DE1533543B2

DE1533543B2 - Schweißelektrode

Info

Publication number: DE1533543B2
Application number: DE1533543A
Authority: DE
Inventors: Tomokazu Godai; Tohru Sugiyama
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1966-02-20
Filing date: 1967-02-20
Publication date: 1974-12-12
Also published as: DE1533543A1; GB1182464A; FR1515306A; SE343779B; NO120343B; DE1533543C3; BE694285A; DK125164B; NL6702556A; US3524765A; NL151286B

Description

Tabelle 2
1. Chemische Zusammensetzung (%)

C	Mn	Si	P	S	Ni
<0,13	< 0,90	0,15/0,30	< 0,035	< 0,035	8,50 9,50

Die Erfindung betrifft eine Schweißelektrode zum Lichtbogenschweißen eines 9%-Ni-Stahls, bestehend aus einem Kerndraht aus legiertem Stahl und einer als Flußmittel dienenden Umhüllung.

Auf Grund des ständig steigenden Industriebedarfs an Gas, insbesondere in flüssiger Form, gewinnen solche Werkstoffe immer größere Bedeutung, welche die bei der Verflüssigung von Gas auftretenden tiefen Temperaturen ohne Schädigung vertragen können. Um einen Anhaltspunkt hinsichtlich der vorkommenden Temperaturbereiche zu vermitteln, sind in Tabelle 1 die Siedepunkte einiger am häufigsten benutzter Gase aufgeführt.

Tabelle 1
Siedepunkte einiger am häufigsten benutzter Gase

Propylen. - 47°C

CO₂ - 78,5°C

Acetylen - 84°C

Äthan - 89°C

Äthylen -103⁰C

Methan -151°C

Sauerstoff - 183°C

Argon -186°C

Stickstoff -196°C ,

Wasserstoff -253°C ^Μ

Helium -269°C

m allgemeinen kommen bei den jeweils angegebenen Temperaturbereichen folgende mit Nickel legierte Stähle in Anwendung: Stahl mit einem Nickelgehalt von 3,5% bis - 100°C, Stahl.mit einem Nickelgehalt von 9% in einem Temperaturbereich von — 100⁰C

2.	Zugfestigkeit	Dehnung
	Streckgrenze	> 22%
30 Ungeschweißtes Material Schweißnaht	70,3—84,4 kg/mm² > 52,7 kg/mm² > 66,8 kg/mm²

3. Kerbschlagzähigkeit (2-mm-V-Rille - 196°C)

Wärmebehandlung

Härten.

2stufiges

Normal in ieren
und Härten

Abmessungen (mm)

Kerbschlagzähigkeit

2,5 X 10 X 55

5 χ 10 χ 55

7,5 χ 10 χ 55

10 χ 10 χ 55

2,5 χ 10x55

5 χ 10 χ 55

7,5 χ 10 χ 55

10 χ 1Ox 55

2.1 kp-m

2.7 kp-m

3.2 kp-m 4,2 kp-m

1.8 kp-m 2,2 kp-m 2,7 kp-m 3,5 kp-m

4. B e i s ρ i e 1 1 Chemische Zusammensetzung (%)

Härten

C	Mn	Si ■	P	on	Ni
0,06	0,41	0,24	0,009	0,004	8,84

Mechanische Eigenschaften

Streckgrenze

77,0 kp/mm²
82,0 kp/mm²

Dehnung

Kerbschlagzähigkeit (2 mm V)

32,0%

9,3

Bis jetzt ist lediglich eine in England hergestellte Schweißelektrode zum Schweißen des vorgenannten Stahles bekannt. Zusammensetzung und Eigenschaften einer derartigen Schweißelektrode sind aus den Tabellen 3 und 4 ersichtlich:

Tabelle 3
Chemische Zusammensetzung (%)

IO

C	Mn	Si	Ni	Cr	Nb	Mo	Fe
0,05	1,69	0,20	70,41	14,77	1,86	0,61	8,32

Tabelle 4

Mechanische Eigenschaften des mit dem Schweißdraht nach. Tabelle 3 geschweißten Stahls

20

Streckgrenze	Dehnung	Kerbschlagzähigkeit (2V, -196-C)
65,1 kp/mm²	45%	12,71 kp-m/cm²

Eine solche Schweißelektrode ist sehr teuer, da sie große Mengen an Nickel aufweist und der Ausschuß bei der Herstellung relativ groß ist, was auf den Gehalt an Nb neben Nickel zurückzuführen ist. Die Kosten für die Herstellung dieser Schweißelektroden sind sogar so hoch, daß sie ungefähr 20 bis 30% der Gesamtkosten des zu verschweißenden 9%-Ni-Stahles betragen.

