DE1508310B2 - Lichtbogen-Schweißelektrode - Google Patents

Description

rungsbestandteilen in gekörnter Form, mit der Maßgabe, daß die Zusammensetzung der Elektrode insgesamt der genannten Zusammensetzung entspricht.

Infolge dieses Aufbaus einer erfindungsgemäßen Lichtbogen-Schweißelektrode weist das Schweißgut im geschweißten oder im geschweißten und angelassenen Zustand Martensit, Ferrit und Austenit auf. Durch Dosieren dieser drei strukturellen Elemente in bestimmter Weise wird ein Schweißgut erhalten, das eine sehr hohe Streckgrenze sowohl im angelassenen als auch im nicht angelassenen Zustand aufweist.

Ferner kann vorteilhaft das Aufheben von Spannungen bei geringeren Temperaturen durchgeführt werden, als dies bei anderen rostfreien Stählen möglich ist. So werden optimale Festigkeitseigenschaften beim Anlassen im Temperaturbereich von 550 bis 65O⁰C erhalten. Dies stellt einen Vorteil bei dem Herstellen von Druckgefäßen, Reaktoren oder anderen geschweißten Anordnungen dar, wo das Aufheben von Spannungen zweckmäßig ist. Durch Anlassen bei den angegebenen Temperaturen wird die Gefahr einer Deformation oder eines Verziehens weitestgehend verhindert. Wenn die Anordnung eine derartige Größe aufweist, daß ein vollständiges Anlassen nicht in Frage kommt, ist es in einem derartigen Fall sehr leicht, ein örtliches Aufheben der Spannungen durch eine geeignete Erhitzungsanordnung, wie z. B. einen Benzinbrenner, vorzunehmen.

Durch den erfindungsgemäß niedrigen Kohlenstoffgehalt des Schweißguts, z. B. unter 0,05 %, vorzugsweise unter 0,04 %, wird es möglich, eine Kohlenstoffabscheidung beim Anlassen und Abkühlen zu vermeiden. Der Kohlenstoff wird aus der Martensitphase in Form einheitlich verteilter Carbide ausgeschieden, so daß in den Korngrenzen kein Abscheiden oder Ausfällen erfolgt.
Es sind ausgedehnte Untersuchungen bezüglich der mechanischen Eigenschaften des Schweißgutes durchgeführt worden. Die im folgenden wiedergegebenen Werte wurden bezüglich vollständig geschweißter Proben der Type 7 C 70 nach SIS 112 113 (The Swedish Standards Association) erhalten, die von geschweißten Verbindungsstellen genommen wurden, wobei man nach II W-s Document II-C-44-59 (International Institute of Welding) oder DIN 1913 Bl. 2 (Deutsche Industrie-Normen) arbeitet.

	Streckgrenze 0,2 kg/mm2	Zerreißfestigkeit kg/mm2	%<5 5	KCV kgm/cm2	HV
Nicht angelassene Probe Angelassene Probe	50 bis 55 52 bis 57	70 bis 85 80 bis 95	10 bis 15 16 bis 22	4 bis 7 4 bis 7	240 bis 280 290 bis 310

wobei δ 5 die Dehnung einer 5 cm Probe, KCV die Kerbschlagzähigkeit und HV die Vickers Härte darstellen.

Ein Vergleich der entsprechenden Werte bezüglich Schweißgut aus herkömmlichen rostfreien Stählen ist im folgenden wiedergegeben:

Type	Wärme behandlung	Streckgrenze 0,2 kg/mm2	Zerreißfestigkeit kg/mm2	38 35	bis bis bis	5	KCV kgm/cm2	bis 11 bis 11 5 bis 1	150 140 710	HV	180 190 750
18-8 und 18-8 Mo 25-12 und 25-20 14Cr	keine keine keine	36 bis 46 35 bis 45 40 bis 50	58 bis 65 57 bis 64 60 bis 75	70	bis	50 46 15	9 8 0.'	bis 3	170	bis bis bis	710
14 Cr	angelassen	35 bis 45	55 bis 65	17	bis	78	1	bis 3	160	bis	190
17 Cr	angelassen	32 bis 40	52 bis 58	8	bis	75	1	bis 2	230	bis	250
25 Cr/5 Ni/1,5 Mo	angelassen	44 bis 54	66 bis 75		20	1		bis

Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Schweißelektrode einen Kerndraht und eine Elektrodenumhüllung auf. Nach dieser Ausführungsform besitzt der Kerndraht eine Zusammensetzung, die derjenigen des gewünschten Schweißgutes entspricht oder derselben weitestgehend entspricht. Die Umhüllung besteht aus Schlackenbildnern, Stabilisierungsmitteln und Flußmitteln, gegebenenfalls zusammen mit den Abbrand ausgleichenden Anteilen an den Legierungsbestandteilen. Ferner können Legierungselemente, Desoxidationsmittel und Plastifizierungsmittel vorgesehen sein.

