DE2252588A1

DE2252588A1 - Elektrode fuer das kurzschluss-bogenschweissen

Info

Publication number: DE2252588A1
Application number: DE2252588A
Authority: DE
Inventors: Robert B Duttera; Paul A Kammer
Original assignee: Teledyne Inc
Current assignee: Teledyne Inc
Priority date: 1971-11-03
Filing date: 1972-10-26
Publication date: 1973-05-10
Also published as: BE790406A; US3787658A; NL7214786A; GB1414003A; FR2158242A1; CA992157A

Description

Teledyne Incorp. ·

1901 Avenue of the Stars, Los Angeles, USA

Elektrode für das Kur ζ schluß-Bo gen schweiß en'

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für das Kurzschluß-Bogenschweißen mit einer metallischen äußeren Umhüllung und einer innerhalb der Umhüllung angeordneten und von dieser umschlossenen Seele, wobei die Elektrode Eisen und zumindest ein Flußmittel, einen Schlackenbildner, einen Bogenstabilisator, einen Legierungszusatz .und ein Des-· Oxydationsmittel enthält. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Elektroden, die bei Verwendung als verbrauchende Elektrode beim Kurzschluß-Bogenschweißen zur Herstellung von eisernem Schweißgut geeignet sind.

Beim beispielsweise in der US-Patentschrift 2 886 698 beschriebenen Bogenschweißen handelt es sich um ein halbautomatisches oder automatisches Bogenschweißen, bei.dem

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eine sich kontinuierlich verbrauchende Elektrode einem Werkstück angenähert und der Schweißstrom dem Werkstück und der Elektrode über einen Induktionskreis mit einem Potential zugeführt wird, um die Elektrode abwechselnd zu Bogenbildung und Kurzschluß mit dem Werkstück zu veranlassen. Dabei ist die Kurzschlußwiederholungogeschwindigkeit derart, daß im wesentlichen der ganze Metallübergang von der Elektrode auf das Werkstück während der Kurzschlüsse erfolgt. Bei diesem Verfahren werden gewöhnlich niedrige Stromdichten und geringe Durchmesser der' kontinuierlichen eisenhaltigen Elektroden von beispielsweise 1,59 mm oder weniger verwendet. Der Bogen wird gewöhnlich mit einem von außen zugeführten Schutzgas, wie CCU abgedeckt. Ein derartiges Schutzgas kann beispielsweise aus 75% Argon und 25% CO₀ oder aus 90% Helium, 7,5% Argon und 2,5% COp bestehen. Das Kurzschluß-BogenschweiSen findet vielfältige Anwendung, weil es auch bei schwierig zu erreichenden Schweißstellen, so in Uberkopf- und Vertikalrichtung, ausgeführt werden kann. Seine vielfältige Anwendbarkeit verdankt es der Tatsache, daß die relativ kalt erschmolzene Schweiße leicht zu kontrollieren ist und nicht aus der Schweißstelle herausfließt.

Das Kurzschluß-Bogenschweißen ist zum Schweißen von Flußstahl und in geringerem Ausmaße zum Schweißen von niedrig legierten Stählen, Werkzeugstählen und austenitischen, rostfreien Stählen verwendet worden. Für diese Zv/ecke wurden scheinbar ausschließlich feste Drahtelektroden und ringförmige Elektroden verwendet, deren Seelen von 0,89 bis 1,14 mm 0 lediglich metallische Bestandteile enthalten, obgleich derartige Elektroden beim Kurzschluß-Bogenschweißen mannigfaltige Nachteile mit sich bringen. Wegen der

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Schweiß-Charakteristika der meisten derartigen Elektroden besteht eine Neigung zur Ausbildung von Kaltschweißungen, worunter Flächen verstanden werden, in welchen das Schweißmaterial nicht das zuvor aufgebrachte Metall oder das Grundmetall schmilzt. Zur Überwindung dieses Problems ist eine, große Geschicklichkeit des Schweißers im Umgang mit dem Schweißbrenner erforderlich. Häufig ist der Schweißer beim Aufbringen einer Grund-Schweißlage auf einen maximalen Draht durchmesser von 0,89 min beschränkt, um -das Durchbrennen zu verhindern, Vielehes oft bei optimalen Schweißströmen mit größerem Drahtdurchmesser auftritt. Außerdem sind feste Schweißdrähte aus anderen Werkstoffen als dein gewöhnlichen Flußstahl bei den beim Kurzschluß-Bogenschweißen verwendeten kleinen Durchmessern im allgemeinen relativ teuer.

Es ist bisher kaum versucht worden, beim KurζschIuB-Bogenschweißen ringförmige Elektroden zu verwenden, die nichtmetallische Seelenbestandteile. (beispielsweise als Flußmittel) enthalten. Obgleich viele der bekannten ringförmigen Elektroden für andere Schutzgasverfahren wirtschaftlich durchaus vertretbares Schweißmetall enthalten, sofern das Schweißen als Unterhandschweißen oder in der Waagerechten ausgeführt wird, erfordern sie im allgemeinen eine zu große Wärmezufuhr, um außerhalb gewöhnlicher Schweißstellungen in Standarddurchmessern, wie von 2,78 und 2,38 mm benutzt werden zu können. Bemühungen, den.Durchmesser dieser bekannten ringförmigen Elektroden zwecks Verringerung der benötigten Wärmezufuhr zu verringern und diese somit für das Kurzschluß-Bogenschweißen in außergewöhnlichen Schweißstellungen oder Lagen der Schweißstelle verwendbar zu machen, führten bisher zu keinen.be-

