DE2222275C3

DE2222275C3 -

Info

Publication number: DE2222275C3
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: 1981-02-26
Also published as: GB1396892A; JPS6225479B1; SE407670B; FR2139865A1; IT958580B; NL7206154A; FR2139865B1; DE2222275B2; BR7202829D0; AU4174072A; SE407670C; CA989282A; DE2222275A1; US3767891A

Description

rem ein Erdalkalicarbonat, insbesondere Calciuracarbonat, 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 Scbweißschlacke zu erhalten (DE-OS 20 38 524).

Weiterhin ist eine Kernelektrode bekannt, die in ihrem Schweißmittel neben Aluminium als Reduktionsmittel und neben Legierungsbestandteilen Litbiumcarbonat enthält (US-PS 34 88 469). Wird das Lithiumcarbonat in ausreichenden Mengen in den Lichtbogen eingefülirt, 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 geradezu 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 Unteibrechung des Lichtbogens führen.

Es ist auch seit langem bekannt, dem Schweißmittel eine Lithiumkomponente, z. B. eine Calcium-Lithium-Legierung, zuzusetzen, um im Schweißbetrieb die Schweißstelle durch die sich bildenden Lithiumdämpfe gegen Luftzutritt zu schützen (US-PS 20 62 457). Schließlich sind auch Schweißmittel für das Lichtbogenschweißen mit oder ohne Schutzgas der eingangs genannten Art bekannt, welche unter anderem feuchtigkeitssperrende Komponenten und Alkalimetalloxide und/oder Erdalkalimetalloxide, ferner Stabilisierungsverbindungen, bestehend aus Fluoriden, Silicofluoriden oder Fluoraluminat, sowie wahlweise auch saure oder neutrale Metalloxide, z. B. die Oxide des Siliciums, Aluminiums, Titans, Zirkons, enthalten (DE-OS 19 35 307). Die Alkalioder ErdalkaJimetalloxide dienen hier nicht der Unterdrückung des Ftickstoffsiedens durch Bildung einer Schutzdampfatmosphäre, sondern vielmehr zum Stabilisieren dec Lichtbogens sowie als Schlakkenbildner und in diesem Zusammenhang zur Schlackenabdeckung des Schweißbades gegenüber dem atmosphärischen Sauer- und Stickstoff. Mit den Stabilisierungsverbindungen soll die H>groskopizität des Schweißmittels vermindert werden. Die Alkalioder Erdalkalimetalloxide werden mit den Stabilisierungsverbindungen und gegebenenfalls auch mit den sauren oder neutralen Oxiden zusammengeschmolzen und als Schmelzmasse bzw. Fritte eingesetzt.

Um festzustellen, ob auch andere Lithiumverbindungen für «lic Bildung einer Lithium-Schutzdampfatmosphäre eingesetzt werden können, sind eingehende Versuche durchgeführt worden, wobei vor allem bimetialiischc Lithiumsilicate, Lithiumfluorid oder Lithiumsilien!·: zusammen mit reduzierenden Stoffen verwendet wurden, die die Lithiumverbindungen in der Lichtbogenhitze zu elementarem Lithium reduzieren. Während Lithiumsilicate sich mit Magnesium, Aluminium oder Silicium reduzieren lassen, erfordert das bevorzugt zum Einsatz kommende Lithiumfluorid Calcium als Reduktionsmittel.

Da Calcium aber mit der Luftfeuchtigkeit reagiert, wird es mit Aluminium und Magnesium in der Form von luft- und lagerbeständigen intermetallischen Verbindungen oder Legierungen hergestellt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Elektroden, die im

ίο 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, da das Calcium mit der Luftfeuchtigkeit heftig reagiert. Dieser schwerwiegende Nachteil des als Reduktionsmittel verwendeten elementar'»'¹ Calciums sowie die Schwierigkeiten hinsichtlich de Herstellung und der genauen Einhaltung der Mengenanteile lassen 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, eine Schweiße'ektrode der eingangs genannten Art, die zur Unterdrückung des Stickstoffsiedens in der Lichtbogen-

hitze elementares Alkalimetall freisetzt, ohne daß hierzu unbedingt metallisches Calcium oder andere stark reagierende Reduktionsmittel benötigt werden, so auszubilden, daß bei guter Luft- und Feuchtigkeitsbeständigkeit und daher guter Lagerfähigkeit

der Schweißelektrode sich porenfreie Schweißnähte hoher Qualität, insbesondere hoher Schlag-, Streck- und Zugfestigkeit, erzielen lassen, ohne daß übergroße Mengen an Desoxidationsmitteln dem Schweißmetall zugeführt werden müssen.

Mit der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Schutz der Schweißstelle gegenüber Stickstoffzutritt aus der Luft durch Alkalimetalldämpfe und zur Begrenzung des St; :kstoffgehaltes des Schweißmetalls auf nicht nHir als 0,03 ⁰Zo des Schweißmetallgewichtes die synthetisch vorgefertigte Alkalimetallkomponente, die aus mindestens einer Oxidverbindung der Formel M₂O Fe₂O₁, M₂O SiO₂, MjOAI₂O,, M₂O CoO, M₂O NiO, M₂O M₂O₁, M₂O TiO₂ besteht, wobei M das Alkalimetall und _x

μ eine Zahl zwischen 1,6 und 3,0 bedeutet, in Form des Reaktionsproduktes aus mindestens einem Alkalimetalloxid unci mindestens einem sauren oder ainphoteren Metalloxid in einer Menge von 0,9 bis lO°o des Elektroden-Gesamtgewichtes in dem Schweißmittel enthalten ist, und daß das Reduktionsmittel mindestens ein Desoxidationsmittel aus der Gruppe folgender Stoffe enthält: Aluminium, Magnesium einschließlich Legierungen und intermetallische Verbindungen derselben sowie Seltene Erden, wobei

f>o es in einer Menge von 0,5 bis 6,0 % des Elektroden-Gesamtgewichtes vorhanden ist, und daß die Alkalimetallkomponente mindestens einen Stoff mit feuchtigkeitssperrender Eigenschaft aus der Gruppe Calciumoxid, Silic^:!imdioxid, Magnesiumoxid, Alumini-

b5 umoxid, Lithiumfluorid, Natriumfluorid, Bariumfluorid, Calciumfluorid enthält.

