DE1758192B2

DE1758192B2 - Fülldrahtelektrode zum Lichtbogen schweißen zur Abscheidung von austeni tischem rostfreiem Stahl

Info

Publication number: DE1758192B2
Application number: DE1758192A
Authority: DE
Inventors: John O. Cavanagh; Donald C. Helton
Original assignee: Chemetron Corp
Current assignee: Chemetron Corp
Priority date: 1967-04-24
Filing date: 1968-04-19
Publication date: 1973-11-29
Also published as: NL6805726A; GB1222582A; BE714078A; FR1564211A; SE343498B; AT298931B; DE1758192A1; DE1758192C3; US3495069A; CH500801A

Description

Prozent geringer sein kann. Für die Kernfüllung können

Ferromangan (80% Mn) und/ hochreine Legierungselemente oder Ferrolegierun-

oder Mangan (99% Mn), je- gen verwendet werden, die in einem geeigneten Ver-

weils mit niedrigem C-Gehalt 0 bis 12 so hältnis in den vorgeformten Blechstreifen einge-Ferrochrom (70 % Cr) und/oder bracht werden.

Chrom (99% Cr), jeweils mit Diese Angaben sind aber so allgemein gehalten,

niedrigem C-Gehalt 40 bis 65 daß nicht ersichtlich ist, wie die drei Variablen,

Nickel (99 % Ni) 30 bis 45 nämlich die Zusammensetzung des Mantels und der

Ferromolybdän (60% Mo) ... 0 bis 20 25 Kernfüllung und das Querschnittsverhältnis zwischen

Ferroniob (60% Nb) 0 bis 10 Mantel und Füllung aufeinander abzustimmen sind.

Eisen mit niedrigem C-Gehalt Ferner ist aus dem »Handbuch der Sonderstahl-

(99%Fe) 0bisl5 künde« von E. Houdremont, Springer-Verlag,

3. Auflage, 1956, 2. Bd., S. 1452 und 1453, das Zu-30 legieren von Titan, Niob und Tantal zu Chromstählen bekannt, um ein Aushärten zu vermeiden und die Festigkeitseigenschaften zu verbessern. Über den Einfluß dieser Elemente auf die Stabilisierung des Elektroden aus rostfreiem Stahl zum Lichtbogen- Lichtbogens beim Schutzgasschweißen finden sich schweißen von Metallen unter einer Schutzgasatmo- 35 jedoch keine Hinweise.

Sphäre und zum Unterpulverschweißen wurden bis- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei

her gewöhnlich in Form von massiven Drähten her- Füildrahtelektroden zum Lichtbogenschweißen zur gestellt. Werden automatische Schweißvorrichtungen Abscheidung von austenitischem rostfreiem Stahl verwendet, so ist der Schweißlichtbogen normaler- mit einem röhrenförmigen, durch eine stumpfe Naht weise von einem Gas oder einem Gasgemisch um- 40 geschlossenen Mantel aus einem martensitischen geben bzw. von einem Flußmittel abgedeckt, wo- oder ferritischen rostfreien Stahl der AISI-400-Reihe durch die Schweißzone von den schädlichen Wirkun- und einer Kernfüllung mit einzulegierenden Bestandgen der umgebenden Atmosphäre wirksam abge- teilen die lichtbogenstabilisierende Wirkung zu erschirmt wird. Das Schutzgas kann einatomig sein, höhen, die mechanische Festigkeit der Elektrode zu wie Argon oder Helium, kann aber auch willkürlich 45 verbessern und die Zusammensetzung des Mantels gewählte Zusätze von Sauerstoff oder Kohlendioxyd und der Füllung sowie das Mengenverhältnis zwienthalten, um den Lichtbogen zu stabilisieren. Auch sehen Mantel und Kernfüllung auf optimale Werte viele andere Gemische wurden bereits mit Erfolg ver- einzustellen. Eine Fülldrahtelektrode, die diesen Anwendet. Es können aber auch die üblichen Flußmit- forderungen genügt, ist dadurch gekennzeichnet, daß tel zum Unterpulverschweißen verwendet werden. 50 die Mantellegierung zusätzlich noch mindestens ein Bei maschinell hergestellten Elektroden aus rost- Metall aus der Gruppe Niob, Titan, Tantal als Lichtfreiem Stahl traten jedoch beträchtliche Schwierig- bogenstabilisator enthält und die Kernfüllung 17,6 keiten auf. Mit Chrom oder Chrom-Nickel legiertes bis 45,4% des Gesamtgewichts der Elektrode aus-Schweißgut aus rostfreiem Stahl kann durch Ver- macht und folgende Zusammensetzung (in Gewichtswendung einer Fülldrahtelektrode niedergelegt wer- 55 prozent) hat:
den, deren Mantel aus Kohlenstoffstahl gebildet ist

