DE1690592B2 - Seelen-Elektrode zum Lichtbogenschweißen von Stahl unter Kohlendioxyd - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Seelen-Elektrode zum Lichtbogenschweißen von Stahl unter Kohlendioxid, mit einem Kern aus desoxidierenden Ferrolegierungen »5 und lichtbogenstabilisierenden Alkaliverbindungen.

Es sind bereits verschiedene Arten von Seelen-Elektroden zur Verwendung als abschmelzende Elektrode beim Schutzgasbogenschweißen unter Verwendung eines Gases, wie CO2, bekannt; diese bestehen allgemein aus solchen Arten, wie sie in der japanischen Patentschrift 2 99 057 und 2 88 405 beschrieben sind. Diese bekannten Verbundschweißelektroden sind jedoch nicht restlos zufriedenstellend.

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 bedeutet

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine bekannte Seelen-Elektrode,

F i g. 2 einen ähnlichen Querschnitt wie in F i g. 1, jedoch durch eine andere bekannte Seelen-Elektrode, und

F i g. 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemä-Be Seelen-Elektrode.

Im folgenden wird zuerst die in der japanischen Patentschrift 2 99 057 beschriebene Seelen-Elektrode an Hand von F i g. 1 erläutert.

In Fig. 1 bedeutet 1 einen Metallmantel, z.B. aus so 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 T1O2, MnO, S1O2, Eisenoxiden, Aluminiumoxiden und Alkalien besteht. Gemäß dieser Patentschrift muß die Menge an Füllstoff 4 zwischen 24 und 42 Gewichtsprozent 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.

Die nach innen gehenden Finnen sind von großer Bedeutung und man kann nur in Anwesenheit dieser Finnen einen stabilen Bogen erhalten, das Spritzen auf 6s ein Minimum herabsetzen und die unerwünschte Erscheinung vermeiden, daß beim Schweißen der Metallmantel zuerst geschmolzen wird und das mit Füllstoff versehene Innere des Metallmantels ungeschmolzen bleib* und aus diesem hervorsteht Der Verbunddraht des beschriebenen Typs, der erne verhältnismäßig größe Menge schlackenbildendes; Gemisch in dem Füllstoff enthält, eignet sich zur Bildung einer gut aussehenden und gut geformten Schweißrauue. Die Herstellung einer derartigen Seelen-Elektrode bringt jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten mit sich und ist daher nicht immer wirtschaftlich. Ferner hat ein derartiger Verbunddraht den Nachteil einer geringen Abschmelzleistung und eines nicht vollkommen ausreichenden Einbrandes, was auf der Tatsache beruht daß 'er'eine große Menge Füllstoff enthält und eine große Stromdichte auf Grund seines Durchmessers nicht

möglich ist ei

Im folgenden wird eine andere Form einer Seelen-Elektrode, wie sie in der japanischen Patentschrift 2 88 405 beschrieben ist. an Hand von F i g. 2 erörtert.

Diese Figur stellt einen Querschnitt durch die Seelen-Elektrode dar; sie besteht aus einem röhrenförmigen hauptsächlich aus Weichstahlblech bestehenden Metallmantel 5 und einem darin befindlichen Füllstoffe, der aus einem nicht hygroskopischen Flußmittel zur Bildung einer wasserstofffreien Schlacke, Desoxidationsmitteln. Legierungselementen und einem Metallpulver der gleichen Zusammensetzung wie der Metallmantel besteht.

Ein Gehalt von 50% oder mehr Metallpulver in dem Füllstoff führt zu einer merklichen Stabilisierung des Bogens und zu einer beträchtlichen Verminderung des Spritzens. im Vergleich zu der in F i g. 1 dargestellten Seelen-Elektrode besitzt dieser Verbunddraht den Vorteil einer einfachen Struktur und eine höhere Abschmelzleistung infolge des großen Gehalts an Metallpulver in dem Füllstoff; ami erseits besteht jedoch der Nachteil, daß hierbei ein verhältnismäßig hochreines Metallpulver mit geringer Teilchengröße verwendet werden muß, was sich auf die Wirtschaftlichkeit der Seelen-Elektrode nachteilig auswirkt.

