DE2038524A1 - Mantelelektrode zum Lichtbogenschweissen und Verfahren zum Erzeugen von Schweissgut aus nichtaustenitischem Stahl - Google Patents

Description

"Mantelelektrode zum Lichtbogenschweißen und Verfahren zum Erzeugen von Schweißgut -aus nieht-austenitischem Stahl» A

Die Erfindung betrifft Liciitbogenschweißelektroden mit einem, etwa 45 - 80 $ des Gesamtelektrodengewichts ausmachenden, elektrisch leitenden Eisenkerndraht und einem etwa 20 -55 $ des Gesamtelektrodengevvichts ausmachenden Kalk-Fluorid-Mantel mit niederem Wasserstoffgehalt (ferrous low-hydrogen arc welding electrode) (Mantelelektroden, die ein Schweißgut aus nichtaustenitischem Stahl liefern, das sich durch überlegene Zähigkeit beim Zerbschlagsähigkeitstest auszeichnet, sowie ein \ Verfahren zur Herstellung von solchem Schwoißgut unter Verwendung von Mantelelektroden der vorstehend beschriebenen Art.

Es "'^TUMX-. bereits zahlreiche Hegeln für die Herstellung von Kcj3]*-F2 uorid-Iiantfilelektroderi mit geringem Wassarntoffgehal t entwickelt, d:io in 'hvr Bchweißi/idustrie allgemein beachtet und eingehalten werdexi, und auch nach der Lohre der Erfindung ein-gehalte/i 'Aerden f; öl Ion, die fjorait illvLv Lehren χ um teoarij irj Handeln riicht i'invA/'-'Ayi_$ noaOurn .in vor?,lii',licli;xr v.nü erfirideri

1 0 9 a 17/118 7 -

BAD ORIGINAL

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3 c h e i" W e i a e w e i t e r au s g e s t a 11 e t un d e r g an ζ t. Il a d i e E e nn t η i s d ι e s e s S t a η d e s d e r T e c h η i k s ο in I ΐ ζ u ei Ii 1 a r e η V e r s t an d η i s d e r t or 1 ie gend en. Erf indung van B edeut ting i s t, sol 1 en naclis t eh end

di e w j ent ::i g st en G-e sieht spunkt e und. Regeln, i nsb e s and. e re b e ziig-

■1 i ch d e r Er ζ i e 1 ung e i ne a S ch w e i 13 gut s in ί t h oh e r Ke rib a chi ag ζ äh :L g -

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"k e i t w I e d e r g e g e b e η w e r d e η, I) a auß e r d e in d i e c h e mi s c Ii e Z u s a mm e η

β e t Ziung d e r ti e i d e::r Ve ira snd uη«; e rfindungageinä.3 e r KaIk-Fluοr 1 d

e X'lia 11 e η en. S ch we ί ß s cli 1 a c k e n, H a η t e 1 e 1 e k t r a d e η/ τ ο η w e a e η 11 i c ii e r Bi e d e u t ung für d i e E r f I η d un g

^:|li" ^:! ■ ί a t, w ::i ι* d na c h s t e h e η d au c la d e r S t an d d e r T e e lin i k b e zu g 1 ί c Ii d e r

U Hill iil 1 ung ν ο η K a 1 k E1 u ο r I d -M an t e 1 e 1 e k t r c 1 e η leu τ ζ e r ö r t e r t und

u I¹B ii! :i 13 ν e r s t an d. η ί s s e ζ υ. ν e r in e i d e η d i e T e rin i η ο 1 c g i e, i η s b e s ο η d e r e

"b e zug 1 i c Ii d e r S c ti. ν e i £ schla c ken ti. ί η s i c Ii It 1 i c Ii ί Ii r e r E ί g e η s c Ii a f t e η

u η dl. Z u s a in in e η s e t ζ ung ν i e d. e r g e g e b e n. un d d e::!::" ί η i e ι t.

Wί a d.ei:¹· al 1.gemein gebräuchli che Ausdruck "Kalk-Fluor id-Mant e 1 -

e 1 e k t r ο d e ti i t g e r :i ng e m W a s s e r s t ο f f g e h a 1 It ' ('"' 1 i in e - f 1 u ο r i d e 1 ο w

Ii;i d i"a geη e] e c trc: i e ") e rkerineη 1 äß t, ' ?e ί s eη d ί e Umhül 1 ung eη

S β 1 c Ii e ί" E.3I e k. t r c :il. e η e :i η e η a e h r g e r I η g e η E" e u c h t i gk e ί t s g e h a 11 a u f

lin d a nt ha 1 It e η al. s h aup it sä chi I c h e funkt i a η e 11 e B e s t a nd t e i 1 e

Et d al ka ] ί c £ ,: "I: ::::>, u t (e) , g e i ö hnl i. ch C al c ί un c a rl :::) η a It,, υ, η d H e t a 1.1

f -I «■ a T" :i d ( ί) , j η d ί: R ί ge 1 C ι .1 c ί. u :ιιιί"1 u a :■ i d I) ii ι r c h € 1.1: ? ρ r ΐ c h e nd 3

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β r h a 11 β η _t d i a S e Im, ι ■ e 113 ε :::: h 1 a c k e in in ί t "Ib ι · a, ι ι c h t ;■ , ι · e in S1. .,r ■ 11 ;· ::: Ii a ί" It :^::; in

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, 10ι!ί8Ι7/ 1 18? "

haltens usw. besitzen und den Schweißer ansprechen. Typischerweise ergeben solche Xalk-Fluorid-Mantelelektroden Schweißschlacken die mindestens 20$ und in der Regel etwa 30 bis 60 ^a/o Fluorid enthalten. Durch die thermische Zersetzung des im Man-" tel enthaltenen Carbonate beim Schweißen wird eine ausreichende Menge an Kohlendioxydschutzgas entwickelt, um den Lichtbogen gegen das Eindringen τοη luftstickstoff ausreichend abzuschirmen. Das im Kantelmaterial enthaltene Carbonat liefert nicht nur CO₉, sondern führt auch der Schlacke 0xyd(e) zu. Bei der Auswahl der Bestandteile für das Mantelmaterial wird sorg- " fältig darauf geachtet, nicht hygroskopische Bestandteile,mit geringem Wassergehalt zu verwenden und außerdem stellt man einen geringen Ge-.-^vsv/assergehalt des Elelrtrodenmantels durch äie Anwendung einer hohen Endbrenntemperatiir sicher.

In der Praxis wirtschaftlich und technisch -. folgreiche KaIk-Fluorid-Mantelelektroden mit geringen Wasserstoffgehalt, die üchweißgut aus nicht-austenitischern Stahl ergeben unterfallen den drei AWS (American Welding Society)IQassen E-XX15, E-XX18 | und E-XX28. Die Klasse E-XXl5 ist als der Grundtyp dieser drei Normuugsklassen anzusehen, von dem sich die beiden anderen Kl aß «or: lodiglich dadurch unterscheiden, daß ein zunehmend höherer !,Total!anteil statt im Drahtkorn im hantel enthalten iot. In der nachstehenden Tobolle sind die in Kalk-Pluorid-Mantelolei:trr;rieri. öio . ;ieseii drei A'.7o-Klassen entsprechen, enthaltenen fuiiktionEweseritliaiien BeBts;i;.dtoilü sowie die Grenzwerte des Geb&ltfj an y lesen Eoatancitei.ion j κ )', bezogen auf das Gesamtelektroüen£;ev,'icht, aiif^führt. Die äK^egonenem Gehalte

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beziehen sich jeweils auf fertig gebrannte Elektroden der ein-

^;; , ■ Keinen Klassen.

■ ■ ' _q Kern- Legie- Desoxy- Metall- Erd- 'Schlacke- Anor-■ dr ht ^rimE⁸~ dati ons- fluo- alkali-bildner u. gani-Xlasse ^s metall- metall- rid(e) carbo—tnodifizie- sche(a) fo pulver pulver nat(e) rungsrnittel Binde-■ i $ 2L__ i. Jl mittel, %

''E-XXl5 70-80 0-5 2-7 4-15 5-15 0-10 0,5-8 ■■■■ E-XX18 55-72 5-15 " " " " " E-XX28 45-55 20-30 ' " " " " »

Es sei angemerkt, daß weiter unten die Erfindung ar,.haid von Elektroden der gebräuchlisten dieser drei Klassen, nämlich Ε-ΣΧ.1Θ, erläutert wird, jedoch nicht auf solche Elektroden beschränkt ist. Weiterhin sei angemerkt, daß die erfindungsgemäßen Mantelelektroden, die wie bereits erwähnt, ebenfalls Kalk-Fluorid-Mantelelektroden mit geringem Wasserstoffgehalt sind, wie alle Schweißelektroden dieses Typs die vorstehend 'beschriebenen notwendigen funktioneilen bzw. Wirkbestandteile.

Per Desoxydationsgrad des Schweißmetalls von nieht-austeriitisehen Kalk-Fluorid-Mantelelektroden, der in erster Linie durch Ä im Schweißgut enthaltenen bzw. in das Schweißgut gehenden

iun^ehalt gemessen bzw. bestimmt wird, wird gewöhnlich .■durch Zusetzen von Desoxydationsmetallpulver zur Elektrodenmantelmause eingestellt, und zwar so» daß man ein ausgewogenes ,Verhältnis zwischen der Güte und den mechanischen Eigenschaften i Schweißmetall bzw. Schweißgut erhält. Ein Siliciumgehalt

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BAD ORfGfNAL

von weniger als etwa 0,25 1<> im Schweißgut wirkt sich in der Regel sowohl bezüglich der Kerbschlagzähigkeit als auch hinsichtlich des Schweißvorgangs nachteilig aus. Der optimale Siliciumgehalt hängt gewöhnlich etwas von der Gesamtanalyse des Schweißguts ab und liegt in der Regel zwischen etwa 0,3 und 0,5 io. \7enn der Siliciumgehalt des Schweißguts 0,5 °/° übersteigt, so bleibt der Schweißvorgang zwar gewöhnlich gut und kann sogar besser werden, jedoch fällt die Kerbsehlagzähigkeit des Schweißguts in der Regel ab. Im Mantel oder im Kerndraht enthaltene Desoxydationsmetalle reagieren mit aus dem im Mantel enthaltenen Carbonat stammenden Kohlendioxyd oder mit Luftsauersto.ff unter Bildung von Oxyden, die in die Schlacke gehen. Starke Desoxydationsmittel, z.B. Aluminium, Titan, Zirkon und die seltenen Erdmetalle werden, wenn sie nicht in großen Mengen vorhanden sind, fast vollständig oxydiert. Unter günstigen Verhältnissen gehen kleine Anteile dieser Entoxydierungsmittel in das Schweißmetall bzw. das Schweißgut. Schwächere Desoxydationsmittel, wie Silicium und Mangan neigen dazu, in gleichmäßigerer Verteilung als Oxyde in die Schlacke und als Legierungselemente in das Schweißmetall bzw. das Schweißgut zu gehen*

Die Zusammensetzung der bei der Verwendung eiuer MantolschweiS-elektrodo gebildeten och]acke ist das Ergebnis der Umsetzungen Kvnsehen dem metallischen Elektrodenkern, (lon flüssigen iVJantolma te rial i cm und der Ilchtbogenatmosphäre während dos 3ehweif3öno. Bo stimmte SchwciiUschlaeken weruen als " Bauer" oharukti.u\iw.i ert, während andere iJcbiackün, wie die, die von JCulk-i'l t'j] T-omvri belekt ΓοΊοη gobUd^t worden air; "basin oh"

