DE2126634A1

DE2126634A1 - Rohrförmige, selbstschützende Verbund-Lichtbogenschweißelektrode

Info

Publication number: DE2126634A1
Application number: DE19712126634
Authority: DE
Inventors: Robert H. Springfield; Macshane Gordon H. Upper St. Clair; Pa. Duttera (V.StA.)
Original assignee: Teledyne Inc
Current assignee: Teledyne Inc
Priority date: 1970-06-08
Filing date: 1971-05-28
Publication date: 1971-12-16
Also published as: GB1332860A; NL7107809A; US3643061A; BE768259A; CA938679A; FR2096041A5

Description

Rohrförraige, selbstschützende Verbund-Lichtbogenschweißelektrode

Die Erfindung bezieht sich auf eine rohrförmige, selbstschützende Verbund-Lichtbogenschweißelektrode zum Erzeugen hochlegierter Aufträge von austeniti sehen, rostfreien Chrom-Nickel- oder Nickelstählen, mit einer einen Schlackenbildner, ein Flußmittel ^ einen oder mehr Bogenstabilisatoren, desoxydierende Metalle und weitere metallhaltige Stoffe enthaltenden "Füllung und einem die Füllung umgebenden metallischen äußeren Mantel.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schweißelektrode der genannten Art, bei deren Verwendung keinerlei ziisötzliche Einrichtungen zum Schutz des Lichtbogens erforderlich sind. Aufgrund dieser Eigenschaft ist eine solche Elektrode'im folgenden als "selbstschützend" oder "gaslos" bezeichnet.

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Es wurderT bereits rohrförmigen selbstschützende Verbundelektroden für automatisches oder halbautomatisches Auftragschweißen und für Schweißverbindungen von weichen und niedrig legierten Stählen entwickelt. Solche Elektroden sind nicht nur deshalb beliebt, weil sie eine besonders wirtschaftliche Form eines Schweißmetalls mit den für. den betreffenden Anwendungszweck gewünschten Eigenschaften darstellen, sonflern auch deshalb, weil sie weder die Verwendung einer Schutzrasatmosphäre mit aufwendigen Einrichtungen zum Zuführen und Ausrichten eines Gasstromes noch die Anwendung pulverförmiger Fluß-' mittel mit den dazugehörigen Einrichtungen zum Abdecken der Schweißstelle mit dem Flußmittel und zur Wiedergewinnung von überschüssigem Flußmittel erforderlich machen.

Angesichts dieser vorteilhaften Eigenschaften selbstschützend er Elektroden für -das Auftragsschweißen und Schweißverbindungen bei weiche-n oder niedrig legierten Stählen ergibt sich ein Bedarf an derartigen Elektroden zum Auftragen von anderen Arten von Schweißmetall, insbesondere von hochlefiertem Schweißmetall wie austenitischen rost^freien Chrom-Nickel- und Nickelstahllegierungen. -

Versuche, Füllungen mit der in rohrförmigen, selbstschützenden Elektroden für weiche und niedrig legierte Stähle und für Auftragsschweißung verwendeten Zusammensetzung auch bei selbst— schützenden Elektroden für rostfreie Stähle und. Legierungen 'auf Nickelbasis zu verwenden, waren aus verschiedenen Gründen nicht erfolgreich. Beim -Schweißen von rostfreien Stählen und Nickellegierungen mit Füllungen solcher Zusammensetzung enthaltenden Elektroden trat übermäßig starkes Spritzen auf 5 die bei der Verwendung solcher Elektroden entstehende Schlacke ist schwer entfernbar; die Oberflächenform des Schweißauftrags ist im Vergleich zu der beim Schweißen mit Lichtbogen-Schweißelektroden der gleichen Legierungsart unter Schutzgas erzielbaren unbefriedigend; schließlich treten bei bestimmten Legierungen, insbesondere bei Nickellegierungen und rostfreien Stählen, bei der Abkühlung Risse in der Schweißnaht auf.

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Die Erfindung beruht auf der Verwendung neuartiger Zusammenstellungen der Füllunpskomponenten in rohrförmigen, selbstschützenden Verbund-Elektroden.zum Erzeugen hoch legierter Aufträge aus austenitischen rostfreien Stählen und Legierungen auf Nickelbasis zur Vermeidung der vorstehend angeführten Schwierigkeiten. . - . . -

Bei einer rohrförmigen, selbstschützenden Lichtbogen-Schweißelektrode der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß, bezogen auf das Elektrodengewicht, die Füllung zwischen etwa 15 und 60$ ausmacht, wobei , wiederum bezogen auf das Elek'trodengewicht, der Schlackenbildner zwischen etwa 1 und 7#i das Flußmittel zwischen etwa 0,5 und 6$, der bzw. die Bogenstäbilisatoren, welche Kalziumtitanat, Kaliumtitanat, kaliumhaltige Sinterstoffe, Natriumtitanat und/oder natriumhaltige Sinterstoffe enthalten, bis zu etwa 3»2#, die wenigstens 1$ Mangan und wenigstens 0,25$ Silizium enthaltenden desoxydjflrenden Metalle bis zu etwa 1,25 bis 4$. und die weiteren metallhaltigen Stoffe zwischen etwa 12$ und 55$ ausmachen, und daß.die Elektrode .eine für die Erzeugung von hoch legierten Aufträgen, aus austenitischem rostfreiem Chrom-Nickelstahl oder aus Legierungen auf Nickelbasis geeignete Zusammensetzung aufweist.