Die erfindungsgemäße Schweißelektrode weist also im Schweißmittel neben den üblichen Bestandteilen,

wie Schlackenbildnern und etwaigen Legierungsmitteln, mindestens eine synthetisch vorgefertigte Alkalimetallkomponente der genannten Art auf, die mindestens ein Alkalimetalloxid in der Verbindung mit mindestens einem sauren oder amphoteren Metalloxid enthält. Die dabei vorliegenden Verbindungen bzw. Komplexe dieser Stoffe 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 neben dem bevorzugt zur Anwendung kommenden Lithium auch Kalium und Natrium sowie die weiteren Alkalimetalle, wie Cäsium und Rubidium, zur Unterdrükkung des Stickstoffsiedens wirksam einsetzen lassen.

Die bei der erfindungsgemäßen Schweißelektrode verwendeten Alkalimetallverbindungen oder -komplexe werden als »Alkalimetallkomponente« bezeichnet, wobei dieser Begriff die verschiedenen Alkalimetallferrate, -silicate, -manganate, -aluminate und ähnliche Verbindungen sowie Quasiverbindungen und mineralartige 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 Li₂Fe₅O, oder als mineralartiger Komplex eines Lithiumoxids und eines Eisenoxids in festem Verhältnis Li₂O-FeO_x vorliegt (der Sauerstoffgehalt der Zusammensetzung kann über einen weiten Bereich schwanken, ohne die kritischen Eigenschaften der Zusammensetzung zu beeinflussen).

Das sich aus der vorgefertigten Alkalimetallkomponente in der Lichtbogenhitze unter Einwirkung des Reduktionsmittels bildende dampfförmige Alkalimetall llt?t<»l-»4ri»oL·* rt>Io «noöknt Air- Ctl^lr«· * r\ft *■'*** A t>t%

und bewirkt damit ein porenfreies Schweißmetall guter mechanischer Eigenschaften. Die sauren oder amphoteren Metallverbindungen, die sich mit Alkalimetallverbindungen kombinieren lassen, um eine geeignete Alkalimetallkomponente zu erhalten, bestehen vorzugsweise aus Metalloxiden, insbesondere aus mindestens einem Metalloxid der Gruppe Eisenoxid, Manganoxid. Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Nickeloxid. Titanoxid, Kobaltoxid. Andererseits können aber auch andere Metallverbindungen mit ähnlichen acidischen oder amphoteren Eigenschaften verwendet werden. Auf Grund des vergleichsweise hohen Preises sind Nickel- und Kobaltoxide weniger geeignet. Aluminiumoxid bildet mit Alkalioxiden eine Alkalikomponente, die sich zwar verwenden läßt, die jedoch im Lichtbogen schwerer als andere Metalloxidkomponenten zu elementarem Metall reduziert wird.

Die Bestandteile der Alkalimetallkomponente, nämlich 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

τ 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.

m 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 geringere Beständigkeit aufweisen

π und daher die Schweißelektroden entweder bald nach ihrer Herstellung verwendet oder luftdicht abgepackt werden müssen.

Die vorgenannten feuchtigkeitssparenden Stoffe fördern die Beständigkeit der Alkalimetallkomponente gegenüber Luftfeuchtigkeit.

Alkalimetallkomponenten auf Lithiumbasis lassen sich 7. B. dadurch herstellen, daß eine Lithiumverbindung. vorzugsweise Lithiumcarbonat, mit FJsenoxid und zusammen mit Siliciumdioxid und anderen weiter unten angegebenen Stoffbestandteilen gemischt wird. Die Mischung wird dann auf eine Temperatur zwischen 900 und IViO C erhitzt, wodurch ein Stoffgemisch als Alkalimetallkomponente erhalten wird, welches Lithiumoxid (vermutlich in der Zusammensetzung Li₂O · FeOi) enthält, in dem die übrigen Bestandteile in fester Lösung sind. Der Anteil, in dein 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 Liihiummetallen durch das Aluminium oder

Metall reduziert wird). Wenn andererseits der Anteil des Lithiums gegenüber dem Silicium zu groß ist, so ist das Schweißmittel unerwünscht empfindlich gegen

•»5 Feuchtigkeitsaufnahme, ungeachtet der Tatsache, daß das Lithiumoxid in der Lithiumferratkomponente gebunden ist.

Magnesiumoxid, welches normalerweise die Probleme hinsichtlich der Feuchtigkeitsaufnahme ^v-.rstärkt, 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 Alkaümetallkomporjente 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 ge-

9 10

wünschten Weise einzustellen und die gewünschte Der Sauerstoffgehalt der Zusammensetzung schwankt durchgreifende Reduzierung des Alkalimetalloxids zu je nach Herstellungsbedingungen. Der Gesamtsauerelementarem Alkalimetall zu erreichen. stoffgehalt in den analysierten Proben schwankte zwi-Wie weiter oben schon angedeutet, können die sehen etwa 30,9 Gewichtsprozent und etwa 37,6 Ge-Alkalimetallkomponenten zusammen mit mindestens 5 wichtsprozent. Bei 34,7 Gewichtsprozent Sauerstoff einigen der anderen Stoffbestandteile des fertigen wird das Lithiumferrat (LiFeO₂) gebildet. Ein breiterer Schweißmittels oder ihrer Ausgangsstoffe hergestellt Bereich des Sauerstoffgehalts ist möglich, ohne die >/rden. Beispielsweise ist es möglich, die zur Her- Empfindlichkeit der Zusammensetzung gegenüber stellung der Alkalimetallkomponente verwendete Al- Feuchtigkeitsaufnahme unerwünscht zu ändern,
kalimetallverbindung und die saure oder amphotere io B e i s ρ i e 1 II
Metallverbindung sowie gegebenenfalls einen feuch-

tigkeitssperrenden Stoff der genannten Art mit einem Eine Mischung folgender Stoffe wird hergestellt:

Schlackenbildner und mit Legierungsmitteln, die in Gewichtsprozent

das Schweißmetall eingehen und diesem bestimmte Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) 25,5

metallurgische Eigenschaften verleihen, oder mit Aus- 15 Hammerschlag (Eisenoxide) 45,2

gangsstoffen dieser letztgenannten Mittel zu kombi- Siliciumdioxid (SiO₂) 10 4

nieren. Die kombinierten Stoffe werden dann als Calciumcarbonat (CaCO₃) 18,9

Mischung erhitzt, um die Alkalimetallkomponente zu

erhalten. Beispielsweise kann der Mischung Calcium- Die Mischung wird in cii:cm Ofen, dessen fviaximai-

carbonat als Ausgangsstoff zugeführt werden, welches 20 temperatur 1010°C beträgt, über eine Dauer von einer

bei der Erhitzung zu einem feuchtigkeitssperrenden Stunde erhitzt. Dabei ergibt sich eine Alkalimetall-

Calciumoxid zersetzt wird. Einige der verschiedenen komponente folgender Zusammensetzung:

Stoffe können Doppelfunktionen erfüllen. Die Reduk- Gewichtsprozent

tionsmittel oder ein Teil derselben können zur Reduk- , .... -a rr ■ n\ -<i a

■ »η γ > in . ι . Lithiumoxid (Li₂O) ι3,ο

tion der Alkalimetallkomponente zu elementarem 25 c-i.v:.._m r .-λ fi:r\ \ 11«

..,...., , 1 · , 1 r-. · 1 ■ · . 1 Siliciumdioxid (SiO,) 13,6

Alkalimetall und zugleich als Desoxidationsmittel ^ 1 ·. „■ 1 m m nt

,. _... . ι· · 1 1 f ι. · 1 ■ j ο tr Calciumoxid (CaO) 13,6

dienen. Siliciumdioxid als feuchtigkeitssperrender Stoff Eisenoxid (Fe O ) 59 2

wird zumindest teilweise zu Silicium reduziert und geht ² '

eine legierung mit dem Schweißmetall ein, während (Der Durchschnittswert von »x« liegt zwischen etwa

Calciumoxid, ebenfalls ein feuchtigkeitssperrender 30 1,6 und 3,0.)

otoff, in das Schlackensystem eingeht und hier eine Beispiel II-A

nützliche Komponente der Schlacke bildet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung er- Die Mengenanteile der im Beispiel II angegebenen geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Stoffe Li₂CO₃, Hammerschlag, SiO₂ und CaCO₃ den in diesem Zusammenhang aufgeführten Ausfüh- 35 werden so variiert, daß nach Erhitzung der Mischung rungsbeispielen, bei denen Kern- oder Seelenelektroden eine Alkalimetallkomponente folgender stofflicher Zuvorgesehen sind, die als Kernfüllung das Schweißmittel sammensetzung vorliegt:
enthalten. Die Bezeichnung »Stahlmantel« bezieht sich Gewichtsprozent

auf die Stahlelektrode, gleichgültig, ob diese die Form Lithiumoxid (Li₂O) 10 bis 18

eines Stahlrohres oder einer massiven Stange hat. Alle «o Siliciumdioxid (SiO₂) 10 bis 28

Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent Calciumoxid (CaO) O bis 20

dpi FlpUtrndpn-nfsamtopiuirhlpc R<m ·>\\ρη Rpicniplpn r: :j /rr- r\ \ :;„,·

o· ------- — - - ....-.- .-.--j-.-.- ■ ijijvtiwAiu \ ι ^2*~fx/ ............. IxCSU

wird Hammerschlag vereinfacht als »Eisenoxide« angegeben, da seine Zusammensetzung je nach seinen (^Der Durchschnittswert der Zahl χ liegt zwischen Herstellungsbedingungen unterschiedlich ist und hau- « ^etwa L^{6 und 3}A)

fig elementare Eisenpartikeln mit Oxidoberfläche ein- ^Dle Rontgenbeugungsanalyse der Lithiumferrat-

schließt. komponente zeigt für Li₂O · FeO ausgeprägte Linien.

Das folgende Beispiel I bezieht sich auf eine aus Andererseits ergibt die Sauerstoffanalyse, diß die Zu-

Lithiumferrat bestehende Alkalimetallkomponente: sammensetzung über einen weiten Sauerstoffniveau-

50 bereich schwanken kann, ohne daß ihre Empfindlich-

n · 'eil ^^tli ^ln ^^czuß ^au^ Feuchtigkeitsaufnahme ungünstig

P' beeinflußt wird. Die Linien für die einzelnen Stoff-

Eine Mischung folgender Stoffe wird hergestellt: bestandteile sind nicht vorhanden, woraus zu entnehmen ist, daß das Siliciumdioxid und das Calcium-

, . .. . ,. „ cew,cmsprozent ^ _{Qxid mk der L}j_thi_urnf_erratkomponente Li,O · Fe₂O_x

Lith.umcarbonat (L₁₂CO₃) 33,5 chemisch verkettet sind.

Hammerschlag (E.senox.de) 66,5 _{wie er}wähnt, können neben den Eisencxiden auch

Die Mischung wird in einem Ofen bei einer Maximal- ^{andere Oxide} verwendet werden. In den Beispielen III

temperatur von 1010 C über eine Zeitspanne von ^u"d IV ist Manganoxid bzw. Nickeloxid als Beispiel

einer Stunde erhitzt. Dabei ergibt sich folgende Stoff- ^b0 angegeben. Es können aber auch Titandioxid, Silicium-

zusammensetzung: dioxid, Aluminiumoxid und Kobaltoxid verwendet

werden.

