DE2315765C3

DE2315765C3 - Seelendrahtelektrode

Info

Publication number: DE2315765C3
Application number: DE19732315765
Authority: DE
Inventors: Masahiro Briarcliff Manor; Valle Rafael Maytin Bronx; N.Y. Nakabayashi (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-03-30
Filing date: 1973-03-29
Publication date: 1976-01-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Seelendrahtelektrode für das Schutzgaslichtbogenschweißen, insbesondere mit einem Schutzgas, das aus Kohlendioxid besteht oder Kohlendioxid enthält.

Es wurden bereits verschiedene Arten von Seelcndiahtelektroden zur Verwendung mit oder ohne Schutzmedium einschließlich Gas oder Flußmittel vorgeschlagen. Es stehen auch Seelendrahtelektroden für das Schweißen mit Kohlendioxid-Schutzgas zur Verfügung. Keine der bekannten Elektroden dieser Art ist jedoch voll zufriedenstellend, wenn es um das Schweißen in Zwangsposilion geht, beispielsweise um senk rechtes Schweißen, Überkopfschweißen u. dgl. Bei den zur Zeit verfügbaren Elektroden erfordert das Schweißen in Zwangsposition eine große Geschicklichkeil des Schweißers bei der Handhabung der Elektrode, um das schmelzflüssige Schweißbad gegen die auf das Schweißbad einwirkende Schwerkraft zu halten, hin weiterer Nachteil bekannter Elektroden besteht darin, daß der Schweißer zur Verringerung der Dünnflüssigkeit des Schweißbades normalerweise den Lichtbogenstrom herabsetzt. Das hat zur Folge, daß der sprühregenartige Verkstoffübergang zu einem tropfenförmigen Werkiioffübergang von der Elektrode zum Werkstück übergeht. Der tropfenförmige Werkstoffübergang erfordert jedoch eine noch größere Geschickiich keit des Schweißers bei der Handhabung der Elektrode.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Seeldrahtelektrode zu schaffen, die das Schutzgaslichtbogenschweißen in Zwangsposition erleichtert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Seelendrahtelektrode für das Schutzgaslichtbogenschweißen mit einer hohlen Hülle aus niedriggckohltem Stahl und einer Schweißpulverseelc die in Gewichtsprozent im wesentlichen aus 30 bis 60% Titandioxid, 10 bis 30% metallischem Desoxydationsmittel, einer wirksamen Menge an Silizium, falls nicht im Desoxydationsmittel enthalten, 3 bis 10% Manganoxid. 0,5 bis 8,0% einer natrium- und/oder kaliumhaltigen lichtbogenstabilisierenden Verbindung, 2 bis 40% Eisenpulver und 1 bis 7% Magnesium- und/oder Magnesium-Aluminium-Legierung besteht, wobei 0,5 bis 5.0% Aluminiumoxid vorhanden sind, wenn eine Magnesium-Aluminium-Legierung benutzt wird, und wobei die Schweißpulverseele 10 bis 20% des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß bei einem auf Rutil-Basis beruhenden, die Seele einer für das Schutzgasschweißen bestimmten Elektrode bildenden Flußmittel der Zusatz von Magnesium in elementarer Form oder als Magnesium-Aluminium-Legierung in überrasche der Weise eine Schlacke ergibt, die offensichtlich erheblich oberhalb des Schmelzpunktes der Schlacke und oberhalb des Schmelzpunktes von Stahl

steif oder viskoser wird Es wird angenommen, daß die Verbindung MgTi₂Os (Schmelzpunkt 1652° C) in dem geschmolzenen Flußmittel gebildet wird und beim Ausfallen eine Versteifungswirkung darauf hat. Diese Erscheinung eignet sich in hervorragender Weise für das Senkrecht- oder Überkopfschweißen. Es wurde ferner festgestellt, daß die Lichtbogenbildung instabil wird, wenn an Stelle von Magnesium oder Magnesium-Aluminium-Legierungen Magnesiumoxid verwendet wird. Überraschenderweise führen Magnesium oder Magnesium-Aluminiurn-Legierungen nicht zu Lichtbogeninstabilitäten, obwohl Magnesium oder Aluminium in Gegenwart des Lichtbogens wegen des in der Kohlendioxid-Schutzgasatmosphäre vorhanderen Sauerstoffs in Magnesiumoxid oder MgTi₂Os bzw. in AbCh umgewandelt werden.

