DE2521276B2 - Kernelektrode fuer das lichtbogenschweissen - Google Patents
Kernelektrode fuer das lichtbogenschweissenInfo
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Description
bis | 3,4 |
bis | 0,8 |
bis | 3,4 |
bis | 0,8 |
bis | 0,2 |
bis | 0,4 |
bis | 0,34 |
bis | 0,26 |
2. Elektrode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
Aluminium 2,5
Magnesium 0,6
Bariumfluorid 2,5
Calciumoxid 0,6
Lithiumfluorid 0,1
Siliciumdioxid 0,3
Kohlenstoff 0,25
Mangan 0,2
Eisenpulver 12,5 bis 16,5
Elektrodenmantel Rest
mit der Maßgabe, daß das Calciumoxid mit dem Oxid und einem Fluorid als Schmelzmasse vorliegt.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzmasse im Molekularverhältnis
1,5 bis 2 Teile CaO auf einen Teil SiO2 nebst Bariumfluorid zur Verminderung
ihrer Schmelztemperatur aufweist.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzmasse 28,5% CaO,
16,5% SiO2 und 55% BaF enthält.
5. Elektrode nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
Aluminium (55 %)-Magnesium
(45%)-Legierung 1,44
Aluminium 2,0
Mangan 0,22
Kohlenstoff 0,28
Eisenpulver 13,20
Bariumfluorid 0,18
Schmelzmasse aus: 28,5% Calciumoxid,
16,5% Siliciumdioxid und 55% Bariumfluorid 2,15
16,5% Siliciumdioxid und 55% Bariumfluorid 2,15
F.lektrodenmantel Rest
Die Erfindung betrifft eine Kernelektrode für das Lichtbogenschweißen, insbesondere zum Lichtbogenschweißen
an Luft ohne äußere Schutzgaszuführung. In besonderem Maße ist die Erfindung auf eine
Kernelektrode gerichtet, die für das Lichtbogenschweißen von niedriggekohltem Stahl und hierbei
vor allem für das Lichtbogenschweißen von dünnkalibrigem Schweißgut, wie insbesondere Dünnblechen
u. dgl., ohne äußere Schutzgaszuführung bestimmt ist.
Beim halbautomatischen Schweißen von Dünnblechen bedient man sich verschiedener Methoden, um den Lichtbogen gegenüber der äußeren Atmosphäre zu schützen. Beispielsweise wird ein massiver Schweißdraht zusammen mit einem gesondert zugeführten pulvrigen Schweißmittel verwendet. Diese Arbeitsweise führt jedoch häufig zu Verschmutzungen im Schweißbereich und erfordert außerdem eine schwere und unhandliche Schweißzange. Ferner ist das Schweißbad verdeckt und daher für den Schweißer nicht erkennbar. Ein Schweißen außerhalb der Normalposition ist, wenn überhaupt, nur schwer durchzuführen.
Beim halbautomatischen Schweißen von Dünnblechen bedient man sich verschiedener Methoden, um den Lichtbogen gegenüber der äußeren Atmosphäre zu schützen. Beispielsweise wird ein massiver Schweißdraht zusammen mit einem gesondert zugeführten pulvrigen Schweißmittel verwendet. Diese Arbeitsweise führt jedoch häufig zu Verschmutzungen im Schweißbereich und erfordert außerdem eine schwere und unhandliche Schweißzange. Ferner ist das Schweißbad verdeckt und daher für den Schweißer nicht erkennbar. Ein Schweißen außerhalb der Normalposition ist, wenn überhaupt, nur schwer durchzuführen.
Es ist auch bekannt, Dünnbleche mit einem massiven Schweißdraht unter äußerer Schutzgaszuführung zu
schweißen. Diese Arbeitsweise führt jedoch häufig zu starker Spritzerbildung. Sie verlangt eine unhandliche
Schweißzange sowie besondere Vorrichtungen für die Schutzgaszuführung.
