DE1508307C3 - StahlschweiBdraht zur Verwendung als Zufuhr- oder kontinuierliches Elektrodenmetall bei elektrischen Lichtbogenschweißungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stahlschweißdraht zur Verwendung als Zufuhr- oder kontinuierliches Elektrodenmetall bei elektrischen Lichtbogenschweißungen von weichen oder schwach legierten Stählen unter Schutzgas mit einem Gehalt an desoxydierenden Elementen und einem Überzug aus einer Schicht metallischen Zinks in einer Menge zwischen 0,04 und 0,5% bei einer Mindestdicke von 0,1 Mikron. Ein derartiger Stahlschweißdraht ist in der französischen Patentschrift 13 42173 beschrieben und ist außerdem Gegenstand des deutschen Patents 14 83417. Hierin wird hervorgehoben, daß das Zink in so kleinem Prozentsatz vorhanden ist, daß die erhaltenen Schweißungen nicht brüchig werden und auch kein Rauch entwickelt wird, der für den Schweißer lästig sein würde.

Angaben über die Zusammensetzung des Stahlschweißdrahtes selbst finden sich nicht in der französischen Patentschrift und sind nicht Gegenstand des älteren Patents.

Die gewöhnlich für die Schweißung benutzten Stähle sind weich legiert und enthalten desoxydierende Elemente, insbesondere Silicium, im Bereich von 0,4 bis 1,4%. Diese Gehalte werden in Schweißdrähten für Lichtbogenschweißung unter Schutzgas zugelassen, denn man muß die Porenbildungen der Schmelzzone, die durch die in den Stählen eingeschlossenen Gase und die atmosphärische Verunreinigung hervorgerufen werden, vermeiden. Das Silicium der Drähte findet sich zum Teil 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 Schweißmöglichkeiten unter Schutzgas mit einem elektrischen Schweißbetrieb ergibt, der Kurzschlußwechsel und kurze Bögen liefert. Aus diesen beiden Gründen ist es wünschenswert, daß der Siliciumgehalt der Schweißraupe unterhalb 0,5% bleibt.

Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, bei einem Schweißdraht mit einem Zinküberzug gemäß dem Patent 14 83417 selbst in Gegenwart einer sehr geringen Siliciummenge eine ausreichende Desoxydation der Schweißung zu erzielen, und sie geht von der Feststellung aus, daß ein gewisser Aluminiumgehalt in einem relativ engen Bereich eine ausreichende Erniedrigung des Siliciumgehaltes gestattet.

Gegenstand der Erfindung ist ein Stahlschweißdraht der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Draht einen Aluminiumgehalt zwischen 0,10 und 0,25%, einen Siliciumgehalt zwischen 0,4 und 0,6% und einen Mangangehalt zwischen 0,5 und 2% aufweist.

ίο Das Zink und das Aluminium gestatten trotz des relativ niedrigen Siliciumgehaltes die Erzielung einer ausreichenden Desoxydation des Schmelzbades und Verminderung des Verlustes an Silicium während der Schweißung. Der Aluminiumgehalt der Schweißraupe liegt in der Größenordnung von 0,03 bis 0,04% und ist für die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Schweißraupe unschädlich. Bei einem Aluminiumgehalt des Schweißdrahtes über 0,25% überschreitet der Aluminiumgehalt der Schweißraupe 0,05%, wodurch die Festigkeitseigenschaften gegen Rißbildung erheblich vermindert werden. Außerdem ist das Schweißbad breiförmiger und nimmt bei der Verfestigung poröse Struktur an.

Vorzugsweise besitzt der Stahlschweißdraht nach der Erfindung einen Kohlenstoffgehalt von 0,1%, einen Aluminiumgehalt von 0,1%, einen Siliciumgehalt von 0,5%, einen Mangangehalt von 1,2%, und die Zinkschicht entspricht einer Auflage von 0,1%. Bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,1% wird also der Siliciumgehalt besonders niedrig liegen.