Gewichtsprozent Zufriedenstellende Ergebnisse wurden auch für den

Lithiumoxid (Li₂O) 15,8 Fall erzielt, daß an Stelle von Lithium Natrium verEisenoxid (Fe₂Ox) 84,2 65 wendet wird, wie dies im Beispiel V angegeben ist.

Beispiel III

(Der Durchschnittswert von ».v« ließt zwischen etwa

1,6 und 3,0.) " Ei wurde eine Mischung folgender Stoffe hergestellt:

IO

15

Gewichtsprozent

Lkhiumcarbonat (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 Ofen mit einer Maximaltemperatur von 1010^cC bei einer Stunde Verweilzeit erhitzt. Dabei ergab sich ein Stoff folgender Zusammensetzung:

Gewichtsprozent

Lithiumoxid (Li₂O) 13,6

Siliciumdioxid (SiO₂) 13,6

Calciumoxid (CaO) 13,6

Eisenoxid (Fe₂O₁) 52,0

Manganoxid (Mn₂O₃;) 7,2

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

(Der Durchschnittswert λ: 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 (Mn₂O_x) 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 χ 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 _M

Aluminiumoxid (AI₂O₃) 24,0

Calciumcarbonat (CaCO₃) 19,5

Siliciumdioxid (SiO,) 19,5

Die Mischung wird in einem geeigneten Behälter bei einer Temperatur von etwa 1320⁰C 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

35 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 Schmeizvorgang in folgenden bevorzugten Bereichen lagen:

Gewichtsprozent

Natriumoxid 15 bis 38

Bariumfluorid O bis 20

Aluminiumoxid O bis 34

Calciumoxid O bis 15

Siliciumdioxid Rest

Der vorstehend angegebene Stoff enthält SiO₂ und Na₂O und erinnert an Natriumglas. Das Na₂O und Al₂O₃ sind in einem Natriumaluminat gebunden. Das fertiggestellte Material weist vorzugsweise einen SiIiciumgehalt auf, der erheblich niedriger ist als derjenige des Glases. Glas enthält im allgemeinen mindestens 60% Siliciumdioxid, wobei das Glas mit dem niedrigsten Siliciumgehalt, 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 Kaliu.n-Silicium-

45

τ . ι j„_ :_

-K¹" ■

Natrium-Silicium-Komponente kann dabei Verwendung finden (in allen Fällen ist die zur 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 Gewichtspro ient des Elektroden-Gesamtgewichtes. Etwa 80% des Elektrodengewichtes entfällt somit auf den Stahlkern bzw. den Stahlmantel der Elektrode, während die den Elektrodenkerii 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 Lithiumferratkömponente gemäß der Erfindung. An Stelle der in diesem Beispiel vorgesehenen Lithiumkomponente können aber auch

andere Alkalikomponenten der erfindungsgemäßen Art verwendet werden.

B e i s ρ i e 1 VI

Schweißmittel

Gewichtsprozent der Elektrode
bevorzugte bevorzugter
Menge Bereich

Aluminium	2,4	2,0 bis 2,8
Magnesium	2,2	1,8 bis 2,6
Calciumfluorid	2,0	1,75 bis 2,25
Bariumfluorid	4,0	3,5 bis 4,5
Natriumfluorid	0,3	0,2 bis 0,4
Lithiumkomponente	8,0	7,0 bis 9,0
gemäß Beispiel II
Mangan	0,4	0,2 bis 0,6
Kohlenstoff	0,055	0,035 bis 0,075
Kaliumsiliciumfluorid	0,1	0,0 bis 0,2
Stahlmantel	80.55	79 bis 82

Bei df τι vorstehenden Beispiel VI and den nachfolgenden Beispielen VII und VIII ist die Aluminium-, Mangan- und Kohlenstofflegierung mit dem Schweißmetall insofern von Bedeutung, als sie diesem wünschenswerte meulljrgische Eigenschaften verleiht. Alkalimetallkomponenten der allgemeinen Formel M₂O · Fe₂O_x, M₂O · SiO₂, M₂O · CoO, M₂O · NiO, M₂O · Mn₂Oj-, M₂O ■ Al₂O₃ und M₂O · TiO₂, wobei .v zwischen 1,6 und 3,0 variieren kann und M ein Alkalimetall ist, fallen unter diejenigen Alkalimetailkomponenten, die erfindungsgemäß verwendet werden können und die einzeln oder in irgendeiner Kombination unmittelbar gegeneinander austauschbar sind. Beispielsweise kann an Stelle der Lithiumkomponente gemäß Beispiel II die Alkalimetalikomponenle nach Beispiel VII treten. Die genannten Komponenten können in Kombination mit anderen Stoffen feuchtigkeitssperrende Stoffe enthalten. Die Stoffkomponenten gemäß den Beispielen II und V sind stark oxidierende Mittel. Die anderen Stoffbestandteile der in den Beispielen angegebenen Schweißmittel werden in bekannter Weise als Schlacken mittel verwendet, die zur Einstellung des Schiackenvoiumens und des Schlacken-Erstarrungspunktes sowie zur Beeinflussung der Lichtbogeneigenschaft dienen. Beispielsweise dient das Kaliumsiliciumfluorid zum »Ablöschen« des Lichtbogens, um hierdurch den Spannungsgradienten über den Lichtbogen zu erhöhen und damit die Arbeitsleistung in der Schweißzone zu steigern.

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

Be	Schweißmittel	i s ρ i e 1 VI	[	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

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in eine rohrförmige Elektrode aus niedriggekohltem Stahl ein Schweißmittel eingebracht, welches Alkalimelallkomponenten gemäß der Erfindung enthält, vorzugsweise Lithium-, Natrium- oder Kaliumkomponenten. Eine Rohrelektrode ist ?ur Einführung der Alkalimetallkomponente in den Lichtbogen besonders geeignet. Das Schweißmittel entliüh hierbei außerdem stark reagierende Reduktionsmittel,

ίο vorzugsweise in Verbindung mit Aluminium. Außerdem kann es zur Erhöhung seiner Masse Eisenpulver enthalten, so daß das Schweißmittel den Innenrauin der hohlen Rohrelektrode vollständig füllt.

