 35 Teilen vor- deten Werkstück zu isolieren,

liegen, da es hilft, einen stabilen Lichtbogen und Wahlweise können noch 0,5 bis 6 Teile Silicium,

einen Sprühstrahltransport des Schweißmetalls am vorteilhafterweise als Nickel-Silicium-Legierung, die

Lichtbogen zu erzeugen. Es hilft auch, eine Schlacke etwa 20 bis etwa 40 Gewichtsprozent Silicium, bei-

zu erzielen, die leicht entfernt werden kann. Zu wenig 20 spielsweise 30%, und als Rest vor allem Nickel ent-

Titandioxyd ergibt eine pulverige Schlacke, die hält, und/oder 0,5 bis 4 Teile Titan, vorteilhafter-

schwierig zu entfernen ist. Zuviel ergibt ein nachtei- weise als Nickel-Titan-Legierung, die etwa 10 bis

liges, zu starkes Verspritzen und kann Rißbildung der etwa 40 Gewichtsprozent Titan, beispielsweise 25%>,

Schweißnaht bewirken. und als Rest vor allem Nickel enthält, dem trockenen

Die gesamten Carbonate im Flußmittel, d. h. 25 Flußmittel zugesetzt werden. In jedem Fall können Mangancarbonat und Erdalkalicarbonat, müssen im an Stelle von Nickel für die Silicium- und Titanium-Bereich von 15 bis 70 Gewichtsteilen vorliegen, um zusätze Ferrolegierungen verwendet werden. Diese optimale Betriebsfähigkeit und ein günstiges Verhal- Nickel- und Ferrolegierungen dienen, wenn sie im ten der Schlacke der Elektrode sicherzustellen. Mehr Flußmittel vorliegen, vor allem als Desoxydationsais 70% Carbonat bewirkt ein Pulverig- und Brocke- 3° mittel. Das Silicium trägt zusätzlich zu seiner Desoxyligwerden der Schlacke, was sie schwierig entfernbar dationswirkung zur Erhöhung der Festigkeit der macht, vor allem wenn die Umrisse des Schweiß- Schweißablagerung bei und ergibt Schweißnähte mit wulstes unregelmäßig sind. Wenn weniger als 15% Zugfestigkeiten, die über 35,20 kg/mm² liegen, was der Gesamtmenge an Carbonaten vorliegen, ein- laut Vorschrift für gewisse Anwendungen benötigt schließlich wenigstens 5 Vo Mangancarbonat, ist die 35 wird, beispielsweise für Wärmeaustauscher, Konden-Schlacke ungenügend, der Schutz des Lichtbogens ist satoren, Druckleitungen u. ä. Außerdem verbessert mangelhaft, und der Lichtbogen wird instabil. Silicium etwas das Verhalten des Lichtbogens und der Mangancarbonat in der in Tabelle I angegebenen Elektrodenschlacke. Silicium, besonders in den vor-Minimalmenge ist notwendig. Mangan ergibt — nur teilhaften Bereichen, wie sie im folgenden in Taals Carbonat — in Kombination mit dem übrigen 40 belle III unten angegeben sind, erhöht die Festigkeit Flußmittel gute Schlackenmerkmale und hilft zur Er- der kupferreichen Phase im Schweißmetall und ist zielung einer leicht entfernbaren, brüchigen und dich- daher günstig zur Herabsetzung des Reißens des ten Schlacke. Dieses Mineral ergibt zusammen mit Schweißmetalls. Jedoch bewirkt eine übermäßige den anderen Bestandteilen des Flußmittels den zur Menge an Silicium, d. h. mehr als 6 Teile, ein leichten Entfernung der Schlacke geeigneten Schmelz- 45 Brüchigwerden und Reißen der Schweißnaht. Der punkt und genau die richtige Viskosität und Ober- hauptsächliche Vorteil von Titan im Flußmittel ist flächenspannung, um Schweißnähte leicht am senk- die Ausschaltung von Porosität. Übermäßige Mengen rechten Werkstück und von unten (beim Arbeiten jedoch, d. h. mehr als 4 Gewichtsteile des trockenen über Kopf) vornehmen zu können. Seine Zersetzungs- Flußmittels, verändern die Erholung der anderen produkte ergeben auch einen wirksamen Schutz für 50 Legierungbestandteile ungünstig, d. h., Silicium kann den Lichtbogen. Zuviel oder zu wenig Mangancarbo- Brüchigkeit der Abscheidung bewirken, wenn sie nat im Flußmittel beeinträchtigt die Betriebsfähigkeit längere Zeiträume hohen Temperaturen ausgesetzt ist. des Lichtbogens und die Schlackeneigenschaften. Außerdem können Hilfsmittel für das Auspressen

