DE1690602A1

DE1690602A1 - Schweisselektroden

Info

Publication number: DE1690602A1
Application number: DE19671690602
Authority: DE
Inventors: Takeshi Oku
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1967-01-23
Filing date: 1967-05-30
Publication date: 1971-10-14
Also published as: DE1690602B2; NL6707511A; DE1690602C3; GB1145395A; US3558851A; JPS516096B1

Description

MATSUSHITA KLECTRIC INDUSTRIAL GO., LTD., üsaka / Japan

Schweißelektroden

Die Erfindung bezieht sich auf zusammengesetzte Schweißelektroden zur Verwendung beim Schweißelektroden-Schutzgas-Lichtbogenschweißen, insbesondere bei der Verwendung eines Gases wie 00,-, das wirtschaftlich vorteilhaft und hinsichtlich seiner Verwendbarkeit und Schweißbarkeit hervorragend ist.

ills sind bereits verschiedene Arten zusammengesetzter Schweißelektroden, die im folgenden als Schweißdraht bezeichnet werden, als Elektroden zur Verwendung beim Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit sich verzehrenden Elektroden und unter Verwendung eines Gases wie Cü„ bekannt. Jedoch ist keine davon ganz zufriedenstellend, wie noch erläutert werden wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen neuen zusammengesetzten Schweißdraht zum Schweißen in einer

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primär aus COp-Gas bestehenden Atmosphäre zu schaffen, der die Nachteile der bekannten Schweißelektroden nicht aufweist, einfach in seiner Konstruktion ist, hervorragend in seiner Verwendbarkeit und wirtschaftlich vorteilhaft ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und im Vergleich mit bekannten Schweißdrähten dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 und 2 je einen querschnitt durch eine bekannte Schweißelektrode, und

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Schweißelektrode.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine bekannte Schweißdrahtausführung gezeigt, wie sie aus dem japanischen Patent Mr. 299 057 bekannt ist. Dieser zusammengesetzte Schweißdraht besteht aus einer Metallhülle 1, oeispielsweise aus niedrig gekohltem Flußstahl, inneren Hippen 2 und 3, die mit Teilen der Metallhülle gebildet sind, und einer Füllung 4, die aus einem gemischten Pulver eines schlackenbildenden nischstoffs mit einem Deoxidationsmittel besteht. Der schlackenbildende Mischstoff ist aus Verbindungen wie TiI^_f i'inO, SiO^,

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ülisenoxiden, Aluminiumoxiden und Alkalien zusammengesetzt. iAirüuer hinaus ist gewäß jenem Patent angegeDen, daß die Menge der Füllung η iiu bereich you 24 bis 42 üew.^ der Metallteile

λ,c und 3 liegen muß und weiterhin das Gesamtgewicht der inneren üippen 2 und 3 größer als das Gewicht der Hülle 1 sein muß.

Im Fall zusammengesetzter Schweißdrahte mit einem derartigen Aufbau, daß die aus dem schlackenbildenden Hisehstoff und den Deoxidationsmitteln zusammengesetzte Füllmasse ins Innere der Metallhülle gepackt ist, muß die Menge des schlackenbildenden Mischstoffs höher als 20 Crew.*» sein, um die beim Schweiiien entstehende Schweißraupe gleichmäßig mit einer ausreichenden Schlackeniaenge zu oedecken; eine i'ienge über 40/» hat andererseits einen unstabilen Lichtbogen zur Folge, wie in jener Patentschrift festgestellt wird. Weiterhin sind die inneren Hippen γοη großer Bedeutung für die Metallhülle; das Vorhandensein dieser Kippen enaöglicht einen sehr stabilen Lichtbogen, verhindert Auftreten von Zersprüliung und führt zur Vermeidung der ungünstigen Erscheinungen, daß zuerst während des Schweißvorgangs nur die Metallhülle schmilzt und die in der netallhülle vorhandene Füllung ungesehmolsen bleibt und aus ersterer vorsteht. Der beschriebene zusammengesetzte Schweißdraht, der ver-

