DE1910267A1

DE1910267A1 - Elektrode

Info

Publication number: DE1910267A1
Application number: DE19691910267
Authority: DE
Inventors: Masayasu Arikawa; Sho Horiuchi; Motomi Kano
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1968-03-02
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1969-09-25
Also published as: GB1233291A; FR2003107A1; US3560702A; DE1910267B2; SE345087B; DK125534B

Description

1910267 Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard üedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

B 4133

KOBESTEEL LTD.

No. 36-1, Wakinohama-cho 1-chome, Fukiai-ku, Kobe-shi,

Hyogo-ken / JAPAN

Elektrode

Die Erfindung betrifft eine Elektrode, insbesondere zum Schweißen von Stahl, mit freiem Lichtbogen ohne Schutzgas, bestehend aus einer Metallhülle und einem hierin eingeschlossenen, pulverförmigen Flußmittel.

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Zum automatischen Schweißen eines Werkstückes, z.B. aus Stahl, kann ein Lichtbogenschutzgasschweißverfahren in Anwendung kommen, bei dem Kohlendioxyd oder ein anderes inertes Gas oder eine Mischung hieraus als Schutzgas verwendet wird. Anstelle des Schutzgasschweißens kann auch ein "überdeckter" (submerged) Lichtbogen benutzt werden, bei dem ein besonderes Flußmittel zur Überdeckung und zum Schutz des Lichtbogens benutzt werden. Weiterhin ist das sogenannte Elektroschlackenschweißverfahren bekannt. Diese Verfahren haben gemeinsam, daß eine Stahldrahtspule unbegrenzter Länge als Elektrode benutzt werden kann und daß diese Elektrode beim Schmelzen gegenüber der Atmosphäre geschützt ist, wobei das geschmolzene Metall der Elektrode die Schweißraupe bildet.

Weiterhin sind mehrere andere Arten von Schweißverfahren mit sich verbrauchenden Elektroden bekannt, bei denen eine äußere Schutzgasumhüllung nicht erforderlich ist.

Die Anwendung der vorgenannten bekannten Schweißverfahren, bei denen ein Schutzgas benutzt wird, wird beeinträchtigt durch einen gleichmäßigen "Wind" in der Nähe der Schweißzone, wo der Lichtbogen mit einer Geschwindigkeit von ca. 2m/Sek. überschlägt. Eine zufriedenstellende Schweißung kann somit nicht erreicht werden. Hierin liegt einer der schwerwiegendsten Nachteile der vorgenannten, bekannten Schweißverfahren. Bei dem überdeckten (submerged) Lichtbogenschweißen, bei dem ein besonderes Flußmittel in die Ausnehmung im Werkstück zugeführt wird, kann das

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Überschlagen des Lichtbogens nicht von außen beobachtet werden, weshalb die Schweißlage gewissen Einschränkungen unterworfen ist und weshalb das überdeckte Schweißverfahren an bestimmten Stellen nicht in Anwendung kommen kann.

In neuerer Zeit ist ein Verfahren mit sich verbrauchender Elektrode bekannt geworden, bei dem eine äußere Schutzgasfüllung nicht erforderlich ist. Schweißnähte, die durch dieses Verfahren hergestellt werden, weisen jedoch sehr oft den Nachteil einer unzureichenden Schlagfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit auf. Es besteht demzufolge das Bestreben, verbesserte, sich verbrauchende Elektroden zu entwickeln, die eine Schutzgasumhüllung nicht benötigen.

Durch die amerikanische Patentschrift 2 909 1ΊΒ ist ein Lichtbogenschweißverfahren bekannt geworden, bei dem eine Schutzgasumhüllung nicht erforderlich ist und welches in der freien Umgebungsluft ausgeführt werden kann. Dieses bekannte Schweißverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen beim Schweißen mit einem besonderen Agens (Killing agent) zusammenarbeitet, welches aui das geschmolzene Metall der sich verbrauchenden Elektrode einwirkt, sowie mit einem Schutzmittel, welches das Agens vor dem Sauerstoff und dem Stickstoff der Luft schützt. Die Elektrode besteht hierbei aus einem Metall, dessen Inneres mit einem Desoxydationsmittel, dem Agens (killing agent) und dem Schutzmittel für das Agens gefüllt ist.

