DE1433162C

DE1433162C - Elektrodenstab zum Schweißen von bzw. zum Auftragsschweißen auf hochfestem Gußeisen oder Grauguß mittels Lichtbogen

Info

Publication number: DE1433162C
Application number: DE19611433162
Authority: DE
Inventors: Gennadij N. Moskau Larin
Original assignee: Zentralnyi Nautschno-issledeowatelskij Institut technologii i machinostreenija, Moskau
Priority date: 1961-10-07
Filing date: 1961-10-07
Publication date: 1973-01-25

Description

Die Erfindung liegt'auf dem Gebiet der Schweißtechnik und betrifft einen umhüllten Elektrodenstab zum Schweißen von bzw. zum Auftragsschweißen auf hochfestem Gußeisen und Grauguß mittels Lichtbogen.

Bekannte Elektroden dieser Art stellen einen Elektrodenstab mit einer Umhüllung dar. Sie enthalten schlackenbildende, gasbildende und legierende Komponenten.

Es ist aus der britischen Patentschrift 447 130 ein Elektrodenstab zum Schweißen von Gußeisen bekannt, der aus legiertem Stahl besteht, welcher bis 10% Titan oder Zirkonium oder beide Metalle und daneben noch kleine Mengen an Aluminium, Mangan und/oder Silizium und Kohlenstoff enthält. Auch die gemeinsame Verwendung von Titan und Vanadin ist dort beschrieben.

Ferner ist in der österreichischen Patentschrift 192 215 eine Ummantelungsmasse für Schweißelektroden beschrieben, die neben Titandioxid hauptsächlich aus Stahlpulver und Ferro'mangan neben kleineren Anteilen an Ferrotitan und anderen schlackenbildenden Bestandteilen besteht.

Ferner ist es bekannt, daß als legierende Komponenten eines der Elemente Nickel und Kupfer im Elektrodenstab enthalten sind.

Elektroden, die Nickel enthalten, neigen zur Bildung von kristallisierenden Rissen im aufgeschmolzenen Metall; außerdem sind diese Elektroden teuer. Elektroden, die Kupfer enthalten, haben eine große Toxizität und sichern keinesfalls eine genügende spanabhebende mechanische Bearbeitbarkeit und eine hohe Festigkeit der Schweißverbindungen.

Der Zusatz der bekannten Legierungskomponenten hat den Zweck, den negativen Einfluß des Kohlenstoffes auf das Metall der Naht oder der Auftragsschweiße und auf die Schmelzzone während des Schweißens oder der Auftragsschweißung zu verringern. Dieses wird auf folgende zwei Arten erreicht:

1. durch die Entkohlung des Metalls in der Naht, beispielsweise durch Verwendung von Stahlelektroden, die mit oxydierender Umhüllung versehen sind, oder durch Ausführung des Schweißprozesses unter einem oxydierenden Flußmittel;

2. durch Bildung eines auf dem Gußeisen aufgeschmolzenenMetalls,in"welchem praktisch keine

■₍ Eisenkarbide , gebildet; werden, beispielsweise •durch die Verwendung der,obengenannten Legierurigsbestandteile, oder durch Schaffung von Bedingungen, die die Bildung solcher Karbide verhindern, beispielsweise durch Verwendung von Gußeisene|ektroden oder Stahlelektroden mit graphitisierender Umhüllung.

Die vorgenannten Methoden elektrischer Schweißung und Auftragsschweißung von hochfestem Gußeisen und Grauguß sowie die dabei verwendeten Elektroden können jedoch keinesfalls eine hohe Festigkeit und Dehnbarkeit des aufgeschmolzenen Metalls im Bereich der thermischen Wirkung sichern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodenstab zur Schweißung von bzw. #um Auftragsschweißen auf hochfestem Gußeisen und Grauguß mittels Lichtbogen anzugeben, der die Möglichkeit bietet, eine hohe Festigkeit und Dehnbarkeit der Schweißverbindung bzw. des aufgeschmolzenen Metalls zu sichern.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein umhüllter Elektrodenstab aus legiertem Stahl, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Elektrodenstab aus Stahl mit bis 0,2% Kohlenstoff, bis 1,0% Silizium, bis 0,5% Mangan und 9 bis 19% Niob und/oder Vanadin besteht.