Die Erdalkalicarbonate, vorteilhafterweise CaI- wie beispielsweise Bentonit oder ähnliche colloidale ciumcarbonat, sollten, wenn sie als Ersatz für einen 55 Tone und Befeuchtungsmittel, wie Alginate, Kleb-Teil des Magnesiumcarbonate verwendet werden, in stoffe, Glykolate, Natriumcarboxymethylcellulose Kombination mit dem restlichen Flußmittel inner- usw. dem trockenen Flußmittel in Mengen bis zu halb des in der Tabelle I angegebenen Bereichs, vor- insgesamt etwa 5 Gewichtsprozent des Flußmittels teilhafterweise in Mengen von 10 bis 40 Gewichts- zugesetzt werden, um die Auspreßbarkeit des Flußteilen des trockenen Flußmittels, vorliegen, um bei e₀ mittels zu verbessern.

der Zersetzung eine gasförmige Schutzhülle eines ver- Der Kern der erfindungsgemäßen Elektrode hältnismäßig nichtreaktionsfähigen Gases, das den besteht, wie schon früher erwähnt, aus einem Kern-Lichtbogen umgibt, zu bilden, die die umgebende draht von der Art einer 70-Kupfer-30-NickeI-Legie-Atmosphäre ausschließt. Es ist auch ein guter Schlak- rung, der 25 bis 35 % Nickel, bis 1 % Eisen, bis kenbildner und Lichtbogenstabilisator. 6g 0,15Vo Kohlenstoff, bis 1% Silicium, bis 1% Titan,

Der Elektrodenmantel mit dieser Kombination von bis 3 % Mangan enthält, während der Rest neben

Bestandteilen ergibt ein Optimum der Betriebsfähig- unvermeidlichen Verunreinigungen Kupfer ist. Vor-

keit und ergibt zusammen mit dem Drahtkern, der teilhafterweise hat der Drahtkern die in Tabelle II

gezeigte Zusammensetzung (in Gewichtsprozent des Kernes).

Tabelle II

Element	Vorteilhafter Bereich	Beispiel
Kupfer Nickel Eisen Kohlenstofi Silicium Mangan Titan	Rest 29 bis 32 0,3 bis 0,8 weniger als 0,1 bis 0,5 bis 1,5 bis 0,5	Rest (68) 30 0,6 0,02 0,1 0,8 0,25

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung ist es vorteilhaft, die besonderen Bestandteile des trockenen Flußmittels in den in der folgenden Tabelle III angebenen Mengen (in Gewichtsteilen des trockenen Flußmittels) zu verwenden:

Tabelle III

Vorgezogene Bestandteile	Bereich	Beispiel
Calciumcarbonat Mangancarbonat Titandioxyd Kryolith Silicium * Titan=5* Bentonit	15 bis 30 15 bis 25 15 bis 30 10 bis 30 V2 bis 2 V2 bis 2 2 bis 5	23 21 22 21 1 1 3

* Vorzugsweise als Nickel-Silicium-Legierung, z.B. eine Legierung, die etwa 30% Silicium enthält.

