DE2737258A1 - Mantelelektrode - Google Patents

Description

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17. August 1977 51 712 K

INCO EUROPE LIMITED
Thames House, Millbank, London, S.W. 1, Großbritannien

"Mantelelektrode"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mantelelektrode insbesondere zum Schweißen chloridbeständiger rostfreier Stähle.

Aus der deutschen Offenlegui'igsschrift 1 608 171 ist eine Legierung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit gegenüber chloridischen Medien bekannt. Das Aufkommen einer demgegenüber leicht abgewandelten Gußlegierung mit Ofh% Kohlenstoff, Z0% Chrom, 24% Nickel.und 5$ Molybdän, Rest Eisen erfordert eine Mantelelektrode für das Herstellen von Schweißkonstruktionen unter Verwendung gleichartiger oder auch unterschiedlicher Grundwerkstoffe und für das Reparaturschweißen.

Es gibt hierfür zwar vielseitig verwendbare Schweißelektroden, doch stehen in machen Gießereien nur mit umhüllten Elektroden arbeitende Schweißvorrichtungen zur Verfügung. Hinzu kommen die verfahrenstechnischen Vorteile umhüllter Elektroden gegenüber dem MIG-Schweißen- insbesondere die Möglichkeit, auf engerem Raum und ohne gewisse Schwierigkeiten zu schweißen, was sich insbesondere bei geringen Losgrößen bemerkbar macht.

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Es sind auch zahlreiche Mantelelektroden aus rostfreiem Stahl bekannt; damit hergestelltes Schweißgut besitzt jedoch aus Gründen der Zusammensetzung keine ausreichende Beständigkeit gegen chloridische Medien und Spaltkorrosion.

Die Umhüllungen vieler Mantelelektroden stimmen in ihrer Grundzusammensetzung häufig überein. Gleichwohl ist es erforderlich, die einzelnen Komponenten dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend sorgfältig einzustellen, so daß für jeden Kerndraht auch eine spezielle Umhüllung erforderlich ist·. Das sorgfältige Einstellen der Umhüllungszusammensetzung unter Berücksichtigung der Kernzusammensetzung zielt auf ein gesundes Schweißgut sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit und gute mechanische Eigenschaften- ab.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Mantelelektrode mit einem Kerndraht aus gegenüber chloridischen Medien beständigem rostfreien Stahl zu schaffen, die bei Verwendung der unterschiedlichsten Grundwerkstoffe aus rostfreiem Stahl der vorerwähnten Art ein gesundes und gegenüber chloridischen Medien beständiges Schweißgut ergibt und sich auch für das Verschweißen artfremder Grundwerkstoffe eignet,

Die L-sung dieser Aufgabe besteht in einer Mantelelektrode mit einem Kern aus bis O,V/o Kohlenstoff, bis 1% Silizium, 20 bis 28J6 Nickel, 15 bis 25% Chrom, 4 bis 8% Molybdän, 0,1 bis 5% Mangan, bis 0,5% Aluminium, bis 0,1$ Titan und 0,005'bis 0,1% Kalzium und/oder Magnesium, ■ Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, sowie mit einer 20 bis 30 GT Kalziumkarbonat, 10 bis 22 GT Titanoxyd, 10 bis 22$6 Mangankarbonat und/oder -dioxyd^; 10 bis 22 GT Kryolith und 5 bis 15,4 GT Niob als aktive Bestandteile enthaltende Umhüllung.

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Der Kerndraht darf nicht mehr als O,1% Kohlenstoff enthalten;vorzugsweise beträgt der Kohlenstoffgehalt jedoch höchstens 0,06%, um das Entstehen von die Korrosionsbeständigkeit des Schweißguts beeinträchtigende· Chromkarbiden zu verhindern. Dem wirkt auch das in der Umhüllung enthaltene Niob entgegen, das gleichzeitig die Rissbeständigkeit des Schweißgutes erhöht.

Der Siliziumgehalt darf V/o nicht überschreiten, da höhere Siliziumgehalte zu Schweißrissen führen können. Vorzugsweise enthält der Kerndraht jedoch eine geringe Menge Silizium von etwa 0,5%, da Silizium desoxidierend wirkt und die Warmverformbarkeit der Legierung verbessert und somit das Herstellen des Drahts erleichtert. Die Korrosionsbeständigkeit des Schweißgutes sowie dessen austen-itisches Gefüge und Zähigkeit gehen vor allem auf den Nickelgehalt von 20 bis 28% zurück. Vorzugsweise beträgt der Nickelgehalt jedoch mindestens*^?^ um dem Chrom und Molybdän als Ferritbildner entgegen zu wirken. Der Nickelgehalt beträgt vorzugsweise höchstens ZTA, um eine genügende Sicherheit im Hinblick auf das Entstehen von Schweißrissen zu erreichen.

