DE2320939C3 - Schweißelektrode für die Uchtbogen-SchutzgasschweiBung - Google Patents

Description

3 20 939

einer

bestandteile in der Elektrode und durch von außen zugeführtes Gas gebildet wird, gegen den Zutritt der

SnDurch"mes^~vo^^eis;irmSJ^en ^en' ^äuße™ ^osphäre geschützt wird. Die Schutzgas-

"" atmosphäre schützt das geschmolzene Metall vor dem 5 Luftstickstoff.

Die Kernbestandteile bilden einen schützenden gezogen wird. Schlackenüberzug, sie desoxidieren und reinigen das ' _m tu. ^l purcnmessern, Schweißmetall, sie liefern die Legierungsbestandteile ■mn Hergestellt, so daß zum für das abgeschiedene Metall und tragen zur Stabiiiv*™?" J!°™°? ■ ^Stel" ^{lo sierung des Licl}"bogens bei. Auf Grund des doppelten """ * ""-raen können. Schutzes werden ausgezeichnete Schweißungen mit der Erfindung guten mechanischen Eigenschaften erzielt.
:en gearbeitet . Die Erfindung ist durch die nachstehenden Beispiele

»cw;nH-aV,.;t«, » -it .λ , _L ^Abscheidungs- in nicht einschränkender Weise erläutert,
geschwindigkeiten erzielt werden als bei Verwendung 15

der bekannten Elektroden. Diese Ergebnisse beruhen B e i s ρ i e 1 1

teilweise auf der Zusammensetzung des Kerns, aus Es wurde eine Elektrode gemäß der Erfindung her-

?m t rwVwij ν1.T ^™? ¹T ,^Fließvermöß^en gestellt, deren Umhüllung 86% und deren Kern 14%

bilde Diese Schlacke hat eine physikalische uad eine des gesamten Efektiodengewichts ausmachten. Der

metallurgischeFunküon. Die Zusammensetzung der «. Kern enthielt ein granuliertes Gemisch mit der nach-

Schlacke ermöglicht die Bildung eines festen und stehend angegebenen Zusammensetzung:

duktilen Metalls und liefert eine Schweißnaht mit r x. , τΓ· ™»,

einer glatten Form und einem guten Aussehen ohne Geschmolzene Fntte 20%

Unterhöhlungen. Die Herabsetzung des Fließvermö- ?,^Util " '· ⁴^"{"

gens der Schlacke kann auch durch das Desoxidations- »5 Magnetit 6 %

mittel beeinflußt werden. Mit höheren Siliciumgehalten ^^senp"!^{ver 5} '«

kann das Fließvermögen herabgesetzt werden, während Ferrosilicium 12 /₀

geringere Siliciumgehalte und höhere Mangangehalte t-erromangan 13 /₀

das Fließvermögen erhöhen. Auf Grund der beschränk- Anders gesagt, hatte der Kern die nachstehend an-

ten Auswahl von Flußmittelbestandteilen wird die 30 gegebene Zusammensetzung·

Anwendung von hohen Mangan-Silicium-Verhältnis- _{N o} , _no/

sen ermöglicht, wodurch die Kerbschlagzähigkeit in i-~ ?Λά

der fertigen Schweißstelle erhöht wird. Beim Schweißen ti X ' {"

reagiert das Flußmittel mit dem Metall unter Bildung ς\η \ n°/

der endgültigen Schlacke. ₃₅ ?~² · ·. Jo

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Magnetit 6/

Elektrode gemäß der Erfindung beim Schweißen als E^is:np!j!^v.^er .\{°.

