DE1540868C3 - Hochleistungs-Preßmantelschweißelektrode - Google Patents

Description

berührenden Kanten schräg zugeschnitten sind. Der hierdurch entstehende, im Querschnitt V-förmige Spalt wird mit Schweißgut gefüllt. Als Kehlnaht bezeichnet man eine Verbindungsschweißung, bei der ein Blech senkrecht auf einem anderen Blech steht. Beim Schweißen wird die Elektrode an der berührenden Kante des aufgesetzten Bleches entlanggeführt und damit der 90°-Winkel zwischen beiden Blechen in Nähe des Scheitelpunktes mit Schweißgut ausgefüllt. Wird hierbei die berührende Kante des aufgesetzten Bleches aufgeschmolzen, so spricht man von gutem Wurzeleinbrand (vgl. auch DIN 8551).

Wird die Schweißgutausbeute hingegen durch Steigerung des Eisenanteiles in der Elektrodenhülle erhöht, dann zeigt die Elektrode bei Verwendung der nach dem Stand der Technik üblichen Eisenpulver mit einem Schüttvolumen von 27 ml/100 g und mehr (Rüttelvolumen 24 ml/100 g und mehr) einen derartig gutleitenden Krater, daß der Lichtbogen nicht ausschließlich auf dem Kerndraht fußt, wodurch eine fehlerfreie Verschweißung unmöglich ist. »Schüttvolumen« ist das Volumen, welches das Pulver nach dem Einschütten in einen Meßzylinder einnimmt und dort an der Marke abgelesen wird (z. B. nach DIN 53468); »Rüttelvolumen« ist das Volumen, welches sich in dem Meßzylinder erst nach intensivem Stampfen und Rütteln einstellt.

Völlig überraschend hat sich demgegenüber herausgestellt, daß erfindungsgemäß Elektroden mit Schweißgutausbeuten von über 230 °/₀, vorzugsweise 240 °/₀ und mehr, hergestellt werden können, wenn das Eisenpulver ihrer Umhüllung ein niedrigeres Schütt- und Rüttelvolumen besitzt, was durch glatte, abgerundete und kugelige Teilchenform und möglichst geringe Porosität der Körner erreicht werden kann, wobei eine geeignete Teilchengrößenverteilung (z. B. etwa 30°/₀ über 0,2 mm Durchmesser, etwa 25°/₀ 0,1 bis 0,2 mm Durchmesser, Rest unter 0,1 mm Durchmesser) förderlich ist.

Im einzelnen betrifft die Erfindung eine Hochleistungs-Preßmantelschweißelektrode zur Erzielung einer Schweißgutausbeute von über 230 %, welche aus einem unlegierten oder niedriglegierten Kerndraht aus Eisen und einer Eisenpulver mit abgerundeten Pulverteilchen als Zusatzstoff enthaltenden Umhüllungsmasse besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Eisenpulver ein Schüttvolumen von höchstens 26,5 ml, vorzugsweise 20 bis 21 ml, und ein Rüttelvolumen Von höchstens 24 ml, vorzugsweise 18 bis 19 ml, je 100 g Eisenpulver besitzt und zu über 90 Gewichtsprozent aus Körnern mit glatter und abgerundeter Oberfläche besteht, wobei mindestens 50 Gewichtsprozent dieser Körner eine kugelige oder nahezu kugelige Form aufweisen, und die Umhüllungsmasse wie folgt zusammengesetzt ist:

Gewichtsteile

Eisenpulver 65 bis 85

Ferromangan 5 bis 10

Rutil 5 bis 15

Petalit 0 bis 3

Kaolin 0 bis 2

Kaliumalginat 0,2 bis 2

Kaliwasserglas
(Trockensubstanz) 3 bis 6

oder auch

Eisenpulver 65 bis 85

Ferromangan 2 bis 5

Marmor 5 bis 10

Flußspat 2 bis 6

Quarz 0 bis 5

Bentonit 0 bis 3

Natriumalginat 0,2 bis 2

ίο Kaliwasserglas

(Trockensubstanz) 2 bis 4

Das Eisenpulver der Umhüllungsmasse enthält vorzugsweise 0,5 bis 5 Gewichtsprozent chemisch gebundenen Sauerstoff. Die Eisenpulverkörner sollen im Inneren weitgehend kompakt sein.