Die vorgenannten Schwierigkeiten lassen sich weitgehend vermeiden, wenn eine selbstschützende Kernelektrode
verwendet wird. Die bisher im Handel erhältlichen Kernelektroden haben jedoch für das
Schweißen von Dünnblechen u. dgl. zu hohe Abschmelzgeschwindigkeiten. Um bei den hohen Abschmelzgeschwindigkeiten
Dünnbleche zu schweißen, muß der Schweißvorschub entsprechend erhöht werden. Beim halbautomatischen Schweißen ist dies jedoch
nicht oder nur bedingt möglich, da selbst ein erfahrener Schweißer bei einem Schweißvorschub von
25
erheblich über 1 m je Minute nicht mehr in der Lage ist, den Schweißvorgang und insbesondere das Ablegen
des Schweißmetalls auf die Schweißstelle genau zu kontrollieren.
Die Abschmelzgeschwindigkeit beim Schweißen von Dünnblechen läßt sich zwar dadurch vermindern,
daß der Lichtbogenstrom und die Lichtbogenspannung herabgesetzt werden. Bei den zur Verfügung stehenden
Elektroden führt dies jedoch zu einer unerwünschten Beeinträchtigung der Lichtbogenwirkung mit der
Folge, daß sich ein unregelmäßiger Schweißmetallübergang bei dicken Schweißmetalltropfen und starker
Spritzerbildung ergibt.
Die bekannten Schweißmittel enthalten u. a. Bestandteile, die im Hinblick auf die Viskosität der
Schlacke, ihren Schmelzpunkt und auf eine gute Schlackenentfernung von Bedeutung sind. Das in
letztgenannter Hinsicht besonders wirksame Calciumoxid konnte jedoch in der Praxis für Kernelektroden
bisher nicht eingesetzt werden, da es stark hygro- ao skopisch ist und die Gefahr besteht, daß es bei der
Herstellung und/oder der Lagerung der Elektrode Feuchtigkeit aufnimmt. In der Fachliteratur wird
Calciumoxid zwar als möglicher Kernbestandteil für Schweißelektroden erwähnt; in der Praxis wurde as
es aber bisher stets in der feuchtigkeitsstabilen Form des Calciumcarbonats oder des Wollastonit (CaO ·
SiO2) verwendet. Wird bei einer Kernelektrode
Calciumcarbonat in solchen Mengenanteilen verwendet, daß im Hinblick auf eine gute Schlackenentfernung
ausreichend Calciumoxid in der Schlacke vorhanden ist, so wird in der Lichtbogenhitze eine
solche Menge an Kohlendioxid freigesetzt, daß der Lichtbogen reißt und auseinandergezogen wird, so
daß kein einwandfreies Schweißen mehr möglich ist. Dies ist insbesondere beim Schweißen von Dünnblechen
u. dgl. der Fall. Bei Vorhandensein des Calciumoxids in Form von Wollastonit besteht die
Gefahr einer Porenbildung im Schweißmetall. Außerdem wird hierbei dem Schweißmetall Silicium in
einer im Hinblick auf seine metallurgischen und mechanischen Eigenschaften unerwünscht großen
Menge zugeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernelektrode zu schaffen, die als Schlackenentfernungsmittel
Calciumoxid enthält, wobei dieses jedoch so eingestellt ist, daß es keine oder jedenfalls keine
schädliche Hygroskopizität aufweist. Dabei soll die Kernelektrode in besonderem Maße für das Lichtbogenschweißen
von mildem Stahl und insbesondere dünnkalibrigem Schweißgut, wie vor allem Dünnblechen,
geeignet und zugleich so beschaffen sein, daß sich ein ruhiger, gut sichtbarer und leicht zu
kontrollierender Lichtbogen mit vergleichsweise niedriger Hitze und Blendung einstellt, unter dessen
Wirkung bei geringer Spritzerneigung eine Schweißnaht hoher Qualität erhalten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Kernelektrode gelöst, die sich durch folgende Zusammensetzung
kennzeichnet:
a) Aluminium 1,7 bis 4,0
b) Magnesium 0,5 bis 0,8
c) mindestens eines der folgenden
Fluoride:
Bariumfluorid, Strontiumfluorid,
Lanthanfluorid, Fluoride der
seltenen Erden 2,0 bis 4,5
Lanthanfluorid, Fluoride der
seltenen Erden 2,0 bis 4,5
276
d) mindestens eines der folgenden
Oxide:
Oxide:
Siliciumdioxid, Eisenoxid und
Manganoxid 0,25 bis 0,4
e) Calciumoxid 0,5 bis 0,8
f) Lithiumfluorid 0,0 bis 0,3
g) Kohlenstoff 0,0 bis 0,4
h) Mangan 0,0 bis 4,0
i) Rest: Eisenpulver und Elektroden-Stahlmantel, wobei das Calciumoxid
zusammen mit dem bzw. den Oxiden
zusammen mit dem bzw. den Oxiden
und vorzugsweise auch dem bzw. den
Fluoriden in Form einer Schmelzmasse vorhanden ist.
