DE2718517C3

DE2718517C3 - Fülldrahtelektrode für die CO3 -Schweißung von niedriggekohlten und niedriglegierten Stählen

Info

Publication number: DE2718517C3
Application number: DE19772718517
Authority: DE
Inventors: Vladimir Pavlovitsch Ananin; Sergei Ivanovitsch Saporoschje Denisov; Vladimir Nikolaevitsch Golovko; Igor Konstantinovitsch Pochodnya
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1977-04-26
Filing date: 1977-04-26
Publication date: 1980-07-17
Also published as: DE2718517A1; DE2718517B2

Description

Feldspat	1,8-10,4
Natriumfluorosilikat	1,6-10,0
Ferromangan	13,0-20,0
Ferrosilizium	0,6-1,6
reduziertes Titanoxidkonzentrat	53-83

enthält.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung 2,6 — 5,2 Gew.-% Ferrotitan neben den anderen Komponenten (in Gew.-%)

Feldspat	2,2-10.2
Natriumfluorosilikat	1,6-10,0
Ferromangan	13,0-20,0
Ferrosilizium	0,6-1,6
reduziertes Titanoxidkonzentrat	53-80

enthält.

3. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierte Titanoxidkonzentrat in Gew.-%

Ti-Oxide (niedere Oxide Ti jO;

und Ti₄O,) 70-75

Fe (Metall) 20-25

enthält.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schweißwerkstoffe, genauer auf Elektrodendrähie für die CO₂- Schweißung.

Die Erfindung wird zweckmäßigerweise beim Schweißen von Stahlkonstruktionen aus niedriggekohlten und niedriglegierten Stählen angewendet.

Bekannt sind Fülldrahtelektroden für die CO2-Schweißung, bei denen die Kernmischung aus Desoxydationsmitteln, Schlackenbildern und Stabilisatoren besteht (siehe z. B. den UdSSR-Urheberschein Nr. 801 und 3 18717, FR-PS 15 17 199 und 21 01 837, US-PS 34 18 446).

Gute schweißtechnologische Eigenschaften, einwandfreie Ausbildung von Schweißnähten, geringes Spritzen des Elektrodenmetalls beim Schweißen sind die Vorzüge der Elektroden, bei denen als Schlackcnbildungskomponente des Kerns Titandioxid (Rutil) dient (siehe den UdSSR-Urheberschein Nr. 2 85 801. US-PS 18 446).

Zur Zusammensetzung iIcf Kerniimchung der rohr» förmigen Elektrode gehören (in Gew.-%):

Rulilkonzentrat	20-40
Ferromangan	10-13
Feldspat	0.6 - 6,0
Natriumfluorosilikat	0.6-4,5
Ferrosilizium	0,6 - 2,0
EisctiDulvcr	Rest.

Mangan
Ferrosilizium
Rutil
Magnetit'

16.0
14.0
55.0
15,0

Beim COrSchweißen von Stahlkonstruktionen unter

forcierten Schweißbedingungen (Strömen von bis 800 A und einer Schweißgeschwindigkeit von 100 m/h) sind die Hauptnachteile der bekannten Fülldrahtelektroden die folgenden:

ungleichmäßiges Schmelzen der Kernmischungsstoffe und des Drahtmantels, was das Schweißen bei einem Strom von bis 800A infolge der Bildung eines vorstehenden Teiles der ungeschmolzenen Kernmischung am Drahtende und des Gelangens d^jselben in das Schweißbad nicht durchführen läßt

Ausbildung von Kehlnähten bei einem Strom von über 500 A ist nicht zufriedenstellend, weil bei einer Schweißgeschwindigkeit von bis 50 m/h Wülste, von über 70 m/h aber Einbrandkerben entstehen;

beim Schweißen mit den bekannten Drähten mit einem Strom von über 600 A wird keine hohe Plastizität des Nahtwerkstoffs gewährleistet, insbesondere keine ausreichenden Kerbschlagzähigkeitswerte bei Minustemperaturen.