Die Erfindung schafft einen Verbunddraht, der sich zur Verwendung in einer hauptsächlich aus CO2 bestehenden Atmosphäre eignet, eine einfache Struktur aufweist und ausgezeichnet brauchbar und wirtschaftlich im Vergleich zu den oben beschriebenen bekannten Seelen-Elektrode ist

Die Struktur der erfindungsgemäßen Seelen-Elektrode ist in Fi g. 3 dargestellt, in der 7 einen Metallmantel und 8 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.

(b) Der Füllstoff besteht aus den folgenden Verbindungen, ausgedrückt in Gewichtsteilen des Gesamtgewichts des Füllstoffs:

Ferromangan 30 bis 60 Teile Ferrosilicium 20 bis 40 Teile Ferrotitan 0 bis 10 Teile Ferroaluminium 0 bis 15 Teile Lichtbogenstabilisator 1 bis 10 Teile

(c) Als Lichtbogenstabilisator werden Oxide und Salze von Alkalimetallen, wie Kaliumoxid und Kaliumoxaiat allein oder in Kombination verwendet

(d) Besondere schlackenbildende Stoffe fehlen.

Die beim Schweißen unter kohlendioxydhaltigen Schutzgasen auftretenden Schweißspritzer können beträchtlich vermindert werden, wenn man die Quer-

schnittsfläche des zentralen Hohlraums in dem röhrenförmigen Mantel ausreichend klein macht und den zentralen Hohlraum nur mit hauptsächlich aus Ferrolegierungen bestehenden Desoxidations>nitteln und einer geeigneten Menge Alkalimetallen, wie oben beschrieben, füllt

Dies beruht vermutlich darauf, daß die auf die Flächeneinheit des Verbunddrahtes wirkende Kraft des Lichtbogens infolge der Ausdehnung des bogenbildenden Teih. an der Spitze des Drahtes verringert wird. Außerdem enthält der Füllstoff keine schlackenbildenden Materialien, wie Metalloxide und Metallsalze; dadurch wird die Ursache des Spritzens behoben, die sonst auf plötzlichem Schmelzen, Dissoziierung und Ausdehnung der Materialien infolge des starken Erhitzens ohne Vorerhitzung beruht

Falls die Querschnittsfläche des mit dem Füllstoff zu füllenden Teils über 25% der Gesamtqjerschnittsfläche ausmacht, erhöht sich nicht nur die Füllstoffmenge übermäßig, sondern es tritt auch ein vermehrtes Spritzen auf. Es ist also unbedingt erforderlich, daß die Wanddicke des Metallmanteis nicht kleiner als '/4 des Außendurchmessers des Drahtes ist. Bei der Erfindung braucht der Querschnitt des Drahtes nicht unbedingt kreisförmig zu sein, wie es im Rahmen der Beschreibung erläutert ist, sondern es ist beispielsweise auch eine rechteckige Form möglich.

Der Füllstoff kann außer den obenerwähnten 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.

Man kann ein besseres Ergebnis erzielen, wenn der Außendurchmesser des Drahtes 2,0 mm nicht übersteigt und die Stromdichte mindestens 100 A/mm² bei Gleichstrom mit negativ gepoltem Werkstück besteht.

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 40% Si), vorzugsweise etwa 4 :3, wobei das Gesamtgewicht der beiden Verbindungen mindestens 50% des Gesamtgewichts des Füllstoffs ausmachen muß.

Bei einem Verbunddraht, bei dem der Querschnitt des Zentralhohlraums 25% der Gesamtquerschnittsfläche nicht übersteigt, bilden sich manchmal Blasen im Schweißgut, falls das Gesamtgewicht der obengenannten 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 Mangan zur Erzielung einer fehlerfreien Schweißstelle erforderlich sind, da Titan und Aluminium verhältnismäßig heftig miteinander reagieren und nicht längere Zeit als solche vorliegen.