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hältnismäßig viel schlackentildenden Mischstoff in der Füllung enthält, vermag eine Schweißraupe von schönem Äußeren und guter Form zu bilden, jedoch ist andererseits für den zusammengesetzten Schweißdraht 2ur Erhöhung seiner Verwendbarkeit ein Aufbau gemäß Fig. 1 notwendig. Ein solcher zusammengesetzter Draht bedingt somit zahlreiche Probleme hinsichtlich seiner Herstellung und ist wirtschaftlich nicht vorteilhaft. Weiterhin hat dieser bekannte zusammengesetzte Schweißdraht den Nachteil, daß er von geringerer Ablagerungswirksamkeit ist, nur eine geringe Ablagerungsgeschwindigkeit ermöglicht und hinsichtlich der Schweißdurchdringung nicht ganz zufriedenstellend ist,da er eine große Menge Füllung enthält und aufgrund seines Durchmessers keine hohe Stromdichte zur Anwendung kommen kann«

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen weiteren, aus der japanischen Patentschrift 288 405 bekannten Schweißdraht* Der zusammengesetzte'Schweißdraht dieser Form umfaßt eine rohrformige Metallhülle 5, die hauptsächlich aus niedrig"gekohltem Flußstahl gebildet ist, und eine darin eingeschlossene Füllung 6, die aus einer nicht-hydroskopisehen Flußmittel-Zusammensetzung, die für die Bildung einer wasserstoffreien Schlacke geeignet ist,-weiterhin aus Deoxidationsmitteln, legierungsbildenden Elementen und einem Metallpulver derselben

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Zusammensetzung wie die Metallhülle besteht.

Der Aufbau gemäß Fig. 2 ist nicht speziell neu, sondern im Zusammenhang mit dem sogenannten "Bernard-Verfahren¹¹ wohlbekannt. Die charakteristischen Eigenschaften dieses zusammengesetzten Schweißdrahtes liegen deshalb nicht eigentlich in seinem Aufbau, sondern darin, daß die Zusammensetzung der Füllung beschränkt ist auf eine Mischung aus der ungeschmolzenen Flußmittel-Mischung, die zur Bildung eines Flusses geeignet ist, den Deoxidationsmitteln und dem Metallpulver, die alle körnig und im wesentlichen nicht-hydroskopisch sind und im wesentlichen keinen Wasserstoff enthalten. Im einzelnen beschreibt diese Patentschrift die Verwendung von Kalziumfluorid, mineralischem Silikat, Titanoxid oder Kalziumkarbonat als Flußmittelmischungf Ferromangan, Ferrosilizium und Ferrotitan als Deoxidationsmittel; und Eisenstaub oder Kupferstaub als Metallpulver, und beschreibt ein spezielles Beispiel der Füllung, die aus einer Zusammenstellung dieser Verbindungen besteht. Im Vergleich zum zusammengesetzten Schweißdraht des Aufbaus gemäß Fig. 1 ist der zusammengesetzte Schweißdraht dieser Art einfach in seinem Aufbau, wirft jedoch viele Probleme hinsichtlich seiner Anwendbarkeit und hinsichtlich des Primär- ■ Objekts der Schweißung, nämlich des Erhaltene hervorragender

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Eigenschaften der entstehenden Schweißnmg, auf. In dieser Patentschrift ist hervorgehoben, daß die Füllung im wesentlichen nicht-hydroskopisch sein muß und keinen Wasserstoff enthält; dies dient ausschließlich dem Zweck, eine zufriedenstellende Schweißung zu erhalten.