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Als Desoxydationsmittel können Mn, Cr, Nb, Ta und/oder V, benutzt werden. Als Agens können Zr, Ti, B, Al, Si, Li und/oder Ca benutzt werden. Als Schutzmittel können Aluminiumfluor id und/oder Halogenide von Alkalioder Alkalierdmetallen benutzt werden. Obgleich die Verwendung dieser bekannten zusammengesetzten Drahtelektrode eine Schweißraupe geringerer Porosität ergibt, besteht jedoch der Nachteil, daß das Metall der Schweiß raupe oft noch eine gewisse Menge an Agensrückstand enthält.

Wenn das Schweißraupenmetall eine gewisse Menge an Agens, z.B. Al, Ti und/oder Zr enthält, können sich diese Elemente mit Stickstoff sowie mit Sauerstoff verbinden, d.h. AlN, TiN und/oder ZrN, die ein hohes spezifisches Gewicht und hohe Schmelzpunkte aufweisen, bilden sich im Bereich der Schweißnaht. Es ist kaum möglich, diese Elemente und Verbindungen auszuschlacken, weshalb die Schweißnaht durch die genannten verbleibenden Einschlüsse, insbesondere hinsichtlich der Duktilität beeinträchtigt wird. Wenn ein Schweißmetall Ti, Zr, Al, B und/oder andere der vorgenannten Elemente in gewisser Menge enthält, ergibt sich somit eine sehr niedrige Kerbschlagzähigkeit, so daß aus festigkeitsmäßigen Gründen die Anwendung der genannten Schweißung nicht möglich ist. Hierin liegt einer der Hauptgründe, weshalb die bekannten Schweißelektroden in der Praxis nur begrenzte Anwendung finden.

Ein anderes bekanntes Lichtbogenschweißverfahren, bei dem ein Schutzgas überhaupt nicht oder nur in geringen Mengen erforderlich ist, ist in der

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amerikanischen Patentschrift 3 118 053 beschrieben. Die hierbei benutzte Elektrode besteht aus einem zusammengesetzten Draht mit einer Metallhülle, deren Inneres mit einem Flußmittel gefüllt ist, wobei Kalkkarbonat zur Gasentwicklung dient. Wenn der zusammengesetzte Draht schmilzt, wird das Kalkkarbonat pyrolisiert, wobei sich Gas entwickelt, welches sl1:j Schutzgas dient.

Bei diesem bekannten Schweißverfahren wird jedoch aufgrund der schnell im Lichtbogen vor sich gehenden Reaktion der Lichtbogen unter der Einwirkung des sich entwickelnden Gases gestört, so daß die Menge an Stickstoff in der Schweißnaht eher zu- als abnimmt.

Wenn Desoxydätions-und Denitrier mittel, wie Al, Zr usw. zusammen mit einem Karbonat in Anwendung kommen, wird der Kohlenstoff des Karbonats reduziert, wobei ein Teil des Kohlenstoffes an das Schweißmetall übertragen wird, was ebenfalls eine Reduzierung der Kerbschlagzähigkeit der Schweißnaht bedingt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte, sich verbrauchende Elektrode zum Lichtbogenschweißen, insbesondere von Stahl, in Vorschlag zu bringen, die ein Schweißen in der freien Umgefoungsluft ohne Schutzgas ermöglicht und eine Schweißnaht hoher Qualität ergibt. Insbesondere sollen die vorgenannten Nachteile der "freien" Lichtbogenschweißverfahren vermieden werden. Ferner soll