und deren Kern eine Füllung aus körnigen, Chrom Prozent

und/oder Nickel enthaltenden Legierungen enthält. Ferromangan (80% Mn) und/oder

Aus dem Mantel und der Kernfüllung bildet sich Mangan (99% Mn), jeweils mit

beim Schweißen im Lichtbogen ein Schweißgut aus 60 niedrigem C-Gehalt 0 bis 12

rostfreiem Stahl. Der Nachteil einer solchen Elek- Ferrochrom (70% Cr) und/oder

trode besteht darin, daß das Metall des Mantels ver- Chrom (99% Cr), jeweils mit

hältnismäßig dünn sein muß, damit im Kern aus- niedrigem C-Gehalt 40 bis 65

reichend Platz für die zur Erzeugung der Schweiß- Nickel (99% Ni) 30 bis 45

naht aus rostfreiem Stahl erforderlichen Mengen 65 Ferromolybdän (60% Mo) 0 bis 20

Chrom und Nickel zur Verfügung steht. Eine solche Ferroniob (60% Nb) 0 bis 10

dünnwandige Rohrkonstruktion ist sehr zerbrech- Eisen mit niedrigem C-Gehalt

lieh. Auch besteht die Gefahr, daß ein dünnwandiges (99% Fe) 0 bis 15

Die maschinelle Herstellung der Elektrode gemäß Reihe ist ebenfalls als Mantelmaterial geeignet, um

der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich- Schweißgut vom Typ der austenitischen rostfreien

nung erläutert. Es zeigt Stähle zu erhalten.

F i g. 1 eine Teilaufsicht auf ein zur Herstellung Eine typische Analyse für einen Mantel aus Stahl

der Elektrode verwendetes Metallband, ⁵ vom Typ 410 ist nachstehend angegeben:

F i g. 2 eine Seitenansicht (in Längsrichtung) des

Metallbandes von F i g. 1, Prozent

Fig. 3 einen Querschnitt durch die teilweise ge- Kohlenstoff 0,05

schlossene Elektrode während des Füllens, Mangan 0,34

F i g. 4 und 5 aufeinanderfolgende Querschnitte io Phosphor 0,012

durch die Elektrode während des Verschließens und Schwefel 0,009

Zusammenpressens der Kernfüllung, Silicium 0,37

F i g. 6 bis 9 Querschnitte durch die nacheinander Chrom 12,28

auf verschiedene Durchmesser reduzierte Elektrode

und 15 Ein derartiger Stahl wird jedoch hart, wenn er auf

Fig. 10 eine Perspektivansicht eines kurzen Slük- Rotglut erhitzt und schnell abgekühlt wird. Diese kes der Elektrode. Behandlung ist notwendig, wenn Stücke des Band-Alle F i g. 2 bis 10 sind stark vergrößert. materials miteinander verbunden werden sollen, um

Die Elektrode besteht aus einem Metallrohr 20 aus zusammenhängende Schweißelektroden zum konti-

rostfreiem Chromstahl als Mantel und einem Kern 20 nuierlichen Schweißen herzustellen. Auf diese Weise

22, der gleichmäßig über die ganze Länge der Elek- wird das Band gewöhnlich hart und spröde, so daß

trode eine Füllung aus körnigem Material enthält. es nicht befriedigend zu einem Rohr verformt wer-

