DE2222275B2

DE2222275B2 - Schweißelektrode zum Lichtbogenschweißen

Info

Publication number: DE2222275B2
Application number: DE2222275A
Authority: DE
Inventors: Robert C Haverstraw; Geroge G Landis
Original assignee: Lincoln Electric Co
Current assignee: Lincoln Electric Co
Priority date: 1971-05-07
Filing date: 1972-05-06
Publication date: 1976-01-08
Also published as: FR2139865A1; JPS6225479B1; CA989282A; AU4174072A; SE407670C; NL7206154A; FR2139865B1; BR7202829D0; GB1396892A; DE2222275C3; IT958580B; US3767891A; DE2222275A1; SE407670B

Description

17. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende stoffliche Zusammensetzung (in Gewichtsprozent des Elektroden-Gesamtgewichts):

Aluminium 1,60 bis 2,40

Magnesium 1,40 bis 2,20

Calciumfluorid 2,50 bis 4,50

Natriumkomponente ... 13,0 bis 17,0

Kohlenstoff 0,035 bis 0,075

Mangan 0,2 bis 0,6

Stahlstab 73.25 bis 76,25

wobei die Natriumkomponente eine Natrium-Oxidverbindung folgender stofflicher Zusammensetzung ist:

Natriumoxid 15,0 bis 38,0%

Bariumfluorid 0,0 bis 20,0%

Aluminiumoxid 0,0 bis 34,0%

Calciumoxid 0,0 bis 15,0%

Siliciumdioxid Rest

Die Erfindung betrifft eine Schweißelektrode zum Lichtbogenschweißen mit Schutz der Schweißstelle gegenüber Stickstoffzutritt aus der Luft durch Alkalimetalldämpfe, bestehend aus einem Stahlmantel oder einer Stahlseele und Schweißmittel als Kernfüllung des Mantels bzw. Umhüllung der Seele, wobei das Schweißmittel mindestens eine die Alkalimetalldämpfe unter der Lichtbogenhitze bildende Alkalimetallkomponente enthält.

Beim elektrischen Lichtbogenschweißen stellt sich die Forderung, das Schweißmetall der Elektrode so auf die Schweißstelle zu bringen, daß eine möglichst porenfreie Schweißnaht der gewünschten metallurgischen und mechanischen Eigenschaften, wie insbesondere ausreichender Schlag-, Zug- und Streckfestigkeit, erhalten wird. Für die häufig anzutreffende Porosität der Schweißnaht sind verschiedene Faktoren ursächlich. Ein Grund für die Porosität ist in der Reduzierung des Eisenoxids zu metallischem Eisen durch den im Werkstückmctall enthaltenen Kohlenstoff zu sehen, wobei sich Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid in dem schmelzflüssigen Schweißmetall bildet, welches beim Erhärten des Schweißmetalls in der Schweiße eingeschlossen wird. Das Eisenoxid ergibt sich vor allem aus der Reaktion des Luftsauerstoffs mit der schmelzflüssigen Schweißmetalloberflärhp

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Um die Bildung von Eisenoxid zu unterdrücken, ist es bekannt, dem Schweißmittel der Elektrode Desoxidations- bzw. Reduktionsmittel zutusetzen, die auf Grund ihrer höheren Sauerstoffaffinität an Stelle des Schweißmetalls oxidiert werden. Die als Reduktionsmittel verwendeten Stoffe, wie z. B. Aluminium, Titan, Silicium usw., haben jedoch die Neigung, mil dem Schweißmetall Legierungen einzugehen. Sind die Reduktionsmittel in unzulässig großen Mengen vorhanden, so bewirken sie eine unerwünschte Veränderung der metallurgischen und mechanischen Eigenschaften des Schweißmetalls, insbesondere eine Erhöhung der Sprödigkeil und eine starke Herabsetzung der Schlagfestigkeil. Magnesium und Calcium, die ebenfalls gute Reduktionsmittel sind, haben solch niedrige Siedetemperaturen, daß sie weniger wirksam sind. Calcium ist außerdem in feuchter Luft instabil.

Ein Hauptgrund für die Porosität des Schweißmetalls besteht darin, daß das Schweißbad dem atmosphärischen Stickstoff ausgesetzt ist. der sich in dem geschmolzenen Schweißmetall löst. Beim Abkühlen des geschmolzenen Metalls ist der gelöste Stickstoff bestrebt, aus der Lösung zu gehen. Das sich abkühlende Metall erhärtet um die entstehenden Gasbläschen herum, so daß sich in dem Metall Poren bilden. Diese Erscheinung wird als Slickstoffsieden bezeichnet. Es ist bekannt, daß das Stickstoffsieden dadurch unterdrückt werden kann, daß mit einer über die für die Desoxidation erforderliche Menge hinausgehenden Menge an Reduktionsmitteln, wie Aluminium, Titan und/oder Zirkon, gearbeitet wird. Diese im Überschuß vorhandenen Reduktionsmittel reagieren mit dem Stickstoff unter Bildung stabiler Nitride, die als Einschlüsse in dem Schweißmetall enthalten sind. Übergroße Mengen solcher Nitride bewirken aber schlechte Schlagfestigkeitswerte des Schweißmetalls. Im Überschuß vorhandenes Aluminium dringt, ohne zu reagieren, in das Schweißmetall ein. wobei schon geringe Überschußmengen in der Größenordnung von etwa 1 % die Schlagfestigkeit des Schweißmetalls in unerwünschter Weise beeinträchtigen.

Auf Grund der vorgenannten Schwierigkeiten ist man daher zu dem Schluß gekommen, daß es wenig angebracht ist, den Stickstoff erst dann zu beseitigen, wenn er bereits in das Schwcißmetall eingedrungen ist, sondern daß der Zutritt des Stickstoffs zu dem Lichtbogenplasma und der Schweißzonc und damit zu dem Schweißmetall möglichst unterbunden werden sollte. In der US-PS 29 09 648 wird in diesem Zusammenhang der Vorschlag unterbreitet, eine Stahlelektrode mit einem metallischen Überzug, wie z. B. aus Antimon, Arsen, Wismut, Cadmium, zu versehen, der in der Lichtbogenhitze verdampft und dadurch eine metallische Schutzdampfatmosphäre im Lichtbogenbereich bewirkt, die den Zutritt der Luft und damit des Stickstoffs zu dem Schweißbad unterbindet. Außerdem ist aus der DT-OS 20 38 524 eine Kalk-Fluorid-Mantelelektrode bekannt, deren Schweißmittel unter anderem ein Erdalkalicarbonat, wie insbesondere Calciumcarbonat, enthält, welches beim Schweißen durch thermische Zersetzung Kohlendioxid-Schutzgas entwickelt. Das Schweißmittel kann außerdem basische Metalle, wie z. B. Lithium, enthalten, um eine stark basische Schweißschlacke zu erhalten.

Es konnte festgestellt werden, daß sich von den in Betracht kommenden, in der Lichtbogenhitze verdampfenden Schutzmetallen Lithium in besonderem Maße eignet. Durch Zuführen von elementarem

Lithium in den Lichtbogen läßt sich das Stickstoffsieden unterdrücken, ohne daß zugleich die mechanischen Eigenschaften des Schweißmetalls beeinträchtigt werden. Lithium siedet bei einer Temperatur, die unterhalb des Schmelzpunktes des Stahls liegt. Es wird daher in der Lichtbogenhitze zum Verdampfen gebracht, ohne daß in dem Schweißmetall ein Riicksl.mi1 verbleibt.