^:;i: Vorzugsweise als Nickel-Titan-Legierung, z. B. eine Legierung, die etwa 25 °/o Titan enthält.

Die zur Herstellung des Flußmittels verwendeten Bestandteile werden gepulvert. Im allgemeinen weisen die vermischten Bestandteile eine Teilchengröße von 50 μ bis etwa 300 μ auf.

Ein in Wasser dispergierbares Bindemittel wird gewöhnlich für den Flußmittelmantel verwendet, um einen dauerhaften und harten Überzug nach dem Trocknen und Einbrennen auf dem Kern aus Kupfer-Nickel-Legierung zu ergeben. Das Bindemittel gehört vorteilhafterweise der Gattung der Silicate an, da dies einen dauerhaften Überzug ergibt, der kein erneutes Einbrennen vor der Verwendung nötig macht. Beispielsweise kann die wäßrige Lösung eines Natriumsilicats und/oder Kaliumsilicats verwendet werden. Die folgende Tabelle IV gibt die Mengen (in Gewichtsteilen des trockenen Flußmittels) der Bestandteile an, die für das Bindemittel verwendet werden können. Selbstverständlich kann jedoch auch eine Silicatlösung eines anderen spezifischen Gewichtes als hier aufgeführt verwendet werden.

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	Tabelle IV	Beispiel
Bestandteil	Bereich	15 2
Natriumsilicatlösung (47° Be) Wasser	10 bis 20 soviel, wie für eine auspreßbare Konsistenz benötigt wird

Der Flußmittehnantel kann auf den Drahtkern in jeder geeigneten Weise aufgebracht werden, beispielsweise durch ein Strangpreßverfahren, und durch geeignetes Trocknen und/oder Einbrennen auf der Drahtoberfläche getrocknet werden. Dies ergibt einen harten, anhaftenden Mantel hoher mechanischer Festigkeit, der bei normaler Behandlung verhältnismäßig widerstandsfähig gegen mechanische Beschädigung ist. Eine zufriedenstellende Trocknungs- oder Einbrennbehandlung der Flußmittel- und Bindemittelmischung umfaßt eine normale kontinuierliche Trockenbehandlung im Ofen, gefolgt von einer Einbrennbehandlung, bei der die Temperatur allmählich auf etwa 320° C gesteigert und etwa zwei Stunden lang auf dieser Höhe gehalten wird.

Beispiele für typische Elektrodenabmessungen (Kerndurchmesser + Manteldicke) sind in Tabelle V aufgeführt.

20	Kern	Tabelle V	Beispiel
durchmesser		mm
mm	Elektrodendurchmesser
	Bereich	3,3
2,381	mm	4,57
3,175		5,59
3,969	3 bis 3,8	6,6
4,762	4,3 bis 5,1
5,3 bis 5,8
6,35 bis 6,86

30 Man kann jedoch, wie jedem Fachmann ersichtlich sein wird, das Verhältnis des Kerndurchmessers zur Flußmitteldicke gegenüber den in der vorstehenden Tabelle angegebenen Werten beträchtlich verändern. Der Flußmittelmantel macht jedoch üblicherweise etwa 25 bis etwa 35 Gewichtsprozent der Elektrode aus.

Die Zusammensetzung des niedergelegten Schweißgutes wird natürlich je nach der genauen Zusammensetzung der verwendeten Elektrode variieren, d. h. je nach der Zusammensetzung des Drahtkerns und der Zusammensetzung des Flußmittels. Außerdem liegen die Kombinationen jeder Flußmittelzusammensetzung der Tabellen I und III mit jeder Zusammensetzung des Drahtkernes im breiteren Bereich oder in den vorteilhaften Bereichen und Beispielen der Tabelle II innerhalb des Bereichs der Erfindung. Außerdem beeinflußt die Zusammensetzung des zu schweißenden Grundmetalls die Zusammensetzung der Schweißnaht und/oder Schweißüberzüge. Jedoch weisen alle unter Verwendung der erfindungsgemäßen Elektroden hergestellten Schweißablagerungen Zusammensetzungen in den in der Tabelle VI in Gewichtsprozenten gezeigten Bereichen auf.

