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Spezialschweiüelektrode Die Erfindung betrifft eine spezielle Schweißelektrode,
insbesondere eine spezielle Verbundschweißelektrode, die besonders wirtschaftlich
und sehr gut brauchbar ist und sich zur Verwendung als Verbrauchselektrode beim
Schutzgasbogenschweißen, hauptsächlich unter Verwendung von C02 als Schutzgas eignet.
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Es sind bereits verschiedene Arten von Verbundschweißelektroden (im
folgenden als Verbunddraht bezeichnet) zur Verwendung als VErbrauchselektrode beim
Schutzgasbogenschweiüen unter Verwendung eines Gases, wie C02, bekannt; diese bestehen
allgemein aus solchen Arten, wie sie in der japanischen Patentschrift Nr. 299 057
und der japanischen Patentschrift Nr. 288 405 beschrieben sind. Diese bekannten
Verbundschweißelektroden sind jedoch aufgrund der im folgenden noch beschriebenen
Nachteile
nicht zufriedenstellend.
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Die Erfindung schafft eine neue Schweißelektrode, welche die bisherigen
Nachteile nicht aufweist, wie sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen
näher ergibt. In den Zeichnungen bedeuten Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bekannte
Schweißelektrode, Fig. 2 einen ähnlichen Querschnitt wie in Fig. 1, jedoch durch
eine andere bekannte Schweißelektrode, und @.Fig. 3 einen Querschnitt durch die
erfindungsgemäße Spezialschweißelektrode. -Im folgenden wird zuerst der in der japanischen
Patentschrift 299 057 beschriebene Verbunddraht anhand von Fig. 1 erläutert, die
eine bekannte Schweißelektrode darstellt. In Fig. 1 bedeutet 1 einen Metallmantel,
z.B. aus Weichstahl, wobei die nach innen gehenden Finnen 2 und 3 von -diesem Metallmantel
gebildet werden, und 4 einen Füllstoff, der aus einem Mischpulver eines schlackenbildenden
Gemisches mit Desoxidationsmitteln besteht, wobei dieses Gemisch aus Verbindungen
wie Ti02, MnO, SiO2, Eisenoxiden, Aluminiumoxiden
und Alkalien besteht.
Gemäß dieser Patentschrift muß die Menge an Füllstoff 4 zwischen 24 und 42 Gew.%
der metallischen Teile 1,2 und 3 betragen, und ferner muß das Gesamtgewicht der
nach innen gehenden Finnen 2 und 3 größer als das Gewicht des Gehäuses 1 sein.
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Bei Verbunddrähten mit einer Struktur, bei denen ein Füllstoff aus
einem schlackenbildenden Gemisch und Antioxidationsmitteln in das Innere eines Metallgehäuses
gepackt ist, so daß die beim Schweißen erhaltene Schweißraupe einheitlich mit einer
ausreichenden Schlackenmenge bedeckt ist, muß die Füllstoffmenge über etwa 209,
jedoch nicht über 409 liegen, da sonst der Bogen instabil wird, wie sich aus dieser
Patentschrift ergibt. Ferner sind die nach innen gehenden Finnen von großer Bedeutung
für den Metallmantel, und man kann nur in Anwesenheit dieser Finnen einen sehr stabilen
Bogen erhalten, das Auftreten von Zerstäubung auf ein Minimum herabsetzen und die
unerwünschte Erscheinung vermeiden, daß beim Schweißen nur der Metallmantel zuerst
geschmolzen wird und das mit Füllstoff versehene Innere des Metallmantels ungeschmolzen
bleibt und aus diesem hervorsteht. Der Verbunddraht des beschriebenen Typs, der
eine verhältnismäßig große Menge schlackenbildendes
Gemisch in dem
Füllstoff enthält, eignet sich zur Bildung einer gut aussehenden und gut geformten
Schweißraupe; es ist jedoch andererseits zur besseren Anwendbarkeit erforderlich,
daß der Verbunddraht die in Fig. 1 dargestellte Struktur aufweist. Die Herstellung
eines derartigen Verbunddrahtes-bringt jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten mit
sich und.ist daher nicht wirtschaftlich. Ferner hat ein derartiger Verbunddraht
den Nachteil eines geringen Abschei-, dungsgrads; einer geringen Abscheidungsgeschwindigket
und einer nicht vollkommen ausreichenden Schweißdurchdringung, was auf .der Tatsache
beruht, da er eine große Menge Füllstoff enthält und eine große Stromdichte aufgrund
seines. Durchmessers nicht möglich ist.
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Im folgenden wird eine andere Form eines Verbunddrahtes,.wie sie in
der japanischen Patentschrift 288 405 beschrieben ist, anhand von Fig. 2 erörtert.
