DE2126381C3 - Flußmittel zur Durchführung eines Elektroschlackeprozesses vom Typ der Schweißung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Flußmittel zur Durchführung eines Elektroschlacke-Prozesses, beispielsweise der Schweißung, Aufschweißung oder der Umschmelzung. wenn das Schlackenbad eine Wärmequelle ist.

Flußmittel, die üblicherweise zur Elektroschlacke-Schweißung von Kohlenstoff-, niedrig- und mittellegierten Stählen verwendet werden, gewährleisten einen stabilen Ablauf des Prozesses nur bei einer Temperatur des Schlackenbades in der Größenordnung von 1800 bis 2000"C Dies ist vor allem dadurch erklärbar, daß die Komponenten der Flußmittel (S1O2. CaF2, AIzOj, CaO, MnO u. a.) eine hohe Schmelz- und Siedetemperatur besitzen. Das Schlackenbad, weiches die Wärmequelle für das Schmelzen des Grund- und des Zusatzwerkstoffs ist, hat entscheidenden Einfluß auf die Qualität des Werkstoffs der Naht und der nphtnahen Zone und bestimmt die Eigenschaften der Verbindung im ganzen.

Hohe Temperatur des Schlackenbades und verhältnismäßig geringe Schweißgeschwindigkeit rufen einen beträchtlichen Einbrand der Kanten des zu verbindenden Metalls und eine wesentliche Überhitzung des der Naht benachbarten Grundwerkstoffs hervor. Infolge der Überhitzung nimmt bekanntlich das Metall der nahtnahen Zone ein grobkristallines Gefüge an und weist erhöhte Festigkeit, erniedrigte Plastizität und stark verminderte Kerbschlagzähigkeit auf. Zur Beseitigung des schädlichen Einflusses der Überhitzung greift man nach Möglichkeit zur kostspieligen Hochtemperaturbearbeitung.

Versuche, die Temperatur des Schlackenbades zu senken und folglich die unnötige Überhitzung des Grund- und des Nahtwerkstoffs durch Verminderung des für die Schweißung verbrauchten Stroms und der Spannung bei Verwendung der bekannten Flußmittel zu beseitigen, ergaben keine positiven Resultate. In diesem Fall ging die Stabilität des Elektroschlacke-Prozesses schroff zurück, was zum Auftreten von Ungänzen und Kaltschweißstellen führte. Letztere zeugen nicht nur von der gestörten Wärmebilanz sondern auch von der unzureichenden chemischen Aktivität der verwendeten Schlacken bei niedrigerer Temperatur des Prozesses.

Es ist bekannt, daß die Schlacken nicht bei einer bestimmten Temperatur, sondern in einem Bereich kochen, welcher durch die Siedepunkte der zu diesen Schlacken gehörenden Komponenten bedingt ist. Die Temperatur der Schmelze steigt mit fortschreitendem Auskochen der Komponenten mit niedrigeren Siedepunkten an.

Bei hohen Temperaturen des Metall- und des Schlakkenbades erfolgt d^r Abbrand oder Verdampfung einiger Komponenten, z. B. des Zinks. In Verbindung damit fanden keine praktische Anwendung Elektroschlacke-Prozesse wie die Aufschweißung, Schweißung und das Umschmelzen von Metallen, die Zink Zinn, Blei und andere leichtschmelzende Elemente enthalten, und zwar wegen der Verdampfung derselben oder Sättigung des Schweißguts durch Grundwerkstoffelemente, ζ. B. durch Eisen im Monelmetall, in Messigen und Bronzen. Zur minimalen Überhitzung des Werkstoffs der Naht und der nahtnahen Zone und folglich auch zur Gewährleistung der besten mechanischen Eigenschaften der Verbindung ist es erforderlich, die Temperatur des Schlackenbades auf so eine Grenze zu senken, daß ein minmaler Einbrand (bis zum Nullwert) der Kanten des zu verschweißenden Metalls garantiert ist.

Beim Nulleinbrand des Grundwerkstoffs bildet sich die Schweißverbindung durch Benetzung des festen Metalls durch das flüssige. Diese Benetzung hängt von der richtigen Wahl der Schlacke ab. Manchmal schmilzt der Zusatzwerkstoff mit dem Grundwerkstoff nicht zusammen (beim Nulleinbrand), was von einer unzureichenden Aktivität dieser Schlacken bei niedriger Temperatur des Prozesses zeugt.

Die chemische Aktivität der Schlacke kennzeichnet

deren Fähigkeit, Oxydhäute an Schweißkanten zu reduzieren oder diese (durch Lösen) zu zerstören und in leichtschmelzende, durch das Schlackenbad assimilierte Komponenten überzuführen. Infolge der Verwendung der bekannten Schlacken kommt es bei der Durchführung von Elektroschlacke-Prozessen zum Durchschweißen des Grundwerkstoffs, insbesondere beim Verbinden von Metallen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten. Stahl-Kupfer, Stahl-Bronze, Stahl-Messing, nichtrostende beispielsweise Legierung-Kohlenstoffstahl. Außerdem findet der Abbrand der Legierungselemente statt, und das Schweißgut besitzt keine hinlänglich guten mechanischen Eigenschaften. Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseiti gung der vorstehend erwähnten Nachteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flußmittel zur Durchführung des Elektroschlacke-Prozesses zu schaffen, welches es gestattet, die Durchschweißung des Grundwerkstoffs, vorwiegend beim Verbinden von Metallen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, praktisch völlig auszuschließen, und welches als Folge hiervon gute mechanische Eigenschaften des Schweißgutes gewährleistet und den Abbrand der Legierungselemente bei der Durchführung des Elektroschlacke-Prozesses beseitigt.