Im Beispiel VIII ist eine weitere Zusammensetzung

einer bevorzugten Elektrode gemäß der Erfindung wiedergegeben.

Beispiel VIII

Schweißmittel

Gewichtsprozent
der Hlektrode

Aluminium
Magnesium

Calciumfluorid

Bariumfluorid

Natriumfluorid

Alkalimetallkomponente
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

Obwohl es an sich möglich ist, der Elektrodenmasse so viel elementares Alkalimetall zuzugeben, daß der Zutritt von Stickstoff zu dem Schweißinetall im wesentlichen ausgeschlossen ist, reicht es aus, die Menge an Alkalimetall nur so groß zu bemessen, daß das Siickstoffsieden nur in einem solchen Malie unterdrückt wird, daß der in dem SchweißmeuM verbleibende Stickstoffanteil nicht mehr als etwa 0,03 Gewichtsprozent des Schweißmetalls 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 Stickstoffanteil 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 Alkalimetallkomponente nicht reduziert wird, muß die b;i der Elektrode verwendete Gesamtmenge im entsprechenden Anteil erhöht werden. Es empfiehlt sich, die Menge der bei einer Elektrode verwendeten Alkalimetalikomponente so einzustellen, daß in der Elektrodenmasse etwa 0,2 bis etwa 1,0 Gewichtsprozent reduzierbares Alkalimetall enthalten ist, was im allgemeinen einem Anteil der Alkalimetallkomponente in der Elektrodenzusammensetzune von etwa 0.9 his 10.0 Ciewic!ht<:ni-r>7Pnt

15 16

entspricht. Die Menge der erforderlichen Alkali- schäften nicht nachteilig beeinflußt aod die Oxide metailkomponente hängt selbstverständlich von dem (oder Fluoride) des Aluminiums und Magnesiums, Gewichtsanteil des Alkalimetalle und dem Ausmaß, die sich bei der Reduktion der Alkalimetallkompo in dem die Komponente zu Alkalimetall reduziert nente zu elementarem Alkalimetall bilden, in die wird, ab. 5 Schlacke gehen und dieser wünschenswerte Eigen-

Eine bevorzugte Elektrodenzusammensetzung ge- schäften verleihen. Die Halogenide beziehen sich auf maß der Erfindung besteht aus einer Mischung (in den metallische Halogenide, vorzugsweise Alkalimetallnachfolgend angegebenen Anteilen) aus hochreak- fluoride, Erdalkalifiuoride und Aluminiumfluoride, tionsfähigen Desoxidationsmitteln, Alkalimetall in obwohl auch andere metallische Halogenide nicht einer Zusammensetzung (Komponente), die bei ihrer io ausgeschlossen sind.

Lagerhaltung stabil ist, jedoch im Schweißlichtbogen Die Legierungsmittel und das Eisenpulver sind mittels gängiger Desoxidationsmittel, wie Aluminium, Stoffe, die beim Schweißvorgang Bestandteil des zu elementarem Alkalimetall reduzierbar ist, sowie aus Schweißmetalls werden. Diese Stoffe werden zuge-Legierungsmitteln, Eisenpulver und Schlackenmitteln, geben, um die Eigenschaften des Schweißmetalls in Die nachstehende Tabelle gibt die Mengenmtetle einer 15 bestimmter Weise einzustellen. Das Eisenpulver dient Elektrode solcher Zusammensetzung wieder, wobei als Streckmittel für die Kernfüllung und erleichtert das jedoch auch mit abweichenden Mengenanteilen ge- Einfüllen und die Formgebung der hohlen Rohrarbeitet werden kann: elektrode.

_ _ _ Weitere Schlackenstoffe sind Oxide, Silicate, Car-

D^toit!oiT^OZali' *° ^{bonate oder Mischun}gen denelben. Die Hauptfunkbevorzug .τ Bereich ^tion dieser Stoffe besteht darin, die Schlackenzusam-Alkalimetall, erhalten aus der menseuung, 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 ^a5 Zwei oder mehr Mkalimetallkomponenten gemäß

Halogenide, insgesamt 1,5 bis 15,0 der Erfindung und zwei oder mehr Desoxidations- Legierungsmittel, insgesamt .. 0.0 bis 5,0 mittel lassen sit!·, bei einer erfindungsgemäBen Elek- Weitere Schlackenmittel 0,0 bis 5,0 trode zusammen mit anderen herkömmlichen Stoffen Suhlmantel 70,0 bis 90,0 mischen. Eisenpulver 0,0 bis 15,0 3<> Für die Erfindung wesentlich ist weiterhin, daß die 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 Menge an Lithium, Natrium. Ka- zugegeben werden. Dies bedeutet, daß das saure oder lium, Rubidium oder Cäsium, welches sich aus der 35 amphotere Metalloxid und etwaige feuchtigkeilsjeweils verwendeten Alkalimetallkomponente gewinnen sperrende Stoffe bei erhöhten Temperaturen mit der läßt, wenn die gesamte vorhandene Alkalimetall- Alkaliverbindung in Reaktion treten, und die sich komponente reduziert wird. Würde der Prozentanteil hierbei bildende Alkalimetallkomponente wird andes Alkalimetalls in der obigen Tabelle auf die ent- schließend dem Elektrodenmaterial in dem vorbesprechende Alkalimetalloxidkomponente umgerechnet,40 stimmten Mengenanteil zugegeben. Die Bildung der so wäre ihr Wert in der obigen Tabelle angenähert Alkalimetallkomponente 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 Alkalimetallkomponente läßt sich undes Elektroden-Gesamtgewichtes liegen. Lithium- 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 wirJ. Unter Hygroskopizität inI die Tenwirksam zu elementarem Lithium reduzieren lassen, denz des Material», t euchtigkeit au> der Luft zu Es versteht sich, daß die Menge der für die Bildung5° absorbieren, zu verstehen. Die Bildung der Alkali· des erforderlichen Alkalimetalls benötigten Alkali- metailkomponente schwächt, wie erwähnt, die hygrokomponente erhöht werden muß. wenn der Anteil des skopische t igenschaft der Lithiumkomponenten 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-55 wescnd ist. Die feuchtigkeitssperrenden Stoffe haben nium. Calcium. Cer, Zirkon. Magnesium. Titan, 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. Uie effindungsgemäli verwendete Alkalinietallkonv