Zur Lösung der Aufgabe dient aber auch ein umhüllter Elektrodenstab aus Stahl, wobei der Elektrodenstab bzw. die Umhüllung schlackenbildende, gasbildende und legierende Komponenten enthält und der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Elektrodenstab aus Stahl besteht und die Umhüllung aus 60 bis 70% Ferrovanadin und/oder Ferroniob, 6 bis 18% Marmor oder Dolomit, 6 bis 18% Flußspat oder Ferrotitan, 1 bis 10% Ferrosilizium oder Feldspat, 1 bis 10% Pottasche oder Kalisalpeter und 20 bis 30% Wasserglas zusammengesetzt ist.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Elektrodenstabes gewährleistet eine hohe Festigkeit und Dehnbarkeit der Schweißverbindungen bzw. des aufgeschmolzenen Metalls. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß diese Elektrodenstäbe einen geringeren Kostenaufwand erfordern als bekannte Elektroden vergleichbarer Art.

Die legierenden Kompohenten gehören zu den Karbide bildenden Elementen, die mit Kohlenstoff Karbide vom Typ Me_n C_m bilden. Durch Zusatz bzw. Einführung von Vanadin und/oder Niob in Kohlenstoffstähle wird deren Durchhärtbarkeit erheblich herabgesetzt oder sogar gänzlich aufgehoben. Dies ist dadurch bedingt, daß Vanadin und Niob den Kohlenstoff aus der festen Eisenlösung herausführen und dadurch die Fähigkeit des Stahls ■ zu metastabilen Wandlungen verringert. Zu einer vollständigen Bindung von Kohlenstoff mit Vanadin und/oder Niob ist es vorteilhaft, daß der Vanadin- und/oder Niobgehalt zum Kohlenstoffgehalt sich wie 7: 1 bzw. 8: 1 verhält. Um die Härtungsfähigkeit des Stahles vollständig zu eliminieren, kann der Vanadin- und/

oder Niobgehalt so verringert werden, daß der gelöste Kohlenstoff im Eisen 0,30 bis 0,35 % nicht übersteigt. Wird in das aufgeschmolzene, etwa 0,8 bis 1,5 % Kohlenstoff enthaltende Metall Vanadin oder Niob bzw. deren Kombination eingeführt, so kann die Durchhärtbarkeit der Schweißnähte vollkommen eliminiert werden. ..

Es hat sich ergeben, daß bei der Verschweißung von massiven Gußeisenteilen bzw. beim Auftragsschweißen auf massive Gußeisenteile Nähte mit einer Brinellhärte von 180 bis 190 kg/mm² erhalten werden können, welche sich leicht spanabhebend bearbeiten lassen. .

Beim Schweißen von Gußeisen ohne Vorwärmung wirkt sich die Anwesenheit der Karbide bildenden Elemente Vanadin und Niob im Metall, der Naht günstig auf die Verringerung der abgeschreckten Schicht in den der Naht benachbarten Zonen aus, was wahrscheinlich mit der Diffusion des Kohlenstoffes aus der Schmelzzone in' das Nahtmetall verbunden ist.

Durch eine metallographische Analyse läßt sich nachweisen, daß bei der Aufschmelzung einer ersten Schicht auf das Gußeisen mittels Elektroden gemäß der Erfindung in der Schmelzzone keine Zementit-Zwischenschicht, sondern im wesentlichen eine Martensit-Zwischenschicht gebildet wird, die ohne Schwierigkeiten durch Auflegen einer zweiten Schicht ausgeglüht wird.