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friedigenden Ergebnissen, denn selbst wenn die Schweißeignung manchmal erhalten blieb, verschlechterten sich die Bedingungen für den Schweißer. So zeigte sich ein verstärktes Spritzen und die relativ große Menge von bei derartigen Elektroden auftretender Schlacke neigte zur Beeinträchtigung des Bogens und zum Einschluß in das Schweißmetall, was zu nicht-hinnehmbaren Schweißfehlern führte. Obgleich sich ringförmige Elektroden eines deutlichen wirtschaftlichen Vorteils und einer größeren Vielseitigkeit der Zusammensetzung gegenüber Festdrahtelektroden, insbesondere bei niedrig legiertem Stahl, Werkzeugstahl und austenitischem, rostfreiem Stahlsorten erfreuen, haben sich bisher jene, welche nichtmetallische Seelenbestandteile enthalten, für das Kurzschluß-Bogenschweißen als ungeeignet erwiesen, bei welchem der Bedarf an sich verbrauchenden Elektro-den wegen der zunehmenden Beliebtheit des Verfahrens zunimmt.

Wegen ihrer großen Festigkeit, ausgezeichneten Zähigkeit und relativen Preiswürdigkeit v/erden niedrig legierte Stähle zunehmend beim Bau von Rohrleitungen (pipe lines) verwendet, bei deren Bau eine große Anzahl von Schweißungen in ungewöhnlichen Schweißstellungen auszuführen ist. Daraus erklärt sich das zunehmende Interesse an dem im Vergleich zum Handschweißen mit abgedeckten Elektroden zeit- und kostensparenden Kurzschluß-Bogenschweißen. Wegen der erwähnten Schwierigkeiten bei der Verwendung von bisher erhältlichen niedrig legierten Drähten haben verschiedene, Hersteller die Anwendung des Kursschluß-Bogenschweißens mit derartigen Drähten verboten. Diese Situation unterstreicht das Bedürfnis an einer preiswerten kontinuierlichen Elektrode, welche ganz besonders für das Kurzschluß-Bogenschweißen, insbesondere von niedrig legierten Stählen geeignet ist.

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Unter niedrig legierten Stählen sind Stähle zu verstehen, die bis zu 10 Gew.-% eines oder mehrerer der üblichen Legierungsbestandteile, wie Molybdän, Chrom, Nickel und Mangan ■ unter Einschluß von bis zu 2% Kohlenstoff enthalten, Pur Sonderzwecke sind auch gelegentlich kleine Mengen von zusätzlichen Legierungsbestandteilen, wie Kobalt, Kupfer, Vanadin, Kolumbium und Wolfram enthalten. Werkzeugstähle können bis zu 25% an derartigen Legierungsbestandteilen sowie bis zu 2,5% Kohlenstoff enthalten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine zur Verwendung beim Kurzschluß-Bogenschweißen geeignete Elektrode zu schaffen, welche von den Nachteilen der bekannten Festdraht- und ringförmigen Elektrode frei ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Flußmittel 0,05 bis 2,5 Gew.~% der Elektrode ausmacht und eine oder mehrere der Verbindungen Lithium-, Natrium-, Kalzium-, Barium und Seltenerdmetallfluorid, Kalium— und Natriumsilicofluorid sowie Kryolith und Kalium-Titan-Fluorid enthält,daß der Schlackenbildner 0,01 bis 2,0 Gew.-% der Elektrode ausmacht und eine oder mehrere der Verbindungen Titandioxid, Siliziumdioxid, Kaliumpermanganat, Natriumfeldspat, Kaliumfeldspat, Natrium-,' Kalium-, Zirkon-, Kalzium- und Magnesiumsilicat, Magnesium-, Chrom- und Manganoxid sowie Kalzium-, Lithium-, Barium-, Zirkon- und Magnesiumkarbonat enthält, wobei keines der einzelnen Flußmittel und keiner der einzelnen Schlackenbildner einen Sehalt von 1,2 Gew.-% überschreitet, .

daß der Schlackenbildner Ö bis 1 Gew.~% der Elektrode aus-* macht und einen oder mehrere der Stoffe Kalxum-Titanat, iNatrium-Titanat, kaliumhaltigen Sinterfüllstoff .sowie

