DE2403582A1

DE2403582A1 - Seelenelektrode fuer unterpulverschweissung

Info

Publication number: DE2403582A1
Application number: DE2403582A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Ito; Mutsuo Nakanishi; Sadao Tanaka; Nobuyuki Yamauchi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1973-02-08
Filing date: 1974-01-25
Publication date: 1974-08-29
Also published as: JPS5138288B2; DE2403582B2; GB1456362A; US3868491A; AU6425274A; JPS49103858A; GB1455191A; CA1020438A

Description

Die Erfindung betrifft eine Seelenelektrode für Ünterpulverschweißung mit einem Stahlmantel und einer Kernfüllung sowie ein Verfahren zu* Durchführung einer Unterpulverschweißung unter Verwendung einer derartigen Elektrode. '

Bei der Unterpulverschweißung von Stahl wünscht, man eine hohe Wirksamkeit und eine hohe Geschwindigkeit beim Schweißen. Um dies zu erreichen, verwendet man ein Hochgeschwindigkeitsschweißverfahren unter Verwendung von Mehrfachelektroden ,und es wird auch ein Schweiß·»

N/Li 409835/067*

verfahren unter hoher Wärmezufuhr durchgeführt. Ein weiteres Er- . fordernis ist das Anlassen des abgesetzten Metalles. Obgleich viele Versuche durchgeführt worden sind, um die.se Erfordernisse zu erfüllen, können bei keinem der bekannten Verfahren alle Erfordernisse gleichzeitig erfüllt werden.

Wenn man beispielsweise die Zusammensetzung des Flußmittels stark basisch macht, ist der Sauerstoffgehalt des abgeschiedenen Metalles verringert, wodurch die Charpy-Kerbschlagfestigkeit der niedergeschlagenen Metallzone verbessert ist und hierdurch ein Anlassen des niedergeschlagenen Metalles erzielt wird. Wenn jedoch ein derart stark basisches Flußmittel verwendet wird, wird der Lichtbogen unstabil, wodurch eine erhebliche Beeinträchtigung der Bedingungen bei der Schweißarbeit in Kauf zu nehmen ist. Hierdurch wird ein Hochgeschwindigkeitsschweißen unmöglich gemacht.

Bei diesem Versuch verwendet man Zusatzstoffe, um eine hohe Zähigkeit zu erhalten, beispielsweise Molybdän und Nickel. Hierdurch kann die Charpy-Kerbschlagfestigkeit in der Schweißnaht verbessert werden. Nachteilig erweist sich hierbei jedoch, daß es schwierig ist, die Zähigkeit wesentlich zu verbessern und die Festigkeit in geeigneter Weise einzustellen, welche dazu neigt, zu scharf anzuwachsen. Darüber hinaus kann bezüglich der Zähigkeit eine Verbesserung des niedergeschlagenen Metalles bis zu eine⁰¹ bestimmten Ausmaß erzielt werden, inde^{m 150}Rn die Kühlgeschwindigkeit der Schweißzone erhöht, wodurch jedoch die ^Menge der eingebrachten Schweißwär^e verringert wird. Bei diese¹¹¹ Vefahren erweist es sich nachteilig, daß die Schweißwirksa^keit erheblich verringert ist. Es ist bekannt, eine Seelenelektrode bei der Unterpulverschweißung ζ u verwenden. Die bekannte Seelenelektrode weist einen ^'antel aus Kohlenstoffstahl oder niedrig legierte⁰¹ Stahl

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sowie eine Kernfüllung eines Flußmittels und Legierungselementes auf. Die bekannte Seelenelektrode ist jedoch in ihrer Verwendung sehr beschränkt, da beispidsweise hoch legierte Verbindungen dem Schweißgut zugefügt werden bei der Schweißung von rostfreiem Stahl. Aus diesem Grund bringt eine Elektrode mit einer derartigen Zusammensetzung Schwierigkeiten bei der Herstellung und bei der Durchführung der Schweißarbeiten mit sich. Eine derartige Seelenelektrode kann daher auch in der Praxis durch einen festen Draht bzw. durch eine feste Elektrode ausreichend ersetzt werden.

In den Fällen, in denen eine hohe Zähigkeit gefordert wird, sind Zusatzwerkstoffe aktiver legierungsbildender Elemente,wie beispielsweise Titan, Aluminium, Bor unerläßlich. Ein fester Draht kann jedoch mit diesen Elementen nicht in ausreichendem Maße versehen werden, da ein fester Draht bei der Herstellung oxydiert wird und während des Schweißens eine ausreichende Aktivität nicht aufrechterhält. Demgemäß kann eine hohe Zähigkeit nicht erzielt werden. Die aktiven Zusatzstoffe können jedoch auch frei zugegeben werden bei einer Seelendrahtelektrode, da bei deren Herstellung kein Schmelzverfahrensschritt eingeschlossen ist.

Wenn jedoch äne Seelenelektrode verwendet wird, kann die erwünschte höhe Schlagzähigkeit nicht erzielt werden, außer daß geeignete ausgewählte Zusatzstoffe als Füllmittel zugegeben werden.

Demgemäß hat man bisher eine Seelendrahtelektrode hauptsächlich beispielsweise dazu verwendet, um legierungsbildende Elemente in großer Menge zuzufügen und um die Arbeitsbedingungen bei der Durchführung der Schweißung zu verbessern, jedoch nicht, um auch eine hohe Zähigkeit zu erhalten.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Seelenelektrode zu zeigen, bei der das beim Schveißen aufzutragende Metall eine verbesserte Zähigkeit aufweist und bei dem die Durchführung des Schweißvorganges verbessert ist. Darüber hinaus soll ein Verfahr en gezeigt werden, bei dem eine derartige Seelenelektrode zum Einsatz kommen kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Seelenelektrode der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch einen Kohlenstoffstahl oder einen niedrig legierten Stahl als Mantelmaterial, durch eine Kernfüllung, die aus 25 bis 98 % Kalziumfluorid (CaF₂), 0,1 bis 2,5 % Aluminium (Al), 0,8 bis 15 % Titan (Ti), 0,8 bis 15 % Molybdän (Mo), 0,02 bis 0,5 % Bor (B), 0 bis 25 % Nickel (Ni), 0 bis 15 % Mangan (Mn) und 0 bis 70 % Eisen (Fe) besteht und durch ein Flußmittelverhältnis (Gewicht der Kernfüllung _χ _1QQ _(%) ) _yon _u _{Mg 3Q %>}

Gewicht des Mantelmaterials

Demgemäß enthält die Seelenelektrode, welche bei dem Unterpulverschweißen Verwendung finden soll, eine Kernfüllung eines stark basischen schlackenbüdenden Mittels^ eines Desoxydationsmittels, eines Denitrierungsmittels und Zusätze zur Erhöhung der Zähigkeit in Verbindung mit Flußmitteln vom Schmelztyp und vom Verbindungstyp.

Des weiteren sind Entschwefelungszusätze enthalten und die Zusammensetzung ist so, daß der Schweißvorgang bei verb esserten Bedingungen durchgeführt werden kann.

Die Kernfüllung, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird im einzelnen noch weiter unten beschrieben. Bei der Durchführung des Verfahrens der Unterpulver schweißung gemäß der Erfindung wird eine Seelenelektrode verwendet, die als Stahlmantelmaterial Kohlenstoffstahl oder einen niedrig legierten Stahl aufweist, wobei als

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Flußmittel ein Flußmittel vom Verbindungstyp oder vom Schmelztyp verwendet wird.

Das Unterpulverschweißen wird in der Praxis wie folgt durchgeführt:

(1) Verfahren mit einer einzelnen Elektrode.

Hierbei wird ein Seelendraht in Verbindung mit einem Flußmittel vom Schmelztyp oder Verbindungstyp verw endet,

(2) Ein Verfahren unter Verwendung einer Mehrfachelektrode. Für alle Schweißelektroden wird ein Seelendraht in Verbindung mit einem Flußmittel vom Schmelztyp bzw. Verbindungstyp verwendet, oder es wird nur für eine oder zwei der mehreren Elektroden ein Seelendraht verwendet, während der Rest der Elektroden feste Drähte in Verbindung mit Flußmitteln vom Schmelztyp oder Verbindungstyp sind.