Tabelle VI

Element	Weiterer Bereich	Vorteilhafter Bereich	Beispiel
Kupfer ...	Rest	Rest	66
Nickel	25 bis 35	29 bis 32	31,2
Eisen	bis 1	0,3 bis 0,8	0,6
Kohlenstoff	bis 0,1	<0,05	0,03
Silicium...	bis 0,6	bis 0,5	0,3
Mangan ...	bis 2,5	bis 2	1,7
Titan	bis 0,5	bis 0,2	0,04

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Wie in Tabelle VI gezeigt, ist es vorteilhaft, eine wurden keine Porosität oder Fehler beobachtet. Nach

kleine Menge Eisen im Schweißmetall aus Kupfer- dem Röntgen wurden Querschnitte der Schweißung

Nickel-Legierung vorliegen zu haben, da Eisen in gemacht, um Proben für den Zugversuch quer zur

diesen Mengen der Kupfer-Nickel-Legierung opti- Naht und die Biegeprüfung quer zur Naht zu erhal-

male Korrosionswiderstandsfähigkeit verleiht. Wenn 5 ten. Es wurden eine Probe für den Zugversuch, zwei

das Eisen im Drahtkern vorliegt, ist gewöhnlich die für den Biegeversuch der Oberseite und zwei für die

Verteilung desselben durch den Schweißlichtbogen Biegeprüfung der Unterseite erhalten,

fast hundertprozentig, wie durch Vergleich der Tabel- Die Zerreißprobe wurde über die volle Querschnitts-

len II und VI bezüglich des Eisengehalts ersichtlich dicke, jedoch mit einer verminderten Prüfabschnitts-

ist. ίο breite von 2,54 mm geprüft. Die Verstärkung der

Die folgenden Beispiele dienen zum besseren Ver- Schweißnaht an der Oberseite und der an der Unter-

ständnis der Erfindung und stellen bevorzugte Aus- seite durchgetretene Wulst wurden bündig mit der

führungsformen dar. Oberfläche der Platte abgearbeitet. Dies wurde sowohl für die Zerreißproben als auch für die Biege-

Beispiell *5 proben vor der Prüfung durchgeführt. Die Zerreißprobe hatte eine maximale Zerreißfestigkeit von

Eine Elektrode wurde hergestellt aus einem Draht- 41,20 kg/mm², eine 0,2%-Streckgrenze von 20,20 kg/

kern, der 30°/o Nickel, 0,6 °/o Eisen, 0,1% Silicium, mm² und eine Dehnung von 41% in einem 2,54 cm

0,8% Mangan, 0,25% Titan, weniger als 0,02% langen Prüfstück quer zur Schweißnaht.

Kohlenstoff und 68% Kupfer enthielt. Der Draht- 20 Die Querbiegeproben wurden durch Biegen um

kern wurde durch Strangpressen mit der Flußmittel- 180° über einen Stahldorn mit einem Radius gleich

zusammensetzung ummantelt, die unter »Beispiel« der doppelten Plattendicke, d. h. einen Dorn von

in Tabelle III angegeben ist, wobei ein Bindemittel 19,05 mm Durchmesser geprüft. Die Proben wurden

aus etwa 15 Gewichtsteilen des Flußmittels an einer so abgebogen, daß bei zwei Proben die Unterseite