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die erfindungsgemäß hergestellte Schweißnaht gute mechanische Festigkeiten, insbesondere eine hohe Kerbschlagzähigkeit und eine solche Qualität aufweisen, daß auch bei einer Untersuchung mit Röntgenstrahlen keinerlei Mängel und Fehler feststellbar sind. Erfindungsgemäß soll außerdem sowohl eine Gleichstrom- als auch eine Wechselstromquelle verwendbar sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die zusammen-P gesetzte erfindungsgemäße Elektrode aus einer Metsilhülle und einem hierin eingeschlossenen pulverförmigen Flußmittel bestellt, welches - bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht - 6 bis 11 % CaF₃, 0,1 bis 1, 5 % Mn, 0, 8 bis 2 % Ni und 2 bis 5 % einer Al-Mg-Legierung enthält,, die eine Gesamtmenge von 0,006 bis 0,06 % Na und K in der Form von Chloriden hat.

Bei Durchführung einer Lichtbogenschweißung von Stahl mittels der erfindungsgemäßen zusammengesetzten Elektrode wird diese kontinuierlich längs k einer in einem Werkstück angeordneten Rille durch geeignete Transportmittel

geführt, wobei sich ein Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Werkstück überschlägt. Das geschmolzene Metall der Elektrode bildet hierbei den Werkstoff der Schweißnaht: Wenn die Elektrode derart geführt und geschmolzen wird, arbeiten die Bestandteile des im Inneren der Metallhülle der Elektrode angeordneten Flußmittels wie folgt. CaF„ bildet Schlacke, welche eine Schweißraupe einschließt und formt. Mn dient als Desoxydationsmittel und wird dem Schweißnahtmetall als eines der Legierungselemente

zugeführt, Ni dient als sogenannter Austenitbildner. Die Al-Mg-Le-

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gierung dient zurDenitrierung Aufgrund dieser Bestandteile des Flußmittels erhält man somit eine Schweißnaht hoher Qualität, die unter zufriedenstellenden Sehweißbedingungen hergestellt werden kann.

Der Grund, warum die Al-Mg-Legierung als Desoxydationsmittel erfindungsgemäß benutzt wird, liegt darin, daß, wenn Al und Mg getrennt angewendet werden, ein Sprühen und Spritzen nicht vermieden werden kann, weshalb ein einwandfreies Schweißen nicht möglich ist. Dies bereit darauf, daß die Joul* sehe Wärme, die im Spalt zwischen der leitenden Spitze des Drahtes und der bogenbildenden Stelle durch den durch den Draht bzw. die Elektrode fließenden Strom erzeugt wird, das Drahtende schnell aufheizt, bevor das Drahtende die den Lichtbogen bildende Stelle erreicht. Hierbei wird das Mg im Flußmittel schnell bis zum Explosionspunkt oxydiert. Wenn jedoch Al und Mg im Flußmittel in Form einer Al-Mg-Legierung enthalten sind, kann der vorgenannte Nachteil vermieden werden und es ist möglich, das Schweißen mittels einer Wechselstromquelle durchzuführen. Die Verwendung der Al-Mg-Legierung als Desoxydationsmittel im Fl ^mittel ergibt im Vergleich zur getrennten Verwendung von Al und Mg eine Absenkung des Schmelzpunktes dieser Bestandteile, wodurch deren Desoxydations- undDenitderungswirkung gefördert wird. Wenn Mg allein im Flußmittel der Drahtelektrode als Desoxydationsmittel enthalten ist, wird die Oxydation des Mg beschleunigt, wenn der Draht bei einer Temperatur von 380 bis 400 C beim letzten Herstellungsschritt "gebacken" wird. Ein derart hergestellter Draht hat somit nicht die gewünschten Eigenschaften.

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Aus den vorgenannten Gründen wird bei der erfindungsgemäßen Elektrode Al und Mg in Form einer Al-Mg-Legierung benutzt. Das Mischungsverhältnis von Al und Mg beträgt vorzugsweise 1:1. Bezogen auf das Gesamtgewicht der Al-Mg-Legierung betragen bevorzugt die Bestandteile an Al 35 bis 65 Gew. -% und an Mg 65 bis 35 Gew. -%. Bei Anteilen, die außerhalb der vorgenannten Bereiche liegen, treten in etwa dieselben Nachteile auf, wie bei Verwendung von Mg allein.