blankes, kontinuierlich abschmelzendes Element ver- rerrosiiicium \i/

wendet und mit einer Stromquelle verbunden. Zwi- r-erromangan 15 /_o

sehen der Elektrode und dem Werkstück, das mit 40 Das für den Kern verwendete Gemisch wurde in an Rost oder Hammerschlag bedeckt sein kann, wird ein sich bekannter Weise in die Umhüllung aus Stahl mit Lichtbogen erzeugt Der Lichtboden wird mit einem niedrigem Kohlenstoffgehalt eingeschlossen. Diese AnSchutzgas umgeben, z. B. mit Kohlendioxid, einem Ordnung wurde bis auf einen Außendurchmesser von Gemisch aus 75 % Argon und 25 % Kohlendioxid, oder 1,6 mm ausgezogen und in einer Schutzgas-Lichtbogeneinem Gemisch aus Argon und Sauerstoff. Die Elek- 45 Schweißvorrichtung (CO₂ als Schutzgas) zur Hersteltrode wird in den Lichtbogen hineingeschoben, wobei lung einer Kehlschweißung von 6,4 mm auf einer der elektrische Kontakt mit der Umhüllung der Elek- 13 mm starken Platte in vertikaler Stellung verwendet. trode aufrechterhalten bleibt, worauf der Lichtbogen Zum Vergleich wurde eine zweite SchweiCung mit relativ zum Werkstück bewegt wird. einer ähnlichen Platte unter Verwendung einer handels-Das Verfahren ist sowohl automatisch als auch 5° üblichen Elektrode vom Typ 70 T-I mit einem Durchhalbautomatisch durchführbar. Die maschinell herge- messer von 1,6 mm durchgeführt. In beiden Fällen stellte, röhrenförmige Abschmelzelektrode wird konti- wurde der Schweißstrom auf eine Stärke eingestellt, nuierlich in den Lichtbogen hineingeschoben, worin die zu einer Schweißung mit einem allgemein akzepdas geschmolzene Metall durch eine Schutzgasatmo- tierten Aussehen und Qualität führt. Die Ergebnisse Sphäre, die durch Zersetzung eines Teils der Flußmittel- 55 sind in Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Schweißungen an einer vertikalen Stahlplatte von 13 mm

Bedingungen Art der Süiweißung*)

a b a b

Maximum Optimum
A/V«») kg/Std. A/V kg/Std. A/V kg/Std. A/V kg/Std.

Elektrode A 160/25 1,13 200/26 2,27 140/25 0,45 170/25 1,36

Elektrode von 200/26 2,31 250/27 3,9 180/26 1,9 200/26 2,27

Beispiel 1

*) Art der Schweißung (a) Vorschub ohne Schwingung zur Herstellung einer SchweiBung, die in der Industrie als Adernwulst

bekannt ist.
(b) Schwingende Elektrode (als »Weben«) bekannt, um einen »Sims« aus Schweißmetall zu bilden und die

Schweißnaht zu vergrößern.
···> AmDere/VolL

Tabelle I zeigt einen Vergleich der Abscheidungs- Tabelle III

geschwindigkeiten des Schweißmetalls bei verschiede- _{genschaften des} abgeschiedenen Metalls

nen Stromstarken fur zwei Elektrodenarten. Die bei *-<g«-"»· <* β

höheren Schweißstromslärken erzielbaren Abschei- Typische mechanische Eigenschaften Sehweite!

dungsgeschwindigkeiten sind offensichtlich und führen 5 Streckgrenze, kg/cm* 5350

zu beträchtlichen Einsparungen. Zugfestigkeit', kg/cm* 6330

Dehnung in 5 cm (%) 27

Beispiel 2 Querschnittsverminderung (%) 62

Die mit den Elektroden gemäß der Erfindung beim io Typische Kerbschlagzähigkeits-Schweißen erzielbaren Vorteile kennen auch durch eigenschaften (Charpy V-Kerbe)
einen Vergleich mit dem allgemein üblichen Verfahren Versuchstemperaturen

zur Herstellung von Schweißungen in einer nicht- ->->°q 91 mkp

horizontalen Stellung, d. h. mit den üblichen umhüll- "l8^uC 4^6 mkp

ten Stabelektroden für den Handbetrieb gezeigt wer- 15

den. Tabelle II gibt einen Vergleich über die Abschei- Typische Schweißmetallanalyse
dungsgeschwuidigkeiten des Schweißmetalls bei den Kohlenstoff Mangan Silicium

üblichen Stromstärken auf vertikalen Platten der in 0,08 /_o 1,47 /₀ 0,74 /₀

Tabelle I angegebenen Art.

ao Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Abscheidung von Metall mit der in Tabelle III angege-

Tabelle II benen Zusammensetzung; vielmehr kann die gleiche

Grundmasse für den Flußmittelkern zur Abscheidung

Nicht horizontale Schweißungen auf einer Stahlplatte von Legierungen modifiziert werden, wenn statt des von 13 mm 25 dem Kern als Metallpulver zugesetzten Eisens Legie-

rungen verwendet werden. In Tabelle IV sind typische

Elektrode Größe Ampere Abscheidungs- niedriglegierte Abscheidungen angegeben, die auf

geschwindigkeit diese Weise hergestellt werden können und die zum mm kg/Std. Schweißen von niedriglegierten Stählen mit ähnlicher

30 Zusammensetzung oder mit vergleichbaren Eigen-

E 6010 3 2 100 10 schäften verwendet werden können.

E 6010 4,'o 160 U3

E 6010 4,8 175 1,63 Tabelle IV

Beispiel 1 1,6 180 1,9 Niedriglegiertes, abgeschiedenes Metall

Elektrode

a b c d e f
Die Elektrode AWS, Klasse E 6010 ist seit Jahren

die Standard-Elektrode aus Weichstahl, die in der _Λ -,„„-, _Λ „., _Λ „

Bauindustrie und auf Werften für das Schweißen in 40 Kohlenstoff 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07

nichthorizontaler Stellung verwendet wird. Die Aus- Mangan 0,90 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

wahl der Elektxodengrößer, hängt von der Dicke des Silicium 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60

Materials, der Größe der erforderlichen Auskehlung Chrom — 1,50 2,25 — — 0,25

und der Erfahrung des Schweißers ab. Ein Durch· Nickel — — — 1,00 2,50 1,75

messer von 4,0 mm entspricht der am häufigsten ver- 45 ^Moly^ba^an °.50 0,50 1,00 — — 0,30
wendeten Durchschnittsgröße. Die größte zulässige

Dicke für nichthorizontales Schweißen beträgt 4,8 mm. Hierbei handelt es sich um die typischen niedrig-

Beim Vergleich ist auch die Wirksamkeit im Betrieb legierten Legierungsarten für das Schutzgas-Metall-

sehr wichtig. E>ie Elektroden vom Typ E 6010 sind Lichtbogenschweißen, wie sie in der »American WeI-

nur in Längen von 38 cm verfügbar, und nachdem 50 ding Society Specification A 5.5« aufgeführt sind.

30 cm abgebrannt sind, muß eine gewisse Zeit zum Die Werte für die Stromstärke und die Spannung

Auswechseln der Elektrode in Kauf genommen werden. beim Schweißen mit den Elektroden gemäß der Erfin-

Mit der fortlaufenden Elektrode gemäß der Erfindung dung in den verschiedenen Stellungen sind in Tabelle V

kann man eine viel höhere Wirksamkeit im Betrieb angegeben. Diese Ergebnisse wurden mit 100%igem

erzielen. ₅₃ Kohlendioxid als Schutzgas (Taupunkt —40⁰C) erhal-

Die in Tabelle II angegebenen Abscheidungs- ten. Wird ein Gemisch aus 75% Argon und 25%

geschwindigkeiten sind auf eine Leistungsfähigkeit Kohlendioxid als Schutzgas verwendet, vermindern

von 100%, d.h. auf ein kontinuierliches Schweißen, sich alle nachstehend angegebenen Spannungen um

bezogen. Tatsächlich aber hat die überzogene Stab- 0 bis 1,5 Volt. Für die meisten automatischen Ver-

elektrode vom Typ E 6010 nur eine durchschnittliche 60 fahren können die argegebenen Stromstärken um

Leistungsfähigkeit von 25 % oder weniger, da beim 25 % erhöht werden.

Auswechseln der Elektroden viel Zeit verlorengeht. Es können horizontale und vertikale Stumpf-Die Leistungsfähigkeit der fortlaufenden Flußmittel- schweißungen mit einer geregelten Schweißnahtkern-Elektrode ist deshalb weit höher als die der kontur in Form von fluchtenden Schweißungen oder Elektrode vom Typ E 6010. 65 geregelten Verstärkungen erhalten werden, die das

Die Eigenschaften des mit Hilfe einer Elektrode gewöhnlich bei Flußmittelkern-Elektroden anderer

nach Beispiel 1 abgeschiedenen Schweißmetalls sind Zusammensetzung auftretende rauhe Aussehen nicht

in Tabelle III angegeben. zeigen.

