DE2222275B2 - Schweißelektrode zum Lichtbogenschweißen - Google Patents
Schweißelektrode zum LichtbogenschweißenInfo
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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
275
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
509582/340
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:
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 (Fe2Ox) 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.
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 · Fe2Ox
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
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.)
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.)
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
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
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
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 1450cC,
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)
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
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