Beim Aufbringen von metallischem Lithium auf eine Elektrode ergeben sich aber hinsichtlich der Herstellung der Elektrode gewisse Probleme. Insbesondere ist es erforderlich, in Verbindung mit dem Lithium Binde- und Modifizierungsmetalle zu verwenden. Außerdem muß die Elektrode gereinigt und während der Beschichtung gegenüber den Einflüssen der Atmosphäre geschützt werden.

Aus der US-PS 34 88 469 ist eine Kernelektrode bekannt, die neben Aluminium als Reduktionsmittel und neben Legierungsmitteln Lithiumcarbonat enthält. Wird das Lithiumcarbonat in ausreichenden Mengen in den Lichtbogen eingeführt, so wird das Stickstoffsieden unterdrückt, ohne daß die Notwendigkeit besteht, einen Nitridbildner, wie Aluminium, in Mengen einzuführen, bei denen die Schlagfestigkeit des Schweißmetalls in unerwünschter Weise beeinträchtigt wird. Um allerdings das Stickstoffsieden so weit zu unterdrücken, daß ein porenfreies Schweißmetall erhalten wird, müssen verhältnismäßig große Mengen Lithiumcarbonat verwendet werden. Außerdem besteht der Nachteil, daß sich das Lithiumcarbonat gerade/u explosionsartig in Kohlendioxid-Schutzgas umsetzt, was beim Schweißvorgang zu einem mehr oder weniger starken Verspritzen des Schweißmetalls führt. Die Spritzwirkung erschwert den Schweißvorgang und führt zu unansehnlichen Schweißnähten; außerdem ist es erforderlich, die Schweißspritzer nach erfolgtem Schweißvorgang zu beseitigen. Das Freisetzen des Kohlendioxidgases in den erforderlichen großen Mengen kann außerdem zu einer Unterbrechung des Lichtbogens führen.

Um festzustellen, ob auch andere Lithiumverbindungen für die Bildung einer Lithium-Schutzdampfatmosphäre eingesetzt werden können, sind eingehende Versuche durchgeführt worden, wobei vor allem bimetallische Lithiumsilicate, Lithiumfluorid oder Lithiumsilicate zusammen mit reduzierenden Stoffen verwendet wurden, die die Lithiumverbindungen in der Lichtbo£,enhitze zu elementarem Lithium reduzieren. Während Lithiumsilicate sich mit Magnesium, Aluminium oder Silicium reduzieren lassen, erfordert das bevorzugt zum Einsatz kommende L'thiumfluorid Calcium als Reduktionsmittel. Da Calcium aber mit der Luftfeuchtigkeit reagiert, kann es mit Aluminium und Magnesium in der Form von luft- und lagerbeständigen intermetallischen Verbindungen oder Legierungen hergestellt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Elektroden, die im Schweißmittel solche Reduktionsmittel enthalten, sich nur dann einigermaßen sicher handhaben und auf Vorrat halten lassen, wenn ihre Mengenanteile sehr genau eingestellt werden. Selbst bei kleinen Abweichungen von den vorgeschriebenen Werten können sich erhebliche Schwierigkeiten in der Lagerhaltung und Handhabung der Elektroden ergeben, d;i das Calcium mit der Luftfeuchtigkeit heftig reagiert. Dieser schwerwiegende Nachteil des als Reduktionsmittel verwendeten elementaren Calciums sowie die Schwierigkeiten hinsichtlich der Herstellung und der genauen Einhaltung der Mengenanteile hissen es geraten erscheinen, nichthygroskopische Lithiumverbindungen zu verwenden, die sich in der Lichtbogenhitze zu elementarem Lithium reduzieren lassen, ohne daß hierbei Reduktionsmittel benötigt werden, die elementares Calcium enthalten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schweißelektrode für das Lichtbogenschweißen zu schaffen, die in der Lichtbogenhitze elementares Alkalimetall freisetzt, ohne daß hierbei metallisches Calcium oder

ίο andere stark reagierende Reduktionsmittel benötigt werden. Dadurch sol! eine luft- und feuchtigkeitsbeständige, gut lagerfähige Schweißelektrode geschaffen werden, mit der sich porenfreie Schweißnähte hoher Qualität, insbesondere hoher Schlag-, Streck- und Zugfestigkeit, erzielen lassen, ohne daß übergroße Mengen an Desoxidationsmitteln dem Schweißmetall zugeführt werden müssen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schweißmittel zugesetzte vorgefertigte Alkalimetallkomponente aus dem Reaktionsprodukt mindestens eines mit mindestens einer sauren oder amphoteren Metallverbindung hergestellten Alkalimetalloxids besteht und zusammen mit einem sie in der Lichtbogenhitze zu elementarem Alkalimetall reduzierenden Reduktionsmittel in einer solchen Menge im Schweißmittel vorhanden ist, daß der Stickstoffgehalt des Schweißmetalls nicht mehr als etwa 0,03% des Schweißmetallgewichts beträgt.

Die erfindungsgemäße Schweißelektrode weist also im Schweißmittel neben den üblichen Bestandteilen, wie Schlackenbildner und Legierungsmittel, mindestens eine vorgefertigte Alkalimetallkomponente auf, die mindestens ein Alkalimetalloxid in Kombination mit mindestens einer sauren oder amphoteren Metallverbindung enthält. Die so erhaltenen Verbindungen bzw. Komplexe lassen sich in der Lichtbogenhitze zu elementarem, dampfförmigem Alkalimetall reduzieren, ohne daß hierfür Calcium als Reduktionsmittel benötigt wird und ohne daß sie zu einer unerwünschten schlagartigen Zersetzung neigen. Es konnte festgestellt werden, daß sich außer Lithium auch Kalium und Natrium sowie die übrigen Alkalimetalle, wie Cäsium und Rubidium, zur Unterdrückung des Stickstoffsiedens wirksam einsetzen lassen.

Die bei der erfindungsgemäßen Schweißelektrode verwendeten Alkalimetallverbindungen oder -komplexe werden nachfolgend als »Alkalimetallkomponente« bezeichnet, wobei dieser Begriff die verschiedenen Alkalimetallferrate, -silicate, -manganate, -aluminate und ähnliche Verbindungen sowie Quasiverbindungen und mineralarlige Komplexe umfaßt. Bei einzelnen dieser Komponenten dürfte es sich um reine chemische Verbindungen handeln, während andere lediglich als mineralartige Bindung zwischen den Molekülen der einzelnen Bestandteile anzusehen sind. Für das Verständnis und die praktische Anwendung der Erfindung ist es ohne Bedeutung, ob z. B. das Lithiumferrat in Form echter chemischer Verbindungen als LiFeO₂ und Li₂Fe₅O₈ oder als mineral-Go artiger Komplex eines Lithiumoxids und eines Eisenoxids in festem Verhältnis Li₂O · FeO₃: vorliegt (der Sauerstoffgehalt der Zusammensetzung kann über einen weiten Bereich schwanken, ohne die kritischen Eigenschaften der Zusammensetzung zu beeinflussen).