Das pulverförmige Denitrierungsmittel enthält als wesentlichen Bestandteil die erfindungsgemäße Al-Mg-Legierung, d. h. eine Al-Mg-Legierung, die Na und K in Chloridform in einer Gesamtmenge von 0,006 bis 0, 06 Gew. -% - bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht - enthält. Die Wirkung und die Vorteile, die sich aufgrund des besonderen erfindungsgemäßen Denitrierungsmittels im Flußmittel der erfindungsgemäßen Elektrode ergeben, sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Menge an KCl und NaCl in der Al-Mg-Legierung der erfindungsgemäßen Elektrode und der Menge von N In dem durch die Schweißung abgelagerten Metall;

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Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Menge an KCl und NaCl in der Al-Mg-Legierung der erfindungsgemäßen Elektrode und dem Feuchtigkeitsgehalt, der in dem durch Schweißung abgelagerten Metall enthalten ist.

Um die Beziehung zwischen der Menge an KCl und NaCl in der Al-Mg-Legierung des Flußmittels und der Menge von N im niedergeschlagenen Metall zu bestimmen, wird eine automatische Schweißung mit freiem Lichtbogen mittels einer zusammengesetzten Elektrode durchgeführt, deren Metallhülle mit einer Menge von 20 Gew. -% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrode) an pulvrigem Flußmittel gefüllt ist. Das pulvrige Flußmittel hat folgende Zusammensetzung (nachstehende Prozentangaben beziehen sich auf das Gesamtgewicht der Elektrode):

CaF₂	8	%	Eisenpulver	3,	4%
AlF₂	1	%	Al-Mg-Legie rung (40% Al)	3,	2%
MaF	1	%	Ni	1,	4%
Fe-Mr (70 % Mn)	ο,	6%	CaCOg	o,	8%
SiO₂	ο,	β%

» Die Ergebnisse dieser Schweißung sind in Fig. 1 dargestellt. Wie hieraus zu

\ entnehmen, nimmt bei einem Ansteigen der Menge von KCl + NaCl der Ge-

° halt an N in der Schweißnaht entsprechend ab. Dies ist sehr wahrscheinlich cn

darauf zurückzuführen, daß, wenn die K und Na enthaltende Al-Mg-Legie-

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rung im Flußmittel benutzt wird, das Mg, welches dem Lichtbogen ausgesetzt ist, beim Siedepunkt von 1070 C verdampft wird und gleichzeitig mit K un#t3?a vorhanden ist, die als Ionisationsagenzien im Flußmittel wirken, wodurch eine starke Lichtbogenstabilisierung erzeugt wird. Der Lichtbogen wird somit nicht gestört und die flüssigen Metalltropfen an der Endspitze der Elektrode werden in der gewünschten Weise auf das Werkstück übertragen. Die Zeit während der die geschmolzenen Metalltropfen der Luft ausgesetzt sind, wird verkürzt, weshalb die in dem abgelagerten Schweißmetall absorbierte Menge an N abnimmt.

Wie aus dem vorstehenden ersichtlich, kann somit bei Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrode eine völlig zufriedenstellende Abschirmung erzielt werden. Die Menge an Denitrierungspulvern, daß mit den anderen Bestandteilen des Flußmittels gemischt werden muß,' um Fehlstellen und Löcher in der Schweißnaht zu vermeiden, kann herabgesetzt werden, ohne daß die Anwendung eines Hilfsmittels wie Karbonat usw. erforderlich ist. Hieraus folgt, daß jede Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht, die andernfalls unvermeidbar ist, vermieden werden kann. Um ein derartiges Ergebnis zu erzielen - siehe Fig. 1 - ist es notwendig, daß die Al-Mg-Legierung K und Na in der Form von Chloriden in einer Menge von wenigstens 0,006 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht) enthält. Wenn diese Chloride in nennenswerter Menge in der Al-Mg-Legierung vorhanden sind, steigt die in dem abgelagerten Schweißmetall

