DE2129463A1

DE2129463A1 - Schweisspulver

Info

Publication number: DE2129463A1
Application number: DE19712129463
Authority: DE
Inventors: Oberly James Edward; Coless Thomas Louis; Rimer Kenneth Woodrow
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1970-06-15
Filing date: 1971-06-14
Publication date: 1971-12-23
Also published as: US3663313A; DE2129463B2; GB1350396A; FR2097876A5; JPS5021306B1; CA950338A

Description

PATENTANWALT DIPL. -INQ. QERHARD SCHWAN _O1O

8 MÜNCHEN 80 · (JOERZER STRASSE 15

14. Juni 197!

L-8125-G

UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 1OO17, V.St.A.

Schweißpulver

Die Erfindung befaßt sich mit agglomeriertem oder gesintertem (nicht geschmolzenem) Schweißpulver und betrifft insbesondere ein agglomeriertes oder gesintertes Schweißpulver zum Schweißen von rostfreiem Stahl oder zum Auftragschweißen von niedriglegierten Stählen mit rostfreiem Stahl im Unterpulverschweißverfahren .

UP-Schweißpulver lassen sich in geschmolzene und nicht geschmolzene (agglomerierte oder gesinterte) Schweißpulver unterteilen. jt Bei agglomerierten und gesinterten Schweißpulvern wird ein Bindemittel, für gewöhnlich Natrium-oder Kaliumsilikat, verwendet, mit Hilfe dessen ein körniger Mischstoff aus feingemahlenen Schweißpulverbestandteilen gebildet wird. Die Körner oder Kugelchen werden dann erhitzt, um Feuchtigkeit und gasförmige Produkte auszutreiben. Die Wärmebehandlung der agglomerierten Bestandteile erfolgt für gewöhnlich zwischen einer Mindesttemperatur von 315 C und einer Höchsttemperatur von ungefähr 1100 C.

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FERNSPRECHER 0811/40 2018 · KABELrELECTRICPATENTMONCHEN

In der Praxis besteht ein Bedarf an agglomeriertem oder gesintertem UP-Schweißpulver, das sich besser als bekannte Schweißpulver für das Schweißen von rostfreiem Stahl oder für das Auftragschweißen von niedriglegierten Stählen mit rostfreiem Stahl eignet.-Damit ein Schweißpulver bei rostfreiem. Stahl mit Erfolg eingesetzt werden kann,>sollte das Schweißpulver in der Lage sein, Metalle von der Elektrode aus durch das Schweißpulver hindurch zum Schweißgut übergehen zu lassen; es sollte ferner eine Schlacke liefern, die von der Schweißung leicht gelöst werden kann. Das Schweißgut muß eine gute Kontur besitzen, einwandfrei ausgebildet und frei von Fehlstellen sein.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein für das Verbindungs- oder Auftragschweißen geeignetes Schweißpulver zu schaffen, das einen einwandfreien, nicht von chemischen Änderungen begleiteten Übergang des Werkstoffes von der Schweißelektrode zur Schweißung erlaubt. Es soll ein UP-Schweißpulver für das Schweißen von rostfreien Stahllegierungen oder für das Auftragschweißen von niedriglegierten Stählen mit einer Legierung aus rostfreiem Stahl erhalten werden. Das Schweißpulver soll im wesentlichen nicht hygroskopisch sein; es soll eine im wesentlichen sich frei ablösende Schlacke bilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schweißpulver aus einem Ausgangswerkstoff gefertigt wird, der ungefähr 30 bis 60 Gew.% Kalziumkarbonat (CqCO₃) und mindestens ein Natrium- oder Kaliumsilikat in einer Menge von ungefähr

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4 bis 1Ο Trockengew.% enthält. Vorzugsweise besteht der Ausgangswerkstoff des Schweißpulvers nach der Erfindung im wesentlichen aus ungefähr 30 bis ungefähr 60 Gew.% Kalziumkarbonat (CaCO_), ungefähr 20 bis ungefähr 4O Gew.% Zirkonsand (ZrSiO₄), ungefähr 4 bis ungefähr 2O Gew.% Kryolith (Na-AlF-) und mindestens einem Kalium- oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 4 bis ungefähr 1O Trockengew.%.