Da der Kohlenstoffgehalt des Schweißgutes auf einem niedrigen Wert gehalten und das Verhältnis zwischen Ferrit, Matensit und Austenit innerhalb ziemlich enger Grenzwerte abgeglichen werden muß, wird es jedoch bevorzugt, die Analyse des Kerndrahtes selber der Analyse des Schweißgutes entsprechen zu lassen.

Im Falle einer blanken Lichtbogen-Schweißelektrode entspricht die Zusammensetzung derselben der angestrebten Zusammensetzung des Schweißgutes. Diese Ausführungsform der Erfindung ist von Interesse beim Schweißen in einer inerten Gasatmosphäre.

Ein inertes Gas wird hierbei als Schutzgas angewandt, und zwar vorzugsweise Argon oder Argon im Gemisch mit 1 bis 5 % Sauerstoff. Bei einem Schweißen im Schutzgas unter Anwendung einer Wolframelektrode als Energiezuführung wird der Draht entweder manuell eingeführt oder automatisch von einer Spule aus in die Verbindungsstelle eingeführt. Bei einem anderen Schweißverfahren wird der Lichtbogen zwischen dem Werkstück und dem Draht (die sich verbrauchende Elektrode) gehalten, der automatisch durch den Brenner zugeführt wird. In beiden Fällen ergibt sich auf die Elektrode ein Rückstoß auf Grund des seltenen Inertgases oder des Gasgemisches, wie oben angegeben. Es ist weiterhin möglich, eine reine Drahtelektrode als eine kontinuierliche Elektrode bei einem Tauchlichtbogen-Schweißverfahren anzuwen-

den. Der Lichtbogen wird hierbei zwischen dem Draht und dem Werkstück aufrechterhalten und ist durch eine Schutzabdeckung aus gekörntem Schweißpulver (sogenanntes Flußmittel) bedeckt, das in einer geeigneten Dosierung von dem Lichtbogen nach unten fließt. Das Flußmittel ist dergestalt zusammengesetzt, daß es harmonisch auf die analytische Zusammensetzung des Drahtes abgestimmt ist, d. h., dasselbe sollte eine geeignete Menge an Legierungselementen als Kompensation für den Verlust der Legierungselemente in dem Lichtbogen enthalten.

Der Metallanteil der Schweißelektrode, weiter oben als der Kerndraht bezeichnet, kann aus einem Rohr eines nicht legierten oder niedrig legierten Stahls bestehen, wobei in dem Hohlraum gekörnte Legierungselemente eingebettet sind, und zwar in der Menge und der Art, wie es für das Erzielen der angestrebten Zusammensetzung, des Schweißgutes erforderlich ist. Um diesen röhrenförmigen Draht kann dann auch eine Umhüllung angeordnet werden. Diese Umhüllung weist schlackenbildende Mittel und Flußmittel auf.

Weiter unten werden dieselben insgesamt als Flußmittel bezeichnet. Der Zweck der Flußmittel liegt darin, die Elektrode mit guten Schweißeigenschaften zu versehen, und in chemisch-metallurgischer Hinsicht wird hierdurch ein Beitrag zu dem angestrebten Ergebnis geleistet, und zwar einem reinen homogenen Schweißgut.

Die Flußmittel bestehen im wesentlichen aus CaI-ciumcarbonat, Calciumfluorid und Titandioxid. Zusätzlich zu den Flußmitteln wird eine bestimmte Menge an Legierungselementen in die Abdeckung zusammen mit Desoxidationsmitteln eingearbeitet. In den meisten Fällen müssen Legierungselemente vorliegen, um den Verlust an Legierungsgehalt des Kerndrahtes zu kompensieren, wie er bei dem Lichtbogen bedingt wird.