(3) Unterpulverschweißen mit Wasserkühlung. (Einzelne Elektrode und mehrere Elektroden)

Beim Unterpulverschweißen wird die Unterseite der Schweißraupe mittels Wasser gekühlt, so daß die Kühlgeschwindigkeit in der Schweißzone erhöht wird.

Die vorliegende Erfindung zeigt eine Seelenelektrode, welche beim Unterpulverschweißen zur Anwendung kommen kann. Demgemäß ist die Zusammensetzung der Kernfüllung bzw. des Flußmittels der Seelenelektrode so eingestellt, daß ein derartiges Schweißverfahren durchgeführt werden kann. Wenn beispielsweise beim Zweielektrodenverfahren ein Seelendraht für die eine Elektrode und ein fester Draht für die andere Elektrode verwendet wird, müssen die Zusammen-

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Z 4 υ ο ο S 2

Setzungen der Kernfüllung der Seelenelektrode in größerer Menge verwendet werden als dies bei einem Verfahren der Fall ist, wo beide Elektroden Seelenelektroden sind.

Die Kernfüllung des Seelendrahtes bei der Erfindung enthält in geeigneter Kombination ein sfejdc basisches schlackenbildendes Mittel, ein Desoxydationsmittel, ein Denitrierungsraiftci!, ein Entschwefelungsmittel, einen Zusatz zur Verbesserung der Zähigkeit und Zusätze zur Verbesserung der Schweißbedingungen.

Das Mantelmaterial der Seelenelektrode besteht im allgemeinen aus einem Kohlenstoffstahl oder einem niedrig legierten Stahl. Das Material für den Stahlmantel wird in Abhängigkeit von den zwei Mitteln und den Flußmitteln, welche zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften in der Schweißzone verwendet werden, ausgewählt. Der Kohlenstoff stahl bzw. deriiedrig legierte Stahl, welcher bei der Erfindung zur Anwendung kommen kann, weist die folgende Zusammensetzung auf: 0,01 ~ 0,10 % C, Spuren ~0,3 % Si, Spuren ~ 1,5 % Mn, 0~ 1,5 % Mo, 0 ~ 3,0 % Ni und Rest Eisen.

Bei dem Seelendraht gemäß der Erfindung kommt ein Flußmittelver- ^hmnis _{χ 10Q} _{(%) )} ^ _{einem Bereich}

Gewicht des Mantelmaterials

zwischen 12 % und 30 % im Hinblick auf die Durchführung des üntex*- pulverschweiß ens, der Flußmittel in Verbindung damit und der Herstellung desselben zur Anwendung. Wenn das Flußmittelverhältnis 12 % oder geringer ist, wird durch das Anwachsen der Dicke und des Gewichtes des Mantelmaterials die Herstellung desselben schwierig. Wenn andererseits das Flußmittelverhältnis 30 % oder mehr beträgt, wi' ί die Herstellung der Kernfüllung und die Bildung des Stahlmantels aufgrund des Anwachsens der Kernfüllungsmenge und der Verringerung

ORiGi,\'AL i.\'SPECTED

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der Dicke und der Verringerung des Gewichtes des Stahlmantels unmöglich. Bevorzugt wird bei der Herstellung des Stahlmaitels ein Material in der Dicke von 0,2 ~ 0,5 mm verwendet.

Kombinationen von Kernfüllungen und Stahlmantelmaterialien in verschiedenen Zusammensetzungen von Seelenelektroden gemäß der Erfindung sind in der Tabelle 1 dargestellt.

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Tabelle 1

ο co

OO CaJ

cn

N)

nt

Posten-	ο,	01	Mantel-Material (A)	C	Si	0-0,3	0-0,3	0 -0,3	Mn	(Gew. %)	0-1,	0-1,	0 -1,	StaM	0	Ni	0	Fe
Nummer			Kohlenstoffstahl	Kohlenstoffstahl	Kohlenstoffstahl		oder niedrig		legierter	oder niedrig legierter		CJl
100			-0,10	Kohlenstoffstahl	-0,10		Mo	legierter			Stahl				Rest
200			Kohlenstoffstahl	0 ~ 1,5	legierter	oder niedrig legierter	0-1,5	Stahl
300	ο,	01	-0,10	oder niedrig	•			Stahl	0		0
400			oder niedrig	0-1,5	5
500	ο,	01		Stahl	0	- 3,	0	Rest
600		5
700			-3,	Rest
800

oo

cn OQ ro

Tabelle 1 (Fortsetzung)

_P_qsten	Kernfüllung (B) (Gew. %)	CaF₂	Al ·	Ti	Mo	■ ^B	■" Ni	Mn	Fe	andere	Flußmittel verhältnis
Numme]	25-98	Q. 1-2.5	0.8-15.	0.8-15	0.02-0.50	0-25	0-15 ·	0-70 .	-	■B/A(5i)·
100	25-98	0.1-2.5	0.8-15	0.8~15	0.02-0.50	.0-25	0-15	0-70·	-	12-30
200 .	25-98	0.1-2.0	0.8-4.0	-	0.02-0.2	'-	-	0-60		12-30.
300 -	25-98	0.1-2.0	Ό.8-4.0	0.8-10 .	0.02-0.2	1.5-15	0-15	0-60	Si 0-2.5 ·	12-30
400	25-95	0-2.5	0.3-15	0-15	0-0.5	. 0-25	0-15	0-10	Se,- La, CeF, 0.05-3.0 °	12-30
500	25-95	Or2.5	0.8-15-	0-15	0-0.5	0-25	0-15	0-10	Se, La, CeF^ O.Q5-3.O ^D	12-30
600	25~95	0,1-2.5	0.8-3.5	0.8-15	0.02-0.5	0-25	-	Rest	Se 0-2.5 CeOp or CeF^. / 0-10;.^ CaCO₇ 2-20^ \	12-30
700	25-95	0.1-2,5	Q.8~15	0.8-15	0.02-0.5	0-25		Rest'	Se 0-2.5 CeOp or CeF^ ·.. .0-10· ^D ^;CaCO\|^· 2-2Ö	12-30
8QO	12-30

Die Gründe für die chemischen Zusammensetzungen der Seelenelektrodendrähte, welche in der Fig. 1 gezeigt sind, sollen im einzelnen er-· läutert werden.

(i) Seelenelektroden Nr. 100 und 200

Kalziumfluorid (CaFj bildet in der Kernfüllung das schlackenbildende Mittel im stark basischen Schweißgut, wodurch der Sauerstoffgehalt des aufgetragenen Metalles reduziert wird. Aufgrund der stark basischen Schlacke, welche von der Kernfüllung dieser Seelenelektroden nur lokal in der Nähe des Schmelzgutes gebildet wird, können bei der Verwendung dieser Seelenelektroden nicht nur die Arbeitsbedingungen im Vergleich zu der Verwendung von bekannten festen Stäben, bei denen das gesamte Flußmittel Basis ist, und das geschmolzene Gut von der stark basischen Schlacke umhüllt ist, wesentlich verbessert werden, sondern es wird ebenfalls der Sauerstoffgehalt im aufgetragenen Metall verringert bis zu einer Höhe, die gleich ist für den Fall, wenn man einen bekannten festen Draht in Verbindung mit einem stark basischen Schweißflußmittel verwendet. Die Verwendung eines festen Drahtes in Verbindung mit einem stark basischen Schseißflußmittel bewirkt jedoch eine Verschlechterung der Verfahrensbedingungen. Da jedoch die Seelenelektrode gemäß der Erfindung eine große Menge von stark basischen schlackenbildenden Zusätzen in der Kernfüllung enthält und das Schweißflußmittel, das in Verbindung hiermit verwendet wird, neutral oder schwach basisch sein kann, ergibt sich bei der Erfindung der Vorteil, daß keine Beeinträchtigung der B edingungen bei der Durchführung des Schweißverfahrens auftritt. Dies ist nur dann möglich, wenn das Flußmittel in der Kernfüllung der Seelenelektrode enthalten ist.