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OBlGlNAL IMSPBCtED

enthaltene Feuchtigkeitsmenge (siehe Fig. 2). Es ist deshalb erforderlich, diese Bestandteile in einer Menge von nicht mehr als 0,06 % zu verwenden. Ein besonders bevorzugter Bereich liegt bei 0,006 bis 0,025 %. Hierbei haben K und Na vorzugsweise ein Verhältnis von 1 : 1 (Gewichtsteile). K und Na werden bevorzugt in der Form von Karbonaten benutzt, da die Zugabe dieser Bestandteile in elementarer Form zu der Al-Mg-Legierung technisch schwierig ist. Die Zugabe dieser Bestandteile in ihren zusammengesetzten Formen (compound forms) zu den anderen Bestandteilen der Al-Mg-Legierung ist ebenfalls nicht ratsam. Wenn die Al-Mg-Legierung mit der vorgenannten Zusammensetzung mit den anderen pulvrigen Bestandteilen des Flußmittels gemischt wird, ist es erforderlich, daß die Legierungsmenge 2 bis 5 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht) beträgt. Die Anwendung der Al-Mg-Legierung in einer Menge unterhalb der vorgenannten Grenze bewirkt, daß keine ausreichende Wirkung als Denitrierungsmittel vorhanden ist. Bei einem Überschreiten des vorgenannten Bereiches ergibt sich eine Verringerung der Duktilität der Schweißnaht. Es zeigt sich somit, daß ein Verlassen des genannten Bereiches zu unerwünschten Ergebnissen führt.

In der nachstehenden Tabelle I sind die Ergebnisse verschiedener Schweißungen enthalten, die mit Elektroden durchgeführt wurden, die verschiedene Al-Mg-Legierungen enthalten, worin Na und K in verschiedenen Mengen eingeschlossen sind. Zum Vergleich sind auch Ergebnisse von Schweißungen

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mit herkömmlichen Elektroden aufgeführt. Sämtliche Schweißungen wurden mit einem automatischen Schweißverfahren mit freiem Lichtbogen durchgeführt. Die Zusammensetzung der Flußmittel und die Schweißbedingungen war die folgendem

Zusammensetzung des Fluß- bezogen auf Elektrodengesamtge-

mittels wicht

CaF₂	8	-10%	Eisenpulver	4	-8%
Fe - Mr (70 % Mn)		0,6%	SiO₂	0	-1%
Ni		1%

Bei jeder der Elektroden betrug die Gesamtmenge an pulvrigem Flußmittel 21 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht).

Schweißbedingungen;

400 Amp - 27 V (Wechselstrom) - 4 Schichten Werkstücke: Platten (19 mm dick) aus niedrig gekohltem Stahl mit V-Nut mit einem Winkel von 50 °.

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Tabelle

	Elektrode Nr.	Menge an NaCl + Eb in der Al-Mg-Legie rung	Mischungsmenge ar Al-Mg-Legierung	Al-Menge absorbiert in der Schweiß naht	N-Menge absorbiert in der Schweiß naht	Röntgen- strahlen- güte («ns)	Kerbschlag zähigkeit
		(%-Gew.)	(%-Gew.)	*(%-Gew.)*	(9^Gew.)
	1	t	5,6	1,48	0,038	1	4,1
_t	2	0,003	4,8	1,05	0,037	4	8,0
cc	3	0,006	3,6	0,71	0,020	1	11,0
I	4	0,01	3,6	0,70	0,019	1	11,3
	5	0,02	2,8	0,55	0,020	1	19,7
	6	0,06	3,6	0,72	0,018	1	10,5
	7	0,30	2,4	0,49	0,017	5	20,6
	8	0,30	3,6	0,73	0,016	6	10,4

Anna: Nr. 3 - 6 : erfindungsgemäße Elektroden

Wie Tabelle 1 zu entnehmen, ergibt sich bei einer Schweißung mit Schweißelektroden, deren Al-Mg-Legiemng weder Na noch K (siehe Nr. 1 und 2) enthält, daß der Röntgenstrahlentest schwere Mängel der Schweißnaht aufzeigt. Auch die Kerbschlagzähigkeit ist unzureichend. Die Schweißnaht ist somit praktisch nicht verwendbar. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Elektroden ergeben sich im Gegensatz hierzu jedoch ausgezeichnete Eigenschaften der Schweißnaht. Die Schweißnähte, die unter Verwendung der Elektroden Nr. 7 und 8 hergestellt worden sind, zeigen erhebliche Mängel im Hinblick auf die absorbierte Feuchtigkeit. Außerdem sind die Ergebnisse des Röntgenstrahlentestes schlecht.