Der thermische Ausdehnungskoeffizient dieser bekannten Schweißelektrode beträgt ungefähr 9,7 ■ 10~⁶/ ⁰C und unterscheidet sich somit recht beträchtlich von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines 9%-Ni-Stahles, der etwa bei 8,6 · 10~⁶/°C liegt. Auf Grund der Unterschiede in 'den thermischen Ausdehnungskoeffizienten entstehen beim Verschweißen des 9%-Ni-Stahles mittels dieser Schweißelektrode in der Regel recht hohe Spannungen, was naturgemäß sehr nachteilig ist. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß insbesondere beim vertikalen, aber auch beim Uberkopfschweißen große Schwierigkeiten entstehen, die insbesondere auf die Bildung von Blasen zurückzuführen sind.

Es sind zwar schon Schweißelektroden der eingangs genannten Art bekannt (OE-PS 201 966 und GB-PS 980 357), jedoch ist auf der jeweils nur angenähert angegebenen Zusammensetzung dieser Schweißelektroden ebenfalls nicht gewährleistet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der Schweißnaht denjenigen des Grundwerkstoffes entspricht. Es kann demnach mit solchen Schweißelektroden die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch nicht gelöst werden.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem genannten Stand der Technik, darin gesehen, die erwähnten Nachteile zu. beseitigen und eine Schweißelektrode der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die wesentlich billiger ist als die bekannten Schweißelektroden sowie gut verschweißt und verarbeitet werden kann. Insbesondere soll durch die Verwendung der zu schaffenden Schweißelektrode der thermische Ausdehnungskoeffizient der Schweißnaht gleich dem des Grundwerkstoffes sein.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Schweißelektrode ergeben sich aus dem Anspruch.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

F i g. 1 eine graphische Darstellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines mit Nickel legierten Stahls,

F i g. 2 eine graphische Darstellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines mit Nickel und Chrom legierten Stahls.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist der thermische Ausdehnungskoeffizient am niedrigsten bei einem Nickelgehalt von 35%. Eine Legierung mit einem Gehalt von 9% Nickel, 30% Nickel oder 50% Nickel ist deshalb besonders wünschenswert, um eine Legierung zu erhalten, die den thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines 9%-Ni-Stahles aufweist. Ein 9%-Ni-Stahl hat zwar einen günstigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, jedoch eine sehr niedrige Kerbschlagzähigkeit. Aus diesem Grund kann ein Schweißdraht mit einem Nickelgehalt von 9% nicht benutzt werden. Ein Schweißdraht mit einem Nickelgehalt von 9% weist jedoch nur dann eine niedrige Kerbschlagzähigkeit auf, wenn er nach dem Schweißen nicht wärmebehandelt wird, während das Grundmaterial gute mechanische Festigkeitswerte aufweist, was auf die Wärmebehandlung vor dem Schweißen zurückzuführen ist. Deshalb kann ein 9%-Nickel-Schweißdraht zum Schweißen nicht benutzt werden, indem dem Eisen lediglich Nickel zulegiert wird. Andererseits weisen Schweißdrähte mit einem Nickelgehalt von 30 oder 50% eine sehr niedrige Zugfestigkeit im Vergleich zu der des Grundwerkstoffes auf und besitzen eine Streckgrenze, die etwa bei 48 bis 53 kp/mm² liegt. Derartig niedrige Festigkeitswerte sind nicht ausreichend für Schweißelektroden zum Schweißen von 9%-Ni-Stählen.