Die belgische Patentschrift 630 449 sowie der Firmenprospekt »Höganäs Eisenpulver - Information«, J. 1055 Ty vom Oktober 1963, beschreiben bereits ein Eisenpulver zur Verwendung in Umhüllungsmassen von Preßmantelschweißelektroden, dessen Körner aus kaltgewalzten, kreisförmigen Plättchen mit einer Fülldichte von 3,3 bis 3,8 g/cm³ (Schüttvolumen = 30,3 bis 26,3 ml/100 g) bzw. 2,4 bis 3,5 g/cm³ (Schüttvolumen = 41,7 bis 28,6 ml/100 g) bestehen. Die Kornteilchen sind nicht kugelig, weshalb auch mit dieser Methode Fülldichten oberhalb 3,5 g/cm³ (= Schüttvolumina unterhalb 28,6 ml/100 g) durch Versuchsbeispiele nicht belegt werden konnten.

In der deutschen Patentanmeldung A14703 — 49 h, 36/01, bekanntgemacht am 16. Oktober 1952, ist ferner offenbart, daß Elektrodenmäntel 75°/₀ Eisenpulver enthalten können. Über Pulverteilchen mit glatter, abgerundeter Oberfläche und überwiegend kugeliger Form mit bestimmtem Schüttvolumen ist hingegen nichts ausgesagt.

In F i g. 3 wurden die Meßpunkte der obersten Gerade (Kurve) der Elektrode FeTiVIII 260 % unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Hochleistungselektrode mit einer Schweißgutausbeute von 260 °/₀ aufgenommen, welche in ihrer Umhüllung Eisenpulver mit einem Schüttvolumen von 21 ml/100 g und einem Rüttelvolumen von 18,5 ml/100 g enthielt. Die Meßpunkte der anderen Geraden (Kurven) dagegen wurden mit Hilfe bekannter Elektroden ermittelt.

Die genannten Elektroden TiVIIIs 97% und EsVIIIs 105 °/₀ enthalten kein Eisenpulver. Die bekannten Elektroden FeTiVIII 150, 175 und 210% weisen untereinander die gleichen Werte auf, und zwar wie folgt:

Schüttvolumen: 28,4 ml/100 g Eisenpulver,
Rüttelvolumen: 25,0 ml/100 g Eisenpulver.

Das Eisenpulver bestand aus Körnern mit rauher, zerklüfteter und poröser Oberfläche folgender Korngrößenverteilung:

Korngröße Gesamt-Gewichtsprozent

0,500 0

0,400 3

0,315 8

0,200 26

0,160 33

0,100 56

0,071 72

0,063 76

0,040 89

5 6

F i g. 4 zeigt besonders deutlich, wie stark die 1 kg Alginat (Salz der Alginsäure) werden gemischt

Schweißleistung ansteigt, wenn man zu Hochleistungs- und mit etwa 10 1 Kaliwasserglas der Dichte 1,32 g/ml

elektroden der erfindungsgemäßen Art mit hoher versetzt; oder:

Schweißgutausbeute übergeht. Fig. 4 stellt einen Kalkbasische Umhüllung: 75 kg Eisenpulver, 3 kg

Parameter aus F i g. 3 bei 5 mm Kerndrahtdurch- 5 Ferromangan mit etwa 80 Gewichtsprozent Mangan,

messer und einer Schweißstromstärke von etwa 8 kg Marmor (CaCO₃), 4 kg Flußspat (CaF₂), 2 kg

300 Ampere dar. Quarz (SiO₂), 2 kg Bentonit (hauptsächlich Mont-

Es ist günstig, wenn das Eisenpulver chemisch ge- morillonit Al[Si₂O₅]OH), 1 kg Alginat werden gebundenen Sauerstoff enthält, da hierdurch eine erheb- mischt und mit etwa 71 Kaliwasserglas der Dichte 1,32 liehe Verringerung des Siliciumgehaltes im Schweißgut io versetzt. .

zu erreichen ist, ohne daß der Mangangehalt der Hülle Das Eisenpulver beider Umhüllungen besaß fol-

und des Kerndrahtes übermäßig oxidiert und ver- gende Eigenschaften: schlackt wird. Dadurch ist es leicht möglich, den im

Schweißgut gewünschten Siliciumgehalt einzustellen. Schüttvolumen: 21,0 ml/100 g (75 kg = 15,381),

Das erfindungsgemäß verwendete Eisenpulver kann 15 Rüttelvolumen: 18,5 ml/100 g (75 kg = 13,101). in bekannter Weise z. B. durch Zerstäubung flüssigen

Eisens mit Hilfe hochgespannter Gase, unter Druck Anteil der glatten und abgerundeten Körner: etwa

stehenden Flüssigkeiten, durch Zentrifugalkraft ro- 94 Gewichtsprozent = etwa 70 kg.

