DE2252516A1

DE2252516A1 - Flussmittel fuer das lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE2252516A1
Application number: DE2252516A
Authority: DE
Inventors: John Gonzalez; Ronald Frank Young
Original assignee: Lincoln Electric Co
Current assignee: Lincoln Electric Co
Priority date: 1971-11-01
Filing date: 1972-10-26
Publication date: 1973-05-10
Also published as: AU458651B2; GB1365244A; BR7207642D0; FR2158411B1; AU4840572A; DE2252516B2; US3796609A; FR2158411A1; DE2252516C3

Description

PATENTANWÄLTE

DlPL-ING. BUSCHHOFF

DlPL-ING. HENNICKE

DIPL.- ING. VOLLBACH

5 KÖLN/RH.
KAI S E R-WI LH E LM -KIfI O 24

Akfenz.:

Reg.-Nr.

Ln 310 j Köln, den23.10.1972

bitte angeben

Patentanmeldung

der .ü'

'L'hfi ΓίΓποοΙίι Rlectric Company, 22801 St. Clair Avenue, an ■ , Ohio 44117 (USA)

Flußmittel für das Lichtbogenschweißen

Die Erfindung betrifft ein Fluß- bzw. Schweißmittel für das verdeckte Lichtbogenschweißen, insbesondere für die Hehr-Lagen-Tiefnaht-Schweißung.

Für das verdeckte Lichtbogenschweißen sind sogenannte aktive Flußmittel und sogenannte neutrale Flußmittel bekannt. Die aktiven Schweiß- bzw. Flußmittel werden im allgemeinen für Ein-Lagen-Schweißungen verwendet; sie enthalten starke Desoxydationsmittel, um Schmutz und andere Verunreinigungen des Grundmetaila zu kompensieren. Solche Flußmittel verlan-

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gen bei der Mehr-Lagen-Schweißung eine sehr genaue Steuerung der Verfahrensdurchführung, da es hier leicht zu einer Anreichung des Desoxydabionsmibtels im Schweißmetall kommt mit dem Ergebnis, daß harte Schweißnähte erhalten werden, die bei der Herstellung oder im Einsatz reißen können. Diese harten Schweißnähbe stellen sich ein, wenn mit einer gegenüber der vorgeschriebenen Schweißspannung höheren Spannung gearbeitet wird. Bei den höheren Spannungen v/ird ;ino beträchtlich größere F Lußinit beimenge auf geschmolzen, so daß sich eine entsprechend größere Menge an Desoxydationrjiiiibteln in dem SchweißmetaLl befindet. Es wärt; natürlich möglich, die Menge des aufgeschmolzenen Flußmittel.« durch <;->·· naue Einstellung und Einhaltung der Schweißspannung für· joden einzelnen Anwendungsfall zu steuern. Die Erfahrung zcLp;b aber, daß das an der Schweißmaschine arbeitende Personal nur selten zur Einhaltung der vorgeschriebenen Arbeitsbedingungen zu bringen isb. Zumeist arbeitet dar. Schweißpersonal, mit einer maximalen Spannung, um insbesondere bei den .Decklagen breite Schweißnähte zu erhalten. Die Glätte diener breiteren Schweißnähte erleichtert das Entferr.ei· der ßchinicke und verringert die Menge des abzuarbeitenden bzw. abzuschleifenden Metalls. Dies gilt vor ellem für die Deckiar,on von Schweißnähten, die einer röntgenographisehen Untersuchun unterzogen werden und daher eine glatte Kontur verlangen. Die Decklagen sind daher im allgemeinen härter als die anderen Schweißlagen, wenn aktive Flußmittel verwendet werden. Dabei sind die breitesten Lagen zumeist die härtesten.

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Beispielsweise können Testschweißungen mit aktiven Flußmitteln, durchgeführt bei 450 A Stromstärke und 26 V Spannung, eine Brinell-Härtezahl unter 200 sowohl im Ursprungszustand der Schweiße als auch nach erfolgter Wärmebehandlung haben. Wird aber die Spannung auf 35 "V erhöht, so kann die Härte der Schweiße auf 2^0 Brinell (ohne nachfolgende Behandlung) ansteigen. In vielen Fällen ist es selbst mit Nachbehandlungen nicht möglich, die Härte nennenswert herabzusetzen. Höhere Härtewerte sind aber in zahlreichen Anwendungsfallen, z.B. bei Druckkesseln, wo die Härtegrenze bei 200 bis 225 Brinell liegt, nicht annehmbar.

