DE2722049C3

DE2722049C3 - Elektrodendraht

Info

Publication number: DE2722049C3
Application number: DE19772722049
Authority: DE
Inventors: Igor Konstantinovitsch Pochodnya; Valery Nikolaevitsch Schlepakov
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: 1977-05-16
Filing date: 1977-05-16
Publication date: 1980-11-27
Also published as: DE2722049B2; DE2722049A1

Description

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20

25

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrodendraht zum Schweißen von kohlenstoffarmen und niedriglegierten Stählen, der einen Mantel aus einem niedriggekohlten Stahl und einen Kern aufweist, der aus einer pulverförmigen Zusammensetzung besteht, die Marmor, Flußspatkonzentrat, Natriumfluorsilikat, Ferromangan, Ferrosilizium, Eisenpulver enthält.

Es ist zweckmäßig, die vorliegende Erfindung zum Schweißen von Metallkonstruktionen aus niedriggekohlten und niedriglegierten Stählen einzusetzen, falls die Schweißnähte in verschiedenen räumlichen Lagen ausgeführt werden.

Bei der Ausführung von Qualitätsnähten beim horizontalen Schweißen finden bekannte Elektrodendrähte Verwendung (z. B. SU-Urheberschein Nr. 2 01 564). Dabei werden eine hohe Leistung der Schweißarbeiten, eine gute Schweißnahtformung, eine leichte Ablösbarkeit der Schlackenkruste, hohe mechanische Eigenschaften des Schweißnahtwerkstoffes und der Schweißverbindung erreicht.

Zur Schweißnahtausführung in Lagen, die sich von der Normallage unterscheiden, werden andere bekannte Elektrodendrähte verwendet (SU-Urheberschein Nr. 2 71 281, US-PS 35 66 073). Gemäß SU-Urheberschein 2 71 281 gehören zur Kerndrahtzusammensetzung des Elektrodendrahws folgende Bestandteile (in Gew.-%):

55

60

Gemäß US-PS 35 66 073 sind in der Kerndrahtzusammensetzung des Elektrodendrahtes folgende Bestandteile (in Gew.-%) enthalten:

65 3,89 bis 4,52
0 bis 0,18
0,75 bis 0,83
G bis 0,75
0,96 bis 134
038 bis 1,27
2,15 bis 238
1,02 bis 1,24
0 bis 5,61
0 bis 0,03
83 bis 85

Kalziumfluorid

Kaliumfluorsilikat

Magnesiumoxid

Aluminiumoxid

Magnesium

Marmor

Aluminium

Bariumfluorid

Gußeisenpulver

Ferrotitan

Stahlschale

Angewendet auf das Nahtschweißen in verschiedenen räumlichen Lagen sind die erwähnten Elektrodendrähte mit wesentlichen Nachteilen behaftet

Der Elektrodendraht gemäß SU-Urheberschein 2 71 281 gestattet es, nur das Steignahtschweißen mit einem Schweißstrom von etwa 150A durchzuführen. Der Elektrodendraht (US-PS 35 66 073) gewährleistet die Ausführung der Schweißnähte in verschiedenen räumlichen Lagen mit einem schwachen Schweißstrom (50 bis 100 A), was sie im Vergleich zum Handschweißen mit Einzelelektroden in der Leistung konkurrenzunfähig macht

Beim Schweißen mit den erwähnten Elektrodendrähten wird die Schweißnahtformung auf der Senkrechtebene unter Aufschmelzen des Kerndrahtes durch die Bildung einer zähflüssigen Schlacke gewährleistet, die das Zurückhalten des Schweißbades auf der Senkrechtebene begünstigt Der Badinhalt muß dabei jedoch klein sein, und in diesem Zusammenhang erfolgt das Schweißen mit mit schwachen Strömen, d.h. bei geringer Schweißleistung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodendraht zum Schweißen mit offenem Lichtbogen mit einer solchen Kerndrahtzusammensetzung zu schaffen, die die Schweißnahtformung in verschiedenen räumlichen Lagen mit einer hohen Leistung zu gewährleisten vermag.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Herstellung eines Elektrodendrahtes gelöst, der einen Mantel aus einem niedriggekohlten Stoffe und einen Kern aufweist, der außer den als bekannt zugestandenen Komponenten erfindungsgemäß Perowskit-Konzentrat und Wollastonit enthält und die Bestandteile in folgendem Verhältnis (in Gew.-%) vertreten sind:

10 bis 25	Marmor
12 bis 20	Flußspatkonzentrat
3 bis 8	Natriumfluorsilikat
6 bis 10	Ferromangan
4 bis 7	Ferrosilizium
10 bis 20	Perowskit-Konzentrat
5 bis 10	Wollastonit
Rest	Eisenpulver

Es ist allgemein bekannt, daß die hochwertige Schweißnahtformung in Lagen, die sich von der Normallage unterscheiden, durch zähflüssige Schlacke und deren optimalem Schmelztemperaturbereich gewährleistet wird. Solche Eigenschaften besitzen bgsische Schlacken. Es wurde festgestellt, daß die Schlacken, die sich beim Schmelzen der Kerndrahtzusammensetzung bilden und eine große Menge von Kalziumoxid enthalten, die Schaffung von günstigen schweißtechnologischen Eigenschaften beim Schweißen auf der Senkrechtebene gewährleisten sowie die Ausführung von Senkrechtnähten nach einem beliebigen der

bekannten Verfahren möglich machen, das Fallnahtschweiß- sowie das Oberkopfnahtschweißverfahren miteinbegriffen. Die Schlacken mit einem hohen Gehalt an Kalziumoxid besitzen außerdem eine gute Raffinierfähigkeit, wodurch hohe mechanische Eigenschaften des Schweißnahtwerkstoffes und der Schweißverbindung gesichert werden.

Die für die Gewährleistung einer hohen Schweißleistung beim Schweißen in verschiedenen räumlichen Lagen mit den bekannten Drähten notwendige Erhöhung des Basizitätsgrades der Schlacke durch die Vergrößerung des Gehaltes an Kalziumoxid kann nicht durch die einfache Vergrößerung des Gehaltes an Kalziumkarbonat (Marmor) erreicht werden, weil das zu erhöhtem Metallverspritzen, Verschlechterung der schweißtechnologischen Eigenschaften und der Güte des Schweißnahtwerkstoffes aufgrund der Zunahme der Entwicklungen von Kohlendioxid, das bei der Wärmezersetzung des Karbonats anfällt, führt. Die Einführung des reinen Kalziumoxids in die Kerndrahtzusammensetzung ist infolge seiner hohen Hygroskopizität unmöglich.

Die für die hochwertige Schweißnahtformung in Senkrecht- und Überkopfposition erforderliche Zusammensetzung der Schlacke wird durch die Einführung •von Kalziumkomplexsalzen in Form von Wollastonit (Kalziumoxid und Siliziumdioxid) und Perowskit (Kalziumoxid und Titandioxid) in den Drahtkern erreicht.

Abgesehen von der guten Formung von Nähten in allen räumlichen Lagen, die Überkopfposition miteinbegriffen, gewährleistet das Verhältnis der Oxide TiCV S1O2 in der erfindungsgemäßen Drahtkernzusammensetzung des Elektrodendrahtes durch die Einführung von Perowskit und Wollastonit ebenfalls eine gute Deckfähigkeit der Schlacke und das Zurückhalten des Schweißbades beim Schweißen auf der Senkrechtebene und in der Überkopfposition.

Es ist allgemein bekannt, daß die hohe Metallgüte bei der Verbindung von Gas- und Schlackenschutz erreicht wird. Der Gasschutz wird durch die Entwicklung von Kohlendioxid und flüchtigen Fluoriden gewährleistet.

Marmor, der zur Kerndrahtzusammensetzung des erfindungsgemäßen Elektrodendrahtes gehört, stellt den Hauptgasbildner dar.

Es wurde von uns festgestellt, daß der Gasschutz des Schmelzgutes bei einem Marmorgehalt von unter 10% in gebührendem Maße nicht gewährleistet wird. Bei dessen Erhöhung über 25% findet ein erhöhtes Metallverspritzen statt.

Das Vorhandensein des Flußspatkonzentrats in der Kerndrahtzusammensetzung bietet die Möglichkeit, die Schlacke mit guter Deckfähigkeit und Raffiniereigenschaften herzustellen. Bei einem Gehalt an Flußspatkonzentrat von unter 12 Gew.-% werden die Deckfähigkeit der Schlacke beeinträchtigt und der Schlackenschutz des Schmelzgutes nicht gewährleistet, was zur

Tabelle 1

Verschlechterung seiner plastischen Eigenschaften führt Eine Vergrößerung des Gehaltes an Flußspatkonzentrat über die erwähnte Grenze hinaus steigert die Zähflüssigkeit der Schlacke stark und verschlechtert die Schweißnahtformung sowie setzt die Lichtbogenstabilität herab.