Die Kenxlegierung enthält im Hinblick auf die erforderliche Korrosionsbeständigkeit und zur Vermeidung von Schweißrissen mindestens 15% Chrom. Eine größere Sicherheit ergibt sich insoweit, wenn der Chromgehalt mindestens 19% beträgt. Da es sich bei dem Chrom um einen Ferritbildner·handelt, darf der Chromgehalt 25% nicht übersteigen, um ein austenitisches Gefüge zu gewährleisten. Vorzugsweise übersteigt der Chromgehalt jedoch 22% nicht, da es andernfalls zum Entstehen von spröder Sigmaphase in einem nicht zu vertretenden Umfang und damit auch zu Schweißrissen kommen kann.

Auch das Molybdän trägt zur Korrosionsbeständigkeit des Schweißgutes bei, weswegen die Kernlegierung 4 bis 8% Molybdän enthält. Bei geringeren Mol-ybdängehalten besteht-die

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Gefahr einer Spaltkorrosion und können beim Schweißen dicker Querschnitte Risse entstehen. Aus diesem Grunde sollte der Molybdängehalt vorzugsweise mindestens 5,5% betragen. Die Kernlegierung darf, da das Molybdän zu den Ferritbildnern gehört, höchstens 8% Molybdän enthalten. Der Molybdängehalt beträgt vorzugsweise höchstens 7%·'

Die Kernlegierung muß Mangan als Desoxadationsmittel, zur Verbesserung der Warmverformbarkeit und im Hinblick auf das Herstellen von Draht enthalten, zumal Mangan auch im Schweißbad desoxydierend wirkt. Der Mangangehalt beträgt daher mindestens 0,1%, vorzugsweise mindestens 0,3%. Wenngleich das Mangan auch-dem Entstehen von Schweißrissen entgegenwirkt, ist der Mangangehalt doch auf höchstens 5%, vorzugsweise höchstens 2% begrenzt, da es andernfalls zuSchwierigkeiten beim Herstellen des Drahts und zu Schweißrissen kommen kann.

Die-'Kernlegierung kann bis 0,5% Aluminium als Desoxydationsmittel für die Schmelze und beim Schweißen enthalten» Vorzugsweise enthält die Kernlegierung höchstens 0,2% Aluminium, da höhere Aluminiumgehalte unsaubere Blöcke ergeben können.-Das Aluminium verbraucht sich zum größten Teil beim Schweissen, so daß nur verhältnismäßig wenig Aluminium in das Schweißgut übergeht.

Titangehalte bis 0,1% wirken ebenfalls desoxydierend und verbessern die Warm-· wie Kaltverformbarkeit. Außerdem reagiert das Titan mit dem Sauerstoff des Schweißbades, mit dem es in die Schweißschlacke übergeht.

Die Kernlegierung muß im Hinblick auf ihre Warmverformbarkeit0,005 bis 0,1% Kalzium und/oder Magnesium enthalten,

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da es andernfalls beim Warmverformen zu einer Rißbildung kommen kann. Höhere Gehalte bringen hingegen die Gefahr von Schweißrissen mit sich.

Außer Eisen enthält die Legierung dann nur noch die bei solchen Werkstoffen üblichen Verunreinigungen in die angestrebten Eigenschaften nicht beeinträchtigenden Mengen.

Die Zusammensetzung der Umhüllung wirkt sich besonders günstig auf das Schweißverhalten der Elektrode aus. Die Umhüllung enthält daher 20 bis 30 GT, vorzugsweise 23 bis 27 GT Kalziumkarbonat, das beim Schweißen ein Schutzgas gegen Verunreinigungen aus der Atmosphäre bildet. Zu geringe Mengen Kalziumkarbonat beeinträchtigen daher den Schutz des Lichtbogens uri. des Schweißgutes. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Umhüllung Mangandioxyd anstelle von Mangankarbonat enthält, da auch das Mangankarbonat als Schutzgasquelle fungiert. Schließlich spielt das Kalziumkarbonat auch im Hinblick auf die Schweißschlacke eine wichtige Rolle. So führen zu geringe Mengen an Kalziumkarbonat zu einem unvollständigen Bedecken des Schweiß·* gutes und dementsprechend zu einer Oxydation der Schweißgutoberfläche. Zu große Mengen Kalziumkarbonat bringen hingegen Schwierigkeiten beim Entfernen der Schlackenschicht O mit sich, die dann nur schwierig zerbricht.