Bei der Erfindung enthält die Kernfüllung eine große Menge von Kalziumfluorid (CaFq), wodurch der Sauerstoffgehalt im aufgetragenen Metall

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-U-

verringert wird. Die Elemente Aluminium (Al), Titan (Ti) und Bor (B) werden hinzugefügt, um die desoxydierende Wirkung zu verstärken und um eine Denitrierung heibeizuführen.

Da diese Zusätze direkt von der Seelenelektrode dem geschmolzenen Gut zugeführt werden, kann eine Verringerung in der Ausbeute, wie das aufgrund der Oxydation im Lichtbogen, beispielsweise bei einem festen Draht,der Fall ist, und ein Wegfließen vom geschmolzenen Metall verhindert werden. Damit diese desoxydierenden Mittel und die Denitrierungsmittel wirkungsvoll eingesetzt werden können, ist es notwendig, den Sauerstoffgehalt des geschmolzenen Metalls durch Zugabe von Kalziumfluorid, insbesondere durch Zusammenwirkung mit Kalziumfluorid, zu verringern, wobei die Zähigkeit des aufgetragenen Metalles verbessert wird.

Bei der Erfindung können legierungsbildende Elemente zur Erhöhung der Zähigkeit, wie beispielsweise Molybdän (Mo) und Nickel (Ni), hinzugefügt werden. Hierdurch wird das Gefüge des aufgetragenen Metalles verbessert und gleichzeitig wird hierdurch auch aie Zähigkeit des aufgetragenen Metalles verbessert. Die Elemente Molybdän und Nickel die Härtbarkeit des aufgetragenen Metalles, wobei sie zusätzlich zur verbessernden Wirkung bezüglich der Härtbarkeit des Bors wirken. Des weiteren hemmen sie die Bildung von proeutektoidem Ferrit aus dem durch:" S chweißen aufgetragenen Metall und verbessern die Zähigkeit des aufgetragenen Metalles. Molybdän und Nickel können aus dem Mantelmaterial dem aufgetragenen Metall zugefügt werden.

Die verschiedenen Wirkungen, welche durch die Kernfüliung der Seelenelektrode gemäß der Erfindung erzielt werden, wie beispielsweise die Desoxydierung und Denitrierung, die Erhöhung der Zähigkeit bzw. das hohe Anlassen, die Verbesserung des Gefüges und das Verhindern

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von proeutektoidem Ferrit sind letztlich bei der Verbesserung der Zähigkeit des aufgetragenen Metalles aufgrund der sich überlappenden Wirkungsweisen der Zusammensetzungen ausschlaggebend.

Die Gründe zur Begrenzung der Zusammensetzungen gemäß der Erfindung sollen nun im einzelnen beschrieben werden.

Das Ealziumfluorid macht die Schweißschlacke stark basisch und verringert die Sauerstoffauflösung im geschmolzenen Metall. Um die desoxydierenden Mittel und die Denitrierungsmittel wirkungsvoll einsetzen zu können, ist ein Gehalt des Kalziumfluorid von 25 % oder mehr notwendig. Die oberste Grenze des Kalziumfluoridgehaltes wird durch die Menge der anderen Zusätze begrenzt.

Titan (Ti) und Aluminium (Al) wirken als Desoxydations- und Denitrierungsmittel und dienen zur Erhöhung der Zähigkeit des beim Schweißen aufgetragenen Metalles. Wenn jedoch die Menge des zugegebenen Aluminiums bei 2,5 % und mehr beträgt, besteht die Neigung, daß SiO₀ in der Schlacke verringert wird und der Siliziumgehalt anwächst. Hierdurch wird die Zähigkeit jedoch verringert. Andererseits hat jedoch eine zugefügte Menge von Aluminium von 0,1 % oder geringer keine Wirkung bei der Verbesserung der Zähigkeit. Demgemäß ist ein Aluminiumzusatz in einer Menge von 0,1 ~ 2,5 % bevorzugt. Wenn Aluminium in Form von Al₃O₃ und AlF₃ zugegeben wird, wird die gewünschte Wirkung nicht im ausreichenden .Maße erzielt. Demgemäß ist es wesentlich, daß das Aluminium in Form von metallischem Aluminium zugegeben wird. Die Zugabe von Titan ist auf 0,8 ~ 15 % beschränkt, und zwar im Hinblick darauf, daß der optimale Gehalt von Ti im aufgetragenen Metall 0,04 % ist. Bei einer Zugabe von Titan von 15 % oder mehr wächst der Siliziumgehalt im aufgetragenen Metal, wodurch die Zähigkeit verringert wird. Bei einer Zugabe von Ti in einer Menge von 0,8 %

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oder weniger verringert sich die Zähigkeit unter dem gewünschten Wert wegen der Verringerung des Titannitrits.

Bor dient zur Erhöhung des Grades der Desoxydation und der Denitrier ung im aufgetragenen Metall. Weiterhin wird hierdurch das Gefüge des aufgetragenen Metalles verbessert und die Bildung von proeutektoidem Ferrit im aufgetragenen Metall verhindert. Darüber hinaus beeinflußt es die Bildung von Ferrit in feiner Korngröße. Wenn jedoch die Zugabe von Bor 0,02 % oder weniger beträgt, wird die Bildung von proeutektoidem Ferrit im aufgetragenen Metall nicht gehemmt und demgemäß ergibt sich keine Wirkung bezüglich der Verbesserung der Zähigkeit. Wenn andererseits die Borzugabe mehr als 0,5 % beträgt, wächst der Borgehalt im aufgetragenen Metall, wodurch Rißbildung im aufgetragenen Metall auftritt.

Nickel (Ni) und Molybdän (Mo) werden zur Einstellung der Zähigkeit und der Härte zugegeben. Durch diese beiden Zusätze können nämlich sowohl die Zähigkeit als auch die Härte des aufgetragenen Metalles erhöht werden. Wenn jedoch die Nickelzugabe 25 % oder mehr beträgt, wird die verbessernde Wirkung hinsichtlich der Zähigkeit gesättigt und es steigen lediglich die Kosten. Bei einer Zugabe von Molybdän in einer Menge von mehr als 15 % wird ebenfalls die verbessernde Wirkung hinsichtlich der Zähigkeit gesättigt, wobei die Härte auf einen Wert anwächst, der nicht mehr erwünscht ist. Gleichzeitig steigen hierbei auch die Kosten. Beträgt die Zugabe des Molybdän 0,8 % oder weniger, ergibt sich keine Verbesserung hinsichtlieh der Zähigkeit.

Mangan (Mn) wird hinzugegeben, um die Zähigkeit zu verbessern. Durch die Zugabe des Mangans in einer Menge von 15 % wächst der Silikongehalt im beim Schweißen aufgetragenen Metall, wodurch die Zähigkeit abnimmt, jedoch kann dieses im Mantelmaterial enthalten sein.

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(Ii) Seelenelektroden Nr. 300 und 400

Bi den Seelendrähten dieser Elektroden wird eine Kernfüllung verwendet, welche KalSüiumfluorid (CaFg) in einer -Menge von 25 ~ 98 % enthält. Die zugegebene Menge von Kalziumfluorid ist auf 25 ~ 98 % beschränkt, da bei einer Zugabe von 25 % oder niedriger der Sauerstoffgehalt im Schweißnietall sich nicht von dem Sauerstoffgehalt unterscheidet, wenn man einen herkömmlichen Schweißdraht verwendet, so daß die Vorteile, welche erzielt werden sollen, nicht erhalten werden.

Die Seelenelektrode gemäß der Erfindung enthält des weiteren Al, Ti und B zur Desoxydation und Denitrierung des Schweißmetalles. Da diese Elemente direkt in das Schweißmetall eingebracht werden, findet im Lichtbogen eine nur geringe Oxydation statt und es zeigt sich ein nur geringes Wegfließen von der Schmelze. Demgemäß wirken sie direkt und äußerst wirkungsvoll bei der Desoxydation und Denitrierung. Damit diese Desoxydations- und Denitrierungsmittel wirkungsvoll zum Einsatz kommen, ist es wesentlich, daß der Sauerstoffgehalt im Schweißmetall bis auf einen bestimmten Grad erniedrigt wird. Dies wird dadurch erhalten, daß man gleichzeitig CaF„ verwendet, dessen Wirkung in diesem Zusammenhang groß ist.

