DE1508307A1

DE1508307A1 - Draht fuer Lichtbogenschweissung unter Gasstrom

Info

Publication number: DE1508307A1
Application number: DE1966A0051856
Authority: DE
Inventors: Pierre Soulary
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1965-03-18
Filing date: 1966-03-16
Publication date: 1976-03-18
Also published as: GB1094517A; FR1436782A; ES323597A1; DE1508307B2; US3431091A

Description

Prioritäti 18. März 1965 in Prankreich P.V. No. 9.677

Die Erfindung betrifft Drähte zur Verwendung als kontinuierliche Elektroden bei der automatischen oder halbautomatischen Lichtbogenschweißung mit abschmelzender Elektrode unter Gasatmosphäre für weiche oder schwach legierte Stähle. Diese Drahte sind außerdem brauchbar als Zulieferungsmetall bei den Elektroschweißverfahren unter Gasatmosphäre mit feuerfesten oder abschmelzenden Elektroden.

Es ist üblich, flir die Elektroschweißung unter Schutzgas weiche oder schwach legierte Stähle, besonders für die Lichtbogenschweißung unter Argon, Helium, Wasserstoff, Kohlensäureanhydrid, Sauerstoff oder Mischungen dieser Gase Schweißdrähte aus Stahl mit schwachem Gehalt an Kohlenstoffailicium

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und Mangan zu verwenden, Diese Drühte können gegebenenfalls andere metallische Zusätze, wie iMtrwi, Molybdän, Chrom, Nickel, Vanadium usw. enthalten, fixe dt zu dienen, das Schweißbad zu desoxydieren und besonders die Mechanischen Eigenschaften dir Schweißverbindungen zu verbessern, an denen sie teilnehmen.

Silicium ist das ganz allgemein in der Eisenhüttenkunde verfe wendete desoxydierende Element; öer !ehalt dieser Drähte an Silicium liegt gewöhnlich zwischen O_th und 1,4 #. Diese Gehalte wurden anomal hoch für geläufige Baustähle sein, aber man läßt sie in Schv/eißdrHhten für Lichtbogenschweißung unter Schutzgas zu, denn man muß dann die Porenbildingen, die durch die in den Stählen eingeschlossenen «rase hervorgerufen werden, und die atmosphärische verunreinigung der Schmelzzop» vermeiden. Das Silicium der Drähte findet sich zum i'eil^in den Schweißraupen wieder und schwächt dort die mechanischen Eigenschaften. Außerdem ergibt sich eine Erhöhung der Fließfähigkeit des geschmolzenen Stahls, wodurch ganz allgemein die Möglichkeiten der Schweißung am Ort herabgesetzt werden und sich eine weniger gute Ausnutzung der Schweißnöglichkeiten unter Schutzgas mit einem elektrischen Schwei©betrieb ergibt, der Kurzschlußwechsel und kurze Bögen liefert. Aus diesen beiden Gründen ist es wünschenswert, daß der Silicimigehalt der Schweißraupe unterhalb 0,5 # bleibt.

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Die Erfindung hat SchweiBdrähte für Lichtbogenschweißung unter Schutzgas zum Ziele, deren Siliaiumgehalt schwach ist, in den störenden Einflufi dieses Bestandteiles hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Schweißraupen und hinsichtlich der !Fließfähigkeit der Schweißbäder herabzusetzen.

Sie Stahldrähte für Sohutzgassohweißung gemäß der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl, aus dem sie be- Q stehen,mit einer Zinkschicht im metallischen Zustand bedeckt ist und außer den üblichen desoxydierenden Elementen einen -gewissen Gehalt an Aluminium aufweist, wobei das Zink und das Aluminium trotz eines verminderten Siliciumgehaltes die Erzielung einer ausreichenden Desoxydation des Schmelzbades und die Verminderung des Verlustes an Silicium während der Schweißung gestatten. Diese Drähte .können natürlich außer Silicium und Aluminium und Zink an der Oberfläche, andere unvermeidliche, unerläßliche oder nützliche Elemente für die Verarbeitung des Stahls und die in der Schweißraupe erforderlichen mechanischen Eigenschaften enthalten, nämlich Kohlenstoff, Mangan, Titan, Chrom, Hickel, Vanadium usw.

Es ist zu bemerken, daß der Verlust an diesen Elementen während der Schweißung, der hauptsächlich durch Oxydation hervorgerufen ^~.rd, durch die Tatsache des Vorhandenseina von Aluminium und Zink im Draht und auf seiner Oberfläche herabgesetzt wird. Dieser verlust *^a* eb^{enao w}^^e der Verlust vor ,in Draht eingeschlossenen Aluminium eng verbunden mit den Schweißbedingungen und der Natur des Schutzgases, d^.s je nach seiner Zusammensetzung bei der

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Temperatur des Schweißbogens mehr oder weniger oxydierend sein kann. '

Sie Drähte nach der Erfindung sind mit einer Zinkeohioht bedeckt» die eine Sicke entsprechend einem linearen Auftrag von 0,04 bis 0,5 Grew.-#, Torzugsweise von 0,08 bis 0,14 # des ^ Stahlgewichtes hat; diese Sicke ist jedoch immer größer als

0,1 Mikron. Sieser Überzug kann durch Behandlung der Stahldrahtoberfläche nach dem Verfahren erhalten werden, das in der französischen Patentschrift 1 342 173 vom 9. August *962 beschrieben ist.