Die Beseitigung des ungleichmäßigen Schmelzens des Kerns und des Elektrodendrahtmantels wird meist auf !·) die zwei Weisen erreicht:

a) Anwendung von Drähten mit kompliziertem Mantelquerschnitt (beispielsweise zweischichtiger Elektrodendraht, UdSSR-Urheberschein Nr. 2 03 111);

Ji b) Verwendung von Eisenpulver in der Zusammensetzung der Kernmischung des Elektrodendrahtes.
Das erste Verfahren macht die Herstellungstechnologie des Elektrodendrahtes kompliziert, das zweite aber besitzt folgende Nachteile:

potentieller Gehalt an Gasen im Kern, und zwar von solchen Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, die vom Eisenpulver miteingebracht werden, was die Kennwerte der mechanischen Eigenschaften des Nahtwerkstoffs und der Schweißverbindung verschlechtert,
4-, infolge der großen Überfläche des Eisenpulvers sowie wegen der an der Teilchenoberfläche vorhandenen oxidierten Schicht bleibt der elektrische Widerstand des Elektrodendrahtkernes gegenüber dem Mantelwiderstand recht groß, was ein gleichmäßige. Schweißen des >n Mantels und der Kernmischuiig nicht in vollem Maße gewährleistet.

Das Ziel der voTÜegendcn Erfindung ist die Schaffung einer Fülldrahtelektrode, die von den erwähnten Nachteilen frei ist.

Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, eine Fülldrahtelektrode für die COrSchweißung mit einer solchen Zusammensetzung der Kernmischung zu schaffen, die die Beseitigung des ungleichmäßigen Schmelzens des Kerns und des Mantels des Elektrodendrahtcs, gute Ausbildung von Kchlnähen sowie Erhöhung der Kerbschlagzähigkeitswerte des Naht· werkstoffs und der Schweißverbindung beim Schweißen unter forcierien Schweißbedingungen gewährleistet.

Die Aufgabe wird durch die Herstellung einer Fülldrahtelektrode gelöst, die einen Mantel aus niedriggekohltem Stahl und einen Kern besitzt, der eine Mischung folgender Komponenten darstellt:
Feldspat, Natriumfluorosilikat, Ferromangan, Ferro-

Silizium und dazu erfindungsgemäß reduziertes Titanoxidkonzentrat bei folgendem Verhältnis des erwähnten Komponenten (in Gew.-%):

Zur Erhöhung der Plastizität des Nahtwerkstoffs und der Schweißverbindung kann die Zusammensetzung der Kernmischung zusätzlich nach Ferrotitan in einem Anteil von 2,6—5,2% enthalten, während die übrigen Komponenten in folgendem Verhältnis (in Gew.-°/o) enthalten sind:

20

Feldspat	2,2-10,2
Natriumfluorosilikat	1,6-10,0
Ferromangan	13,0-20,0
Ferrosiliziuro	0,6-1,6
reduziertes Tiianoxidkonzentrat	53-80

Zur Herstellung des reduzierten Titanoxidkonzentrates reduziert man Ilmenit mit Wasserstoff bei Temperaturen von 900 bis 1200⁰C (UdSSR-Urheberschein Nr. 2 38 783). Es ist allgemein bekannt, das niedere Titanoxide TIjO₅ und Ti₄O₇ sich von TiO₂ (Rutil) durch ihre höhere elektrische Leitfähigkeit unterscheiden (lO^ache höher). Dies gestattet das ungleichmäßige Schmelzen der Kernmischung beim Schweißen mit einem Strom bis 800 A zu beseitigen. Der Gehalt an reduziertem Titanc.idkonzentrat ermöglicht eine gute Ausbildung der Schweißnähte und eb stabiles Brennen des Bogens unter geringem Spritzen bei Strömen bis 800 A durch Verbesserung der techno! -gischen Schlakkeneigenschaften, und zwar der Deckfähigkeit und des optimalen Kristallisationsbereichs. Diese Eigenschaft des reduzierten Titanoxidkonzentrates ist bei dessen Kombination in der Zusammensetzung der Kernmischung mit dem Feldspat möglich, der in den vorerwähnten Mengen enthalten ist. Außerdem gestat- -in tet es der Feldspat dank einem hohen Gehalt an Kalium und Natriumoxiden in seiner Zusammensetzung, den Lichtbogen zu stabilisieren.