Zementitstellen, die als Einschlüsse von Graphit erscheinen, sind hauptsächlich im Grundmetall außerhalb der Schmelzzone vorhanden, jedoch beeinflussen sie infolge ihrer geringen Abmessungen und intermittierenden Art sehr wenig die spanabhebende Bearbeitbarkeit der Schweißverbindung.

Die legierenden Elemente Vanadin und/oder Niob können in den Stahl, aus welchem der Elektrodenstab hergestellt wird, oder auch in die Zusammensetzung der die Elektrode umhüllenden Schicht oder auch sowohl in Kernwerkstoff als auch in das Material der Umhüllung eingeführt werden.

Die Verwendung der vorgeschlagenen Elektrodenstäbe für die Lichtbogenschweißung und für das Auftragsschweißen von Gußeisen ohne Vorwärmung ergibt folgende chemische Zusammensetzung des aufgeschmolzenen Metalls: Kohlenstoff höchstens 0,2 %, Silizium höchstens 1,0%, Mangan höchstens 0,5°/o, Schwefel und Phosphor höchstens 0,04 %>, Vanadin 6 bis 13 °/o, Niob 7 bis 10 °/o, Rest Eisen.

Aufgeschmolzenes Metall läßt sich leicht durch Spanabhebung bearbeiten.

Vanadin ist als Karbide bildendes Element vorzuziehen, da es vom Nahtmetall besser aufgenommen wird als Titan und sein Vorkommen größer ist als Niob.

Die mit den vorgeschlagenen Elektroden auf Gußeisen aufgeschmolzene Karbidlegierung kann ohne Schwierigkeiten einer weiteren Aufschmelzung unter Verwendung verschiedener Sonderlegierungen, darunter auch verschleißfeste Legierungen, unterworfen werden.

Beispiel 1

Falls Vanadin im Stahlelektrodenstab enthalten ist, so beträgt die erfindungsgemäße Menge 9 bis 19%. In die Elektrodenumhüllung werden schlackenbildende und gasbildende Komponenten eingeführt.

Im folgenden Beispiel enthält der Elektrodenstab 10% Vanadin, und die Umhüllung besteht aus den folgenden schlackenbildenden und gasbildenden Komponenten in folgenden Mengen: 20% Flußspat, 60% Marmor, 10·% Ferro ti tan, 5 % Ferrosilizium, 3 % Ferromangan, 2% Pottasche.

Beim Schweißen von Platten mit den Abmessungen 100-200 · 500 mm aus hochfestem modifizierten Gußeisen der Zusammensetzung: C = 3,05%; Si=3,15%; Mn=O,7«/o; S=0,001%; P=0,013%;

ίο Mg=0,037%, wurden mit der erwähnten Elektrode mit einem Durchmesser von 4 mm bei einer Schweißstromstärke von 110 A und einer Spannung von 25 V im Lichtbogen einwandfreie Schweißverbindungen mit einer Zugfestigkeit von ab = 41,,5 kg/mm², einer Streckgrenze von as = 30,7 kg/mm², einer Dehnung von δ = 6,8% und einer Vickers-Härte von 203 bis 232 kg/mm² in der Schmelzzone erhalten.

Beispiel 2

Im folgenden Beispiel enthält die Elektrode als Legierungskomponente Niob im Stahlelektrodenstab, und zwar die erfindungsgemäße Menge von 9 bis 19%. In die Elektrodenumhüllung werden schlackenbildende und gasbildende Komponenten eingeführt.

Der Elektrodenstab weist beispielsweise 11 % Niob auf, und die Zusammensetzung der Umhüllung besteht aus schlackenbildenden und gasbildenden Komponenten in folgenden Mengen: 20% Flußspat,

jo 62% Marmor, 8 % Ferrotitan, 3 % Ferromangan, 5 % Ferrosilizium, 2 % Pottasche.