Das Natriumfluorsilikat in der Kerndrahtzusammensetzung des Elektrodendrahtes erhöht die Beständigkeit des Schweißgutes gegen die Porenbildung, die durch Wasserstoff verursacht wird. Der Wasserstoff gelangt in die Lichtbogenzone wegen des Vorhandenseins von Resten des technologischen Schmiermittels und der in den Bestandteilen der Kerndrahtzusammensetzung enthaltenen Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Drahtes. Der Bereich des Gehaltes an Natriumfluosilikat wurde mit Rücksicht auf die Bindung des vorhandenen Wasserstoffes in der Lichtbogenzone auf Kosten der Bildung einer im Flüssigmetall unlöslichen Verbindung — des Fluorwasserstoffes — gewählt

Das Vorhandensein von Ferromangan und Ferrosilizium in den früher genannten Grenzen gewährleistet die notwendige Desoxydation und Legierung zwecks Erreichen der Festigkeits- und Plastizitätssollwerte der Schweißverbindung.

Das Eisenpulver wird eingeführt, um beim Schmelzen des Drahtes die Menge des Schweißgutes und somit die Auftragschweißleistung zu erhöhen.

Vorteile des erfindungsgemäßen Drahtes werden nachstehend im Vergleich zu den bekannten Drähten anhand von folgenden Beispielen veranschaulicht.

Beispiel 1

Ein Elektrodendraht in zweilagiger Ausführung mit 2,0 mm Durchmesser, bei dem der Mantel aus einem kohlenstoffarmen Stahl 74%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Drahtes, beträgt, hat einen Kern mit folgender Zusammensetzung: 21% Marmor, 14,5% Perowskit-Konzentrat, 7,5% synthetisches Wollastonit, 16,5% Flußspatkonzentrat, 5,5% Natriumfluosilikat, 7,0% Ferromangan (90% Mangan), 5% Ferrosilizium (7,5% Silizium), 23% Eisenpulver. Das Schweißen mit diesem Draht auf der Senkrechtebene ist »fallend« mit Strömen von etwa 250 A möglich, was die zulässigen Ströme bei der Ausführung von derartigen Schweißnähten mit den bekannten Drähten wesentlich überschreitet. Dabei werden ausgezeichnete schweißtechnologische Eigenschaften und eine hohe Leistung des Vorganges, sowohl bei der Schweißnahtausführung auf der Senkrechtebene als auch in der Überkopfposition gewährleistet.

Die mechanischen Eigenschaften des Schweißnahtwerkstoffes und der Schweißverbindung, die mit diesem Draht aus niedriggekohitem Baustahl ausgeführt wurde, der (in Gew.-%) 0,12 Kohlenstoff, 0,63 Mangan, 0,26 Silizium, je 0,002 Schwefel und Phosphor enthält, sind durch folgende Kennwerte gekennzeichnet:

Räumliche Nahtlage	Zugfestigkeit N/mm²	Bruchdehnung %	Kerbschlagzähigkeit, +20 C	Nm/cm² (Charpy -20 C-	-Kerbe) bei -40 C-
Senkrecht fallend	585 bis 596	22,4 bis 25,0	110 bis 124	60 bis 108	32 bis 60
	590	24,2	118	89	43
Überkopfposition	569 bis 579	22,3 bis 26,0	104 bis 118	58 bis 101	33 bis 52
	574	23.4	104	81	40

5 6

In allen Fällen erfolgte das Schweißen mit dem 12% Marmor

erfindungsgemäßen Draht mit einem Pluspolgleich- 16% Perowskit-Konzentrat

strom. Die Leistung der Ausführung der erwähnten 8% Wollastonit

Nahttypen überschreitet die Handschweißleistung um 18% Flußspatkonzentrat

ein 1,5-bis 3f aches. 5 6% Natriumfluorsilikat

8% Ferromangan(90%Mn)

6% Ferrosilizium (75% Si)

Beispiel 2 ^26% Eisenpulver

io Der Werkstoff der Schweißnaht und der mit diesem

Ein Elektrodendraht mit 2,4 mm Durchmesser, bei Draht ausgeführten Schweißverbindung besitzt hohe dem der Mantel aus einem niedriggekohlten Stahl 72% Festigkeit und Elastizität, die den beim Schweißen mit beträgt, hat einen Kern mit folgender Zusammenset- Kalziumfluoridelektroden erreichten Kennwerten nicht zung: nachsteht