tierender Scheiben, auf Granuliertellern oder ahn- Korngrößenverteilung:

liehen Vorrichtungen hergestellt werden. Für die Ver- ao

wendbarkeit ist die Art der Herstellung bedeutungslos. Korngröße Gesamt-Gewichtsprozent

Bei Verwendung des beschriebenen Eisenpulvers kann 0,500 0

die Elektrodenhülle 70°/₀ und mehr an metallischem 0,400 7

Eisen enthalten, ohne daß durch zu hohe Stromleit- 0,315 14

fähigkeit bei versehentlicher Berührung des Werk- 35 0,200 35

Stückes Nebenlichtbögen entstehen oder verschlech- 0,160 42

terte Schweißeigenschaften in Kauf genommen werden 0,100 57

müssen. 0,071 67

Mögliche Zusammensetzungen der Elektrodenhülle 0,063 69

sind z. B. folgende, ohne daß hiermit bereits optimale 30 0,040 82

Mischungen vorliegen:

Titansaure Umhüllung: 75 kg Eisenpulver, 7 kg Elektroden dieser Art werden im allgemeinen bei

Ferromangan mit etwa 80 Gewichtsprozent Mangan, Temperaturen zwischen 20 und 6O⁰C mit Preßdrücken

9 kg Rutil (TiO₂), 2 kg Petalit (Li, Na[AlSi₄O₁₀]), von mehr als 350 ata ummantelt, wodurch die Elek-

1 kg Kaolin (hauptsächlich Kaolinit 35 troden gute Schweißeigenschaften und Beständigkeit

gegen das Reißen der Umhüllung beim Trocknen er-

Al₂[Si₂O₅](OH)₄), halten und der Verbrauch an Bindemitteln gering ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Zur Erzielung hoher Schweißleistungen auch von Patentansprüche: ungeübten Schweißern werden in steigendem Maße Hochleistungselektroden verwendet, das sind Elek-

1. Hochleistungs - Preßmantelschweißelektrode troden, die zur Erhöhung der abgeschmolzenen zur Erzielung einer Schweißgutausbeute von über 5 Schweißgutmenge größere Mengen Eisenpulver in der 230%, bestehend aus einem unlegierten oder Elektrodenumhüllung enthalten. F i g. 1 zeigt eine niedriglegierten Kerndraht aus Eisen und einer Schweißelektrode, teilweise im Schnitt. Sie setzt sich Eisenpulver mit abgerundeten Pulverteilchen als zusammen aus einem Kerndraht 1, welcher Schweißgut Zusatzstoff enthaltenden Umhüllungsmasse, d a- liefert und im allgemeinen aus kohlenstoffarmem, undurch gekennzeichnet, daß das Eisen- io legiertem oder niedriglegiertem (Summe aller Begleitpulver ein Schüttvolumen von höchstens 26,5 ml elemente, z. B. Si, Mn, unter 5 Gewichtsprozent) und ein Rüttelvolumen von höchstens 24 ml je Stahl besteht, und einer Umhüllung 2, welche unter 100 g Eisenpulver besitzt und zu über 90 Gewichts- anderem die Aufgabe hat, eine auf das flüssige Schweißprozent aus Körnern mit glatter und abgerundeter gut abgestimmte Schlacke zu bilden und demnach die Oberfläche besteht, wobei mindestens 50 Gewichts- 15 hierfür erforderlichen Grundstoffe enthalten muß. prozent dieser Körner eine kugelige oder nahezu Die Schlackenzusammensetzung muß so ausgewählt kugelige Form aufweisen, und die Umhüllungs- sein, daß die Metalltröpfchen während des Durchmasse wie folgt zusammengesetzt ist: gangs durch den Lichtbogen schützend benetzt werden

„ . , _t . .. und danach die hocherhitzte Schmelze abgedeckt wird.

Gewichtstelle ,_T , , _ . ., „ . , ,. _ . , ^ö. ...

. 20 Nach dem Erkalten soll sich die Schlacke gut ent-

bisenpulver 65 bis 8i> _{fernen Jassen Durch dje} Umhüllungsmasse soll

£erromangan 5 bis IU außerdem der Lichtbogen stabilisiert und das flüssige

ρ" ,. ~ vi Metall gegen die Aufnahme von Atmosphärilien ge-

£ {! !; wi schützt werden. Die Umhüllungsmassen der Preß-

Kaolin... 0 bis L _a$ mantel-Schweißelektroden werden entsprechend ihrer

Ka lumalgmat 0,1 bis 1 Zusammensetzung im wesentlichen in erzsaure, titan-

Kaüwasserglas saure und kalkbasische Massen eingeteilt.