Durch die Zugabe von Al wird die Bruchübergangstemperatur beim Kerbschlagversuch in der Schweißmetallzone verringert. Bei der Zugabe von Ti, B wird beim Kerbschlagversuch die absorbierte Energie verbessert und die Bruchübergangstemperatur verringert. Demgemäß ergibt sich als Ergebnis bei der gemeinsamen Zugabe dieser drei legierimgsbildenden Elemente, daß die Zähigkeit der Schweißmetallzone beträchtlich verbessert wird. Wenn jedoch Ti und Al in größeren Mengen zugefügt werden, wird SiO₂ in der Schlacke verringert, so daß

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der Si-Gehalt im Schweißmetall anwächst, wodurch sich die Zähigkeit verringert. Demgemäß ist es nicht von Vorteil, die Menge des zugegebenen Al auf 2, 0 % und mehr und die Menge des zugegebenen Ti auf 4, 0 und mehr zu bemessen. Wenn die zugegebene Menge von Al 0,1 % oder weniger und Ti 0,8 % oder weniger betragen, ist eine Verbesserung hinsichtlich der Zähigkeit nicht zu erwarten. Bor (B) desoxydiert und denitriert das Schweißmetall. Durch den B-Gehalt im Schweißmetall wird das Gefüge verfeinert, wodurch die Zähigkeit anwächst. Wenn jedoch B in einer Menge von 0,20 % oder mehr zugegeben wird, kann dies zur Rißbildung führen. Wenn andererseits die Zugä>e 0,02 % oder weniger beträgt, wird keine Wirkung erzielt.

Der schützende, röhrenförmige Körper bzw. Mantel der Seelenelektrode gemäß derErfindung besteht normalerweise aus Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl. Wenn die mechanische Festigkeit in der Schweißzone höher ist als bei der Verwendung des Materials des Grundmetalles und der verschwäßten Struktur, kann man bevorzugt einen oder zwei oder mehrere der folgenden Zusätze zum zusammengesetzten Schweißdraht, insbesondere zum Mantelmaterial oder der Kernfüllung, hinzugeben, wodurch die Zähigkeit und Bruchfestigkeit erhöht wird. Diese Stoffe sind C 0,01 -0,10 %, Si 0,30 % oder weniger, Mn 2,0 % oder weniger, Mo O₉ 2 ~ 1, 0 % und Ni 0,5 ~ 3,0 %. In diesem Fall ergeben sich gute Ergebnisse, indem man ein niedrig legiertes Material als Mantelmaterial verwendet, das als Schutz dient. Auch können diese legierungsbildenden Elemente der Kernfüllung zugegeben werden in Form einfacher Substanzen oder als legiertes Eisen, wie beispielsweise Fe-Si, Fe-Mn und Fe-Mo in granulierter Form.

ORiGSbJA !HSPECTED

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(in) Seelenelektroden Nr. 500 und 600

Kalziumfluor id (CaF₂) in der Kernfüllung macht die Schlacke, wdche beim Schweißen gebildet wird, stark basisch, wodurch der Sauerstoffgehalt des Schweißmetalles reduziert wird und verhindert, daß Titan (Ti\ Selen (Se), Lanthan-Cer (Lar-Ce),Cerflüor (CeFJ und andere Kernfüllungsstoffe oxydieren. Dadurch wird erzielt, daß diese Zusätze eine hohe Wirkung aufweisen. Kalziumfluorid dient ebenfalls zur Verbesserung der Zähigkeit des Schweißmetalles, indem der Sauerstoffgehalt im Schweißmetall verringert wird.

Metallische Aluminium, Titan und Bor verstärken die Desoxydation, binden bzw. legen Stickstoff im Schweißmetall fest, verfeinern bzw. veredeln das Gefüge des Schweißmetalles und hemmen die Bildung von proeutektoidem Ferrit.

Selen (Se), Lanthan-Cer (La-Ce) und Cerfluor (CeF₃) dienen als Entschwefelungsmittel, indem sie den Schwefel als Sulfide des Selen, Lanthan und Cer binden, wodurch die Zähigkeit des Schweißmetalles verdoppelt wird. Demgemäß wird durch die Kernfüllung der Seelenelektrode gemäß der Erfindung die Zähigkeit des Schweißmetalles beträchtlich erhöht, indem eine Vervielfachung der Wirkung der Desoxydation, der Verfeinerung bzw. Veredelung des Gefüges, des Verhinderns von proeutektoidem Ferrit und der Entschwefelung erzielt wird.

CaF„ macht die Schweißschlacke stark basisch, wobei der Sauerstoffgehalt im Schweißmetall verringert wird. Es ist notwendig, in der Kernfüllung 25 % oder mehr CaF₀ zu verwenden, damit die Wirkungen der desoxydierenden, der denitrierenden und der entschwefelnden Mittel, welche ebenfalls im Flußmittel enthalten sind/ wirkungsvoll

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sind. Se, La-Ce und CeF „ werden als entschwefelnde Mittel verwendet.

Die Zugabe dieser Mittel in einer zu großen Menge kann jedoch die Zähigkeit beeinflussen. Die obere Grenze der Menge dieser Zusätze ist daher auf 3 % festgesetzt.

Andere Zusammensetzungen werden im folgenden beschrieben,

(iv) Seelenelektroden Nr. 700 und 800

o ist als Zusatz in der Kernfüllung enthalten, um die beim Schweißen gebildete Schlacke stark basisch zu machen. Hierdurch wird der Sauerstoffgehalt im aufgetragenen Metall verringert, wodurch die Zähigkeit sich verbessert. Es ist notwendig, daß CaF« in einer Menge von 25 ~ 95 % zugefügt wird. Metallisches Al, Ti und B werden in entsprechenden Mengen von 0,1 ~ 2,5 %, 0,8 ~ 15 % und 0, 02 ~ 0,5 % hinzugefügt. Hierdurch wird die Wirkung bezüglich der Desoxydation der Bindung des Stickstoffs im aufgetragenen Metall und die Veredelung des Gefüges des aufgetragenen Metalles verbessert und außerdem wird die Bildung von proeutektoiden Ferrit verhindert. Se, CeO₂ oder CeF- dienen als Entschwefelungsmittel bzw. Schrefelabspaltungsmittel zur Beseitigung des Schwefels, indem dieser als Sulfid des Se oder Ce gebunden wird. Hierdurch wird die Zähigkeit des beim Schweißen aufgetragenen Metalles verdoppelt.

Ni und Mo erhöhen sowohl die Zähigkeit als auch die Bruchfestigkeit des aufgetragenen Metalles und sie sind als Zusätze beigegeben, um nicht nur die Zähigkeit einzustellen, sondern auch die Bruchfestigkeit. Diese Zusätze sind in folgenden Mengen zugegeben: Ni 0 ~ 25 %_f Mo 0,8 ~ 15 %. Diese Zusätze können im Mantelmaterial vorhanden sein. Demgemäß wird durch die Kernfüllung der Seelenelektrode gemäß der Erfindung,

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der CaF„ und Metallelemente zugegeben sind, die Zähigkeit des aufge_r tragenen Metalles erhöht, indem die desoxydierende Wirkung und die Verfeinerung bzw. Veredelung der Struktur das Verhindern der Bildung von proeutektoiden Ferrit und die Entschwefelungswirkung vervielfacht werden. Andererseits können sich noch folgende Nachteile einstellen. Diese Nachteile sind eine Verkleinerung der Schweißraupenbreite, eine Hinterschneidung und Zusammenschnürung (Lichtbogen aus) und verschlechterte Arbeitsbedingungen. Dies beruht darauf, daß die Spannung zum Wiederzünden im Wechselspannungslichtbogen sehr hoch ist, die Möglichkeit des .Ausschaltens des Lichtbogens (es wird kein Lichtbogen gebildet, wenn die Spannung zur Wiederzündung höher ist als die Leerlaufspannung) groß ist, die Schweißraupenform zerstört, negative Fhiorionen (F") im Lichtbogenraum aus dem Kalziumfluorid (CaF„) in der Seelenelektrode gebildet werden, eine Neutralisation fortschreitet und der Potentialgradient erhöht ist*

Es wurde jedoch gefunden, daß bei Zugabe von 2 ~ 20 % CaCO₃ zur Kernfüllung eine gute Schweißraupenform mit großer Breite erhalten wird und die Arbeitsbedingungen mit dem zusammengesetzten Draht so verbessert werden können, daß sie identisch sind zu denen beim festen Draht.

