DE2356640C3 - Seelenelektrode - Google Patents

Description

Die erfindungsgemäße Seelenelektrode weist ein Legierungsmittel, ein Desoxydationsmittel, ein

Die Erfindung betrifft eine Seelenelektrode zur Licht- 30 schlackebildendes Mittel usw. auf.
bogenschweißung unter Schutzgas von austenitischen, Wie oben erwähnt, sind austenitische, nichtrostende

nichtrostenden Stählen. Stähle verhältnismäßig leicht schweißbar. Beim Licht-

Die erfindungsgemäße Seelenelektrode kann bei- bogenschweißen unter Schutzgas unter Verwendung «pielsweise beim automatischen Schweißen verwendet der erfindungsgemäßen Seelenelektrode werden selbstwerden, wobei der Lichtbogen üblicherweise senkrecht 35 verständlich die Stromzufuhr, die Zusammensetzung steht. von Schutzgas, Schweißbacken, und Werkzeugen, die

Beim Lichtbogenschweißen von nichtrostendem Form des Lichtbogens, usw. sowie die Bearbeitbarkeit, Stahl ist die Verwendung einer ummantelten Metall- Produktivität, Wirtschaftlichkeit, Korrosionsbestänelektrode bekannt. digkeit und Verbindungseigenschaften in fachmänni-

In letzter Zeit wird ein Lichlbogenschweißverfahren 4° scher Weise berücksichtigt. Die erfindungsgemäße unter Verwendung eines Schutzgases, wie Argon oder Seelenelektrode wird vorteilhaft zum Schweißen von CO₂, im großen Umfang angewendet. Zum Schweißen Platten bis zu einer Dicke von 10 bis 60 mm verwendet, von Platten mit mehr als 20 mm Dicke wird ein Unter- wobei man die Anzahl der Lagen der Art der Nuten pulver-Lichtbogenschweißverfahren angewandt. anpaßt. Dabei kann ein nichtrostender Stahl ohne

Dieses Schweißverfahren ist jedoch umständlich 45 Porosität und ohne Zerstörung der Eigenschaften des und hat einen ungünstigen Wirkungsgrad, da es in Basismetaiis geschweißt werden, wobei man eine mehreren Schichten durchgeführt wird. Außerdem hat gleichmäßige Schweißnaht und eine hochwertige das geschweißte Material eine schlechte Korrosions- Schweißverbindung erhält. Darüber hinaus benötigt beständigkeit im geschweißten Bereich, falls korro- die erfindungsgemäße Seelenelektrode keine Ummansionsbeständiges Material verwendet wird. 50 telung aus speziellem nichtrostenden Stahl bestimmter

Weiterhin sind Elektroschlacke-Schweißverfahren chemischer Zusammensetzung, und es kann vielmehr einschließlich eines Elektroschlackc-Schweißverfah- jeder Flußstahl oder nichtrostender Stahl oder ähnrens mit sich aufbrauchender Düse bekannt, bei dem licher Stahl, der an das verwendete Basisnietall angeein massiver Draht, eine Seelenelektrode und ein höh- paßt ist, als Ummantelung verwendet werden. Das erler Draht, usw. verwendet werden, sowie ein Lichtbo- 55 findungsgemäße Flußmittel enthält (jeweils in Gegenschweißverfahren unter Schutzgas, bei dem haupt- wichtsprozent) 5 bis 20% CaFj, 1 bis 20% Fe-Si, 1 bis sächlich Seelenelektroden usw. für ein automatisches 5% SiO₁, 1 bis 6% CaCO₃, 10 bis 70% Cr, 5 bis 40% senkrechtes Schweißen verwendet werden. Das Elek- Ni, 0 bis 70% Fe, 1 bis 20% Mn, entsprechend den troschlacke-Schweißverfahren wird überwiegend zum Bestandteilen des Basismetalls und des Mantels. Zur Schweißen von Stahlplatfen eingesetzt. Wenn jedoch 60 Verbesserung "on Vorgängen, wie etwa der Desoxydadicke Platten zu verschweißen sind, entsteht an der tion, der Denitrierung usw. können bei Bedarf Sub-Schweißstclle häufig ein Bruch, und die Kerbschlag- stanzen wie Ti, CaSi, Metalle der seltenen Erden usw. Zähigkeit ist gering, was sehr nachteilig ist. Das Licht- zugesetzt werden. Als Schutzgas wird hautpsächlich bogenschweißverfahren wird bisher in großem Um- ein Gasgemisch aus Argon und CO₂ verwendet,
fang zum Schweißen von Behältern und Seitenplatten 65 Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung von Schiffen verwendet, wobei eine große Menge von sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen
Flußstahl oder Stahl hoher Zugfestigkeit eingesetzt F i g. 1 bis 4 Querschnitte von verschiedenen, erwird. Es ist jedoch bisher keine Schweißelektrode für findungsgemäßen Seelenelektroden,

3 . 4

F i g. 5 A und 5 B eine perspektivische Darstellung pulverisierten Flußmittels und trägt folglich dazu bei,

bzw. eine Ansicht des Basismetalls, das in einem die Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrode zu

Schweißtest verwendvt wurde, wobei dessen Form dar- erleichtern,

gestellt ist. 1 bis 20% Mn oder 1 bis 20% Fe-Si werden als

In den F i g. 1 bis 4 sind der Mantel 1, das Flußmit- 5 Desoxydationsmitte! oder Leeierunssbesiandteil hinzulel 2 und die Elektrodenseele 3 aus Flußstahl oder nicht- gefügt, und Cr, Ni, Ti, Mo, Nb, Cu, Ta usw. werden rostendem Stahl dargestellt. Der Mantel dieser Elektro- zugesetzt zur Verbesserung der dichten Struktur des den ist teilweise in den Innenbereich eingestülpt. Da- abgelagerten Stahls, der Festigkeit, der Korrosionsbedurch ist das Flußmittel dicht und eng mit dem innen- ständigkeit, der RißfestigkeiC der Fließfähigkeit des liegenden Abschnitt des Mantels verbunden, so daß 10 Flußmittels usw., und insbesondere werden Cr, Ni, Metall und Flußmittel beim Schweißen gleichmäßig Fe, Mo, Nb, Cu₅ Ti usw. hinzusefügt zur Einstellung geschmolzen werden und der elektrische Stromfiuß des notwendigen Gehalts, entsprechend den Bestandgleichmäßig verteilt ist, so daß man eine gleichmäßige teilen des Mantels.
Schweißzone und eine hohe Schweißfestigkeit erhält. Wenn 1 bis 25 Gewichtsprozent Fe-Nb zu dem auf

Im folgenden sollen die Wirkungsweise und die Vor- 15 diese Art hergestellten Flußmittel zugesetzt werden, ist

teile der einzelnen, als Füllstoffe der erfindungsge- dieses besonders geeignet für Bereiche, die hohe

mäßen Seelenelektrode verwendeten Bestandteile er- Festigkeit bei hohen Temperaturen erfordern, und

läutert werden. bei Zueabe von 3 bis 30 Gewichtsprozent Mo-Metall

CaF₂: Dieser Bestandteil wird während des Schwei- ist das Flußmittel besonders geeignet für Bereiche, bei

ßens verdampft und schirmt das geschmolzene Me- ao denen eine Korngrenzenkorrosion verhindert und der

lall gegenüber der Atmosphäre ab, so daß verhindert Korrosionswiderstand verbessert werden soll. Bei

wird, daß sich N₂ und O₂:p. de: Atmosphäre vermischen Zugabe von 5 bis 30 Gewichtsprozent Cu-Metall er-

iind die Fließfähigkeit der Schlacke verbessert sowie gibt sich ein Korrosionswiderstand gegenüber Säure,

der Lichtbogen stabilisiert wird. Wenn dieser Anteil Erfindungsgemäß sind 5 bis 50 Gewichtsprozent

weniger als 5% bcirägt, wird der Abschirmungseffekt as Flußmittel indem Mantel enthalten. Wenn weniger als

unzureichend, und bei mehr als 20",., wird der Licht- 5% Flußmittel im Mantel eingefüllt werden, wird der

bogen unstabil, und das Aussehen der Schweißnaht Bogen unstabil und die Abschirmung der Schlacke

wird beeinträchtigt. Folglich liegt der bevorzugte Wert wird verschlechten, und wenn mehr als 50% Fluß-

iwischcn 5 und 20%. mittel in dem Mantel vorgesehen sind, bildet sich zu-

CaCO₃: Dieser Bestandteil stellt als Carbonat den 30 viel Schlacke, so daß sie überströmt, oder Legierungs-Schmelzpunkt und die Viskosität der Schlacke ein bestandteile gelangen in zu hohem Maße in das abgeimd stabilisieri den Boden, so daß die Schlacke gut ab- lagerte Metall, so daß sich die mechanischen Eigengeschirmt wird. Wenn dieser Bestandteil in einer Menge schäften verschlechtern. Es hat sich daher in mehreren von weniger als 1 % vorhanden ist, haftet die Schlacke Experimenten bewährt, 5 bis 50 Gewichtsprozent tu sehr an der Schweißnaht an und ist schwei von die- 35 Mußmittel in dem Mantel zu verwenden,
ler zu trennen. Wenn dieser Bestandteil mehr als 6% Im folgenden sollen Versuchsergebnisse des Lichtbobcträgt, wird seine Viskosität erhöht, so daß die ucnschweißens unter Verwendung der crfindiingsge-Schlacke schlecht abgeschirmt wird. Der bevorzugte mäßen Seelenelektrode wiedergegeben werden.
Anteil beträgt daher 1 bis 6%, je nach dem Anteil Tabelle I zeigt die chemische Zusammensetzung en CaFj. 40 eines Mantels aus nichtrostendem Stahl mit einer

Eisenpulver: Dieser Bestandteil verbessert die Stabi- Dicke von 0,25 mm und einer Breite von 20 mm, der

lität und den Widerstand des Lichtbogens und ver- fiii die erfindungsgemäße Seelenelektrode verwendet

größen die Ablagerungsgeschwindigkeit und ver- wird. Tabelle II gibt das Mischungsverhältnis des in

bessert zugleich die Wirksamkeit der Ablagerung. Lr dem Mantel enthaltenen Flußmittels wieder,

wird daher im Bereich von 0 bis 70% zur Verbesserung 45 In Tabelle I enthalt Fe-Si 40",, Si, die Reinheit von

der Wirksamkeit des Schweißvorganges verwendet. Cr beträgt mehr als 99%, und die Reinheit vcn Ni und

Eisenpulver verbessert die Fließfähigkeit des fein Mn beträgt mehr als 99,9",,.

Tabelle 1

Chemische Zusammensetzung des Siahhnantcls

Beispiel Chemische Zusammensetzung (°„)

C Si Mn P S Cr Ni

Mantel 0,06 0,76 1,25 0,02 0,01 15,53 13,96

Tabelle II

Mischungsverhältnis des Hullmitiels

Zusammensetzung (°,)

CaI-, CaCO, SiO, Ie Si Cr Ni Mn

12 4 2 2 55 10 15

5 6

Die im Test verwendete Elektrode enthält 10 bis Tabelle III

20 Gewichtsprozent Flußmittel gemäß Tabelle II in Schweißbedingungen

einem Mantel aus nichtrostendem Stahl gemäß Ta-

belle 1, der in F i g. 1 im Schnitt gezeigt ist. Das Basis- Schweißstrom 440 bis 480 A

metall ist SUS 304 r..it einer Dicke von 25 mm in der 5 Schweißspannung 33 bis 34 V

Form gemäß F i g. 5, und es wird eine Lage mit I-för- Schweißgeschwindigkeit .. . 46,7 mm/min

migem Querschnitt geschweißt. Die Schweißausrü- Schutzgas Ar 70 bis VO!,

stung ist eine normale Lichtbogen-Schweißausrüstung, CO, 30 bis 10%

und das Schweißen wird durchgeführt, indem ein ge- Zugesetzte Schweißwärme .. 193 000 J/cm

schmolzener Bereich durch einen wassergekühlten

Kupferschuh mit einer Ar + CO_rGasschutzschicht Tabelle IV

umgeben wird. Die Schweißbedingungen sind für die- Zugfestigkeit des vollständig geschweißten Metalls

sen Fall in Tabelle III gezeigt. Tabelle IV gibt die —^: ■■

Zugfestigkeitsergebnisse eines vollständig geschweißten Zugfestigkeit, kg/mm² 58,3 57,7

Metalls wieder, während F i g. 5 die Kerbtestergeb- 15 Dehnung, % 53,3 54,1

nisse des geschweißten Metalls zeigt. Die chemische Flächenabnahme, % 65,7 70,4

Zusammensetzung des vollständig geschweißten Metalls

ist in Tabelle VI gezeigt. Die Einheit der Energieauf- Tabelle V

nähme in Tabelle V ist m-kg, und als Prüfling dient ein Kerbtest des vollständig geschweißten Metalls

Prüfling der Nr. JIS No. 4. Es gibt bisher kein Bei- 20

spiel eines Lichtbogen-Schweißens unter Schutzgas von Test- l 2 3 Mittel-

einem nichtrostenden Stahl, und daher ist ein Beispiel ^tf£P^{eratur wcrt}

der mechanischen Eigenschaften der Schweißzone

beim Unterpulverschweißen zum Vergleich in Tabelle —196 8,7 8,4 8,1 8,4

VII gezeigt. 25 - 76 14,6 14,3 14,6 14,5

Tabelle VI

Chemische Zusammensetzung des vollständig geschweißten Metalls

Chemische Zusammensetzung (%)
C Si

Mn

Cr

Ni

0,60

1.50

0,007

0.011

18.9

10.6

Tabelle VII

Mechanische Eigenschaften einer Unterpulverschweißung

Streckgrenze
(kg/mm^!)