Die seltenen Erden (d.h. die Elemente der Atom-^5o ponente ist weit besser lagerungsfühig als ihre einzelnen zahlen 57 bis 71) sind ebenfalls gute Desoxidations- Bestandteile. Wie erwähnt, wird sie im Lichtbogen zu mittel, jedoch im allgemeinen teuer und daher aus elementarem Alkalimetall reduziert. Bei der Herstclwirtschaftlichen Gründen weniger zweckmäßig. lung der StofTkomponenten wird die Stoffmischung

Bevorzugt zur Anwendung kommt ein Aluminium- auf eine solche Temperatur (mindestens 900⁼C und Desoxidationssystem, vorzugsweise ein Aluminium-⁶5 vorzugsweise 1010 C) und über eine solch lange Zeit-Magnesium-Desoxidationssystein, da eine Überschuß- spanne hinweg (mindestens I Stunde bzw. bis zum menge an Aluminium (etwa 0,5°; und nicht mehr als Schmelzen des Stoffes) erhitzt, dall sich der Misch-1,0 ° ) im SchweiCmetall dessen metallurgische Eigen- stoff verbund einstellt. Lithiumkomponenten lassen

17 18

sich dadurch herstellen, daß die Mischung bei Tempe- zieren. Aluminium und Titan sind z. B. nicht ausraturen zwischen 900 und 1010⁰C, vorzugsweise bei reichend »aktiv«, um Natrium-, Lithium-oder Kaliuroder letztgenannten Temperatur bis zu 12 Stunden lang, fluorid zu reduzieren. Aluminium ist allerdings in der vorzugsweise über 1 Stunde hinweg, erhitzt wird. Bei Lage, schwere Alkalisiliciumfluoride zu reduzierender Herstellung von Natriumkomponenten wird die ₅ Für schwere Alkalimetallfluoride, die als ungebun-Mischung bei einer Temperatur von 1205 bis 1450⁰C, dene Stoffe vorliegen, eignen sich als Reduktionsmittel vorzugsweise bei 132O⁰C, bis zum Schmelzen erhitzt, in besonderem Maße Aluminium, Magnesium, CaI-

Es lassen sich auch weniger stabile, stärker hygro- cium, Kohlenstoff und die seltenen Erden, skopische Alkalimetallverbindungen so behändem, daß Von den verschiedenen schweren Alkalimetalldurch Bildung der Alkalimetallkomponente ihre Hy- _lo verbindungen sind die Oxide, Fluoride, Siliciumfluoride groskopizität vermindert wird. Die Umwandlung der und Silicate allgemein verfügbar; sie lassen sich daher Komponenten zu dein Grundmetall erfolgt in der erfindungsgemäß als schwere Alkalimetallverbindun-Lichtbogenhitze unter Einwirkung von Reduktions- gen verwenden. Im folgenden ist ein Beispiel für eine mitteln, weiche die Alkalimetallkomponenten redu- Schweißelektrode angegeben, bei der Kaliumsiliciumzieren. Es hat sich gezeigt, daß in diesem Fall selbst ₁₅ fluorid als schwere Alkalimetallverbindung und AIudie schweren Alkalimetalle dieselbe Funktion wie Li- minium als Reduktionsmittel verwendet weu'jn: thium erfüllen, nämlich den Stickstoff von dem Lichtbogen fernhalten. Unter die Bezeichnung »schwere Gewichtsprozent

Alkalimetalle« fallen sämtliche Alkalimetalle mit Aus- Magnesium 0,0 bis 1,5

nähme des Lithiums. ao Aluminium 2,5 bis 3,5

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß das Re- Calciumfluorid 7,6 bis 9,6

duktionsmittel hinreichend »aktiv« ist. Beispielsweise Kaliumsiliciumfluorid 3,5 bis 2,5

werden einige schwere Alkalimetallverbindungen von Hammerschlag (Eisenoxide) .. 4,5 bis 7,5

Reduktiorsmitteln reduziert, die nicht geeignet sind, Mangan 0,2 bis 0,6

andere schwere Alkalimetallverbindungen zu redu- ₂₅ Stahlmantel 78,5 bis 81,5

Claims

Patentansprüche:

1. Schweißelektrode zum Lichtbogenschweißen, bestehend aus einem Stahlmantel oder einer Stahlseele und dem Schweißmittel als Kernfüllung des Mantels bzw. als Umhüllung der Seele, wobei das Schweißmittel außer einer feuchtigkeitssperrenden Komponente· mindestens eine vorgefertigte Alkalimetallkomponente nebst ι ο einem sie in der Lichtbogenhitze zu elementarem Alkalimetall reduzierenden Reduktionsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Schweißstelle gegenüber Stickstoffzutritt aus der Luft durch Alkalimetall- dämpfe und zur Begrenzung des Stickstoffgehaltes des Schweißmetalls auf nicht mehr als 0,03% des Schweißmetallgewichtes die synthetisch vorgefertigte Alkalimetallkomponente, die aus mindestens einer Oxidverbindung der Formel M₂O · Fe.2O_x, M„O SiO,, M,O Al₂O₃, M₂O • CoO, M₂O · NiO, M₂O' · MjO_x, M₂O · TiO₂ besteht, wobei M das Alkalimetall und χ eine Zahl zwischen 1.6 und 3,0 bedeutet, in Form des Reaktionsproduktes aus mindestens einem Alkalimetalloxid und mindestens einem sauren oder amphoteren Metalloxid in einer Menge von 0,9 bis 10° 0 des Elektroden-Gesamtgewichtes in dem Schweißmittel enthalten ist, und daß das Reduktionsmittel mindestens ein Desoxidationsmit- tel aus der Gruppe folgender Stoffe enthält: Aluminium, Magnesium einschließlich Legierungen und intermetallische Verbindungen derselben sowie Seltene Erden, wobei es in einer Menge von 0,5 bis 6°,0 des Elektroden-Gesamtgewichtes vorhanden ist, und daß die Alkalimetallkomponente mindestens einen Stoff mit feuchtigkeitssperrender Eigenschaft aus der Gruppe Calciumoxid, Siliciumdioxid Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Lithiumfluorid, Natriumfluorid, Bariumfluorid, Calciumfluorid enthält.