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natriumhaltigen Sinterfüllstoff enthält, daß der Rest der Elektrode aus einem metallhaltigen Material unter Einschluß von Legierungszusätzon und Desoxydationsmitteln mit mindestens 0,6 Gew.-% Mangan besteht und in einer zur Bildung eines Flußstahl- niedrig legierten Stahl- oder Werkzeugstahlschweißgutes ausreichenden Menge vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Elektrode ist eine nackte, kontinuierliche, ringförmige Elektrode für das Kurzschluß-Bogenschv/eißen und ist frei von den obenerwähnten Nachteilen, welche sowohl den Festdraht- als auch den bisher erhältlichen ringförmigen Elektroden innewohnten. Außerdem besitzt sie zahlreiche Vorteile gegenüber den bisher für diese Schweißart verfügbaren Schweißdrähten. Im Vergleich mit Festdraht oder Volldraht bringt die Elektrode nach der Erfindung Metall nit überlegeneren Benetzungseigenschaften beim Kurzschluß-Bogenschweißen auf, so daß eine geringere Geschicklichkeit des Schweißers zum Auftrag von fehlerfreiem und einschlußfreiem Schweißmetall benötigt wird. Ferner kann die erfindungsgemäße Elektrode recht zufriedenstellend mit einem lirchmesser von 1,14 mm für Grund-Schweißlagen in allen Stellungen bei ausgezeichneter Schweiß-Taupenkontur und ohne Überschuß-Penetrationsprobleme verwendet werden, während bei Festdraht oder Volldraht ein Durchmesser von 0,89 mm die oberste Grenze für bestimmte Grund-Schweißlagen bildete, weil Schwierigkeiten mit der Schweißraupenkpntur und der Überschuß-Penetration auftraten. Im Vergleich mit den bekannten ringförmigen Elektroden, die beim Kurzschluß-Bogenschweißen nicht befriedigen konnten, zeichnet sich die Elektrode nach der Erfindung durch ein neuartiges Gleichgewicht zwischen nichtmetallischen und metallischen Be-

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standteilen aus, welches die Arbeit des Schweißers erleichtert. Ferner liefert die Elektrode eine bessere ' Schweiß-raupenkontur und Schweißgüte, verbunden mit befriedigenden Schweißmetalleigenschaften sowie eine Schlacke von wünschenswert niedrigem Volumen, die Einschlüsse in der Schweißung minimiert oder vollständig verhindert.

In gewisser Hinsicht kann die "Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrode als eine Verbesserung des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenschweißgutes mittels des oben beschriebenen Kurzschluß-Bogenschweißens angesehen vj er den.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen und eines bevorzugten Anwendungsverfahrens ersichtlich .

Die Seele der Elektrode kann aus einem zweckmäßigen Prozentsatz des Gesamtgewichts der Elektrode bestehen, solange die Elektrode als Ganze die erforderlichen Bestandteile enthält. Wie £ir den Fachmann verständlich, umfaßt das metallhaltige Material sowohl die Metallumhüllung als. auch die Metallpulver in der Seele und umschließt ferner Eisen, Legierungszusätze und Desoxydationsmetalle in solchen Mengen, die zur Herstellung des angestrebten Schweißgutes ausreichen.

Die Desoxydationsmetalle der Elektrode reduzieren den Sauerstoff- und in gewissen Fällen auch den Stickstoff-Gehalt des Schmelzgutes, indem sie sich mit diesen Elementen unter Bildung von Oxyden und Nitriden verbinden,

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welche hauptsächlich In die Schlacke gehen, G-ewöhfiiiehe Desoxydationsmetalle umfassen Silizium, Mangan, Aluminium» Titan und Zirkon und die Elektrode nach der Erfindung enthält vorzugsweise einen Gehalt von zumindest 0,6%'Hangan und zumindest 0,25% Silizium. Diese Gehalte werden insbesondere dann bevorzugt, wenn die Elektrode ein Sehweißgut aus einem niedrig legierten Stahl herstellen.· soll* Magnesium, Kalzium und Lithium sind ebenfalls Besoxy&atioas» metalle, welche die zusätzliche Eigenschaft besitzen, daß sie die Zähigkeit des Schweißgutes beeinflussen, wie später beschrieben. Falls Aluminium, Titan oder Zirkon als Desoxydationsmittel in solchen Mengen benutzt werden, die zur Bildung von nicht-oxydierteiri Metall ausreichen, welches in dem Schweißgut als Legierung wirkt", so soll die Menge eines jeden als Legierung wirkenden Metalles nicht mehr als 0,5 % des Schmelzgutgewichtes betragen, da dem Fachmann bekannt ist, daß größere Gehalte von ihnen die Zähigkeit des Schmelzgutes beeinträchtigen. Da Aluminium, Titan und Zirkon somit eine sorgfältige Überwachung erfordern, werden diese Metalle im allgemeinen dort nicht als Desoxydationsmittel verwendet, wo eine optimale Zähigkeit des Schmelzgutes erwünscht ist.

Das Flußmittel ist ein fluoridhaltiges Material, welches die Ausbildung einer homogenen Schlacke fördert und das Fließvermögen der Schlacke einstellt, wobei es die Ausbildung und Entfernung der Schlackendecke sowie die Schweißraupenkontur und das Einbinden beeinflußt. Die oben als Beispiele aufgeführten Flußmittel können entweder als chemisch hergestellte Verbindungen oder als deren natürliche Mineralstoffe vorliegen. Insbesondere liegt Kalziumfluorid üblicherweise als das Mineralflußspat vor·

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Der Schlackenbildner wird im allgemeinen'zur Bildung der Hauptmasse der Schweißschlacke verwendet. Bei einigen Ausführungsformen der Elektrode nach der Erfindung bildet ein derartiges Material den Hauptteil der schlackenbildenden Bestandteile und übt als solches einen starken Einfluß auf das Aussehen und die Kontur·der Schweißraupe aus. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Elektrode kann der Schlackenbildner jedoch in kleinen Mengen vorliegen und mehr die Stabilität des Bogens als das Aussehen und die Kontur der Schweißraupe beeinflussen. Auch hier können die beispielsweise genannten Schlackenbildner als chemische Verbindungen oder als natürliche Minerale vorliegen. So kann beispielsweise TiOp in Form des Minerals Rutil verwendet werden. Es sei unterstrichen, daß die genannten Silikate des Natriums und des Kaliums in wasser- ' freiem Zustand zu verwenden sind, was für den Fachmann, klar ist.