Ferrotitan wird wirksam als starkes Desoxidationsmittel verwendet, das die Funktion des Mangans und Siliciums unterstützt; ferner trägt seine Verwendung zur Verbesserung des Aussehens und der Kerbzähigkeit der Schweißstelle bei.

Ferroaluminium, das ebenfalls als starkes Desoxidationsmittel verwendet wird, dient zusammen mit dem Ferrotitan zur Einstellung der Fließfähigkeit des Schweißgutes und zur starken Verbesserung des Aussehens 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.

Die Wirkung einer Lichtbogenstabilisierung kann man erzielen, wenn der aus Oxiden und Salzen von Alkalimetalien bestehende Lichtbogenstabilisator in dem Füllstoff in einer Menge von 1% oder mehr des Gesamtgewichts des Füllstoffs vorhanden ist. Eine 10% überschreitende Menge an Lichtbogenstabilisator führt zu einer Verringerung der Schmelzgeschwindigkeit des Drahtes, und eine Menge von über 20% führt zu Blasen in dem abgeschiedenen Metall. Aus diesem Grund beträgt die Menge des tatsächlich verwendeten Lichtbogenstabilisators vorzugsweise 1 bis 10% und insbesondere 6 bis 8%.

Die Erfindung wird nun an Hand des folgenden Beispiels weiter erläutert

Eine Schweißstelle wurde unter Verwendung eines Verbunddrahtes unter den folgenden Bedingungen hergestellt:

Schutzgas:
Schweißkraftquelle:

Drahtmantel:

Querschnittsfläche
des Kernes:

Füllstoff:

CO2

Gleichstrom-Werkstück

negativ

Weichstahl (0,15% C)

Außendurchmesser 2,0 mm

16% des Drahtaußendurchmessers

43 Gew.T. Ferromangan
33 Gew.T. Ferrosilicium

6 Gew.T. Ferrotitan
10 Gew.T. Ferroaluminium

8 Gew.T. Bogenstabilisator

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.

(1) Es wurde ein stabiler Lichtbogen mit geringem Spritzen bei einem Schweißstrom von 300 bis 500 A 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.

(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.

(3) Bei waagerechter Kehlnahtschweißung mit hoher Stromstärke wurde eine glatte Schweißnaht mit einer Höhe von 7 bis 10 mm ohne Abtropfen der Schweißraupe erhalten.

Wie sich aus dem obigen Beispiel ergibt, kann man erfindungsgemäß eine Seelen-Elektrode erhalten, die eine einfache Struktur und eine ausgezeichnete Brauchbarkeit aufweist. Die erfindungsgemäße Seelen-Elektrode besitzt den wirtschaftlichen Vorteil einer einfacheren Herstellbarkeit, und man kann mit dieser Elektrode eine große Abschmelzleistung erzielen, da sie kein schlackenbildendes Material enthält.

Ferner kann man mit dem erfindungsgemäßen Verbunddraht eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit und einen tieferen Einbrand erzielen, da sein Durchmesser klein und zur Verwendung bei großer Stromdichte geeignet ist. Ferner kann man mit dem

erfindungsgemäßen Verbunddraht kurzschlußschweißen. Da die Schlackenmenge gering ist, kann man auch eine Mehrlagenschweißung ohne vorheriges Entfernen der Schlacke ausführen. Die Erfindung ist somit von großer industrieller Bedeutung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Seelen-Elektrode zum Lichtbogenschweißen von Stahl'unter Kohlendioxid, mit einem Kern aus desoxidierenden Ferrolegierungen und lichtbogenstabilisierenden Alkalimetallverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Kernquerschnittes 25% des Gesamtquerschnittes nicht übersteigt, daß die Kernfüllung im wesentlichen frei ist von Schlackebildnern und im übrigen aus 30 bis-öO^GewicHtsteilen Ferromangan, 20 bis 40 Gewichisteiieh*Ferrosiiiciuni,i nicht über Ϊ0 Gewichtsteilen Ferrotitan, nicht über 15 Gewichtiteilen Ferrctaluminium sowie aus ΐ bis 10 Gewichtsteilen »5 Oxiden und Salzen der Alkalimetalle besteht *■