Da Ca ein niedriges Ionisationspotential aufweist, ist dieses vermutlich ein Hauptgrund bei der Verbesserung der Baupenform, wenn man CaCO₃ der Seelenelektrode zufügt. Während der Lichtbogenzündung mit einem Wechselspannungsbogen sind Ionen wie Ca⁺* und F" im Lichtbogenraum vorhanden. Im Zeitpunkt der Lichtbogenlöschung, bei dem der elektrische Strom Nullphase hat, werden die Ionen instabil und neutralisiert. Ih einem Draht, der jedoch Zusätze von 2 ~ 20 % CaCO₃ enthält, ist eine große Menge Ca enthalten. Sobald die umgekehrte Ladung angelegt wird, erfolgt leicht eine Ionisation in der folgenden Weise Ca—> Ca⁺⁺.

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Wenn man demgemäß Wiederum die Lichtbogenentladung ausnützt, benötigt man kein großes Zündpotential, wodurch der Lichtbogen stabil wird und man eine verbesserte Schweißraupenform erhält. Wenn die Menge des zugegebenen CaCO₃ 20 % oder mehr des Drahtgewichtes beträgt, wird eine große Menge von instabilen COg-Gas beim Schweißvorgang erzeugt, wodurch ein Zersteuben auftritt. Hierdurch wird hinwiederum die Raupenform, zerstört. Diese Erscheinung beeinträchtigt das Schweißen der rückwärtigen Elektroden beim Vielfachelektrodenschweißen. Da bei einer Zugabe von 2 % oder weniger eine Stabilisierung des Lichtbogens nicht hervorruft, wird die zugegebene Menge des CaCO₃ auf 2 ~ 20 % festgesetzt.

Die beiliegende Figur zeigt die Beziehung zwischen der Menge des Kalziumkarbonats im Prozent und der Raupenbreite.

Beispiele und Versuchsergebnisse für vorliegende Erfindung werden im folgenden beschrieben.

Beispiel 1

	2	C	Si	Mn	P	S	..γ	Nb	Dicke (mm)
		Oj 08	0,31	1,33	0,016	0,008	0, 061	0,04	17

	Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe (Gew. -
Tabelle	Nummer
(D

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Tabelle 3

Oi £>> CO

to

Chemische Zusammensetzung des Seelendrahtes (Flußmittelverhältnis 15 %)

σ co CO CO cn

O CD

Nummer	Mantelmaterial (Gew. -	C	Si	Mn	P	%)"	S	Kernfüllung (Gew. -%)	CaF₂	Al	Ti	Mo	B	Ni	Mn.	Fg
201	0.06	—	0.32	0.005	0.010	64	0.8	.3.2	4.0	0.12	8.0	7.2	Rest
202	ti	-	If	11	ti	80	If	It	Il	It	—	It	tt
203	Il	-	t)	It	H	80	tr	ti	7.2	tt	-	It	It
204	Il	-	Il	Il	Il	76	ti	ti	4.0	0.08	8.0	tt	-
205	η	-	Il	It	Il	76	ti	It	I»	0.16	8.0	It

co

ro

CjO cn co ro

Tabelle 4

Schweißbedingungen

Anzahl der Schweißschichten	Eine Schicht, sowohl vorne als auch rück wärts schweißend
Schweißverfahren	Unterpulverschweißen mit zwei Seelen- . elektroden
Flußmittelzusammen setzung	Basisches Flußmittel vom Schmelztyp
Wärmezufuhr	50. 000 j/cm
Schweißbedingung	Vorne 43^Vx 1200^A + Hinten 55^V χ ΊΟ(Α
Schweißgeschwindig keit	110,cm/min. · " " . ■ > -

409835/0672

Tabelle 5

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone (Gew. -%)

Nummer	C	Si	Mn	" P	S	Ni
201	0.08	0.41	1.33	0.017	0.015	0.32
202 ·	0.08	0.42	1.29	0.015	0.010	—
203	0.08	0.42	1.33	0.014	0.010	—
204	0.08	0.40	1.32	0.015	0.010.	0.38
205	0.08	0.42	1.33	0.018	0.017	0.37
Nummer	Mo	V	Nb	Ti	B -	.7
201	0.18	0.043	0.012	0.042	0.002	/
202	0.18	0.039	0.023	0.040	0.002
203	0.34	0.041	0.025	0.043	0.001	■./-..
204	0.20	0.040	0.025	0.045	0.001	/
205	0.20	0.039	0.025	0.045	0.002	/

6432

409835/0672

24Q3582

Tabelle 6

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JlS-Nr. 4 Charpy Wert Kg-m)

Nummer	9,8,	-10°	C	(9,1)	7,0,	6,	-20°C	5,6	(6,2)
201	6,8,	8,8,	8,8	(6,1)	5,7,	4,	o,	4,9	(5,D
202	12,9,	6,0,	5,5	7 (11,2)	9,7,	9,	8,	10,9	(9,9)
203	9,4,	11,0.	. Λ	• (9,3)	6,4,	6,	o,	5,7	(6,D
204	9,9,	9,8,	8,6	2 (9,1)	9,2,	7,	1,	8,3	(8,4)
205	10,2,	7,			6,

409835/0672

Beispiel 2

Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe: Die gleiche wie in Tabelle 2.

Tabelle 7

Chemische Zusammensetzungen von Seelendraht und festem Draht Zusammensetzung des Seelendrahtes (Flußmittelverhältnis 20%)

•	C	Si	Mn	P	S	CaF₂	Al	Ti	Mo	B	Ni	Mn
206	0,08	-	0,3	0,010	0,010	71	0,9	4,2	6,0	0,15	12	5,4

Zusammensetzung des festen Drahts (Gew. -%)

	C	Si	Mn	P	S	Mo	Cu
A	0,12	0,02	1,49	0,018	0,017	0,51	0,10
B	0,05	0,01	0,46	0,007	0,014	-	0,09

6432

409835/0672

Tabelle 8

Schweißbedingungen

Anzahl der Schweißlagen	Eine Schweißlage, die sowohl vorne als auch hinten schweißt
Schweißverfahren Vordere Elektrode Hintere Elektrode	ZweiElektroden-Unterpulverschweißung Seelendraht (F) Fester Draht A oder B
Flußm ittelzusamm en- setzung	Basisches Flußmittel vom Schmelztyp
Wärmezufuhr	50. 000 j/cm
Schweißbedingung	Vorne 43^V χ 1050^A + Hinten 45^V χ 750^A
Schweißgeschwindig keit	95 cm/min.

• 409835/0672

Tabelle 9

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone- (Gew. -%)

Nummer	Vordere Elektrode ;	Hintere Elektrode .	C	Si-	Mn	P -	S	Ni
(i)	206	A	0.09	0.45	1.35	0.016	0.011	0.50
(ü)	206	B	0.08	0.40	1.27	0.014	0.010	0.43
Nummer	Vordere Elektrode	Hintere Elektrode	Mo	V	Nb	Ti	B	/
.(D	206	A	0.30	0.04	0.025	0.055	0.002	/
(ü)	206	B	0.21	0.04	Ό.Ό25	0.055	0.002	/

Tabelle 10

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JlS-Nr. 4 Charpy Wert Kg-m)

Nummer	9	.0,	10.	-10	⁰C	.0	(10	.0)	9	•2,	8	-20°C	.2	(9	.0)
(i)	15	.3,	14.	0,	11	.2	(14	.1)	11	.9,	12	.6, 9	.0	(II	.5)
(ü)			o,	13						.6, 10

409835/0672

Beispiel 3 (wassergekühlte Unterpulverschweißung)

Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe: Die gleiche wie in Tabelle 2.