Wie bereits erwähnt, soll keiner der einzelnen nichtmetallischen Seelenbestandteile in einer Menge von mehr als 1,2% des Elektrodengewichtes vorliegen. Es wurde nämlich gefunden, daß die Kurzschluß-Bogenschweißung beeinträchtigt wird, wenn der Gehalt an einem dieser Komponenten die oben erwähnte 1,2 %-Grenze überschreitet. Bei Gehalten von mehr als 1,2 Gew'.-% treten unerwünschte Effekte auf. So wird der Metallübergang etwas ungleichmäßig und vermehrtes Verspritzen sowie vermehrte Schlackeneinschlüsse sind zu beobachten« ■

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Der Bogenstabilisator verringert das Verspritzen und die Unregelmäßigkeiten bei dem Übergang des geschmolzenen Metalls über den Schweißbogen. Zusätzlich zu den oben beispielsweise genannten Bogenstabilisatoren kann' eine Quelle von Lithiumionen bei der Stabilisierung des Bogens hilfreich sein, wie später noch erörtert werden wird.

Die verschiedenen nicht-metallischen Komponenten können in einigen Schweißsystemen in mehr als einer Weise dienen. Die obige Kategorisierung faßt sie in Gruppen zusammen, in denen sie am häufigsten wirksam sind. So ist beispielsweise Kalium-Silicofluorid als Flußmittel aufgeführt worden, aber in der Elektrode nach der Erfindung kann dieses Material sowohl air» Flußmittel als auch als Bogenstabilisator wirksam sein. In gleicher Weise wirkt auch Kaliumsilikat als Schlackenbildner und als Bogenstabilisator.

Die die Schlagzähigkeit des Schmelzgutes beeinflussenden Mittel schließen metallisches Magnesium ein, dessen Gebrauch in der US-Patentschrift 3 539 765 beschrieben ist· Unter bestimmten Bedingungen können auch metallisches Kalzium und metallisches Lithium als Mittel zur Steigerung der Zähigkeit wirksam sein. Die Handhabung von metallischem Kalzium und metallischem Lithium ist jedoch auch'dann, wenn jedes der Metalle mit anderen, weniger aktiven Metallen legiert ist, schwieriger als die Handhabung metallischen Magnesiums. Außerdem sind Kalzium und Lithium weit teurer als Magnesium. Wegen der Anwesenheit von Kohlenstoff und Aluminium führen die zur Verfügung stehenden Formen von Kalzium und Lithium zu neuen Schwierigkeiten, so daß die

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Anwendung von Hagnesium als .Zähigkeitsmittel bevorzugt wird. Es ist jedoch zu "beachten, daß die Verwendung Wi· Zähigkeitsmitteln in manchen Fällen eine besondere Sorgfalt bei der Zusammensetzung der Seele erfordert, um optimale Bedingungen für den Schweißer aufrechtzuerhalten.

Die nackte, kontinuierliche, ringförmige Elektrode nach der Erfindung enthält vorzugsweise bis zu 25% von Eisen verschiedene Legierungszusätze unter Einschluß des Des~ oxydationsm^ttels mit wenigstens 0,6% Mangan und wenig-, stens 0,25% Silizium, wobei der Gesamtgehalt an Legierungs-zusätzen so bemessen ist, daß er zur -Bildung eines Schweißgutes mit mindestens 0,6% Mangan aus Flußstahl, niedrig legiertem,oder Werkzeugstahl ausreicht, Die Abstimmung der metallischen Bestandteile der Elektrode zwecks Sicherstellung der angestrebten Analyse des Schweißgutes ist eine dem Fachmann geläufige Maßnahme., die auf der Kenntnis der Verluste am spezifischen Legierungs- oder Desoxydationsmetallen während des Durchganges durch den Bogen beruht,-wobei diese Verluste bei den einzelnen verwendeten Legierungs- und Schlackensystemen unterschiedlich sind, Bei der bevorzugten Elektrodenform sind die metallhaltigen Seelenbestandteile so abgestimmt, daß das aufgebrachte .Schweißgut bei der chemischen Analyse wenigstens einen Gehalt von 0,6%' Mangan aufweist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Flußmittel Kryolith in einer Menge von bis zu 0,5% verwendet, während als Schlackenbildner eine der Verbindungen TiOp, Natriumfeldspat, Zirkonsilikat (letzteres entweder als hergestellte Verbindung oder als Zirkonsand), Kalziums.ilikat (üblicherweise als Wollastonit) und Magnesiumoxyd