Der Mantel hat eine verhältnismäßig dicke Wand- den kann.

stärke, um die Vorschub- und Lichtbogeneigenschaf- Durch das Einlegieren einer ausreichenden Menge

ten zu verbessern. Die Elektrode eignet sich beson- 25 Titan, Niob und/oder Tantal in den Mantel wird die

ders für das automatische Schutzgasschweißen, aber Aushärtung bei den erfindungsgemäßen Elektroden,

auch für das Unterpulverschweißen. Sie kann aber wie an sich bekannt, verhindert. Beispielsweise wird

auch als Stabelektrode verwendet werden. das Band bei Zusatz von etwa 0,50 % eines dieser

Um ein Schweißmetall in Form von austeniti- Metalle nicht spröde, wenn es auf Rotglut erhitzt

schem rostfreiem Stahl abzuscheiden, ist ein Teil der 30 und schnell abgekühlt wird.

zur Herstellung des rostfreien Stahls erforderlichen Bei Verwendung der Elektrode gemäß der Erfin-

Legierungskomponenten, z. B. das Chrom, im Man- dung zum Schutzgasschweißen bleibt der Lichtbogen

tel enthalten, wodurch dessen Wandstärke vergrößert auch dann stabil, wenn das Schutzgas zu 100% aus

werden kann. Um zu gewährleisten, daß die Elek- Argon oder Helium besteht. Diese Beobachtung

trode auf ihrer ganzen Länge praktisch den gleichen 35 wurde bei einem Elektrodenmantel aus legiertem

Durchmesser hat, wird die Kernfüllung sehr stark zu- Stahlblech gemacht, das speziell 10 bis 20% Chrom

sammengepreßt. Das Band 24 wird mittels Formwal- enthielt. Die Verwendung eines nichtoxydierenden

zen zu einem oben offenen, trogartigen Gebilde 26 Schutzgases hat den Vorteil, daß die oxydierbaren

(F i g. 3) geformt, in das die körnige Kernfüllung ein- Elemente, wie Mangan, Silicium, Chrom und Niob,

gebracht und mit Hilfe einer Schabelklinge oder eines 40 in größeren Mengen in der Legierung wiedergefun-

Kratzers 28 auf die geeignete Menge eingestellt wird. den werden.

Dann wild der Trog in mehreren Arbeitsschritten Bei massiven Drahtelektroden aus rostfreiem Stahl (F i g. 3 bis 5) geschlossen. Infolge der verhältnis- und bei Fülldrahtelektroden mit einem Mantel aus mäßig großen Wandstärke des Mantels ist eine Kohlenstoffstahl muß dem Schutzgas im allgemeinen stumpfe Naht möglich. Im Gegensatz dazu ist eine 45 mindestens 1% Sauerstoff und oft 2 bis 5% Sauerüberlappende Verbindung erforderlich, wenn ein stoff zugesetzt werden, um den Lichtbogen zu stabidünnes Bandmaterial aus Kohlenstoffstahl verwendet lisieren. Anstatt des Sauerstoffs können dem Argon wird. Infolge der stumpfen Naht ist die Wandstärke oder Helium häufig bis zu 25 % Kohlendioxyd zugedes Mantels überall gleich, so daß das Metall wäh- setzt werden. Die üblichen abdeckenden Flußmittel rend des Schweißens auf beiden Seiten gleichmäßig 5° für das Lichtbogenschweißen von rostfreiem Stahl abschmilzt, was bei einer überlappenden Verbindung können ebenfalls verwendet werden,
mit der doppelten Stärke auf einer Seite nicht der Die zur Erzeugung einer befriedigenden Abschei-FaII ist. Ein weiterer Nachteil der dünnwandigen dung von Schweißmaterial aus rostfreiem Stahl erKonstruktion besteht darin, daß der Lichtbogen forderliche Dicke des Mantels macht 12,5 bis 25% schwierig zu regeln ist. Nachdem der Mantel zu 55 des Elektrodendurchmessers aus; dadurch wird die einem Rohr geschlossen ist, wird dieses stufenweise Steifigkeit der Elektrode verbessert. Dieser Bereich durch Ziehdüsen gestreckt oder mittels Walzen auf entspricht 54,6 bis 82,4% des Gesamtgewichts der die gewünschte Drahtstärke gebracht, wie es in den Elektrode. Die Kernfüllung macht dann 17,6 bis Fig. 7 bis 9 dargestellt ist. Auf diese Weise wird 45,4% des Gesamtgewichts der Elektrode aus. Mit die Kernfüllung über die ganze Länge einer Elektro- 6° dieser Elektrode, bei der das Verhältnis zwischen denspule ohne Hohlräume noch weiter verdichtet, Querschnittsfläche der Kernfüllung und Querschnitts-