Der Ausdruck.Elektroden-Schlackenbildner bezeichnet Stoffe, welche zur Vergrößerung der.Schlackenmenge beitragen. Solche Stoffe bilden gewöhnlich den Hauptanteil der Schlacke und beeinflussen damit das. Aussehen und die Oberflächenform der Schweißraupe. Beispiele für Schlackenbildner sind Rutil, Zirkonsand, Wollastonit, Natriumf.eldspat, Kaliumfeldspat, Magnesiumsilikat, wasserfreies Kaliymsilikat und Chromoxyd..

Elektroden-Flußmittel sind solche Stoffe, welche das Fließverhalten der Schlacke beeinflussen und damit auch die Bildung der Schlackenschicht und ihre Ehtfernbarkeit bestimmen. Darüber hinaus können diese Stoffe"dazu dienen, Einschlüsse aus der Schweißschmelze zu entfernen. Beispiele für Flußmittel

1 09 6 5 SJ[X Q&§ *■{.,/;-". ' '

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sind Kryolit, Flußspat, Kaliumnilikofluorid, Natriumsilikofluorid,Kalziumfluorid, Lithiunifluorid, -Magnesiumfluorid und Natriumfluorid.

Bogensts.bilisatoren dienen dazu, das"Spritzen oder Spratzen sowie Ungleichisäfsip-keiten beim Übergang des geschmolzenen Netalls am Lichtbogen zu verringern. Beispiele hierfür sind die nachstehend beschriebenen kai:" υ mh al ti gen Sinterstoffe, Kaliumtitanat, ITatriumtitanat und natriumhalt ige Sinter stoffe. Es ist hier zu bemerken, daß die vorstehend als Beispiele aufgezählten Komponenten bei manchen Schweißsystemen in mehr als einer Eigenschaft wirksam sein können. Die beispielsweise W angeführten Stoffe sind lediglich unter den Anwendungsarten aufgezählt, in denen sie vorwiegend verwendet sind. Kaliumsilikofluorid ist beispielsweise als Flußmittel angegeben, ist jedoch bei der erfindungsgemäßen Elektrode sowohl als solches als auch als Bogenstabilisator wirksam.

Desozydierende Metalle in der Elektrode reduzieren d_en Sauerstoff- und in gewissen Fällen auch den Stickstoffbehalt des Schweißmetalls durch Verbindung mit diesen Elementen zu Oxiden und Nitriden, welche vorwiegend in die Schlacke übergehen, gebräuchliche desoxydiernde Metalle sind Silizium, Mangan und Aluminium. Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäße Elektrode zur Erzielung befriedigender Ergebnisse wenigstens " 1,0$ ihres Gewichts an Mangan und wenigstens 0,25$ Silizium enthalten muß. Titan, Magnesium und Kalzium sind weitere desoxydierende Metalle, welche zusätzlich noch zu einer Verminderung der Rißbildung beitragen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung enthält die Elektrode bis zu etwa 3$ wenigstens eines die Neigung zur Rißbildung vermindernden Stoffes.'Bevorzugte Stoffe dieser Art sind legiertes oder unlegiertes, metallisches Kalzium, Magnesium und/oder Titan.

Wie allgemein bekannt ist, werden nach dem'Desoxydieren v/eitere Zusätze von desoxgierenden Stoffen im Schweißmetall gelöst, wo sie als Legierungsmetalle wirk ρ am werden. Bei den erfindu'ngrgemäßen Elektroden v.'irkt Mangan z.B» bis zu einem Gehalt-von-

1 0 9 8 5 1 / 1 0 9 6 .. _: , . .,,

BAD OWGlNAU

etwa 2.Ψο als de sen-edierendes Mittel und darüber hinaus als Legierungsmetall, ?as effektive Verhältnis zwischen dem oyyTier ten und dem als Legierungsmetall wirksamen Anteil ,jedes deso:xy3ierenden Metalls hängt von sol,c,hß.n Faktoren wie den Gesamtmengen und der relativen Stärke sämtlicher im Bereich des Bozens vorhandener desoxylierender Mittel ab. Soweit hier Grenzwerte für die ■''engen von desoxylierenden Metallen in der erfindunsp-n-em^.ßen Elektrode angegeben sind, ist zu berück— sichtigen, daß nie Elektrode größere Als die angegebenen. Höchstmen^en für desoxyiierende Stoffe in Form vo;n Mangan, und/ oder Silizium enthalten kann, wobei Überschüsse dann als Legie-. rungsmetall wirksam sind. ' · · ■■

In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Elektrode beträgt das Gewicht der Füllung etwa zwischen 20 und ^0% des Elektrodengewichts, der Schlackenbildner enthält Rutil und macht etwa zwischen 2 und 5,5^ des Elektrod.engewbhts aus, das Flußmittel enthält Kryolit und macht etwa 0,5 bis 1,8$ des Elektrodengewichts aus, der Bogenstabilisator enthält etwa 0,5 bis 1,5$ des Elektrodengewichts an Kalziumtitanat und·etwa 0,3 bis 1.,5$ des-Elektrodengewichts an Kaliumtitanat und/oder eines kaliumhaltigen Sinterstoffs, das desox.ydierende Metall macht etwa 1,25 bis 3,5^ des Elektrodengewichts aus, und die weiteren metallhaltigen Stoffe- stellen etwa 15 bis 45$ des Elektrodengewichts. Bei. dieser Elektrode entsteht eine Rutilschlacke.