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ausgewählt wird. ·

Nach einer anderen bevorzugten Ausfiihrungsform enthält die erfindungngemäße Elektrode 0,05 biß 1% an Flußmittel, wobei dieses Flußmittel aus den Verbindungen Lithiumfluorid, KaliuEi-Silicofluorid und Natriura-Silicofluorid ausgewählt ist, ferner 0,025 bis 0,5% eines fcalziumkarbonathaltigen Schlackenbildners, O_:bis 0,5% eines aus den Verbindungen Manganoxid und Kaliumpenaanganat ausgewählten Schlackenbildners und O bis 0,3% eines kaliura-titanathaltigen Bogenstabilisatore.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrode kann nach einem der verschiedenen allgemein bekannten yerfahren durchgeführt v/erden. Das Ziel eines jeden derartigen Verfahrens ist es, eine Seele aus ausgewählten Materialien, allgemein in fein zerteilter Form, in eine geeignete Metallumhüllung derart einzuschließen, daß keines der Seelenmaterialien entweichen kann und daß der Zutritt von Luft oder Feuchtigkeit in die Seele minimiert oder unterbunden wird. Das Urahüllungsmetall wird in erster Linie im Hinblick auf seine Verformbarkeit und auf seinen Beitrag zu der Chemi e des gesamten elektrodischen Auftrages ausgewählt. Die gute Verformbarkeit ist wegen der Herstellung des Rohres erforderlich und die Umhüllung steuert normalerweise den Hauptteil der Chemie des Schmelzgutes bei. Bei der Elektrode nach der Erfindung wird voraugeweise eine Flußstahlumhüllung verwendet, welche eine üeele umschließt, die die notwendigen nichtmetallischen und metallischen Materialien in Pulverform enthält.

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Der Metallgehalt der Elektrode stammt normalerweise sowohl aus der Umhüllung, wie oben erläutert, und aus gewöhnlichen, der Seele zugesetzten gepulverten Metallen und Legierungen, wie Ferrosiliziurn und Elektrolytmangan. Wie dem Fachmann tekannt ist, können andere Seelenwerkstoffe verwendet werden,, um den notwendigen Metallgehalt der Elektrode zu gewährleisten. So kann beispielsweise ein gepulvertes metallhaltiges Material in der Elektrodenseele in nichtmetallischer Form, so als Oxyd, auftreten, sofern diese Form unter den Schweißbedingungen leicht reduzierbar ist. Da die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Elektrode bei niedrig legierten Stahlen erzeugten Schweißungen einen Kohlenstoffgehalt-von weniger, als 0,2%, bei einigen sehr kohlenstoffarmenSorten sogar, weniger als 0,05% erfordern, müssen Kohlenstoffgehalte dieser Elektroden, insbesondere kohlenstoffhaltige metallische Bestandteile sorgfältig überprüft ^rerden. Auch Stoffe, wie Karbonate, erfordern eine besondere "Überwachung, da sie durch Reduktion im Bogen Kohlenstoff liefern-können. Entsprechende Grenzgehalte sind dem' Fachmann bekannt. Üblicherweise wird der Kohlenstoffgehalt so niedrig gehalten, wie wirtschaftlich vertretbar ist. Jedoch können billigere Ferro-Legierungen oder Umhüllungsmaterialien,.die etwas mehr Kohlenstoff als nur den Restkohlenstoff enthalten, aus wirtschaftlichen Gründen verwendet werden, sofern die Kohlenstoffgehalte toleriert werden können*

Zur Herstellung von Flußstahlschweißungen enthält die Elektrode nach der Erfindung bis zu Q,12% Kohlenstoff, 1 bis 2,5% Mangan und 0,4 bis .1 % Silizium, .

Zur Herstellung eines Schweißgutes für niedrig legierte Stähle enthält/die Elektrode bis zu 0,2% Kohlenstoff,

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0,6 bis y/o Mangan, 0,25 bis 1% Silizium, 0 bis H%-Nickel, 0 bis 6& Chrom und O bis 1,5% Molybdän, wobei die Sumice der Prozentsätze von Mangan plus Silizium plus Chrom plus Molybdän zumindest 1,5% beträgt und der restliche Metallgehalt der Elektrode im wesentlichen aus Eisen besteht. Um das Schweißgut zäh zu machen, kann die Elektrode auch 0,1 bis 0,7% metallisches Magnesium enthalten.

Zur Herstellung von Schweißgut für Werkzeugstähle verschiedener Standardsorten enthält die Elektrode die in der folgenden Tafel A zusammengestellten Bestandteile.

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	T a f e	1	A	S	Cr	Mo	I	W	0	Ni	Co
Werkzeug stahl				4	3,5	1	7	j.	0
Art des. Schweiß gates	£		Si	5	10	4	12		12
Schnellstahl	0,8	0,6	0,25	4	—	1'	20	—	0
auf Mo-Basis	1,5	⁷J	2,3	5		5	0		12
Schnellstahl	0,7	ti	ti	3	0	0	7	0	0
auf W-Basis	1,5 '			7 -	5	2	9	0	,3 5
Warmstahl	0,2	It	Il	2	_	0	18	—	—
auf Cr-Basis	0,6			12		1	o
Warmstahl	0,2	Il	It	4	5	1	6	->	-
auf W-Basis	0,6				8	2	—
Warmstahl	0,5	ti	Il	12	0	0		—	0
auf Mo-Basis	0,7				1	4	• 0		3
Kaltstahl	1	It	Il ·	0	Λ	o.	1	0	—
auf C-Cr-Basis	2,5			5,5	1,5	5	0	2	-
Kaltstahl	0,5	It	»1	0	0	0	,4 1*	—	—
Lufthärtung	2,5			0,8	0,3	Ό	0
Kaltstahl	0,9	It	Il	0	0	—	2,	—	—
ölhärtung	1,5			3,5	1,5	-	0	5 -	-
Stossbestän-	0,4	It	It	0		-		-	-
dig	0,6			1	/
G-W-Typ	1	Il	It
	1,5