2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide aus mindestens einem Metalloxid der Gruppe Eisenoxid, Manganoxid, Siliciumoxd, Aluminiumoxid, Nickeloxid, Titanoxid, Kobaltoxid bestehen.

3. Schweißelektrode nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Oxidverbindung vorhandene Alkalimetall in einer Menge von 0,2 bis etwa 1,5 Gew.-· 0, vorzugsweise 0,2 v> bis 1,0 Gew.-⁰ 0, an reduzierbarem Alkalimetall vorhanden ist, insbesondere in einer Menge von 02 bis 0,7 Gew.-°/o an reduzierbarem Lithium oder 0,4 bis 0.9 Gew.-· Ό an reduzierbarem Natrium oder 0,5 bis 1,0 Gew.-⁰« an reduzierbarem Kalium.

4. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche I bit 3, gekennzeichnet durch folgende Stoffzusammensetzung (in Gew.-»/» des Gesamtgewichts); 6Q

Reduzierbares Alkalimetall (enthalten in der Alkalimetallkomponente) 0,2 bis 1,5

Reduktionsmittel 0,5 bis 6,0

Halogenide 1,5 bis 15,0

Eisenpulver 0,0 bis 15,0

Stahlmantel 70,0 bis 90,0

weitere Schlackenbildner 0,0 bis 5,0 "

Legierungsmittel,

insgesamt 0,0 bis 5,0

5. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Halogenid Calcium- und/oder Bariumfluorid vorhanden ist.

6. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende angenäherte Zusammensetzung (in Gew.-^o/o des Elektroden-Gesamtgewichts):

Aluminium

Magnesium

Calciumfluorid

Bariumfluorid

Natriumfluorid

Alkalimetallkomponente, vorzugsweise Lithium- Oxidverbindung

Mangan

Kohlenstoff .

Kaliumsiliciumfluorid

Stahlmantel

2,0 bis 2,8 1,8 bis 2,6 1,75 bis 2,25 3,⁴OiS 4,5 0,2 bis 0,4

7,0 bis 9,0 0,2 bis 0,6 0,035 bis 0,075 0,0 bis 0,2 79,0 bis 82,0

7. Schweißelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lithium-Oxidverbindung der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-°/o des Elektroden-Gesamtgewichts) vorhanden ist:

Lithiumoxid 10,0 bis 18,0

Siliciumdioxid 10,0 bis 28,0

Calciumoxid 0,0 bis 20,0

Eisenoxid Rest

8. Schweißelektrode nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lithium-Oxidverbindung folgender Zusammensetzung (in Gew.-»/o des Elektroden-Gesamtgewichts) vorhanden ist:

Lithiumoxid 13,6

Siliciumdioxid 13,6

Calciumoxid 13,6

Eisenoxid 59,2

9. Schweißelektrode nach hinein der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.-°/o des Elektroden-Gesamtgev. ichts):

Aluminium 1,7 bis 2,2

Magnesium 1,2 bis 1,8

Calciumfluorid 1,0 bis 2,0

Bariumfluorid 7,0 bis 9,5

Natriumfluorid 0,1 bis 0,4

Nickel 3,0 bis 0,9

Alkalimetallkomponente . 3,0 bis 5,0

Kohlenstoff 0,035 bis 0,075

Kaliumsiliciumfluorid 0,0 bis 0,2

Stahlmantel 79,0 bis 82,0

10. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende stoffliche Zusammensetzung (in Gew.-°/o des Elektroden-Gesamtgewichts):

3 4

Aluminium ..,.,,, 1,60 bis 2,40 ^dßS geschmolzenen Metalls hat der gelöste StickstoS

Magnesium 1,40 bis 2,20 das Bestreben, aus der Lösung zu gehen. Das sich

Calciumfluorid 2,50bis 4,50 abkühlende Metall erhärtet um die entstehenden

Natriumkomponente ..... 13,0 bis 17,0 Glasbläschen herum, so daß sich in dem Metall Po-Kohlenstoff , 0,035 bis 0,075 ^{5 ren} bilden. Diese Erscheinung wird als Stickstoff-Mangan 0,2 bis 0,6 sieden bezeichnet.

Stahlstab 73,25 bis 76,25 ^E.^{s srat}^ zahlreiche Maßnahmen bekannt, die darauf

abzielen, das unerwünschte Stickstoffsieden zu unter-

wobei die Natriumkomponente eine Natrium- drücken. Beispielsweise ist es beim schutzgasfreien

endverbindung folgender stofflicher Zusammen- io Lichtbogenschweißen bekannt, dem Schweißmittel

Setzung ist: stickstoffbindende Elemente bzw. eine zusätzliche

Menge an Reduktionsmitteln, wie Aluminum, Titan,

Natriumoxid 15,0 bis 38,0% Zirkon, Silicium, Mangan usw., zuzusetzen, die mit

Bariumftoorid 0,0 bis 20,0% dem Stickstoff unter Bildung stabiler Nitride reagie-

Aluminiumoxid 0,0 bis 34,0 °/o 15 ren, welche als Einschlüsse in dem Schweißmetall