Bei einer Elektrode gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt das Gewicht der Füllung etwa 20 bis 50$ d.es Elektrodengewichts, wobei, bezogen auf das Elektrodengewicht, der Rutil, Wollästonit und/öder wasserfreies Kaliumsilikat enthaltende Schlackenbildner etwa 1 bis 5# ausmacht, das Flußmittel etwa 1,5 bis 5$ eines Kalziumfluorid-Flußmittels und bis zu etwa 2% Kaliümsilikofluorid und/oder Natriumsilikofluorid enthält, der Kaliumtitanat und/oder einen kaliumhaltigen Sinterstoff enthaltende Bogenstabilisator bis zu etwa 1$, das desoxydierende Metall zwischen etwa 1,25

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und 5,5$ und die weiteren metallhaltigen'Stoffe etv/a 15 bis ausmachen. - ..

Bei dieser Elektrode entsteht eine· 'Fluoridschlacke, und die mechanischen Eigenschaften des Schweißmetalls sind etwas günstiger als bei einer Rutilschlacke hervorbringenden Elektrode. Andererseits entsteht bei einer Rutilschlacken-Elektrode eine etwas bessere Oberflächenform des waagerechte Schweißguts.

Bei den bisher beschriebenen Elektroden sind die weiteren metallhaltigen Stoffe beispielsweise durch Eisenlegierungen, ψ andere Metall-Legierungen und/oder unlegierte Metalle gebildet,

In,,den.vorstehend angeführten Rutilschlacken- oder Fluoridschlackenelektroden beträgt das Gewicht der die Rißbildungsneigung verringernden Zusätze vorzugsweise bis zu etwa 1,5$ des Elektrodengewichts.

Die Herstellung der beschriebenen rohrförmigen Verbundelektroden kann unter Anwendung verschiedener bekannter Verfahren erfolgen. Das Ziel der verschiedenen Verfahren besteht darin, eine Füllung aus den ausgewähltenStoffen* gewöhnlich in fein verteilter Form, derartig in einen geeigneten Metallmantel einzubringen, daß nichts davon"verloren geht und daß das Eindringen von ,Luft oder Feuchtigkeit in die Füllung auf ein Mindestmaß verringert oder verhindert ist. Bei der Auswahl der die Füllung bildenden Stoffe werden neben dem angestrebten Schlackensystem, dem Betriebsverhalten und den chemischen Eingenschäften des Schweißguts weitere Gegebenheiten wie niedriger Feuchtigkeitsgehalt, niedrige Rehydratisierungsgeschwindigkeit und weitere in diesem Zusammenhang offensichtliche Voraussetzungen in Betracht gezogen. Das Mantelmaterial wird vorwiegend im Hinblick auf seine Verformbarkeit und auf seinen Beitrag zu den chemischen Gesamteigenschaften der Elektrode gewählt. Eine günstige Verformbarkeit ist für die Fertigung des rohrförmigen Mantels wichtig und gewöhnlich trägt der Mantel zum überwiegenden Teil zur chemischen Zusammensetzung des Schweißguts bei. Aus Gründen der wirtschaftlichen Fer-

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'indet· bei den Elektroden vorzugsweise ein Mantel aus. WeichFtaKl Verwendung, welcher eine metallhaltige Legierungs- zus'di.7,e in pulverisierter Form enthaltende Füllung umgibt. Läßt. sich durch eine solche Ausbildung kein, befriedigender Gehalt an Legierungszusätzen erzielen, beispielsweise im Falle von Elektroden aus Legierungen auf Nickelbasis, so kann der Mantel aus legiertem Stahl oder aus einem Legierungsmetall, beispielsweise im wesentlichen reinem Nickel gefertigt sein.

Für die Erzielung von au st eni ti schein, rostfreiem Chromnickelstahl-Schweißgut sind rohrförmige, selbstschützende Rutilschläkkenoder Fluoridschlacken-Lichtbogenschweißelektroden vorgesehen, welche zu den nichtmetaiii.sehen Bestandteilen zwischen 0,3 und 1,3$ Silizium, zwischen etwa Λ und 3$ Mangan, zwischen etwa 17 und 30^ Chrom, zwischen etwa 8 und 23^ Nickel, bis zu etwa 0,2?$ Kohlenstoff und den Rest im wesentlichen Eisen enthalten.