Ferrosilicium, Ferrotitan und Ferromangan haben sich als geeignete Desoxidationsmittel erwiesen. Da diese Ferrolegierungen trotz deren geringstmöglichem Kohlenstoffgehalt zu einer unzweckmäßigen Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes der Schweißstelle führen, sind Ferrosilicium und elektrolytisch abgeschiedenes Manganmetall bevorzugt. Mangan ist ebenfalls ein Legierungselement und wird zugesetzt, um den Verlust an Legierungselementen in dem Lichtbogen zu kompensieren, wie es der Fall bei Ferrochrom, Ferromolybdän und Nickel ist.

ίο Das Umhüllungsmaterial kann auf dem Kerndraht vermittels Eintauchen desselben in eine Suspension der oben beschriebenen und pulverisierten Legierungselemente, einem Bindemittel und Wasser aufgebracht werden. Da das Eintauchen zu zeitraubend ist, wird ein Strangpressen bevorzugt, wobei hier eine bestimmte Menge an Plastinzierungsmitteln in das Überzugsmaterial zusätzlich zu dem Flußmittel, den Legierungselementen und dem Bindemittel eingearbeitet werden muß.

Bestimmte hydratisierte Aluminiumsilikate, wie z. B. Kaolin, Bentonit und Eyrit haben sich als geeignete Plastifizierungsmittel für den Zweck ergeben,

. eine Konsistenz zu erhalten, die für ein Strangpressen unter hohem Druck geeignet ist. Im allgemeinen weisen die angegebenen Aluminiumsilikate eine nachteilige Wirkung auf die Viskosität der Schweißschlacke auf. Es hat sich somit als zweckmäßig erwiesen, den Gehalt anhydratisierten Aluminiumsilikaten auf etwa 8 Gewichtsprozent des Überzuges zu beschränken.

Durch Einführen einer bestimmten Menge an Zirkonium entweder in Form eines Oxides oder vorzugsweise als ein Silikat wird die nachteilige Wirkung der Plastifizierungsmittel neutralisiert. In diesem Fall muß ein bestimmtes Verhältnis einerseits zwischen der Menge an zusätzlichem zugesetztem Zirkoniumsilikat und dem hydratisierten Aluminiumsilikat vorliegen. Die folgende Tabelle ist ein Beispiel der erfindungsgemäß in Betracht gezogenen Zusammensetzung:

Trockene Bestandteile in Gewichtsteilen

vorzugsweise	insbesondere	Beispiel
innerhalb eines	innerhalb eines
Bereiches von	Bereiches von	35
25 bis 45	30 bis 40	31
20 bis 40	25 bis 35	4
1 bis 10	3 bis 7	5
1 bis 8	2 bis 6	7
1 bis 12	2 bis 9	18
10 bis 30	15 bis 25

Calciumcarbonat

Calciumfluorid

Titandioxid

Kaolin oder Bentonit und Eyrit

Zirkonsilikat

Desoxidationsmittel und Legierungselemente

Die Summe der Gehalte an Calciumcarbonat, Calciumfluorid und Titandioxid sollte 85% nicht übersteigen. Das Verhältnis zwischen der Menge an zuge-

Gewichtsmenge an Zirkoniumoxid Gewichtsmenge an Kaolin oder Bentonit und Eyrit 100

setztem Zirkonium und den Plastinzierungsmitteln läßt sich an Hand der folgenden Gleichung ausdrücken :

= 0,75 bis 2,5 oder vorzugsweise 1,25 bis 2,0.

Es werden zu 100 Gewichtsteilen des oben angegebenen trockenen Pulvergemisches 12 bis 22 Gewichtsteile Wasserglas als Bindemittel zugesetzt. Wasserglas kann lediglich Natriumsilikat oder ein Gemisch an Natrium- und Kaliumsilikaten darstellen.

Das molekulare Verhältnis beträgt:

SiO₂ + Na₂O = 2,8 bis 3,3
SiO₂ : K₂O = 2,9 bis 3,4

Die oben beschriebenen Elektroden und Schweißverfahren dienen vor allen Dingen für das Bearbeiten

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eines Grundmetalls als Gußstück, Blech, Stangenstahl, unter Anwenden herkömmlicher Elektroden mit 13 % geschmiedetes Eisen usw. mit Festigkeitseigenschaften Chromstahl hergestellt worden sind,
ähnlich denjenigen des angestrebten Schweißgutes. Unter der Voraussetzung, daß die Korrosionsbedin-Die erfindungsgemäße Schweißelektrode hat sich gungen geeignet sind, können die beschriebenen Elekjedoch ebenfalls als geeignet für Stähle mit 13 bis 14% 5 troden ebenfalls für das Verschweißen anderer Arten Chrom, unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten und rostfreier Stähle oder für Kombinationen für Mateeiner ferritischen-martensitischen Struktur erwiesen. rialien angewandt werden, wo gute mechanische Dabei wird eine Verschweißung erhalten, die bessere Festigkeiten und hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanische Eigenschaften als diejenigen aufweist, die Abrieb vorteilhaft für die Schweißanordnung sind.