Der Aluminiumgehalt dieser Brähte ist höher als 0,02 $> und kann 1 io erreichen. Ser Siliciumgehalt liegt in der Größenordnung von 0,4 bis 0,6 #. Er ist also ziemlich gering im Verhältnis zu den Gehalten, die üblicherweise für .Srähte für Schutzgas-P schweißung zugelassen werden. Ser Mangangehalt ist höcbs tens gleich demjenigen, den man unter den gleichwertigen Verwendungsbedingungen für Srähte wählen würde, die keine Zinkumhüllung aufweisen und kein Aluminium enthalten. Er liegt zwischen 0,5 und 2 #.

Es wurde festgestellt, daß ein verzinkter Braht nach der Erfindung mit einem Aluminiumgehalt von 0,10 bis 0,25 i> Schweißraupen von guter Kompaktheit lieferte, sofern der Siliciumgehalt mindestens 0,4 i> betrug.

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Im vorliegenden Fall dient das Zink nicht nur als Antikorrosionsüberzug.Im Dampfzustand hat es eine hohe Reduktionskraft und die äußere Zinkschicht, deren Verdampfungstemperatur unterhalb 1000⁰C liegt, liefert Dämpfe, die ganz oder teilweise den freien oder gebundenen Sauerstoff der Gase fixieren, die mit dem Lichtbogen und mit dem Schweißbad in Kontakt sind. Außerdem macht bekanntlich die Zinkablagerung auf dem für Schweißung bestimmten Stahldraht den Schweißbogen unter Gasatmosphäre stabiler und verbessert die Verteilung der Schlacken, ^i die von den Oxyden der im Stahl enthaltenen Elemente, insbesondere Silicium, Mangan und Aluminium erzeugt werden. Schließlieh ist das Zink nicht in einem ausreichenden Prozentsatz vorhanden, um die erhaltenen Schweißungen brüchig zu machen oder um einen den Schweißer belästigenden Rauch zu erzeugen.

Wie bereits erwähnt, hat das im Draht eingeschlossene Aluminium die Wirkung, daß es an der Desoxydation des Schweißbades teilnimmt, und gleichzeitig dient es zur Erhöhung der Viskosität, ^ wodurch die Schweißarbeit am Ort erleichtert werden kann.

Bei einem Gehalt von 0,1 Gew.-^ im Draht, gestattet das Aluminium, wenn man unter einer reinen COp-Atmosphäre schweißt, die Gehalte an Silicium und Mangan im Draht um 0,1 bis 0,2 # gegenüber denjenigen herabzusetzen, die für die Erzielung einer Schweißraupe vorhanden sein müßten, weiche dieselben Gehalte an diesen Elementen bieten würden, der kein Aluminium enthält. Wenn man unter einer Atmosphäre aus Argon gemischt mit 5 $> Sauerstoff arbeitet, ist der Einfluß der Aluminiums weniger ausgeprägtt

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Ein Gehalt von 0,1 % Aluminium kann jedoch die Herabsetzung des Siliciumgehaltes des Drahtes um 0,1 # gestatten.

Die Aluminiummenge, die sich im Metall der Sehweißraupe wiederfindet, hängt ersiohtlich von dee Aluminiumgehalte des Drahtes ab, aber sie wird auch durch deqmehr oder weniger oxydierenden Charakter des Schutzgases, durch die Schweißbedingungen und durch die dynamische Arbeitsweise des Bogens fe stark beeinflußt. In der Praxis stellt man fest, daß der Gehalt an Ilestaluminium in der Schweißraupe zwischen

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-rrr und ■= des Aluminiumgehaltes des verzinkten Drahtes bleibt.

Von einem Gehalt von 0,02 % ab hat das Aluminium einen ausgeprägten Einfluß auf die Viskosität des schmelzenden Stahles. Nach Erstarrung und Abkühlung besitzt der Stahl nahezu dieselben mechanischen Charakteristika, als wenn er kein Aluminium enthielte. Bei höheren Gehalten wächst die Viskosität, aber die Schlagzähigkeit nimmt progressiv ab, und die Widerstandseigenschaften P gegen Sprödigkeitsbruch werden durch das Vorhandensein von Aluminiumgehalten über 0,05 % in der Schweißraupe sehr ernsthaft verschlechtert.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß die Drähte nach der Erfindung außer ihrer Zinkumhüllung Aluminiumgehalte bis zu 0,25 % haben sollen, wenn es sich darum handelt, gängige Bauarbeiten auszuführen, und die Gehalte können bis zu i % in den besonderen Fällen erreichen, wo bei Schweißung in stark oxydierender Atmosphäre

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eine hohe Viskosität für das Sohweifibad angestrebt wird, ohne daß man auf die Schlagfestigkeit dea Verbandes besondere Rücksicht nehmen muß.