Natriumsilicatlösung (47° Be) und etwa 2 Gewichts- 25 und bei den anderen zwei Proben die Oberseite unter

teilen Wasser verwendet wurde. Die so zusammen- Spannung war. Bei keiner der Proben wurden nach

gesetzte Elektrode wurde im Ofen getrocknet und der Biegeprüfung um 180° Fehler beobachtet, was ein

anschließend bei etwa 320° C etwa 2 Stunden lang gutes Anzeichen der ausgezeichneten Schweißqualität

eingebrannt. und der durch die erfindungsgemäße Elektrode er-

30 zeugten Duktilität ist. Beispiel 2

Beispiel 3 Eine Stumpfschweißung mit einfacher V-Kehlung

wurde an einer nachliegenden, 9,525 mm dicken Eine weitere Stumpfschweißnaht am liegenden 70-Kupfer-30-Nickel-Platte vorgenommen, die in der 35 Werkstück, die in jeder Beziehung identisch zu der Zusammensetzung und den mechanischen Eigen- im Beispiel 2 beschriebenen war, mit der Ausnahme, schäften den MIL-C-15726 C (Schiffs-Anforderun- daß der Durchmesser der hier benutzten Elektrode gen) entsprach, d. h. einer Legierung, die 20% Nik- wie in Tabelle V für einen 3,175 mm gezeigten Drahtkel, 0,7% Eisen, 0,2% Zink, 0,7% Mangan und kern gewählt war, wurde durchgeführt, um die hohe 68,7 % Kupfer enthält. Die Platten waren 25,4 cm 40 Qualität der mit den Elektroden nach der Erfindung lang und 12,7 cm breit und wurden mit einer Elek- hergestellten Schweißnähte weiter zu zeigen. Die Zutrode der im Beispiel 1 angegebenen Zusammen- sammensetzung des Schweißmetalls entsprach der in Setzung und dem in Tabelle V oben für einen Tabelle VI unter »Beispiel« angegebenen. Die Quali-2,381 mm dicken Kern gezeigten Durchmesser ge- tat erwies sich bei der Röntgenuntersuchung bei einer schweißt. Die Fuge hatte unten einen Abstand von 45 Empfindlichkeit von 2% als ausgezeichnet, da weder 2,381 mm und lag über einem mit einer Rille ver- Porosität noch Risse noch andere Fehler beobachtet sehenen, als Unterlage dienenden Kupferstab. Die wurden. Die Zerreißfestigkeit der Schweißung betrug Unterkante der Fuge hatte einen 1,587 mm breiten 41,60 kg/mm². Die 0,2^e/o-Streckgrenze betrug 19,80 Steg, und der Winkel der V-Nut betrug 80°, wenn die kg/mm² bei einer Dehnung von 40 % bei einer Meß-Bleche stumpf aneinandergelegt waren. Die Verbin- 50 länge von 2,54 cm quer zur Schweißung. Die zwei um dung wurde dadurch daran gehindert, sich beim die Oberseite und um die Unterseite gebogenen Pro-Schweißen zu werfen, indem die Bleche fest an eine ben waren nach dem Biegeversuch um 180° vollkom-15 cm dicke Stahlplatte geklammert wurden. Die men frei von Fehlern wie Rissen oder Einkerbungen Durchdringung des unteren Wulstes war vollständig. in der Schweißnaht. An der Schweißnaht wurde nichts verbessert und an 55 . der Unterseite keine Dichtungsnaht aufgetragen. Der Beispiel 4 Zweck dafür, die Naht nicht zu verbessern und an Die Berstprobe einer X-Schweißnaht wurde durchder Unterseite keine Dichtungsnaht aufzuschweißen, geführt, wobei eine Elektrode der Zusammensetzung war der, eine verläßliche Anzeige der Duktilität der und des Durchmessers, die im Beispiel 2 gezeigt Unterseite der Schweißnaht für den nachfolgend ge- 60 waren, verwendet wurde. Die Prüfprobe der zeigten Biegungstest zu liefern. Dies wäre durch die X-Schweißnaht wurde hergestellt, indem eine Schweiß-Auflage einer Dichtungsnaht an der Unterseite ver- naht zwischen zwei 7,62 cm langen und 2,54 cm im schieiert worden. Quadrat messenden Stangen aus 70-Kupfer-30-Nik-Die Naht wurde dann geröntgt, wobei ein Penetra- kel-Legierung, die der Zusammensetzung der Platten meter mit 2% Empfindlichkeit nach dem Schweiß- 65 im Beispiel 2 entsprach, hergestellt wurde. Die zwei handbuch 1957, Abteilung 1-8.39 (Welding Hand- Stäbe wurden entlang der Seite mit 7,62 cm Länge book 1957, section 1-8.39), herausgegeben von der stumpf aneinandergelegt, so daß die einander zuge-American Welding Society, verwendet wurde. Es kehrten Seiten der zwei Stäbe eine Doppel-V-Naht