Neutrale oder nahezu neutrale Flußmittel enthalten kein · Dosoxydationsmittel oder nur sehr geringe. Mengen, desselben; ei j c¹ genannten Schwierigkeiten können sich hier demzufolge beim Mehr-Lagen-Schweißen nicht einstellen. Abgesehen von den Wirkungen der Grundiaetallverdünnung bleiben hier die chemische Zusammensetzung und die Härte der Schweißraupe gleichmäßig erhalten. Entsprechend können Änderungen der Lichtbogenspannung die Eigenschaften, die sich aus der bekannten Zusammensetzung der Elektrode und des Grundmetalls ergeben, nicht beeinflussen. Die neutralen bzw. nahezu neutralen Flußmittel haben nicht nur eine Härte, die im Durchschnitt um 20 Brinell niedriger liegt als diejenige, die sich bei "Verwendung aktiver Flußmittel einstellt; sie weißen darüber hinaus auch den Vorteil auf, daß hier die Härte nur um I^ Brinell- ansteigt, wenn die Schweißspannung von P-L V auf ^ 5 V steigt. Solche Schweißnähte können durch Wärme-

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nachbehandlung weicher eingestellt werden.

Aus dem vorgenannten Grund wird das neutrale Flußmittel als die beim Mehr-Lagen-Schweißen zuverlässigste Zusammensetzung angesehen. Selbst wenn das Schweißpersonal das Schweißverfahren nicht vorschriftsmäßig durchführt, ergeben sich bei Verwendung neutraler Flußmittel stets in der Härte zufriedenstellende Schweißnähte. Allerdings sind auch die neutralen Flußmittel nicht frei von Nachteilen, die bis heute ihre Anwendung einschränkten. Bei der Herstellung von Mehr-Lagen-Schweißungen ist es erforderlich, vor dem Aufbringen der einzelnen Schweißlagen jeweils die Schlacke von der Oberseite der letzten Lage zu entfernen. Um dies auf wirtschaftliche Weise durchzuführen, sollte das Flußmittel leicht entfernbar sein; außerdem sollte die Schweißraupenform derart beschaffen sein, daß entlang den Kanten der Schweißraupe kein Flußmittel eingeschlossen ist. Wird hier eingeschlossenes Flußmittel nicht vollständig entfernt, so bewirkt es Flecken auf dem Röntgenbild, was unerwünscht ist. Neben der leichten Entfernbarkeit des Flußmittels ist im übrigen auch die Kontur der Schweißraupe von Bedeutung; dies gilt insbesondere bei den Decklagen, wenn Schweißnähte hoher Eontgenstrahlenqualitat hergestellt werden sollen.

Mit der Erfindung sollen die vorgenannten Schwierigkeiten und Probleme behoben werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neutrales Schweiß- bzw. Flußmittel, insbesondere für das Mehr-Lagen-Schweißen, zu schaffen, bei des-

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sen Verwendung das Schweißpersonal hinsichtlich, der anzuwendenden SchweißSpannung keiner engen Beschränkung unterworfen ist und welches ein leichtes Entfernen der Schlacke bei guter Schweißraupenformgebung ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Schweiß- bzw. Flußmittel besteht aus einem Gemisch mehrerer in den Mengen genau eingestellter und abgestimmter Bestandteile, nämlich einem totgebrannten Magnesit (87% MgO), gebranntem bzw. geröstetem Manganerz (77»5% MnO), geröstetem Bauxit (88% Al₂O₅), Zirkon, Kalziumfluorid, Quarz, wobei es keine Zusätze oder nur geringe Mengen an .Desoxydationsmitteln, wie Silizium- und Manganmetalle enthält. Die vorgenannten Bestandteile werden mit einem Bindemittel., wie z.B. Hatriumsilikat (Natronwasserglas) gemischt, worauf die Masse soweit erhitzt wird, daß das Bindemittel erhärtet bzw. sintert und eine zusammengebackene bzw. gesinterte Masse bildet, die zu einem körnigen Schweißpulver aufgemahlen wird. Bei Verwendung kleiner Mengen an Desoxydationsmitteln ist die Schlacke neutral. Durch sorgfältige Abstimmung der Mengenverhältnisse von Magnesit, Manganerz., Bauxit und Zirkon wird die Flußmittelbeseitigung und die Form der Schweißraupe erheblich verbessert.

Die folgende Aufstellung enthält die Bestandteile eines erfindungsgemäßen Flußmittels unter Angabe der bevorzugten Mengenbereiche, in denen diese Bestandteile verwendet werden (alle Mengenangaben in Gew.%):

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Totgebrannter Magnesit (87% MgO) 15,0_; bis 24,0

gebranntes Manganerz (77|5% MnO) 8,7 bis 17,3

geröstetes Bauxit (88% Al₂Ov) 20,4 bis 33,6

Siliziummetall 0,0 bis 1,5

Eisenmangansilizium (64% Mn, 29% Si) 0,0 bis 2,0

Kalziumfluorid 7,0 bis 13,0

Zirkon 10,0 bis 21,0

Quarz 3,0 bis 6,0

trockenes Natriumsilikat (Watronwasser- 3,0 bis 7,0.