Der Grund, warum CaF«, Mn und Ni zusätzlich zu der Al-Mg-Legierung bei der erfindungsgemäßen Elektrode zugegeben wird, ist folgender.

Als Fluorid wird bevorzugt CaFn benutzt, obwohl an eich eine Vielzahl anderer Fluoride benutzt werden könnte. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei Verwendung von CaF₀ das Fließvermögen der Schlacke und die Schutzumhüllung der Schweißraupe durch die Schlacke und die Bearbeitbarkeit verbessert werden. Außerdem kann die Schlacke leichter entfernt werden. Die Menge an CaF₂, die mit den anderen Bestandteilen des Flußmittels gemischt werden muß, hängt von der Menge an Al-Mg-Legierung im Flußmittel ab. Wenn das Flußmittel eine Menge von 2 bis 5 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht) an Al-Mg-Legierung hat, kann die Menge an

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CaF„ 6 bis 11 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht) betragen. Wenn die Menge an CaF₂ weniger als 6 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht) beträgt, sind die Viskosität und Zähigkeit der Schlacke zu hoch, so daß keine zufriedenstellende Schweißraupenform erzielt wird und es ergeben sich Luftlöcher in der Schweißnaht sowie Einschlüsse von unerwünschten Fremdstoffen. Wenn die Menge an CaF₂ 11 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht) übersteigt, ist die Viskosität und Zähigkeit der Schlacke zu gering, um eine ausreichende Umhüllung der Schweißraupe zu erreichen, woraus eine unzureichende Bearbeitbarkeit resultiert. Das in der erfindungsgemäßen Elektrode bzw. in dem Flußmittel enthaltene Mn wirkt wie ein übliches Desoxydationsmittel. Die Menge an Mn hängt in der Hegel von der gewünschten Festigkeit der Schweißung ab. Erfindungsgemäß wird bevorzugt eine Menge von Mn von 0,1 bis 1,5 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht) in Anwendung gebracht. Ni im Flußmittel dient als sogenannter Austenitbildner. Da die Menge an Al, welches als Ferritbildner wirkt, zunimmt, bewirkt der Austenitbildner eine Reduzierung der Größe der Kristalle des Schweißmetalles, wodurch die Festigkeit und die Kerbschlagzähigkeit der Schweißnaht erhöht werden. Die Menge an Ni hängt von der Menge der Al-Mg-Legierung ab. Bei 2 bis 5 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht) an Al-Mg-Legierung beträgt die Menge an Ni 0,8 bis 2 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht). Wenn die Menge an Ni weniger als 0,8 % ist, ist die Schweißnaht sehr spröde.

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Außer den vorgenannten Bestandteilen kann das Flußmittel der erfindungsgemäßen Elektrode in manchen Fällen noch folgende Bestandteile aufweisen: Al, Zr und Ti oder Legierungen hiervon als zusätzliche Denitrierungsmittel, Elemente wie Si, Cr, Mo, B, V, W, C und Cu oder Legierungen hiervon als legierende Bestandteile, TiO₂, SiOg, Al₃O₃, MgO, ZrO₃, MnO, MnO₂, K₂O, Na₃O, CaCOg, MgCO₃ und BaCO₃ als zusätzliche schlackenbildende Agenzien und/oder Fe als ein das Schmelzen beschleunigendes Metall.