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Die erfindungsgemäße Elektrode zeichnet sich durch einen geringen, raschen und kugelförmigen Metallübergang bei geringer Spritzneigung aus, wenn sie beim Kurζschluß-Bogenschweißen verwendet wird. Sie kann auch mit einen ruhigen sprühartigen übergang betrieben v/erden, wenn sie in dem sogenannten Sprühverfahren mit höherer Stromdichte verwendet wird. Die geringe Schlackenmenge ist leicht zu entfernen und die Raupenkontur ist glatt. Es wird eine gute Einbindung oder Verzahnung des Schweißmetalls.mit dem Grundmaterial und eine überlegene Fehlerfreiheit des Schweißmetalls erreicht.

Wie bekannt ist, wird die Stabilisierung des Schweißbogens durch eine Ionenquelle von Elementen der Gruppe 1A des Periodischen Systems der Elemente, wie beispielsweise Kalium, unterstützt. Um für die Elektrode nach der Er— findung von Nutzen zu sein, muß eine derartige Quelle Ionen in einer Form abgeben, die das Rehydrationsverhalten der Seele oder den Schweißvorgang nicht ungünstig beeinflußt. Es wurde gefunden, daß für diesen Zweck Kalium-Titanat und kaliumhaltiger Sinterfüllstoff geeignete Materialien sind. Ein erfolgreich benutzter Sinterfüllßtoff hatte die folgende gewichtsmäßige Zusammensetzung: 18% Manganoxid, 16% Silizium-Dioxid, 4-1% Titandioxyd, 25% Kaliumoxyd. Auch einige der bevorzugten Flußmittel, wie Lithiumfluorid, Natriumfluorid und Kaliumsilloofluorid. wirken sowohl als Flußmittel als auch als-Quellen für die erwünschten Ionen aus der Gruppe 1A.

In Tafel 1 sind sechs Beispiele von Kombinationen nichtmetallischer Bestandteile zusammengestellt, die eich mit Nutzen für die Elektrode nach der Erfindung verwenden lassen·

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In dieser Tafel stellt das Beispiel 4 eine "besonders bevorzugte Verbindung dar und zusätzlich zu den dort aufgeführten Nichtmetallen können bis zu 0,5% Manganoxyd oder Kaliumr permanganat als Schlackenbildner verwendet weiden, um die Schlackeneinschlüsse in dem Schweißgut zu verringern.

T a'f e 1 1

Alle Prozentangaben sind in Gew.-%, bezogen'-auf die Elektrode

Beispiel ■	1	,12 ,12 ,12	2	1	4 '	1: ·	; 6.
Flußmittel (%)
Lithiumfluorid Kaliumsilico- fluorid Natriumsilico- fluorid Kryolith	0 0 0	0,12	"0/12	0,12	0,12	0,12 0,12

Summe 0,36 0,12 0,12 . .0,12 0,12 0,24

Schi ackenbild-

ner (%)	0,96	0,024	S	\	0,96	0,024	0,024
Rutil	0,12			0,12
Natriumfeldspat	0,12			0,12.
Zirkonsilikat	0,12.	0,024	0,24
Wollastonit			0,36
fTagne siumoxyd
Galciumkarbonat

Summe 0,024 1,32 0,024 0,024 1,80 0,024

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Beispiel

Bozenstabill-"sator (%)

Kaliumtitanat 0,012 0,012 0,012

Ferner wurde gefunden, daß es vorteilhaft ist, daß die Seele 10-15 Gew.~% des Elektrodengewichtes ausmacht, wenn die Elektrode zur Erzeugung eines Flußstahl-, niedrig legierten Stahl- \ oder Werkzeugstahlschweißgutes aufgebaut ist, wenngleich, wie oben angeführt, andere Prozentsätze für die Seele zur Herstellung von Schweißungen von höher legierten Werkzeugstählen ebenso befriedigend zu verwenden sind, solange die Elektrode die erforderlichen Bestandteile in den spezifizierten Mengen enthält.

In der folgenden Tafel 2 ist die metallische Zusammensetzung von sieben Elektroden zum Schweißen der oben erwähnten niedriglegierten oder Werkzeugstähle zusammengestellt· Es ist zu beachten, daß jede Elektrode im übrigen aus Eisen und den nichtmetallischen Komponenten besteht, die aus den sechs Beispielen aus Tafel 1 ausgewählt sind. Die dann folgende Tafel 3 enthält die typische chemische Analyse von unverdünntem Schweißgut, welches mittels Kurzschluß-Bogenschweißuag unter Verwendung einer Probe mit einem Durchmesser von 1,14 mm aus einer jeden Elektrode gemäß Tafel 2 erzeugt wurde. Dabei wurde ein Schutzgas aus 75% Argon und 25% 0O₀ in einer Menge von 1,88 mvh verwendet. Gearbeitet wurde bei einem Gleich-