Als Desoxydationsmittel können beliebige herkömmliche Desoxydationsmittel benutzt werden, beispielsweise Ferromangan-Silizium, Ferromangan, Ferrosilizium, Zirkon-Silizium, Kalzium-Silizium, Ferroaluminium-Silizium, Alkalimetalle und Erdalkalimetalle. Vorzugsweise werden Ferromangan-Silizium und Ferromangan verwendet. Es kann jedes der vorstehend genannten Desoxydationsmittel benutzt werden, vorausgesetzt, es ist eine wirksame Menge an Silizium vorhanden, und zwar entweder als Bestandteil des Desoxy dationsmittels oder als weiterer Zusatz zum Flußmittel. Das Desoxydationsmittels sollte in einer Menge von 10 bis 30 Gewichtsprozent vorhanden sein.

Eisenpulver dient als Lichtbogenstabilisator und ist in einer Menge von 2 bis 40 Gewichtsprozent vorhanden. Die Eisenpulvermenge hängt von dem Gewichtsprozentsatz der Seele bezogen auf das Gesamtgewicht der Drahtelektrode ab. Wird beispielsweise mit einer sehr kleinen Seele gearbeitet, ist in der Seele weniger Eisenpulver erforderlich, weil das Eisen durch die Hülle zur Verfügung gestellt wird.

Eine Natrium- oder Kaliumverbindung mit lichtbogenstabilisierenden Eigenschaften, beispielsweise Natriumfluorid oder Kaliumsilikat, ist in einer Menge von 0,5 bis 8 Gewichtsprozent vorhanden. Kalziumfluorid hat, wie gefunden wurde, einen nachteiligen Einfluß auf die Anwendbarkeit der Elektrode für das Schweißen in Zwangsposition.

Rutil (TiCh) stellt die Grundlage des Flußmittels oder Schweißpulvers dar; es ist der schlackebildende Bestandteil. Rutil sollte in einer Menge von 30 bis 60 Gewichtsprozent der Seele vorhanden sein. Werden wesentlich mehr als 60 Gewichtsprozent Rutil verwendet, wird die Schlacke zu dünnflüssig und geht der günstige Einfluß des Magnesiums oder der Magnesium-Aluminium-Legierung verloren.

Magnesium oder eine Magnesium-Aluminium-Legierung wird in einer Menge von 1 bis 7 Gewichtsprozent vorgesehen. Werden wesentlich mehr als 7 Gewichtsprozent benutzt, wird der Lichtbogen sehr hart, und es kommt zu einer starken Spritzerbildung. Außerdem wird die Schlacke zu rasch steif, was zu Einschlüssen im Schweißgut führt. Manganoxid wird in einer Menge von 3 bis 10 Gewichtsprozent benutzt, um einen weichen, spritzerfreien Lichtbogen in Gegenwart der erforderlichen Menge von 1 bis 7 Gewichtsprozent Magnesium oder Magnesium-Aluminium-Legierung zu erhalten.

Es wurde ferner gefunden, daß Aluminiumoxid (AI2O3) vorgesehen werden sollte, wenn Magnesium in Form einer Legierung von Magnesium und Aluminium zugesetzt wird. Aluminiumoxid unterstützt die Bildung einer steifen Schlacke bei Verwendung von Magnesium-A!uminium-Legierungen. Die Aluminiumoxidmenge sollte zwischen ungefähr 03 und ungefähr 5,0 Gewichtsprozent liegen.

Die Seele macht vorzugsweise 10 bis 20% des Gesamtgewichts der Elektrode aus. Es versteht sich, daß bei Änderungen des Gewichtsverhältnisses von Seele zu Gesamtelektrode die Gewichtsanteile der Bestandteile der Seele zu ändern sind.