Ein anderer wesentlicher Schlackenbildner ist das Titanoxyd in Anteilen von 10 bis 22 GT, vorzugsweise 16 bis 20 GT. Mindestens 10 GT, vorzugsweise mindestens 16 GT Titanoxyd sind erforderlich, um den mittleren Teil einer Schweißnaht von einer Oxydation durch den Luftsauerstoff zu schützen. Hingegen bringen zu hohe Titanoxydgehalte Schwierigkeiten beim Entfernen der Schlacke mit sich. Das Titanoxyd stabilisiert auch den Lichtbogen; dies jedoch nur innerhalb der angegebenen Gehaltsgrenzen, außerhalb derer es

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zu einem instabilen Lichtbogen und zu einem Kurzschluß kommen kann. Aus diesem Grunde beträgt der Titanoxydgehalt vorzugsweise 16 bis 20 GT.

Weiterhin enthält'die Umhüllung 10 bis 22 GT Mangankarbonat und/oder Mangandioxyd. Das Mangankarbonat setzt beim Schweißen als Schutzgas wirkendes Kohlendioxyd frei, wenngleich dies nicht die Hauptaufgabe des Mangankarbonats ist. .Da nämlich im allgemeinen schon beim Zersetzen des Kalziumfkarbonats genügend Schutzgas entsteht, kann an die Stelle des Mangankarbonats auch Mangandioxyd treten, das schan wegen der Schwierigkeiten beim Einbringen von Mangankarbonat vorzuziehen ist.

Nicht geeignet sind hingegen Mangan(II)-oxyd (MnO) und Mangan(ll, III)-oxyd (MnoO-z) die Schwierigkeiten-mit sich bringen und-zu einem Festkleben der Schlackenschicht auf dem Schweißgut führen.-

'Mangandioxyd und Mangankarbonat bringen zudem im Wege einer /Reduktion beim Schweißen Mangan in das Schweißgut--ein, das zusammen mit dem aus dem Kerndraht stammenden Mangan die Rißbeständigkeit des Schweißgutes verbessert. Allerdings sollte das Schweißgut höchstens 5%₇ vorzugsweise 2% Mangan enthalten. Die Umhüllung muß mindestens 10 GT Mangankarbonat und/oder -dioxyd enthalten; vorzugsweise·beträgt der Gelalt gedoch mindestens 14 GT₄ Weniger als 10 GT, beispielsweise 8 GT Mangandioxyd beeinträchtigen die Lichtbogenstabilität und-ergeben eine allzu dünnflüssige Schlacke sowie ein schlechtes Aussehen des Schweißgutes. Die Umhüllung enthält höchstens 22 GT Mangankarbonat und/oder Mangandioxyd, vorzugsweise 20 GT, da höhere Gehalte-die Duktilität des Schweißgutes stark verringern und die Gefahr von Schweißrissen mit sich bringen.

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Wenngleich alle vorerwähnten Bestandteile der Umhüllung als Fluß- und Raffinationsmittel wirken, dient diesem Zweck doch in aller erster Linie der Kryolithanteil von 10 bis 22 GT, vorzugsweise 16 bis 20 GT. Andere Fluoride, wie beispielsweise Kalziumfluorid vermögen das Kryolith weder ganz noch teilweise zu ersetzen, da sie Schwierigkeiten beim Schweißen mit sich bringen und insbesondere das Entfernen der Schlackendecke erschweren. Kryolithgehalte außerhalb der vorerwähnten Gehalts grenzen bringen Schwierigkeiten mit sich, weil sich dann der Schmelzpunkt der Umhüllung erhöht und demzufolge der Lichtbogen infolge Berührung zwischen dem Werkstück und der noch festen hochschmelzenden Umhüllung abreißt.

