DE1608368C

DE1608368C - Fülldrahtelektrode

Info

Publication number: DE1608368C
Application number: DE19681608368
Authority: DE
Original assignee: Moskowskij tschugunohtejnyj sawod Stankoht, Moskau
Priority date: 1968-01-11
Filing date: 1968-01-11
Publication date: 1973-07-19

Description

Silbergraphit 4,2 bis 5,2%

Ferrosilizium 4,0 bis 5,0%

Ferromangan 0,6 bis 1,0%

Ferrotitan 0,6 bis 1,0%

Aluminium 0,1 bis 0,3 %

Eisenabbrand 0,6 bis 0,9%

Eisenpulver 0 bis 16,0%

Die Erfindung bezieht sich auf Fülldrahtelektroden zum Schweißen und Auftragsschweißen von Grauguß, die einen Stahlmantel mit pulverförmiger Füllung aufweisen.

Die erfindungsgemäßen Fülldrahtelektroden wurden mit gutem Erfolg bei der Ausbesserung von fehlerhaften Stellen großer Abmessung (Fläche des Schweißgutes über 50 cm²) in zu bearbeitenden bzw. bearbeiteten Oberflächen von Gußstücken angewendet.

Es sind Fülldrahtelektroden zum Schweißen und Auftragsschweißen von Grauguß bekannt, die einen mit pulverförmiger Füllung versehenen Stahlmantel aufweisen, wobei die Füllung Graphit, Ferrosilizium, Ferromangan, Ferrotitan, Aluminium und Eisenpulver enthält (siehe beispielsweise UdSSR-Urheberschein 163 687).

Die Füllung dieses Elektrodendrahts enthält in % vom Gesamtgewicht des Drahtes:

5,8 bis 7,5% Graphit,

3,7 bis 6,0% Ferrosilizium,

0,5 bis 1,3% Ferromangan,

1,45 bis 3,0% Ferrotitan,

0,4 bis 2,5% Aluminium und

1,2% Eisenpulver.

Mit diesen Fülldrahtelektroden erfolgt das Schweißen und Auftragsschweißen mit und ohne CO₂-SChUtZ, bei geringer Vorwärmung des Werkstückes bis auf 400⁰C oder ohne Vorwärmung, bei niedrigen Drahtvorschubgeschwindigkeiten von 80 bis 300 m/h und bei kleinen Stromstärken von 240 bis 550 A.

Zur Vermeidung harter Stellen in der Schweißnaht und an der Verschmelzungsgrenze ist diesen bekannten Fülldrahtelektroden eine größere Menge graphitisierender Elemente (Kohlenstoff, Silizium u. a.) zugefügt, die im Graphit, im Ferrosilizium und in anderen Bestandteilen der Füllung enthalten sind.

Da die Erstarrung eines Schweißbades von geringem Volumen mit hoher Abkühlgeschwindigkeit abläuft, erweist es sich als unmöglich, eine vollständige Graugußbildung in den Schichten des Schweißgutes aus den pulvcrförmigen Drahtbestandteilen sowie eine gleichbleibende chemische Zusammensetzung des Schweißgutes und Gleichartigkeit des Gefüges und der Farbe der Schweißverbindung sicherzustellen.

Der Unterschied zwischen der Brinell-Härte (HB) des Schweißgutes und des Werkstoffs an der Verschmelzungsgrenze und der des Grundwerkstoffes beträgt 40 bis 60 kg/mm².

Außerdem sind die Bedingungen für den Wärmeaustausch zwischen Schweißbad und Werkstückmasse ungünstig,. was zu gehärteten Zwischenschichten im Schweißgut und zur Spannungskonzentration in der Wärmeausbreitungszone führt.

ίο Aus diesen Gründen ist es mit den bekannten Fülldrahtelektroden nicht möglich, Schweißungen und Auftragsschweißungen großer Oberflächen von Eisengußstücken über 50 cm² durchzuführen, wenn dabei Gleichartigkeit des Gefüges, Konstanz der chemischen Zusammensetzung sowie etwa gleich große Härte sowohl in den Schichten des Schweißgutes als auch in denen des Grundwerkstoffes verlangt werden.