Vorzugsweise besteht die vorgefertigte Alkalimetallkomponente aus mindestens einer Oxidverbindung der Formel M₂O · Fc₂Or, M.,0 · SiO₂, M„O ■ Al₂O₃, M₂O ■ CoO, M₂O ■ NiO, M₂O · M₂O₁, M₂O · TiO₂,

wobei M das Alkalimetall und .v eine Zahl·/wischen 1,6 und 3,0 bedeutet. Das sich aus der vorgefertigten Alkalimetallkomponente in der Lichlbogenhit/c unter Einwirkung des Reduktionsmittels bildende dampfförmige Alkalimetall unterdrückt, wie erwähnt, das Stickstoffsieden und bewirkt damit ein porenfreies Schweißmctall guter mechanischer Eigenschaften. Die sauren oder ampholeren Metallverbindungen, die sich mit Alkalimetallverbindungen kombinieren lassen, um eine geeignete Alkalimclallkomponente zu erhalten, bestehen vorzugsweise aus Mctalloxidcn, insbesondere aus mindestens einem Metalloxid der Gruppe Eisenoxid, Manganoxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Nickeloxid, Titanoxid, Kobaltoxid. Andererseits können aber auch andere Metallverbindungen mit ahnliehen acidischen oder ampholeren Eigcnschaf'.en vcrwendet werden. Auf Grund des vergleichsweise hohen Preises sind Nickel- und Kobaltoxide weniger geeignet. Aluminiumoxid bildet mit Alkalioxiden eine Alkalikomponente, die sich /war verwenden läßt, die jedoch im Lichtbogen schwerer als andere Metalloxidkomponenten zu elementarem Metall reduziert wird.

Die Bestandteile der Alkalimelallkomponcnte, nämlieh die Alkalimetallverbindung und die saure bzw. amphotere Metallverbindung sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile des Schweißmittels werden gemischt und auf eine Temperatur erhitzt, bei der sich das Alkalimetall und die saure bzw. amphotere Metallverbindung unter Bildung der Alkalimetallkomponente zusammenschließen. Es besteht die Möglichkeit, mehr als nur eine einzige Alkalimetallverbindung und mehr als nur eine einzige saure oder amphotere Metallverbindung zur Herstellung der Alkalimetallkomponente zu kombinieren. Da die Alkalimetallkomponente in der vorgesehenen stofflichen Zusammensetzung weniger hygroskopisch ist als die in ihr enthaltene Alkalimetallverbindung, ist die erfindungsgemäße Schweißelektrode gegen Feuchtigkeitsaufnahme und Zersetzung unter Einwirkung der Luftfeuchtigkeit zumindest weitgehend beständig. Einige Alkalimetallkomponenten sind gegenüber der Luftfeuchtigkeit vollständig beständig, so daß solche Schweißelektroden sich über lange Zeit hinweg auf Vorrat halten lassen, während andere Alkalimetallkomponenten eine gerinsere Beständigkeit aufweisen und daher die Schweißelektroden entweder bald nach ihrer Herstellung verwendet oder luftdicht abgepackt werden müssen.

Nac'n einem weiteren Merkmal der Erfindung können der Alkalimetallkomponente bzw. dem Schweißmittel auch Stoffe mit feuchtigkeitssperrenden Eigenschäften zugesetzt werden. Hierfür eignen sich vor allem Calciumoxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Lithiumfiuorid, Natriumfluorid, Bariumfluorid und Calciumfluorid sowie gegebenenfalls weitere Erdalkalifluoride. Diese vorgenannten Stoffe fördern die Beständigkeit der Alkalimetallkomponente gegenüber Luftfeuchtigkeit.

Es empfiehlt sich, die Alkalimetallkomponente in einer Menge von etwa 0,9 bis 10% des Elektroden-Gesamtgewichtes einzustellen. Die Menge des Reduktionsmittels beträgt zweckmäßig etwa 0,5 bis 6,0% des Elektroden-Gesamtgewichtes. Für das Reduktionsmittel wird zweckmäßig mindestens ein Reduktionsmittel der Gruppe Aluminium, Magnesium, Calcium, Lithium, Cer, Zirkon, Silicium, Titan, Kohlenstoff einschließlich Legierungen oder interir.etallische Verbindungen derselben verwendet.

Alkalimetallkomponenten auf Lithiumbasis lassen sich /. B. dadurch herstellen, daß eine Lithiumverbindung, vorzugsweise Lithiumcarbonat, mit Eisenoxid und zusammen mit Siliciumdioxid und anderen weiter unten angegebenen Stoffbestandteilen gemischt wird. Die Mischung wird dann auf eine Temperatur zwischen 900 und lOlO'C erhitzt, wodurch ein Stoffgemisch als Alkalimetallkomponente erhalten wird, welches Li-Ihiumoxid (vermutlich in der Zusammensetzung Li₂O ■ FeO*) enthält, in dem die übrigen Bestandteile in fester Lösung sind. Der Anteil, in dem Lithiumoxid und Siliciumdioxid in dem Schweißmittel enthalten sind, ist für die praktische Verwendbarkeit desselben von Bedeutung, da Mischungen, die im Verhältnis zu dem Silicium einen zu geringen Lithiumanteil aufweisen, dem Schweißmetall zuviel Silicium zuführen, wenn für die Unterdrückung des Stickstoffsiedens ausreichend Lithium vorhanden ist (hierbei ist zu berücksichtigen, daß das Siliciumdioxid zusammen mit den Lilhiummetallen durch das Aluminium oder durch ein anderes Desoxidationsmittel zu elementarem Metall reduziert wird). Wenn andererseits der Anteil des Lithiums gegenüber dem Silicium zu groß ist, so ist das Schweißmittel unerwünscht empfindlich gegen Feuchtigkeitsaufnahme, ungeachtet der Tatsache, daß das Lithiumoxid in der Lilhiumferratkomponente gebunden ist.

Magnesiumoxid, welches normalerweise die Probleme hinsichtlich der Feuchligkeitsaufnahme verstärkt, begünstigt im allgemeinen die Reduzierung der Alkalimetallkomponente zu elementarem Alkalimetall im Lichtbogen. Calciumoxid ist, wie erwähnt, ein feuchtigkeitssperrender Stoff und hat im allgemeinen den umgekehrten Effekt hinsichtlich der Feuchtigkeitsaufnahme und der reduzierenden Eigenschaften in bezug auf die Alkalimetallkomponente. Dies bedeutet, daß mit Calciumoxid etwaige Schwierigkeiten hinsichtlich der Feuchtigkeitsaufnahme vermindert oder beseitigt werden können, während in jedem Fall die Reduzierung etwas schwieriger durchführbar ist. Demgemäß können Magnesium- und Calciumoxid in Kombination verwendet werden, um die gewünschten chemischen und physikalischen Eigenschaften der Alkalimetallkomponente bzw. des Schweißmittels zu erhalten. Es kann zweckmäßig sein, Magnesium- und Calciumoxid zusammen mit Aluminiumoxid in Verbindung mit einer Alkalimetalloxidverbindung zu verwenden, um die Feuchtigkeitsaufnahme in der gewünschten Weise einzustellen und die gewünschte durchgreifende Reduzierung des Alkalimetalloxids zu elementarem Alkalimetall zu erreichen.