■Die Umhüllung kann auch Niob enthalten, beispielsweise Ferro-Niob, das ein gutes Schweißverhalten mit sich bringt. Das Ferro-Niob sollte jedoch 50 bis 70% Niob enthalten, um dessen Schmelzverhalten auf das Schmelzverhalten der übrigen Umhüllungsbestandteile abzustellen. Die Umhüllung enthält im Hinblick auf einen Niobgehalt von 5 bis 15,4 GT dann 10 bis 22 GT Ferro-Niob. Das Ferro-Niob dient zudem als Desoxydationsmittel für das Schweißgut und bindet auch den Kohlenstoff stabil ab, wodurch sich die Korrosionsbeständigkeit erhöht. Außerhalb der angegebenen Gehaltsgrenzen kann es hingegen zu Schweißrissen kommen.

Außer den erwähnten aktiven Bestandteilen, kann die Umhüllung in üblicher Weise Betonit, einen kolloidalen Ton, als preßerleichterndes Mittel in einer Menge von 2 bis-4 GT, beispielsweise 3 GT enthalten. Andere preßerleichternde Mittel wie Glimmer-können den Bentonit ganz oder auch teilweise ersetzen. Darüber hinaus- kann die Umhüllung auch andere nicht aktive Komponenten einschließlich üblicher : . · Bindemijfabel, wie beispielsweise Natriumsilikat oder Re-stmetalle wie das Eisen des Ferro-Niobs enthalten.

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Die Teilchengröße der Umhüllungskomponenten beträgt üblicherweise 60 Ms 300 yum. Beim Herstellen der Umhüllung werden die trockenen Bestandteile gemahlen und anschließend mit einem in Was^r dispergierbaren Binder, beispielsweise Natrium- oder Kaliumsilikat, versetzt. Geeignet hierfür ist eine Bindemittelmenge von 15% einer 70° Baumo-Lösung. Das Gemisch aus den Umhüllungsbestandteilen wird mit der Silikatlösung und Wasser vermengt und anschließend nach üblichen Verfahren, vorzugsweise jedoch durch Strangpressen auf den Kerndraht gebracht. Besonders geeignet ist

/\ dabei für einen Draht mit einem Durchmesser von 2,38 mm eine Umhüllung mit einem Durchmesser von 3,3 mm, für einen Draht mit einem Durchmesser von 3,2 mm eine Umhüllung mit einem Durchmesser von 4,8 mm, für einen Draht mit einem Durchmesser von 4mm eine Umhüllung mit einem Durchmesser von 5,6 mm und für einen Draht mit einem Durchmesser von 4,8 mm eine Umhüllung mit-einem Durchmesser von 6,6 mm. Nach dem Strangpressen sollten die umhüllten Elektroden 2 Stunden bei 260 bis 425°C, beispielsweise bei 370⁰C gebrannt werden, um ein festes Haften der Umhüllung auf dem Kerndraht zu gewährleisten und die Feuchtigkeit auszutreiben. Solchermaßen hergestellte Mantelelektroden gestatten eine verhältnismäßig rauhe Handhabung und gewähr-

f\ leisten ein Schweißen ohne Schwierigkeiten.

Die Erfindung wird nachfolgend· anhand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert.

Beispiel 1

Aus einer Schmelze eines 1,4% Mangan enthaltenden rostfreien Stahls 1 der aus der Tabelle-I ersichtlichen Zusammensetzung *· Rest jeweils Eisen - wurden-225 kg Mantelelektroden hergestellt. Auf den Draht mit einem Durchmesser von 3,2 mm wurde

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durch Strangpressen eine Umhüllung 1 mit einem Durchmesser von 4,8 mm mit der aus Tabelle II ersichtlichen Zusammensetzung aufgebracht. Die Umhüllung enthielt als Manganträger 18 GT Mangandioxyd und wurde unter Verwendung einer Silikatlösung mit einer Viskosität von 70° Baume hergestellt sowie nach dem Strangpressen zwei Stunden bei 370⁰C gebrannt.

Um die technologischen Eigenschaften und das Schweißverhal-' - ten der Elektrode 1 zu ermitteln, wurden mit Hilfe von - . - Gleichstrom mit Pluspolung bei einer Stromstärke von 90 A

/Schweißraupen auf eine Platte aus rostfreiem Stahl aufgebracht. Dabei erwiesen sich die Lichtbogenstabilität, dsr Abbrand,-die Schlackenschicht und deren Beseitigung, die

'Fluidität des Schweißgutes und der Schlacke sowie die Übergangseigenschaften und die Rissbeständigkeit als gut. Die Schlackenschicht ließ sich leicht entfernen und die Schweißraupen besaßen die gewünschte Ausbildung.