Zugfestigkeit
(kg/mm⁸)

Dehnung

Flächenabnahme

Aufgenommene Energie
(m-kg)

—20^cC —196°C

28,8 bis 30,5

58,3 bis 59,6

51,0 bis 55,0

60,0 bis 62,0

5,25

2,75 bis 4,14

Tabelle VII zeigt die Eigenschaften des getesteten Basismetalls und des getesteten Drahtes bei einer Schweißung unter Verwendung von SUS304 mit 22,2 mm Dicke.

Wie aus einem Vergleich der Tabelle IV mit der Tabelle VII hervorgeht, gibt es nahezu keinen Unterschied in bezug auf die Zugfestigkeit, Dehnung und Flächenabnahme zwischen einem Teil, das unter Verwendung des Lichtbogen-Schweißens unter Schutzgas mit Hilfe der Seelenelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung geschweißt worden ist und einem Teil, das mit Hilfe des Unterpulverschweißens geschweißt worden ist, obwohl die zugesetzte Schweißwärme groß ist. Wie jedoch aus Tabelle V hervorgeht, ist bei der vorliegenden Erfindung aufgenommene Energie wesentlich größer als im herkömmlichen Falle, und insbesondere ist die aufgenommene Kerbenergie bei besonders niedrigen Temperaturen erfindungsgemäC wesentlich größer als beim herkömmlichen Schweißen Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, da[

mit Hilfe des Lichtbogenschweißverfahrens untei Schutzgas ein austenitischer nichtrostender Stahl rci Hilfe einer erfindungsgemäßen Seelenelektrode ge schweißt werden kann und eine feste und qualitativ hochwertige Schweißzone ohne Porosität entsteht. Dis Eigenschaften des Basismetalls werden nicht beein

trächtigt, und die Bearbeitbarkeit, die Produktivitä und Wirtschaftlichkeit sowie die Korrosionsbeständig keit der Verbindung entsprechen den industrielle!

Anforderungen.

Claims (4)

nichtrostenden Stanl bekannt. Ein derartiger, nach Patentansprüche: Art der bekannten Schweißelektroden hergestellter Schweißdraht für nichtrostende Stahle durfte auch aus

1. Seelenelektrode zur Lichtbogenschweißung verschiedenen Gründen, wie Bearbeitbarkeit und erunter Schutzgas von austenitischen, nichtrostenden 5 zielbare Leistung, k ine zufriedenstellenden Ergebnisse Stählen, gekennzeichnet durch einen bringen.

Mantel (1) aus Flußstahl oder nichtrostendem Stahl Bekanntlich gibt es nichtrostenden Stahl ,n Form

und ein innerhalb des Mantels vorgesehenes Fluß- von Austenit, Ferrit und Martensit. ferrit ist warmemittel, das 5 bis 20 Gewichtsprozent CaF₂, 1 bis empfindlich und neigt daher zu Sprodigkeit und 20 Gewichtsprozent Fe-Si, 1 bis 5 Gewichtspro- io Schweißrissen beim Schweißen, und Martens.t ist zent SiO₂, 1 bis 6 Gewichtsprozent CaCO₃, 10 bis schlecht schweißbar, so daß Schwe.ßnsse bei Härtung 7G Gewichtsprozent Cr, 5 bis 40 Gewichtsprozent auftreten und eine Anlaßbehandlung nach einer Vorer-Ni₁ 0 bis 70 Gewichtsprozent Fe und 1 bis 20 Ge- wärmung und unmittelbar nach dem Schweißen erwkhtsprozent Mn enthält. forderlich ist. Austenit dagegen ist nicht hanbar unJ.

2. Schweißdraht nach Anspruch 1, gekennzeich- 15 weist eine geringe Rißempfindlichkeit auf und ist— von net durch einen Zusatz von 1 bis 25 Gewichts- besonderen Ausnahmen abgesehen — am besten Prozent Fe-Nb zu dem Flußmittel. schweißbar.

3. Schweißdraht nach Anspruch 1 oder 2, ge- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kennzeichnet durch einen Zusatz von 3 bis 30 Ge- Seelenelektrode zur Lichtbogenschweißung unter Wichtsprozent Mo-Metall zu dem Flußmittel. 10 Schutzgas von austenitischen, nichtrostenden Stählen

4. Schweißdraht nach einem der vorhergehenden so auszubilden, daß eine gute Bearbeitbarkeit ermög-Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Zusatz von licht wird und hochwertige Schweißverbindungen 5 bis 30 Gewichtsprozent Cu-Metall zu dem Fluß- ohne Rostanfälligkeit entstehen.

mittel. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im

25 Anspruch 1 beanspruchten Merkmale gelöit. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche beansprucht.