Das im Kern der Fülldrahtelektrode enthaltene Natriumfluorosilikat dient zum Binden des in der Bogenzone befindlichen Wasserstoffs unter Bildung von im flüssigen Metall unlöslichen Fluorwasserstoff. Das Vorhandensein von Natriumfluorosilikat in einer Menge unter den angeführten Werten führt zur Bildung von durch Wasserstoff bedingten Poren; bei Erhöhung Gehalts an Natriumfluorosilikat über die angeführten Werte wird die Brennstabilität des Bogens verschlechtert und das Spritzen des Elektrodenmetalls verstärkt.

Das Vorhandensein von Ferromangan, Ferrosilizium in den besagten Grenzen gewährleistet das erforderliche Desoxydieren und Legieren zur Erzielung von vorgegebenen Festigkeits- und Plastizitätskennwerten der Schweißverbindung. Das in den angegebenen Grenzen vorhandene Ferrotitan trägt zur Verfeinerung der Struktur des Nahtwerkstoffs bei, was die Plastizität, insbesondere die Kerbschlagzähigkeitswerte, erhöht.

Beispiel 1

Ein Elektrodendraht mit einem Durchmesser von 2,5 mm besteht zu 80% aus einem Metallmantel aus niedriggekohliem Stahl und 20% eines Kerns. Der Kern enthält (in Gew.-%):

reduziertes Titanoxidkonzentrat	62,0
Feldspat	9,4
N atriumfluorosilikat	9,0
Ferromangan	18,0
Ferrosilizium	1,6

Das Schweißen mit diesem Elektrodendraht unter Schweißbedingungen: Schweißstrom 600A, Bogenspannung 35 V, CO₂-Verbrauch 30-40 l/h gewährlei-. stet die Erzeugung einer qualitätsgerechten Kehlnaht mit einer Kathete von 5 mm bei einer Schweißgeschwindigkeit von 100 m/h, während bei einem Strom von 800A, demselben COrVerbrauch und einer Spannung von 42 V eine qualitätsgerechte Kehlnaht mit einer Kathete von 7 mm bei einer Geschwindigkeit von 80 m/h gewährleistet wird. Beim Schweißen mit dem bekannten Elektrodendraht mit einem Durchmesser von 2,5 mm nach dem UdSSR-Urheberschein Nr. 2 85 801 wird eine qualitätsgerechte Kehlnaht mit einer Kathete von 5 mm bei einer Geschwindigkeit von 50 m/h und einem Strom von 500 A erzeugt.

Die mechanischen Eigenschaften des Nahtwerkstoffs, die mit diesem Fülldrahtelektrode aus niedriggekohltem Stahl erzeugt ist, sind durch folgende Kennwerte charakterisiert:

Tabelle I	35	Zerreißfestigkeit MN/nr	Relative	Dehnung	Kerbschlagzähigkeit MJ/m\ bei Temperaturen + 20C -20C"	0,85 bis	runde	Kerbe, -40	C"	0,91
	42	573 bis 581	21,2 bis	23,0	1,05 bis 1,17	0,91 0,78 bis	0,96	0,75	bis	0,63
Schwcißbcdingungcn Strom Spannung Ampere Volt		576 553 bis 562	22,1 20,1 bis	I 21,7	1.08 0,95 bis 1,02		0,92	0,52	0,83 bis
600
800

559

0,54

2O₁S 0,98 0,86

Ergebnis der mechanischen Prüfung von 5 Prüfstücken. Oben sind die Minimal- und Maximalwerte, unten die Mittelwerte angegeben.

Beispiel 2 reduziertes Titanoxidkonzentrat 81,0

Eine Elcktrodendraht mit einem Druchmesser von tA Feldspat 2,0

3,0 mm, besteht zu 75% aus einem Mantel aus niedriggekohltem Stahl und zu 25% aus einem Kern.

Der Kern enthält (in Gew.-%):

Natriumfluorosilikat	1.8
Ferromangan	14.6
Ferrosilizium	0,6

Beim Schweißen mit diesem Draht des unten angeführten niedriggekohltem Stahl wird die Erzeugung einer qualitätsgerechten Kehlnaht mit einer Kathete vom 7 mm bei einer Geschwindigkeit von 90 m/h, einem Strom von 780 A, einer Spannung von 45 V und einem CO^Verbrauch von 30 —40 l/min

Tabelle 2

gewährleistet

Zerreißfestigkeit Relative Dehnung Kerbschlagzahigkeit, MJ/nr, runde Kerbe, bei Temperaturen

MN/nr % +20C -20C 40 C

587-596
591

22,4-23,1
22,7

0,96-1,13 Π08 0,82-1,01
Ö92

0,69-0,87
0J8

Ergebnis der mechanischen Prüfung von 5 Prüfstücken. Oben sind die Minimal- und Maximalwerte, unten die Mittelwerte angegeben.