Wie weiter oben schon angedeutet, können die Alkalimetallkomponenten zusammen mit mindestens einigen der anderen Stoffbestandteile des fertigen Schweißmittels oder ihrer Ausgangsstoffe hergestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, die zur Herstellung der Alkalimetallkomponente verwendete Alkalimetallverbindung und die saure oder amphotere Metallverbindung sowie gegebenenfalls einen feuchtigkeitssperrenden Stoff der genannten Art mit einem Schlackenbildner und mit Legierungsmitteln, die in das Schweißmetall eingehen und diesem bestimmte metallurgische Eigenschaften verleihen, oder mit Ausgangsstoffen dieser letztgenannten Mittel zu kombinieren. Die kombinierten Stoffe werden dann als Mischung erhitzt, um die Alkalimetallkomponente zu erhalten. Beispielsweise kann der Mischung Calciumcarbonat als Ausgangsstoff zugeführt werden, welches bei der Erhitzung zu einem feuchtigkeitssperrenden

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Calciumoxid zersetzt wird. Einige der verschiedenen Stoffe können Doppelfunktionen erfüllen. Die Reduktionsmittel oder ein Teil derselben können zur Reduktion der Alkalimetallkomponente zu elementarem Alkalimetall und zugleich als Desoxidationsmittel dienen. Siliciumdioxid als feuchtigkcitssperrcndcr Stoff wird zumindest teilweise zu Silicium reduziert und geht eine Legierung mit dem Schwcißmctall ein, während Calciumoxid, ebenfalls ein fcuchtigkeitssperrendcr Stoff, in das Schlackcnsyslem eingeht und hier eine nützliche Komponente der Schlacke bildet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in diesem Zusammenhang aufgeführten Ausl'ührungsbeispielcn, bei denen Kern- oder Seelenelektrode!! vorgesehen sind, die als Kernfüllung das Schweißmittel enthalten. Die Bezeichnung »Stahlmantel« bezieht sich auf die Stahlelektrode, gleichgültig, ob diese die Form eines Stahlrohres oder einer massiven Stange hat. Alle Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent des Elektroden-Gesamtgewichtes. Bei allen Beispielen wird Hammerschlag vereinfacht als »Eisenoxide« angegeben, da seine Zusammensetzung je nach seinen Herstellungsbedingungen unterschiedlich ist und häufig elementare Eisenpartikeln mit Oxidoberfläche einschließt.

Das folgende Beispiel I bezieht sich auf eine aus Lithiumferrat bestehende Alkalimetallkomponente:

Beispiel 1

Eine Mischung folgender Stoffe wird hergestellt:

Gewichtsprozent

Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) 33,5

Hammerschlag (Eisenoxide) 66,5

Die Mischung wird in einem Ofen bei einer Maximaltemperatur von 1010°C über eine Zeitspanne von einer Stunde erhitzt. Dabei ergibt sich folgende Stoffzusammensetzung:

Gewichtsprozent

Lithiumoxid (Li₂O) 15,8

Eisenoxid (Fe₂O_x) 84,2

(Der Durchschnittswert von ».v« liegt zwischen etwa 1,6 und 3,0.)

Der Sauerstoffgehalt der Zusammensetzung schwankt je nach Herstellungsbedingungen. Der Gesamtsauerstoffgehalt in den analysierten Proben schwankte zwischen etwa 30,9 Gewichtsprozent und etwa 37,6 Gewichtsprozent. Bei 34,7 Gewichtsprozent Sauerstoff wird das Lithiumferrat (LiFeO₂) gebildet. Ein breiterer Bereich des Sauerstoffgehalts ist möglich, ohne die Empfindlichkeit der Zusammensetzung gegenüber Feuchtigkeitsaufnahme unerwünscht zu ändern.

Beispiel II

Eine Mischung folgender Stoffe wird hergestellt:

Gewichtsprozent

Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) 25,5

Hammerschlag (Eisenoxide) 45,2

Siliciumdioxid (SiO₂) 10,4

Calciumcarbonat (CaCO₃) 13,9

Die Mischung wird in eir.em Ofen, dessen Maximaltemperatur 1010⁰C beträgt, über eine Dauer von einer Stunde erhitzt. Dabei ergibt sich eine Alkalimetallkomponcnlc folgender Zusammensetzung:

Gewichtsprozent

Lithiumoxid (LuO) 13,6

Siliciumdioxid (SiO,) 13,6

Calciumoxid (CaO) 13,6

Eisenoxid (Fe₁₁Or) 59,2

(Der Durchschnittswert von ».v« liegt zwischen etwa ίο 1,6 und 3,0.)

Beispiel ΙΙ-Λ

Die Mengeiiantcile der im Beispiel II angegebenen Stoffe Li.jCO;,, Hammerschlag, SiO₂ und CaCO₃ werden so variiert, daß nach Erhitzung der Mischung eine Alkalimetallkomponente folgender stofflicher Zusammensetzung vorliegt:

Gewichtsprozent

Lithiumoxid (Li₂O) 10 bis 18

Siliciumdioxid (SiO₂) 10 bis 28

Calciumoxid (CaO) O bis 20

Eisenoxid (Fe₂O._r) Rest

(Der Durchschnittswert der Zahl .v liegt zwischen etwa 1,6 und 3,0.)

Die Röntgenbeugungsanalyse der Lithiumferratkomponente zeigt für Li₂O · FeO ausgeprägte Linien. Andererseits ergibt die Sauerstoffanalyse, diß die Zusammensetzung über einen weiten Sauerstoffniveaubereich schwanken kann, ohne daß ihre Empfindlichkeit in bezug auf Feuchtigkeitsaufnahme ungünstig beeinflußt wird. Die Linien für die einzelnen Stoffbestandteile sind nicht vorhanden, woraus zu entnehmen ist, daß das Siliciumdioxid und das Calciumoxid mit der Lithiumferratkomponente Li₂O · Fe₂O_x chemisch verkettet sind.

Wie erwähnt, können neben den Eisenoxiden auch andere Oxide verwendet werden. In den Beispielen III und IV ist Manganoxid bzw. Nickeloxid als Beispiel angegeben. Es können aber auch Titandioxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Kobaltoxid verwendet werden.

Zufriedenstellende Ergebnisse wurden auch für den Fall erzielt, daß an Stelle von Lithium Natrium verwendet wird, wie dies im Beispiel V angegeben ist.

3°

35

45

Beispiel III

Es wurde eine Mischung folgender Stoffe hergestellt

Gewichtsprozen

Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) 25,5

Hammerschlag (Eisenoxide) 39,6

Siliciumdioxid (SiO₂) 10,4

Calciumcarbonat (CaCO₃) 18,9

Manganerz (annähernd 40% MnO) .. 5,6

Die vorstehende Mischung wurde in einem Ofei mit einer Maximaltemperatur von 101O⁰C bei eine Stunde Verweilzeit erhitzt. Dabei ergab sich ein Stof folgender Zusammensetzung:

Gewichtsprozen

Lithiumoxid (Li₂O) 13,6

Siliciumdioxid (SiO₂) 13,6

Calciumoxid (CaO)" 13,6

Eisenoxid (Fe₂Oi) 52,0

Manganoxid (Mn₂Oi) 7,2

Bei dieser Alkalimetallkomponcntc handelt es sich um eine Lithiummanganat- und Lilhiumfcrrat-Zusammensetzung, die Siliciumdioxid und Calciumoxid als feuchtigkeitssperrende Stoffe enthält, möglicherweise in einer Einkristallstruktur, bei der das F.isen unregelmäßig durch Mangan ersetzt ist.

(Der Durchschnittswert .v liegt zwischen etwa 1,6 und 3,0.)