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strom mit umschaltbarer Polarität von 160 A und 16 V. Die-obigen-Angaben beziehen sich auf die niedriglegier-· ten Elektroden. Mit der-Werkzeugstahlelektrode wurde unter einem Schutzgas aus 54-% Argon, .29% Helium und . — 17% GO^ sowie bei 140 A und 17,5 V Gleichstrom mit umschaltbarer Polarität gearbeitet. Diese chemische Natur der Schv/eißungen ist typisch für jede der aufgeführten metallischen Elektrodenzusammensetzungcn, obgleich kleinere Abweichungen in Abhängigkeit von der spezifischen Kombination'der aus Tafel 1 ausgewählten Komponenten für das Flußmittel, den Schlackenbildner und. den Bogenstabilisator auftreten können*

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Tafel 2
Metallische Zusammensetzung der ringförmigen Elektrode in Gew.-%

co

co co

CO ■-·%. O -4

Elektrode Fr. Stahlsorte

ümhüllungsmetal1

Elektrodenzusanaensetzung (%)

Kohlenstoff

aus der Umhüllung plus Leg.

Kangan

1	niedrig	1	4	1	6	1	-20-
niedrig-	legiert	niedrig	niedrig	niedrig-	niedrig-	niedrig
legiert	Ma-Cr-	legiert	legiert	legiert	legiert	legiert
3% ITi	Ni-Ko	Kn-Ni-Ko	C-Ko	Kh-Ko	kohlen	luftge-
					stoffarm	härt et
	Fluß				Cr-Ko
Fluß	stahl	Fluß	Fluß	Fluß	kohlen	Fluß
stahl		stahl	stahl	stahl	stoff armer	stahl
CtO				Flußstahl

0,06

aus elektrolyti-

schein Kn 0,5

aus 1,4% Feffc aus der Umhüllung .,.PtJE

0,8

0,08

•1,8

0,08

,5
0,5

0,09

0,5
0,3

0,08

%5
0,5

0,8-

,3

0,03

0,5
0,3

0,8

0,9

%3 0*3

1,6

Elektrode Nr.

Z-

Silicium aus 50% PeSi aus Si-Carbid

Gesamt

0,8

0,9

0,7

0,8

0,7

0,8

0,9

0,2

0,4

0,6

Nickel

aus 'Ni Pulver

•3,5

2,4

O
CD
OO

to

Chrom .

aus elektrolytischem Cr

aus kohlenstoff-'armen FeCr . 0,3 aus' kohl en stoffreichem FeCr

0,3 2,4

2,4

0,6

4,8

5,4

Molybdän aus FeMo aus Mo-Pulver

Vanadin

aus T-Carbid

Eisen plus,. Nichtmetalle Rest

0,15

Rest

0,4

Rest

.0,5

0,35

Rest

' 1 I

Rest

0,4

Rest

a) Flußstahl enthält typischerweise 0,7% C, 0,556 Mn, weniger als 0,1% Si, Rest in wesentlichen Eisen und Verunreinigungen

b) Kohlenstoffarmer Flußstahl enthält typischerweise 0,1% C, 0,3% Kn, weniger ■ als 0,1/ö Si, Rest im wesentlichen Eisen und Verunreinigungen

c) Wahlweise können noch 0,1-0,7% Mg zur Steigerung der Zähigkeit zugesetzt werden.

Tafel

Typische Schweissgut-Analysen (Gew.-%).

Elektroden ITr.

co (aus Tafel 2) 1 2 2 ± 5 § Z__

cd ■ C 0,04 0,06 0,04 0,03 0,07 0,03 0,7

oo Mn 0,65 1,4 1,5 0,75 ..1,7. 0,7 1,2

-* Si 0,7 0,7 0,5 0,5 0,S 0,7 0,5

⁴⁰ Ni 5,4 2,4 . 2,5 - - -

^ Cr - 0,2 - - - 2,2 5,1

co S Mo - ' °^5 0,4 c,5 0,5 -1,1 1,3

O ""* - Fe und Veirunreini- - . ' ■

g gungen. Rest Rest Rest Rest . Rost Rest Rest

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Bein Herstellen der Elektrode wurde das kernförmige Seelenmaterial vor dein Einbringen in die UrrJiüllung-auf eine Größe entsprechend einer Siebweite von minus 30 US-mash ausgesiebt. Nach Ausbildung auf. größere Abmessungen AiTurde die ringförmige Elektrode ganz nach Wünsch kalt auf einen Durchmesser von 1,59 mm oder -weniger-reduziert, bei dem sie für das Kurζscnluß-Bogenschweißen geeignet ist. . -

Die Elektrode nach der Erfindung kann mit ITu t ζ en in einem breiten Bereich von halbautomatischen und automatischen Schweißbedingungen eingesetzt 'werden, wobei diese.r Bereich nicht lediglich das Kurzschluß-Bogenschweißen umschließt, für welches sie besonders geeignet ist, sondern'-auch das Hetallübergangsbοgenschweißen unter Schutzgas. Je nach Art des erwünschten Überganges sind Ausführungsformen der. erfindungsgemäßen Elektrode mit Gleichstrom von umschaltbarer Polarität und 60 bis.300 A sowie .14- bis 30 V betrieben worden.

Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungs- und Herstellungsbei-spiele begrenzt ist.