Für die Erzeugung von niob-stabilisiertem austeniti schem rostfreiem Chromnickelstahl schweißgut sind rohrförmige, selbstschützende Rutil schlacken— oder Fluoridschlacken-Lichtbogen- -schveißelektroden vorgesehen, welche zu den nichtmetallischen Bestandteilen etwa 0,3 bis 1,3^ Silizium, 1 bis 3# Mangan, 18 bis 25$ Chrom, 8 bis 15$ Nickel bis zu etwa O^ Kohlenstoff, etwa 0,2 bis 1,2$ Niob und den Rest im wesentlichen Eisen enthalten.

Für die Erzeugung von molybdänversterktem austenitischem rostfreien Chromnickelstahl schweißgut sind rohrförmige, selbstschützende Rutilschlacken- oder Fluoridschlacken-Lichtbogenschweißelektroden vorgesehen, welche zu den nichtmetallischen Bestandteilen etwa 0£ bis 1,3^ Silizium, Λ bis 3$ Mangan, 15 bis 25^ Chrom, 8 bis 15$ Nickel bis zu etwa 0,2^ Kohlenstoff, etwa 0,5 bis 4^ Molybdän und den Rest im wesentlichen Eisen enthalten.

Zur Erzeugung von Schweißgut auf Nickelbasis enthalten rohrförmige, selbstschützende Rutischlacken- oder Fluoridschlacken-

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Lichtbop-enschv/ei-lelektroden neben den nichtmetallischen Bestandteilen etwa 0,3 bis 1,3$ Silizium, 1,5 bis 4,5* Mangan, 13 bis 28$ Chrom, 60 bis 80$ Nickel, 0,P bis 4^· Niob, bis zu etwa 5$ Eisen und bis zu etv/a 0,2$ Kohlenstoff. In einer vorteilhaften Au sführune. enthält diese Elektrode zusätzlich bis zii etwa 1,5$ von legiertem oder unlegiertem, metallischem Kalzium, Magnesium und/oder Titan zur Verringerung der Neigung zur Rißbildung.

Die metallischen Bestandteile der beschriebenen Elektroden sind gewöhnlich durch das Mantelmaterial, wie vorstehend erläutert, zusammen, mit der Füllung zugesetzten pulverförmigen Metallen und

ψ Legierungen wie FerroSilizium und Elektrolytmangan, gebildet. Offensichtlich können zur Erzielung der erforderlichen Metallanteile der Elektroden auch weitere Stoffe in der Füllung enthalten sein. Beispielsweise ist es möglich einen metallhaltigen Stoff in nichtmetallischer Form in der Elektrodenfüllung vorzusehen, bei spiel εν/ei se als ein Oxid, sofern dieses unter den beim Schweißen gegebenen Bedingungen leicht reduzierbar ist und eine entsprechende Menge eines Reduktionsmittels wie etwa Silizium vorhanden ist. Da die mit den erfindungsgemäßen Elektroden erzeugten Aufträge aus Chromnickel- und Nickellegierungen nur einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,2* und in einigen Fällen sogar weniger als 0,03* verlangen, muß der Kohlenstoff-

k gehalt der Elektrode, insbesondere in deren metallischen Bestand,— teilen, genau beobachtet werden. Gewöhnlich stellt der vorhandene Kohlenstoff unvermeidliche Verunreinigungen im Mantelmaterial und/oder in einer oder mehreren pulverförmigen Legierungen in der Füllung dar. Sofern zulässig, können jedoch aus Gründen der Wirtschaftlichkeit weniger teure Eisenlegierungen bzw. Mantelmaterial mit größeren als Spurengehalten an Kohlenstoff verwendet werden.

Die hier beschriebenen Elektroden zeichnen sich aus durch tropfenförmigen Metallübergang bei vergleichsweise geringem Spritzen, leicht entfernbare Schlacke, glatte Schweißraupenoberfläche, günstigen Übergang des Schweißguts in die Unterlage und, bei Verwendung der vorstehend angeführten Zusätze zum Verringern

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der Rißbildungsneigung, verringerte Rißbildung des' Schweißguts bei dazu neigenden Legierungsarten.

Wie vorstehend bereits angeführt, verringert ein Gesamtgehalt von bis zu etwa 3# des Elektrodengewichts an Kalzium, Map-;nesium und/oder Titan in legierter oder unlegierter Form bei zur Rißbildung neigenden Legierungen, wie den durch die American Welding Society als Ni0r3 eingestuften Nickellegierungen, die Neigung zur Rißbildung in erheblichem Maße. Die Ursache dieser vorteilhaften Wirkung ist nicht bekannt, es wird jedoch angenommen, daß diese Metalle Sulfide und andere schädliche Bestandteile des Schv;eißecuts reduzieren und zur Verringerung der zumeist schädlichen Wirkungen von Stickstoff und Sauerstoff auf das Schmelzsrat beitragen.