Es sind agglomerierte oder gesinterte Schweißpulver bekannt, die CaCO₃ in kleinen Mengen enthalten. Bis jetzt wurden jedoch große Mengen wie 3O bis 60 Gew.% nicht benutzt. Es wurde vielmehr allgemein angenommen, daß Kalziumkarbonat in großen Mengen für UP-Schweißpulver unbrauchbar ist. Falls erhebliche Mengen CaCO_ im Schweißpulver enthalten sind, kann unter dem Wärmeeinfluß des Lichtbogens CO^-Gas freigesetzt werden, das zu einem Verwerfen der Schweißung führt und eine schlechte Güte der Schweißung zur Folge hat, insbesondere zu Porosität führt. Wenn bei

der Herstellung des Schweißpulvers die Bestandteile auf über ^

ungefähr 825 C erwärmt werden, zerfällt das CaCO₃ in CaO und gasförmiges CO«. Das im Schweißpulver verbleibende CaO ist hygroskopisch und nimmt Wasser auf, was für die Schweißung schädlich ist.

Andererseits stellt CaO einen erwünschten Bestandteil von UP-Schweißpulvern zum Verbindungsschweißen oder Auftragschweißen von Metallen wie rostfreiem Stahl dar, weil CaO mit den Bestandteilen des rostfreien Stahls nicht reagiert. Gelänge es daher,

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das CaO nichthygroskopisch zu machen, wäre CaCO₃ ein erwünschter Schweißpulverbestandteil, insbesondere, wenn es um das Verbin-, dungsschweißen oder Auftragschweißen von rostsicheren Stahllegierungen geht. '

Es wurde unerwarteterweise gefunden, daß sich bei Verwendung von großen Mengen an CaCO₃ ein nichthygroskopisches Schweißpulver bildet, wenn das CaCO, mit einem Silikat, beispielsweise Natrium- oder Kaliumsilikat, abgebunden wird und wenn ein Erhitzen auf eine Temperatur zwischen ungefähr 787 C und 982 C erfolgt. Natrium- und Kaliumsilikate werden allgemein als Bindemittel für die Bestandteile von UP-Schweißpulvern benutzt. Sie stehen in verschiedenen Verhältnissen von Alkali zu Kieselerde sowohl in Pulverform als auch in flüssiger Form zur Verfugung. Sie werden als lösliche Gläser betrachtet, die keinen wohl definierten Schmelzpunkt besitzen. In Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung oder ihrem Älkali-Kieselerde-Verhältnis beginnen sie bei ungefähr 62O°C zu erweichen; zwischen 76O°C und 845°C sind sie vollständig geschmolzen. Es wird infolgedessen angenommen, daß beim Erhitzen des Schweißpulvergemisches auf Temperaturen zwischen 787°C und 982°C CaCO₃ in CaO umgewandelt sowie mit Silikat gesättigt und überzogen wird. Das CaO-haltige Schweißpulver kann dann nach dem Abkühlen kein Wasser absorbieren.

Diese Feststellung wurde bei der Entwicklung eines Schweißpulvers mit 30 bis 6O Gew.% CaCO- zum Auftragschweißen von niedriglegierten Stählen mit rostfreiem Stahl ausgenutzt. Das Schweiß-

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pulver enthält ferner Zirkonsand und Kryolith als zusätzliche schlackenbildende Bestandteile, um ein Schweißpulver zu erhalten, das sämtliche Eigenschaften besitzt, die beim Auftragschweißen von niedriglegierten Stählen mit rostfreiem Stahl erwünscht sind. Zu diesen Eigenschaften gehören die Ausbildung einer sich frei ablösenden Schlacke und ein guter Übergang der chemischen Zusammensetzung der Schweißelektrode auf das Schweißbad.