Tabelle 11

Chemische Zusammensetzungen von Seelendrähten

(Flußmittelverhältnis: 20 %)

Nummer	Mantelmaterial (Gew. -%)	Si	Mn	P	S	Kernfüllung (Gew. -%)	.Al	Ti	Mo	B	Ni	Mn
207	C	Spuren	0,3	0,012	0,010	CaF₂	0,8	3,2	4,0	0,12	8,0	7,2
208	0,06	ti	0,3	0,012	0,010	76	0,8	3,2	7,2	0,12	-	7,2
0,06	81

Tabelle 12 Schweißbedingungen

Anzahl der Schweißschichten	Eine Schweißschicht sowohl vorne als auch hinten schweißend
Schweißverfahren	Unterpulverschweißung mit zwei Elektroden und mit Wasserkühlung
Flußmittelzusammen- setzung	Flußmittel vom Schmelztyp
Wärmezufuhr	50.000 j/cm
Wasserkühlungs verfahren	Wasserkühlung der Rückseite der Raupe während des Schweißens
Schweißbedingung	Vorne 43^V χ 1200^A + Hinten 55^V χ 700^A
Schweißgeschwindig keit ^

Tabelle 13

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone (Gew. -%)

Nummer	C	08	Si	Mn	33	o,	P	o,	S	.Ni	Mo	20	V	Nb	03	Ti	05	o,	B
207	o,	08	0,42	1,	33	o,	018	o,	017	0,38	o,	34	0,04	o,	03	o,	04		002
208	o,	0,42	1,		014	010	-	o,	0,04	o,	0,		001

Tabelle 14

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr. 4 Charpy Wert Kg-m)

Nummer	10,4, 9,0,	-30⁰C	9,4 (9,3)	8, 7,	5, 5,	-60	°C	8,0 (7,9)
207	11,2, 10,4,	9,5, 8,1,	10,5 (10,4)	10, 8,	4, 8,	8, 7,	o, 6,	9,0 (9, 2)
208	10,8, 9,2,			9, 8,	5, 1,

Vergleichsbeispiel (zwei Elektrodenverfahren mit herkömmlichen festen Drähten).

Chemische Zusammensetzung des Versuchsbeispieles: Die gleiche wie in der Tabelle 2.

409835/0672

'ta

Tabelle 15

Chemische Zusammensetzung des festen Drahtes (Gew. -%)

Nummer	C	Si	Mn	P	S	Cu	Mo
C	0,12	-	1,49	0,018	0,017	0,10	0,51

Tabelle 16

Schweißbedingungen

Schweißverfahren	Unterpulverschweißung mit zwei Elektroden
Anzahl der Schweißschichten	Eine Schweißschicht sowohl vorne als hinten schweißend
Flußmittelzusam m en- setzung	Flußmittel vom Schmelztyp
Wärmezufuhr	50.000 j/cm
Schweißbedingung	Vorne 38^V χ 120Q^ + Hinten 43^V χ 750^A
Schweißgeschwindig keit	110 cm/min.

Tabelle 17
Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone (Gew. -%)

Nummer	C	Si	Mn	P	S	Mo	0,037	Nb	Ti
C	0,09	0,40	1,30	0,017	0,011	0,20	0,020	0,006

.409835/0672

Tabelle 18

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr. 4 Charpy Wert Kg-m)

Nummer	O⁰C	-10⁰C	-20⁰G	-40⁰C
C	5,1, 5,6, 5,4 (5,4)	4,3, 4,8, 4,0 (4,4)	3,6, 3,6, 4,1 (3,8)	2,1, 2,2, 2,8 (2,4)

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß bei der Erfindung der Wert der absorbierten Energie beim Kerbschlagversuch bei den verschiedenen Systemen erheblich verbessert wird und daß die Brüchigkeit erheblich verringert ist im Vergleich zu dem aufgetragenen Metall, bei dem ein herkömmlicher fester Draht verwendet wurde. Aus den Schweißbedingungen in den Beispielen ist noch ersichtlich, daß die Arbeitsbedingungen im wesentlichen die gleichen sind wie beim herkömmlichen Beispiel, außer daß eine große Menge von stark basischen Verbindungen der Kernfüllung in der Seelenelektrode zugegeben sind.

Beispiel 4

An ein Versuchsbeispiel (Schweißgrundmetall), das die in der Tabelle 19 gezeigte chemische Zusammensetzung aufweist, wurde ein Schweißdraht gemäß der Erfindung, dessen Zusammensetzung in der Tabelle 20 dargestellt ist, durch Unterpulverschweißung bei den in der Tabelle 21 gezeigten Schweißbedingungen angeschweißt. Die Ergebnisse bei der Messung der Kerbschlagfestigkeit und die chemischen Zusammensetzungen der Schweißmetallzone sind in den Tabellen 22 und 23 dargestellt.

409835/0672

2403532

Tabelle 19

Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe (Gew. -%)

Nummer	C	Si	Mn	P	S	Nb	Dicke (mm)
(Π)	0,20	0,47	1,42	0,021	0,018	0,03	30

Tabelle 20

Chemische Zusammensetzungen der Seelendrahtelektrode und

des festen Drahtes

Num mer	Erfin dung	Mantelmaterial (A) (Gew.-%)^	C	I Si	Mn	P	S	Kernfüllung (B) (Gew.-%)	Al	Ti	B	Fe	Fluß- mittel- verhält-
301	Stand der Techni	0,06		0,40	0,012	0,015	CaF₂	0,6	2,0	0,12	Balance	nis B/A
D	0,05	-	0,50	0,010	0,010	60	-	-	-	-	15
	-	-

409835/0672

Tabelle

Schweißbedingungen

Verwendung eines Schweißdrahtes gemäß d. Erfindung

Verwendung eines Schweißdrahtes nach dem Stand der Technik

Kegelform der Versuchsprobe

5(TV-Kegel Unterpulverschweißung

gleich

Schweißverfahreri

mit zwei Elektroden

gleich

Flußmittelzusammensetzung

Bindeflußmittel für SM50-Stahl

gleich

Wärmezufuhr

100. 000 Joules/cm

gleich

Schweißbedingung

vorne 4öY.x 800^ hinten 50^v χ 620^A

gleich

Schweißgeschwindigkeit

40 cm /min.

gleich

Tabelle

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr. 4 Charpy.-Wert Kg-m)

Versuchstemperatur	•0°C	-2O⁰C
Seelenelektrode (301) gemäß Er findung	16,6 17,8 18,5 (17,6)	16,0 15,8 14,5 (15,4)
Schweißdraht (D) ge mäß Stand der Tech nik	6,0 6,4 6,8 (6,4)	4,5 4,3 4,4 (4,4)

Die eingeklammerten Werte sind Durchschnittswerte.

6432

409835/0672

24Q3582

Tabelle 23

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone (Gew. -%)

Nummer

C

Si

32

Mn

53

ο,

P

ο,

S

Mo

63

Nb

Ti

0,

B

Sol
AC

301

0,07

ο,

40

1,

54

ο,

016

ο,

010

ο,

60

0;008

0, 032

003

0,012

D

0,08

ο,

1,

020

012

ο,

0,010

0,015

-

0, 010

Beispiel 5

An die drei Arten von Versuchsproben mit den chemischen Zusammensetzungen in der Tabelle 24 wurden Seelenschweißdrähte gemäß der Erfindung, deren Zusammensetzung in der Tabelle 25 dargestellt ist, mittels ünterpulverschweißung bei den in der Tabelle 26 gezeigten Schweiß-

• bedingungen angeschweißt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Kerbschlagfestigkeit und der chemischen Zusammensetzungen der Schweißmetall-

z one sind in den Tabellen 27 und 28 dargestellt.