Wie auf dem Gebiet der Lichtbogenschweißung allgemein bekannt, trägt eine Kaliumionenquelle zur Stabilisierung des Lichtbogens bei. Für eine .wirksame Verwendung in Elektroden fremäß bevorzugten Ausführangsformen der Erfindung muß eine solche Quelle für Kaliumionen in einer Form vorhanden sein, in v/elcher nicht zusätzliche Komponenten mit nachteiligen Wirkungen hinsichtlich der Rehydrationseiß-enschaften der Füllung und des Schweißver— ' haltens 'auftreten. Bei Versuchen mit den erfindungsgemäßen Elektroden wurde ermittelt, daß Kaliumtitanat sowie auch kaliumhaltige Sinterstoffe für diese Zwecke geeignet sind. Ein erfolgreich verwendeter Sinterstoff hatte die nachstehend in Gewichtsprozenten angegebene typische Zusammensetzung: 18$ Manganoxide, 16# Siliziumdioxid, 41# Titandioxid und 25# Kaliumoxid. Kaliumsilikofluorid, welches gleichzeitg Kaliumionen abgibt und als Flußmittel wirksam ist, und/oder wasserfreies Kaliumsilikat, welches Kaliumionen freisetzt und gleichzeitig als Schlackenbildner wirksam ist, können in vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ebenfalls Verwendung finden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, in v/elcher sämtliche prozentualen Angaben-auf das Elektrodengewicht bezogen sind. . . ·

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Beispiel 1 · .

Zur Herstellung einer rohrförmigen Fluoridschlacken-Verbundelektrode für die Erzeugung von Sc-hwG>ißgut der Type 3OPT, vmrde für den Mantel ein kohlenstoffarmes Weichstahl-BandmatRrial verwendet. Das Gewicht der Füllung betrug 40$ des Elektrodengewichts. Die Füllung bestand aus den nachstehend angeführten Bestandteilen in fein verteilter ^worm: Rutil 1,6$, V/ollastonit 0,8$, Kalziumfluorid (als Flußspat) 4,?^, Kaliumr.ilikofluorid 0,4$, metallisches Elektrolytmangan 2,0$, Silizium (in Form von 50$igem Ferrosilizium) 0,4$, metallisches Chrom 20,6$, Nickel 9,6$ und Eisen 0,4$. Die Bestandteile der"Füllung wurden vor Einbringen in die Füllungsmischung sämtlich auf eine Körnung von weniger als 595 pm gebracht. Die Elektrode vmrde auf. einen Durchmesser von 2,778 mm ausgezogen und zur Erzeugung einer unvermisehten Schmelzgutprobe durch halbautomatisches Schweißen mit 350 bis 400 Ampere und 25 bis 27 Volt (Gleichstrom) verwendet. Das Schweißen, die Schlackenentfernung sowie die Schweißraupenform waren bei dieser Elektrode und den anderen beschriebenen Beispielen befriedigend wie vorstehend ausgeführt. Das unvermischte Schweißgut hatte die folgende Zusammensetzung* Kohlenstoff 0,019 $, Mangan 1,-51$, Silizium 0,30$, Chrom 22,25$, Wickel 10,18$ und Rest im wesentlichen Eisen.

Beispiel 2

Eine rohrförmige Fluoridschlacken-Verbundelektrode für Schweißgut der Type 309L wurde in der im Beispiel 1 dargelegten Weise hergestellt. Der Mantel bestand aus kohlenstoffarmem Weichstahl-Bandmaterial und die Füllung betrug in diesem Falle 44,5$ des Elektrodengewichts» Sie hatte die folgende Zusammensetzung: Rutil 0,9$, Wollastonit 0,6$, Kalziumfluorid (als Flußspat) ' 3,3$) Kaliumsilikofluorid 0,4$, metallisches Elektrolytmangan,;; 1,7$, Silizium (in Form von 50$igem FeSi) 0,5$, metallisches. ;, Chrom 23,8$, Nickel 12,5$ und Eisen 0,8$. Eine mit der auf ■ 2,778 mm ausgezogenen Elektrode hergestellte Schweißgutprobe wies die folgende Zusammensetzung auf: Kohlenstoff 0,019$»

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Mangan 1,37#, Silizium O,34$, Chrom 24,88$, Nickel 12,99$, ' Rest im wesentlichen Eisen.

Beispiel 3

Zur Herstellung einer RutilSchlackenelektrode für Schweißgut der Type 3O9L wurde für den Mantel ein kohlenstoffarmes Weich stahl-Bandmaterial verwendet, und die Füllung machte 44',5$ ,des Elektrodengewichts- aus» Bezogen auf das Elektrodengewicht enthielt sie 3# Rutil, 1# Kryolit, 1# Kalziumtitanat, 0,5$ des vorstehend beschriebenen kaliumhaltigen Sintermaterials, 1,7$ metallisches Elektrolytmangan, 0,5$ Silizium (in Form von 50%igem FeSi), 23,8# metallisches Chrom, 12,5# Nickel und 0,59s Eisen. Das unvermischte Schweißgut wies im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung auf wie das der Elektrode in Beispiel 2. .