BAD

werden. Je nach der Quelle, aus der er stammt, bedeutet der etwas ungenaue Begriff "basisch", daß das in fo oder Mol ausgedrückte Verhältnis der in der Schlacke enthaltenen Oxyde von ale basisch betrachteten bzw. definierten Metallen zu den Oxyden von Metallen, die als sauer angesehen v/erden, größer als 1 ist. Im Sinne der Erfindung werden Lithium, Natrium, Kalium, Cesium,, Magnesium, Calcium, Strontium und Barium als basische ,Metalle und Silicium und Aluminium als saure Metalle angesehen. Andere ,gewöhnlich verwendete Oxyde, wie Titanoxyd und Salze, wie die Fluoride, werden bezüglich ihres Einflußes auf die Basizität der Schlacke,, die als das Molverhältnis von Oxyden ba s i s che :r Me ta 11 e zu Oxyd eη s au re r S¹I etal 1 e iη d er S chi acke (1 efiniert ist, als neutral angesehen. Entsprechend der vorstehend gegebenen. Definition liefern bekannte Kalk-Fluorid-Zantelelektroden Schlacken mit Basizitäten im Bereich von etwa 1,2 "bis etwa, 1,9·

aus einer
Dle Basizität von einer/i£alk~Fluorid-Mantelelektrode stammenden '■ -■:■■'. Schweißschlacke kann man entweder direkt d,Iu-Ch chemische Ana- ■■/'■"■' Iyse tier Schlacke bestimmen oder in ziemlich ,genauer Annäherung

■'■'". r e c h η e r :i s c h e rm i 11 e In. Z ur B e r e c hiiun g d e r S ch, 1 a c k e η b a s i " i t ä t ■^;'.'·;'' muß man sowohl die Zusammensetzung des Schweiiif.uts und des ::ie- ^/;_?. : talliochen· Kerns der Mantel elektrode und des Flußmatorials

{,^|;-i||.. . (d e s Ma η 1 e 1 in a t e r i a 1 e s) k e η η e η, a 1 s a u c h d a a ¥ e r h a 11 e η d i, e s e r

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, ^W', 109617/1167

tiven Mantelelektrode vom Typ AV/3 £-7018. Zur Herstellung einer solchen Elektrode wird beispielsweise ein 3,97 mm starker Flußstahlkerndraht durch Extrudieren mit einer Mantelmasse aus den nach Art und lienge aus der Tabelle I zu ersehenden Bestandteilen umhüllt. Die fertige Elektrode besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrode, aus etwa 35 $ laantelmaterial und etwa 65 i° Kern. Aus der Analyse des Sehweißguts und der des Kerndrahts kann ermittelt werden, was an ursprünglich metallischen Bestandteilen oxydiert wird, und welche Metalle und wieviel gewonnen, d.h., aus ihren Verbindungen elementar abge- " schieden und freigesetzt werden. Wenn man diese 7/erte sowie die Zusammensetzung und Gewichte der Mantelbestandteile kennt und die geringen Yerüampfungsverluste vernachlässigt, kann man die Mengen der Oxyde von sauren und basischen Metallen in der Schlackenmasse, die von besonderem Interesse sind, in der aus der Tabelle I zu ersehenden Weise rechnerisch ermitteln. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Gesamtmenge der Oxyde saurer bzw. basischer Metalle in Mol 0,285 bzw. 0,206. Aus diesen Werten wird das Molverhältnis von Oxyden basischer Metalle zu Oxyden saurer Metalle bzw. die Basizität der Schweißschlacke berechnet, die im vorliegenden Fall 1,38 beträgt.

BAD ORfGINAL

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Tabelle I

Berechnung der Basizitat einer typischen 5/32" 7018 Mantelelektrode- (Mantelelektrode yom Typ AWS .£-7018 mit einem Kerndrahtdurclimesser von etwa 3 »97 mm)

Mantel- Menge der	6,7	1,5	An	die Schlacke abgegebene Menge	10,85	0,07	1,76	I1Bl I,47
ν α. j ■ Mantel bestand- Vti P C* H" η "Π Γ? *f™ p Ί 1 ρ	24,3	5,5	an	sauren und/oder basischen Oxyden in Gramm
UuCu CX XA 1W*. uOllC teile in Gramm	Ferrosilicium (Si ins Schweiß gut) 1,5	2,34	SiO2	AIpO, CaO KpO Ia?0
Kaliumtitanat	Ferrosilicium (Si oxydiert)	1,14	0,07	0,07 1,27 0,07
Calciumfluorid	Ferromangan	19,6	0,74
Perrotitan	33,5
Alurainiumoxyd	0,2	1,56
OaIc iumca rb ο na t	3,72	0,10
Eisenpulver	100,00	0,67	0,15
Katriumbicar- bonat	sch 21 cm y		1,14
Wollastonit ■	0,35
G e s a m t m e ng e d e r T ro c k e η b e a t a η. d - teile
Alkalisilikat» b i Ii d e m i 11 e 1 g e mi ί
1,91
„6,14

Ge saint men ge der

einzelnen Oxyde in Gramm 11,54

1,36 12,61 3,08 1,61

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BAD OR/G_fNAL

Fortsetzung der Tabelle

Mol 0,193 0,013 0,226 0,033 0,026

Wirkung sauer sauer basisch

Mol- basische Oxyde _ 0^285 -, .,o Mol saure Q&'ae Ö72ÖF ^Xi:)O

Wie bereits erwähnt, liefern erfolgreich eingesetzte KaIk-Fluorid-4!antelelektroden nach dem Stand der Technik Schlacken mit Basizitäten im Bereich von etwa 1,2 bis etwa 1,9« Dieser Basizitätsbereich wird durch mehrere Faktoren begünstigt. Das

trägt ·

Silikatbindemittel/in erheblichem Ausmaß zu einem hohen Gehalt der Schlacke bei, der durch die Verwendung des herköri.mlicherweise als Des Oxydationsmittel verwendeten Ferrosiliciums noch vermehrt wird, daß man verwendet, da es als Desoxydationsmittel wirksam, billig und zweckmäßig zu handhaben ist. Die verwendeten Mengen der Alkalimetalloxyde Na₂O und KpO sind nach oben begrenzt, und zwar teils wegen des - ü)influßes dieser Oxyde auf den Schweißvorgang, und zum anderen Teil deswegen, weil es schwierig ist, Stoffe zu erhalten, die einen hohen Gehalt an diesen Oxyden, jedoch gleichzeitig einen geringen V/as sergehalt und eine geringe neigung V/asser aufzunehmen besitzen. Der Calciumcarbonatanteil läßt sich grundsätzlich steigern,, jedoch macht die zwangsläufig damit verbundene erhöhte Ent wicklung von Kohlendioxyd beim Schweißen eine vermehrte Desoxydation erforderlich, die gewöhnlich durch eine Steigerung dor ve rv. ende tun Ferroaüiciummcnge erzielt wird, v/a£3 wiederum den Anteil an sauren Oxyden bzw» Oxyden saurer Metalle in Aw ,'johlacku urhöht. Manchmal kann Aluminium a.l r> Jiurd ttel verv.'endet wfj/'den, judocn ist dan daraua

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E.^AvD ORIGINAL

gebildete Aluminiumoxyd ebenfalls ein saurer Scnlackenbestandteil. Aus dem vorstehenden ist zu ersehen, daß "bei dem Kalk-Fluor id-Mant el elektroden nach dein Stand der Technik die Basizität der Sch\veiß3chlackcn durch die herkömmliche Art_;das Problem der Bindemittel und der Desoxydationsmittel zu losen,gesenkt werden, Weiterhin sei festgestellt, daß in den wenigen Fällen, in denen bislang mit höheren Basizitätswerten gearbeitet wurde, die dadurch an sich zu erzielenden Vorteile bezüglich, der Eigenschaften des aus solchen Elektroden erhaltenen Schweißguts durch eine übermäßig starke Verwendung von Titan wieder weitestgehend aufgehoben wurden.

Als Modifizierungsmitte] zum Einstellen der Eigenschaften von

Kalk-Pluorid-Schweißschlacken wurden bislang allgemein die Oxyde von Aluminium, Titan und Zirkon verwendet. Diese Oxyde können der Schlackenschmelze über die Elektrode entweder direkt, d.h. in 'Form der Oxyde selbst oder in äquivalenter Form einver~ leibt werden, z.B. in Verbindung mit einem anderen Oxyd, wie z.B·. Titanoxyd im Kalumtitanat vorliegt (vergl. beispielsweise Tabelle I), Der Anteil dieser Modifizierungsmittel an der Schlackenmasse lag bislang im Bereich von bis zu 8 % Alυminiumoxyd,. bis zu 12 ^cß> Zirkonoxyd und bis zu 15 f· Titanoxyd, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlacke, 'Kenn man diese Modifizierungsmittel in Form der freien Metalle verwendet, um sie als I) ο s ο χ y d a t ί ο η s in i t ΐ e 1 nu t ζ b a r ■ ζ u in a c h e η, a ο e η t ν: i c lc e 1 η d i e a u s d i e s en Me t al 1 en e nt s t eh e na e η Oxy d e, na chd ein d ί e lie ta 11 e ih r e P unk t i ο η al s De a ο z.y d a t i ο nnmi t ί. el er ί' ill 11 hab c η, in der 3 c hl a c k c

i h r β ü} > 1 i c 11 β η W ί r k u η g e η,

BAD

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Der Einfluß der Metalle Aluminium, Titan und Zirkon auf die mechanischen Eigenschaften des Schweißguts wurde bislang auf ihre Wirkung als Desoxydationsmittel, als Denitrierungsmittel und als Legierungsbestandteile in geringen Konzentrationen zurückgeführt, wobei letzteres insbesondere in Bezug auf in das Schweißgut als Metall aufgenommenes Titan galt. Wenn bei KaIk-Fluorid-Mantelelektroden die Verwendung dieser starken Desoxydationsmittelmetalle vorgesehen ist, so hängt das Ausmaß bzw. der Prozentsatz an aius dem Desoxydationsinittel gewonnenen metallischen Legierungsbestandteilen von der Anordnung in der " Elektrode an, wobei der Prozentsatz an in das Schweißgut als Legierungsbestandteil gehendem Desoxydationsmetall kleiner ist,, wenn das Desoxydatic^sraetall sich im Mantel befindet, als in dem Pail, in dem es i® Elektrodenkern enthalten und damit während der Lichtbogenschweißung besser geschützt ist.