Tabelle V

Schweißstromstärken und -spannungen

Mindest	Optimal	Höchst
werte	werte	werte
A V	A V	A V

Durchmesser der Schweißstelle 1,15 mm

Eben und

horizontal 125 24 180 25 280 30

Vertikal 125 24 180 25 210 26

Über Kopf 125 24 180 25 210 26

Durchmesser der Schweißstelle 1,6 mm

Eben und

horizontal 180 26 250 27 430 34

Vertikal 180 26 200 26 250 27

Über Kopf 180 26 225 26 250 27

Hieraus ergibt sich, daß die Elektrode gemäß der Erfindung ein hervorragendes Schweißverhalten in allen Stellungen zeigt.

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Claims (7)

1 2 Pt -/-hi·· Schweißelektrode für die Lichf bogen-Schutzgasschwei- rateniansp e. Bung mit einer Stahlumhüllung und einem Kern zu

1. Schweißelektrode für die Lichtbogen-Schutz- schaffen, die in Form einer fortlaufenden Elektrode gasschweißung mit einer StahJumhüIlung und einem mit relativ großem Querschnitt auch zum Schweißen Kern, dadurch gekennzeichnet, daß 5 in vertikaler Stellung oder über Kopf geeignet ist und der Kern, bezogen auf sein Gewicht, 1,5 bis 4,5% hieibei im wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie eines Alkalimetalle (berechnet als Oxid), 29 bis beim Schweißen in horizontaler Stellung ergibt.
70% Titandioxid, 1,5 bis 16,5% Siliciumdioxid, Eine solche Schweißelektrode ist erfindungsgemäß 2,2 bis 6,6% Mangandioxid, 10 bis 20% Ferro- dadurch gekennzeichnet, daß der Kern, bezogen auf silicium und 10 bis 25% Ferromangan enthält. io sein Gewicht, 1,5 bis 4,5% eines Alkalimetalls (berech-

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn- net als Oxid), 29 bis 70% Titandioxid, 1,5 bis 16,5% zeichnet, daß der Kern bis zu 6 % Magnetit enthält. Siliciumdioxid, 2,2 bis 6,6% Mangandioxid, 10 bis

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20% Ferrosilicium und 10 bis 25% Ferromangan zeichnet, daß der Kern bis zu 20% eines Metall- enthält.

pulvers enthält. 15 Diese Kernbestandteile ergeben in den angegebenen

4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Anteilen ein Flußmittel, das ein geringeres Fließzeichnet, daß das Alkalimetall Natrium ist. vermögen als die bekannten Flußmittel hat.

5. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Vorzugsweise enthält der Kern bis zu 6% Magnetit, zeichnet, daß die Metallumhüllung aus einem Stahl Ferner kann der Kern bis zu 20% eines Metallpulvers mit niedrigem Kohlenstoffgehalt besteht und 70 ao enthalten. Die zusammenhängende Metallumhüllung, bis 90% des Elektrodengewichts ausmacht. die den Kern umgibt, kann aus einem Stahl mit einem

6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn- niedrigen Kohlenstoffgehalt bestehen und 70 bis 90% zeichnet, daß der Kern, bezogen auf sein Gewicht, des Elektrodengewichts ausmachen.

25 bis 55% Titandioxid, 10 bis 20% Ferrosilicium, Das Alkalimetall ist vorzugsweise Natrium, das dem

10 bis 25% Ferromangan und 10 bis 30% eines 25 Kerngemisch als Titanat, Silicat oder als eine geschmol-

geschmelzenen Materials enthält, das aus 15% zene Fritte mit hohem Titandioxidgehalt zugesetzt

Natriumoxid, 47% Titandioxid, 22% Mangan- wird. Das Titandioxid wird als Rutil und/oder als

dioxid und 15% Siliciumdioxid besteht. geschmolzene Fritte mit hohem Titandioxidgehalt zu-

7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekenn- gesetzt. Das gegebenenfalls verwendete Metallpulver zeichnet, daß sie Kieselsäuresand in einer Menge 30 wird zugesetzt, um die Menge des abgeschiedenen von bis zu etwa 12 Gewichtsprozent des Kerns Schweißmetalls zu erhöhen oder um dessen Zusammenenthält, setzung zu modifizieren. Das Metallpulver kann aus