Beim Auftragsschweißen auf Muster aus modifiziertem Gußeisen der Zusammensetzung: C = 2,67%, Si= 1,98%, Mn= 1,15%, S=0,091%, P = 0,017%, Cr=0,21%, mit der vorgeschlagenen Elektrode wurde ein dichtes Auftragsschweißgut mit einer Vickers-Härte von 170 bis 190 kg/mm², einer Zugfestigkeit von ab = 53 kg/mm² und einer Streckgrenze von as = 26 kg/mm² erhalten.

Beispie 1.3

Falls die Elektrodenumhüllung Ferrovanadin enthält, so beträgt die Menge erfindungsgemäß 60 bis 70%. Der Elektrodenstab ist dabei aus unlegiertem kohlenstoffarmem Stahl hergestellt.

Im folgenden Beispiel besteht die Elektrodenumhüllung neben 60% Ferrovanadin aus schlackenbildenden und gasbildenden Komponenten in folgenden Mengen: 10% Flußspat, 14% Marmor, 4%Ferrosilizium, 2% Pottasche und 20 bis 30% Wasserglas.

Beim Schweißen der Teile aus hochfestem modifizierten Gußeisen der Zusammensetzung: C=3,05%, Si=3,15%, Mn=0,7%, S = 0,001%, P = 0,013%, Mg=0,037%, mit der erwähnten Elektrode mit einem Durchmesser von 5 mm mit einer Schweißstromstärke von 130 A wurden Schweißverbindungen mit einer Zugfestigkeit von ab = 42,5 kg/mm² und einer Dehnung von 5 = 9% erhalten. Auch in diesem Falle gewährleistet die Elektrode hohe spanabhebende Bearbeitbarkeit der Schweißverbindungen und ist noch um 10 bis 15% billiger.

Beispiel 4

Falls Ferroniob in der Elektrodenumhüllung enthalten ist, so beträgt die erfindungsgemäße Menge ebenfalls 60 bis 70%.

Im folgenden Beispiel besteht die Elektrodenum-

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hüllung neben 60% Ferroniob aus schlackenbilden- C=3,57% Si=3,10%, Mn=0,79%, S=0,0013%,

den und gasbildenden Komponenten in folgenden P=0,009% Mg=0,040% mit den vorgeschlagenen

Mengen: 10% Feldspat, 14% Marmor, 4% Ferro- Elektroden mit dem Durchmesser von 6 mm mit einer

silizium, 2% Pottasche und 20 bis 30% Wasserglas. Schweißstromstärke von 150A wurde ein dichtes Beim Auftragsschweißen auf Teile aus hochfestem 5 Auftragsschweißgut mit einer Vickers-Härte von

modifiziertem Gußeisen der Zusammensetzung: 168 bis 175 kg/mm² erhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Umhüllter Elektrodenstab aus legiertem Stahl zum Schweißen von bzw. zum Auftragsschweißen auf hochfestem Gußeisen und Grauguß mittels Lichtbogen, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenstab aus Stahl mit bis 0,2% Kohlenstoff, bis 1,0% Silizium, bis 0,5% Mangan und 9 bis 19% Niob und/oder Vanadin besteht.

2. Umhüllter Elektrodenstab aus Stahl zum Schweißen von bzw. zum Auftragsschweißen auf hochfestem Gußeisen und Grauguß mittels Lichtbogen, wobei der Elektrodenstab bzw. die Umhüllung schlackenbildende, gasbildende und legierende Komponenten enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenstab aus Stahl besteht und die Umhüllung aus 60 bis 70% Ferrovanadin und/oder Ferroniob, 6 bis 18% Marmor ao oder Dolomit, 6 bis 18% Flußspat oder Ferrotitan, 1 bis 10% Ferrosilizium oder Feldspat, 1 bis 10% Pottasche oder Kalisalpeter und 20 bis 30% Wasserglas zusammengesetzt ist.

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