Tabelle 24

Chemische Zusammensetzungen der Versuchsproben (Gew. -%)

Nummer	o,	C	Si	1	Mn	33	o,	P	o,	S	o,	V	Nb	Dicke (mm) .
(m)	o,	08	o,	32	1,	31	0,	016	o,	008	o,	061	0,02	16
(IV)	o,	10	o,	31	1,	33	o,	012	o,	015	o,	03	- . ."	16
(V)	11	o,	1,		014	015	01	0,02	16

.409835/067

Tabelle

Chemische Zusammensetzungen des Seelenschweißdr antes und des~

festen Drahtes

CD OO CJ (JI

Nummer	Erfindung	Mantelmaterial (A) (Gew. -%)	Mn	Mo	P	S	Cu	Kernfüllung (B) (Gew. -%)	CaFp	Al	Ti	Mo	B	Ni	Mn	Fe	Flußmittel verhältnis (%) B/A
401	Stand der" {Technik	C	0.32	-	0.005	0.010	-	40	0.6	2.0	2.5	0.08	5.0	4.5	Balance
Ξ	0.06	1,50	0.50	0.018	0.017	0.10	-	-	-	-	-	-	mm	mm	-
	0.12

Tabelle 26

Schweißbedingungen

-	Verwendung eines Schweiß drahtes gemäß d. Erfindung	Verwendung eines Schweißdrahtes nach dem Stand d, Technik
Kegelform der Versuchsprobe	90° χ Kegel	gleich
Schweißverfahren	Unterpulver-Schweißung mit zwei Elektroden	gleich
Flußmittelzu- sammensetzung	Flußmittel vom Schmelztyp	gleich
Wärmezufuhr	50.000 Joules/cm	gleich
Schweißbedingung	vorne 43Y₇X 1200^A + hinten 55^V χ Ί0(Α	gleich
Schweißgeschwin digkeit	110 cm/min.	gleich

409835/0672

Tabelle 27

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr. 4 Charpy Wert Kg-m)

Versuchstemperatur	Verwendung eines Schweißdrahtes 401 gemäß d. Erfindung	O⁰C	-1O⁰C	-2O⁰C
js. Versuchs- o probe (O cn -^ O	Verwendung eines Schweißdrahtes E gemäß Stand der Technik	10,2 9,3 8,2 (9,2)	9,8 8,8 8,8 (9,1)	7,0 6,0 5,6 (6,2)
σ> -ο Versuchs- *° probe (IV)	Verwendung eines Schweißdrahtes 401 gemäß d. Erfindung	5,3 5,1 5,1 (5,2)	4,0 4,1 4,0 (4,0)	3,8 4,0 3,7 (3,8)
Versuchs - probe (V)	Verwendung eines Schweißdrahtes 401 gemäß d. Erfindung		12,9 11,3 11,4 (11,9)	11,6 12,1 13,1 (12,3)
	14,5 13,9 13,0 (13,6)

Die eingeklammerten Werte sind Durchschnittswerte.

O LO cn GO

Tabelle

Chemische Zusammensetzungen der aufgebrachten Metallzonen (Gew. -%)■

Versuch! probe	Verwendung eines Schweißdrahtes (401) jemäß d. Erfindung	C	Si	Mn	P	S	Ni	Mo	V	Nb .	Ti	B	Al
	Verwendung eines Schweißdrahtes (E) nach dem Stand der Technik	0.08	0.41	1.33	0.017	0.015	0.32	0.18	0.043	0.012	0.042	0.003	0.01Ö
(ΠΙ)	Verwendung eines Schweißdrahtes(401) gemäß d.Erfindung	0.09	0.40	1.30	0.016	0.011	—	0.20	0.040	0.010	0.006 .	-	0.008
(IV)	Verwendung eines Schweißdrahtes (401) gemäß d.Erfindung ,	0.09	0.40	1.33	0.017	0.019	0.48	0.22	0.020	0.007	0.051	0.003	0.012
(V)	0.09	0.39	1.30	0.017	0.018	0.48	0.22	0.005	0.011	0.049	0.003	0,012

Aus den vorstehenden Beispielen ist ersichtlich, daß bei der Unterpulver schweißung unter Verwendung einer Seelenelektrode gemäß der Erfindung die Zähigkeit und insbesondere die Kerbschlagzähigkeit bei niedriger Temperatur der Schweißmetallzone wesentlich verbessert werden können, wobei eine Verbesserung um mehr als das Doppelte als bei der Verwendung eines herkömmlichen Schweißdrahtes erzielt wird.

Wie im vorstehenden schon beschrieben, ist die Erfindung für die Industrie von Vorteil, insbesondere dadurch, daß die Struktur der geschweißten Metallzone eine hohe Zähigkeit aufweist, wodurch man eine erhöhte Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit erzielen kann, ohne daß die Bedingungen beim Durchführen der Schweißung beeinträchtigt werden. Die Erfindung ist insbesondere auch im Hinblick auf die Verschweißbarkeit von Hochspannungsstahlplatten beim Schiffsbau und beim Bau von Pipelines in kalten Gegenden von Vorteil.

Beispiel 6 Tabelle 29

Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe (Gew. -%)

Nummer	C	Si	Mn	P	S	Nb	Dicke (mm)
(VI)	0,18	0,36	1,38	0,005	0,012	0,05	35

409835/0672

Tabelle 30

Chemische Zusammensetzungen der Seelenelektrode (Flußmittelverhältnis 20 %)

Nummer

Mantelmaterial (Gew. -%)

Si

Mri

P

s·

Kernfüllung (Gew. -%)

CaF₂

Ti

B

Fe

Se

La-Ce

CeF₃

601

C

Spu
ren

0.3

<0.01

96

2.0

0.1

Balance

1.0

-

602

0.06

It

I!

Il

96

Il

11

1.0

603

ti

Il

It

Il

94

tt

It

tt

-

—

3.0

Il

Tabelle 31 ;
Fester Draht zum Vergleich

Nummer	C	Si	Mn	0	P	0	S
F	0.05	Spuren	0.46	.007	.014

6432

409835/0672

Tabelle 32

Schweißbedingungen

Schweißverfahren S Unterpulver-Schveißung mit drei Elektroden

Anzahl der Schweißschichten	E inschichtschweißung
Flußmittelzu sammensetzung	Flußmittel mit Mo-Zusatz vom Brenntyp
Wärmezufuhr	260.000 Joules/cm
Schweißbedingung	800Ax36V+ vorne 1000Ax43V+ hinten 1100Ax53V
Schweißgeschwindig keit	30 cm/min.

Tabelle 33

Chemische Zusammensetzungen der aufgetragenen Metallzone

(Gew. -%)

Nummer	C	Si	Mn	P	S	Ni	Mo	Nb	Ti	B	Se	■	Ce
601	0,12	0.54	1,50	ft.014	0,008	0,02	0,22	0,025	0,040	0,0030	0,001	-
602	0,11	0,50	1,54	0,013	0,008	0,02	0,23	0,025	0,043	0.0025	-	0,001
603	0.11	0,55	1,45	0,015	0,011	0,02	0,28	0,026	0,040	0,0028	-	0,001
F	0,11	0,32	1,23	0,015	0,014	0,02	0,25	0,023	«a_roi	-	-

409835/0672

Tabelle 34

Kerb schlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr. 4 Charpy Wert Kg-m)

Nummer	Beispiel 7	O⁰C	-2O⁰C	-40⁰C
601	8,5	6,1	4,4
602	9,8	6,3	3,8
603	7,9	5,9	3,7
F	4,8	3,4	1,8

Tabelle 35
Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe (Gew. -%)

Nummer	C	Si	Mn	P	S	V	Nb	picke (mm)
(vn)	0,08	0,31	1,33	0,016	0,008	0, 06	0,03	20

Tabelle 36

Chemische Zusammensetzung der Seelendrahtelektrode (Flußmittelverhältnis 19 %)

Nummer

Mantelmaterial (Gew. -%

C

Si

Mn

P

S

CaF₂

KernfUllung (Gew. -<■

Al

Ti

Mo

B

7°

Ni

Se

Fe

604

0.06

Spuren

0.3

<P.O1

«.01

■79

0.6

2.5

7

0,15

5

18

Rest

409835/0672

tabelle 37

Schweißbedingung

Schweißverfahren	Einschichtschweißung vorne und hinten mit Unterpulverschveißung mit zwei Elektroden
Flußmittelzusammen setzung	Neutrales Flußmittel vom Schmelztyp
Wärmezufuhr	55.000 j/cm
Schweißbedingung	43V χ 1130A + 45V x 750A
Schweißgeschwindigkeit	90 cm/min.