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Diese Figur stellt einen Querschnitt durch den Verbunddraht dar; dieser
Verbunddraht besteht aus einem röhrenförmigen, hauptsächlich aus Weichstahlblech
bestehenden Metallmantel 5 und einem darin befindlichen Füllstoff 6, der aus einem-
nicht hygroskopischen Flußmittel zur Bildung einer
wasserstoffreien
Schlacke, Desoxidationsmitteln, Legierungselementen und einem Metallpulver der gleichen
Zusammensetzung wie der Metallmantel besteht.
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Die in Fg. 2 dargestellte Struktur ist unter dem Namen Bernard-Verfahren
allgemein bekannt. Die charakteristisehen Eigenschaften dieses Verbunddrahtes liegen
daher nicht in den Struktureigenschaften! sondern in dem Füllstoff, der eine große
Menge Metallpulver der gleichen Zusammensetzung wie der Metallmantel und ferner
die bekannten schlackenbildenden Gemische und Desoxidationsmittel-enthält.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Struktur würde die alleinige Verwendung
des schlackenbildenden Gemisches und des Desoxidationsmittels als Füllstoff zu einer
geringen Brauch.-barkeit führen.., da häufig ein Versprühen auftritt und der Bogen
instabil ist.
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Diese Nachteile lassen sich durch einen Gehalt einer ausreichenden
Menge Metallpulver in dem Füllstoff vermeiden. Ein Gehalt von 50% oder mehr Metallpulver
in dem Füllstoff führt nämlich zu einer merklichen Stabilisierung des Bogens und
zu einer beträchtlichen Verminderung des Versprühens. Im Vergleich zu dem in Fig.
1 dargestellten Verbunddraht besitzt
dieser Verbunddraht den Vorteil
einer einfachen Struktur und eine überlegene Niederschlagswirkung und Niederschlagsgeschwindigkeit
infolge des großen Gehalts an Metallpulver in dem Füllstoff; andererseits besteht
jedoch der Nachteil, daß hierbei ein verhältnismäßig hochreines Metallpulver mit
geringer Teilchengröße verwendet werden muß, was sich auf die Wirtschaftlichkeit
des Verbunddrahtes nachteilig auswirkt..
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Die Erfindung schafft einen Verbunddraht, der sich zur Verwendung
in einer hauptsächlich aus C02 bestehenden Atme eignet, eine einfache Struktur aufweist
und ausgezeichnet brauchbar und wirtschaftlich im Vergleich zu den oben beschriebenen
bekannten Schweißelektroden ist: Die Struktur des erfindungsgemäßen Verbunddrahtes
ist in Fig. 3 dargestellt, in der 7 einen Metallmantel und S einen Füllstoff bedeuten.
Der erfindungsgemäße Verbunddraht ist durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:
(a) Der Querschnitt eines zylindrischen, mit dem Füllstoff zu füllenden Hohlraums
beträgt nicht mehr als 25% des Gesamtquerschnitts des Drahtes.
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(b) Der Füllstoff besteht aus den folgenden Verbindungen, ausgedrückt
in@Gewichtsteilen des Gesamtgewichts des
| Füllstoffs. |
| Ferromangan 30 bis 60 Teile |
| Ferrosilicium 20 " 40 |
| Ferrotitan 0 " 1U |
| Ferroaluminium 0 " 15 |
| Zichtbogenstabilisator 1 " 10 |
Als Lichtbogenstabilisator werden Oxide und Salze von Alkalimetallen, wie Kaliumoxd
und Kaliumoxalat allein oder in Kombination verwendet.
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Zusammenfassend ist zu sagen, daß der erfindungsgemäße Verbunddraht
den in Fig. 3 gezeigten Querschnitt aufweist, daß die Querschnittsfläche des zentralen,
mit Füllstoff zu packenden Hohlraums im Vergleich zu dem Gesamtquerschnitt des Drahtes
ziemlich klein ist und daß der Füllstoff, wie oben beschrieben, lediglich aus den
Desoxidationsmitteln Ferromangan, Ferrosilicium, Ferrotitan und Ferroaluminium und
einem Lichtbogenstabilisator besteht und kein schlackenbildendes Material, wie beispielsweise
Oxide und Salze von Metallen enthält.
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Im Vergleich zu dem Verbunddraht der in Fig. 1 dargestellten Struktur
besitzen die in Fig. 2 und 3 dargestellten
Strukturen den weiteren
Vorteil der einfachen Herstellbarkeit.