Erfindungsgemäß ist es erforderlich, daß die Menge an pulvrigem Flußmittel 10 bis 40 Gew. -% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrode) beträgt. Die Gesamtmenge an CaFg-Mn-Ni-Al/Mg, die die wesentlichsten Bestandteile des Flußmittels sind, beträgt wenigstens 55 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht). Das erfindungsgemäße Flußmittel kann somit auch nur aus den vorgenannten vier wesentlichen Bestandteilen bestehen. Zusätzlich zu diesen vier Bestandteilen können jedoch die vorgenannten Hilfsmittel vorhanden sein. Hierbei muß deren Menge weniger als 45 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht) betragen. Die Menge an Denitrierungshilfsmitteln, die den eigentlichen Denitrierungsmitteln zugegeben werden, muß weniger als 1 Gew. -% (bezogen auf Elektrodengesamtgewicht) betragen. Die Menge an legierenden Elementen muß weniger als 1 Gew. -% (bezogen auf Elektrodengesamtgewicht), die Menge an schlackenbildenden Hilfsmitteln muß weniger als 2 Gew. -% (bezogen auf Elektrodengesamtgewicht) und die Menge an Eisenpulver muß weniger als 18 Gew. -%

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- 17 (bezogen auf Elektrodengesamtgewicht) betragen.

Die Metallhülle der zusammengesetzten Elektrode kann entweder aus Kohlenstoffstahl oder niedrig gekohltem Stahl bestehen. Die Metallhülle kann jedoch auch jede andere beliebige Zusammensetzung aufweisen. In der Regel wird die Metallhülle durch Verformung eines Blechstreifens in rohrförmige Gestalt hergestellt. Die Metallhülle besteht bevorzugt aus einem leicht verarbeitbaren und verformbaren Metall, z.B. niedrig gekohltem und weichem Stahl. Die Metallhülle kann auch eine andere als rohrförmige Gestalt aufweisen. So können z.B. Rippen, die sich nach innen radial erstrecken, vorhanden sein.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die nachfolgenden Ausführungsbeispiele.

Beispiel 1

Elektrodenzusammensetzung:

Drahtelektrode mit 3, 2 mm Durchmesser, bestehend aus O₁2 χ 23 mm Streifen aus niedrig gekohltem Stahl mit 0, 03 % C, 0,35 % Mn und 0, 01 % Si. Das Flußmittel enthält folgende Bestandteile (Prozentangaben bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrode):

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CaF₂	10
Mn	0,5
Al-Mg	3
Ni	1,5

Gew. -%

(Al 50 % Chlorid 0,01

Schweißbedingungen:

Werkstück:: 25 mm dicke Platten aus niedrig gekohltem Stahl 400 Amp. 26 V Stumpfschweißen

Versuchsergebnis:
Röntgenstrahlentest: Zugfestigkeit:
Kerbschlagzähigkeit:

Keine Fehler

52 kg/mm

16,5 kg m

Beispiel 2

Zusammensetzung der Elektrode:

Drahtelektrode mit einem Durchmesser von 3, 2 mm, hergestellt aus demselben Stahl wie in Beispiel 1. Bestandteile des Flußmittels (die prozentualen Angaben beziehen sich auf das Elektrodengesamtgewicht):

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CaF₂	8	Gew. -⁽	%	(Mn 70 <
Fe-Mn	1	Il	(Al 40 9?
Al-Mg	3,5	It
Ni	1	Il
Fe (Pulver)	6	Il
W
'■> Chlorid 0,02 %)

Schweißbedingungen:

Werkstücke: 25 mm dicke Platten aus niedrig gekohltem Stahl 380 Amp. 25 V Stumpfschweißen

Versuchsergebnisse:

Röntgenstrahlentest: Keine Fehler

Zugfestigkeit: 51 Kg/mm²

Biegetest: Gut

Kerbschlagzähigkeit: 15 Kg m

Beispiel 3:

Elektrodenzusammensetzung:

Drahtelektrode mit 3,2 mm Durchmesser, hergestellt aus demselben Stahl wie in Beispiel 1. Bestandteile des Flußmittels (die prozentualen Angaben beziehen sich auf das Elektrodengesamtgewicht):

