DE2534727A1

DE2534727A1 - Fuelldrahtelektrode

Info

Publication number: DE2534727A1
Application number: DE19752534727
Authority: DE
Inventors: Robert De Haeck
Original assignee: SOUDURE AUTOGENE ELECT
Current assignee: SOUDURE AUTOGENE ELECT
Priority date: 1974-09-06
Filing date: 1975-08-04
Publication date: 1976-03-18
Also published as: BR7505650A; JPS5152954A; CH610231A5; BE819608A; IT1040290B; ATA648475A; US4021637A; AT335818B; ZA755054B; ES440402A1

Description

LA SOUDQRE ETiECTRIQUE AUTOGiS :üi, PRuOi]DES ^ROuS, 3.A. in Brüssel (Belgien)

Beschreibung zu Patentanmeldung

Fülldrahtelektrode

Die Erfindung betrifft eine Fülldrahtelektrode für das automatische /erfcikal-Liehtbogenschweilien in steigender Position unter Schutzgas mit einem Durchmesser von 1 bis 4 mm bei beliebigem Innenprofil und mit einem aus einem Stahlband bestehenden, eine pulverfö'rmige .Füllung enthaltenden Mantel.

Bei dem Elektro-G-as-V erfahren, also bei dem Lichtbogenschweißen unter Schutzgas, schreitet die Schweißnaht in vertikaler Richtung im allgemeinen von unten nach oben fort, indem eine kontinuierliche Zufuhr von flüssiger Schwelbe durch das Abschmelzen einer oder mehrerer Elektroden im Lichtbogen in einem prismatischen Raum erfolgt, dessen Seiten einerseits durch gekühlte Schweiiischuhe und andererseits durch die abgeschrägten oder nicht abgeschrägten Stoi'Sflachen der zu verschweigenden Werkstücke gebildet sind.

V/ie bei allen Lichtbogenschweißverfahren durch Abschmelzen und Metallzufuhr beruhen die zu erwartenden Ergebnisse im wesentlichen auf einem Kompromiß zwischen einem ausreichenden Einbrand,

609812/0632

der die Verbindung der Schweißnaht ohne "Kleben" sicherstellt, und einer zu starken Verdünnung des Basismetails in der thermisch betroffenen Zone, wodurch die Randbereiche der Schweißnaht brüchig werden können.

Dieser Kompromiß wird dadurch erreicht, daß man mehr oder weniger auf die thermischen Bedingungen einwirkt, unter denen die Verfestigung der geschmolzenen Stoffe (Zufuhrmetalle, .füllstoffe
usw.) nach ihrer Mischung erfolgt, d. h., daß man einwirkt auf den ,jeweiligen Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Schmelzbad und dem dieses Bad enthaltenen System, das durch die bereits
unter ihm verfestigte Schweißnaht, die gekühlten Schweißschuhe und die Stoßseiten der zu schweißenden Werkstücke gebildet ist. Die besondere Art des Vertikalschweißens in steigender Position bedingt in besonderer Weise die Entwicklung dieses thermischen Austausches.

Es ist bekannt, daß die Wärmezufuhr durch die .Formel

gegeben ist.
Dabei bedeutet:

η : Wirkungsgrad des Lichtbogens unter Berücksichtigung
der durch Strahlung verlorengegangenen Wärme; er
beträgt ungefähr 0,90 bei Elektro-Gas-Verfahren

E : Schweißspannung in Volt

I : Schweißstromstärke in Ampere

ν : Schweißgeschwindigkeit in cm/min.

609812/0632

253472?

Wenn man gedanklich den laufenden Schweißvorgang zu einem gegebenen Zeitpunkt anhält, so liegt folgende, in rig. 2 dargestellte Situation vor:

- "bei A: flüssige Phase des geschmolzenen Metalls

- hei B: eine Phase von pastenförmige:.! Ketall, das

dabei ist, sich zu verfestigen

- bei G: bereits verfestigtes Schweiirgut.

Daraus ergibt sich, daii hier ixn Gegensatz zu einer raupenförmig sich entwiekelnden Schweißnaht die V/armeabgabe in die Zonen D D' der zu verschweigenden Werkstücke besonders groß ist, da kein Verlust durch Wärmestrahlung in die darübe rl legende !'lache der Phase B auftritt, da diese beim Vertikalschweiiien durch eine flüssige Phase von gleichbleibender Schmelztemperatur (Phase A) bedeckt ist.

Es ist also im vorliegenden Falle zu befürchten, date der Kompromiß zwischen der Gefahr des Klebens einerseits und einer starken Verdünnung andererseits nicht besonders schwierig ist, und date die thermisch betroffenen Zonen keine ausreichenden mechanischen Eigenschaften mehr aufweisen.

Wenn man unter Beibehaltung der elektrischen Parameter B.I., die unter anderem aufgrund der erheblichen Länge (60 - 80 mm) der freien Drähte bei diesem Verfahren (Fig. 1) recht hoch sind, die Wärmezufuhr Q in Anbetracht der "Überhitzung" auf ein Minimum reduzieren will, dann ist man versucht, Drähte ausfindig zu machen, deren Zusammensetzungen höhere Schweißgeschwindigkeitsn ermöglichen, die bei geringerem Einbrand aber ein "Kleben" vermeiden.

Wenn man darüber hinaus beachtet, daß die Wärmezufuhr in einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt ist durch die Schmelzwärme der Metallmengen und der geschmolzenen Zuschlagstoffe während dieser

609812/0632

Zeit (interne Wärmemenge, welche während der Verfestigung völlig absorbiert werden muß) und daß diese Schmelzwärme das Produkt ist aus der spezifischen Wärme, der Masse und der Schmelztemperatur, dann kommt man zu der Auffassung, daß man die Geschwindigkeitsgrenzen anheben kann, indem man nicht nur auf die Masse und die Temperatur der Schweißbäder einwirkt, sondern auch auf deren Zusammensetzung.

Die Mehrzahl der bisher bekanntgewordenen Elektro-Gas-Verfahren betrifft Maßnahmen zur Einwirkung auf die Massen oder die Temperaturen: abgeschrägte Profile; Herabsetzung des Abstandes der Werkstücke im Bereich der Schweißfuge; Verschwenken der Drahtelektrode; Aufteilung der Wärmezufuhr auf mehrere Stellen durch Mehrfachelektroden; Ausrichtung der Gasströme auf die Ränder der zu verschweißenden Werkstücke (US-Patentschrift Nr. 3 610 867); Beeinflussung der Schweißbäder durch ein magnetisches i'eld; das gleiche Verfahren zu zwei Zeiten für leicht legierte Stähle (belgisches Patent Nr. 743 7H). Wenn es sich um besondere Elektrodenzusammensetzungen handelt (vgl. belgische Patentschrift Ni*. 797 542), dann sind diese nicht spezifisch für das automatische Vertikalschweißen und es ist dem Schweißer überlassen, die Schweißgeschwindigkeit (die elektrischen Parameter sowie die Länge des freien Drahtes) den Grenzen der "Überhitzung" anzupassen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Fülldrahtelektrode für das automatische Vertikalschweißen unter Schutzgas für sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten zu schaffen, durch deren Zusammensetzung die durch das System zu absorbierende Wärme nicht die thermisch betroffenen Zonen brüchig macht und bei der gilt:

Q C 45 K J/cm

609812/0632

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Fülldrahtelektrode der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Füllung folgende in Gewichtsprozent dieser Füllung angegebene Zusammensetzung hat ;

50 - 80 °/o Eisenpulver

2 - 8 °fo Schmelzzusätze in Form von Pottasche-Siliziumfluorid, Kryolith und/oder glimmerhaltigern Eisenoxyd

12 - 42 io Legierungselemente in Form von Nickelpulver, Fe-Mo, Fe-Cr und/oder Fe-Mn

1,5 - S °ß> desoxidierende Lichtbogenstabilisierungsmittel in Form von Fe-Si, Fe-Ti, Si-Ca

2 - 7 io schlackenbildende Stoffe als Siliziumdioxydmehl und daß die Füllung 30 bis 34 g auf 100 g des Mantels ausmacht.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Füllung folgende in Gewichtsprozent dieser Füllung angegebene Zusammensetzung hat:

73 fo	Eisenpulver	Fe₂O₃ (93 io)
4 io	K₂SiF₆
2 %	Na,AlF₆
1 #	glimmerhaltiges
3 i>	Nickelpulver	Si)
0,8 io	Fe-Mo	Ti)
9,9 io	Fe-Mn	Siliziumdioxyd
ι io	Fe-Si (mit 45 $
0,5 io	Fe-Ti (mit 30 °/o
4 °/o	feinverteiltes
0,8 io	Si-Ca

und daß die Füllung 32 g auf 100 g des aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bestehenden Mantels ausmacht.