Beispiel IV

Eine Mischung folgender Stoffe wurde hergestellt:

Gewichtsprozent

Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) 25,5

Hammerschlag (Eisenoxide) 34,0

Siliciumdioxid (SiO₂) 10.4

Calciumcarbonat (CaCO₃) 18,9

Manganerz 5,6

Nickelsinter (NiO + Ni) 5,6

Diese Mischung wird in einem Ofen bei einer Maximaltemperatur von 1010⁰C über eine Dauer von einer Stunde erhitzt. Dabei ergibt sich ein Stoff folgender Zusammensetzung:

Gewichtsprozent

Lithiumoxid (Li₂O) 13,6

Siliciumdioxid (SiO₂) 13,6

Calciumoxid (CaO) 13,6

Eisenoxid (Fe₂Oi) 44,8

Manganoxid (Mn₂O₁) 7,2

Nickeloxid (Ni₂O₁) 7,2

Es handelt sich hier um eine Lithiumferrat-, Lithiumnickelat-, Lithiummanganat-Zusammensetzung mit Siliciumdioxid und Calciumoxid als feuchtigkeitssperrende Komponenten, möglicherweise in einer Einkristallstruktur, bei der das Eisen regellos durch Mangan und Nickel ersetzt ist.

(Der Durchschnittswert.γ liegt zwischen etwa 1,6 und 3,0.)

Beispiel V

Es wird eine Mischung folgender Stoffe hergestellt:

Gewichtsprozent

Natriumcarbonat (Na₂CO₃) 23,5

Bariumfluorid (BaF₂) 13,5

Aluminiumoxid (Al₂O₃) 24,0

Calciumcarbonat (CaCO₃) 19,5

Siliciumdioxid (SiO₂) 19,5

Die Mischung wird in einem geeigneten Behälter bei einer Temperatur von etwa 1320" C so lange erhitzt, bis sie schmelzflüssig wird. Der dabei entstehende Stoff hat folgende stoffliche Zusammensetzung:

Gewichtsprozent

Natriumoxid (Na₂O) 16,7

Bariumfluorid (BaF₂) 16,5

Aluminiumoxid (Al₂O₃) 29,5

Calciumoxid (CaO) 13,4

Siliciumdioxid (SiO₂) 23,9

Beispiel V-A

Die Anteile an Natriumcarbonat, Bariumfluorid, Aluminiumoxid, Calciumcarbonat und Siliciumdioxid wurden bei dem Beispiel V so geändert, daß die einzelnen Stoffe in der Zusammensetzung nach dem Schmelzvorgang in folgenden bevorzugten Bereichen lagen:

Gewichtsprozent

Natriumoxid 15 bis 38

Bariumfluorid O bis 20

Aluminiumoxid O bis 34

Calciumoxid O bis I 5

Siliciumdioxid Rest

in Der vorstehend angegebene Stoff enthalt SiO₂ und Na.,0 und erinnert an Natriumglas. Das Na₃O und ALO₃ sind in einem Nalriumaluminat gebunden. Has fertiggestellte Material weist vorzugsweise einen SiIiciumgL'hah auf, der erheblich niedriger ist als derjenige des Glases, (das enthält im allgemeinen mindestens 60",, Siliciumdioxid, wobei das Glas mit dem niedrigsten Siliciumgehall, nämlich Flintglas., mindestens 45% Siliciumdioxid enthält, während in dem Material gemäß der Erfindung im allgemeinen weniger als etwa 45% Siliciumdioxid und vorzugsweise nicht mehr als etwa 25% Siliciumdioxid enthalten sind.

Erfindungsgemäß kann an Stelle von Lithium auch Kalium verwendet werden. Eine Kalium-Silicium-Komponente analog der im Beispiel V beschriebenen Natrium-Silicium-Komponente kann dabei Verwendung finden (in allen Fällen ist die z.ur Beschreibung der Stoffkomponente verwendete Nomenklatur willkürlich gewählt, beispielsweise könnte die Kalium-Silicium-Komponente gemäß Beispiel V ebenso als eine Natriumaluminat-, Natrium-Calcium- und dergleichen Komponente bezeichnet werden). Das Silicium (Siliciumdioxid) und Bariumfluorid im Beispiel V dienen als feuchtigkeitssperrende Stoffe.

Die Schweißmittelmenge im Kern oder als Mantelumhüllung einer Elektrode beträgt im allgemeinen etwa 20 Gewichtsprozent des Elektroden-Gesamtgewichtes. Etwa 80% des Elektrodengewichtcs entfällt somit auf den Stahlkern bzw. den Stahlmantel der Elektrode, während die den Elektrodenkern oder die Elektrodenumhüllung bildende Schweißmittelmenge das Restgewicht ausmacht. Der Stahlkern bzw. Stahlmantel besteht normalerweise aus 0,05 bis 0,07% Kohlenstoff, etwa 0,5% Mangan und Eisen als Rest. Der Stahlmantel umfaßt somit etwa 70 bis 90% des Elektroden-Gesamtgewichtes.

Das nachfolgende Beispiel VI bezieht sich auf eine bevorzugte Elektrodenzusammensetzung unter Verwendung einer Lithiumferratkomponente gemäß der Erfindung. An Stelle der in diesem Beispiel vorgesehenen Lithiumkomponente können aber auch andere Alkalikomponenten der erfindungsgemäßer Art verwendet werden.

Be	Schweißmittel	i s ρ i e 1 VI	bevorzugter
			Bereich
Aluminium	Gewichtsprozent der Elektrode	2,0 bis 2,8
Magnesium	bevorzugte	1,8 bis 2,6
Calciumfluorid	Menge	1,75 bis 2,25
Bariumfluorid	2,4	3,5 bis 4,5
Natriumfluorid	2,2	0,2 bis 0,4
Lithiumkomponente	2,0	7,0 bis 9,0
gemäß Beispiel II	4,0
Mangan	0,3	0,2 bis 0,6
Kohlenstoff	8,0	0,035 bis 0,075
Kaliumsiliciumfluorid		0,0 bis 0,2
Stahlmantel	0,4	79 bis 82
0,055
0,1
80,55

Bei dem vorstehenden Beispiel VI und den nachfolgenden Beispielen VIl und VIII ist die Aluminium-, Mangan- und KohlenslolTlcgicrung mit dem Schweißmctall insofern von Bedeutung, als sie diesem wünschenswerte met; lljrgische Eigenschaften verleiht. Alkalimctallkomponcntcn der allgemeinen l-ormcl MaO-Fc₂Or, M₂O-SiO.,, Μ.,Ο · CoO, M₂O-NiO, M₂O ■ Mn₂Or. m"₂O · Al₂O₃ und Μ.,Ο · TK)₂, wobei .v zwischen 1,6 und 3,0 variieren kann und M ein Alkalimetall ist, fallen unter diejenigen Alkalimetallkomponenten, die erfindunusgemüß verwendet weiden können und die einzeln oder in irgendeiner Kombination unmittelbar gegeneinander austauschbar sind. Beispielsweise kann an Stelle der Lilhiiimkompoiieiilc gemäß Beispiel Il die AlkulimcUillkomponciUc nach Beispiel VIl treten. Die genannten Komponenten können in Kombination mit anderen Stoffen feuchligkeitssperrende Stoffe enthalten. Die Stoffkomponcnlen gemäß den Beispielen II und V sind stark oxidierende Mittel. Die anderen Stoffbestandteile der in den Beispielen angegebenen Schweißmittel werden in bekannter Weise als Schlackenmittel verwendet, die zur Einstellung des Schlackenvolumens und des Schlacken-Erstarrungspunktes sowie zur Beeinflussung der Lichtbogeneigcnschaft dienen. Beispielsweise dient das Kaliumsiliciumfluorid zum »Ablöschen« des Lichtbogens, um hierdurch den Spannungsgradienlcn über den Lichtbogen zu erhöhen und damit die Arbeitsleistung in der Schweißzone zu slciaern.