Ausgehend von dem vorerwähnten günstigen Schweißverhalten wurde die Elektrode anschließend beim Reparaturschweißen einer Platte 1 aus einem rostfreien Gußstahl der aus Tabelle III ersichtlichen Zusammensetzung - Rest jeweils Eisen #"V mit den Abmessungen 2,54 χ 7,6 χ 15,2 eingesetzt, um die Rissanfälligkeit zu bestimmen. Die Plaifcenoberfläche wurde zunächst spanabhebend bearbeitet, um die Oberflächenschicht zu entfernen und eine Kehle mit einem Radius von 11 mm und einer Breite von 22 mm- entlang der Mittellinie der großen Plattenfläche über einen Abstand von 10 cm zu schaffen und so das Entfernen eines Gußfehlers zu simulieren.

Die Hohlkehle wurde anschließend in flacher Lage mit den obenerwähnten Schweißelektroden mit Hilfe von Gleichstrom mit Pluspolung bei einer Stromstärke von 90 A gefüllt. Das erforderte 13 Durchgänge. Die Temperatur dr ' Platte und

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des Schweißgutes wurde zwischen den Durchgängen jeweils unter 100⁰C gehalten. Die Schweißschlacke ließ sich nach jedem Durchgang leicht'herunterschlagen. Die Schweißgutoberfläche wurde schließlich mit Hilfe von Drahtbürsten aus rostfreiem Stahl gereinigt.

Bei dem Schweißversuch 1 wurde die Probe drei Stunden bei 1120⁰C geglüht und in Wasser abgeschreckt; bei dem Versuch 2 wurde die Probe sowohl im Gußzustand als auch nach einem ^dreistündigen Glühen bei 1175⁰C mit Wasserabschrecken unter- % (sucht, während die Proben der Schweißversuche 7 und 8 eben-"*" falls drei Stunden bei 1175⁰C geglüht und in Wasser abgeschreckt wurden.

Bei der radiographischen Untersuchung erwies sich die Probe des Schweißversuchs 1 gemäß Tabelle IV völlig frei von--Rissen und anderen Fehlern! sie-wurde zudem in acht Querscheiben bzw. -proben-mit einer Dicke von 9» 5mm unterteilt. Die Probenoberflächei wurden mit-Hilfe einer Schleifscheibe abgeschliffen und mittels einer gummigebundenen Polierscheibe poliert sowie anschließend mit Lepito-Lösung geätzt, um das Makrogefüge des Schweißgutes und des Grundmetalls auf Schweißrisse und andere Fehler zu untersuchen.

Die Untersuchung ergab trotz zehnfacher Vergrößerung für den Schweißversuch 1 der Tabellen.IV und V weder Risse noch andere Fehler. Desweiteren wurden-Doppelproben drei Stunden bei 112G⁰C geglüht und in Wasser abgeschreckt. Anschließend wurden die Proben spanabhebend bis auf eine Dicke von 3,2 mm abgetragen und mit einem Winkel von 180° um einen Dorn mit einem Durchmesser von 3,2 mm gebogen. Eine anschließende Untersuchung ergab bei zehnfacher Vergrößerung keinerlei Risse im Schweißgut und der wärmebeeinflußten Zone.

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Beispiel 2

Eine dem Beispiel 1 mit Ausnahme eines Mangankarbonatgehaltes von 18 G-T entsprechende Umhüllung 2, der aus Tabelle II ersichtlichen Zusammensetzung wurde durch Strangpressen auf einen Kerndraht 2 mit aus Tabelle I ersichtlicher Zusammensetzung· aufgebracht und bei■einem Reparaturschweißen entsprechend Beispiel 1 eingesetzt. Das Schweißverhalten dieser Elektrode 2 entsprach dem der Elektrode des Versuchs 1 mit einer Mangandioxyd enthaltenden Umhüllung. Das simulierte Reparaturschweißen mit der Platte 2 gemäß Tabelle III geschah mit sieben Durchgängen bei einer Stromstärke■von 90 A Gleichstrom mit Pluspolung und einer Zwischentemperatur jeweils unter 100⁰C. Die Zusammensetzung des Schweißgutes aus dem Versuch 2 ergibt sich aus der Tabelle V.

Bei einer radiograpliischen Untersuchung erwies sich die Probe frei von Rissen und anderen Fehlern. Polierte und geätzte Querschliffe der geschweißten Platte ergaben bei zehnfacher Vergrößerung ebenfalls keine Risse oder andere Fehler. Dies gilt auch für ein Biegen 3,2 mm dicker Querproben sowohl im Gußzustand als- auch nach einem dreistündigen Glühen bei 1175°C und Abschrecken in Wasser. Unter diesen sehr sdfcweren Bedin gungen erwies sich die Überlegenheit der in Rede- stehenden Schweißelektrode.

Die Korrosionsbeständigkeit wurde in einer Eisen(lII)-chlorid-Lösung mit einer Konzentration von 180 g/l Wasser bestimmt. Im Hinblick auf eine etwaige Spaltkorrosion wurde um eine Probe in der großen Richtung ein Gummiband gelegt. In diese-Lösung wurden Proben der Abmessung 3,2 χ 2,54 χ em 72 Stunden bei Raumtemperatur eingetaucht und anschließend hinsichtlich einer allgemeinen und einer Spaltkorrosion untersucht .

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Bei der Untersuchlang ergaben sich keine Fehler, d.h. die Korrosionsbeständigkeit des Schweißguts war ebenso gut wie die Korrosionsbeständigkeit des Grundwerkstoffes.

Beispiel 3

Eine umhüllte Elektrode 3 der aus Tabelle II ersichtlichen Zusammensetzung mit 18 GT Mangankarbonat wurde unter Verwendung eines Kerndrahtes 1 mit aus der Tabelle I ersichtlicher Zusammensetzung zum Verbinden von Platten 3 mit den Abmessungen 1,6 χ 15,2 χ 25,4 cm und mit der aus Tabelle II O ersichtlichen Zusammensetzung verwendet. Jede Platte besaß an einer ihrer langen Seiten eine 60°-Abschrägung mit einer 2,4 mm breiten Stegflanke. Zwei Platten befanden sich im Abstand von 3»2 mm voneinander und wurden unter Verwendung U-förmiger Klammern mit einer 10,2 cm dicken verkupferten Stahlplatte verspannt. Anschließend wurde mit zehn Durch" gangen bei 90 A Gleichstrom mit Pluspolung und Zwischentemperaturen jeweils unter 100⁰C Schweißnähte gelegt.

Das Schweißverhalten der Elektrode 3 war sehr gut. Bei einer radiographischen Untersuchung der Schweißnaht ergaben sich für die Versuche 3 und 4 gemäß Tabelle IV keine Fehler.

■J Eine der geschweißten Platten wurde spanabhebend auf die Abmessungen 6,4 χ 73 x 254 mm gebracht, anschließend rundherum bis auf eine Oberflächenrauhigkeit eines 180/er-Sand~ papiers abgeschliffen und mit einer zentrischen Bohrung eines Durchmessers von 13 mm versehen. Um zahlreiche dichte Spalten im Schweißgut zu schaffen, wurden auf beiden Seiten Plastikschrauben mit einem Durchmesser von 25,4 mm in die Bohrung gedreht. Anschließend wurde drei Monate lang Seewasser von Harbor Island, N.C, mit einer Geschwindigkeit von 61 cm/s über die Probenoberfläche geleitet, ohne daß es dabei zu einem wesentlichen Gewichtsverlust von über

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0,1 g, einer feststellbaren Spaltkorrosion oder zu Lochfraß im Grundwerkstoff oder im Schweißgut kam.

Die zweite Platte wurde spanabhebend auf eine Größe von 6,4 χ 75 x 254 mm gebracht, anschließend rundherum bis auf eine Rauhigkeit eines 180er-Sandpapieres abgeschliffen und 1 Jahr lang mit Seewasser einer Strömungsgeschwindigkeit von 61 cm/s beaufschlagt. Auch nach diesem Langzeitversuch ließ sich kein bevorzugter Angriff des Schweißgutes und kein Gewichtsverlust von über 0,1 g feststellen; vielmehr lag die maximale Korrosionstiefe unter 0,025 nun.

Somit zeigen die Versuche die ausgezeichnete Seewasserbeständigkeit des Schweißgutes aus der erwähnten Elektrode.