Wird für den Mantel ein martensitischer rostfreier fläche der gesamten Elektrode 0,41 betrug, wurde ein

Stahl der AISI-400-Serie verwendet, z. B. ein modi- Schweißmetall mit der Zusammensetzung eines rost-

fizierter AlSI-Stahl vom Typ 410, der etwa 12% freien Stahls, nämlich mit ungefähr 19% Chrom und

Chrom enthält, so wird eine ausreichende Menge Le- 65 9 o/_o Nickel abgeschieden; diese Zusammensetzung

gierungsmaterial verwendet, damit das damit nieder- entspricht etwa einem Stahl vom AISI-Typ 308.

gelegte Schweißgut üblicherweise in die AISI-300- Durch Einstellung der Chrommenge im Mantel

Serie fällt. Ferritischer rostfreier Stahl der AISI-400- und in der Kernfüllung der Elektrode erreicht man,

daß der Chromgehalt in der Schweißperle im gewünschten Bereich liegt, obwohl ein Teil des Legierungsmetalls während des Schweißens mit dem Stahl des Grundmetalls verdünnt wird.

Wird die Elektrode gemäß der Erfindung halbautomatisch mit einem Durchmesser von etwa 2,4 mm beim Schutzgasschweißen verwendet, wird ein Gleichstrom mit umgekehrter Polarität bei Einstellungen von 300 bis 400 Ampere und bei 29 bis 31 Volt verwendet. Das automatische Schweißen kann bei Einstellungen von 350 bis 450 Ampere und 28 bis 32 Volt durchgeführt werden. Bei Verwendung von reinem Argon wird eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1,28 m³/Std. empfohlen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

ρ , Rohr aus Kohlenstoffstahl während der Lagerung

raieniansprucn: _{rostet Weiternin} _νήχά _{es auf den} Zugabewalzen, die

Fülldrahtelektrode zum Lichtbogenschweißen bei automatischen oder halbautomatischen Schweißzur Abscheidung von austenitischem rostfreiem vorrichtungen zum Vorschieben des Drahtes verwen-Stahl mit einem röhrenförmigen, durch eine 5 riet werden, leicht deformiert oder gequetscht Weistumpfe Naht geschlossenen Mantel aus einem terhin ist die maximale Schweißstromstärke in diesen martensitischen oder ferritischen rostfreien Staiil dünnwandigen Konstruktionen verhältnismäßig geder AISI-400-Reihe und einer Kernfüllung mit ring.

einzulegierenden Bestandteilen, dadurch ge- Aus der Zeitschrift »Welding Journal«, 43 (1964),

kennzeichnet, daß die Mantellegierung zu- io S. 667 bis 678, ist es ferner bekannt, legierte Stahlsätzlich noch mindestens ein Metall aus der streifen (z. B. vom AISI-Typ 430) als Mantel für Gruppe Niob, Titan, Tantal als Lichtbogenstabi- Fülldrahtelektroden zum Schweißen von Chromlisator enthält und die Kernfüllung 17,6 bis Nickelstahl zu verwenden, wobei der Mantel eine 45,4% des Gesamtgewichts der Elektrode aus- zusätzliche Quelle für den Chrom- und/oder Nickelmacht und folgende Zusammensetzung (in Ge- 15 anteil im Schweißgut darstellt, so daß der Mantel wichtsprozent) hat: stärker ausgeführt und der Anteil der Kernfullung