Beispiel 4

Bei einer Fluoridschlackenelektrode für Schweißgut der Type betrug der Anteil der Füllung am Elektrodengewicht 42$ bei folgender auf dieses bezogener Zusammensetzung:1,2# Rutil, 0,6$ Wollastönit, 3,2# Kalziumfluorid (als Flußspat) 0,4$ Kaliumsilikofluorid, 1,6$ metallisches Elektrolytmangan,0,4# Silizium (in Form von 50#igem FeSi), 19$ metallisches Chrom, 11,4$ Nickel, 2,1$ Molybdän (in Form von 60#igem Ferromolybdän) und 2,1^ Eisen. Für den Mantel wurde kohlenstoffarmes Weichstahl-Bandmaterial verwendet. Die Analyse des unvermischten Schweißguts dieser Elektrode erbrachte folgende Zusammensetzung: O,O18# Kohlenstoff, 1,2656 Mangan, 0,33^ Silizium, 19,5-4# Chrom, 12,34# Nickel, 2,10^ Molybdän, Rest im wesentlichen Eisen.

Beispiel 5

Für die Erzeugung von Schweißgut der Type 347 wurde eine rohrförmigen selbstschützende Fluoridschlackenelektrode mit einem Mantel aus Weichstahlbandmaterial und einem Anteil der Füllung am Elektrodencewicht von 41$ hergestellt. Bezogen auf das Elektrodennrewicht enthielt die Füllung 1,6^- Rutil, 0,8^ -V/ollastonit,

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4,1$ Kalziumfluorid (als Flußspat), 0,4$ Kaliumsilikofluorid,' 2,1$ metallisches Elektrolytmangsn, 0,4$ Silizium (in Form von 50#ipem FeSi), 20,5$ metallische.? Chrom, 9,4# Nickel,. 0,8^c< Niob (in Form von 65?'igem Ferroniob) un'd 0,9^ Eisen. Das mit dieser' Elektrode erzeugte Schweißgut enthieltJ0,O38^ Kohlenstoff, 1,603 Mangan, 0,3895 Silizium, 21,52$ Chrom, 9,63«' Nickel, 0,58^ Niob, Rest im wesentlichen Eisen.

Beispiel 6

Zur Darstellung der Wirkung der vorstehend angeführten, die Neigung zur Rißbildung herabsetzenden Zusätze auf die Neigung zur Rißbildung von mittels der erfindungsgemn.ßen Fluoridschlakkenelektroden aufgebrachtem Schweißgut des Typs NiCr3 der American Welding Society wurden zv/ei Elektroden unter Verwendung von Nickel-Bandmaterial für den Mantel und mit einem Anteil der Füllung am Elektrodengewicht von 33$ hergestellt, wobeijin der Füllung der einen Elektrode rißhemmende Zusätze vorhanden waren und in der anderen fehlten. Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der Zusammensetzung der Füllungen, wobei-die Elektrode (a) keine rißhemmenden Mittel enthält und die Elektrode (b) solche Zusätze aufweist.

Tabelle 1

Bestandteile der Füllung

(in Prozent des Elektrodengewichtε)

Rutil

Wollastonit

Kalziumfluorid (als Flußspat) Kaliumsilikofluorid

kaliumhaltiges Sintermaterial wie vorstehend beschrieben

metallisches Elektrolytmangan Desoxydationsmetall

metallisches Elektrolytmangan Legierungsmetall

Silizium (als 50#iges FeSi) Silizium (als Legierung von j und 6095 Si) j

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Elektrode (a)	Elektrode (b)
1,7	1,7
0,8	——
3,3	3,3
0,3	0,3
0,3	0,3
2,0	2,0
1,1	1,1
0,3	•
—_ _	0,3

OBlGtNAL

Bestandteile der Füllung

Elektrode (a)	Elektrode
17,0	17,0
" 0,7	0,7
" 1,5.	2,0
J. 2,3	2,3
—-	0,3
-—.	0,2
<Z 0,1	< 0,1
1,6

metallisches Chrom

Chrom (in form von Ferrochrom mit 5,1# C und &?% Cr)

Nickel

Niob (in Form von 65$igem Ferroniob)

metallisches Magnesium

Kalzium (in Form einer Legierung mit 32$ Ca und 60% Si) Kohlenstoff (in FeCr) Eisen

Mit Ausnahme des Fortfalls von Wollastönit und Ferroslilizium aus der Elektrode (b). zum Ausgleich des Füllungsgewichts beim Zusatz der rißhemmenden Zusätze wiesen die Füllungen der beiden Elektroden gleiche Zusammensetzung auf. Mittels der Elektroden erzeugtes unvermischtes Schweißgut enthielt in der typischen Zusammensetzung 0,093$ Kohlenstoff, 3,3$ Mangan, 0,31# Silizium, 17,3^ Chrom, 2,2$ Niob, 0,1$ Titan, 1,2$ Eisen, Rest im wesentlichen Nickel. Zur Untersuchung der; Rißbildungsneigung des mit den Elektroden jeweils erhaltenen Schweißguts wurden die Elektroden auf einen Durchmesser von 2,778 mm ausgezogen und in einem halbautomatischen Schweißverfahre.n zum Aufbringen ι eines zweischichtigen Auftrags auf eine Weichstahlplatte mit den Abmessungen 12,5. x 50* χ 225 mm verwendet» Der Auftrag setzte sich aus jeweils vier Schweißraupen je Schicht zusammen und wies eine Länge von etwa 200 mm bei einer Breite von;37,5 mm auf. Die Oberfläche des Auftrags wurde jeweils glattgeschliffen. Anschließend wurden die Schweißstücke im Winkel von 90° um einen an der Rückseite der Grundplatte angelegten Dorn mit einem Radius von 19 mm gebogen. Nach dem Biegen wurde die Anzahl der Risse in einer die Biegung einschlie-

