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Die Erfindung betrifft eine Fülldrahtelektrode zum Herstellen von
verschleißfesten Schweißverbindungen oder Aufschweißungen bei Stahlteilen, bestehend
aus einer rohrförmigen Hülle aus kohlenstoffarmem Stahl und einer pulverförmigen
Kernfüllung. Die Schweißverbindungen sollen insbesondere verschleißfest zwischen
verschleißfesten Stahlteilen sein, und auch die Aufschweißungen sollen verschleißfest
sein.
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Es ist ein Elektrodendraht bekannt, der eine Hülle aus kohlenstoffarmem
Stahl aufweist, die mit pulverförmiger Beschickung gefüllt ist, welche aus Ferrotitan,
Graphit und einer borhaltigen Komponente besteht (vgl. UdSSR-Urheberschein Nr. 200
073, K1. 21 b [entspricht der nachveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift
1558 889]). Die borhaltige Komponente ist Chromborid, von dem für den bekannten
Draht große Mengen erforderlich sind.
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Chromborid ist jedoch sehr teuer. Außerdem ist die Herstellung des
Drahtes kompliziert.
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Das mit dem bekannten Draht aufzuschweißende Metall ist brüchig und
sogar gegen schwache Stöße empfindlich.
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Es sind auch massive Elektroden bekannt, die in der Zusammensetzung
des Uberzuges borhaltige Komponenten aufweisen. Die- Verwendung von massiven Elektroden
ist aber durch niedrige Leistungsfähigkeit und große Verluste des Schweißgutes sowie
durch erforderliches hohes Fachkönnen des Schweißers begrenzt.
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Zweck der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodendraht zu
schaffen, der zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit solcher Stahlteile besonders
geeignet sein soll, die einem Naß- oder Trockenabrieb (Schmirgeln), gegebenenfalls
bei Vorhandensein von schwachen Stößen, unterliegen.
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Als Beispiel hierfür sind Teile von Saugbaggern zur Gewinnung von
Sand, Teile von Schlammpumpen in Elektrizitätswerken und Aufbereitungsbetrieben,
Teile von Rohrgebläsen und andere ähnliche Teile zu nennen.
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Ferner soll der Elektrodendraht im Vergleich zum bekannten Elektrodendraht
billiger und einfacher bei der Herstellung sein.
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Diese Aufgabe wird durch eine Fülldrahtelektrode der eingangs angegebenen
Art gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektrode aus
2 bis 4% Ferrotitan, 2 bis 3,5% Graphit, 16 bis 28% Ferrochrom, 1 bis 2% Marmor
oder Kreide als kalziumhaltige Komponente, 8 bis 15% Chromborid, Ferrobor oder Bor-Chrom-Eisenlegierung
als borhaltige Komponente mit einem Borgehalt von mindestens 8%, Rest kohlenstoffarmer
Stahl, besteht.
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Vorzugsweise beträgt der Borgehalt der Elektrode 0,64 bis 1,5%. Die
Verwendung von Bor-Chrom-Eisenlegierung ist besonders vorteilhaft.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingehend
beschrieben: Beim erfindungsgemäßen Elektrodendraht wirken Kohlenstoff, Chrom und
Bor gemeinsam auf die Erhöhung der Verschleißfestigkeit des Schweißgutes. Der Zusatz
größerer Mengen Kohlenstoff (in Form von Graphit) zusammen mit Ferrochrom führt
nicht nur zur Verfestigung der Eisenbasis, sondern auch zur Bildung von Chromkarbiden,
welche hohe Mikrohärte und Verschleißfestigkeit besitzen. Der im Vergleich mit dem
bekannten Draht (2,8 bis 3,5%) verhältnismäßig geringe Borgehalt (0,8 bis 1,5%)
ermöglicht es, Bor nicht nur in Form von Chromborid, sondern auch in Form von erheblich
billigeren Borlegierungen auf Eisenbasis - in Form von Ferrobor oder von Bor-Chrom-Eisenlegierung
einzuführen.