Durch die Erfindung soll ein zusammengesetzter Sehweiß-

™ draht zum Schweißen in einer primär aus CO₉ bestehenden Atmosphäre geschaffen werden, der im fergleich zu den oben beschriebenen bekannten Schweißelektroden einfach in seinem Aufbau, hervorragend in seiner Verwendbarkeit und wirtschaftlich vorteilhaft ist. Fig. 3 zeigt eine Äusführungsform eines erfindungsgemäßen zusammengesetzten Sehweißdrahtes mit einer Metallhülle 7 und einer Füllung 8. Der Aufbau dieses erfindungsgemäßen zusammengesetzten Drahtes' zeichnet sich im wesent-™ liehen dadurch aus, daß

1.) der zusammengesetzte Schweißdraht aus einer einfachen rohrförmigen Hülle und einer das Innere der Hülle füllenden . Füllung zusammengesetzt ist;

2.) die Füllung aus folgenden Bestandteilen zusammengesetzt ist i

a. Ferromangan in einer Menge nicht unter Vß>, aber nicht über 2,2$, auf das Mangan bezogen, des Jkahtgewichtes.

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b. Ferrosilizium in einer Menge nicht unter Q,3#» aber nicht über 0,9/S auf das Silizium bezogen, des Drahtgewiohtes.

c, Ferroaluminium in" einer Menge nicht unter 0,05$ > aber nicht über 0,ο>ί», auf las Aluminium bezogen, des Drahtgewichts. .

d# Ein Oxid oder Salz eines Alkalimetalls oder eine Mischung hiervon in einer Menge nicht unter Ö, 1$, aber nicht über 3/0 des Drahtgewichts.

e. Eisenpulver, das äen Best der Füllung ausmacht.

Das erfinderische Merkmal der Erfindung beruht in der Zusammensetzung der Füllung, zusammen mit einer einfachen Kohrstruktur. Dieses.Merkmal der Erfindung wird noch im" einseinen beschrieben.
JL. Verwendbarkeit

Bas erste Problem hinsichtlich zusammengesetzter Schweißdrähte ist ihre Verwendbarkeit, insbesondere das Auftreten von Sprühung. Hinsichtlich Ier Sprühung von Schweißdrähten dieser Art wurden durch Versuche des Erfinders aufgrund von Beobachtungen von Lichtbogen Mittels eines Schnellbewegungsbildes und eines Sprühfallenverfahrens folgende Tatsachen herausgefunden:

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A-1 Ein zusammengesetzter Schweißdraht der Art, die in einer einfachen rohrförmigen Hülle eine große Menge Flußmittelmischung enthalten, erzeugt unregelmäßige explosive Sprühungen während des Lichtbogenbrennens als Ergebnis davon, daß die Füllung aus der Hülle ungeschmolzen vorsteht und der

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Hitze des Lichtbogens.ausgesetzt ist. Außerdem ist das Schweiß* kügelchen groß und läuft nicht weich. Diese Erscheinung kann durch Anwendung des aus der japanischen Patentschrift 299 057 bekannten Verfahrens auf ein Minimum reduziert werden.

A-2 Selbst wenn die Schweißelektrode von einfachem rohrförmigen Aufbau ist, kann das Sprühen etwas vermindert werden, indem die Flußmittelmischung nicht in der Füllung enthalten ist und der Durchmesser der Hülle vermindert wird, so daß eine hohe Stromdichte entsteht. Wird jedoch nur Ferromangan und Ferrosilizium als Füllung verwendet, so tritt am Schmelzende des Schweißdrahtes während des Lichtbogenbrennens intensiv eine unregelmäßige lokale Einstecherscheinung auf, die ein Zersprühen zahlreicher feiner Spritzer ,zur „Folge hat. Dieses Phänomen kann nicht einmal durch die Hinzuführung eines Lichtbögenstabilisators wie etwa eines Alkalimetallsalzes " gebessert werden.

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A-3 Der Zustand des Lichtbogens ändert sich auffällig, wenn Ferroäluminium zu der aus Ferromangan und Ferrosilizium bestehenden Füllung in der Schweißelektrode von einfachem rohrförmigen Aufbau zugefügt wird» Die Erscheinung des intensiven Einstechens am Schmelzende des Schweißdrahtes während des Brennens des Lichtbogens, wie es mit den.erwähnten Mn-Si- oder Mn-Si-Ti-Füllungen beobachtet wurde, wird nämlich im wesentlichen vollständig ausgeschaltet, und das Versprühen feiner Spritzer wird erheblich'vermindert, so daß der Lichtbogen stabil wird» Diese Erscheinung dürfte nicht nur darauf zurückzuführen sein, daß durch die Hinzufügung von Aluminium der Flüssigkeitsgrad des geschmolzenen Metalls vermindert und dessen Oberflächenspannung vergrößert wird, sondern auGh die Erzeugung von GQ-G-as unterdrückt wird, das wegen seiner starken deoxidierenden Wirkung als wesentliche Ursache der Einstecherscheinung angenommen wird. In diesem Fall sollte bedacht werden, daß das Hinzufügen einer äußerst großen Aluminiummenge zu einer übermäßigen Erniedrigung des Flüssigkeitsgrades führt, mit der Folge, daß ein weiches Berühren und Laufen des Schweißkügelchens am Schweißdrahtende .schwierig wird und weiterhin die LLchtbogenspannung steigt, so daß der Lichtbogen unstabil wird. Durch Hinzufügen eines Lichtbogenstabilisiermittele, das aus einem Alkalimetallsalz, beispielsweise Natrium-·

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oxalat, besteht, ist es jedoch möglich., die Lichtbogenspannung zu erniedrigen und den Flüssigkeitsgrad geeignet vorzuwählen,

stabiler/

so daß ein von geringem Sprühen begleiteter'Lichtbogen erhalten wird. .

A-4 Eisenpulver wird zum Zweck zugefügt, die Ablagerungsgeschwindigkeit zu erhöhen; wie die Sprühfallenversuehe gezeigt haben, bewirkt die Hinzufügung von Eisenpulver auch eine Verminderung des Sprühens und eine Stabilisierung des Lichtbogens.

B. Mechanische Eigenschaften der Schweißung

B-1 Die mechanischen Eigenschaften einer durch die Verwendung eines zusammengesetzten Schweißdrahtes mit einer Füllung mit FIn-Si oder IJn-Si-Ti erzielten Schweißung sind im allgemeinen zufriedenstellend, jedoch kann bei ihr keine ausreichend hohe Zähigkeit erwartet werden. Gemäß Versuchen beträgt die V-Fugen-Schlagzähigkeit nach Charpy in einem vollständig geschweißten Metall bei 0 C nur etwa 6 bis 10 kg-e/cm und bei -20 C 1,5 bis 5 kg-m/cm .

B-2 Eine durch die Verwendung eines zusammengesetzten Schweißdrahtes mit einer Mn-Si-Ai-Füllung erhaltene Schweißung wies eine ausgezeichnete Dehnung und Fähigkeit auf. Die Y-Fugen-Schlagzähigkeit nach Charpy lag nämlich im Bereich von 12 bis 1<J kg-m/cm bei OC und von 9 bis 13 kg-m/cm bei -20 C. Beim

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automatischen Schweißen, beispielsweise beim verdeckten Lichtbogenschweißen, wurde Aluminium bisher aus dem Grunde nicht verwendet, daß es eine große Menge feuerbeständiger Substanzen im Schweißmaterial erzeugt, was dessen Zähigkeit verringert. Wird jedoch die Schweißung in einer CC^-Atmosphäre durchgeführt, so ist nur eine sehr kleine Menge solcher Substanzen im Schweißmetall zu beobachten und dieses weist eine ausgezeichnete Dehnung auf, wie später beschrieben wird, vermutlich wegen der unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeit. Es wurde bereits früher-festgestellt, daß beim Schweißen mit blankem Draht in einer CÜ^-Schutsgasatmosphäre die mechanischen Eigenschaften einer Mn-Si-Al-Schweißung denen anderer Schweißungen überlegen sind. In diesem Fall war jedoch der Lichtbogen unstabil mit der Tendenz, große Sprühkörper abzuschleudern, da es praktisch unmöglich ist, die Füllungszusammensetzung gemäß der Erfindung anzuwenden.

C. Bereich der Bestandteile

C-1 Ferromangan und Ferrosilisium

Diese Verbindungen sind diejenigen Bestandteile, welche einen grundlegenden Einfluß auf die Festigkeit und Deoxidation des entstehenden Schweißmetalls haben. Als diese beiden .bestandteile sollten niedrige Kohlelegierungen verwendet

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werden. Die Menge des einzubauenden Ferromangans liegt vorteilhaft er weise zwischen 1$ und 2,2*6, auf das Mangan bezogen, des Drahtgewtchts. line- Menge unter \°/° führt zu einer unerwünscht geringen Festigkeit des Sch Weißmetalls, während eine Menge über 2^a/o zu einer unerwünscht hohen Festigkeit desselben führt. Die Festigkeit des Schweißmetails hängt natürlich von der Menge des zugefügten Ferroaluminiums ab, Sinsicfrtlich des Ferrosiliziums kann ein zufriedenstellendes Ergebnis betreffend die deoxidierende Eeaktion erzielt werden, wenn es in einer Menge .zwischen 0,3f° und 0,9^, auf das Silizium bezogen, des Drahtgewichts zugefügt wird. Die Ferrosiliziummenge beträgt also vorteilhafterweise etwa 40^ des Ferromangans.

C-2 Ferroaluminiuni

Ferroaluminiuffl wirkt als stark deoxidierendes und als den Fluß bestimmendes Mittel. G-ernäß Yersucliea bringt die Hinzufügung von Ferroaluminium in einer Menge bis 0,05^, bezogen auf das Aluminium, praktisch keinen !Effekt, während eine. Zufügung davon In einer Menge über 0,8$, bezogen auf das Aluminium, den Lichtbogen unstabil macht, so daß die Schweißung verschlechtert wird. Ferroaluminium wird deshalb in einer Uenge zwischen 0,05 und 0,8$ einschließlich, auf das Aluminium besogen, des Drahtgewichts zugefügt* _:

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C-3 Lichtbogenstabilisierer

Liehtbogenstabilisierer dienen zur Erniedrigung der Lichtbogenspannung und zur Vorbestimmung des Flüssigkeitsgrades des geschmolzenen Metalls, wodurch die Verwendbarkeit des Schweißdrahtes, die durch das Hinzufügen von Aluminium vermindert wurde, wieder verbessert wird. Als dieser Bestandteil wird ein Salz oder Oxid eines Alkalimetalls allein oder gemischt verwendet. Die Menge des zu verwendenden Stabilisierers liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,1 und 3 Gew.^. Die Zufügung einer übermäßigen Stabilisierermenge ist nachteilig, da hierdurch die Schmelzgeschwindigkeit des Schweißdrahtes erniedrigt wird.

0-4 Eisenpulver

Dieser Bestandteil wird in einer Menge beigefügt, die zum Zweclfcdes Erhöhens der Ablagerungsgeschwindigkeit erforderlich ist. Vorteilhafterweise wird die Menge des hinzuzufügenden Eisenpulvers auf Null oder auf-eine sehr kleine Menge reduziert und dafür die Wandstärke der rohrförmigen Hülle erhöht» \

Die Erfindung sei nun anhand eines Beispiels näher erläutert.