Es wurde beispielsweise gefunden, daß ein bevorzugtes Schweißpulver, das 48 Gew.% CaCO₃, 27 Gew,% ZrSiO₄₁ 10 Gew % Na₃AlF₆, 6 Gew.% Natriumsilikat (Na₂O:SiOp), 1 Gew % Kaliumsilikat

), 4 Gew.% SiO₃ und jeweils 2 Gew,% Ferrochrom und Ferrosilizium enthält, zu Schweißraupen aus rostfreiem Stahl auf riiedriglegiertem Stahl führt, die porenfrei sind und eine einwandfreie Kontur besitzen Die Schlacke ließ sich einfach von der Schweißung entfernen; es trat praktisch kein Verlust an Legierungsbestandteilen ein. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung und der Ansprüche wird die Zusammensetzung des Schweißpulvers durch die Zusammensetzung der Ausgangsstoffe definiert.

In der folgenden Tabelle I sind Beispiele von verschiedenen weiteren Schweißpulverzusammensetzungen angegeben, die sich als geeignet für das Verbindungsschweißen und Auftragschweißen von rostfreiem Stahl und anderen Metallen erwiesen

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Tabelle I

A BC

CaCO₃ ZrSiO₄ Na₃AlF₆

MgO

FeSi

FeCr

35	. 55	4O	5O
4O	2O	24	25
5	4	1O	14
8	4	6	8
-	4	-	2
1O	-	2O	-
2	2	- -	-
—	3	-	1
	, 8

Wie aus der vorstehenden Tabelle hervorgeht, können weitere Bestandteile wie MgO in Verbindung mit den schlackebildenden Bestandteilen verwendet werden, um ein Schweißpulver mit den A gewünschten Eigenschaften zu erzielen.

Als Ersatz für oder in Verbindung mit-. Na-AlF, können auch an-

Jo

dere Fluoride eingesetzt werden. Beispielsweise lassen sich CaF₂I LiF, NaF₁ MgF₂, AlF₃ und KF benutzen.

Die Metalle, ihre Legierungen oder ihre Ferrolegierungen, beispielsweise SiMn, FeSi und FeCr, können nach Wunsch für Desoxydations- oder Legierungszwecke zugegeben werden, um die chemische Zusammensetzung der Schweißung in vorbestimmter Weise zv»

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beeinflussen. Beispiele anderer geeigneter Metalle sind Nickel, Niob, Molybdän, Mangan, Titan, Kalzium, Vanadium, Kobalt und Aluminium.

Bei der Herstellung des Schweißpulvers werden die Ausgangsstoffe auf die gewünschte Größe gebracht. Die klassierten Stoffe werden innig trockengemischt. Die Kalium- und Natriumsilikate werden zur Ausbildung von Körnern in flüssiger Form zugegeben. Die Mischung wird durch einen Rotierofen hindurchgeführt, wo sie auf eine Temperatur zwischen 787°C und 982 C erhitzt wird. Bei diesen Temperaturen wird das CaCO, in CaO und gasförmiges CO₂ umgewandelt. Das CaO wird mittels der verflüssigten und geschmolzenen Silikatbindemittel gesättigt und überzogen. Nach dem Abkühlen ist das CaO mit Silikat beschichtet; es ist gegenüber Feuchtigkeit undurchlässig und kann keine Feuchtigkeit absorbieren.

Nach einer den vorstehenden Angaben entsprechenden Verarbeitung hatte das obengenannte bevorzugte Schweißpulver die folgende Zusammensetzung: CaO 32 Gew.%; CO₂ 1,O Gew.%; ZrSiO. 35 Gew.%; SiO₂ 5,5 Gew.%! Na₃AlF₆ 12 Gew.%; Na₂OiSiO₂ 7,5 Gew.%i K₂OrSiO₂ 1,§ Gew.%; FeCr 3 Gew,%; FeSi 2,5 Gew.%.

Im folgenden sind typische Beispiele für Schweißprozesse angegeben» bei denen das Schweißpulver nach der Erfindung verwendet wurde.