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BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

1. Elektrode für das Kurzschluß-Bogenschweißen mit einer metallischen äußeren Umhüllung und einer innerhalb der Umhüllung angeordneten und von dieser umschlossenen Seels^ wobei die Elektrode Eisen und zumindest ein Flußmittel, einen Schlackenbildner, einen Bogenstabilisator, einen Legierungszusatz und ein Desoxydationsmittel enthält, dadurch gekennzeichnet , daß das Flußmittel 0,05 bis 2,5 Gew.-# der Elektrode ausmacht und eine oder mehrere der Verbindungen Lithium-, Natrium-, Kalzium-, Barium und Seltenerdnetallfluorid, Kali.Uia- und Natriumsilicofluorid sowie Kryolith und Kalium-Titan-Fluorid enthält, daß der Schlackenbildner 0,01 bis 2,0 Gew.-% der Elektrode ausmacht und eine oder mehrere der Verbindungen Titandioxid, Siliziumdioxid, Kaliuiaperinanganat, Natriumfiedspat, Kaliumfeldspat, Natrium-, Kalium-, Zirkon-, Kalzium und Magnesiumsilicat, Magnesium-, Chrom- und Manganoxid sowie Kalzium-, Lithium-, Barium^ Zirkon- und Magnesiumkarbonat enthält, wobei keines der einzelnen Flußmittel und keiner der einzelnen Schlackenbildner einen Gehalt von 1,2 Gew.~% überschreitet, daß der Schlackenbildner 0 bis 1 Gew.-% der Elektrode ausmacht und einen oder mehrere der Stoffe Kalium-Titanat* *Natrium-Titanat, kaliumhaltigen Sinterfüllstoff sowie natriumhaltigen Sinterfüllstoff enthält, daß der Rest der"Elektrode aus einem metallhaltigen Material unter Einschluß von Legierungszusätzen und Desoxydationemittelii »it mindestens 0,6 Gew.-% Mangan besteht und in einer zur Bildung eines Flußstahl-, niedrig legierten ßtattl- oder Werkzeugstahlschweißguteß ausreichenden Menge vorgesehen ist.

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2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch* gekennzeichnet, daß das metallhaltige Material Legi erungs zusätze und Desoxidationsmittel in Mengen bis zu 25% des Elektrodengewichtes enthält und daß das" metallhaltige Material zu wenigstens 0,6% des Elektrodengewichtes aus Mangan und zu wenigstens 0,25% des Elektro- dengewichtes aus Silizium,: Rest im wesentlichen Eisen besteht.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch. ge k e η η ζ e i c h'η e t , daß das Desoxydationsmittel Magnesium, Kalzium oder Lithium enthält. »·

4. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Desoxidationsmittel Aluminium, Titan oder Zirkon in solchen Mengen enthält., daß die Menge eines jeden der als Legierungsbestandteil wirkenden Elemente Aluminium, Titan und Zirkon im Schweißgut nicht mehr als 0,5 Gew.-% ausmacht. . . ■ ■ ^;

5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n< η ζ e i c h η e t , daß die Silikate des Natriums und des Kaliums im wesentlichen, wasserfrei sind.'

6. Elektrode nach einem .der Ansprüche 1 bis 5» dadurch.

g e k e η η ζ e ic h η e t , daß der Bogenstabilisator eine .Lithiumionenquelle enthält.

7· Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e nnz e i c hn.e t., daß als Flußmittel .Kryolith in einer Menge von bis zu 0,5% des Elektro den gewicht es dient und daß der Schlackenbildner einen oder mehrere

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der Stoffe Titandioxyd, Natriuinfeldspat, Zirkonsilikat, Kalzixurisilikat und Magnesiumoxyd enthält«,' : ..,..;,.■.. . ,·.

8. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch., gekennzeichnet , daß das Flußmittel in einer Menge von 0,05 bis 1% des Elektrodengewichtes vorliegt und zumindest einen der Stoffe Lithiumfluprid, Kaliumsilicofluorid und Hatriumsilicofluorid enthält ... .„ und daß die Elektrode zu 0^025 bis 0,5 Gew.~% a|is einem kalziumkarbonathaltigem Schlackenbildner , zu Ό "bis 0,5 Qevr.~% aus einem manganoxydhaltigen und/oder kaliumpermanganathaltigen Schlackenbildner so\irie zu 0 bis 0,5 Gew.-% aus einem kaliuiütitanathaltigen Bogenstabilisator besteht.

9. Elektrode nach einem der Ansprüche Λ Ms 8, gekennzeichnet durch einen Kohlenstoffgehalt von bis zu 2,5% des Elektrodengewichtes.

10. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Gehalt von bis zu 0,12 Gew.~% Kohlenstoff, 1 bis 2,5% Mangan und 0,4 bis 1 Gew.-% Silizium.

11. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Gehalt von bis zu 0,2 Gew.-% Kohlenstoff, 0,6 bis 3 Gew.-% Mangang, 0,25 bis 1 Gew.-% Silizium, 0 bis M- Gew.-^ Nickel, 0 bis 6 Gew.-% Chrom und 0 bis 1,3 Gew.-% Molybdän.

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12. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe de.r Mangan-, Silizium-, Nickel-, Chrom- und Molybdängehalte zumindest 1,5 % des Elektrodengewichtes ausmacht. ·

13. Elektrode nach Anspruch 11 oder 12,' g e k e η η ze i ehn e t durch einen- Gehalt von 0,1 bis 0_s7 Gew.-% an metallischem Magnesium. ' ' ■

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