Die Praxis zeigt, daß es in vielen Fällen unbedingt notwendig ist, Schweißungen und Auftragsschweißungen großer Oberflächen von Eisengußstücken von 50 bis 100 cm² und mehr mit hohen Anforderungen an die Konstanz der chemischen Zusammensetzung des Schweißgutes und die Gleichartigkeit des Gefüges und der Farbe der Schweißverbindung durchzuführen, bei denen sich die Härte HB des Schweißgutes von der des Grundwerkstoffes um nicht mehr als 10 bis 20 kg/ mm² unterscheiden darf.

Um diesen Anforderungen zu entsprechen, ist es notwendig, das Schweißen und Auftragsschweißen von Gußeisen mit Hilfe eines Schweißbades von großem Volumen durchzuführen, in dem günstige Bedingungen für einen vollständigen Ablauf der Oxydations- und Reduktionsreaktionen der Bestandteile des schmelzenden Drahtes und für eine Entgasung der Schmelze geschaffen werden und die erforderliche Gleichartigkeit des Gefüges und die gewünschte Härte des Schweißgutes erzielt wird.

Ein Schweißbad mit großem Volumen kann lediglich bei Warmschweißung erhalten werden, wenn also das Schweißstück teilweise oder ganz auf eine Temperatur von 500 bis 650⁰C erwärmt wird. Dabei wird der Schweißvorgang bei großen Stromstärken von 700 bis 2000 A und hoher Vorschubgeschwindigkeit des Elektrodendrähtes durchgeführt, die zwischen 300 und 900 m/h liegt. Unter diesen Schweißbedingungen ist es praktisch schwer, Kohlendioxyd als schützendes Medium zu benutzen.

Zur Warmschweißung erwiesen sich die bekannten Elektroden als unbrauchbar, da sie in ihrer Füllung, wie schon erwähnt, eine größere Menge graphitisierender Elemente enthalten. Diese Elemente erzeugen beim Warmschweißen schwer schmelzende und zähflüssige Schlacken, die das Schweißen und Auftragsschweißen erschweren und einen Teil des graphit- förmigen Kohlenstoffes an seiner Einwirkung auf das Schweißbad hindern. Die sich entwickelnden Graphitisierungsprozesse erzeugen Felder großlamellaren Graphits, welche die mechanischen Eigenschaften des Schweißgutes beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fülldrahtelektrode zum Schweißen und Auftragsschweißen von Grauguß anzugeben, die eine hohe Konstanz der chemischen Zusammensetzung des Schweißgutes, Gleichartigkeit seines Gefüges und praktisch gleiche Härte über den ganzen Querschnitt der Schweißverbindung sicherstellt und die das Schweißen und Auftragsschweißen ohne Anwendung einer Schutzgasatmosphäre erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einer Fülldrahtelektrode zum Schweißen und Auftragsschweißen von Grauguß aus einem Stahlmantel mit pulverförmiger Füllung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die pulverförmige Füllung aus folgenden Komponenten in Gewichtsprozent vom Gesamtgewicht des Drahtes besteht:

Silbergraphit 4,2 bis 5,2 °/₀

Ferrosilizium 4,0 bis 5,0%

Ferromangan 0,6 bis 1,0%

Ferrotitan 0,6 bis 1,0%

Aluminium 0,1 bis 0,3%

Eisenabbrand 0,6 bis 0,9 %

Eisenpulver 0 bis 16,0%

Die erfindungsgemäße Fülldrahtelektrode gewährleistet bei jedem beliebigen Schweiß- oder Auftragsschweißverfahren die Konstanz der chemischen Zusammensetzung des Schweißgutes, Gleichartigkeit seines Gefüges und praktisch gleiche Härte über den ganzen Querschnitt der Schweißverbindung und gestattet es, das Schweißen und Auftragsschweißen ohne zusätzlichen Gasschutz durchzuführen.

Der Silbergraphit, der Bestandteil der pulverförmigen Füllung ist, stellt einen kristallinen Graphit (GOST 5279/50) dar. Die Schweißmaterialeigenschaften der Graphitarten hängen von der Größe, der Form und der Lage der Graphitkristalle ab, die die Struktur des Graphits bei unterschiedlichem Dispersionsgrad bilden. Diese Struktur verleiht dem Material besondere Eigenheiten und bedingt seine Eigenschaften.

Es wurde gefunden, daß unter den Bedingungen des Auftragsschweißens mit Hilfe eines Schweißbades die kryptokristallinen (schwarzen, amorphen) Graphitarten, die durch Klassierung graphitischer Erze aufbereitet wurden, in dem Schweißbad nicht gleichbleibend ausgenutzt werden, was zu einer Abweichung der chemischen Zusammensetzung des Schweißgutes von den berechneten Werten führt.