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Weitere Untersuchungen. von verschiedenen Zusammensetzungen des Füllstoffes
im Hinblick auf das Schweißen und andere:- Bedingungen führten zu folgenden Ergebnissen:
--(a) Ein Verbunddraht der in Fig. 2 dargestellten Struktut, bei dem-,al-e Füllstoff
ein Gemisch einer schlackenbildenden Zusammensetzung, Antioxidationsmittel und ein
Lichtbogenstabilisator verwendet werden, besitzt den Nachteil, daß ein starkes Versprühen
eintritt, selbst wenn er einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser,. beispielsweise
von 1,6 oder 2,0 mm aufweist und eine große- Stromstärke von mindestens 300A bei
DCRP (Gleichstrom-Gegenpolung) angewandt wird. Außerdem ragt nichtgeschmolzener
Füllstoff aus dem Draht hervor.
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(b) Die indem obigen Abschnitt (a) beschriebenen Nach--teile lassen
sich-wirksam durch einen kleinen Anteil Metallpulver in dem Füllstoff, wie bereits
beschrieben, verhindern.
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(b) Das in Abschnitt (-a) erwähnte Versprühen kann beträchtlich vermindert
werden, wenn man die Querschnittsfläche des zentralen Hohlraums in dem röhrenförmigen
Mantel ausreichend
klein-macht und den zentralen Hohlraum nur mit
hauptsächlich aus Ferrolegierungen bestehenden Desoxidationsmitteln und einer geeigneten
Menge Alkalimetallen, wie oben beschrieben, füllt.
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Dies beruht vermutlich auf der Tatsache; daß die Stärke des Lichtbogens
gegen den Verbunddraht infolge der Ausdehneng des bogenbildenden Teils an der Spitze
des Drahtes geschwächt wird und außerdem, weil der Füllstoff keine schlakkenbildenden
Materialien, wie Metalloxide und Metallsalze enthält; dadurch wird die Ursache:
des Versprühens behoben, die sonst auf plötzlichem Schmelzen', Dssozierung und Ausdehnung
der Materialien infolge des stärken Erhitzens ohne Vorerhitzung beruht.
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Falls die Querschnittsfläche des Zentralhohlraums, d.h. die Querschnittsfläche
des mit dem Füllstoff zu füllenden Teils Über 25% der Gesamtquerschnittsfläche ausmacht,
erhöht sich nicht nur die Füllstoffmenge übermäßig; sondern es tritt auch ein vermehrtes
Versprühen auf. Es ist also unbedingt erforderlich, daß die Wandstärke des Metallmantels
nicht kleiner als 1/4 des Außendurchmessers des Drahtes ist,- wodurch die Brauchbarkeit
des Drahtes beträchtlich verbessert wird.--Bei der Erfindung braucht der Querschnitt
des Drahtes nicht unbedingt
kreisförmig zu sein, wie es im Rahmen
der Beschreibung er- _ läutert ist, sondern es ist beispielsweise auch eine rechteckige
Form möglich.
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Der Füllstoff kann außer den oben erwähnten Verbindungen noch Verunreinigungen
enthalten, wenn sich diese bei der praktischen Verwendung des Drahtes nicht nachteilig
auswirken. Silicium und Mangan können jeweils in Form der einfachen Substanz zugegeben
werden,- - -- (d) Im Fall von Abschnitt. (c) kann man ein besseres Ergebnis-erzielen
, wenn der Außandurchmesser des Drahtes 2,0 mm nicht übersteigt und die Stromdichte
mindestens 100 A/mm2 bei DCRP beträgt.
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(e) Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften des erhaltenen
niedergeschlagenen Metalls beträgt das Gewichtsverhältnis von Ferromangan (mit niedrigem
Kohlenstoffgehalt und einem Gehalt von etwa 70% Mn) zu Ferrosilicium (mit niedrigem-Kohlenstoffgehalt
und einem Gehalt von etwa 409- Si), -vorzugsweise etwa 4 : 3, wobei das Gesamtgewicht
der beiden Verbindungen mindestens 50% des Gesamtgewichts des Füllstoffs
ausmachen muß.
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Bei einem Verbunddraht, bei dem der Querschnitt des _ Zentralhohlraums
25% der Gesamtquerschnittsfläche nicht übersteigt,
bilden sich
manchmal Blasen in dem erhaltenen niedergeschlagenen Metall, falls das Gesamtgewicht
der oben genannten zwei Verbindungen 50% des Gewichts des gesamten Füllstoffs nicht
übersteigt, selbst wenn der Anteil an Ferrotitan und Ferroaluminium erhöht wird:
Dies bedeutet, daß ausreichend große Mengen Silicium und PTangan zur Erzielung einer
fehlerfreien Schweißstelle erforderlich sind, da Titan und Aluminium verhältnismäßig
heftig-miteinander reagieren und nicht längere Zeit als solche vorliegen.