Calciumoxid 0,0 bis 15,0% enthalten sind. Allerdings bewirken übermäßig große

Siliciumdioxid Rest Mengen solcher Nitride eine Verschlechterung der

Schlagfestigkeitswerte des Schweißmetalls. Im Über-

schuß vorhandenes Aluminium u. dgl. dringt, ohne

20 zu reagieren, in das Schweißmetall ein, wobei schon

Die Erfindung betrifft eine Schweißelektrode zum geringe Überschußmengen in der Größenordnung Lichtbogenschweißen, bestehend aus einem Stahl- von etwa 1 % die Schlagfestigkeit des Schweißmetalls mantel oder einer Stahlseele und dem Schweißmittel deutlich vermindern. Die bekannten Schweißmittel als Kernfüllung des Mantels bzw. als Umhüllung der der vorgenannten Art weisen zusätzlich zu ihrem Seele, wobei das Schweißmittel außer einer feuchtig- 25 Reduktionsmittel und Stickstoffbinder gegebenenkeitssperrenden Komponente mindestens eine vorge- falls Schlackenbildner, z. B. Kaliumieldspat, Nafertigte Alkalimetallkomponente nebst einem sie in triumfeldspat, Kalkfeldspat, Natrium- oder Kaliumder Lichtbogenhitze zu elementarem Alkalimetall silicat u. dgl., auf, die mit dem sich durch Oxidation reduzierenden Reduktionsmittel aufweist. des Aluminiums bildenden, eine unlösliche und fest-Beim elektrischen Lichtbogenschweißen stellt sich 30 haftende Schlacke ergebenden Aluminiumoxid eine die Forderung, ujs Schweißmetall der Elektrode so Schlacke mit niedrigem Schmelzpunkt bilden. Außer-■uf die Schweißstelle zu b-ingen, laß eine möglichst dem kann das Schweißmittel Fluoride, 2. B. Alkaliporenfreie Schweißnaht der gewünschten metallurgi- oder Erdalkalimetallfluoride, enthalten, um ein sehen und mechanischen Eigcnscr -rften, wie insbe- gleichmäßiges Abbrennen der Elektrode und eine sondere ausreichender Schlag-, Zug- und Streck- 35 Verbesserung der Benetzungseigenschaften der festigkeit, erhalten wird. Für die häufig anzutreffende Schlacke und des Schweißgutes zu ermöglichen Porosität der Schweißnaht sind verschiedene Fakto- (NL-PS 67 12 167).

ren ursächlich. Ein Grund für die Porosität ist in der Bekannt ist ferner ein Schweißmittel, welches als Reduzierung des Eisenoxids zu metallischem Eisen Hauptbestandteile ein Metalliiuorid, /. B. ein Alkalidurch den im Werkstückmetall enthaltenen Kohlen- 40 oder Erdalkalimetallfiuorid, ferner ein Metallcarbostoff zu sehen, wobei sich Kohlenmonoxid und/oder nat, insbesondere ein Alkali- oder Erdalkalicarbonat, Kohlendioxid in dem schmelzflussigen Schweißmetall und stickstoffbindende Elemente, z. B. Magnebildet, welches beim Erhärten des Schweißmetalls in sium, Aluminium, Titan, Zirkon u. dgl., enthält. Das der Schweiße eingeschlossen wird. Das Eisenoxid er- Metallfluorid verdampft unter der Lichtbogengibt sich vor allem aus der Reaktion des Luftsauer- « hitze, wobei das Gas das Schmelzbad gegenüber der »toffs mit der schmelzflüssigen Schweißmetallober- äußeren Atmosphäre schützen soll, um den Zutritt fläche. von Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft zu unter-Um die Bildung von Eisenoxid zu unterdrücken, binden. Das Metallcarbonat, welches unter der ist es bekannt, dem Schweißmittel der Elektrode Lichtbogenhitze Kohlendioxid freisetzt, dient dem Desoxidation- bzw. Reduktionsmittel zuzusetzen, so gleichen Zweck wie das Metallfluorid. Da die Schutzdie aufgrund ihrer höheren Sauerstoffaffinität anstelle wirkung gegenüber dem Stickstoff der Luft nicht des Schweißmetaiis oxidiert werden. Die als Reduk- ausreicht, sind zusätzlich die den Stickstoff bindentionsmittel verwendeten Stoffe, wie z. B. Aluminium, den Elemente vorgesehen (US-PS 35 31 620).
Titan, Silicium usw., haben jedoch die Neigung, mit Es hat sich gezeigt, daß es wenig angebracht ist, dem Schweißmetall Legierungen einzugehen. Sind die 55 den Stickstoff erst dann zu beseitigen, wenn er beReduktionsmittel in unzulässig großen Mengen vor- reits in das Schweißmetall eingedrungen ist; vielmehr handen, so bewirken sie eine unerwünschte Verände- sollte der Zutritt des Stickstoffs zu dem Lichtbogenrung der metallurgischen und mechanischen Eigen- plasma und der Schweißzone und damit zu dem schäften des Schweißmetalls, insbesondere eine Er- Schweißmetall möglichst unterbunden werden. Zu höhung der Sprödigkeit und eine starke Herabset= 60 diesem Zweck ist es bekannt, eine Stahlelektrode mit zung der Schlagfestigkeit. Magnesium und Calcium, einem metallischen Überzug, wie z. B. aus Antimon, die ebenfalls gute Reduktionsmittel sind, haben solch Arsen, Wismut, Cadmium, zu versehen, der in der niedrige Siedetemperaturen, daß sie weniger wirksam Lichtbogenhitze verdampft und dadurch eine metalsind. Calcium ist außerdem in feuchter Luft instabil. ijsche Schutzdampfatmosphäre im Lichtbogenbereich Ein Hauptgrund für die Porosität des Schweißmetalls 65 bewirkt, die den Zutritt der Luft und damit des besteht darin, daß das Schweißbad dem atmosphä- Stickstoffs zu dem Schweißbad unterbindet (US-PS rischen Stickstoff ausgesetzt ist, der sich in dem ge- 29 09 648). Außerdem ist eine Kalk-Fluorid-Mantelschmolzenen Schweißmetall löst. Beim Abkühlen elektrode bekannt, deren Schweißmittel unter ande-