Gleichbleibender ausgenutzt wird der phanerokristalline Graphit, der ein Konzentrat darstellt, das durch Flotationsaufbereitung von Naturgraphiterzen und Hochofenschrott aufbereitet wird. Erfindungsgemäß wird (silberglänzender) kristalliner Graphit verwendet.

Der in der Pulverfüllung enthaltene Eisenabbrand s stellt ein unbeständiges Eisenoxid dar und dissoziiert in der Lichtbogenzone unter Bildung von freiem Sauerstoff und Eisen(II)-oxid. Dadurch wird der vollständige Ablauf der Redoxreaktionen in der Gasphase, der Schlackenphase sowie der metallischen Phase des

ίο Schweißbades sichergestellt.

Beim Auftragsschweißen mit der Fülldrahtelektrode unter Bildung von Graugußeisen aus den Ferrolegierungen, dem Eisen und dem Graphit sind bei Anwesenheit beträchtlicher Mengen von Silizium, Mangan sowie derartig aktiver Desoxydationsmittel, wie von Titan und Aluminium, in der Schmelze eine geringe Menge Eisen(II)-oxid und Sauerstoff gelöst.

Bekanntlich verlaufen in Abhängigkeit von Temperatur und Komponentenkonzentration in der Gas-, Schlacke- und Metallphase des Schweißbades die chemischen Umsetzungen mit einem unterschiedlichen Reversibilitätsgrad. Die unmittelbaren Umsetzungen des festen Kohlenstoffs verlaufen vorwiegend unter Beteiligung der Gasphase. Im System MeO, Me und C verlaufen die Umsetzungen im technologisch interessanten Temperaturbereich unter Oxydierung des Metalls, wobei der sich abscheidende Kohlenstoff in das Metall übergeht:

Me + CO₂ ===== MeO + CO

+ 2CO->CO₂ + C
Me + CO -> MeO + C

Der Eisenabbrand erhält das erforderliche Oxydationsgleichgewicht des Systems aufrecht, wodurch die gleichmäßige Aufnahme des Kohlenstoffs sichergestellt wird. Erfindungsgemäß wird die Verwendung von Schmiedeabbrand vorgeschlagen.

Bei Verwendung dieser Fülldrahtelektroden mit 3 mm Durchmesser wurden Schweißungen und Auftragsschweißungen mit den in der Tabelle angegebenen Schweißdaten durchgeführt.

Vorschubgeschwindigkeit des Elektrodendrahtes (m/h)
363 I 453 I 590 I 700 I 900

Stromstärke (A)

Maximale Schweißbadfläche (cm²)

Lichtbogenspannung (V)

Auftragsschweißleistung (kg/h)

Bei großem Volumen des flüssigen Schweißbades wird dieses während der Auftragsschweißung von hitzebeständigem Ton nachstehender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) begrenzt:

20% Quarzsand,

20% halbfetter Quarzsand,

5 % feuerfester Ton,
50% Graphit,

5% Dextrin.

Die Bestandteile werden mit Wasser zu einem dicken Teig angerührt.

720 bis
800
60

bis 45
8 bis 10

900 bis
1000
80

55 bis 45
12 bis 15

1100 bis
1200
100

55 bis 45
16 bis 20

1500 bis
1600
120

55 bis 45
bis 25

1800 bis
1900
120

und mehr 55 bis 45

bis 30

Nachstehend wird die Erfindung an Hand konkreter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Eine 110 cm² große fehlerhafte Fläche eines Graugußstückes wurde mit Hilfe eines Schweißbades durch eine Fülldrahtelektrode aufgeschmolzen, deren pulverförmige Füllung aus folgenden Bestandteilen in % vom Drahtgewicht besteht: Silbergraphit ===== 4,6; Ferrosilizium = 4,6; Ferromangan = 0,8; Ferrotitan = 0,8; Aluminium = 0,2; Eisenabbrand = 0,7; Eisenpulver = 15,0.

Die Temperatur der Vorwärmung des Gußstückes in einem Gasofen betrug 550°C.

Die Kontur der fehlerhaften Stelle wurde mit feuerfestem Ton vorstehend genannter Zusammensetzung umrändert. Die Auftragsschweißung erfolgte bei einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 700 m/h und einer Stromstärke von 1500 A.