Tabelle 38

Chemische Zusammensetzung der aufgetragenen Metallzone

Nummer

C

Si

Mn

P

S

Ni

Mo

V

Nb

- Ti

B

Se

604

0,07

0,42

1,29

0,009

0.007

0,49

0,41

0,035

0,018

0,042

0,0026

0,001

Tabelle 39

Kerbschlagfestigkeit der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr. 4 Charpy Wert Kg-m)

Nummer	0⁰C	-1O⁰C	-20⁰C	-4O°C	-6O⁰C
604	11,7	10,9	9,5	7,0	4,9

409835/0672

Beispiel 8

	Num mer	C	Si	Mn	P	S	V	Nb	Cu	Cr	Dicke *(mm)*
	(vm)	0,08	0,35	1,30	0,013	0,006	0,07	0, 017	0,17	0,13	19
					Tabelle	41

Tabelle 40




Chemische Zusammensetzung der Versuchsprobe (Gew. -%)

Nummer	Manfelmaterial (Gew. -%	C	Si	Mn	P	S	ti	Kernfüllung (Gew. -%	CaF₂	Al	Ti	Mo	6	■ Ni	Fe	GaCO ά
801	0,06	Spuren	' ' 1 0,3	0,01	0,01	68,7	0,8	4,8	8,2	0,2	13,7	Rast	3,4
802	»		··	■■	1»	66,4	It	4.7	8,0	■·	13„2	M	6,6
803	·■		ti	ti		64,3		4.5	7,7	tt	12,9	U	9,6
209 [Vergleich)			tt		71,2	0,9	5.0	8,5	tt	14,2		-

6432

Tabelle 42

Fester Draht hinten verwendet (Gew. -%

Nummer	C	Si	Mn	P	S	Cu	Mo
G	0,10	0,02	1,45	0,018	0,017	0,10	0,51

Der G-Draht wurde als rückwärtiger Schweißdraht von den zwei Elektroden verwendet.

Tabelle 43

Schweißbedingungen

Schweißverfahren	Unterpulverschweißung mit zwei Elek troden (vorne Seelendraht, hinten fester Draht)
Wärmezufuhr	48.000 j/cm
Schweißbedingung	Vorne 42V χ 1150A + Hinten 50V χ 800Α
Schweißgeschwindigkeit	110 cm/min.

Tabelle 44

Kerbschlagfestigkeiten der aufgetragenen Metallzone (JIS-Nr, 4 Charpy Wert Kg-m)

Nummer	O⁰C
801	12,9
802	12,6
803	11,5
209 (Vergleich	12,5

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Bezüglich der Arbeitsbedingungen ergibt sich eine Veränderung der Schweißraupenbreite bei einer Veränderung des Prozentgehaltes von CaCOo, wie das in der beiliegenden Figur dargestellt ist. Es ergibt sich, daß der Lichtbogen stabil ist, wenn die Raupenbreite groß ist.

⁶⁴³² . 409835/0672

Claims

Patentansprüche

1. Seelenelektrode für Unterpulversehweißung mit einem Stahlmantel und einer Kernfüllung, wobei das Stahlmantelmaterial ein Kohlenstoffstahl oder ein niedrig legierter Stahl ist, gekennzeichnet durch eine Kernfüllung, die aus 25 -98% Kalziumfiuorid (CaFg), 0,1 ~ 2,5 % Aluminium (Al), 0,8 ~ 15 % Titan (Ti), 0,8 ~ 15 % Molybdän (Mo),

0,02 ~ 0,5 % Bor (B), 0 ~ 25 % Nickel (Ni), 0-15 % Mangan (Mn) und 0 ~ 70 % Eisen (Fe) besteht und durch ein Flußmittelverhältnis

( Gewicht der Kernfüllung _f%. . 12 ~ 30 % hetrSct

⁽ Gewicht des Mantelmaterials ^{x lüüC/o)} '» ^{welcnes 12 3Ü} % beträgt.

2. Seelenelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial aus 0, 01 ~ 0,10 % Kohlenstoff (C), Spuren ~ 0, 30 % Silizium (Si), Spuren ~ 1,5 % Mangan (Mn), 0 ~ 1,5 % Molybdän (Mo),

0 ~ 3,0 % Nickel (Ni) und Resteisen (Fe) besteht.

3. Seelenelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel, das aus 25 ~ 98 % CaF^, 0,10 ~ 2,0 % Al, 0,8 ~ 4,0 % Ti, 0,02 ~ 0,2 % B und 0 ~60'% Fe besteht, im Hohlraum eines röhrenförmigen Drahtes aus Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl eingeschlossen ist und daß das Flußmittelverhältnis 12 ~ 30 % beträgt.

4. Seelenelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel aus 25 ~ 98 % CaF₂, 0,10 ~2,0 % Al, 0,8 ~4,0 % Ti, 0,02 ~0,2 % B, 2,5 % oder weniger Si, 15 % oder weniger Mn, 0, 8 ~ 10 % Mo, 1,5 ~ 15 % Ni und 0 ~60 % Fe besteht und im Hohlraum eines röhrenförmigen Drahtes aus Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl angeordnet ist und daß das Flußmittelverhältnis 12 ~30 % betrügt.

/. η ο Q

5. Seelenelektrode für Unterpulver schweißung mit einem Stahlmantel und einer Kernfüllung, wobei das Mantelmaterial aus Kohlenstoffstahl oder einem niedrig legierten Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernfüllung 25 ~ 95 % CaF₂, 0,8 ~ 15 % Ti, 0 ~ 2,5 % Al, 0 ~0,5 % B, 0,05 ~ 3,0 % aus einem zwei oder mehreren der Stoffe Selen (Se), Lanthan-Cer (La-Ce) und Cerfluor (CeF₃), 0~15 % Mo, 0 ~25 % Ni, 0 - 15 % Mn und 0~ 10 % Fe enthält und daß das Flußmittelverhältnis

12-30% beträgt.

6. Seelenelektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial aus 0, 01 ~ 0,10 % C, Spuren ~ 0, 30 % Si, Spuren ~ 1,50 % Mn, 0~ 1,50 % Mo, 0~ 3,0 % Nickel und Resteisen besteht.

7. Seelenelektrode für Unterpulverschweißung mit einem Stahlmantel und einer Kernfüllung,-dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial Kohlenstoffstahl oder ein niedrig legierter Stahl ist, daß die Kernfüliung 25-95% CaF₀, 0,1-2,5% Al, 0,8~15%Ti, 0,02.-0,5% B, 0,8-15 % Mo, 0- 25 % Ni, 0- 25 % Se, 0~ 10 % CeO₀ oder CeF₀, 2~ 20 %

Cl O

CaCO₃ und Rest Fe enthält und daß das Flußmittelverhältnis 12 - 30 % beträgt.

8. Seelenelektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial aus 0,01 - 0,10 % C, Spuren - 0,30 % Si, Spuren ~ 1,5 % Mn, 0 ~ 1,5 % Mo, 0 - 3,0 % Ni und Rest F-e besteht.

9. Verfahren zur Durchführung einer Unterpulverschweißung, insbesondere von Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß ein Seelendraht bzw. eine Seelenelektrode mit einem Stahlmantel aus Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl, in dem ein Flußmittel eingehüllt ist bzw. eine Kernfüllung enthalten ist, als

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Schweißelektrode verwendet wird, wobei das Flußmittel bzw, die Kernfällung aus 25 ~ 98 % CaF₃, 0,1~ 2,5 % Al, 0_? 8~ 15 % Ti, 0, 8~ 15 % Mo, 0,02 - 0,5 % B, 0~ 25 % Ni, 0~ 15 % Mn und 0 ~ 70 % Fe besteht und das Flußmittel verhältnis 12 ~ 30 % ist.

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