las)

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält das erfindungsgemäße Schweißmittel folgende Stoffe (Mengenangaben in Gew.%):

Totgebrannter Magnesit (87% MgO) 16,6 bis 20,2

geröstetes Manganerz (77,5% MnO) 11,7 bis 14,;

geröstetes Bauxit (88% Al₂O,.) 23,4 bis 28,6

Siliziummetall 0,9 bis 1,2

Eisenmangansiliziuiii (64% Mn, 29% Si) 0,5 bis 0,7

Kalziumfluorid 9,7 bis 11,9

Zirkon 16,8 bis 20,6

Quarz' 4,8 bis 6,0

trockenen Wa tr.Lums.il ikat (Hatronwasser- 5,0 bis 6,2.

glas)

Die obengenannten Bereiche beziehen sich auf Erze, wie sie in Bergbaubetrieben gewonnen werden und im Handel erhältlich sind. Ausgedrückt als chemisch reine Verbindung bzw. als

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_ η

chemisch reines Element lassen sich diese Bereiche wie folgt wiedergeben (in Gew.%):

MgO MnO Al₂O₅

Siliziummetall Manganmetall

Zirkon SiO₂ trockenes Natriumsilikat (Natronwasserglas)

14,4 bis 17,6 9,1 bis 11,1

20,6 bis 25,2 1,0 bis 1,4-(insgesamt) 0,3 bis 0,5 (insgesamt)

9.7 Ms 11,9 16,8 bis 20,6

4.8 bis 6,0 5,0 bis 6,2.

Bei allen vorgenannten Beispielen werden die einzelnen Bestandteile fein aufgemahlen, mit Natronwasserglaslösung gemischt und zum Trocknen einem Drehofen aufgegeben. Im Drehofen werden die genannten Stoffe bei einer Temperatur von etwa 800° C solange gedreht, bis sie vollkommen trocken sind und Klumpen bilden, in denen ungelöstes Natronwasserglas das Bindemittel bildet.

Die Klumpen werden dann aus dem Ofen herausgeholt, gemahlen und abgesiebt. Das Material unter 14 und über 100 mesh wird dabei gewonnen; es besteht aus einer Anhäufung von feinverteilten Flußmittelteilchen, die in weitgehend gleichmäßiger Verteilung durch das Wasserglas verbunden sind.

Der in der Beschreibung und in den Ansprüchen mit MnO be-

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3 0 981 970·? 7 5.

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zeichnete Bestandteil soll alle Oxide des Mangans in jeder Oxydationsstufe, d.h. Mn O„ oder Mischungen von zwei oder

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drei Manganoxiden umfassen.

- 9 3 09819/0775

Claims

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_ 9 Patentansprüche

1. Flußmittel für das verdeckte Lichtbogenschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Stoffe enthält (in Gew.%):.

Totgebrannter Magnesit (87% MgO) 15,0 bis 24,0

gebranntes Manganerz (77,5% MnO) 8,7 bis 17,3

geröstetes Bauxit (88% Al₃O₅) 20,4 bis 33,6

Siliziummetall 0,0 bis 1,5

Eisenmangansilizium (64% Mn, 29% Si) 0,0 bis 2,0

Kalziumfluorid ' 7,0 bis 13,0

Zirkon 10,0 bis 21,0

Quarz 3,0 bis 6,0

trockenes Natriumsilikat (Natronwasser- 3,0 bis 7,0,

glas)

2. Flußmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende stoffliche Bestandteile (in Gew.%):

(Potgßbrannter Magnesit (87% MgO) 16,6 bis 20,2

gebranntes Manganerz (77,5% MnO) 11,7 bis 14,3

geröstetes Bauxit (88% Al₃O₇) 23,4 bii; 28,6

iii.Liziuinmeball 0,9 bi;3 1,2 L-usonm mgansilizium (64% Mn, 29% Si) 0,5 "bia 0,7 KalziumCluorid · " 9,7 bis Ll,9

Zirkon " 16,8 bis 20,6

Quarz 4,8 bis 6,0

brockenes Nabriumsilikab (Natronwasser·»· ^l) ,0 bis 6,2-

glas)

BAD ORJGINAL

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5. Flußmittel nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß es ι ausgedrückt als reine chemische Verbindungen oder Elemente, die Stoffe angenähert folgender Formel umfaßt (in Gew.%):

MgO MnO Al₂O₃

Siliziummetall Manganmetall

Zirkon

trockenes IfobriiuusiLikat (NatronwnsserglniJ)

14,4 bis 17,6 9,1 bis 11,1

20,6 bis 25,2 1,0 bis 1,4 (insgesamt) 0,5 bis 0,5 (insgesamt)

9.7 bis 11,9 16,8 bis 20,6

4.8 bis 6,0 5,0 bis G,2.

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