609812/0632

Mit so zusammengesetzten Fülldrahtelektroden wurden unter folgenden Bedingungen Versuche durchgeführt:

	0 1,6 mm Endabstand 7 mm	0 2,4 mm - 3,2 mm V-förmige Schweißfuge im Maximalabstand 7 mm
Wandstärke (mm)	20	20
Stromstärke (Amp)	520	700/750
Lichtbogen- spannung (YoIt)	43	40/45
S chwe i ßg e s c hwin- digkeit (m/h)	8,4	10

Dabei wurde eine Gharpy-Kerbschlagzähigkeit bei -20⁰C von 4 kp m/cm in der thermisch betroffenen Zone bei einigen Stählen, ein ausgezeichneter Einbrand ohne Kleben und ohne eine zu starke Verdünnung, sowie eine Schweißnaht von sehr schönem und regelmäßigem Aussehen erreicht, welche auf eine homogene Kristallisation hinweist. Dies ergab sich bei Schmelzgeschwindigkeit von 20 kg/h und einem Durchmesser von 2,4 mm.

Die Versuche wurden durchgeführt mittels einer in Fig. 1 schemalisch dargestellten Vorrichtung, bei der eine Fülldrahtelektrode 1 mittels Antriebsrollen 2 durch eine Drahtführung 3 der Schweißzone zugeführt wird. Aus der Drahtführung 3 steht das freie Elektronenende 9 in Richtung auf ein Schmelzbad 5 vor. In die Schweißzone wird Schutzgas 4 in Form von CO₂ eingeleitet. Das aus flüssigem Metall bestehende Schmelzbad 5 wird durch das Schutzgas 4 abgedeckt und durch gekühlte Schweißschuhe 6 beiderseits von zu verschweißenden Werkstücken 7 begrenzt. Bei dem Schweißvorgang entsteht eine Schweißnaht 8.

609812/0632

Fig. 2 zeigt eine im Schnitt dargestellte Vergrößerung der Zone des Schmelzbades quer zu den verschweißenden Werkstücken. Aus dieser Zeichnung ist ersichtlich, dau> eine flüssige Phase A aus geschmolzenem Metall oberhalb einer Phase B lrlegt, in der das Metall pastenförmig ist und dabei ist, sich zu verfestigen. Zuunterst liegt die Phase 0 aus verfestigtem Schweik-gut.

609812/0632

Claims

Ansprüche

1. Fülldrahtelektrode für das automatische Vertikal-Lichtbogenschweißen in steigender Position unter Schutzgas mit einem Durchmesser von 1 bis 4 mm bei beliebigem Innenprofil und mit einem aus einem Stahlband bestehenden eine pulverförmige Füllung enthaltenden Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung folgende in Gewichtsprozent dieser Füllung angegebene Zusammensetzung hat:

50 - 80 96 Eisenpulver

2 - 8 $ Schmelzzusätze in Form von Pottasche-Siliziumfluorid, Kryolith und/oder glimmerhaltigem Eisenoxyd

12 - 42 $> Legierungselemente in Form von Nickelpulver, Fe-Mo, Fe-Cr und/oder Fe-Mn

1,5 - 9 i> deeoxidierende Lichtbogenstabilisierungsmittel in Form von Fe-Si, Fe-Ti, Si-Ca

2 - 7 $ schlackenbildende Stoffe als Siliziumdioxydmehl

und daß die Füllung 50 bis 34 g auf 100 g des Mantels ausmacht.

2. Fülldrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung folgende in Gewichtsprozent dieser Füllung angegebene Zusammensetzung hat:

73 io Eisenpulver
4 % K

2 io Na₃AlF₆

60981 2/0632

1 $> glimmerhaltiges Fe₃O₃ (93 j6)

3 5έ Nickelpulver 0,8 ^ Fe-Mo

9,9 # Pe-Mn

1 jS Fe-Si (mit 45 ^ Si)

0,5 ?6 Fe-Ti (mit 30 j6 Ti)

4 5έ feinverteiltes Siliziimdioxyd 0,8 Ji Si-Ga

und daß die PüTlung 32 g auf 10Og des aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bestehenden Mantels ausmacht.

60981 2/0632