Für Qualität·schweißarbeiten, die in der Ebene mit starker Intensität und in einem stabilen Bogenbereioh ausgeführt werden, können die günstigsten Aluminiumgehalte in den verzinkten Drähten nach der Erfindung ungefähr bei 0,25 1> liegen, wenn man mit % ziemlich oxydierenden Gasen, wie reinem 00p schweißt, und bei ungefähr 0,1 ^ wenn man unter wenig oxydierenden Gasen, wie einer Mischung von Argon mit 3 ί Sauerstoff schweißt. Diese günstige ten Gehalte sind nämlich nicht kritisch, und ein und derselbe Draht gemäß der Erfindung kann sich als sehr vorteilhaft mit verschiedenen Gasen auf Grundlage von CO₂>Argon, Helium und Sauerstoff im laufenden Schweißgebrauch von weichen oder schwach legierten Stählen erweisen.

Beispiel 1

Es wurde ein oberflächenverzinkter Stahldraht von folgender chemischer Zusammensetzung verwendet:

Kohlenstoff	0,1
Silicium	0,5
Mangan	1,2
Aluminium	W 0,1
Ob erflächenzink	o,i

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Ein Draht dieser Zusammensetzung von gleichmäßigem Durchmesser von 1,6 mm, der mit einem Schweißstrom in der Größenordnung von 400 A verwendet wird, gestattet die Gewinnung von Schweißraupen folgender chemischer Zusammensetzung:

bei Schweißung unter CO₂-Atmosphäre

Kohlenstoff 0'-,08Jt

Silicium ' 0,25 1»

Mangan 0,9 #

Aluminium <0,02 ^

Zink Spuren

und bei Schweißung unter aner Gasmischung von Argon mit 3 $> Sauerstoff:

Kohlenstoff 0,09 #

Silicium 0,35 #

Liangang 1,1 #

Aluminium 0,02 fo

Zink Spuren

Wenn man aus einem nicht verzinkten und nicht mit Aluminium beladenen Draht, abgesehen vom Aluminium, dieselbe chemische Zusammensetzung in der Schweißraupe erzielen wollte, müßte man diesen Draht aus· einem Stahl fertigen,, der ungefähr nachstehende chemische Zusammensetzung hat: ._; .

— Q _

Kohlenstoff 0,12 $> Silicium 0,8 #

Mangan 1,6 #

Ein solcher Stahl wäre schwierig formgebend zu bearbeiten und zum Draht zu ziehen. Er würde ausgeprägtere Kaltverformungseffekte bieten und im geschmolzenen Zustand flüssiger sein, als der Stahl des Drahtes nach der Erfindung.

Beispiel 2

Ein Draht folgender Zusammensetzung

Kohlenstoff	0,080 1*
Silicium	0,055 5*
Mangan	1,50 1>
Aluminium	0,20 i>
Oberflächenzink	0,1 #

ergab bei Verwendung in einem Durchmesser von 1,2 mm unter Kohlendioxydatmosphäre mit einem Schweißstrom von 280 A Haupen folgender Zusammensetzung:

Kohlenstoff	0,054 Ί»
Silicium	0,23 #
Mangan	0,80 $
Aluminium	0,035 #

Dieser entsprechen folgende mechanische Eigenschaften}

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it Zugfestigkeit 4700 bar E Dehnungsgrenze 3700 bar

Kv Charpy-Kerbschlag- „ Zähigkeit 50 J/cm^

und bei Verwendung mit einem Schweißstrom von 140 Λ Schweißraupen folgender Zusammensetzung:

Kohlenstoff 0,07 #

Silicium 0,30 %

llangnn 0,85 %

Aluminium 0,35 jt

Bei gleichen Gehalten an Kohlenstoff, Silicium und Mangan ist die aus dem verzinkten und mit Aluminium beladenen Draht erhaltene 'iaupe besser desoxydiert und mit größerer Sicherheit porenfrei, als die mit dem gewöhnlichen Draht erhaltene iiaupe_T

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Claims

Patentansprüche

1. Stahlachweißdraht zur Verwendung als Zufuhr- oder kontinuierliches Elektrodenmetall hei elektrischen Lichtbogenschweißungen von weichen oder schwach legierten

Stählen unter Schutzgas, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht mit einer Zinkschicht im Metallzustand bedeckt ist und außer üblichen desoxydierenden Elementen einen schwachen Aluminiumgehalt aufweist.

2. Stahldraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere metallische Zinkschicht einer linearen Zinkaufbringung zwischen o,04 und 0,5 Gew.-56 des Stahles entspricht, ihre Dicke jedoch größer als 0,1 Mikron ist.

3. Stahldraht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt zwischen 0,02 und 1 # liegt.

4. Stahldraht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt zwischen 0,10 und 0,25 i° und der Siliciumgehalt in der Größenordnung von 0,4 f« liegt.

5. oberflächlich verzinkter Stahldraht von folgender Zusammensetzung!

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Kohlenstoff 0,08 1> Silicium 0,055 Mangan 1,50 * Aluminium 0,20 io Oberflächenzink 0,1 5*