Claims (7)

1 2 Die Erfindung betrifft blanke und umhüllte Licht-Patentansprüche: bogen-Schweißelektroden und Selenelektroden zum Verbindungs- oder Auftrag-Lichtbogenschweißen rost-

1. Blanke Lichtbogen-Schweißelektrode zum beständiger Stähle zur Erzielung eines Schweißgutes Verbindungs- oder Auftragsschweißen rostbestän- 5 mit guten mechanischen Eigenschaften, hoher Korrodiger Stähle zur Erzielung eines Schweißgutes mit sionsbeständigkeit und hoher Abriebfestigkeit,
guten mechanischen Eigenschaften, hoher Korro- Es ist bekannt, daß austenitischer rostfreier Stahl im sionsbeständigkeit und hoher Abriebfestigkeit, angelassenen Zustand eine sehr geringe Streckgrenze dadurch gekennzeichnet, daß sie aus im Vergleich mit anderen Baustählen aufweist. Die-0,01 bis 0,05% Kohlenstoff, 0,1 bis 0,9% Silizium, io jenigen Gruppen, die allgemein unter der Bezeich-0,2 bis 2,5% Mangan, 14,5 bis 18,0% Chrom, nung 18/8 bekannt sind (18% Cr, 9 bis 11% Ni), 3,5 bis 6,0% Nickel, 0,1 bis 2,0% Molybdän, 0,02 18/8 Mo (18% Cr, 11 bis 14% Ni + 1 bis 4% Mo), bis 0,12% Stickstoff, Rest Eisen und übliche Ver- 25/12 (25% Cr, 12% Ni), 25/20 (25% Cr, 20% Ni und unreinigungen besteht, mit der Maßgabe, daß die weitere sind hier ebenfalls eingeschlossen. Normaler-ZusammensetzungdieBedingungen24,5(CrÄ+NiÄ) 15 weise weist das geschmolzene Schweißgut eine gering-27 und 16 1,4-CrA-NiA 19,3 erfüllt, wobei fügig höhere Streckgrenze in angelassenem Zustand CrA = % Cr + % Si + % Mo und Niä = % auf, andererseits besitzt es jedoch geringere Dehnung Ni +0,5 (% Mn) + 30 (% C + % N) entspricht. und geringere Kerbschlagzähigkeit als das entspre-

2. Umhüllte Lichtbogen-Schweißelektrode zum chende Ausgangsmetall. Nach dem Anlassen vermit-Verbindungs- oder Auftragschweißen rostbestän- 20 tels Abschrecken neigen die Eigenschaften des Schweißdiger Stähle zur Erzielung eines Schweißgutes mit gutes dazu, denjenigen des Ausgangsmetalls zu ähneln, guten mechanischen Eigenschaften, hoher Korro- Weitere Gruppen rostfreier Stähle besitzen wesentsionsbeständigkeit und hoher Abriebfestigkeit, da- lieh höhere Werte der Streckgrenze als die austenitidurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht die Zu- sehen Stähle, andererseits besitzen dieselben jedoch sammensetzung gemäß Anspruch 1 aufweist und 25 vom Standpunkt des Schweißens aus erhebliche Nachdie Umhüllung aus Schlackenbildnern, Stabilisie- teile. Hierzu gehören die folgenden Gruppen:
rungsmitteln und Flußmitteln besteht, gegebenenfalls zusammen mit den Abbrand ausgleichenden 13 bis 14% Cr Ferrit-Martensit-Struktur,
Anteilen an den Legierungsbestandteilen. 17 bis 25 % Cr Ferrit-Struktur,