Aus diesem Grund muß in geeigneter Weise die Zugfestigkeit erhöht werden. Im allgemeinen wird zu diesem Zweck der Kohlenstoffgehalt erhöht. Bei einer Fe-Ni-Legierung kann jedoch die Zugfestigkeit nicht dadurch erhöht werden, daß große Mengen Kohlenstoff hinzugegeben werden, zumal hierdurch die Duktilität herabgesetzt wird.

Erfindungsgemäß hat sich nun gezeigt, daß die Zugfestigkeit einer Fe-Ni-Legierung wesentlich verbessert werden kann, wenn Cr hinzulegiert wird, wobei eine bestimmte Menge Kohlenstoff vorhanden sein muß. Die Durchschnittswerte des thermischen Ausdehnungskoeffizienten einer derartigen Fe-Ni-Cr-Legierung sind für einen Temperaturbereich von 0, bis -196°C in Fig. 2 dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, daß es schwierig ist, den Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines 9 %-Ni-Stahls zu erhalten, wenn der Nickelgehalt ungefähr 30% beträgt. ^:

■r Es zeigt sich somit, daß der Nickelgehalt ungefähr 50% betragen muß und daß der Einfluß von Cr auf die Zugfestigkeit des Schweißmaterials sehr günstig ist, wenn der Cr-Gehalt bis auf 18% vergrößert wird. Trotzdem kann durch eine derartige Maßnahme keine genügende Zähigkeit der Schweißnaht erhalten werden, weshalb die Zugabe von weiteren Legierungselementen erforderlich ist. Aus diesem Grund wurde eine Reihe von Versuchen mit Nb, Mo, V, W, Co, Mn, Si usw. durchgeführt. Diese Legierungselemente wurden insbesondere einer Ni-Cr-Fe-C-Legierung

hinzugegeben, wobei die mechanische Festigkeit erhöht werden konnte. Hierbei wurden folgende Ergebnisse erzielt:

1. Nb vergrößerte die Zugfestigkeit, während die Zähigkeit herabgesetzt wurde, weshalb Brüche

in der Schweißnaht auftraten.

2. Durch die Zugabe von W oder V wurde die Zugfestigkeit leicht erhöht, während die Zähigkeit stark herabgesetzt wurde. Der Widerstand gegen Risse wurde ebenfalls erniedrigt.

3. Co übte sowohl auf die Festigkeit als auch auf die Zähigkeit einen nur sehr geringen Einfluß aus.

4. Durch Mo wurde die Zugfestigkeit erhöht, wobei zu große Mengen keine nennenswerte Wirkung mehr zeigten. Die Erniedrigung der Zähigkeit war im Vergleich zu den durch die Zugabe von anderen Elementen erzielten Ergebnissen relativ gering. Weiterhin wurde der Widerstand gegen Risse und Brüche erhöht.

5. Mn zeigte keinen Einfluß auf die Zugfestigkeit, reduzierte jedoch in geringem Maße die Zähigkeit und verbesserte den Widerstand gegen Rißgefahr.

6. Si wies keinen großen Einfluß auf die Zugfestigkeit und Zähigkeit auf, verringerte jedoch sehr stark den Widerstand gegen Risse. Es empfiehlt sich daher, den Si-Gehalt gering zu halten.

Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, daß Moeine Erhöhung der Zugfestigkeit der Fe-Ni-Cr-Legierung bewirkt, während die Zähigkeit nur unwesentlich herabgesetzt wird. Durch Mo und Mn wird der Widerstand gegen Rißgefahr erhöht.