Seit einiger Zeit hat sich gezeigt, daß sämtliche Kalk-Fluorid~ Mantelelektroden nach dem Stand der Technik bezüglich ihrer Entwicklung zu einer weiteren Verbesserung der Kerbschlagzähig- | keit von unter Verwendung solcher Elektroden erzeugtem,nichtaur.tenitiGchem Stahlschweißgut offensichtlich stagnierten, obwohl nie außerordentlich fachmännische Kombinationen von Desoxydütjonsiiiitte3n enthielten. Überdies war das beste, mit Hilfe von bekanrjtor. Elektroden dieses Typs hergestellte Schweißgut bezüglich der HorbcehlagHähigkeit häufig unzulänglich oder allenfalls gerade noch annehmbar und somit auf wonige kritische Anv/endungszwocke beschränkt. Einige Scbwoißguttypen, z.B. diejenigen mit einem Hickel^ehalt von 2 1/2 bzw. 3 1/2 yt woioon

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BAD ORiQIiSfAL

bei -101 C häufig eine gerade noch ausreichende Kerbschlagzähigkeit bei liegenden Schweißnähten (when produced by downharid welding) auf, sind jedoch bei stehenden Schweißnähten (when produced by vertical welding) nicht mehr akzeptabel. Vergleichbare Bleche sind bei -101 C befriedigend. Ferritische Mantelelektroden mit einem Nickelgehalt von 9 $» die ein Schweißgut ergeben, das bezüglich der Zähigkeit bei - 195,6 C 9 i° Nickelblechen gleichkommt, waren bislang nicht zu erhalten. Schweissungen bzw. Schweißgut mit höherer Festigkeit, wie^das mit den besten derzeit erhältlichen E-14018-Elektroden, die für zähe Schweißstähle mit einer Mindestzugfestigkeit von 91,4 fcp/mm verwendet werden, ist bezüglich der Zähigkeit gerade noch ausreichend. Die Zähigkeit von niedrig legiertem Chrom-Molybdän-Sehweißgut, z.B. dem von AY/S E-9018B-3-Elektroden, sollte besser eein, um die Gefahr von Versprodungsrissen zu verringern. Warmbehandelbare oder entspannbare Schweißungen, deren Festigkeit und Zähigkeit den Wünschen genügt, sind oft nicht zu erhalten.

Aub der vorstehend geschilderten Sachlage ist zu ersehen, daS ein dringender Bedarf an Mantelelektroden besteht, die nichtaustenitisches Stahlschweißgut mit überlegener Zähigkeit ergeben, ohne daß dadurch die Schweißbarkeit, die Festigkeit, die Ductilität, die Rißfestigkeit oder andere wünschenswerte Eigenschaften beeinträchtigt werden.

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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Lichtbogen-Schweißelektroden und zwar Mantelelektroden zu schaffen, insbesondere verbesserte Kalk-Pluorid-Mantelelektroden mit als "wasserstoffarm" (low hydrogen) bekannten Mantel zuzusetzen» die von der American Welding Society in die Klassen EXX 15, EXX 18 und EXX 28 eingereiht v/erden und sich besonders zur Erzeugung von nicht ausgenitischen Stahlschweiß gut eignen, die eine bislang nicht erreichte verbesserte Kerbschlagzähigkeit beim Charpy-Kerbschlagzähigkeitstest besitzen, ohne daß dadurch andere günstige Eigenschaften, wie die Elektrodenschweißbarkeit oder die Schweißgutfestigkeit, -duktilität und Rißbeständigkeit beeinträchtigt werden·

Es wurde nun gefanden, ds.3 verbesserte nialit-aueteiTJ. tische s StahlDchv,eiligst mit überlegener Zähigkeit mit Kalk-Fluoricl-I/iantel-ilektroden erhalten v/erden kann, indem man zweckmäßige Eesojcydationstechniken ir.it neuen Auswahlregeln "bezüglich dar Schweißschlackenzi^sammunsetzung kombiniert, die bezüglich eier Eerbachlagzähigkeit besonders günstig sind. Zusätzliche Vorteile kann man dadurch erzielen, da/3 bei dor Verwendung von Titan in verschiedenen Formen in dor Elektrode gewisse Regeln beachtet v/er den.

(if.-ts'i-f.vt:-.^(i rior ^rfinaan,·, sind r;oi:n t

mit e.iii'.:,! f-ifcv.-a A₁ ¹J - HO ,'■■ doü ⁽\ ·-.',",-,v-A^'l ck "tro..U";j:J_t'.;ov/i'-"!n [..- Μ!!;::.ί-\ο" d'-rji, f.l oktr.i.;'r:fi [>:.)Λ'-ι.ίϊίΛϊ u±:iiiiA:.>-'.vi">-lrr.Kht uvA nim.iü et.v/^ V/j < J

17/1167 EAD ORiSiNAL

Mantel mit niederem Wasserstoffgehalt (ferrous low-hydrogen arc welding elektrode) Mantelelektroden , deren Mantel, "bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrode,etwa 0 - 30 fo Legierungsmetallpulver, 2-7 $" Desoxydationsmetallpulver, 4 - 15 $> Metall-, fluoridee), 5· - 15 fo Erdalkalicarbonat(e), 0 - 10 fo Schlackenbildner und -modifizierungsmittel, sowie 0,5 - 8 fo anorganische(s) Bindemittel enthält, und die weiter "basische Bestandteile, näm-., lieh mindestens eines der basischen Metalle Lithium, Natrium, Kalium, Cesium,, Magnesium, Calcium, Strontium und Barium, sowie saure Bestandteile, nämlich. Aluminium und/oder Silicium enthalten, wobei die basischen und die sauren Bestandteile jeweils als Metall und/oder als Oxyd vorliegen können, dadurch gekennzeichnet, daß die basischen und die sauren'Bestandteile mengenmäßig so aufeinander abgestimmt sind, daß die Mantelelektrode beim, Lichtbogenschweißen eine Schweißschlacke mit einer Basizität (I.]oJ.verhältnis von Oxyden basischer Metalle zu Oxyden saurer Metalle) von mindestens 2,2 bildet, und daß der Gehalt der Mant β 1 e 1 e k t r ο d e an Titan u ηd/ο d e r T i t aη ο xy d (e) 1 i e f e r nc! e B e s t aη d teilen so gering ist, daß sie beim Schweißen ein Sc ·. weißgut ergibt» das weniger als 0,07 $> Titan, enthält,

Die Mantelelektrodender Erfindung ergeben beim Schweißen ein Schweißgut aus nicht-auatenitisehern Stahl, das sieh, durch über-1 eg en,e Z äiii gke i t b e iin, Charρy -Kerb s cIi 1 agzähi gke i t s t e st a u s ζe 1. ch-

net,

I) e r G e Ii a 11 d e r β „r f" I η ti u, η & _t , g e m ä 13 e η M a η t c 1 e 1 e k t r ο d, e η a η κι e t a 11 i -

β ch« sin T i t an und/ο ei ο r T ί t an ο xy d (e) 1 i ef e rnd en, ,Be i\ tan Λ t e i 1 en wi rd

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vorzugsweise so gewählt, daß der Gehalt des mit Hilfe dieser Elektroden erzeugten Schweißgutes an Titan unter 0,045 % liegt.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Schweißgut atis nicht-austenitischem Stahl mit überlegener Zähigkeit beim Charpy-Kerbschlagzähigkeitstest durch Lichtbogenschweißen mit einer abschmelzenden Manteleisenelektrode mit geringem V/asser stoff gehalt, die aus einem elektrisch leitenden Kern und einem Kalk-Fluorid-Mantel besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Elektroden verwendet, deren Kerndraht- und Mantelbestandteile, die die basischen Metalle Lithium, Natrium, Kalium, Cesium, Magnesium, Calcium, Strontium und/oder Barium einerseits sowie die sauren Metalle Aluminium und/oder Silicium andererseits in Form der Metalle oder von Oxyden enthalten, mengenmäßig so aufeinander abgestimmt sind,, daß sich, wenn alle Bestandteile unter der Einwirkung des elektrischen Schweißlichtbogens zusammengeschmolzen werden, ein Schweißgut sowie eine Schweißschlacke bildet, deren Basizität bzw. Molverhältnis von Oxyd(en) basischer Metalle zu Oxyd(en) saurer Metalle mindestens 2,2 und vorzugsweise mindestens 3 beträgt, und in denen der Gehalt an Titan in metallischer oder oxydischer Form liefernden Stoffen so begrenzt ist, daß das Schweißgut weniger als 0,07 und vorzugsweise weniger als 0,045 $> Titan enthält.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung einer Schlacke mit hoher Basizität dadurch gefördert wird, daß man als Desoxydationsmittel zu-

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mindeet zum Teil Magnesiumniet all verwendet.

Eine weitete vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung stellen die weiter unten angegebenen Grenzwerte bezüg-

en

"lieh des Gehalts der Erfindungegemäö Kalk-Fluorid-Mantelelektroden an Titan in Form von Oxyden und metallischem Titan dar, die den Zweck haben die Zähigkeit des Schweißguts zu regeln und möglichst hoch zu machen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen» daß der etromleitende Kern der Mantelelektroden aus handelsüblichen Flußstahl bestehen kann.

Die Mantelelektroden der Erfindung ergeben ein Schweißgut mit einer bislang selbst mit den besten bekannten Kalk-Fluorid-Mantelelektroden nicht zu erzielenden Kerbschlagzähigkeit. Das Ausmaß der'erfindungsgemäß erzielten Verbesserung hängt von dem im Einzelfall verwendeten Legierungssystem ab, wobei einige ,leg ierunge sy sterne, wie aus den nachstehenden Beispielen zu er-.sehen ist, eine weit höhere Verbesserung aufweisen, als andere. Bei einem .gegebenen Legierungssystern wird der erzielte Fort-¹eohrltt geringer, wenn man sich den Grenzen des durch die erfindungegemäßen Auswahlregeln definierten Bereiches nähert. Der ■."typische Höchstwert des 'Ausmaßes der erfindungögemäß erzielten :■·ferbeßseruiig.'schwankt im allgemeinen zwischen etwa 30 und einigen :l-Ö0. #. Aufgrund der bislang, zu erzielenden Scliweißgutkerbschlag-Billigkeit en war man der· Ansicht» daß das Schweißen mit Mantel-'.'■elektroden .geringere Möglichkeiten bietet, als Gasmetall-Lioht- ;

1 0 fl β 1 7 / 11 i 7

bogen- oder Gas-Wolfram-Lichtbogensehweißverfahren. Die erfindungsgemäß erzielte erhebliche Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit des Schweißguts macht

im Verein mit der Tatsache, daß im Schutzgas-Liehtbogenschweiß-' verfahren erfahrene Schweißer verfügbar sind, daß das Arbeiten mit solchen Elektroden allgemein einfach ist, sowie daß solche Mantelelektroden zuverlässig und billig sind, die Anwendung der ■Mantelelektroden der Erfindung auf Gebieten möglich, auf denen eine hohe Schweißgüte erforderlich war, und auf welchen Mantelelektroden bisher versagten, oder auf welche sie immer mehr ausser Gebrauch kamen.

Aus der nachstehenden, durch Beispiele erläuterten Beschreibung bestimmter, derzeit bevorzugter Ausführangsformen der Erfindung ergeben sich weitere Einzelheiten, Aufgaben und Vorteile der Erfindung.