ίο Die folgenden Beispiele stellen zweckmäßige Ausführungsformen für verschiedene Gewichtsanteile und Zusammensetzungen der Seele dar. in allen Fällen wurde ciri Schutzgas benutzt, das aus Kohlendioxid oder einem Gemisch von 25 Volumprozent Argon und 75 Volumprozent Kohlendioxid bestand. Das Schutzgas wurde der Schweißbrennerdüse in einer Menge von 1,13 m^J/h zugeführt.

Beispiel I

Es wurde eine Elektrode von 1,6 mm Durchmesser hergestellt. Die Elektrode hatte eine Hülle aus niedriggekohltem Stahl und eine Schweißpulverseele, die !8% des Gesamtgewichts der Elektrode ausmachte. Das Schweißpulver hatte in Gewichtsprozent ungefähr die folgende Zusammensetzung: NaF 1,5; Fe-Pulver 21,5; T1O2 47; Fe-Mn-Si 20; Mg 3; Mn 0,7. Mit Hilfe der Elektrode wurden senkrechte Steignähte von Hand mit ungefähr 200 bis 230 A und ungefähr 23 bis 25 V geschweißt. Die Schlacke wurde so steif, daß das Schweißbad ohne besondere Geschicklichkeit des Schweißers gehalten wurde. Ungeachtet des verhältnismäßig schwachen Stromes wurde ein sprühregenartiger Werkstoffübergang aufrechterhalten, was dazu beitrug, daß der Schweißer die Schweißung bequem durchführen konnte.

Beispiel II

Eine Elektrode ähnlich Beispiel I wurde hergestellt. Die Schweißpulverseele machte den gleichen Gewichlsanteil aus und hatte in Gewichtsprozent ungefähr folgende Zusammensetzung: NaF 2; Fe-Pulver 35; TiO₂ 35; Fe-Mn-Si 15; Mg-Al 4; MnO 5; K₂SiO₄ 2; AI2O3 2. Die Elektrode wurde auf die gleiche Weise und unter denselben Schweißbedingungen wie im Beispiel I eingesetzt. Die Ergebnisse waren ähnlich wie dort.

Beispiel III

In diesem Beispiel wurde ebenso wie in den Beispielen IV und V eine Elektrode von 1,6 mm Durchmesser hergestellt, die eine Hülle aus niedriggekohltem Stahl und eine Schweißpulverseele von 14 Gewichtsprozent hatte. In diesem Beispiel hatte die Seele in Gewichtsprozent folgende Zusammensetzung: Fe 11,9; T1O2 45; Fe-Mn-Si 23,8; MnO 6,4; NaF 2,5; Mg-Al 5,2; K2SfO< 2,6; AI2O3 2,6. Wiederum wurde eine steife Schlacke gebildet; das Schweißbad konnte ohne besondere Geschicklichkeit des Schweißers gehalten werden.

Beispiel IV

In diesem Beispiel enthielt das Flußmittel in Gewichtsprozent: Fe 12,4; T1O2 45,0; Fe-Mn-Si 19,3; MnO 6,4; NaF 2,5; Mg-Al 5,2; K₂SiOt 2,6; AI2O3 2,6 und Fe-Mn 4. Diese Elektrode erwies sich als besonders günstig angesichts der hervorragenden Lichtbogensta-

bilitat. hoher Kerbschlagzähigkeit und entsprechender Festigkeitswertc für Anwendungen bei niedriggekohltem Stahl.

Beispiel V

In diesem Beispiel enthielt das Schweißpulver in Gewichtsprozent: Fe 16,4; "ΠΟ2 45.0; Fe-Mn-Si 19.3; MnO b.4; NaF 2.5; Mg-Al 5.2; KsSiOi 2,b; AhOi 2,6. Bei Verwendung dieser Elektrode wurden aie gleichen guten Ergebnisse für handgeschweißte senkrechte Steignähte erhalten.