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Der bekannte Elektrodendraht gewährleistet das Legieren des Schweißguts
vorzugsweise durch Chromboride, darunter auch höhere Chromboride, während der Kohlenstoff
nur die Eisenbasis der Auftragsschweißung einigermaßen verfestigt.
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Der erfindungsgemäße Anteil merklicher Bormengen (über 0,5%) in den
Eisen-Kohlenstoff-Chromlegierungen führt zur Bildung von Chromboriden und zu einem
komplizierten Eutektikum, wodurch der Verschleiß ebenfalls erhöht wird.
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Der Marmor oder die Kreide wird in die Zusammensetzung des Drahtes
zur Verbesserung der technologischen Eigenschaften desselben während des Aufschweißvorganges
eingeführt, weil dadurch der Lichtbogen stabilisiert und die Ubertragung des Schmelzgutes
verbessert werden.
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Die Einführung von Ferrotitan in die Beschickung des Drahtes gewährleistet
eine hohe Bormenge in der aufgeschweißten Schicht.
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Das Verhältnis der Komponenten des Drahtes wird derart gewählt, daß
beim Aufschweißen mit offenem Lichtbogen durch einen Strom von 300 bis 400 A und
bei einer Lichtbogenspannung von 26 bis 32 V das Schweißgut folgende chemische Zusammensetzung
aufweist:
| Kohlenstoff.............. 3,3 bis 3,8% |
| Chrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 bis 20% |
| 0 |
| Bor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,8 bis
1,5% |
| Titan . . .. . . . ........... . 0,2 bis 0,5% |
| Schwefel ................ höchstens 0,04% |
| Phosphor ............... höchstens 0,04°/a |
| Rest.................... Eisen |
Die Rockwellhärte C nach dem Aufschweißen mit dem erfindungsgemäßen Draht beträgt
54 bis 58 HRC,
in dem Gefüge ist eine große Menge von Karbiden,
Chromboriden und Eutektikum zu verzeichnen, die hohe Verschleißfestigkeit beim nassen
Schmirgelabrieb bedingen.
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Die genannte chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften des Schweißguts
werden erzielt, wenn der Draht nach der Erfindung, auf das Gesamtgewicht bezogen,
aus
| Ferrotitan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 bis 4% |
| 0 |
| Graphit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 bis 3,5/o |
| Ferrochrom . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 bis 28% |
| Kalziumhaltiger Bestandteil |
| (entweder Marmor oder |
| Kreide) .... ... .. . ... . ..... 1 bis 2% |
| Borhaltiger Bestandteil |
| (entweder Chromborid oder |
| Ferrobrom oder Bor-Chrom- |
| Eisenlegierung mit einem Bor- |
| gehalt von mindestens 8%) . . 8 bis 15% |
| Kohlenstoffarmer Stahl ....... Rest |
besteht. Der erfindungsgemäße Elektrodendraht ermöglicht es, die Leistung beim halbautomatischenAufschweißen
um das 2,5 bis 3,2fäche im Vergleich zum Aufschweißen mit Einzelelektroden zu steigern.
Die Leistung wird nicht nur durch die Mechanisierung des Vorganges, sondern auch
hauptsächlich durch die Möglichkeit der Verwendung eines stärkeren Stromes und durch
bessere Aufschweißeigenschaften des Drahtes erreicht.
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Zum Vergleich werden in der Tabelle Angaben über die Eigenschaften
der massiven Elektroden und des erfindungsgemäßen Pulverdrahtes beim Aufschweißen
angeführt.
| Leistung |
| Schmelz- Auf- Verbrauch in kg des |
| Strom koeffizient schweißungs- für 1 kg des Schweißguts |
| koeffizient Schweißguts während |
| 1 Stunde |
| [A] [g/A, h] [g/A, h] [kg] |
| a) Massive Elektroden |
| 200 9,3 6,6 1,42 1,4 |
| 300 11,0 |
| 7,1 |
| 1,55 |
| 2,3 |
| b) Pulverdraht nach der Erfindung |
| 210 20,8 18,3 1,14 3,8 |
| 300 24,2 21,4 1,11 6,4 |
| 400 30,1 26,8 1,12 10,7 |
| 510 32,5 28,0 1,16 14,3 |
Das durch die massiven Elektroden aufgeschweißte Gut enthält (in Gewichtsprozent):
| Kohlenstoff... . ........ . . .. .. . . 3 bis 3,5 |
| Chrom........................ 22 bis 27 |
| Bor........................... 1,2 |
und weist eine Härte nach Rockwell C von mindestens 54 HRC auf.