Ee i^d

Aus dem nachstehend aufgeführten Flußgemisch, das auf einem 0,'jS'Y mm starken gleitenden Kerndraht mit handelsüblicher Standardqualität üun G-lCOe-Flußytahl aufgetragen und dann bis au (■iiu'jiii corin-xm \\-iiy.;^r:-;i:h;.dt retrocknet wird, wird eine Mantelel-viii-troflo vors, Typ A7/S K-IK)IB hurtv-sUaii,. Bor Mantel m^eht etwa j[y '/- der; J-Jlc-i: t rn^en»·;^^.] ::ii(,o uuv υ ad entbrU.t o:üie ansreicho/ide

! f ) § 3 i 7 / I IS fi ^;? BAD ORIGINAL

Trockene Bestandteile	20,0 Gramm
Calciuniearbonat	43,3 "
Calciumfluorid	2,7 "
Magnesium	.5,0 »
501 % Ferroailicium	0,13 "
40 fo Perrotitan	4,37 «
Nickel	1,5 "
63 i* Perromolybdän	19,3 " -
Eisenpulver	3,7
1 Mangan

Summe 100,0 Gramm

Feuchte Bestandteile (Bindemittel)

Wasser 11,90 Gramm

Organische Ex t rud i e rhi1f e 1,52 " Kaliumhydroxyd .. 0,67 " Natriumaluminat (40 f 1,91 " Natriumoxyd, 31 /ί
A1 um i η i u in ο xy d, 2 3 fo
fasser)

Summe 16,00 Gramm

;Eine B er e ΐhnung de r ί η d < ■ r Ta 1 e 11 ■ > I ge ζe i gt eη Art ζ e i g;t, daS

dl e au f 1 i e ι e We -i a e e rhi 11 ι f η e Man ΐ e ]. e 1 έ k t r ο d e e 1.11 e Sc \ ι w e i ß

s c 1) ,31 ι < ί It: · in i t e i η e r b :l s 1 a ι ι g tin e :r :ι 3 i c h 1, Ii ) h e η JEIa s ί.:-: I ΐ ä t ν ο η 4 , 12

r g ί 11 1 I) ί β θ rh β bl ί ch ■ i ■ s £ ■ ι ΐ ■ ι K e: - Ib s c Ii .1., , g i-i h I rJk: e ί t j : e ϊ [τ e n

β C ί , ί" ΐ η 1 ϊ ει nil t ( ί Γ \ ι: ι ■ ■ .ικϊ υ. η g d I ■ , ;_{; r} El el:: t .· 11 ■ ; ■ ? - j ι a 11 υ ;ι: 1< · 11

S ί ■ Ii ■ ν ί.!,:! g U1! j ι ί κ! j , α ι d ι ι Ti 11 11, « ΐ 1 , ι ,, _t ■ _{Γ 3} ] _η, j _{Ί (}| _{e :Γ} χ _α ,,·, · _(ι

β "β ' ■ Il ■ ί ι ■ ', L m ι 11 ϊ , 11 111 ί c h e ι gl · ■:!. ο Il ι; t, · ΐ ί _f - c πι S ■ h ν i I3,_f ·; α ΐ π,, I j ι, < _; χ- ₍„

1 0 ί! ί! 1 ? / 1 "I Ιΐ ¹F

BAD ORIGINAL

präsentativ für den Stand der Technik ist, verglichen werden.

Tabelle	II	Erfindung (Beispiel 1)
	Stand der Technik (E-11018)
	1,48	4,42
Elektrodenschlackenbasizität	29	33
Barte, Rockwell "C"
Charpy-KerbSchlagzähigkeit	11,8	19,75
Raumtemperatur	4,27	10,65
-73,3°C	1,11	- 5,95
-101,10C
Schweißgutanalyse, fo	0,086	0,092
Kohlenstoff	1,55	1,81
Mangan	0,40	0,36
Silicium	l,6d	1,76
Nickel	0,4ά'	0,36
Chrom	<O,O45d	<.O,O45d
Titan

d - Aus Legierungsabscheidungskurven abgeleitet

Das unter Verwendung der Elektrode nach Beispiel 1 erhaltene Schweißgut ißt etwas höher legiert, als das aus der zum Vergleich als Stand der Technik herangezogenen Elektrode der Klasse E-11018 erhaltene Schweißgut, und ist daher auch etwas härter. Ss wäre zu erwarten, daß diese Zunahme der Härte zu einer Verringerung der Kerbsclilagzähigkeit führen würde, jedoch erzielt man erfindungsgemäß, wie aus der Tabelle zu ersehen

ist, eine wesentliche Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit, die je nach der Prüftemperatur von etwa 68 bis zu über 400 % beträgt. Besonders bedeutsam"ist die Tatsache, daß für die Zwecke der Erfindung ein Kerndraht von handelsüblicher Standardsqualität verwendet werden kann und man keine teuren hochreinen Kern-

. zu.

drähte/"verwenden braucht.

Beispiel 2

Unter Verwendung des nachstehend aufgeführten Flußgemisches wird analog Beispiel 1 eine weitere erfindungsgemäße Mantelelektrode hergestellt. Der Mantel macht etwa 35 $> des Elektrodengesamtgewicbts aus und enthält ausreichend legierungszuschläge, um ein niedrig legiertes 3 1/2 $ Hickel Schweißgut zu liefern.

Trockene Bestandteile Kaliumtitanat Strontiumcarbonat Oalciumcarbonat Calciumfluorid Magnesium

50 fu Ferrosilicium Nickel

Mangan

Eisen

Summe
Feuchte Bestandteile (Bindemittel)

12,0cm eines Alkalimischsijikats mit einem Gehalt von:

109817/1167

4,1	Gramm
14,7	It
20,3	Il
24,3	Il
2,0	Il
5,7	Η
7,6	Il
0,7	Il
20,6	It
100,0	Gramm

Siliciumdioxyd

Natriumoxyd

Kaliumoxyd

5,30 Gramm 1,24 " 1,33 "

Die Berechnung der Schweißsehlackenbasiaität für diese Mantelelektrode ergibt einen Wert von 2,59.

In der Tabelle III sind Vergleichswerte für mit dieser erfindungsgemäBen 3 1/2 f. K'ickel Mantelelektrode sowie einer reprä-

erhälteneEi Schweißgtfc sentativen Mantelelektrode nach dem Stand der Technik'/auf ge- |

führt.

Tabelle III	Stand der Technik	• kp	20,16	Beispiel 2
	1,48	7,47	2,59
Elektrodenschlackenbasizität	21	3,04	20
Härte, Rockwell "C"
Charpy-KerbSchlagzähigkeit ,in ■	0,059	22,24
Raumtemperatur	0,67	13,94
- I Pt J ^	0,33 2,98	5,25
-101,10C
Schweißgutanalyse, %	0,073
Kohlenstoff	0,66
Mangan	0,41 5i,0
3 ili ei urn-

Titan

<0,O45

abgeleitet

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BAD ORSGINAL

Beispiel 2 zeigt» daß· erfindungsgemäß gegenüber dein Stand der Technik insbesondere bei niederen Temperaturen trotz der nur bescheidenen Erhöhung eier Schlackenbasisität auf 2,59 eine deut liche Verbesserung der Schweißgutkerbschlagzähigi- ir'.t erzielt ■wird.

I, /

Wie die Beispiele 1 "bzw. 2 zeigen» können die Mantelelektroden der Erfindung einen mit einem Alkalialuminat oder einem Alkalisilikat gebundenen Mantel besitzen. Sowohl Beispiel. 1 als auch Beispiel'2 erläutern, ferner erfolgreiche Ausführungsformen der Erfindung, bei welchen eine wohlausgewogene Gruppe von Desoxydationsmittelmetallen verwendet wird, von denen eines, Magnesium,» ein geeignetes und praktisches Desoxydationsmittel ist, dessen Oxydrückstand einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Basizität der Schweißschlacke leistet. Würde man im Mantelgemisch von Beispiel 2 die darin enthaltenen 2 g Magnesium durch 2 g 50 io P err ό silicium ersetzen, so würde sicli. die Schlackenb a s i ζ i t ä t ν ο η 2,3 9 a uf 1,7 0, als ο e i η e η life r t ν e r r i η g e r η, de r ψ η i c h t h ci Ii e r i s t, al s d e r j e η i g e ν ο η t y ρ i s c Ii e η Jr* an t e 1 e 1 c j·: t r ο d e > , η a c h ti e m. S t a η d d e r "T" e c h η i k. B e i d e m El e k t r ο d e nm a ι :i t e 1 ν ο j - B c i spiel 1, bei 'welchem ein Alumir.atbindemittel verwendet viru, i s t d e r £ f f e k t aiii 11 i c Ii, 1) I e V e r w e η d u 11 g ν ο η 2,7 ^Γι; Ia a g η e s i; 11 η a r: -

S t e 11 e ν ο η 2,, 7 g 5 0 "ί/ί· P e r γ ο s ί 1 ί c ί" ι πι ί" i ih r 1; d a b e i , \ν i e * ■ ί.; ζ e i {· I,

ί η Verbii id sing in it de ι Vor we η dung eine::; Alumina t M ride r:;:I t Le j;:;

ans te 11 e eiηes herkomm J Icheη ί\ί 1 ikati)indemit 11;1 s κ\\ ν lurh'' 11ι Ui₁:':

d e r S c h 1 a c k e ι: ι "b: :t s i .:;■:; i t; i I ^r ο n t:: t vv u 1 _f 7 5 ai; f 4 ,„ 4 2 ',V ν ί 111 :i 11 ϋ e I

η ρ ί C1 1 τι ί C h ΐ ίϊϊ; ι { η ο s ί u ω ν ο ι" w ο 11 < 1 e t w i ί ν ο e ,, u ιΐί t.; ϊ. η. ο η νν ο ::■ t ■■ η 1.11 e Ί: ..> η

Teil der no twendj g*-¹·¹¹ I)t.;:-:ox,j'da tion "u übtirneliüion, d.h., wen: u.\ :·

BAD ORlGiMAL

Desoxydationsmittel nur Ferrosilicium verwendet würde, so würde die Basizität der Schlacke sich dem unteren erfindungsgemäß geforderten Grenzwert von 2,2 nähern, jedoch nicht den erfindungsgemäß bevorzugten Mindestwert von 3 übersteigen. Bei der Verwendung von Magnesium als Desoxydationsmittel werden die geforderten Mindestbasizitäten jedoch leicht überschritten.

Beispiel 3

Analog Beispiel 1, jedoch unter Anwendung eines höheren CaIciumcarbonatgehalts und anderer kleinerer Abänderungen wird eine dritte erfindungsgemäße Mantelelektrode hergestellt. Der hantel macht etwa 35 f* des Elektrodengewichts aus und enthält ausreichend Legierungszuschläge, um ein Sehweißgut zu erzielen, das bezüglich der Festigkeiteigenschaften den Anforderungen an Schweißgut aus Elektroden der Klasse E-14018 genügt.

Calciumcarbonat CaIciumfluori d Magnesium

50 fo Ferrosilicium 6,3 « f

Rutil

Nickel

65 f° Ferromolybdän 70 fo Ferrochrom Mangan

Eisenpulver Mariganoxyd

CMC (Extrudierhilfe)
Summe der Trockenbestandteile 100,0 g

29,9	g
29,3	Il
3,2	H
6,3	Il
1,4	Il
5,4	Il
1,8	It
2,2	It
2,0	Il
15,5	Il
2,4	Il
0,6	Il

109817/1167 _{m inw}«jiid

Dae Bindemittel entspricht dem in Beispiel 1 verwendeten, enthält jedoch kein Kaliumhydroxyd.

Die im 'Vergleich zu Schv/eißgut aus Mantelelektroden der Klasse E-I4018 nach dem Stand der Technik stark verbesserten Kerbsclllagzähigkeitseigensehaften von Schweißgut, das mit solchen erfindungsgeiaäßen Elektroden der Klasse E-14018 erhalten wird, sind aus der Tabelle IV zu ersehen.