Das Schweißgut ist durch folgende Daten gekennzeichnet: Chemische Zusammensetzung: C = 3,26; Si = 2,90; Mn = 0,98; P = 0,12; S = 0,05; Cr = 0,10; ίο Ti = 0,09; Al = 0,30 in % vom Gesamtgewicht des Schweißgutes.

Brinell-Härte (HB): Der Grundwerkstoff hat 183 kg/ mm², die Übergangszone 197 kg/mm² und das Schweißgut 187 kg/mm².

Die Bearbeitbarkeit ist gut.

Gefüge: Graphit in Form von isolierten und beliebig angeordneten Einschlüssen mit 25 bis 60 μηι Länge in einem Grundgefüge aus feinlamellarem sorbitischem Perlit.

Beispiel 2

Eine 90 cm² große fehlerhafte Fläche eines Graugußstückes wurde mit Hilfe eines Schweißbades durch eine Fülldrahtelektrode aufgeschmolzen, deren pulverförmige Füllung aus folgenden Bestandteilen in % ^vom Drahtgewicht besteht: Silbergraphit = 4,3; Ferrosilizium = 4,2; Ferromangan = 0,60; Ferrotitan = 0,60; Aluminium = 0,1, Eisenabbrand = 0,6, Eisenpulver = 10,0.

Die Temperatur der Vorwärmung des Gußstücks im Gasofen betrug 500⁰C.

Die Kontur der Fehlerstelle wurde mit feuerfestem Ton vorstehend genannter Zusammensetzung umrändert.

Die Auftragsschweißung erfolgte bei einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 590 m/h und einer Stromstärke von 1200 A. Das Schweißgut ist durch folgende Daten gekennzeichnet: Chemische Zusammensetzung: C = 3,2; Si = 2,7; Mn = 0,97; P = 0,13; S = 0,05; Cr = 0,10; Ti = 0,1; Al = 0,40 in % vom Gesamtgewicht des Schweißgutes.

Brinell-Härte (HB): Der Grundstoff hat 187 kg/mm², die Übergangszone 193 kg/mm² und das Schweißgut 193 kg/mm².

Die Bearbeitbarkeit ist gut.

Gefüge: Graphit in Form'von isolierten und beliebig angeordneten Einschlüssen mit 25 bis 60 μιη Länge in einem Grundgefüge aus feinlamellarem sorbitischem Perlit. ". "' ^:

Beispiel 3

Eine 120 cm² große fehlerhafte Fläche in einem Graugußstück wurde mit Hilfe eines Schweißbades durch eine Fülldrahtelektrode aufgeschmolzen, deren pulverförmige Füllung aus folgenden Bestandteilen in % vom Drahtgewicht besteht: Silbergraphit = 5,10; Ferrosilizium = 4,90; Ferromangan = 0,90; Ferrotitan = 0,90; Aluminium = 0,30; Eisenabbrand = 0,90; Eisenpulver 16,0.

Die Temperatur der Vorwärmung des Gußstücks im Gasofen betrug 600⁰C.

Die Auftragsschweißung erfolgte bei einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 900 m/h und einer Stromstärke von 1800 A. Das Schweißgut ist durch folgende Daten gekennzeichnet: Chemische Zusammensetzung: C = 3,4; Si = 3,1; Mn = 0,98; P = 0,14; S = 0,05; Cr = 0,09; Ti = 0,1; Al = 0,2 in % vom Gesamtgewicht des Schweißgutes.

Brinell-Härte (HB): Der Grundwerkstoff hat 187 kg/ mm², die Übergangszone 178 kg/mm² und das Schweißgut 173 kg/mm².

Die Bearbeitbarbeit ist gut.

Gefüge: Graphit in Form von isolierten und beliebig angeordneten Einschlüssen mit 25 bis 80 μΐη Länge in einem Grundgefüge aus feinlamellarem sorbitischem Perlit.

Claims

Patentanspruch:

Fülldrahtelektrode zum Schweißen und Auftragsschweißen von Grauguß, aus einem Stahlmantel mit pulverförmiger Füllung, die Graphit, Ferrosilizium, Ferromangan, Ferrotitan, Aluminium und Eisenpulver enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige Füllung aus folgenden Komponenten in Gewichtsprozent vom Gesamtgewicht des Drahtes besteht: