DE1690602B2 - Seelen-Elektrode zum Lichtbogenschweißen unter Kohlendioxid - Google Patents
Seelen-Elektrode zum Lichtbogenschweißen unter KohlendioxidInfo
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Description
und im Res*, nach Bedarf aus Eisenpulver besteht, dessen Menge um so kleiner ist, je dicker die äußere
Hülle ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Seelen-Elektrode ium Lichtbogenschweißen unter Kohlendioxid mit
einer Hülle aus niedriggekohltem Flußstahl und einer Füllung, die unter anderem Ferromangan, Ferro-•ilicium
und Eisenpulver enthält.
Es sind bereits verschiedene Arten von abschmelzenden Seelen-Elektroden zur Verwendung beim
Schutzgas-Lichtbogenschweißen unter Verwendung eines Gases wie COj, 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 vorwiegend aus CO2-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 und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der
Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und im Vergleich mit bekannten Schweißdrähten dargestellt;
es zeigt:
Fig. 1 und 2 je einen Querschnitt durch eine bekannte Schweißelektrode, und
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Schweißelektrode.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine bekannte Schweißdrahtausfühiung gezeigt, wie sie aus der
japanischen Patentschrift 299 057 und der deutschen Patentschrift 1 182 375 bekannt ist. Dieser zusammengesetzte
Schweißdraht besteht aus einer Metallhülle 1, beispielsweise aus niedrig gekohltem Flußstahl, inneren
Rippen 2 und 3, die mit Teilen der Metalihülle gebildet sind, und einer Füllung 4, die aus einem gemischten
Pulver eines schlackenbildenden Mischstoffs mit einem Desoxidationsmittel besteht. Der schlackenbildende
Mischstoff ist aus Verbindungen wie TiO2, MnO, SiO2, 6s
Eisenoxiden, Aluminiumoxiden und Alkalien zusammengesetzt. Darüberhinaus ist gemäß jenem Patent
angegeben, daß die Menge der Füllung 4 im Bereich von 24 bis42GewictaipTOZcnt der Metallteile l,2und 3
liegen und weiterhin das Gesamtgewicht der inneren Bippen 2 und 3 größer als das Cement der HuUe 1
sein muß.
Im Fall zusammengesetzter Schweißdrähle mit
einem derartigen Aufbau, daß die aus dem schlackenbildenden Mischstoff und den Desoxidationsmitteln
zusammengesetzte Füllmasse ins Innere der Metallhülle gepackt ist, muß die Menge des schlackenbildenden
Mischstoffs höher als 20 Gewichtsprozent sein, um die beim Schweißen entstehende Schweißraupe
gleichmäßig mit einer ausreichenden Schlackenmenge zu bedecken; eine Menge Ober 40% hat andererseits
einen unstabilen Lichtbogen zur Folge, wie in jener Patentschrift festgestellt wird. Weiterhin sind die
inneren Rippen von großer Bedeutung für die Metalihülle; das Vorhandensein dieser Rippen ermöglicht
einen sehr stabilen Lichtbogen, verhindert Spritzer und führt zur Vermeidung der ungünstigen Erscheinungen,
daß zuerst während des Schweißvorgangs nur die Metallhülle schmilzt und die in der Metallhülle vorhandene
Füllung ungeschmolzen bleibt und aus ersterer vorsteht. Der beschriebene zusammengesetzte Schweißdraht, der verhältnismäßig viel schlackenbildenden
Mischstoff in der Füllung_ enthält, vermag eine Schweißraupe von schönem Äußeren und guter Form
zu bilden, jedoch ist andererseits für den zusammengesetzten Schweißdraht zur Erhöhung seiner Verwendbarkeit
ein Aufbau gemäß Fig. 1 notwendig. Ein solcher zusammengesetzter Draht bedingt somit zahlreiche
Probleme hinsichtlich seiner Herstellung.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen weiteren,
aus der japanischen Patentschrift 288 405 bekannten Schweißdraht. Der zusammengesetzte Schweißdraht
dieser Form umfaßt eine rohrförmige Metallhülle 5, die hauptsächlich aus niedrig gekohltem Flußstahl
gebildet ist, und eine darin eingeschlossene Füllung 6, die aus einer nicht-hygroskopischen Flußmittel-Zusammensetzung,
die für die Bildung einer wasserstofffreien Schlacke geeignet ist, weiterhin aus Desoxidationsmitteln, legierungsbildenden Elementen und einem
Metallpulver derselben Zusammensetzung wie die Metallhülle besteht.
Der Aufbau gemäß Fig. 2 ist 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 Flußmittei-Mischung, die
zur Bildung eines Flusses geeignet ist, den Desoxidationsmitteln und dem Metallpulver, die alle körnig
und im wesentlichen nichthygroskopisch sind und im wesentlichen keinen Wasserstoff enthalten. Im einzelnen
beschreibt diese Patentschrift die Verwendung von Calciumfluorid, mineralischem Silikat, Titanoxid
oder Calciumcarbonat als Flußmittelmischung; Ferromangan, Ferrosilicium und Ferrotitan als Desoxidationsmittel;
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 der Eigenschaften der
entstehenden Schweißung auf.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
zusammengesetzten Schweißdrahts mit einer
Metallhülle 7 und einer Füllung 8. Der Aufbau dieses
erfindungsgemäßen Drahtes zeichnet sich dadurch aus, daß die Füllung — jeweils bezogen auf das Elektrodengewicht—aus
Ferromangan n?lt einem Mangananteil zwischen 1 und 2,2%, Ferrosilicium mit einem
Siliciumanteil zwischen 0,3 und 0,9%, Ferroaluminium mit einem Aluminiumanteil zwischen 0,05 und 0,8 %,
Alkalimetallsalz oder -oxid als Lichtbogenstabilisator in einer Menge zwischen 0,1 und 3 % und im Rest nach
Bedarf jais Eisenpulver besteht, dessen Menge um so
kleiner ist, je dicker die äußere Hülle ist.
Die Vorteile der Erfindung werden im einzelnen beschrieben.
A. Verwendbarkeit
Das erste Problem hinsichtlich zusammengesetzter Schweißdrähte ist ihre Verwendbarkeit, insbesondere
das Auftreten von Spritzern. Durch Versuche des Erfinders wurden auf Grund von Beobachtungen von
Lichtbogen mittels eines Schnellbewegungsbildes und eines Spritzfallenverfahrens folgende Tatsachen herausgefunden:
A-I Ein zusammengesetzter Schweißdraht, der in einer einfachen rohrförmigen Hülle eine große Menge
Flußmittelmischung enthält, erzeugt unregelmäßige, explosive Spritzer während des Lichtbogenbrennens
als Ergebnis davon, daß die Füllung aus der Hülle ungeschmolzen vorsteht und der Hitze des Lichtbogens
ausgesetzt ist. Außerdem ist der Schweißtropfen 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 Spritzen
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 zahlreiche feine Spritzer
zur Folge hat. Dieses Phänomen kann nicht einmal durch die Hinzuführung eines Lichtbogenstabilisators
wie etwa eines Alkalimetallsalzes gebessert werden.
A-3 Der Zustand des Lichtbogens ändert sich auffällig, wenn Ferroaluminium 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 die Flüssigkeit des geschmolzenen Metalls vermindert und
dessen Oberflächenspannung vergrößert wird, sondern auch die Erzeugung von CO-Gas 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 der Flüssigkeit führt, mit der Folge, daß ein weiches Berühren
und Laufen des Schweißtropfens am Schweißdrahtende schwierig wird und weiterhin die Lichtbogenspannung
steigt, so daß der Lichtbogen unstabil wird.
Durch Hinzufügen eines Lichtbogenstabilisiennittels, das aus einem Alkalimctallsalz, beispielsweise Natriumoxalat,
besteht, ist es jedoch möglich, die Lichtbogenspannung zu erniedrigen und den Flüssigkeitsgrad
geeignet vorzuwählen, so daß ein von geringem Spritzen begleiteter stabiler Lichtbogen erhalten wird.
ίο A-4 Eisenpulver wird zum Zweck zugefügt, die
Abschmelzgeschwindigkeit zu erhöhen; wie die Spritzfallenversuche gezeigt haben, bewirkt die Hinzufügung
von Eisenpulver auch eine Verminderung des Spritzens und eine Stabilisierung des Lichtbogens.
J5 B. Mechanische Eigenschaften der Schweißung
B-I Die mechanischen Eigenschaften einer durch die Verwendung eines zusammengesetzten Schweißdrahtes
mit einer Füllung mit Mn-Si oder Mn-Si-Ti erzielten Schweißung sind im allgemeinen zufriedenstellend,
jedoch kann bei ihr keine ausreichend hohe Zähigkeit erwartet werden. Gemäß Versuchen beträgt
die Kerbschlag-Zähigkeit nach Charpy in einem vollständig geschweißten Metall bei 00C nur etwa
6 bis 10 kgm/cm2 und bei --200C 1,5 bis 5 kgrn/cm*.
B-2 Eine durch die Verwendung eines zusammengesetzten Schweißdrahtes mit einer Mn-Si-Al-Füllung
erhaltene Schweißung wies eine ausgezeichnete Dehnung und Zähigkeit auf. Die Kerbschiag-Zähigkeit
nach Charpy lag nämlich im Bereich von 12 bis 18 kgm/cm2 bei 0cC und von 9 bis 13 kgm/cm2 bei
—20=C. Beim automatischen Schweißen, beispielsweise
beim verdeckten Lichtbogenschweißen, wurde Aluminium bisher aus dem Grunde nicht verwendet,
weil es eine große Menge feuerbeständiger Substanzen im Schweißmaterial erzeugt, was dessen Zähigkeit
verringert. Wird jedoch die Schweißung in einer CO2-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 CO-j-Schutzgasatmosphäre
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 Spritzer abzuschleudern,
da es praktisch unmöglich ist, die Füllungs-
zusammensetzung gemäß der Erfindung anzuwenden.
C. Bereich der Bestandteile
C-I Ferromangan und Ferrosilizium
C-I Ferromangan und Ferrosilizium
-5 Diese Verbindungen sind diejenigen Bestandteile,
welche einen grundlegenden Einfluß auf die Festigkeit und Desoxidation des entstehenden Schweißmetalls
haben. Als diese beiden Bestandteile sollten niedrige Kohlelegierungen verwendet werden. Die Menge des
c" einzubauenden Ferromangans liegt vorteilhafterweise
zwischen 1 und 2.2%, auf das Mangan bezogen, des Drahtgewichts. Eine Menge unter 1 % führt zu einer
unerwünscht geringen Festigkeit des Schweißmetalls, während eine Menge über 2% zu einer unerwünscht
hohen Festigkeit desselben führt. Die Festigkeit des Schweißmetalls hängt natürlich von der Menge des
zugefügten Ferroaluminiums ab. Hinsichtlich des Ferrosiliziums kann eine zufriedenstellende deoxidie-
rende Reaktion erzielt werden, wenn es in einer Menge
zwischen 0,3 und 0,9%, auf das Silizium bezogen, des Drahtgewichts zugefügt wird. Die Ferrosiliziummenge
beträgt also vorteilhafterweise etwa 40% des Ferromangans.
C-2 Ferroaluminium
Ferroaluminium wirkt als stark deoxidierendes und als den Fluß bestimmendes Mittel. Gemäß Versuchen
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 Menge zwischen 0,05 und 0,8% einschließlich, auf das Aluminium bezogen, des Drahtgewichts
zugefügt.
C-3 Lichtbogenstabilisierer
Lichtbogenstabilisierer 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 Gewichtsprozent. Die Zufügung einer übermäßigen
Stabilisiermenge ist nachteilig, da hierdurch die Schmelzgeschwindigkeit des bcisweißdrahtcs erniedrigt
wird.
C-4 Eisenpulver
Dieser Bestandteil wird in einer Menge beigefügt, die zum Zweck des Erhöhens der Abschmelzgeschwindigkeit
erforderlich ist. Vorteilhafterweise wird die Menge des hinzuzufügenden Eisenpulvers auf Null
oder auf eine sehr kleine Menge reduziert und dafür die Wanddicke der rohrförmigen Hülle erhöht.
Die Erfindung sei nun an Hand eines Beispiels näher erläutert.
Unter Verwendung eines zusammengesetzten Schweißdrahtes wurde eine Schweißung unter den
folgenden Bedingungen durchgeführt:
Schweißdraht
Äußerer Durchmesser 2 mm
Gewicht der rohrförmigen Hülle aus
niedrig gekohltem Flußstahl/Schweißdraht-Gesamtgewicht 77 °„
niedrig gekohltem Flußstahl/Schweißdraht-Gesamtgewicht 77 °„
Gewicht der Füliung/Schweißdraht-
Gesamtgewicht 23 "ή
Ferromangan (Mangangewicht/
Schweißdraht-Gesamtgewicht) 1,62%
Ferrosilizium (Gewicht des Siliziums/
Schweißdraht-Gesamtgewicht) 0,64%
Ferroaluminium (Aluminiumgewichl/Schweißdraht-Gesamtgewicht)
0,25% Natriumoxalat (Gewicht von
Na2C2O4/Schweißdraht-
Na2C2O4/Schweißdraht-
Gesamtgewicht) 0,3 %
Eisenpulver Rest der
ίο Füllung
SchweiBbedingungen
Strom (Gleichstrom bei positiver
Schweißelektrode) 350 A
Spannung 31V
Geschwindigkeit 40 cm/min
CO2-Menge 20 l/min
Mechanische Eigenschaften der erhaltenen Schweißnaht
Zugfestigkeit 48,7 kg/mm*
Fließgrenze 41,5 kg/mm2
Dehnung 33,2%
Flächenverminderung 71,3%
E0 (V-Fuge Charpy) 15,3kgm/cm2
E-20 (V-Fuge Charpy) B^kgm/cm*
Während des Schweißens war der Lichtbogen bei geringem Spritzen stabil, und die Form der erzielten
Schweißraupe war zufriedenstellend. Die die Füllung bildenden Bestandteile sind nicht auf die oben genannten
Eisenlegierungen beschränkt, sondern es können auch Metalle wie Mangan, Silizium, Silizium-Mangan
und weiterhin Aluminium verwendet werden.
Der Schweißdraht ist nicht notwendigerweise von kreisförmigem Querschnitt, sondern kann auch einen
polygonalen Querschnitt aufweisen. Die zahlreichen, im einzelnen beschriebenen industriellen Vorteile der
erfindungsgemäßen 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 kann, so daß eine hohe Stromdichte
entsteht, kann die Abschmelzgeschwindigkeit erhöht werden.
3. Sie erzeugt kaum Schlacke, da der Schweißdraht
keine schlackenbildenden Materialien enthält, und ist deshalb geeignet zum Mehrlagenschweißen.
4. Sie bildet trotz des praktischen Fehlens von
Schlacke eine schöne Schweißraupe, da der Flüssig· keiisgrad des Schweißmetalls vorwählbar ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- „ ' Patentanspruch:\ '· Seelen-Elektrode zum lichtbogenschweißen un--terKohlendioxki mit einer HuDe aus njedriggekohltem Flußstahl und mit einer Füllung, die enter anderem Ferromangan, Ferrosilicium und Eisenpulver enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (8) — jeweils bezogen auf das Elektrodengewicht — ausFerromangan mit einem Mangananteil zwischen 1 und 2^2%
Ferrosilicium mit einem Silidumanteil zwischen 0,3 und 0,9 %Ferroaliimininm mit einem Aluminiumanteü *5 zwischen 0,05 und 0,8 %
Alkalimetallsalz oder -oxid als Lichtbogen-Stabilisator in einer Menge zwischen 0,1 und 3 %
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| Date | Code | Title | Description |
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EF | Willingness to grant licences |