Tabelle IV

	Stand der Technik (14018)	Erfindung (Beispiel 3)
Elektrodenschlackenbasizität	1,5	4,5
Härte, Rockwell "C"	37	37
Charpy-KerbSchlagzähigkeit m«kp
E aumt e mpera tür	6,91	10,92
-17,80C		10,10
-51,1°C	4,84	8,30
Festigkeit Zugfest!gkeit, kp/mm	103,4	111,8
2 Streckgreη ze, kp/mni	99,1	99,8
. Dehnung, ;ί	18	19
Schweißgutanalyse, ja
Kohlenstoff	0,08	0,074
Mangan	1,90	1,77
Phosphor	0,006	0,004a
Schwefel	0,005	0,003a
Silicium	0,4 3	0,41
Chrom ■ ■	0,53	0,78

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ORiGlNAL INSPECTED

— c J) —

2,00	2,59
0,42	0,49
O,O45d	< 0,045

Nickel

Molybdän

Titan

a - Durchschnittswert aus einer Eeihe von Versuchen d - Aus Legierungsabseheidungskurven abgeleitet

Das Schweißgut nach dem Stand der Technik und das mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mantel elektrode erhaltene Schweißgut gleichen einander bezüglich der Härte und der Streckgrenze I ziemlich weitgehend, jedoch sind die Charpy-Kerbschlagzähigkeitswerte des aus der erfindungsgemäßen Iviantelelektrode erhaltenen Schweißguts bei Raumtemperatur bzw. -60⁰C um 58 bzw. 72 >£ höher, als diejenigen des mit einer Elektrode nach dem Stand der Technik, die eine SchweiSschlacke mit niedriger Basizität ergibt, erhaltenen Schweißguts.

Anstatt metallisches Ll'ignosium zu verwenden kann die Schlackenbasizität der Elektroden der Erfindung durch andere Abwandlun- ä gen der liantelzusammenaetzung erhöht werden. Eine solche Abwandlung besteht darin, beständige Formen von Magnesiumoxyd zu verwenden. 7/eitere Abwandlungen können d^rin bestehen, den SiIiciumoxydrehalt des Bindemittel;?, zv verringern, indem man geringere Bindemitbeimengen oder vordannte Bindemittel verwendet. Ferner kann man - y.u fliesom Zweck den Alka] ifjc-i'ilt durch Verwendung von Hydroxy'J en, Carbonaten ei or Ti taiiat.cn innerhalb ü^v erfiridungcgemäii ζ .linjüigan Grenzen eriirhuu, anstelle vjU Silicium anäöre Docoxydationr.-ai ttul, wie OaI υ ium, Lithium (obi'.war

100817/1167

BAD

diese beiden Metalle, wie dein Fachmann klar ist,, infolge ihrer Reaktionsfähigkeit mit dein Bindemittel gewisse Probleme bieten), Titan (im Rahmen der an durch die Y/irkung dieses Metalls auf

die Kerbsehlag;J:higkeit gezogenen Grenzen) oder der seltenen " Erdmetalle (Misclinietall) in beschränktem Ausmaß so wie andere Austauschstoffe.

Unter Anwendung von Kombinationen dieser Möglichkeit bzw. Techniken kann die Basizität der von Kalk-Fluorid-Mante.lelektroden P erzeugten Schweißschlacke über den erfindungsgeniäß geforderten Mindestwert von 2,2 hinaus und in günstigere Bereiche hinein erhöht werden, als sie bislang in der Kegel angewandt warden, wobei jedoch zu beachten ist, daß die handelsüblichen und technischen Standardwerte der Mantelzähigkeit und der Elektrodenbetriebsverhältnisse eingehalten werden müssen. Durch die Verwendung von Magnesiummetall läßt sich jedoch eine günstige Schlackenbasizitat viel leichter erzielen, als durch die Anwendung der vorstehend beschriebenen Alternativen.

Es wurde bereits im Zuge früherer Forschungsarbeiten erkannt, ά&Β die Verwendung der MeLaIIe Titan, Aluminium und Zirkon in Drähten für das Schutzgaslichtbogenschweiläen die KerbschliigEahigkeit des Schweißguts beeinflußt, jedoch wurde erst im ßahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, daß bei Kalk-Fluorid-Mantel e3 ektrod en Titun den größten Einfluß auf die Kerbechia'Fähigkeit des ochweiijgu!.;; hat, während Aluminium und Zirkon nur von sekundärem Interecse sind,, vorausgesetzt, daß ein zu großer .. Überschuß vermieden wird. .Beiopieloweiae wurde gefunden, daß

109Θ17/Π67

BAD OFiJGIMAL

sin Aluminiumgehalt des Schweißguts von mehr als etwa 0,03 $ schädlich ist. Eei den verbesserten Kalk-Fluorid-Mantelelektroden der Erfindung sind daher bezüglich des Gehalts an Titan in metallischer Form oder als Oxyd Grenzen vorgesehen, deren Wert sowohl von der vom Mantel entwickelten Kohlendioxydmenge als auch von der Basizität der von der Elektrode gebildeten Schweißschlacke abhängt. Es wäre zu erwarten, daß metallisches Titan in der aus dem Carbonatgehalt des Elektrodenmantels stammenden, vorwiegend aus Kohlendioxyd bestehenden Atmosphäre sich leicht oxydieren und kaum in das Schweißgut gehen würde und noch weniger wäre eine Reduktion von Titanoxyd zu erwarten» Nach dem Stand der Technik wurde Titandioxyd von Schweißfachleuten als saurer, amphoterer oder neutraler Schlackenbestandteil angesehen. Wäre Titandioxyd sauer oder amphoter, so wäre zu erwarten, daß es in einer hochbasischen Schlacke fester und leichter festgehalten würde, als in einer saureren Schlacke, so daß zu erwarten wäre, daß der Titangehalt in einem Schweißgut, das im Gleichgewicht ir.it einer bestimmten Titandioxydmenge in der Schweißschlacke steht, mit zunehmender Basizitat der Schlacke _Λ abnimmt (das Gleichgewicht zwischen Silicium im SchweiSgut und Silieiumdioxyd in der Schlacke verhält sich so), überraschenderweise wurde festgestellt, daß es sich tatsächlich genau umgekehrt verhält, d.h., daß mit steigender Basizitat der Schlacke der Gehalt an im 3chwei:?gut aufgenommenen metallischem Titan bei einem gegebenen Gehalt der Elektrode an 'Titan, das entweder als Meral.1 · oder als Oxyd vorliegt, zunimmt.

Aus der Tabelle V, in der Tostergehninse aus einur Peiho von

100017/1167

BAD ORIGINAL

Versuchen mit unter Verwendung von erfindungsgemäßen Mantelelektroden vom Typ E-10018, mit einem Kerndurchmesser von etwa 0,397 mm, die eine Schlacke mit einer Basizität von etwa 4,5 ergeben und in etwa so wie die Mantelektrode von Beispiel 1 hergestellt sind, erhaltenen Schweißungen zusammengestellt sind, sind Beispiele von verbesserten Kerbschlagzähigkeit swerten zu ersehen, die durch die Verwendung kontrollierter Mengen Titan in verschiedenen Formen au erzielen sind. Alle Elektroden enthalten erforderliche Legierungszusätze. Die Beispiele 5, 6 und 7 verkörpern Elektroden mit der in Beispiel 4 angegebenen Mantelzusammensetzung, wobei der Mantelmasse jedoch jeweils Titan in der für die bestimmte Form optimalen Menge zugesetzt ist, Beispiel 4 erläutert, wie bereits erwähnt, die titanfreie Grundmischung dieser Serie. Alle Elektroden werden unter Standardbedingungen geprüft und liefern ein Schweißgut mit einer Rockwellhärte von etwa

25) einer Streckgrenze von etwa 63 »3 kp/mm und etwa folgende Elementaranalyse. 0,07 % Kohlenstoff, 1,1 % Mangan, 0,4 % Silicium, 1,7 % Nickel, 0,4 % Chrom und 0,3 % Molybdän.

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Tabelle Y

Beispiel 4 5 6 7

Beschreibung Grundgemisch, Kalium- TiOp- 42 $ «Ferro-

kein Titan in titanat Pigment titan irgendeiner
Form

Der Mantelmasse Kein Zusatz 1,67 1,0 0,12 zugesetzte Menge,g

Verfügbares Titan,
i<> des Elektrodengewichts ' 0 0,26 0,21 0,0176

Titan im SchweiSgut 0 0,024 0,02 0,003^d "

Anzahl der geprüf-

ten Testbleche 3 2 1 2

Durchschnittliche
Charpy-KerbSchlagzähigkeit, m · kp:

Räumt e rr-p er a tür	24	,9	34	»ο	31s0	27,	3
-73,30C	9	,6S	15	,87+	15,32+	14,	08+
-101,10C	3	,46	3	,32	2,21	5.	39

d — Aus den Legiorungsabscheidungekurven abgeleitet

Anmerkung: Dos Pluszeichen hinter einigen der vorstehend on Vierte bedeutet, daii einer dor geprüften Prüfkörper bei der ent.brechenden Tempsrat jr d.ie 16,29 ni · kp Kapazität der Eorbi-f;h3i:r;;t-jr-t2'-iiSchino übercciU'oitet. Da bei dor PrU £uny, önr l'orbnchl ^gi5^:J!;igkoi{, die IJr gobnifjK'i übil J oh/.-rv/oir-o ·:ίπί.. v/o it ο Ctroaun,-¹; oM"weition, bew-.t/'/f. ίη·ι:ΐ rfiv,^;ihrilirjji den Durchüchni tt^w^rt aiu:

UIo Krjri-ir-jchT «i;^^:ilii_t;lc-i j tt-·: !.'jrg''bjii r r;o rür (J-ib üchv.ci:.'.,; u t von

103817/1167 bad original

^ ο c: ο /

Beispiel 4, das Grundgemisch, sind den bei Schweißgut nach de;:' Stand der Technik mit gleich, hoher Festigkeit zu erzielender;

■ ■ Werten weit überlegen. V/ie aus den Testergebnisseia der Beispiele 5, 6 und 7 zu ersehen ist» kann die Kerbse.:.;. ^;igZähigkeit ' des Schweißguts weiter erhöht werden» ieden: man dem Grundgemisch der Elektrodenmantelniasse¹ optimale Mengen an Titan in verschiedenen Formen zusetzt.

k Es wird eine Reihe weiterer Tests mit verschieden hjoheri Scnlakkenbasizitäten von etwa 1,79, 2,44 bzw.3,9 durchgeführt, wobei für jeden Sehlackorifcasizitatswert jeweils Versuche mit verschieden hohen Kohlenäioxydkoiizentrationeii gemacht werden, indem mar. pro 100 g Mantel mas se jeweils 20 b:-.w. 30 g Calciumearbonat als • K ο hlendioxydlieferant ve rweηd et. D e r Sc h v; e i 2gu t d e s ο xy d a t i ο η sgrad wird jeweils in etwa auf dem optimalen 'Äert gehalten, indem man den Desoxydati ο η s in i 11 e 1 g e h a 11 d e r LIa η t e 1 e 1 e k t r ο d e η j e w e i 1 s so einstellt bzw. geringfügig ändert, daß Änderungen bezüglich des Carbonatgehalts oder des Zusatzes an metallischem Titan

w ausgeglichen werden. Obwohl die Festigkeitswerte sieh iiiit geringen Schwankungen in der Kohlenstoff und der Manganai; ["nähme im Schwel. 13gut etwas ändern, lassen sich die bei dieser Versuchsreihe erhaltenen Werte doch so anordnen, d?.i3 man daraus g r ο b d i e ο ρ t i mal e π ¹T i t a η ?, u ? a t κ m e η ^ e η ζ u r El e k I r ο d e s ο \v I ο d i e Hb'chstrnenge an Titan ermitteln kann, die mit ¥orteil in ei-find u η β α g e ι η ä i^:i e η M a η t ο 'J e 3 e lc ■ L r ο d c η ζ u ν υ r w e η d en ist.