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Beispiel I

Eine 5O mm dicke Platte aus niedriglegiertem Stahl wurde mit einem Draht aus rostfreiem Stahl vom Typ ASTM 3O9L auftraggeschweißt, wobei eine Wechselstromquelle und das Unterpulver-Serien-Lichtbogenschweißverfahren gemäß der US-PS 2 669 64O benutzt wurden. Die Schweißbedingungen waren folgende: zwei ™ 3O9L-Drähte von 4 mm Durchmesser lagen in einem Serien-Wechselstromkreis. Das Schweißpulver wurde aus folgenden Ausgangsstoffen hergestellt: 48 Gew,% CaCO₃; 27 Gew.% ZrSiO₄; 10 Gew,% Na₃AlF₆; 6 Gew.% Na₂OiSiO₂; 1 Gew,% K₂OjSiO₂; 4 GeW«% SiO₂ und jeweils 2 Gew.% FeCr und FeSi. Mehrere Schweißraupen wurden nebeneinander ausgebildet, um eine einzige Lage zu erhalten. Bei der Ausbildung der einzelnen Schweißraupen wurde mit 3O V und 450 A für jeden Draht sowie mit einer Schweißgeschwindigkeit von 380 mm/min gearbeitete Die erhaltenen Raupen hatten einen gleichförmigen niedrigen Einbrand* Die geschmolzene Schlacke löste sich frei ab. Biegeproben, die den Schweißraupen entnommen wurden, waren frei von Bruchstellen und Rissen; sie ließen ein fehlerfreies Schweißgut erkennen, Eine chemische Analyse der Schweißraupen ergab 20 Gew.% Chrom, 1O Gew.% Nickel und O,O5 Gew,% Kohlenstoff, was den chemischen Daten für diesen Anwendungsfall entspricht.

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_ ο _ Beispiel II

63,5 mm dicke rostsichere Stahlplatten (ASTM 304) wurden im Unterpulverschweißverfahren verschweißt. Die Schweißelektrode bestand aus rostfreiem Stahl ASTM 308 und hatte einen Durchmesser von 3,2 mm. Die chemische Analyse der Elektrode war wie folgt:

Cr	20,99
Ni	9.8O
Si	O,45
Mn	1 ,83
C —	0,054
Mo	O,21

Es wurde das Schweißpulver D gemäß Tabelle I benutzt. Die Schweißbedingungen waren: 45O A Wechselstrom, 30 V, Schweißgeschwindigkeit 360 mm/min. Es wurde ein Mehrlagenschweißverfahren benutzt. Die geschmolzene Schlacke ließ sich nach jeder Lage leicht entfernen. Die Schweißung war fehlerlos und von Rissen frei; sie entsprach allen mechanischen Anforderungen. Die chemische Analyse des Schweißgutes ergab:

Cr	21 ,48
Ni	9,4O
Si	0,56
Mn	1,15
C	0,061
Mo	0,23

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Claims

Ansprüche

1. Agglomeriertes oder gesintertes UP-Schweißpulver,' dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswerkstoff des Schweißpulvers 30 bis 60 Gew.% CaCO₃ und mindestens ein Natrium- oder Kaliumsilikqt in einer Menge von 4 bis 10 Trockengew.% enthält .

2. Nichthygroskopisches, CaO-haltiges UP-Schweißpulver, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Erhitzen eines Ausgangswerkstoffes mit 30 bis 60 Gew,% CaCO₃ und 4 bis 10 Gew.% Natriumoder Kaliumsilikat auf eine Temperatur von 787 C bis 982 C gewonnen ist.

3. Nichtgeschmolzenes UP-SchweiSpulver, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus ungefähr 30 bis 60 Gew,% CaCO₃₁ ungefähr 20 bis 40 Gew.% ZrSiO₄, ungefähr 4 bis 20 Gew.% Na₃AlF, und mindestens einem Natrium- oder Kaliumsilikat in einer Menge von ungefähr 4 bis 10 Trockengew.% besteht,

4. Agglomeriertes oder gesintertes UP-Schweißpulver, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen besteht aus:

48 Gew.% CaCO₃

27 Gew.% Zr⁴SiO₄

10 Gew_f% Na₃AlF₆

6 Gew.% Na₂OsSiO₂

1 Gew.% K₂OsSiO₂

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4 Gew.% SiO₂ 2 Gew.% FeCr 2 Gew.% FeSi

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