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Der erfindungsgemäße Elektrodendraht besitzt ähnliche Kenndaten wie
der bekannte Draht. Die Herabsetzung des Borgehalts ungefähr um das 2fache im Vergleich
zum bekannten Draht ermöglicht es nicht nur, den Verbrauch teurer borhaltiger Komponenten
zu vermindern, sondern auch billigere borhaltige Komponenten zu verwenden, wodurch
die Herstellung des erfindungsgemäßen Drahtes erleichtert und verbilligt wird.
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Durch Untersuchungen von Laufrädern von Saugbaggern wurde bestätigt,
daß im Vergleich zu massiven Elektroden die Leistungsfähigkeit beim halbautomatischen
Aufschweißen um nicht weniger als das 2,5fache und die Verschleißfestigkeit der
Teile beim Betrieb im Sandgrund um das 1,2- bis 1,6fache gesteigert werden. Der
Draht ist zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von stoßfrei oder mit schwachen
Stößen betriebenen Teilen besonders geeignet, die nassem oder trockenem, schmirgelndem
Abrieb unterworfen sind. Es ist zweckmäßig, für große Oberflächen an Stelle einer
mehrschichtigen Auftragsschweißung nur eine einschichtige zu verwenden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im nachfolgenden ein Ausführungsbeispiel
erläutert. Beispiel Es wird ein Draht aus folgenden Bestandteilen verendet
| Ferrochrom ....................... 23% |
| Bor-Chrom-Eisenlegierung . . . . . . . . . . . 12 |
| 0 |
| Graphit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 2,8% |
| Ferrotitan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 2,5% |
| Marmor .......................... 1 |
| Kohlenstoffarmer Stahl . . . . . . . . . . . . . Rest |
der folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
| Kohlenstoff. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4,3% |
| 0 |
| Titan .. ..... .... . ... .... .......... 0,8% |
| Bor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 1,8% |
| Eisen ............................. Rest |
Beim Aufschweißen mit offenem Lichtbogen mit einem Strom von 380 bis 400 A bei einer
Lichtbogenspannung von 28 bis 30 V und einem Durchmesser des Drahtes von 3,2 mm
weist das Schweißgut folgende chemische Zusammensetzung auf:
| Kohlenstoff.. ...... ..... . 3,5 bis 3,6% |
| Chrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18,5 bis 19% |
| 0 |
| Bor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,3 bis 1,4% |
| Titan ... ..... ... ........ 0,2 bis 0,3% |
| Schwefel ................ höchstens 0,04% |
| Phosphor ............... höchstens 0,04% |
| Rest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eisen |
Die Rockwellhärte C der aufgeschweißten Schicht beträgt 57 bis 58 HRC. Das Gefüge
des Schweißgutes ist stengelartig (prismenartig), und es ist eine große Menge an
Eutektikum und an rhomboidalen Kristallen der Chromkarbide und -boride zu verzeichnen.
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Die Mikrohärte der bei Belastung von 50 p gemessenen Kristalle der
Chromkarbide und -boride beträgt 1800 bis 2200 kg/mm2, die Mikrohärte des Eutektikums
beträgt 600 bis 980 kg/mm2. Die herabgesetzte Mikrohärte von Geflügelbestandteilen
trägt zur Erhöhung der Beständigkeit der Aufschweißung bei schwachen Stößen bei.
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Der erfindungsgemäße Draht wird vorzugsweise zum mechanisierten (automatischen
und halbautomatischen) Aufschweißen mittels offenem Lichtbogen, d. h. ohne zusätzlichen
Schutz des flüssigen Schweißbades gegen die Einwirkung der Luft verwendet.
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Der erfindungsgemäße Draht kann jedoch auch zum Aufschweißen unter
gleichzeitiger Verwendung von Schweißpulver eingesetzt werden.