I) u r c h Λ η or d η e η \ ι η d A11 ί" t .ι ■ a / -; e η d e i* T e t; t e r f ι e bn i s s t ? ν ο η zahl r * c i c ·; _t ■ .·: Manteloloktroden dt:s Tyj>t; K-XXlU wurde gefunden, dal: man

109917/1167

^ßAD

1) die Elektrouenschlaekenbasizität,

2) die vom Mantel eiitv/iekelte Kolilendioxydmenge und

3) die örtliche Anordnung und die Form berücksichtigen muß, in der das Titan in der Mantelelektrode vorhanden ist, wobei

metallisches Titan im Elektrodenkern wirksamer ist als Titan im Flußmantel, das seinerseits wiederum wirksamer ist als im Pluß in Form des Oxyds enthaltene Titan, um die von verschiedenen Quellen in der Mantelelektrode gelieferten Titanmenge bewußt regeln und steuern zu können.

Nachstehend wird bezüglich der verbesserten SSantolelektroden der Erfindung, die "basische Schlacken liefern, erläutert,

1) wie hoch der Titangehalt ansteigen kann, ehe die Kerbschlagzähigkeit swerte des Schweißguts von den Höchstwerten wieder auf Werte abfallen, die ebenso hoch sind, wie diejenigen des Ausgangspunkts bzw. des titanfreien Ausgangsgemisches,

2) wie Titan dazu verwendet werden kann, ein Optimum an Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit zu erzielen und

3) wie in etwa der Titangehalt im SchweiSgut begrenzt werden muß, um die Kerbschlagzähigkeit des Schweißguts auf Werten zu halten, die über den für die Kerbschlagsähigkeit von Sehweißgut nach dem Stand der Technik charakteristischen Werten liegen. Bei der Darstellung und Erläuterung der Beziehungen für die Einstellung und Regelung des Titangehalts werden durchschnittliche 3ch-₍veißbedin,;-ur.g3n als Annahme zugrunde p/elCi.t.. AlIo Ar&äben in fl beziehen «ich auf das (Gesamt)-Eiek trodengowicht, wobei nachstehend folgende Angaben benutzt werden:

^109817/1167 BADORlGIiOAL

^ncfo Titan als Oxyd im Mantel"; ¹¹ fo Titan als Metall im Mantel";

"'/> COp im Mantel". (Das COp stammt dabei aus dem

bzw. den Carbonaten), z.B. palcium^arbonat).

Wie vorstehend bereits erwähnt, hatte sich aufgrund der Testergebnisse bei der Prüfung der Kerbschlagzähigkeit von Schweißgut aus Schweißungen, die mit zahlreichen fieihen erfindungsgemäßer Kalk-Fluorid-Mantelelektroden der Klasse E-XXiS durchgeführt wurden, gezeigt, daß, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders erfolgreich ausnutzen zu können, der Titangehalt der Mantelelektroden nach Art, Ort und Menge in bestimmter Art und Weise eingestellt werden muß, wobei aufgrund der ■Analyse der Testergebnisse Grenzbedingungen für die Verwendung von Titan in allgemeiner Form festgestellt wurden. Die V/orte der nachstehenden Tabelle VI, die durch graphische Auswertung der einzelnen Versuchsreihen eines Versuchselektrodenprogramms ermittelt wurden, zeigen, daß zwischen der Basizität der Schweißschlacke und der Hochstmenge an"Titan (in oxydischer oder metallischer Form) die man unter Erzielung eines auf Vorteil einer titanfreien Grundmischung für den Elektrodeiimantel zusetzen kann, eine' direkte'" Beziehung besteht. Aus de η '/Verton der Tabelle VI wurde dann der graphischem Verallgemeinerung die Tabelle VI-A entwickelt, die zeigt, daß 1 '/. Titan als Metall im Mantel bezüglich des genannten itlffekts auf die Kerb μ chi agziihig-

„.,Reit des Scl"iwei.3gats etwa 2,6mal so wirksam ist, wie 1 </> Titan als Oxyd im Mantel. Der Faktor 2,6 ist zwar über den ganzen nach der Lehre der Erfindung in der Praxis angewendeten Bereich

16 9 817/1167 ^BAD original

von Schlackenbasizitäten ηαΐ in etwa richtig, kann aber dennoch als empirischer Faktor dazu, benutzt werden, den Effekt von Titan, das sowohl in Form des Oxyds als auch in Form des elementaren Metalls vorliegt in einer Gleichung zusammenzufassen. Aus der Tabelle VII ist die Beziehung zwischen der Schlaekenbasizität und dem Höchstwert einer solchen Gleichung bzw. Angabe zu ersehen, die berücksichtigt, daß der Mantel Titan sowohl als Metall als auch Oxyd enthält. Aus erfindungsgemäßen liantelelektroden, deren Mantelmasse Titan in auf diese Weise berechneten. Höchstmengen enthielt, ließen sich Schweißungen vornehmen, bei f denen man ein Schv.eißgut mit einem Titangehalt von etwa 0,03 'f° erhielt.

Bezüglich der Grenzwerte des Titarigehalts, der erforderlich ist, um eine möglichst starke Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit des Schweißguts bei Temperaturen von -51,2 bis -101,1⁰G zu erzielen, gilt bei den niedrig legierten, hochfesten Elektroden mit Ili-Cr-Mo-Legierungen und den nickelhsltigen Qualitäten, zum Beispiel den 3 1/2 '^-Nickel-Typen, ein anderes Prinzip. |

Die in der Tabelle VIII wiedergegübenen. Werte stammen aus der g] eiobf-r, Vorou cborüihy wie die Daten ;i η der Tabelle VT.. Die Tabelle VIII bezieht sieb auf die guns lighten Bereiche don Verh alt η is sot; von .in der fojntolol ok trade vorhandenen, aua (la in Fluß ctüi.-iriiori'Kri Titan z-j Ci'nu OO^-Oehal L de.; !,jaritülr? in '$>, \v':')-vi-u^ (ilf- TaboJJo VT r.luh ν. j .ο boroltu orwühnt, die: !.k'lil :\c\:<-iAiui:· i "I ί.^;; L aJ ü Bozu/T.-.grö.wfi on t.hMJ t. Wie au;; d-:-.n ;;r,;i.) ton A iuid H ir, dur T.-j bo I Jf! 71Ti '/,υ >,ri.i:hi:n hit, 3 icjgt d^r /',iiri;; t.i/;::to Pju t-^J cIj für

10 9 817/1167

GAD ORIGINAL

das Verhältnis

fo Titan als Oxyd im Jtz.ri_tel_
fa CO₀ im Mantel

zwischen 0,039 und 0,133 wenn Titanoxyd als einzig:· Tltanquelle vorhanden ist, während der günstigste Bereich für das Verhältnis

jo Titan als Metall im Mantel

fo COp im Hantel

fc zwischen 0,0037 und 0,0116 liegt, wenn die einzige Titanquelle metallisches Titan ist.

Setzt man diese "beiden Verhältnisse hinsichtlich der größtmöglichen Verbesserung der Kerbschlagzähigkeitswerte miteinander in Beziehung, so ergibt sich, daß Titan als Metall etwa llnal so wirksam ist, wie als Oxyd, vorausgesetzt» daß das Titan jeweils im Mantel vorhanden ist, bezw. aus dem Mantel in das Schweißgut eingebracht wird. Dieser Faktor von etwa 11 kai;η mit für die Praxis ausreichender Genauigkeit dazu benutzt werden, um die Wirkung von sowohl als Oxyd» als auch in Form des ^lotr.iü v. vorhandenen Titan in einem mathematischen Ausdruck zusan^ner^¹;·- fassen. Bezüglich einer möglichst starken ferbesrerung der Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Tempera tür t;ii sind Werte des Verhältnisses

i° Titan air, Qy.yä jia U¹Hi toi ι- U?üu] {■/■ T.iiaii al ο

Motitll iif! ;.;;(ί Π':■ J )

i> C0

V O rι ο (; vj a l) ₁ 0 Ί t) :i.:; (> L ν. η 0,1'ϊ ο ρ t. i ι::: 11.

BAD ORIGINAL

109817/1167

Tab-elle VI

Schlacken- Grasm Gramai i» CO_?

basizifcät CaOO₇ CO₀ im im

iin ^J KaAt el Mantel

Mantel

Höchster Gehalt des ü,lektrodenrnantels an als Oxyd oder Metau 1 vorliegendem Titan, bei dem noch eine Verbesserung gegenüber dem Grundgemisch erzielt v.'ird

	,79	31,7	13,6	4,75	f> Titan als Oxyd	0Jj Titan als Metall
1	,44	20,0	8,6	3,02	1,68	0,98
2	,9	20,0	8,6	3,02	1,68	0,59
3	,5	JX , ι	13,6	4,75	—	0,49
4	,5	20,0	8,6	3,02	0,93	- 0,17
4				Tabelle	0,90	0,21
					VI-A

Höchster Geaalt des iülek^ro-

denmaiitels an als Oxyd oder

Metall vorliegendem Titan, bei

dem noch eine Verbesserung Durohscimitts-

gegenuber dem G-r^ma^e misch verhältnis;

S ch3. a ei-: er, -	erhielt	wird	>y Tj xuii &.is	Sp	alte A
b a ei?, it at	>- Titan	al s	I..'et:-.ll	Sp	elte B
	Oxyd		(breite B)
	(Spalte	A)	0,73
unter 3	' 1,54		0,4=3		2,11
3 - 4	1,20				2{67
über 4	0,95			2,97 2,59 (JDurcli-

109817/1167

BAD

Tabelle VII

, , , Koch zu einer Verbesserung gegenüber dem Grund-

bcmacjcen- gemisch führender Höchstwert der Summe:

basizität fo Titan als Oxyd im Mantel + 2,6 (fo Titan als,

Metall im Mantel)

unter 3 1,71

3-4 1,18

über 4 0,89

Anmerkung: In den Tabellen VI, VI-A und VII beziehen sich Angaben in fo jeweils auf das Gesamtgewicht der Elektroden.

169917/1187

Tabelle VIII

Mengenbereiche innerhalb welcher im Elektrodenmantel als Oxyd oder Metall vorhandenes Titan zu einer optimalen Ver-

besserung der Tieftemperaturkerbschlagzähigkeit führt

(Angaben in fi beziehen sich jeweils auf das Elektrodengesamtge-

wicht)

Schlacken- Gramm Gramm γ> CO_n $ Titan % Titan $ Titan als <fo Titan als

basizität CaCO, CO₂ im ~ als Oxyd als Metall Oxyd Metall

im ^ im Mantel im Man- im Mantel

O <£»	1,79	Kante
CD»	2,44
17/	3,9	31,7
	4,5	20,0
	4,5	20,0
	31,7
	20,0

CO

CO

Durchschnitt-sver-

hältnis

Spalte A

(Spalte A) , (Spalte B) Spalte B

13,6 4,75 0,15-0,56 0,021-keine 0,031-0,119 0,0044-keine

Werte Werte

8,6 3,02 0,105bis 0,0105bis 0,035-0,119 0,0035-0,0128 0,36 0,038

8,6 3,02 Keine Wer~0,0105bis Keine Werte 0,0035-0,0093 te 0,028

13,6 4,75 0,27 bis O,O175bis 0,057-0,154 0,0037-0,0118 0,73 0,056

8,6 3,02 0,105bis 0,0105bis 0,035-0,140 0,0035-0,0128 0,42 0,038 0,039-0,133 0,0037-0,0116