(Trockensubstanz) 3 bis 6 F i g. 2 zeigt die Schweißelektrode aus F i g. 1 ganz

2. Hochleistungs - Preßmantelschweißelektrode im Schnitt. Bei 3 wird der Kerndraht in die Elekzur Erzielung einer Schweißgutausbeute von über 30 trodenzange eingespannt, und beim Gebrauch bildet 23O°/o> bestehend aus einem unlegierten oder sich bei 4 der Elektrodenkrater, niedriglegierten Kerndraht aus Eisen und einer Im allgemeinen steigt die Schweißleistung (Kilo-Eisenpulver mit abgerundeten Pulverteilchen als gramm Schweißgut je Stunde) mit steigender Schweiß-Zusatzstoff enthaltenden Umhüllungsmasse, da- gutausbeute. Hierbei ist unter Schweißgut die beidurch gekennzeichnet, daß das Eisenpulver ein 35 spielsweise auf eine Eisenplatte niedergeschmolzene Schüttvolumen von höchstens 26,5 ml und ein Menge Eisen, die durch Differenzwägung ermittelt Rüttelvolumen von höchstens 24 ml je 100 g wird, und unter Schweißgutausbeute die Gewichts-Eisenpulver besitzt und zu über 90 Gewichts- menge Schweißgut, dividiert durch die Gewichtsmenge prozent aus Körnern mit glatter und abgerundeter des abgeschmolzenen Teils des Kerndrahtes, zu verOberfläche besteht, wobei mindestens 50 Gewichts- 40 stehen.

prozent dieser Körner eine kugelige oder nahezu F i g. 3 zeigt in einem Diagramm die Schweißkugelige Form aufweisen, und die Umhüllungs- leistungen einiger Elektrodentypen für Kerndrahtmasse wie folgt zusammengesetzt ist: durchmesser von 4, 5 und 6 mm und dementsprechend

„ . ,. . ., auch für verschiedene Schweißstromstärken. Folgende

Gewichtsteile _. . ., , ... , . ,. _π

_. . , c , . _c, 45 Elektrodentypen wurden verglichen, wobei die Be-

fcisenpuiver &5 bis W zeichnungen der mechanischen Güteklasse DIN 1913

ffrromangan j ??^s J? entsprechen: TiVIIIs (titansauer umhüllt, Schweißgut-

J °\^SL{! ausbeute 97 ⁰I₀), EsVIIIs (erzsauer umhüllt, Ausbeute

l bis ö 105 °/₀) und 4 titansauer umhüllte Hochleistungselek-

^ ; [J £!^s i 50 troden FeTiVIII mit Schweißgutausbeuten von 150,

iientonit ... υ bis ä _{175> 210 und 26()(}y_{o Demnach wur}d_en die höchsten

KaliwaTserlas " " ' Schweißleistungen bei Schweißgutausbeuten von 260 %

(Trockensubstanz) 2 bis 4 ^ne Steigerung der Schweißgutausbeute auf Werte

3. Hochleistungs - Preßmantelschweißelektrode 55 über 230 °/₀, bezogen auf das Gewicht des abgeschmolnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, zenen Kerndrahtes, ist nach dem Stand der Technik daß das Eisenpulver der Umhüllungsmasse ein nur bei Verschlechterung der Verschweißbarkeit zu Schüttvolumen von 20 bis 21 ml und ein Rüttel- . erreichen. Wird nämlich der Durchmesser der Hülle volumen von 18 bis 19 ml je 100 g Eisenpulver be- bei konstant gehaltenem Kerndrahtdurchmesser ersitzt. 60 höht, was zur Erhöhung des absoluten Eisenpulver-

4. Hochleistungs - Preßmantelschweißelektrode gehaltes der Umhüllung gemäß dem Stand der nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- Technik bisher erforderlich war, so ist die Elektrode kennzeichnet, daß das Eisenpulver der Umhüllungs- durch ihr Gewicht für den laufenden Gebrauch zu masse 0,5 bis 5 Gewichtsprozent chemisch ge- unhandlich; auch ist die Schlackenführung besonders bundenen Sauerstoff enthält. 65 in V- und Kehlnähten erschwert und der Wurzeleinbrand verschlechtert. Unter V-Naht wird eine Verbindungsschweißung verstanden, bei der die zu ver-

bindenden Bleche in einer Ebene liegen und an den