3. Schweißelektrode nach Anspruch 2, dadurch 30 25 Cr/5 Ni/1,5 Mo Ferrit-austenitische Struktur, gekennzeichnet, daß der Kerndraht aus einem unlegierten oder niedriglegierten Stahl besteht und die Wenn eine geschweißte Anordnung aus Stählen der Umhüllung sämtliche bzw. die restlichen Legie- obigen Gruppe zufriedenstellende mechanische Eigenrungsbestandteile in solchen Mengen enthält, daß schäften oder die größtmögliche Widerstandsfähigkeit die Zusammensetzung der Elektrode insgesamt der 35 gegenüber Korrosion aufweisen soll, muß ein Anlassen Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 entspricht. nach dem Schweißen durchgeführt werden. Im nicht

4. Schweißelektrode nach den Ansprüchen 2 angelassenen Zustand besitzt das Schweißgut dieser und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung Stahlgruppen sehr geringe Kerbschlagzähigkeitswerte, im Trockenzustand aus 25 bis 45, vorzugsweise 30 die gelegentlich unter 1,0 kgm/cm² liegen. Ein Anlassen bis 40 % Calciumcarbonat, 20 bis 40, vorzugsweise 4° nach dem Schweißen führt zu einem Verbessern der 25 bis 35 % Calciumfluorid, 1 bis 10, vorzugsweise Kerbschlagzähigkeit in einem gewissen Ausmaß, 3 bis 7 % Titandioxid, 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6 % jedoch erreicht selbst das angelassene Schweißgut Plastifizierungsmittel, 1 bis 12, vorzugsweise 2 bis selten Werte der Kerbschlagzähigkeit von über 2 bis 9 % Zirkonoxid oder Zirkonsilikat, 10 bis 30, vor- 3 kgm/cm².

zugsweise 15 bis 25% Legierungselementen und 45 Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird

Desoxidationsmitteln, besteht. darin gesehen, eine Lichtbogen-Schweißelektrode zu

5. Schweißelektrode nach Anspruch 4, dadurch schaffen, die ein Schweißgut mit den eingangs genanngekennzeichnet, daß die Summe der Gehalte an ten Eigenschaften ergibt.

Calciumcarbonat, Calciumfluorid und Titandioxid Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Licht-

85 % nicht übersteigt. 5° bogen-Schweißelektrode aus 0,01 bis 0,05 % Kohlen-

6. Schweißelektrode nach Anspruch 4, dadurch stoff, 0,1 bis 0,9 % Silizium, 0,2 bis 2,5 % Mangan, gekennzeichnet, daß sich das Verhältnis zwischen 14,5 bis 18,0% Chrom, 3,5 bis 6,0% Nickel, 0,1 bis den Anteilen an Zirkoniumoxid bzw. Zirkonium- 2,0% Molybdän, 0,02 bis 0,12% Stickstoff, Rest Eisen silikat und Plastifizierungsmittel auf 0,75:1 bis und übliche Verunreinigungen besteht, mit der Maß-2,5 : 1, vorzugsweise 1,25 : 1 bis 2,0:1 beläuft. 55 gäbe, daß die Zusammensetzung die Bedingungen

7. Selenelektrode zum Verbindungs- oder Auf- 24 5 < (Cr- 4- Ni-) < 27
trag-Lichtbogenschweißen rostbeständiger Stähle ' "~~ ^{A A} —

zur Erzielung eines Schweißgutes mit guten mecha- und 16 < 1,4 · CrA — Niä < 19,3 erfüllt, wobei CrA nischen Eigenschaften, hoher Korrosionsbestän- = % Cr + % Si + % Mo und Ni = % Ni + 0,5 digkeit und hoher Abriebfestigkeit, dadurch ge- 5o (% Mn) + 30 (% C + % N) entspricht,
kennzeichnet, daß der rohrförmige Mantel aus un- Im Falle einer umhüllten Lichtbogen-Schweißeleklegiertem oder niedriglegiertem Stahl und die Kern- trode besteht dabei die Umhüllung aus Schlackenfüllung aus den Legierungsbestandteilen in ge- bildnern, Stabilisierungsmitteln und Flußmitteln, gekörnter Form besteht, mit der Maßgabe, daß die gebenenfalls zusammen mit den Abbrand ausgleichen-Zusammensetzung der Elektrode insgesamt der 65 den Anteilen an den Legierungsbestandteilen.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 entspricht. Bei Verwendung einer Selenelektrode besteht der

rohrförmige Mantel aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl und die Kernfüllung aus den Legie-