Durchschnitt Durchschnitt

Dem Fachmann auf dem Gebiet der Mantelelektroden ist die Tatsache wohlbekannt, daß das Vorhandensein verschiedener Formen von Titandloxyd, vorzugsweise Titandioxydpigment, jedoch zuweilen auch Rutil oder Kaliumtitanat, im Elektrodenaiantel sich ■ günstig auf den Eindruck des Schweißes von der Elektrode auswirken. Wenn auch Titandioxyd unter diesem Gesichtspunkt zweckmäßig ist und überdies sich günstig auf die Kerbsclilagzähigkeitswerte.. auswirkt, wenn man es in den vorstehend erfindungsgemäß angegebenen Mengenverhältnissen verwendet, so ist doch seine günstige Wirkung bezüglich der Sciiweißgutkerbsdilagzähigkeit bei den tiefsten untersuchten Prüftemperaturen nicht so ausgeprägt, wie 'die von metallischem Titan. Wird jedoch im Mantel nur metallisches Titan verwendet, so ist der Höchstgehalt bzw. opti-'¹· male G-ehalt an Titan so gering, daß die durch die Oxydation von Überschüssigem Titan erhaltene Titandioxydmenge nicht ausreicht, um¹ den gewünschten günstigen Effekt bezüglich der Handhabung zu erzielen. Diesbezüglich wurde gefunden, daß es gewöhnlich gün-· stig ist, die Zusammensetzung der Mantelmasse'diesbezüglich·· so¹·' abzustimmen,- daß man den erwünschten Effekt von Titandioxyd"als Betriebs- bzw. Verfahrensverbesserer soweit als praktisch und zweckmäßig ausnützt und sich außerdem die- günstige Wirkung von metallischem'Titan als bevorzugtem Mittel zur Verbesserung der Tieftem'peratürkerbschlagzähigkeit zunutze macht, Indem man Ti-" iknO'Xyd und metallisches Titan in der 'aus der Tabelle¹Il zu ersehenen·" Weise in Kombination im- Elektroderimantei/ Verwendet."¹' '"'^:' Dieser Kombination,¹" die für 'wohlausgewogene¹ EigeirseHaften s'öVg't, •geht von"'der Aft nahm e aus", daß als E'ie-ktrod'enkerndiahi ein Kerndraht· aus^: normalen'nicht' beruhigten]" Flußstahl verwendet' wird,'

109817/1161 ■· ''^; -^::ί::

der im wesentlichen titanfrei ist.

Tabelle IX

(^-Werte beziehen sich jeweils auf das Gesamtgewicht

. der Mantelelektroden) ■■ ■ Mindestens Höchstens

) J° Titan als Oxyd im Mantel η 05 0 11 $> C0_?. im Mantel

•K\ 11 x {fo Titanmetall im Mantel) λ no η ην ^b) fo CO₀ im MantiT : ^ü'^{Ud υ}»^υ'

C.

a) + b) 0,07 0,13 ί

(Dieser.Wert muß zvjischen 0,04 und Ο,ί3 liegen.;

Metallische Elemente, die in das Schweißgut gelangen können, können entweder im Flußmantel der Elektrode enthalten sein oder aber als Legierungsbestandteile oder Einschlüsse im elektrisch leitenden Kern enthalten sein. Dies trifft auch auf metallisches Titan in dem Kalk-Fluorid-Mantelelektroden der Erfindung zu, jedoch ist die Verwendung von titanhaltigem Kerndraht mit Spezialanalysenwer„ten anstelle von gewöhnlichem Flußstahl zwar technisch möglich aber wirtschaftlich unzweckmäßig, da sie die ä Kosten der Mantelelektroden beträchtlich erhöht, ohne daß dadurch irgendein merklicher Vorteil zu erzielen wäre. Einen gewiesen Ausgleich schafft zwar die Tatsache, daß von metallischem Titan nur eine um etwa 1/4 geringere Menge verwendet zu werden braucht _% wenn es sich im Elektrodenkern befindet anstatt im Mantel, da das Titanmetall im Kern geschützter ist und dadurch ein" höherer Prozentsatz in das Schweißgut gelangt. Dieser Faktor kann mit Hilfe einiger weniger Tests überprüft werden, indem man anstelle der für die Mantelelektrodender Erfindung

109817/1167

angegebenen Mengen an Titanmetall im Mantel im Elektrodenkern Titan verwendet.

Vorstehend wurden einige Hinweise und Auswahlregeln für die Bestimmung der Titanmenge gegeben, die den hochbasischen KaIk-Fluorid-Mantelelektroden der Erfindung zuzusetzen ist, um ein Schweißgut mit möglichst hoher Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen zu erhalten. Besonders günstig ist es für die Eigenschaften des mit Hilfe der erfindungsgemäßen Elektroden^_ „_

erzielten "reinesai7"^und stärker gereinigten Schweißguts aus,
wenn der Titangehalt der Mantelelektrode, falls das Titan als Oxyd vorliegt, etwa 0,016 ^cß> und, falls das Titan als Metall vorliegt, etwa 0,004 f° beträgt. Wenn Titan sowohl als Metall als auch als Oxyd vorhanden ist, so liegt der günstigste Titangehalt der Elektroden zwischen diesen beiden V/erten. Der Titangehalt des Schweißguts nach Beispiel 5, 6 bzw. 7 beträgt 0,024 $ 0,02 $> bzw. 0,003 $>· Weiterhin wurde eine Anleitung dafür gegeben, wie die Höchstmenge an Titan zu ermitteln ist, die den Kalk-Fluorid-Mantelelektroden der Erfindung zugesetzt werden
kann, ohne daß die Kerbschlagzähigkeit des aus der betreffenden Elektrode erhaltenen Schweißguts unter diejenige eines Schweißguts aus einer entsprechenden titanfreien Elektrode abfällt.
Bei einem Schweißgut mit diesem Höchstgehalt an Titan kann die Kerbschlagzähigkeit immer noch weit über derjenigen eines
Schweißguts aus ähnlichen Mantelelektroden nach dem Stand der Technik liegen, so daß man auf Kosten dieses vorteilhaften Unter schieds den Elektroden der Erfindung über diesen Höchstwert
hinaus mit Rücksicht auf dadurch zu erzielende Vorteile bei der

109817/1167

Handhabung oder aus anderen Gründen zusätzliches Titan einverleiben kann. Diese Maßnahme führt zu höheren Titangehalten im Schweißgut, wobei, wie bereits erwähnt, die Titanaufnähme bei bzw. für Elektroden sit hochbasischen Schlacken besonders gut ist. Um daher einen Hißbrauch der Erfindung durch Titanzusätze zu vermeiden, die die Kerbschlagzähigkeit des Schweißguts auf die Höhe desjenigen von Elektroden nach dem Stand der Technik drücken, ist es erforderlich, einen G-renzwert für den Höchst- ■ gehalt an Titan im Schweißgat festzusetzen, der breit gesagt etwa 0,07 $ und vorzugsweise etwa 0,045 ^ beträgt.

Die in nicht-austenitischem Schweißgut verwendeten Legierungssysteme unterscheiden sich voneinander durch die ihnen eigenen Kerbschlagzähigkeitsbereiche. Es sei deshalb angemerkt, daß die Erfindung sich zwar auf zahlreiche legierungssysteme günstig aus?i/irkt, jedoch natürlich nicht aus einem von Haus geschwächten Legierungssystem ein hervorragendes machen kann.

Die bei der Verwendung von AWS E-9018B3~Manteleloktroden erhaltene, warmbehandelhare, entspannbare Schweißgutlegierung mit einem Chromgehalt von 2 1/2 fo und einem Molybdängehalt von 1 <f₀ ist erwartungsgemäß normalerweise bezüglich der Kerbschlagzähigkeit erheblich schlechter, als das nickellegierte Schweißgut, das bei der Verwendung von AV/S E-11018-Mantelelektroden erhaltenwird. Die Chrom-Molybdän-Legioruiigen werden jedoch wegen ihrer Vorteile bezüglich dor .Kriechfestigkoit und/oder ihrer Bestan- ., digkeit gegen Graphitierung verbreitet benutzt, judoch wäre ein., _> korbochlagzäheres Chrora-Mol;/bdän~i.ichv;tvifcgat von erheblinhcrt

1 0 ö i 1 7 / 1 1 fi 7

_BAD original

Interesse für zahlreiche Benutzer. Früher wurde meistens mit einem Mangangehalt an der oberen Grenze des zulässigen Bereiches gearbeitet» um Schweißungen bzw. ein Sehweißgut zu erhalten, deren bzw. dessen KerbSchlagzähigkeit im Schweißgastand mög-• liehst hoch war. Höhere Mangangehalte führen jedoch zu einer beträchtlichen 'Verringerung der KerbSchlagzähigkeit, wenn die

Schweißungen 'bzw. das Schweißgut einer langdauernden Ent-

spa nnung sgltihung unt e r w ο rf en. w e r d e η „ s ο wi e zu e i ne r ζ i e ml i c h ß c hle oh t en Ke rb schiag ζ äh i gk e i t iη ah g es ohr eck t em ο de r g e t e mpe r -

▼ te in Zustand. Sehweißgut mit geringem HangaugehaIt weist zwar eine weniger starke Abnahme der Kerbschlagzähigkeit beim Entspannung sglühen und bei einer Wärmebehandlung auf, jedoch ist dieses Sehweißgut im, allgemeinen bezüglich der Kerbschlag_:zähigkeit sowohl wie geschweißt,als auch im entspannten Zustand unbefriedigend. Mit Hilfe der Erfindung bzw, durch die Verwendung erfindungsgemäßer Mantelelektroden kann man häufig die.· Kerbschlagzähigkeit von Legierungssystemen, die metallurgisch zum Entspannen bzw. Entspannungsglühen und/oder für eine .· Wariri-

P behandlung geeignet sind, auf eine ausreichende Höhe bringen.

Bas in> der.Tabelle X wiedergegebene Beispiel 8 erläutert die erfindung.sgemäß bei einem AWS, E-9O18B3-Schweißgut erzielte' Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit.

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109017/116

Tabelle X

Elektrode

Elektrodenschlackenbasizität

Härte, Rockwell "C" wie geschweißt entspannungsgeglüht

Charpy-KerbSchlagzähigkeit nach Ents"cannunesglühung (1 Std. bei 69O°c), m · kp Räumt emp eratür -17,8⁰C

Schweißgutanalyse, i« Kohlenstoff Mangan Silicium Chrom Molybdän Schwefel Titan

Stand der

Technik

(E-9Q18B3)

Standardsilikatgebundener Typ

1,48

Erfindung (Beispiel 8)

Wie Beispiel 1, jedoch die Legierungszuschläge so verändert, daß die Analyse der von E-9018B3 entspricht

4,42

38 24

7,19	23,76
1,52	16,31+
0,060	0,110
0,71	0,70
0,67	0,35
2,20	2,35
0,98	0,77
0,016	0,0045 ~ _ . _d