Im Beispiel VlI ist eine bevorzugte Elektrodenzusammensetzung angegeben, die eine Natriumaluminatkomponente enthält.

Beispiel VIII

Bei	Schweißmittel	spiel Vl	I	bevorzugter
		Gewichtsprozent der Elektrode	Bereich
Aluminium	bevorzugte	1,60 bis 2,40
Magnesium	Menge	1,40 bis 2,20
Calciumfluorid	2,0	2,5 bis 4,5
Natriumkomponente	1,8	13,0 bis 17,0
gemäß Beispiel V	3,5
Kohlenstoff	15,12	0,035 bis 0,075
Mangan		0,2 bis 0.6
Stahlmantel	0,055	73,25 bis 76.25
0,4
76,125

Schweißmittel

Gewichtsprozent
der Klcktrode

Aluminium

Magnesium

Calciumlluoiid

Bariumfluorid

Natriumlluorid

Alkali metallkoniponente

Nickel

Kohlenstoff

Kaliumsiliciumfluorid

Stahlmantel

2,0 bis 2,8
1,2 bis 1,8
1,5 bis 2,0
7,0 bis 9,5
0,1 bis 0,4
3,0 bis 5,0
0,3 bis 0,9
0,035 bis 0,075 0,0 bis 0,2
79,0 bis 82,0

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in eine rohrförmige Elektrode aus niedriggekohltem Stahl ein Schweißmittel eingebracht, welches Alkalimeiallkomponenten gemäß der Erfindung enthält, vorzugsweise Lithium-, Natrium- oder Kaliumkomponenten. Eine Rohrelektrode ist zur Einführung der Alkalimetallkomponente in den Lichtbogen besonders geeignet. Das Schweißmittel enthält hierbei außerdem stark reagierende Reduktionsmittel, vorzugsweise in Verbindung mit Aluminium. Außerdem kann es zur Erhöhung seiner Masse Eisenpulver enthalten, so daß das Schweißmittel den Innenraum der hohlen Rohrelektrode vollständig füllt.

Im Beispiel VIII ist eine weitere Zusammensetzung einer bevorzugten Elektrode gemäß der Erfindung wiedergegeben.

Obwohl es an sich möglich ist, der Elektrodenmasse so viel elementares Alkalimetall zuzugeben, daß der Zutritt von Stickstoff zu dem Schweißinctall im wesentlichen ausgeschlossen ist, reicht es aus, die Menge an Alkalimetall nur so groß zu bemessen, daß das Stickstoffsiedcn nur in einem solchen Maße unterdrückt wird, daß der in dem Schweißmetall verbleibende Stickstoffanteil nicht mehr als etwa 0,03 Gewichtsprozent des Schweißmelalls beträgt. Ein Gehalt von etwa 0,2 bis 0,7 Gewichtsprozent an reduzierbarem Lithium, von etwa 0,4 bis 0,9 Gewichtsprozent an reduzierbarem Natrium und etwa 0,5 bis 1,0 Gewichtsprozent an reduzierbarem Kalium oder anteilige Kombinationen des vorhergehenden in der Elektrode hat sich unter den vorherrschenden Lichtbogenbedingungen als ausreichend erweisen, um den Sticksioffanteil in dem Schweißmetall auf einem Wert zu halten, der nicht größer ist als 0,03 Gewichtsprozent. Mit der Bezeichnung »reduzierbares« Metall ist gemeint, daß es sich um ein Metall handelt, welches im Lichtbogen von der Komponente zum reinen Metall reduziert wird. Wenn der Reduktionsvorgang nicht 100% wirksam ist, d.h.,wenn ein Teil der Alkalimetallkomponentc nicht reduziert wird, muß die bz\ der Elektrode verwendete Gesamtmenge im entsprechenden Anteil erhöht werden. Es empfiehlt sich, die Menge der bei einer Elektrode verwendeten Alkalimetallkomponente so einzustellen, daß in der Elektrodenmasse etwa 0,2 bis etwa 1,0 Gewichtsprozent reduzierbares Alkalimetall enthalten ist, was im allgemeinen einem Anteil der Alkalimetallkomponenie in der Elektrodenzusammensetzung von etwa 0,9 bis 10,0 Gewichtsprozent entspricht. Die Menge der erforderlichen Alkalimetallkomponente hängt selbstverständlich von dem Gewichtsanteil des Alkalimetalls und dem Ausmaß, in dem die Komponente zu Alkalimetall reduziert wird, ab.

Eine bevorzugte Elektrodenzusammensetzung gemäß der Erfindung besteht aus einer Mischung (in der nachfolgend angegebenen Anteilen) aus hochreaktionsfähigen Desoxidationsmitteln, Alkalimetall ir einer Zusammensetzung (Komponente), die bei ihre! Lagerhaltung stabil ist, jedoch im Schweißlichtboger mittels gängiger Desoxidationsmittel, wie Aluminium zu elementarem Alkalimetall reduzierbar ist, sowie au: Legierungsmitteln, Eisenpulver und Schlackenmitteln Die nachstehende Tabelle gibt die Mengenanteile eine Elektrode solcher Zusammensetzung wieder, wöbe

15 ' 16

jedoch auch mit abweichenden Mengenanteilen ge- Einfüllen und die Formgebung der hohlen Rohrarbeitet werden kann: elektrode.

Weitere Schlackenstoffe sind Oxide, Silicate, Car-

Gewichtsprozent, _{bonate oder} Mischungen derselben. Die Hauptfunk-

.Definition . ,. ^ n· . ■ ι- ,· r. ■ ι ι

bevorzugier Bereich ^{5 tl0n} dieser Stoffe besteht dann, die Schlackenzusam-

Alkalimetall, erhalten aus der mensetzung, den Schmelzpunkt, die Netzwirkung und

Alkalimetallkomponente 0,2 bis 1,0 die Lichtbogenwirkung und das Schlackenvolumen

Stark reagierende Desoxida- ' ' einzustellen.

tionsmittel 0,5 bis 6,0 ^Zwe· °der mehr Alkalimetallkomponenten gemäß

Halogenide, insgesamt 1,5 bis 15,0 ¹⁰ der Erfindung und zwei oder mehr Desoxidations-

Legierungsmittei, insgesamt .. o'o bis s'o mittel lassen sich bei einer erfindungsgemäßen Elek-

Weitere Schlackenmittel 0,0 bis 5,0 trode zusammen mit anderen herkömmlichen Stoffen

Stahlmantel 70,0 bis 90,0 mischen.

Eisenpulver 0,0 bis 15.0 Für die Erfindung wesentlich ist weiterhin, daß die

15 Alkalimetallkomponenten sich nicht an Ort und Stelle

(Das aus der Zusammensetzung der Stoffkompo- unter der Hitze des Lichtbogens bilden, sondern im nente herrührende Alkalimetall bezieht sich auf die voraus hergestellt und dann dem Elektrodenmaterial stöchiometrische Men^e an Lithium, Natrium, Ka- zugegeben werden. Dies bedeutet, daß das saure oder lium, Rubidium oder Cäsium, welches sich aus der amphotere Metalloxid und etwaige feuchtigkeitsjeweils verwendeten Alkalimetallkomponente gewinnen ²° sperrende Stoffe bei erhöhten Temperaturen mit der läßt, wenn die gesamte vorhandene Alkalimetall- Alkaliverbindung in RcAiion treten, und die sich komponente reduziert wird. Würde der Prozenianteil hierbei bildende Alkaiimetallkomponente wird andes Alkalimetalls in der obigen Tabelle auf die ent- schließend derr. Elektrodenmaterial in dem vorbesprechende Alkalimetalloxidkomponente umgerechnet. stimmten Mengenanteil zugegeben. Die Bildung der so wäre ihr Wert in der obigen Tabelle angenähert ²5 Alkaiimetallkomponente dämpft die hygroskopische fünf- bis zehnmal so groß als der Wert 0,2 bis 1,5. Eigenschaft der Alkaliverbindungen und bietet somit Wenn die Alkalikomponente aus Lithiumferrat oder die Möglichkeit, die Elektrode ohne unzulässig hohe Lithiummanganat besteht, so würde der Gewichts- Wasseraufnahme zu lagern. Das Ausmaß der Bildungsanteil der Alkalikomponente zwischen etwa 3 und 9'„ reaktion der Alkaiimetallkomponente läßt sich undes Elektroden-Gesamteewiehtes lieiien. Lithium- 3° mittelbar bestimmen durch das Ausmaß, um welches titanat und Lithiumaluminat müßten in etwas größeren die hygroskopische Eigenschaft der Alkaliverbindung Mengen verwendet werden, da diese Stoffe sich weniger geschwächt wird. Unter Hygroskopizität ist die Tenwirksam zu elementarem Lithium reduzieren lassen. denz des Materials, Feuchtigkeit aus der Luft zu Es versteht sich, daß die Menge der für die Bildung absorbieren, zu verstehen. Die Bildung der Alkalides erforderlichen Alkalimetalls benötigten Alkali- 35 metailkomponente schwächt, wie erwähnt, die hygrokomponente erhöht werden muß, wenn der Anteil des skopische Eigenschaft der Lithiumkomponenlen selbst Alkalimetalls in der jeweiligen Alkalikomponente ab- dann, wenn eine Verbindung, die vorstehend als nimmt.) " feuchtigkeitssperrender Stoff bezeichnet ist, nicht an-Stark wirksame Desoxidationsmittel sind Alumi- wescnd ist. Die feuchtigkeitssperrenden Stoffe haben nium, Calcium, Cer, Zirkon, Magnesium, Titan, 4° selbst in verhältnismäßig kleinen Mengen eine stark Lithium, Silicium und Kohlenstoff in elementarer ausgeprägte Tendenz, die Hygroskopizität zu verForm, als Legierungen oder als intermetallische Ver- mindern.

bindungen. Die erfindungsgemäß verwendete Alkalimetallkom-Die seltenen Erden (d.h. die Elemente der Atom- ponente ist weit besser lagerungsfähig als ihre einzelnen zahlen 57 bis 71) sind ebenfalls gute Desoxidations- 45 Bestandteile. Wie erwähnt, wird sie im Lichtbogen zu mittel, jedoch im allgemeinen teuer und daher aus elementarem Alkalimetall reduzier:. Be' der Herstelwirtschaftlichen Gründen weniger zweckmäßig. lung der Stoffkomponenten wird die Stoffmischung Bevorzugt zur Anwendung kommt ein Aluminium- auf eine solche Temperatur (mindestens 900⁰C und Desoxidationssystem, vorzugsweise ein Aluminium- vorzugsweise 1010⁰C) und über eine solch lange Zeit-Magnesium-Desoxidationssystem, da eine Überschuß- 50 spanne hinweg (mindestens 1 Stunde bzw. bis zum menge an Aluminium (etwa 0,5% und nicht mehr als Schmelzen des Stoffes) erhitzt, daß sich der Misch-1,0%) im Schweißmetall dessen metallurgische Eigen- stoffverbund einstellt. Lithiumkomponenten lassen schäften nicht nachteilig beeinflußt und die Oxide sich dadurch herstellen, daß die Mischung bei Tempe-(oder Fluoride) des Aluminiums und Magnesiums, raturen zwischen 900 und 1010 C, vorzugsweise bei die sich bei der Reduktion der Alkalimetallkompo- 55 der letztgenannten Temperatur bis zu 12 Stunden lang, nente zu elementarem Alkalimetall bilden, in die vorzugsweise über 1 Stunde hinweg, erhitzt wird. Bei Schlacke gehen und dieser wünschenswerte Eigen- der Herstellung von Natriumkomponenlen wird die schäften verleihen. Die Halogenide beziehen sich auf Mischung bei einer Temperatur von 1205 bis 1450^cC, metallische Halogenide, vorzugsweise Alkalimetall- vorzugsweise bei 1320°C, bis zum Schmelzen erhitzt, fluoride, Erdalkalifluoride und Aluminiumfluoride, 60 Es lassen sich auch weniger stabile, stärker hygroobwohl auch andere metallische Halogenide nicht skopische Alkalimetallverbindungen so behandeln, daß ausgeschlossen sind. durch Bildung der Alkaiimetallkomponente ihre Hy-Die Legierungsmittel und das Eisenpulver sind groskopizität vermindert wird. Die Umwandlung der Stoffe, die beim Schweißvorgang Bestandteil des Komponenten zu dem Grundmetall erfolgt in der Schweißmetalls werden. Diese Stoffe werden züge- 65 Lichtbogenhitze unter Einwirkung von Reduktionsgeben, um die Eigenschaften des Schweißmetalls in mitteln, welche die Alkalimetallkomponenten redubestimmter Weise einzustellen. Das Eisenpulver dient zieren. Es hat sich gezeigt, daß in diesem Fall selbst als Streckmittel für die Kernfüllung und erleichtert das die schweren Alkalimetalle dieselbe Funktion wie Li-

thivin erfüllen, nämlich den Stickstoff von dem Lichtbogen fernhalten. Linter die Bezeichnung »schwere Alkalimetalle« fallen sämtliche Alkalimetalle mit Ausnahme des Lithiums.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß das Reduktionsmittel hinreichend »aktiv« ist. Beispielsweise werden einige schwere Alkalimetallverbindungen von Reduktiorsmitteln reduziert, die nicht geeignet sind, andere schwere Alkalimetallverbindungen zu reduzieren. Aluminium und Titan sind z. B. nicht ausreichend »aktiv», um Natrium-, Lithium- oder Kaliumfluorid zu reduzieren. Aluminium ist allerdings in der Lage, schwere Alkaüsiliciumfluoride zu reduzieren.

Für schwere Alkalimetallfluoride, die als ungebundene Stoffe vorliegen, eignen sich als Reduktionsmittel in besonderem Maße Aluminium, Magnesium, Calcium, Koh'enstoff und die seltenen Erden.

Von den verschiedenen schweren Alkalimetallverbindungen sind die Oxide, Fluoride, Siliciumfluoride und Silicate allgemein verfügbar; sie lassen sich daher erfindungsgemäß als schwere Alkalimetallverbindungen verwenden. Im folgenden ist ein Beispiel für eine Schweißelektrode angegeben, bei der Kaliumsiliciumfluorid als schwere Alkalimeiallverbindung und Aluminium als Reduktionsmittel verwendet werden:

Gewichtsprozent

Magnesium 0,0 bis 1,5

Aluminium 2,5 bis 3,5

Calciumfluorid 7.6 bis 9,6

Kaliumsiliciumfluorid 1,5 bis 2,5

Hammerschlag (Eisenoxide) .. 4,5 bis 7,5

Man«an 0,2 bis 0,6

Stahlmantel 78,5 bis 81,5

Claims

1 2

triumfluorid, Bariumfluorid und Calciumfluorid

Patentansprüche: enthält.

10. Schweißelektrode nach einem der An-

1. Schweißelektrode zum Lichtbogenschweißen Sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Schutz der Schweißstelle gegenüber Stickstoff- 5 als Oxidverbindung vorhandene Alkalimetall in zuiritt aus der Luft durch Alkaürnetalldämpfe, bc- einer Menge von 0,2 bis etwa 1,5 Gewichtsprozent, stehend aus einem Stahlmantel oder einer Stahl- vorzugsweise 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent, an reduseele und Schweißmittel als Kernfüllung des Man- zierbarem Alkalimetall vorhanden ist, insbesondere tels bzw. Umhüllung der Seele, wobei das Schweiß- in einer Menge von 0,2 bis 0,7 Gewichtsprozent an mittel mindestens eine die Alkalimetalldämpfe io reduzierbarem Lithium oder 0,4 bis 0,9 Gewichtsunter der Lichtbogenhitze bildende Alkalimetall- prozent an reduzierbarem Natrium oder 0,5 bis komponente enthält, dadurch gekenn- 1,0 Gewichtsprozent an reduzierbarem Kalium, zeichnet, daß die dem Schweißmittel zu- 11. Schweißelektrode nach einem d.-.r Angesetzte vorgefertigte Alkalimetallkomponente aus Sprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende dem Reaktionsprodukt mindestens eines mit min- 15 Stoffzusammensetzung (in Gewichtsprozent des destens einer sauren oder amphoteren Metall- Gesamtgewichts):

verbindung hergestellten Alkalimetalloxids besteht Reduzierbares Alkalimetall und zusammen mit einem sie in der Lichtbogen- (enthalten in der Alkalihitze zu elementarem Alkalimetall reduzierenden metallkomponenle) 0,2 bis 1,5

Reduktionsmittel in einer solchen Menge Jm 20 Reduktionsmittel 0,5 bis 6,0

Schweißmittel vorhanden ist, daß der Stickstoff- Halogenide 1,5 bis 15,0

gehalt des Schweißmetalls nicht mehr als etwa Eisenpulver o[o bis 15,0

0,03% des Schweißmetallgewichts beträgt. Stahlmantel 700 bis 90,0

2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch Weitere Schlackenbildner.. 0,0 bis 5,0 gekennzeichnet, daß die Alkalimetallkomponente 25 Leaierungsmittel, insgesamt 0,0 bis 5,0 aus mindestens einer Oxidverbindung der Formel

M₂O-Fe₂O.r, M,O-SiO„ M₂O-Al₂O₃, M₂O" 12. Schweißelektrode nach einem der An-

CoO, M₂O · NiO~ M₂O -"M₂O₁, M₂O · TiO₂ be- sprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als

steht, wobei M das Alkalimetall und χ eine Zahl Halogenid Calcium- und/oder Bariumfluorid vor-

zwischen 1,6 und 3,0 bedeutet. 3° handen ist.

3. Schweißelektrode nach Anspruch 1 oder 2, 13. Schweißelektrode nach einem der Andadurch gekennzeichnet, daß die sauren bzw. sprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch folgende amphoteren Metallverbindungen aus Metalloxiden angenäherte Zusammensetzung (in Gewichtsprobestehen, zent des Elektroden-Gesamtgewichts):

4. Schweißelektrode nach Anspruch 3, dadurch 35 Aluminium 2 0 bis 2 8 gekennzeichnet, daß die Metalloxide aus min- Magnesium ........... 1$ bis 2^6

destens einem Metalloxid der Gruppe Eisenoxid, Calciumfluorid 1,75 bis 2.25

Manganoxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Nik- Bariumfluorid 3^5 bis 4,5

keloxid, Titanoxid, Kobaltoxid bestehen. Natriumfluorid "".'.'.". C)',2 bis θ',4

5. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 40 Alkalimetallkomponente, bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Alkali- vorzugsweise Lithiummetallkomponente in einer Menge von etwa 0,9 Oxidverbindung . 7,0 bis 9,0 bis 10% des Elektroden-Gesamtgewichts vor- Mangan 0,2 bis 0,6 handen ist. Kohlenstoff".'.""""! 0^035 bis 0,075

6. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 45 Kaliumsiliciumfluorid .. 0,0 bis 0,2

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduk- Stahlmantel 79,0 bis 82,0

tionsmittel in einer Menge von etwa 0,5 bis 6,0%

des Elektroden-Gesamtgewichts vorhanden ist. 14. Schweißelektrode nach Anspruch 13, da-

7. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 durch gekennzeichnet, daß eine Lithium-Oxidbis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduk- 5° verbindung der folgenden Zusammensetzung (in tionsmittel aus mindestens einem der folgenden Gewichtsprozent des Elektroden-Gesamtgewichts) Reduktionsmittel ausgewählt ist: Aluminium, Ma- vorhanden ist:

gnesium, Calcium, Lithium, Cer, Zirkon, Silicium,

Titan, Kohlenstoff einschließlich Legierungen oder Lithiumoxid 10,0 bis 18,0

intermetallische Verbindungen derselben. 55 Siliciumdioxid 10,0 bis 28,0

8. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 Calciumoxid 0,0 bis 20,0

bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduk- Eisenoxid Rest

tionsmittel mindestens ein Desoxidationsmittel aus

der Gruppe folgender Stoffe enthält: Aluminium, 15. Schweißelektrode nach Anspruch 13 oder 14, Magnesium einschließlich Legierungen und inter- ⁶° dadurch gekennzeichnet, daß eine Lithium-Oxidmetallische Verbindungen derselben sowie seltene verbindung folgender Zusammensetzung (in GeErden, wichtsprozent des Elektroden-Gesamtgewichts) vor-

9. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 handen ist: bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens

eine Alkalimetallkomponente mindestens einen ⁶5 Lithiumoxid 13,6

Stoff mit feuchtigkeitssperrender Eigenschaft aus Siliciumdioxid 13,6

der Gruppe Calciumoxid, Siliciumdioxid, Magne- Calciumoxid 13,6

siumoxid. Aluminiumoxid, Lithiumfiuorid, Na- Eisenoxid 59,2

22

16. Schweißelekirode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent des Elektroden-Gesamtgewichts) :

Aluminium 1,7 bis 2,2

Magnesium 1,2 bis 1,8

Caieiumftuorid 1,0 bis 2,0

Bariumfluorid 7,0 bis 9,5

Natriumfluorid 0,1 bis 0,4

Nickel 0,3 bis 0,9

Alkalimetallkomponente 3,0 bis 5,0

Kohlenstoff 0,035 bis 0,075

Kaliumsiliciumfluorid .. 0,0 bis 0,2

Stahlmantei 79,0 bis 82,0