Fluoriden in Form einer Schmelzmasse vorhanden ist.
Die vorgenannten und nachstehend erwähnten Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent,
sofern nichts anderes vermerkt ist.
Die erfindungsgemäße Kernelektrode enthält somit im Kern ein Schweißmittel, dessen Hauptbestandteile
aus Aluminium und Magnesium in metallischer Form sowie aus Calciumoxid bestehen, welches mit mindestens
einem der genannten Metalloxide und zweckmäßig auch mit mindestens einem der genannten
Fluoride zu einer Schmelzmasse verarbeitet ist. Die nichtmetallischen Bestandteile werden zweckmäßig
unterhalb eines Maximalwertes von 6% des Elektrodengesamtgewichtes gehalten, um einen unerwünschten
Tropfen übergang und/oder die Spritzerbildung zu vermeiden. Wesentlich ist, daß bei der
erfindungsgemäßen Kernelektrode kein Calciumfluorid oder Calciumcarbonat verwendet wird, da
diese Stoffe bei niedrigeren Schweißströmen nachteilige Auswirkungen auf den Lichtbogen haben.
Der Magnesiumanteil wird zur Erzielung einer optimalen Lichtbogenwirkung genau eingestellt. Geringere
Anteile als die vorstehend angegebenen führen zu einem stärkeren Tropfenübergang und zu einer
stärkeren Spritzerbildung. Ein Überschreiten des oberen Grenzwertes des angegebenen Magnesiumanteils
bewirki: eine Verstärkung des Lichtbogens, eine stärkere Spritzerbildung und eine unerwünschte
Narbung der Schweißnaht. Das Aluminium dient als Desoxidationsmittel; seine Menge wird von den
noch zulässigen Rückständen in der Schweißnaht begrenzt.
Das bei der erfindungsgemäßen Kernelektrode vorgesehene Calciumoxid ist durch Verschmelzen mit
dem genannten Metalloxid und zweckmäßig auch dem genannten Fluorid so behandelt, daß es nicht mehr
hygroskopisch ist oder seine Hygroskopizität soweit vermindert ist, daß die Feuchtigkeitsaufnahme keine
schädlichen Auswirkungen mehr hat. Die Schmelzmasse läßt sich in der Weise herstellen, daß Calciumcarbonat
mit einer genau abgemessenen Menge des genannten Metalloxids, wie insbesondere Siliciumdioxid,
gemischt und dann die Mischung bis auf den Schmelzpunkt erhitzt wird, wodurch das in dem
Calciumcarbonat enthaltene Kohlendioxid ausgetrieben und das sich bildende Calciumoxid mit dem
Siliciumdioxid verschmolzen wird.
Aus US-PS 36 70 135 ist es zwar bekannt, dem Schweißmittel einer Kernelektrode Schlackenbildner
zuzusetzen, die in Form einer Schmelzmasse vorliegen, um den Feuchtigkeitsgehalt des Schweißmittels herabzudrücken.