Eisen oder einem anderen Metall bestehen, so daß

eine Legierung abgeschieden werden kann, die als

Die Erfindung betrifft eine Schweißelektrode für die 35 Hauptbestandteil Eisen enthält, z. B. eine Nickel-Lichtbogen-Schutzgasschweißung. Derartige Elektro- Eisen-Legierung oder eine Chrom-Molybdän-Legieden enthalten eine Stahlumhüllung und einen Fluß- rung, die beispielsweise 2,25 bis 1,25% Chrom und mittelkern bestimmter Zusammensetzung. Aus den 1,0 bis 0,5% Molybdän enthält.
Bestandteilen des Flußmittels wird bei den angewen- Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindeten Schweißtemperaturen bzw. unmittelbar darunter 40 dung können die Bestandteile des Flußmittels für den eine Schlacke mit einer hohen Viskosität erzeugt. Kern teilweise als geschmolzenes Material vorliegen,

Beim Lichtbogenschweißen mit Flußmittelkern- das in Form einer zubereiteten Fritte oder in Form Elektroden erfolgt die Abdeckung des Schweißmetalles geeigneter vulkanischer Mineralien vorliegen kann, (durch den Flußmittelkern der Elektrode, durch den Eine Fritte wird dadurch hergestellt, daß man Titan-Lichtbogen und zusätzlich durch ein von außen züge- 45 dioxid, Kieselsäuresand und Mangandioxid mit Naführtes Schutzgas oder Schutzgasgemisch. Dieses Ver- triumcarbonat auf 1010⁰C zum Schmelzen erhitzt, fahren ergibt einen tief eindringenden Lichtbogen, der das Erhitzen fortsetzt, bis das Kohlendioxid entfiroße wirtschaftliche Vorteile besitzt. Ferner werden wichen und ein glasartiges Produkt gebildet ist, worauf Schweißungen erhalten, deren Qualität und Schweiß- man dieses zum Gebrauch zerkleinert und siebt. Die Geschwindigkeiten denen nach dem Unterpulver- 50 Mengen der Bestandteile werden so gewählt, daß man Schweißverfahren hergestellten vergleichbar sind. Wei- eine Fritte mit 15% Natriumoxid, 47% Titandioxid, terhin kann der Schweißer die Schweißnaht sehen und 22% Mangandioxid und 15% Siliciumdioxid erhält. «Jen Schweißvorgang kontrollieren. Es können auch 1 % Fe₂O₃ vorhanden sein. Der Kern

Fortlaufende Elektroden mit Flußmittelkern sind enthält, bezogen auf sein Gewicht, 10 bis 30% dieses

beispielsweise in der US-PS 30 51 822 beschrieben. 55 geschmolzenen Materials sowie 25 bis 55% Rutil, 10

Diese können aber im allgemeinen nur in der horizon- bis 20% Ferrosilicium und 10 bis 25% Ferromangan.

lalen Schweißstellung verwendet werden. Schweißun- Gegebenenfalls kann der Kern auch bis zu 12%

fen in anderen Stellungen wurden dagegen bisher nur Kieselsäuresand, bis zu 6% Magnetit und bis zu 20%

•lit den üblichen überzogenen Stabelektroden für Eisenmetallpulver enthalten.

Handbetrieb durchgeführt. Bei der Lichtbogen-Schutz- 60 Um eine Elektrode gemäß der Erfindung herzustel-

gasschweißung wurden auch blanke oder mit Kupfer len, formt man einen Streifen des Umhüllungsmaterials

überzogene feste Stahlelektroden verwendet, um die aus Kohlenstoffstahl zu einem U-förmigen Kanal. Die

Schweißgeschwindigkeit zu erhöhen und um die durch relativen Mengen der Bestandteile der Elektrode, ein-

das Auswechseln der Elektroden bedingten Unter- schließlich des Kernmaterials, können durch Verwen-

brechungen zu vermeiden. Düse Verfahren haben 65 dung von Umhüllungen mit unterschiedlicher Wand-

jedoch den Nachteil, daß man hierzu Schweißer mit stärke oder durch Zusatz von Eisenmetallpulver zum

großer Erfahrung benötigt. Kern oder zum Füllmaterial eingestellt werden. Die

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine feinteiligen Kernbestandteile werden in den Kanal