. ßenden Fläche des Auftrags von 38,7 cm ermittelt. Dabei zeigten sich im Schweißgut der Elektrode (a), welche keine rißhemmenden Zusätze enthielt, zehn Risse, während das der, wie vorstehend angeführt, rißhemmende Zusätze enthaltenden Elektrode (b) lediglich zwei Risse aufwies. ·

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Beispiel 7

Zur Untersuchung des Einflusses von rißbildungshemmenden Zusätzen auf die Rißbildungsneigung von mit den erfindungsgemäßen Rutilschlackenelektroden erzeugtem Schweißguts des Typs AWS NiGr3 wurden Elektroden (c) und (d) mit Füllungen der in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzungen hergestellt, wobei ein Nickelmantel verwendet wurde und das Gewicht der Füllung 33$ des Elektrodengewichts ausmachte.

Tabelle Füllungsbestandteil

In Prozent des Elektrodengewichts Elektrode Cc) Elektrode (d)

Rutil

Kryolit

Kalziumtitanat Kaliumhaitiges Sintermaterial Silizium (in Form von 50#igem FeSi) Silizium (in Form einer Legierung mit 32$ Ca und 60# Si) Metallisches Elektrolytmangan (als Desoxy-jöationsmittel) Metallisches Elektrolytmangan (als Legierungsmetall) Metallisches Chrom Chrom (in Form von 67#igem FeCr mit 5,1# C) Niob (in Form von 65#igem FeNb) Metallisches Magnesium Kalzium (In Form einer Legierung mit 32# Ca und 60^ Si) Titan (in Form von 7Ö%±gem FeTi) Kohlenstoff (aus FeCr) Eisen

1,3
1,3
1,0
0,4

2,0

1,1

17,0

0,7

2,3

0,1
1,5

3,8 1,3 1,3 1,0

0,3 2,0

1,1

17,0

P,7

2,3 0,3

0,2

0,4 0,1 1,2

Die geringfügigen Abweichungen in den Rutil- und Siliziumgehalten der Elektrode (d) ergeben sich aus der Notwendigkeit des Gewichtsausgleichs der Füllung dieser Elektrode bei Zugabe

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der rißbildungshemmenden Zusätze. In diesem Beispiel wurde zusätzlich zum in Beispiel 6 verwendeten Magnesium und Kalzium Ferrotitan als rißbildungshemmender Zusatz angewendet. Die Elektroden wurden auf einen Durchmesser von 2,778 mm ausgezogen und für eine Auftragsschweißung entsprechend Beispiel 6 verwendet. Beim Biegen der Schweißproben, •ebenfalls entsprechend Beispiel 6, entstanden im Schweißgut der Elektrode (c) mehr als hundert Risse, in dem der die rißbildungshemmenden Zusätze enthaltenden Elektrode (d) jedoch weniger als zehn.

Aus den Beispielen 6 und 7 geht hervor, daß die erfindungsgemäßen rißbildungshemmenden Zusätze sowohl in Fluorid- als auch in Rutilschlackenelektroden \d.rksam sind.

Die erfindungsgeraäßen Elektroden sind in einem weiten Bereich zum halbautomatischen und automatischen Schweißen verwendbar. Beispielsweise wurden die Elektroden außer unter den vorstehend anhand von Beispiel 1 erläuterten normalen Bedingungen in großem Umfang in einem Schweißverfahren mit'doppelten Elektroden verwendet, bei welchem extrem hohe Gesamt-Lichtbogenstromstärken in der Größenordnung von 1 100 Ampere bei Elektrodendurchmessern von 2,778 mm auftreten.

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Claims

ie - 21 2 6 R 3 A Pnt entan snrüch e

1./ Rohrförmin-e, selbstschützende Verbund-Jiichtboren-

weißelektrooe zum Erzeugen hochlegierter Aufträge von ' ,

austenltisehen, rostfreien Chrom-Nickel- oder Nickelstählen, mit einer einen Schlackenbildner, ein Flußmittel, einen oder mehr Bogenstabilisatoren, desoxydierende Metalle und weitere metallhaltige Stoffe enthaltenden Füllung und einem die Füllung umgebenden metallischen äußeren Mantel,

dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf h das Elektrodengewicht, die Füllung zwischen etwa 15 und 60$

ausmacht, wobei, wiederum bezogen auf das Elektrodengewicht, der Schlackenbildner zwischen etwa 1 und 7$, das Flußmittel zwischen etwa 0,5 und 69?, der bzw.. die Bogenstabilisator(en) , welche Kalziumtitanat, Kaliumtitanat, Kaliumhaltig Sinterstoffe, Natriumtitanat und/oder ηatriumhaltige Sinterstoffe enthalten, bis zu etwa 3,2$, die wenigstens 1^ Mangan und wenigstens 0,25^ Silizium enthaltenden desoyydierenden Metalle bis zu etvra 1,25 bis ⁷I^ und die weiteren metallhaltigen Stoffe zv/ischen etwa 12 und 55^ ausmachen, und daß die Elektrode eine, für He Erzeugung von hoch legierten Aufträpen aus auFtenitischem rostfreiem Chrom-Nickel stahl oder aus Legierungen auf ITickelbaRis geeignete ZuFammensetzuns; aufweist.

2. Lichtbosrenschweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren metallhaltiren Stoffe wenirstens eine rietall-Lepierung beinhalten.

3. Lichtbofrenrchweißelektrode nach Anrpruch 1, dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die v/eiteren metallhaltir-en Stoffe wenigstens ein*"! Ferrolefrierung beinhalten.

4. LichtborenFchv.'eißeü ektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung bis zu et-v.'B ?^ venipstens einen .lecieHefi oder unlegiertes Kalzium, Fe-rnesium und/oder Titan in metallischer Form enthaltenden ri^bildungsbemmendorj ^u fat ζ enthält.

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BAD ORIGINAL

5. Lichtbopenscbweißelektrode nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch rekennzeichnet, daß die Füllung zwischen· etwa 20 und 50$ des Elektrodenrcewichts ausmacht, daß der Schlackenbildner Rutil enthält und zwischen etwa 2 und 5,5$ des Elektrodenp-ewichts ausmacht, daß das Flußmittel Kryolit enthält und zwischen etwa 0,5 und 1,8$ des Elektrodenfrewichts ausmacht, daß der Bog;en~ stabilisator zwischen etwa 0,5 und 1,5$ des Elektrodengewichts an einem Kalziumtitanat-Bogenstabilisator und zwischen etwa 0,5 und 1,5$ des Elektrodengewichts an Kaliumtitanat

• und/oder kaliumhaltigern Sintermaterial enthält, daß das desoxydierende Netall zwischen etwa 1,25 und 3_}5$ des Elektrodengewichts ausmacht und daß die weiteren metallhaltigen Stoffe zwischen etwa-15 und 45$ des Elektrodengewichts ausmachen.

6. Lichtbogenschweißelektrode nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zwischen etwa 20 und 50$ des Elektrodengewichts ausmacht, daß der Schlackenbildner zwischen etwa 1 und 5$ des Elektrodengewichts ausmacht und Rutil, Wolla-'stonit und/oder wasserfreies Kaliumsilikat enthält, daß das Flußmittel zwischen etwa 1,5 und 5$ des Elektrodengewichts an einem Kalziumfluorid-Flußmittel und bis zu etwa 2$ des Elektrodengewichts an Kaliumsilikofluorid und/oder Natriumsilikofluorid enthält, daß der Bogenstabilisator bis zu etwa 1$ des Elektrodengewichts ausmacht und Kaliumtitanat und/oder kaliumhaltiges Sintermaterial enthält, daß das desoxydierende Metall zwischen etwa 1,25 und 3,5$ des Elektrodengewichts ausmacht und daß die weiteren metallhaltigen Stoffe zwischen etwa 15 und 45$ des Elektrodengewichts darstellen.

7« Lxchtbogenschweißelektrode nach Anspruch 5 oder 6,-dadurch gekennzeichnet, daß sie rißbilduhgshemmende Zusätze in einer Menge von bis zu etwa 1,5$ ihres Gewichts enthält.

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8. Lichtbogenschweißelektrode nach Anspruch 5, 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß sie Mangan in einem Mengenverhältnis von 1 bis 3$ ihres Gewichts und Silizium in einem Mengenverhältnis von etwa 0,-3 bis 1,3$ ihres Gewichts enthält.

9. Lichtbogenschweißelektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich zu den nichtmetallischen Bestandteilen, bezogen auf ihr Gewicht, 17 bis 30$ Chrom, 8 bis 23$ Nickel, bis zu 0,2$ Kohlenstoff sowie ferner Eisen enthält.

10. Lichtbogenschweißelektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich zu den nichtmetallischen Bestandteilen, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, 18 bis 2<?% Chrom, 8 bis 15# Nickel, bis zu 0,12$ Kohlenstoff, 0,2 bis 1,2$ Niob sowie-ferner Eisen enthält.

11. Lichtbogenschweißelektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich zu den nichtmetallischen Bestandteilen, bezogen auf ihr Gesamtgewicht,

1-5 bis 25$ Chrom,8 bis 15# Nickel, bis zu 0,2# Kohlenstoff, Molybdän sowie ferner Eisen enthält.

12. Lichtbogenschweißelektrode nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, 1,5 bis 4,5°< Mangan, 0,3 bis 1,3$ Silizium, 13 bis 28$ Chrom, 60 bis 80# Nickel, 0,2 bis ^ Niob, bis zu 5$ Eisen und bis zu 0,2$ Kohlenstoff enthält, wobei Mangan und Silizium Desoxydationsmetalle darstellen und, falls vorhanden, überschüssiges Mangan und/oder Silizium -Legierungsmetalle bilden.

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