Dabei sollen vorzugsweise aber solche Schlackenbildner eingesetzt werden, die von Natur
aus keine oder nur eine geringe Hygroskopizität aufweisen.
Diese vorbekannten Kernelektroden weisen außerdem kein Aluminium auf; sie sind für das
Schweißen von rostfreien Stöhlen, nicht aber für das Lichtbogenschweißen von niedriggekohltem Stahl bestimmt.
Außerdem enthält hier das Schweißmittel Calciumfluorid, welches bei der erfindungsgemäßen
Kernelektrode nicht vorgesehen wird.
Bei der erfindungsgemäßen Kernelektrode kann gegebenenfalls auch von der Verwendung von Magnesium
abgesehen werden. Das Schweißmittel der Kernelektrode enthält in diesem Fall Aluminium
und als einen wesentlichen Bestandteil eine Schmelzmasse aus Calciumoxid und mindestens einer der
folgenden Verbindung: Siliciumdioxid, Eisenoxid, Manganoxid, sowie vorzugsweise auch mindestens
eines der folgenden Fluoride: Bariumfluorid, Strontiumfluorid, Lanthanfluorid, Fluoride der seltenen
Erden.
Bei der Herstellung der Schmelzmasse empfiehlt es sich, dem aufzuschmelzenden Gemenge mindestens
noch eines der genannten Fluoride zuzusetzen, um den Schmelzpunkt des Gemenges auf einen für die
fabrikatorische Herstellung annehmbaren Wert zu beschränken. Besonders geeignet ist hier die Verwendung
von Bariumfluorid.
Es versteht sich, daß die Mengenanteile der die Schmelzmasse bildenden Bestandteile genau abgestimmt
werden müssen. Wird die Schmelzmasse durch Aufschmelzen von Calciumcarbonat und Siliciumdioxid
hergestellt, so sollten die Mengenanteile so eingestellt werden, daß das Molekularverhältnis
1,5 bis 2,0 Calciumoxid je 1,0 Siliciumdioxid beträgt. Vorzugsweise besteht die Schmelzmasse aus
28,5% Calciumoxid, 16,5% Siliciumdioxid und 55% Bariumfluorid. Höhere oder niedrigere Gewichtsanteiie
an Bariumfluorid bewirken eine Anhebung der Schmelztemperatur und führen demzufolge zu
Abnutzungen der feuerbeständigen Auskleidung des für die Herstellung der Schmelzmasse verwendeten
Schmelztiegels od. dgl. Ob das bei der Herstellung der Schmelzmasse entstehende Produkt eine Mischung
oder eine Verbindung darstellt, ist unbekannt. Entscheidend ist, daß das Calciumoxid in der Schmelzmasse
gegenüber der Feuchtigkeit der Atmosphäre geschützt ist, so daß es seine hygroskopischen Eigenschaften
nicht entfalten kann.
Es besteht auch die Möglichkeit, das Siliciumdioxid durch Eisenoxid (Fe1Ox) oder Manganoxid
(Mn1O1) zu ersetzen, wobei sich jedoch eine gewisse
Einbuße hinsichtlich des Schweißens mit niedrigerem Schweißstrom sowie eine geringfügige Erhöhung der
Spritzerbildung einstellt. Bei Verwendung von Eisenoxid oder Manganoxid wird das Mengenverhältnis
zweckmäßig so eingestellt, daß das Molekularverhältnis sich auf 2,0 bis 1,0 Calciumoxid je 1,0 Eisenbzw.
Manganoxid beläuft.
Dem in der erfindungsgemäßen Kernelektrode enthaltenen Schweißmittel wird zweckmäßig Eisenpulver
als Füllmittel zugesetzt, wie dies bei Kernelektroden üblich ist.
Das Magnesium wird vorzugsweise in Form einer Aluminium-Magnesiumlegierung zugesetzt, weicheeine
gewisse erwünschte Verzögerungswirkung auf das Sieden des Magnesiums zu haben scheint.
Das eigentliche Elektrodenrohr wird zweckmäßig aus einem herkömmlichen niedriggekohlten Stahl
hergestellt.
Nach vorstehendem setzt sich die erfindungsgemäße Kernelektrode in ihrer bevorzugten Ausführungsform, bei der das Calciumoxid zusammen mit Siliciumdioxid
und Bariumfluorid zu einer Schmelzmasse verarbeitet ist, wie folgt zusammen:
IO | Aluminium | Gi und- bestandteile |
Rest | Mit geschmol zenem CaO |
Magnesium | 1,7 bis 4,0 | 1,7 bis 4,0 | ||
Bariumfluorid oder Strontiumfluorid oder Lanthanfluorid oder Fluoride seltener Erden Calciumoxid |
0,5 bis 0,8 | 0,5 bis 0,8 | ||
15
20 |
Lithiumfluorid | 2,0 bis 4,5 0,5 bis 0,8 |
0,9 bis 2,5 | |
Siliciumdioxid | 0,0 bis 0,3 | 0,0 bis 0,3 | ||
Kohlenstoff | 0,25 bis 0,4 | — | ||
25 | Mangan | 0,0 bis 0,4 | 0,0 bis 0,4 | |
0,0 bis 4,0 | 0,0 bis 4,0 | |||
30 | geschmolzene Mischung — aus: 28,5% CaO, 16,5% SiO und 55% Ba, Sr, La und/oder Fluoride seltener Erden |
1,5 bis 3,0 | ||
Eisenpulver und Stahlmantel |
Rest | |||
Das Verhältnis von Calciumoxid zu Siliciumdioxid in der Schmelzmasse wird, wie weiter oben angegeben,
eingestellt.
Eine für das Lichtbogenschweißen von niedriggekohltem Stahl besonders geeignete Kernelektrode
der erfindungsgemäßen Art hat folgende Zusammensetzung:
45
45
Grundanalyse
Mit geschmolzenem CaO
Aluminium
Magnesium
Bariumfluorid
Calciumoxid
Lithiumfluorid
Siliciumdioxid
Kohlenstoff
Mangan
Magnesium
Bariumfluorid
Calciumoxid
Lithiumfluorid
Siliciumdioxid
Kohlenstoff
Mangan
geschmolzene Mischung
aus: 28,5% CaO,
16,5% SiO, 55% BaF
aus: 28,5% CaO,
16,5% SiO, 55% BaF
Eisenpulver
Stahlmantel
Stahlmantel
2,5 bis 3,4 | 2,5 bis 3,4 |
0,6 bis 0,8 | 0,6 bis 0,8 |
2,5 bis 3,4 | 1,5 bis 2,4 |
0,6 bis 0,8 | — |
0,1 bis 0,2 | 0,1 bis 0,2 |
0,3 bis 0,4 | — |
0,25 bis 0,34 | 0,25 bis 0,34 |
0,2 bis 0,26 | 0,2 bis 0,26 |
— | 2,0 bis 2,6 |
12,5 bis 16,5 | 12,5 bis 16,5 |
Rest | Rest |
Eine bevorzugte Kernelektrode nach der Erfindung Betriebsparameter etwa wie folgt einzustellen: Lichtweist
folgende spezifische Zusammensetzung auf: bogenspannung 18 Volt bei 220 Ampere (Gleichstrom
—), 25,4 mm ± 3 mm Elektrodcnüberstand, Aluminium (55 %) — Magnesium(45 %) 406 mm Elektrodenvorschub je Minute.