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(f) Ferrotitan wird wirksam als starkes Desoxidationsmittel verwendet,
das die Funktion des Mangans und Siliciums unterstützt; ferner trägt seine Verwendung
zur Bildung einer befriedigenden Schweißstelle sowie zur Verbesserung der Kerbzähigkeit
der Schweißstelle bei.
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Ferroaluminium, das ebenfalls als starkes Desoxidationsmittel verwendet
wird, dient zusammen mit dem Ferrotitan zur Einstellung des Flusses des erhaltenen
niedergeschlagenen Hedes Aussehens talls und zur starken Verbesserung der Schweißraupe
bei einer waagerechten Kehlnahtschweißung. In dieser Hinsicht kann man die besten
Ergebnisse erzielen, wenn das Verhältnis von Ferrotitan zu Ferroaluminium 2 3 beträgt.
(g)
Die Wirkung einer Lichtbogenstabilisierung kann man erzielen, wenn der aus Oxiden.
und Salzen von Alkalim:etallen bestehende Lichtbogenstabilisator in dem Füllstoff
in einer Menge von 1% oder mehr des Gesamtgewichts des Füllstoffs vorhanden
ist. Eine 10G überschreitende Menge an Lichtbogenstabilisator führt zu einer Verringerung
der Schmelzgeschwindigkeit des Drahtes, und eine Menge von über 20%-führt zu Lasen
in dem abgeschiedenen Metall. Aus diesem Grund beträgt die Menge des tatsächlich
verwendeten Lichtbogenstabilisators vor-zugswese1 bis 10% und insbesondere 6 bis
8%.
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Die Erfindung wird nun anhand des folgenden Beispiels weiter erläutert:
Eine Schweißstelle wurde unter Verwendung eines Verbunddrahtes unter den folgenden
Bedingungen hergestellt:
| Schutzgas C02-Gas |
| Schweißkraftquelle.: Gleichstrom-Gegenpolung |
| (DCRP) |
| Draht:. -Material des Mantels - |
| - Weichstahl (0,159s C) |
| - Außendurchmesser - |
| 2,0 mm - |
| Querschnittsfläche des Zen- |
| tralhohlraums-. 16% des Drahtaußendurch- |
| messers |
| Zusammensetzung,des |
| Füllstoffs: 43 Gewichtsteile Ferromangan |
| 33 Gewichtsteile Ferrosilicium |
| 6 Gewichtsteile Ferrotitan |
| 10 Gewichtsteile Ferroaluminium |
| - 8 Gewichtsteile Bogenstabilisa- |
| tor |
Der verwendete Bogenstabilisator bestand aus einem Gemisch von Natriumoxid und Kaliumoxalat,und
das Gewicht des Füllstoffs betrug etwa 7% des Gesamtgewichts des fertigen Drahts.
Dabei wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.
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(1) Es wurde ein stabiler Lichtbogen mit geringer Sprühung bei einem
Schweißstrom von 300 bis 500 Ä erhalten, und das Aussehen der gebildeten Schweißraupe
war glatt und befriedigend, obwohl ihre Form etwas gekrümmt war. Es war keine wesentliche
Schlackenmenge auf der Oberfläche der Schweißraupe vorhanden.
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(2) Ein stabiles Kurzschlußschweißen war möglich bei einem Schweißstrom
von 150 bis 300 A, wobei ein Niederspannungsbogen angewandt wurde. Dies ist mit
herkömmlichen Verbunddrähten nicht möglich.
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(3) Bei einer waagerechten Kehlnahtschweißung-unter Anwendung einer
großen Stromstärke wurde eine glatte nahtförmige Kehlnaht in Stegform in einer Größe
von 7 bis 10 mm ohne das Schweißraupenabtropfen erhalten:
Wie sich
aus dem obigen Beispiel ergibt', kann man erfindungsgemäß einen Verbunddraht erhalten,
der eine einfache Struktur und eine ausgezeichnete-Brauchbarkeit aufweist.- Der
erfindungsgemäße Verbunddraht besitzt den wirtschaftlichen Vorteil einer einfacheren
Herstellbarkeit, und man kann mit diesem Draht einen großen Niederschlagsgrad erzielen,
da er kein schlackenbildendes Material enthält.
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Ferner kann man mit dem erfindungsgemäßen Verbunddraht eine Erhöhung
der@Sohweißgeschwindgkeit und ein besseres Eindringen der Schweißung erzielen, da
sein Durchmesserklein und zur Verwendung bei großer Stromdichte geeignet ist. Ferner
kann man mit dem erfindungsgemäßen Verbunddraht Kurzschlußschweißen, es tritt eine
geringere Schlackenmenge auf, und man kann auch eine Vielschichtenschweißung ohne
vorheriges Entfernen der Schlacke ausführen. Die Erfindung ist somit von großer
industrieller Bedeutung.