Tabelle 2	Zugfestigkeil N/mm²	Bruchdehnung %	Kerbschlagzähigkeit, +20 C	N m7 cm' -20 C"	^! (Charpy-Kerbe) bei -40 C
Räumliche Nahtlage	555 bis 575	23,3 bis 26,7	123 bis 136	101 bis	114 82 bis 96
Waagerecht	565	25,0	129	108	89
	501 bis 515	23,4 bis 27,0	107 bis 120	72 bis	104 36 bis 58
Senkrecht steigend

507 24,2 114 86 44

Die Schweißleistung mit diesem Draht überschreitet mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes der

die mit Einzelelektroden ein 2- bis 4faches. Bei der jo Schweißnaht und -verbindung sichergestellt Beim Ausführung der Senkrecht- und Überkopfnähie ist die Horizontalschweißen eines 20 mm starken Stahls, der Schweißleistung mit dem erfindungsgemäßen Draht um (in Gew.-%) 0,11 Kohlenstoff, 1,58 Mangan, 0,32 ein 1,3- bis 2faches höher als die mit den bekannten Silizium, 0,025 Schwefel und 0,022 Phosphor enthält, Drähten. wurden z. B. folgende in der Tabelle 3 zusammengefaßte

Beim Schweißen von niedriggekohlten Stählen mit js Kennwerte der mechanischen Eigenschaften ermittelt den erwähnten Drähten werden hohe Kennwerte der

Tabelle 3	Bruchdehnung %	Kerbschlagzähigkeit, +20 C	Nm/cm² (Charpy-Kerbe) bei -20 C	-40 C^-
Zugfestigkeit N/mm²	22,3 bis 24,3	150 bis 165	139 bis 148	104 bis 112
606 bis 616

611 23,1 158 141 108

Beim Schweißen eines 20 mm starken niedriggekohl- dem Draht mit der obenerwähnten Zusammensetzung ten Stahls, der (in Gew.-%) 0,15 Kohlenstoff, 0,77 wurden folgende Kennwerte der mechanischen Eigen-

ii Mangan, 0,78 Silizium, 0,85 Chrom, 0,7 Nickel, 0,5 schäften ermittelt.

Kupfer, 0,020 Schwefel und 0,028 Phosphor enthält, mit 50

Tabelle 4

Zugfestigkeit Bruchdehnung Kerbschlagzähigkeil, Nm/cm² (Charpy-Kerbe) bei

N/mm² % +20 C -20 C -40 C

567 bis 604 26,0 bis 26,7 182 bis 190 140 bis 161 97 bis 132'

\ 585 26,3 186 150 111

-■ Aus der Beschreibung und den angeführten Beispie- Leistung des Schweißvorganges gewährleistet. Dabei

, len ist es ersichtlir ■>, uaß der erfindungsgemäße werden gute Kennwerte der mechanischen Eigenschaf-

f? Elektrodendraht eine hochwertige Schweißnahtfor- ten des Werkstoffes der Schweißnaht und -verbindung

mung in verschiedenen räumlichen Lagen bei hoher gesichert.

Claims

Patentanspruch:

Elektrodendraht zum Schweißen von kohlenstoffarmen und niedriglegierten Stählen, der einen Mantel aus einem niedriggekohlten Stahl und einen Kern aufweist, der aus einer pulverförmigen Zusammensetzung besteht, die Marmor, Flußspatkonzentrat, Natriumfluosüikat, Ferromangan, Ferrosilizium, Eisenpulver enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Kemdrahtzusammensetzung neben den erwähnten Bestandteilen Perowskit-Konzentrat und Wollastonit enthält und die Bestandteile in folgendem Verhältnis (in Gew.-%) vertreten sind:

10 bis 25 Marmor 12 bis 20 Flußspatkonzentrat 3 bis 8 Natriumfluorsilikat 6 bis 10 Ferromangan 4 bis 7 Ferrosilizium 10 bis 20 Perowskit-Konzentrat 5 bis 10 Wollastonit Rest Eisenpulver.

8 bis 15 Marmor 16 bis 27 Kalziumfluorid 4 bis 16 Titandioxid 4 bis 8 Ferromangan 3 bis 6 Ferrosilizium 4 bis 12 Tonerde 4 bis 18 Soda Ibis 4 Natriumfluorsilikat Rest Eisenpulver

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