Aus Tabelle 5 ist der Einfluß von Ni und Cr auf die mechanische Festigkeit ersichtlich. Hierbei zeigt sich, daß ein Gehalt von Ni unter 42% oder über 52% nicht wünschenswert ist, da der thermische Ausdehnungskoeffizient einen Wert von 9,0 · 10~⁶/°C übersteigt. Der Nickelgehalt des Schweißdrahtes soll deshalb zwischen 42 und 52% liegen. Der Cr-Gehalt soll bei 11 bis 16% liegen, da bei Werten unter 11% die Zugfestigkeit nicht mehr ausreichend ist und bei Werten über 16% die Kerbschlagzähigkeit ungenügend ist. Die obere Grenze für den Cr-Gehalt liegt tatsächlich jedoch bei 17%, da die Schweißnaht nur 95% des Cr-Gehalts der Schweißelektrode aufweist. Die Zugfestigkeit von 64 kp/mm² des Schweißmaterials erhöht sich in der Schweißnaht bei einem 9%-Ni-Stahl auf einen Wert von 66,8kp/mm², was darauf zurückzuführen ist, daß die Festigkeit der Schweißstelle die Festigkeit des Grundmaterials erhöht.

Tabelle 5
Einfluß von Ni, Cr auf die Schweißung bzw. Schweißnaht eines 9%-Ni-Stahls

Nr.	C	Mn	Chemische Zusammensetzung des verschweißten Stahles (%)	Cr	Ni	Mo	Mechanische Eigenschaften	A	B	C
	0,17	3,27	Si	15,24	39,27	2,10	67,2	8,92	10,41
1	0,19	3,21	0,18	13,72	41,85	2,34	68,9	8,73	9,31
2	0,16	3,42	0,20	13,21	45,27	2,52	65,4	8,99	8,53
3	0,18	3,63	0,24	13,63	48,71	2,47	65,8	9,53 -	8,62
.4	0,21	3,02	0,20	13,59	50,42	2,31	68,2	9,71	8,83
5	0,17	3,71	0,23	13,41	53,32	2,46	66,6	8,84	9,18
6	0,19	2,82	0,19	10,21	49,29	2,10	62,1	12,62	8,76
7	0,17	3,41	0,17	11,76	48,03	2,15	64,9	10,73	8,52
8	0,18	3,02	0,23	15,42	47,02	2,42	68,9	5,32	8,80
9	0,18	2,96	0,18	17,37	46,71	2,31	70,7	3,56	8,83 .
10		0,19

A = Zugfestigkeit (kp/mm²).

B = Kerbschlagzähigkeit (kp-m/cm², 2V -196"C).

C = Wärmeausdehnungskoeffizient (-10"7⁰C₁O bis -196^r'C).

Aus Tabelle 6 ist der Einfluß von Kohlenstoff auf die Zugfestigkeit und Zähigkeit ersichtlich. Bei einem effektiven Kohlenstoffgehalt der Schweißnaht von weniger als 0,14% ist die Festigkeit ungenügend, während bei einem Kohlenstoffgehalt der Schweißnaht von mehr _tals 0,25% die Kerbschlagzähigkeit sowie die Widerstandsfähigkeit gegen Risse absinken. Der Kohlenstoffgehalt der Schweißnaht soll deshalb in einem Bereich von 0,14 bis 0,25% liegen. Von dem ursprünglichen Kohlenstoffgehalt des Kerndrahtes liegen jedoch in der Schweißnaht im allgemeinen nur 20% vor, weshalb der Kerndraht ungefähr einen Kohlenstoffgehalt von 1,3%, bezogen auf das Gewicht des Kerndrahtes, aufweisen muß, um einen Kohlenstoffgehalt von 0,25% in der Schweißnaht zu gewährleisten.

Es ist jedoch auch möglich, durch eine geeignete Zusammensetzung der Umhüllung des Kerndrahtes Kohlenstoff in die Schweißnaht und in die verschweißten Teile einzuführen. Der effektive Kohlenstoffgehalt der Schweißnaht beträgt in diesem Fall etwa 40% des Kohlenstoffgehaltes der Umhüllung.

Es ist deshalb erforderlich, die dementsprechende Menge Kohlenstoff in der Umhüllung vorzusehen, um daraus die erforderliche Menge Kohlenstoff für die Schweißnaht zu erhalten.

7 8

Tabelle 6
Einfluß von C auf die Schweißung bzw. Schweißnaht eines 9%-Ni-Stahls

	C	Mn	Chemische Zusammensetzung	Cr	■ Ni	Mo	Mechanische Eigenschaften	B	D
Nr.	0,11	3,47	des verschweißten Stahles (%)	13,42	47,21	2,47	A	13,71	0
	0,14	3,03	Si	14,31	47,36	2,41	60,37	11,45	5
11	0,23	3,11	0,27	12,97	47,25	2,52	63,94	7,82	0
12	• 0,26	3,19	0,19	14,03	47,41	2,26	70,61	3,91	13
13	0,29	3,17	0,21	13,63	47,29	2,17	70,92	2,19	41
14		0,25			73,82
15		0,18

A = Zugfestigkeit (kp/mm²).

B = Kerbschlagzähigkeit (kp-m/cm², 2V -196"C). .

D = Risse in der Schweißnaht (%). Ausgenommen lochförmige Brüche. Die Versuche wurden entsprechend der JISC JIG Restriction-

Methode durchgeführt. Der Grundwerkstoff war ein 9%-Ni-Stahl mit 25 mm Dicke und einem Spalt bzw. einer Rille von 2 mm.

Der elektrische Gleichstrom wies eine Stärke von 120 A auf.

Aus Tabelle 7 ist der Einfluß von Mo und Si ersichtlich. Wenn der Mn-Gehalt 2% übersteigt, wird die Rißgefahr der Schweißnaht herabgesetzt. Bei einem Mn-Gehalt von mehr als 6% wird jedoch die Zugfestigkeit vermindert. Deshalb soll der Mn-Gehalt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 6% liegen. Auf Grund der Tatsache, daß nur 65% des Mn-Gehalts des Kerndrahtes bzw. der Umhüllung in der Schweißnaht verbleiben, muß der Mn-Gehalt des Kerndrahtes 3 bis 9% betragen. Gegebenenfalls kann jedoch ein geeigneter Mn-Gehalt der Schweißnaht auch durch die Umhüllung der Elektrode erzielt werden.

Tabelle 7
Einfluß von Mn, Mo, Si auf das Schweißen bzw. auf die Schweißnaht eines 9%-Ni-Stahls

Nr.	C	Mn	Chemische Zusammensetzung des verschweißten Stahles (%)	Cr	Ni	Mo	Mechanische Eigenschaften	B	D
	0,18	1,65	Si	13,51	49,37	2,11	A	8,86	37 ·.
16	0,19	2,46	0,19	13,43	49,12	2,26 ■	67,2	8,74	10
17	0,19	4,13	0,21	13,03	47,93	2,25	67,4 -	8,32	0
18 :	0,17	5,76	0,22	12,83	48,52	2,18	65,3 .	'' 9,57 '	' 0
19	0,19 .	6,41	0,24	12,91	47,67	2,14	64,2.:.	6,41	.-.·■!: 0 ;
20	0,18	3,11	0,21	13,14	47,21	0,16	.62,7 ,	13,10	■ 12 :
21	0,18	2,97	0,25	12,76	47,63	1,21 ·	61,9	11,29 ·	_: .... ₃
22	0,19	2,83	0,23	13,59	48,14	3,70 '	64,2	7,53	^: 0
23	0,17	3,41	0,18	14,08	47,51	4,24	66,3	.7,89	0 .
24 ■	0,18	3,27	0,19	13,26	46,90	5,63	68,2	3,92	.. 0
25	0,16	3,51	0,23	13,77	48,92	2,16	67,3	8,65	■ '33
26	.. 0,23	2,93	0,52	14,25	50,30	2,30	65,9 .·.	■■7,21 -^;	16'
27		0,37		• 69,2

Die Bedeutung von A, B und D entspricht derjenigen _5<3 gemäß Tabelle 6.

Durch Mo wird auch die Zugfestigkeit der Schweißnaht erhöht. Wenn jedoch der Mo-Gehalt 4% übersteigt, verringert sich die Erhöhung der Zugfestigkeit, wobei gleichzeitig ein starker Abfall der Kerbschlag-Zähigkeit auftritt. Ein Mo-Gehalt von mehr als 4% ist deshalb nicht empfehlenswert. Der Mo-Gehalt der Schweißnaht soll deshalb in einem Bereich von 1 bis 4% liegen, da die Zugfestigkeit bei Mo-Werten von weniger als 1 % ungenügend ist. Der Mo-Gehalt O₀ des Kerndrahtes geht zu 95% in die Schweißnaht über, weshalb der Kerndraht tatsächlich einen Mo-Gehalt von 1 bis 4,5% aufweisen soll. Unter Umständen kann jedoch auch durch eine geeignete Wahl der Kerndraht-Umhüllung die gewünschte Menge an Mo in der Schweißnaht eingestellt werden.

Durch Si wird die Rißgefahr erhöht, weshalb der Si-Gehalt so gering wie möglich, d.· h. unter 0,3%, gehalten werden soll. Der Gehalt an Fe-Si, das als Desoxidationsmittel gewöhnlich in Verbindung mit einer Schweißelektrode benutzt wird, soll deshalb so, niedrig wie möglich sein, und es empfiehlt sich, arc Stelle von Fe-Si als Desoxidationsmittel Fe-Ti oder Fe-Al zu benutzen. Durch Al wird die Rißgefahr erhöht, weshalb als Desoxidationsmittel bevorzugt Fe-Ti benutzt wird. -:-■■■-■■'-■■■-■■ ,-■ ;.^:.;^.^..: ::._.-Der erfindungsgemäßen - Schweißelektrode mit einem Nickelgehalt von 42 bis 52% und einem Chromgehalt von 11 bis 17% werden somit 3 bis 9% Mn, 1 bis 4,5% Mo und 0,1 bis 1,3% C hinzugegeben. Mn, Mo und C können dabei entweder dem Kerndraht der Schweißelektrode oder auch der als Flußmittel dienenden Umhüllung zugegeben sein. Wenn eine derartige Schweißelektrode zum Schweißen benutzt wird, weist die Schweißnaht denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten auf wie das Grundmaterial. Außerdem sind ausgezeichnete mechanische Eigen-

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schäften vorhanden, und die Schweißung kann ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden.

Schweißelektroden mit hohem Nickelgehalt neigen leicht zur Blasenbildung, weshalb beim vertikalen Schweißen und Uberkopfschweißen ein Gasschutz vorhanden sein muß. Hierbei wird vorzugsweise ein Flußmittel mit niedrigem Wasserstoffgehalt, das große Mengen Kalkstein enthält", als Umhüllung verwendet. Aus verschiedenen Versuchsergebnissen hat sich gezeigt, daß ein Gehalt von mehr als 4,5% COj (bezogen auf das Gewicht des Stahlkerns) notwendig ist, um zur Vermeidung von Blasenbildung beim Schweißen den erforderlichen Gasschutz zu erzielen. Das die Umhüllung des Kerndrahtes bildende Flußmittel muß deshalb einen Kalksteingehalt von 34 bis 70% (bezogen auf das Gesamtgewicht des Flußmittels) aufweisen. Der Gehalt an Kalkstein ist nach unten auf einen Wert von 34% begrenzt, wodurch gerade noch Blasenbildung verhindert werden kann. Die obere Grenze des Kalksteingehalts ist dadurch gegeben, daß das Schweißen nicht beeinträchtigt werden darf. Ein Teil des Kalksteins wird durch Karbonate der Erdalkalimetalle ersetzt.

Wie erwähnt, wird Fe-Ti allein oder in Verbindung mit Fe-Si dem die Umhüllung bildenden Flußmittel als Desoxidationsmittel hinzugegeben. Sowohl Fe-Si als auch Fe-Ti dienen zur Verhinderung von Blasenbildung. Es ist notwendig, mehr als 1,5% Fe-Si, das 50% Si enthält, zur Verhinderung der Blasenbildung zuzugeben, wenn Fe-Si allein benutzt wird. Durch eine derartige Maßnahme wird jedoch der Si-Gehalt in der Schweißnaht erhöht, was insbesondere in bezug · auf die Rißgefahr sehr nachteilig ist. Deshalb wird der Gehalt an Fe-Si verringert und durch Fe-Ti ersetzt. Die Menge an Fe-Ti wird so bestimmt, daß die Menge an (Fe-Si) +.(Fe-Ti) — mit einem Gehalt von 50% Si und 45% Ti — mehr als 1,5% des Gewichts des Stahlkerns beträgt, weshalb der Si-Gehalt unter 1% liegt. Bei einer Schweißelektrode, bei der das Gewicht der Umhüllung 35% des Gesamtgewichts ausmacht, muß der Gehalt an (Fe-Si) + (Fe-Ti) mehr als 3% des Flußmittels und der Gehalt an (Fe-Si) weniger als 2% des Flußmittels betragen. Bei einer Schweißelektrode, die eine Umhüllung von 20 Gewichtsprozent aufweist, muß der Gehalt an (Fe-Si) + (Fe-Ti) über 6% liegen und der Gehalt an (Fe-Si) unter 4%. Wenn der Gehalt an Ti im Flußmittel über 9% liegt, wird die Verbindungsfähigkeit des Schweißmaterials mit dem Grundmaterial verringert, weshalb der Gehalt an Fe-Ti so bestimmt wird, daß der Ti-Gehalt weniger als 9% des Flußmittels beträgt.

Bezüglich der Zusammensetzung des Flußmittels ist darauf zu achten, daß ein,e geeignete Menge an Flußspat, Rutil, Silikasand und ähnlichen Stoffen vorliegt. Durch einen Gehalt von 2 bis 5% Glimmer wird erreicht, daß das Flußmittel sich in einfacher Weise als Umhüllung ausbilden läßt, wobei eine geeignete Menge an Wasserglas als Bindemittel benutzt wird. Durch den Flußspat wird die Fließfähigkeit des Flußmittels gefördert, wobei jedoch zu beachten ist, daß ein Gehalt von weniger als 15% nicht ausreicht, während ein Gehalt von mehr als 35% dazu führt, daß der Lichtbogen instabil wird, wobei Blasen entstehen. Der Gehalt an Flußspat soll deshalb innerhalb der vorgenannten Grenzen liegen.

Silikasand dient zur Erhöhung der Affinität der Schweißraupe. Ein Gehalt von mehr als 10% bewirkt jedoch eine Reduktion von Si, wodurch Si in das Schweißmaterial eingelagert wird, was die vorgenannten Nachteile zur Folge hat. Der Gehalt an Silikasand muß deshalb unter 10% liegen. Zur Erzielung der gewünschten Affinität muß jedoch mindestens ein Gehalt an Silikasand in Höhe von 2% vorhanden sein.

Rutil dient zur Stabilisierung des Lichtbogens und wird in einer Menge von 1 bis 8% verwendet, da ein Gehalt von mehr als 8% die Affinität der Schweißraupe beeinträchtigt.

Mit dem Flußmittel der beschriebenen Zusammensetzung werden sehr gute Ergebnisse erzielt. In Tabelle 8 sind einige Beispiele für erfindungsgemäße Schweißelektroden dargestellt, bei denen die als Flußmittel dienende Umhüllung mit einer 15%igen Natriumsilikatlösung (Be 43°) mit dem Kerndraht verbunden wurde. Sämtliche aufgeführten Schweißelektroden dienen zum Lichtbogenschweißen von 9%-Ni-Stählen. Die mechanischen Festigkeiten sind in Beispiel 1 und 2 in Tabelle 9 dargestellt.

Die Schweißung wurde als Stumpfschweißung mit dem unter (4) in Tabelle 2 aufgeführten 9%-Ni-Stahl durchgeführt, wobei der Winkel der Abschrägung 60° betrug, so daß eine V-förmige Nut gebildet wurde. Es wurde eine Schweißelektrode gemäß Beispiel 1 benutzt. Anschließend wurde auf der Rückseite die Schweißraupe um eine Schichtdicke abgetragen und eine nochmalige Schweißung durchgeführt. Aus der Schweißnaht wurden einige Proben zur Durchführung von Versuchen herausgeschnitten. Die hierbei erzielten Ergebnisse sind in Beispiel 3 in Tabelle 9 aufgeführt. Beim Biegeversuch — Biegung um 180° — wurden bei einem Biegeradius von 19 mm keinerlei Beeinträchtigungen oder Risse festgestellt.

Tabelle 8

	Beispiel I	Beispiel 2
Stahlkern Ni	47,36 13,21 4,13 0,27 0,03 0,15 Rest 40 20 5 7 5 12 3 2 2 4 Atmo sphäre 20%	46,57 12,41 3,29 0,10 0,05 2,37 Rest 45 23 5 7 5 4 3 2 2 4 Vakuum 20%
Cr
Mn
Si
C
Mo
Fe.
Flußmittel (Umhüllung) Kalkstein Flußspat Rutil
Silikasand Fe-Mn (75%) Fe-Mo (70%) Fe-Ti (45%) Fe-Si (50%) metallisches Cr. ..... Graphit Glimmer Schmelzen des Stahlkerns .. Gewicht des Flußmittels (be zogen auf das Gesamtge wicht der Schweißelektrode)

11 12

Tabelle 9 Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften des geschweißten Stahls

Bei	C	Mn	Chemische Zusammensetzung (%)	Ni	Cr	Mo	A	Mechanische	Eigenschaften	E
spiel	0,18	3,69		46,92	13,59	2,01	65,8		C	33
1	0,17	3,52		46,31	12,17	2,20	67,4		8,7	32
2	—	—		—	—	—	70,3		8,7	—
3							8,7
	Si		B
0,29		8,72
0,18		8,51
—		9,82

Die Bedeutung von A, B und C entspricht derjenigen gemäß Tabelle 5. Unter E ist die Dehnung in % zu verstehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Schweißelektrode zum Lichtbogenschweißen eines 9%-Ni-Stahles, bestehend aus einem Kerndraht aus legiertem Stahl und einer als Flußmittel dienenden Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht 42 bis 52% Ni und 11 bis 17% Cr enthält, daß entweder der Kerndraht oder die Umhüllung 3 bis 9% Mn, 1 bis 4,5% Mo und 0,1 bis 1,3% C, bezogen auf das Gewicht des Kerndrahtes, enthalten, wobei Fe die einzige verbleibende Komponente des Kerndrahtes ist, daß die als Flußmittel dienende Umhüllung ein Gewicht von 20 bis 35% des Gesamtgewichts der Schweißelektrode besitzt und 34 bis 70% eines Karbonats eines Erdalkalimetalls, 15 bis 35% Flußspat, 1 bis 8% Rutil, 2 bis 10% Silikasand, 2 bis 5% Glimmer und eine geeignete Menge eines Bindemittels enthält, das die als Flußmittel dienende Umhüllung weiterhin entweder (Fe-Ti) allein oder (Fe-Ti) zusammen mit (Fe-Si) enthält, wobei der Gehalt von (Fe-Si) und (Fe-Ti) mehr als 3% des Flußmittels beträgt und der Gehalt von (Fe-Si) weniger als 2% (einschließlieh 0%) des Flußmittels beträgt, berechnet unter der Bedingung, daß der Gehalt von Si bei (Fe-Si) zu 50% und der Gehalt von Ti bei (Fe-Ti) zu 45% angenommen ist, und daß der Gehalt von Ti weniger als 9% des Flußmittels beträgt.

und - 196°C, Stahl mit einem Nickelgehalt von 36% bei Temperaturen niedriger als — 196° C.

Die Schweißelektrode, mit der sich die Erfindung befaßt, kann zum Schweißen von Stahl mit einem Nickelgehalt von ungefähr 9% benutzt werden, d. h. für einen Stahl, der bei Temperaturen im Bereich von — 196°C zur Anwendung kommt.

Ein derartiger 9%-Ni-Stahl weist im allgemeinen einen niedrigen Kohlenstoffgehalt sowie eine hohe Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit auf. Die Zugfestigkeit kann z. B. 70,3 kp/mm² bei Raumtemperatur betragen. Die Kerbschlagzähigkeit (nach C h a r ρ y) beträgt 3,5 mkp bei einer Temperatur von — 196° C, wobei eine V-förmige Rille von 2 mm benutzt wurde.

Die wichtigsten Werte und Eigenschaften eines 9%-Ni-Stahles sind aus Tabelle 2 ersichtlich.