Ein Aluminiumgehalt von 0,1 % gestattet, wenn man unter einer reinen CCh-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, welche dieselben Gehalte an diesen Elementen bieten würden, der kein Aluminium enthält. Wenn man unter einer Atmosphäre aus Argon gemischt mit 3% Sauerstoff arbeitet, ist der Einfluß des Aluminiums weniger ausgeprägt.

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 Schweißraupe wiederfindet, hängt ersichtlich von dem Aluminiumgehalt des Drahtes ab, aber sie wird auch durch den mehr oder weniger oxydierenden Charakter des Schutzgases, durch die Schweißbedingungen und durch die dynamische Arbeitsweise des Bogens stark beeinflußt. In der Praxis stellt man fest, daß der Gehalt an Restaluminium in der Schweißraupe zwischen V10 und '/3 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 Kerbschlagzähigkeit nimmt progressiv ab, und die Widerstandseigenschaften 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 1% in den besonderen Fällen erreichen, wo bei Schweißung in stark oxydierender Atmosphäre eine hohe Viskosität für das Schweißbad angestrebt wird, ohne daß man auf die Kerbschlagzähigkeit des Verbandes besondere Rücksicht nehmen muß.

Für Qualitätsschweißarbeiten, die in der Ebene mit starker Intensität und in einem stabilen Bogenbereich ausgeführt werden, können die günstigsten Aluminiumgehalte in den verzinkten Drähten nach der Erfindung ungefähr bei 0,25% liegen, wenn man mit ziemlich ic oxydierenden Gasen, wie reinem CCh, schweißt, und bei ungefähr 0,1%, wenn man unter wenig oxydierenden Gasen, wie einer Mischung von Argon mit 3% Sauerstoff, schweißt. Diese günstigsten 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.

20 Beispiel 1

Es wurde ein oberflächenverzinkter Stahldraht von folgender chemischer Zusammensetzung verwendet:
Kohlenstoff 0,1%

Silicium 0,5%

Mangan 1,2%

Aluminium 0,1%

Oberflächenzink 0,1%

Ein Draht dieser Zusammensetzung von gleichmäßigern 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 0,08%

Silicium 0,25%

Mangan 0,9%

Aluminium < 0,02%

Zink Spuren

und bei Schweißung unter einer Gasmischung von Argon mit 3% Sauerstoff:

Kohlenstoff 0,09%

Silicium 0,35%

Mangan 1,1%

Aluminium 0,02%

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:

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%

Silicium 0,55%

Mangan 1,50%

Aluminium 0,20%

Oberflächenzink 0,1%

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

Kohlenstoff 0,054%

Silicium 0,23%

Mangan 0,80%

Aluminium 0,035%

Dieser entsprechen folgende mechanische Eigenschaften:

R Zugfestigkeit

E Dehnungsgrenze

Kv Charpy-Kerbschlagzähigkeit

4700 bar 3700 bar 50J/cm2

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

Kohlenstoff	0,07%
Silicium	0,30%
Mangan	0,85%
Aluminium	0,35%

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

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Stahlschweißdraht zur Verwendung als Zufuhroder kontinuierliches Elektrodenmetall bei elektrischen Lichtbogenschweißungen von weichen oder schwach legierten Stählen unter Schutzgas mit einem Gehalt an desoxydierenden Elementen und einem Überzug aus einer Schicht metallischen Zinks in einer Menge zwischen 0,04 und 0,5% bei einer Mindestdicke von 0,1 Mikron, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen Aluminiumgehalt zwischen 0,10 und 0,25%, einen Siliciumgehalt zwischen 0,4 und 0,6% und einen Mangangehalt zwischen 0,5 und 2% aufweist

2. Stahlschweißdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt 0,1%, der Aluminiumgehalt 0,1%, der Siliciumgehalt 0,5%, der Mangangehalt 1,2% beträgt und die Zinkschicht einer Auflage von 0,1% entspricht.