Diese Aufgabe wird durch Schaffung eines Flußmittels zur Durchführung des Elektroschlacke-Prozesses vom Typ der Schweißung, Aufschweißung und Umschmelzung auf der Basis von Natriumfluorid und Bo- rax gelöst, welches Flußmittel gernäß der Erfindung in Gewichtsprozent enhält: 10 bis 20 Borsäureanydrid, 15 bis 20 Kaliumkarbonat, 10 bis 20 geschmolzener Borax und als Rest Natrium fluorid.

Das Flußmittel dieser Zusammensetzung gewährleistet den Ablauf des Elektroschlacke-Prozesses bei einer Temperatur des Schlackenbades unterhalb der

Schmelztemperatur des Grundwerkstoffs. So besitzt das Schlackenbad beim Aufschweißen von Kupfer, Bronze und Messing auf Stahl eine niedrigere Temperatur als die Schmelztemperatur des Stahls, so daß daher der Grundwerkstoff nicht durchgeschweißt wird. Es Ist wünschenswert, daß das Flußmittel bis zu 5%

",Kryolith enhält

Der im Flußmittel enthaltene Kryolith trägt zur Herabmiiaderung des Abbrandes von Aluminium bei.

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend Beispiele für die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Flußmittels beschrieben.

Für die Zuberietung des Flußmittels nimmt man in Gewichtsprozent:

10 bis 20 Borsäureanhydrid.

15 bis 20 Kaliumkarbonat,
10 bis. 20 geschmolzener Borax und als Rest Natriumflluorid.

Da:s Flußmittel stellt man nach der herkömmlichen Technologie für geschmolzene Flußmittel oder durch mechanisches Durchmischen der Komponenten her und der Elektroschlacke-Prozeß wird mit der üblichen Schweißausrüstung durchgeführt.

In einem anderen Beispiel können in das Flußmittel

Kryolith eingeführt werden. des Abbrandes schlacke-Prozesses und dessen stabilen Ablauf.

Das Flußmittel erlaubt es. die Durchschweißung des Grundwerkstoffs beim Verbinden von Metallen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, z. B. Stahl-Kupfer, Stahl-Bronze, Stahl-Messing, nichtrostende Legierung-Kohlenstoffstahl, praktisch völlig auszuschließen, und verbürgt als Folge hiervon gute mechanische Eigenschaften des Schweißguts und beseitigt den Abbrand der Legierungselemente bei der Durchführung des Prozesses.

Versuche zeigten, daß bei der Herstellung des Bimetalls Stahl-Kupfer, Stahl-Bronze, Stahl-Messing nach dem Verfahren der Elektroschlacke-Aufschweißung des Buntmetalls auf Stahl eine hohe Qualität der Schweißverbindung sowohl in dem Ausgangszustand als auch nach dem Walzen vollkommen garantiert ist. Die Zerstörung findet am Schweißgut und nicht an der Linie der Verschweißung statt. Die Elektroschlacke-Aufschweißung unter Verwendung des vorgeschlagenen Flußmittels gewährleistet praktisch nicht nur völliges Fehlen des Übergangs von Eisen in die aufgeschweißte Schicht, sondern verbessert auch die mechanischen Eigenschaften derselben als Ergebnis der raffinierenden Flußmittelwirkung. So steigt z. B. die Bruchfestigkeit beim Aufschweißen von Messing oder ■ --·■—von 19 kp/mm² (für das

Die Komponenten des Flußmittels sind leichtschmelzbar und weisen eine hohe Aktivität auf.

Das Flußmittel der oben beschriebenen Zusammensetzung gewährleistet den Ablauf des Elektroschlacke-Prozesses bei einer Temperatur des Schlackenbades unterhalb der Schmelztemperatur des Grundwerkstoffs. So z. B. wird beim Aufschweißen von Kupfer, Bronze und Messing auf Stahl eine Schlackenbadtemperatur unterhalb der Schmelztemperatur von Stahl erreicht.

Das Flußmittel besitzt eine gute elektrische Leitfähigkeit, ausreichende Viskosität, gute Benetzbarkeit und gewährleistet ein leichtes Einspielen des Elektro-

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an, die Dehnung von 3,8% auf 25%. Der Abbrand von Zink blieb in diesem Fall praktisch aus. Die Aufschweiß- und die Schweißgeschwindigkeit betrug 2 bis 3 m/h bei geringerem Elektroenergieverbrauch.

Erstmalig in der Weltpraxis gelang es. Elektroschlakke-Prozesse vom Typ der Schweißung, Aufschweißung und Umschmelzung ohne Durchschweißung der Schweiß- oder Aufschweißkanten zu realisieren.

Als Abschmelz-Elektroden wurden in einzelnen Fällen leichtschmelzende Metalle wie Messing und Bronze benutzt.
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Claims (2)

21 26 38i Patentansprüche:

1. Flußmittel zur Durchführung eines Elektroschlacke-Prozesses vom Typ der Schweißung, Aufschweißung und Umschmelzung auf der Basis von Natriumfluorid und Borax, dadurch gekennzeichnet, daß es in Gewichtsprozent enhält:

10 bis 20 Borsäureanhydrid, 15 bis 20 Kaliumkarbonat,

10 bis 20 geschmolzener Borax und als Rest Natriumfluorid. ;

2. Flußmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bis zu 5% Kryolith enthält.