<O,O45

d - Aus Legierungsabscheidungskurven abgeleitet

100817/1167

Warum die Kerbschlagzäliigkeitseigenschaften von erfindungsgemäß hergestelltem Schweißgut soviel besser sind als die bislang erzielbaren kann bis jetzt noch, nicht völlig befriedigend erklärt werden. Es hat sich gezeigt, daß der'Schwefelgehalt in nicht-austenitisclien Schweißstellen von mittlerer und hoher Festigkeit eine wesentliche Bedeutung besitzt. Wenn alle anderen Paktoren bzw. Einflußgrbßen gleichbleiben, kann man bezüglich der Kerbschlagzähigkeit erhebliche Verbesserungen erzielen» wenn man den Schwefelgehalt auf sehr geringe Y/erte, unter 0,0IyS, vermindert. Daher könnte einer der Gründe dafür, daß die mit erfindungsgemäßen Mantelelektroden erhaltenen basischen Schlakken sich so günstig auswirken, mit der Fähigkeit dieser Schlakken zusammenhängen, Stähle zu entschwefeln. Durch eine Schweißechlacke mit einer Basizität von etwa 4 wird der Schwefelgehalt eines Schweißguts aus einem Elektrodenkerndraht mit einem Schwefelgehalt von 0,025 $ typischerweise bis auf unter 0,01 γ> verringert werden. Diese Fähigkeit Schwefel zu entziehen, ist sicher günstig und muß sicher zur Erzielung einer guten Kerbschlagzähigkeit beitragen, jedoch scheinen damit die erfindungsgemäß erzielten guten Ergebnisse allein nicht vollständig erklärbar zu sein. Elektrodenmäntel, die stark aluminiumhaltige Schlacken liefern, sind nämlich ebenfalls sehr wirksame Entsehwefelungsmittel, weshalb zahlreiche Mantelelektroden hergestellt wurden, die den Schwefelgehalt des Schweißguts bis auf einen Bereich von 0,002 - 0,004 ^ verringerten. Das aus diesen Elektroden erhaltene Schweißgut wies jedoch nicht die bislang unerreicht guten Kerbschlagzähigkeitseigenschaften von Schweißgut auf, das mit Hilfe erfindungsgemäßer Mantelelektroden erlial-

100817/1167

ten wurde. Auch die Mantelmasse herkömmlicher Elektroden der Klasse E-XXl8 wirkt, wenn auch, weniger stark, entschwefelnd, so daß man mit liantelelektroden dieses Typs, wenn sie schwefelarme Kerndrähte mit einem Schwefelgehalt von 0,005 - 0,008 fo besitzen, ein Schweißgut mit einem Schwefelgehalt von nur 0,002 - 0,004- io erhalten kann. Trotzdem ist dieses Schweißgut, das zwar eine recht gute Kerbschlagzähigkeit besitzt, nicht annähernd so kerbschlagsah, wie unter Verwendung erfindungsgemäßer Mantelelektroden hergestelltes Schweißgut.

Es wurde auch schon vermutet, daß der hohe Sauerstoffgehalt von Schweißungen aus Mantelelektroden die Hauptursache für die Beeinträchtigung der Schweißgutkerbschlagzähigkeit ist, da es bekannt ist, daß Sauerstoff die Kerbschlagzähigkeit von Schweißstahl bsw. warmverformtem Flußstahl staric vermindert. Bei der Analyse von Schweißgut, das durch Handschweißen mit herkömmlichen Kalk-Fluorid-Mantelelektroden erhalten wurde, warden Sauerstoffgehalte von 200 - 450 ppm festgestellt. Mit erfindungegernäßen Mantelolektroden erhält man zwar niedrigere Sauer- μ stoffgehalte von 130 - 190 ppm, jedoch zeigt sich, wenn man die Schweißungen paarweise miteinander vergleicht, daß das bessere Schweißgut häufig einen höheren Sauerstoffgehalt besitzt» Somit besteht"zwar ein allgemeiner Zusammenhang zwischen dem Sauerstoffgehalt und der Kerbsehlagzahigkeit des Schweißguts und zweifellos· wirkt sich ein niedrigerer Sauerstoffgehalt günstig' aus, jedoch karm der Unterschied bezüglich der Kurb'scjhlagz"i-?hig~ keit auch durch den Sauerstoffgehalt nicht garn; allein erklärt werden, pjenbo^üglioh ;;oi noch angemerkt, daß sich bei CoinveiU- ^:'^:

1 ö 9 8 1 7 / Ί 1 6 1 . '

BAD

stählen Sauerstoffgehalte von 130· - 190 ppm außerordentlich nachteilig auf die Kerbscnlagzähigkeiteigenschaften auswirken würden.

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung preiswerter Kerndrähte von handelsüblicher Qualität anstelle von sehr teuren hochreinen Kerndrahten. Die Bedeutung dieser Tatsache wird durch folgendes erläutert: seit Jahren wurde nach Schweißelektroden gesucht, die ein Schweißgut ergeben,, dessert Tiefteinperaturkerbschlagzäliigkeitseigenschaften denen eines 9 ^:p liiekelstahls

gleichkommen. Es wurde berichtet, daß es möglich sein soll, dieses Problem durch die Verwendung eines blanken hochreinen TD r a 111»·^c" r 11 m t j c hu t ζ g a s I ι _t 111 h ο g ι ι b j ° η 1 ö s e η lc ö :n n. e, ;j e d ο c h 1st fliese Lr.sung seh: 1ιίι^ίγ lojfl < II>^ci mit den testen und .kostspieligsten Methoden die Verunreinigungen zu kontrollieren und gering zu halten, ist die Möglichkeit ein Schweißgut zu erhalten, das bei -195»£>"Ό heim Charpy-Kerbschlagzähigkeitstest eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 3»45 m kp besitzt, nicht ab ei olut s i ciierge stellt.

Nunmehr wurde jedoch eine Reihe von 8 Tests durchgeführt, wozu erfind ung s g emäße Man t e 1 e 1 e Ict r ο d e η m i t 1 e g 1 e r t en Ke τη d rähΐ e η hergestellt wurden, von denen zwei Mantelelektroden hochreine unter Vakuum geschmolzene !Lerndrähte und 6 weitere kohlenstoff~ arme herkömmliche Kerndrähte besaßen, die jeweils so zusammengesetzt wa !"en, daß tue ein Sehweißgut mit einem Si ekel gehalt

von 9 ?S lieferten. DIe beim Charpy-Teat bei -195,6⁰C erraittel

"ten Kerbschlagtfiihi^koitHWorte des öciiweiiJguts. lagen "bei allen

^109017/1167 BADOR₁₃₁NAL

diesen Elektroden zwischen 5,8 und 6,49m kp. Zwischen den unter Verwendung von Mantelelektroden mit hochreinen teuren Kerndrähten und den unter Verwendung von Mantelelektroden mit Kerndrähten von handelsüblicher Qualität hergestellten Schweißungen konnte kein signifikanter Unterschied festgestellt werden, V/urden die billigen Kerndrähte mit Elektrodenmänteln herkömmlicher Zusammensetzung versehen, so war die Kerbschlagzähigkeit des Schweißguts so schlecht, daß es für eine praktische Anwendung überhaupt nicht in Betracht kam und selbst die teuren hochreinen Kerndrähte ergaben in Kombination mit Elektroden- | mäntaln herkömmlicher Zusammensetzung kein befriedigendes Schweißgut.

Von den in der Tabelle IV angeführten Mantelelektroden wurde die erfindungsgemäße Ifiantelelektrode aus einem handelsüblichen C1008-Plußstahlkerndraht hergestellt, der 0,007 1° Phosphor und 0,02 i» Schwefel enthielt, während die typischen Mantelelektroden nach dem Stand der Technik unter Verwendung von teureren, reineren Elektrostahlkerndrähten hergestellt wurden, ^ die höchstens jeweils 0,01 $, typisch jedoch nur.etwa 0,006 f» Phosphor und Schwefel enthalten. Beide Kerndrähte ergeben ein Schvvei.ßgut mit einem Phosphorgehalt von etwa 0,005 1° und einem Schwefelgehalt von etwa 0,004 $.

1 Odd 17/1167

Claims (5)

1. j? a ₁ 1 _i e _i η ₁1^a₁ η _ s ρ rüche

   1· Lichtbogenschweißelektrode mit einem etwa 45 - 80 f> des * Geeatntelektrodengewichts ausmachenden elektrisch leitenden Eisenkerndraht und einem etwa 20 - 53 % des Gesamtelektroden-

   ;"'^; , 'gewichts ausmachenden Kalk-Fluorid-Mantel mit niederem Wasser-■ ■ etoffgehalt (ferrous low-hydrogen arc welding electrode) (Kantelelektrode), deren Mantel» bezogen auf das Gesamtgewicht der W ' ■ Elektrode, etwa ö - 30 fo Legierungsmetallpulver, (2 - 7 fo Des~ ,':■ '■■ oxydationsmetallpulver, ' 4 - 15 $> Metallfluorid(e), 5 - 15 fo

   Erdalkaliearbonat(e), 0 - 10'fo Schlackebildner und -modifizie-, ' rungsmittel sowie 0,5 - 8 fo anorganische(s) Bindemittel enthält ■und die weiter basische Bestandteile, nämlich mindestens eines der basischen Metalle Lithium, Natrium, Kalium, Caesium, Magnesium, Calcium, Strontium und Barium, sowie saure Bestandteile, nämlich Aluminium und/oder Silicium enthält, wobei die basischen und die sauren Bestandteile jeweils als Metall und/oder fe als Oxyd vorliegen können, dadurch gekennzeichnet, daß die basischen und die sauren Bestandteile mengenmäßig so aufeinander abgestimmt sind, daß die Mantelelektrode beim Lichtbogen-Ächweiß-θο eine Schweißschlacke mit einer JBasisität (Molverhältnis von Oxyden basischer Metalle zu Oxyden saurer Metalle) von mindestens 2,2 bildet, und daß der Gehalt der Mantelelektrode an metallisches Titan und/oder Titanoxyd(e) liefernden Bestandteilen so gering ist, daß die Mantelelektrode beim Schweißen ein Schweißgut ergibt, das weniger als 0,07 fo Titan enthält.

   109017/1167
2. 2. Lichtbogenschweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die basischen und die sauren Bestandteile so aufeinander abgestimmt sind, daß die Basizität der Schweißschlaeke mindestens 3 beträgt.
3. 3. Lichtbogenschweißelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an metallisches Titan und/oder Titanoxyd(e) liefernden Bestandteilen so begrenzt ist, daß der Titangehalt des Schweißguts weniger als 0,045 $> beträgt,
4. 4. Lichtbogenschweißelektrode nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als titanhaltige Bestandteile metallisches Titan und/oder Titanoxyd(e) enthält, wobei die Mengen dieser Bestandteile so gewählt sind, daß der Höchstwert der Summe aus dem im Elektrodenmantel als oxydenthaltenen Titan und dem 2,6fachen des im Elektrodenmantel als metallenthaltenen Titan", jeweils in Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrode angegeben, bei einer Basizität der Schweißschlaeke von weniger als 3 etwa 1,71 $, bei einer Basizität der Schweißschlaeke von 3-4 etwa 1,18 % und bei einer Basizität der Schweißschlaeke von über 4 etwa 0,89 % beträgt.
5. 5. Lichtbogenschweißelektrode nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als titanhaltige Bestandteile metallisches Titan und/oder Titanoxyd(e) in solchen Mengen enthält, daß der durch Teilen der Summe aus der im Mantel als Oxyd-enthaltenen und dem llfachen der im Mantel als metallenthaltenen Titanmenge, jeweils in Gew.-5^, bezogen auf das Ge-

   1ÖSÖ19/1167

   aamtgewicht der ffiantelelektrode, angegeben, durch die im Slektrodenmantel enthaltene Kohlendioxydmenge, ebenfalls in Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mantelelektrode, einen Wert iron 0,04 - 0,13 besitzt.

   Lichtbogenschweißelektrode nach mindestens einem der Aneprttehe 1 - 5_f dadurch gekennzeichnet, daß sie als Desoxydationsmittel metallisches Magnesium enthält,

   7» Lichtbogenschweißelektrode nach mindestens einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kerndraht aus Flußstahl enthält.

   8, Schweißverfahren zur Herstellung von Schweißungen mit ßohweißgut aus nicht-austenitiechem Stahl mit verbesserter Kerbschlagzähigkeit, unter Verwendung von Mantelelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß man Lichtbogenschweißelektroden nach mindestens einem der Ansprüche 1-7 verwendet.

   109817/116?