Auf diese Weise wird gegenüber den bekannten Fülldrahtelektroden für die CCVSchweißung eine Erhöhung der Schweißleistung ums 1,5 — ifache durch Vergrößerung der Menge des Schweiß^-utes beim Schweißen mit Strömen bis 800 A und Steigerung der linearen Schweißgeschwindigkeiten erzielt.

Die Erhöhung des Plastizität des Nahtwerkstoffs, insbesondere der Kerbschlagzähigkeitswerte, bei Vorhandensein von Ferrotitan in der Zusammensetzung der Kernmischung des Elektrodendrahtes wird durch folgende Beispiele veranschaulicht:

Beispiele 3 und 4

Elektrodendrähie mit einem Durchmesser von 2,5 mm, bestehen zu 80% aus einem Mantel aus niedriggekohltem Stahl und zu 20% aus einem Kern. Der Kern enthält (in Gew.-%):

Beispiel 3 Beispiel 4

Reduziertes Titanoxidkonzentrat
Feldspat

Natriumfluorosilikat
Ferromangan
Ferrosilizium
Ferrotitan

Beim Schweißen des niedriggekohlten Stahls mit einer Dicke von 20 mm mit dieser Fülldrahtelektrode

61,0	61,0
9,4	9,4
9,0	9,0
17,0	15,0
0,8	0,6
2,8	5,0

sind gegenüber der Elektrode, de; λι Zusammensetzung im Beispiel 1 angeführt ist, folgende JCerbschlagzähigkeitswerte erzielt worden:

Tabelle 3

_

Schweißdraht Kerbschlagzähigkeit, MJ/nr, runde Kerbe, bei Temperaturen

+ 20C -20C -40 C

Nach Beispiel 1 1,02-1,16 0,91-1,03 0,78-0,89

Nach Beispiel 2

Nach Beispiel 3

1,08
1,20-1,34

1,26
1,41-1,53

0,95
1,13-1,24

1,18
1,21-1,37

1,28

0,81
1,04-1,16

1,08
1,09-1,17

1,12

Ergebnis der mechanischen Prüfung von 5 Prüfstucken. Oben ^rind die Minimal- und Maximalwerte, unten die Mittelwerte angegeben.

Schweißbedingungen: Schweißstrom 720 Ampere Spannung 39 Voll

Durch die Anwendung von Ferrotitan werden die Kerbschlagzähigkeitswerte sowie die Qualität des Metalls der Naht und der Schweißverbindung erhöht

Die Ergebnisse der Vergleichsversuche beim Schweißen mit bekannten Fülldrahtelektroden (UdSSR-Urhe-,0 berschein Nr. 2 85 501) und mit Fülldrahtelektrode nach Beispiel 3 sind durch folgende Kennwerte charakterisiert:

Tabelle 4

Schweißdraht	Schweißbedingungen Strom, A Spannung, B	40 40	Kerbschlagzähigkeil, bei Temperaluren + 20 C	MJ/m², runde Kerbe, - 20 C	-40 C
Nach UdSSR- Urheberschein Nr. 285 501 Nach Beispiel 3	600 600	0,9-1,05	0,75-0,90	0,65-0,71
0,96 1,65-1,78	0,81 1,05-1,20	0,68 0,93-1,07

1,71 1,16 0,96

Claims

Patentansprüche:

1. Fülldrahtelektrode für die CO_rSchweißung von niedriggekohlten und niedriglegierten Stählen, bestehend aus einem Mantel aus niedriggekohltem Stahl und einer pulverförmigen Kernfüllung, die Feldspat, Natriumfluorosilikat, Ferromangan, Ferrosilizium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (in Gew.-%)

Die Kernmischung des Rohrdrahtes gemäß US-PS 34 18 446 enthält (in Gew.-%):