— Legierung 1,44 5 Bei einer 2,4 mm Elektrode wird vorzugsweise im
Aluminium 2,0 Strombereich von 175 bis 280 Ampere gearbeitet,
Mangan 0,22 während bei einer 2 mm Elektrode der Lichtbogen-Kohlenstoff
0,28 strom vorteilhafterweise im Bereich zwischen 130
Eisenpulver 13,20 und 240 Ampere liegt. Bei höheren Strömen ergibt
Bariumfluorid 1,61 io sich ein vollständiger Sprühübergang des Schweiß-
Lithiumfluorid 0,18 metalls mit einem Verlust der Schutzwirkung.
geschmolzene Mischung aus: Bei der erfindungsgemäßen Kerneleklrode wird
Calciumoxid 28,5 %, Siliciumdioxid mit einem ruhigen und gleichmäßigen Sprüh-Über-
16,5% und Bariumfluorid 55% 2,15 gangslichtbogen gearbeitet, wobei der Anteil des sich
Stahlmantel Rest 15 bildenden Rauches und des Rauchrückstandes außerordentlich
gering ist und sich praktisch auch keine
Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Kern- Spritzwirkung einstellt. Die erfindungsgemäße Kernelektrode
von 2,4 mm zur Herstellung einer Kehl- elektrode ist bevorzugt zum Schweißen eines dünnnaht
sind die typischen Schweißparameter etwa kalibrigen Schweißgutes bzw. von Blechen bis etwa
folgende: 21 Volt Lichtbogenspannung, 270 Ampere 20 9,5 mm Dicke bestimmt.
(Gleichstrom —), 25,4 mm ± 3,1 mm Elektroden- Für das Schweißen außerhalb der Normalposition
überstand, 458 mm Elektrodenvorschub je Minute empfiehlt es sich, den Schweißstrom um etwa 20 bis
(bei etwa 6,4 mm Kehlnaht). 40 Ampere und die Schweißspannung um etwa 1 bis
Wird zur Herstellung einer 4,8 mm Kehlnaht eine 2 Volt gegenüber den vorstehend angegebenen Werten
mm Elektrode verwendet, empfiehlt es sich, die »5 zu senken.
¥. 569
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Kernelektrode iür das Lichtbogenschweißen, insbesonsere zum Lichtbogenschweißen an Luft ohne äußere Schutzgaszuführung, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:a) Aluminium 1,7 bis 4,0b) Magnesium 0,5 bis 0,8c) mindestens eines der folgenden
Fluoride:Bariumfluorid, Strontiumfiuorid,Lanthanfluorid, Fluoride derseltenen Erden 2,0 bis 4,5d) mindestens eines der folgenden
Oxide:Siliciumdioxid, Eisenoxid undManganoxid 0,25 bis 0,4e) Calciumoxid 0,5 bis 0,8f) Lithiumfluorid 0,0 bis 0,3g) Kohlenstoff 0,0 bis 0,4h) Mangan 0,0 bis 4,0i) Rest: Eisenpulver und Elektroden-Stahlmantel, wobei das Calciumoxid as zusammen mit dem bzw. den Oxiden
und vorzugsweise auch dem bzw.
den Fluoriden in Form einer
Schmelzmasse vorhanden ist.6. Kernelektrode für das Lichtbogenschweißen, insbesondere zum Lichtbogenschweißen an Luft ohne äußere Schutzgaszuführung, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißmittel Aluminium und als einen wesentlichen Bestandteil eine Schmelzmasse aus Calciumoxid und mindestens einer der folgenden Verbindung: Siliciumdioxid, Eisenoxid, Manganoxid, sowie vorzugsweise auch mindestens eines der folgenden Fluoride: Bariumfluorid, Strontiumfluorid, Lanthanfluorid, Fluoride der seltenen Erden, enthält.7. Kernelektrode nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Siliciumdioxid das Molekularverhältnis 1,5 bis 2,0 Calciumoxid je 1,0 Siliciumdioxid beträgt.8. Kernelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxid ein Eisenoxid vorgesehen ist und das Molekularverhältnis 2,0 bis 1,0 Calciumoxid auf 1,0 Eisenoxid beträgt.9. Kernelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxid aus Manganoxid besteht und das Molekularverhältnis 2,0 bis 1,0 Calciumoxid je 1,0 Manganoxid beträgt.
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