Unter Verwendung eines zusammengesetzten Schweißarahtes

wurde eine Schweißung unter den folgenden Bedingungen durch-

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geführt:

Schweißdraht:

ÄußererDurchmesser des Schweißdrahtes 2 mm

Gewicht der rohrförmigen Hülle aus niedrig gekohltem Flußstahl/Schweißdraht-Gesamtgewicht 775*

Gewicht der Füllung/Schweißdraht-Gesamtgewieht = 235^

Ferromangan (Mangangewicht/Sehweißdraht-Gesamtgewicht) 1,623έ

Ferrosilizium (Gewicht des Siliziums/ Schweißdraht-Gesamtgewicht) O,64^

Ferroaluminium (Aluminiumgewicht/ Schweißdraht-Gesamtgewicht) 0

sbxalat (Gewicht τοη la^C^O*/ S chwe ißdr aht-Gesamtgewicht) Eisenpulver

Schweißbedingungen:
Strom

Spannung

Geschwindigkeit ,

Ausströmgeschwindigkeit von CO

Mechanische Eigenschaften der erhaltenen

Schweißnaht:

Zugfestigkeit

Rest der Jtfillung

31 V ' 40 cm/min 20 l/min

4b,7 kg/mm

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■ 2

Fließgrenze 41,5 kg/mm

Dehnung 33,2.°/°

Fläehenverminderung 71,3$

2 E₀ (Y-Fuge Charpy) 15,5 kg-m/cm

(¥-Fuge Charpy) 13,2 kg-m/cm²

Während des Schweißens war der Lichtbogen bei geringer Sprühung stabil, und die Form der erzieltem Schweißraupe war zufriedenstellend. Die die Füllung bildenden Bestandteile sind nicht auf die oben genannten Eisenlegierungen beschränkt, sondern es können auch Metalle wie Kangan, Silizium, Silizium-Mangan und weiterhin Aluminium verwendet werden. Der Schweißdraht ist nicht notwendigerweise -von kreisförmigem plierselinitt, sondern kann auch einen polygonalen Querschnitt aufweisen. Die sahlreichen, im einzelnen beschriebenen industriellen Vorteile der erfindungsgeinäßen besonderen Schweißelektrode seien im folgenden zusammengefaßt;

1. Sie ist von einfacher Konstruktion und hervorragend sowohl in ihrer Verwendbarkeit als auch in ihrer Schweißbarkeit.

2. Da die Elektrode mit kleinem Durchmesser hergestellt

werden h-<am. 00 daß eine hohe Stroiidichte entsteht, kann-die

^kdii erhöht werden.

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3. Sie erzeugt kaum Schlacke, da der Schweißiaht keine dchlackenbildenden Materialien enthält, und ist deshalb geeignet zum Mehr sch ich tens chwe iß en.

—- 4. Sie bildet trotz des praktischen Fehlens von Schlacke eine schöne Schweißraupe, da der Flüssigkeitsgrad des Schweißmetails vorwählbar ist. -

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Claims

Pa t e η t a η s ρ r u c h :

Schweißelektrode zur Verwendung beim Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit sich verzehrender Elektrode, das in einem Schutzgas durchgeführt wird, das primär aus Kohlendioxid ,besteht, mit einer hohlen äußeren Hülle aus niedrig gekohltem
Flußstahl und einer in dieser hohlen äußeren Hülle eingeschlossenen Füllung, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (8) zusammengesetzt ist aus Ferromangan in einer Menge zwischen 1$ und 2,2$, auf das Mangan bezogen, des Elektrodengewichts, Ferrosilizium in einer Menge zwischen 0,3$ und 0,9$, bezogen auf das Silizium, des Elektrodengewichtes, Ferroaluminium in einer Menge zwischen 0,05$ und 0,8$, bezogen auf das Aluminium, des Elektrodengewichtes, einen Lichtbogenstabilisierer aus einem Alkalimetallsalz oder -oxid in einer Menge
zwischen 0,1$ und 3$ des Elektrodengewichts und im Restlichen Eisenpulver, das nach Bedarf zugefügt werden kann.

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L e e r s e i t