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CaF₂

Mn Al-Mg Fe-Zr Ni Fe (Pulver)

Gew. -

0,3

2,5

11

(Al 60 % Chlorid 0,03 %)

Schweißbedingungen:

Werkstücke: 19 mm dicke Platten aus niedrig gekohltem ,weichem Stahl 400 Amp. 27 V. Stumpfschweißen

Versuchsergebnisse:

Röntgenstrahlentest:	Keine Fehler
Zugfestigkeit:	54 Kg/mm
Kerbschlagzähigkeit:	18Kgm
Beispiel 4

Elektrodenzusammensetzung:

Drahtelektrode mit 2,4 mm Durchmesser, hergestellt aus 0, 2 χ 17 mm Streifen aus weichem Stahl mit 0, 04 % C, 0,37 % Mn und 0, 01 % Si. Bestandteile des Flußmittels (die prozentualen Angaben beziehen sich auf das Elektrodengesamtgewicht):

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CaF₂	12	3	Gew. -'	%	(Mn 70 %)
Fe-Mn	0,5	1	Il	(Al 50 % Chlorid 0,02 %)
Al-Mg	1,5	it
Ni	4	Il
CaO	Il
Fe (Pulver)	Il

Schweißbedingungen:

Werkstücke: 16 mm dicke Platten aus weichem, niedrig gekohltem Stahl 400 Amp. 26 V. horizontales Kehlschweißen

V er sue hser gebnis s e:

Werkstückqualität: Ausgezeichnet

Aussehen der Schweißnaht: Ausgezeichnet Struktur: Keine Fehler

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß aufgrund des Gehaltes an Al-Mg-Legierung die Menge an N in der Schweißnaht geringer ist als bei Verwendung einer herkömmlichen zusammengesetzten Elektrode. Außerdem kann die Gesamtmenge an Denitrierungsmittel in dem Elektrodenflußmittel geringer sein als in einer Schweißnaht, die mittels einer herkömmlichen Elektrode hergestellt wird. Hierdurch ergibt sich eine wesentlich bessere Duktilität der Schweißnaht. Die erfindungsgemäße Elektrode vermeidet fer-

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Ur ULU 1

Ii

automatischen Schweißen mit freiem und überdeckten! Lichtbogen auftreten. Aufgrund der genannten Vorteile ist die wirtschaftliche Bedeutung der erfindungsgemäßen Elektrode sehr groß.

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Claims

- 23 Patentansprüche

1. Elektrode, insbesondere zum Schweißen von Stahl, mit einem freien Lichtbogen ohne Schutzgas, bestehend aus einer Metallhülle und einem hierin angeordneten, pulverförmigen Flußmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht folgende Bestandteile enthält: 6 bis 14 % CaF₂, 0,1 bis 1, 5 % Mn, 0, 8 bis 2 % Ni und 2 bis

5 % Al-Mg-Legierung mit einer Gesamtmenge von 0, 006 bis 0, 06 % Na und K in der Form von Chloriden.

2. Elektrode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel Ti, Zr und/oder weitere Bestandteile als De nitrierungsmittel oder Elemente enthält.

3. Elektrode gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel Si, Cr, Co, B, V, W, C und/oder Cu als Legierungsmittel oder Elemente enthält.

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909838/1Güb

4. Elektrode gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel TiO₀, SiO₀, Al₀O₉, ZrO₀,

Ci Ci Cl U Ci

MgO, CaO, MnO, MnO₀, K₀O, Na₀O, CaCO₀, MgCO₉ und/oder BaCO₉

ti Δ ei Ou ο

enthält.

5. EleMrode gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,

I) dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel Fe-Pulver in einer Menge von

2 bis 18 Gew. -% (bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht) enthält.

6. Elektrode gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf das Elektrodengesamtgewicht, die Menge des Flußmittels 10 bis 40 % beträgt, die Al-Mg-Legierung 35 bis 65 % Al und 65 bis 35 % Mg sowie eine Gesamtmenge an Na und K in der Form von Chloriden in der Größe von O, 006 bis O, 25 % enthält.

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