Claims (7)

bildeten. Es wurden abwechselnd auf jeder Seite gleichzeitig zwei Schweißaufträge aufgebracht und die Probe zwischen jedem Satz von Schweißaufträgen jeweils auf unterhalb 93° C abkühlen gelassen. Nach dem Schweißen wurde die Probe an zwei Stellen, die 2,54 cm voneinander entfernt waren, in der zur Schweißrichtung senkrechten Ebene zur Prüfung der Makrostruktur abgeschnitten. Die sich aus den zwei Schnitten ergebenden vier Querschnittsflächen wurden an einer feinkörnigen, kautschukgebundenen Schleifscheibe poliert, angeätzt, um das Schweißgefüge zu ermitteln, und bei dreißigfacher Vergrößerung (30 X) auf Rißbildung untersucht. In keiner der vier Oberflächen wurden trotz dieser scharfen Prüfbedingungen Risse oder Fehler beobachtet. Um die Qualität der unter diesen äußerst erschwerten Bedingungen hergestellten Schweißnähte weiter zu untersuchen, wurde eine Scheibe von 6,35 mm Dicke vom X-Naht-Probestück quer abgeschnitten und einer Seitenbiegeprüfung so unterworfen, daß der ao querlaufende Schnitt der X-Schweißnaht unter Zugspannung war. Das Probestück wurde um 180° frei gebogen und dann wieder flachgedrückt, ohne daß sich auch nur ein einziger Sprung oder ein Einriß gezeigt hätte. Beispiel 5 Eine Stumpfverbindung wurde zum Schweißen über Kopf vorbereitet, um die Dichtheit einer in dieser Lage hergestellten Schweißnaht unter Verwendung einer Elektrode der im Beispiel 2 angegebenen Zusammensetzung und eines wie in Tabelle V für einen 3,175 mm dicken Drahtkern gezeigten Durchmessers zu untersuchen. Zwei Kupfer-Nickel-Platten von 9,525 mm Dicke, 12,7 cm Breite und 25,4 cm Länge von einer ähnlichen Zusammensetzung, wie sie die rm Beispiel 2 gezeigten Platten aufweisen, wurden entlang einer Längskante (25,4 cm-Kante) jedes Stükkes abgeschrägt, um beim stumpfen Zusammenfügen eine 90°-V-Nut zu bilden. An der Unterseite jeder Platte wurde ein 1,857 mm breiter Steg gelassen. Die zwei einander zugekehrten Seiten der Platten waren an der Unterseite 9,525 mm voneinander entfernt und an jedem Ende an einen 6,35 mm · 5,08 cm · 25,4 cm messenden Unterlegstreifen aus 70-Kupfer-30-Nickel-Legierung punktgeschweißt. Die ganze Verbindungsanordnung wurde dann mit der Oberseite nach unten an eine 38,1 mm dicke Stahlplatte angeklammert, die 20,32 cm breit und 1,22 m lang war und in horizontaler Lage etwa 2,13 m über dem Boden an aufrecht stehenden Stützen aufgehängt. Die gesamte Schweißarbeit und die Entfernung der Schlacke wurde an der oben angebrachten und an die Stahlplatte angeklammerten Schweißanordnung vorgenommen. Die Gesamtzeit zum Schweißen der Verbindung vom Beginn des ersten Randwulstes bis zum Ende der endgültigen Schweißauflage betrug überraschenderweise weniger als IV2 Stunden. Nach dem Schweißen wurde der 6,35 mm dicke Unterlegstreifen auf der Rückseite abgearbeitet und die Schweißnaht auf 2°/o Empfindlichkeit geröntgt. Das Röntgenbild zeigte, daß die Schweißnaht vollständig von Poren, Rissen und irgendwelchen anderen Fehlern war. Diese Prüfungen zeigen deutlich die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Elektrode. Die Erfindung ist vor allem anwendbar für das Schweißen von Kupfer-Nickel-Legierungen des Typs 70-30, die etwa 25 bis etwa 35% Nickel, bis zu etwa 1% Eisen, bis zu etwa 3% Mangan, bis zu etwa 1% Titan, bis zu etwa l°/o Silicium, weniger als 2°/o Kohlenstoff, bis zu 1 °/o Zink und als Rest neben den üblichen Verunreinigungen vor allem Kupfer enthalten. Jedoch ist die Erfindung auch anwendbar für das Schweißen von Kupfer und anderen Kupfer-Legierungen einschließlich Kupfer-Nickel-Legierungen des Typs 90-10, die bis zu etwa 15% Nickel, bis zu etwa 2% Eisen, bis zu etwa 1% Mangan, bis zu etwa 1 % Zink und bis zu etwa 2 % Silicium enthalten. Der hohe Stand der durch die erfindungsgemäßen Elektroden möglich gemachten Schweißqualität erlaubt die Verwendung von Lichtbogenschweißverfahren sogar bei den kritischsten Anwendungen, wo die Sicherheit der Spitzenqualität von größter Wichtigkeit ist. Überdies erlaubt die ausgezeichnete, durch die erfindungsgemäßen Elektroden erzeugte Stabilität des Lichtbogens eine leichte Kontrolle ohne die übliche Neigung des Anbackens der Elektrode am Werkstück oder des »Auslöschens durch Kurzschluß«, wenn die Lichtbogenlänge verkürzt wird. Patentansprüche:

1. Schweißelektrode aus einem Kupfer-Nickel-Drahtkern und einem Flußmittelmantel zum Lichtbogenschweißen von Kupfer und Kupferlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtkern aus 25 bis 35% Nickel, bis 1% Eisen, bis 1% Silicium, bis 3% Mangan, bis 1,0% Titan, bis 0,15% Kohlenstoff, Rest Kupfer und unvermeidliche Verunreinigungen, besteht und der Flußmittelmantel, bezogen auf das Trokkengewicht, aus bis 40 Gewichtsteilen eines oder mehrerer Erdalkalicarbonate, 5 bis 70 Gewichtsteilen Mangancarbonat, wobei die Summe der Gehalte an Mangancarbonat und Erdalkalicarbonat 15 bis 70 Gewichtsteile ausmacht, 10 bis 35 Gewichtsteilen Titandioxyd und 5 bis 40 Gewichtsteilen Kryolith besteht.

2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtkern aus 29 bis 32% Nickel, 0,3 bis 0,8% Eisen, bis 0,5% Silicium, bis 1,5% Mangan, bis 0,5% Titan, weniger als 0,1 % Kohlenstoff, Rest Kupfer besteht.

3. Schweißelektrode nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Calciumcarbonat, Bariumcarbonat oder Strontiumcarbonat als Erdalkalicarbonat im Flußmittelmantel enthalten ist.

4. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußmittelmantel 10 bis 40 Gewichtsteile Erdalkalicarbonat und 5 bis 30 Gewichtsteile Mangancarbonat enthält.

5. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rußmittelmantel zusätzlich noch 0,5 bis 6 Gewichtsteile Silicium und/oder 0,5 bis 4 Gewichtsteile Titan enthält.

6. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußmittelmantel 2 bis 5 Gewichtsteile eines Preßhilfsmittels, besonders Bentonit, enthält.

7. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußmittelmantel ein Silicatbindemittel enthält.