Beispiel Vi

In diesem Beispiel wurde eine Elektrode von !.6 nun Durchmesser mit einer Hülle aus mednggekohl.em Stahi und einer Schweißpulver«^ vor, 12 Gcu.chtspro/ent hergestellt. Das Schweißpulver enthielt m Gewichtsprozent· NaF 3.0; Fe 2.5; T.O; d2,j; K-Mn-S. S MnO 7 5; Mg-Al 6.0; K:SiC« 3.0; ALO, 3.0. Handschweißungen, die in der gleichen Weise und unter denselben Schweißbedingungen wie oben angegeben durchgeführt wurden, lieferten entsprechend gute Ergebnisse.

Claims

Paieniansprüche:

1. Seelendrahielektrode für das Schutzgaslichtbogenschweißen mit einer hohlen Hülle aus niedriggekohltem Stahl und einer Schweißpulverseele, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele in Gewichtsprozent im wesentlichen aus 30 bis 60% Titandioxid, 10 bis 30% metailischem Desoxydationsmittel, einer wirksamen Menge an Silizium, falls nicht im Desoxydationsmittel enthalten, 3 bis 10% Manganoxid, 0,5 bis 8,0% einer natrium- und/oder kaliumhaltigen lichtbogenstabilisierenden Verbindung, 2 bis 40% Eisenpulver und 1 bis 7% Magnesium- und/oder Magnesium-Aluminium-Legierung besteht, wobei 0,5 bis 5,0% Alu miniumoxid vorhanden sind, wenn eine Magnesium-Aluminium-Legierung benutzt wird, und daß die Schweißpulverseele 10 bis 20% des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

2. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtbogenstabilisierende Verbindung, aus 0,5 bis 3% K2S1O« besteht.

3. Seelen... rahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele in Gewichtsprozent im wesentlichen aus 47% TiCh, 20% Fe-Mn-Si, 7% MnO, 1,5% NaF, 21,5% Eisenpulver und 3% Mg besteht und daß die Seele 18% des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

4. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele «η Gewichtsprozent im wesentlichen aus 35% T1O2. 15% Fe-Mn-Si, 5% MnO, 2% NaF, 2% K₂SiO₄, 35% Eisenpulver, 4% Mg-Al und 2% AI2O3 besteht und daß die Seele 18% des Gesamtgewichts der 'Elektrode ausmacht.

5. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele »η Gewichtsprozent im wesentlichen aus 45% T1O2, ,23,8% Fe Mn-Si, 6,4% MnO, 2.5% NaF, 2,6% K2S1O4, 11,9% Eisenpulver, 5,2% Mg-Al und 2,6% A12O3 besteht und daß die Seele 14% des Gesamtlgewichts der Elektrode ausmacht.

6. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseelc lin Gewichtsprozent im wesentlichen aus 45% ΤΊΟ2, 19,3% Fe-Mn-Si, 4,0% Fe-Mn, 6,4% MnO, 2,5% NaF, 2,6% K2S1O4, 12,4% Eisenpulver, 5,2% Mg-Al lund 2,6% AI2O3 besteht und daß die Seele 14% des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

7. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele in Gewichtsprozent im wesentliche·· aus 45% T1O2, 19,3% Fe-Mn-Si, 6,4% MnO, 2,5% NaF, 2.6% K2S1O4, 16.4% Eisenpulver, 5.2% Mg-Al und 2,6% AI2O3 besteht und daß die Seele 14% des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

8. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele in Gewichtsprozent im wesentlichen aus 52,5% T1O2, 22,5% Fe-Mn-Si, 7,5% MnO, 3,0% NaF. 3.0% K2S1O4, 2,5% Fe, 6.0% Mg-Al und 3,0% AI2O3 besteht und daß die Seele 12% des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht. 6«;

9. Anwendung der Seelendrahtelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Lichtbogenschweißen unter Verwendung eines Schulz

gases, das aus Kohlendioxid besteht oder Kohlendioxid enthält.

10 Anwendung der Seelendrahtelektrode nach einem der Ansprüche 3 bis 8 zum Lichtbogenschweißen unter Verwendung eines Schutzgases. das aus Kohlendioxid oder einem Gemisch aus 25 Volumprozent Argon und 75 Volumprozent Kohlendioxid besteht.