Beispiel 4

Mit Elektroden 4 mit einer Umhüllung 1 gemäß Tabelle II und einem Kerndraht 1 gemäß Tabelle I aus dem Beispiel 1 wurden ein Stumpfschweißversuch 5 gemäß Tabelle IV unter Verwendung von Platten 4 (Tabelle III) aus einer korrosionsbeständigen Legierung mit k0% Nickel, 21% Chrom, 3% Molybdän, 2% Kupfer und Λ% Titan, Rest Eisen verwendet. Die Platten mit einer 40° V-Abschrägung und den Abmessungen 1,3 χ 7,6 x 20,3 cm wurden im Abstand von 4,8 mm voneinander auf eine Stützplatte der Abmessung 3,2 χ 25 nun gelegt und mit einer 10 cm dicken verkupferten Stahlplatte verspannt. Mit insgesamt zwölf Durchgängen und einer Stromstärke von 90 A Gleichstrom mit Pluspolung sowie Zwischentemperaturen jeweils unter 100 C wurde eine Schweißnaht gelegt. Bei der radiographischen Untersuchung ergaben sich gemäß Tabelle IV weder Risse noch andere Fehler. Die Zusammensetzung des Schweißgutes des Versuchs 5 gibt die Tabelle V wieder. Somit zeigt dieser Versuch die Eignung der Elektrode beim Verschweißen anders zusammengesetzter Platten.

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Bex der Untersuchung einer reinen Schweißgutprobe aus der 1,3 cm dicken Schweißnaht ergab sich eine 0,2-Grenze von 462 N/mm², eine Zugfestigkeit von 676 N/mm², eine Dehnung von 23 % bei einer Probenlänge von 2,54 cm und eine Einschnürung von 27 %. Diese Werte sind mit den mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffes nach einem einstündigen Glühen bei 1175°C und Abkühlen in Luft, d. h. einer Streck-

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grenze von 188 N/mm ,einer Zugfestigkeit von 449 N/mm , einer Dehnung von 48 % und einer Einschnürung von 49 % !durchaus vergleichbar;

Beispiel 5

Mantelelektroden 5 mit einer Umhüllung 1 gemäß Tabelle II eines Durchmessers von 3,2 cm und einem Kerndraht 1 gemäß .Tabelle I eines Durchmessers von 3»2 mm entsprechend Beispiel 1 wurden zum Verschweißen einer Gußplatte aus der ^Legierung 1 in Tabelle IH und einer Platte aus einer Knetlegierung 5 gemäß Tabelle I mit 16% Ghrom und TA Eisen, Rest Nickel eingesetzt. Die beiden'Platten besaßen die Abimessungen 1,3 x 6,4 χ 15.» 2 cm und jeweils an einer der beiden großen Seiten eine Abschrägung. Sie wurden mit einer Stegflanke von 2,4 mm im Abstand von-2,4 mm voneinander angeordnet, um eine 80 V-Stumpfschweißnaht zu legen. Im Rahmen dieses Versuchs 6 waren elf Durchgänge bei einer Stromstärke von 100 A Gleichstrom mit-Pluspolung und Zwischentemperaturen jeweils unter 100⁰C erforderlich.

Aus den Proben des Schweißversuchs 6 wurden acht Querproben herausgearbeitet, deren insgesamt 16 Oberflächen geschliffen, isoliert, geätzt und bei zehnfacher Vergrößerung untersucht ^wurden, ohne daß sich, wie Tabelle IV zeigt, Risse oder andere Schweißfehler feststellen ließen. Außerdem wurden 3,2 mm dioke Biegeproben drei Stunden bei 1175⁰C geglüht, in Fässer abgeschreckt und mit einem Biegewinkel von 180° um

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einen 3,2 cm dicken Dorn gebogen, ohne daß sich anschließend Schweißrisse oder ander Fehler feststellen ließen. Die Schweißgutzusammensetzung des Versuchs 6 ergibt sich aus der Tabelle V.

Somit zeigt dieses Beispiel die Eignung der Elektrode zum Verschweißen von Werkstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung beim Herstellen korrosionsbeständiger Bauteile.

Beispiel 6

Eine Umhüllung 4 gemäß der Tabelle Il mit bevorzugter Zusammensetzung, nämlich 18 GT Mangankarbonat, wurde durch Strangpressen auf einen 3,2 mm·dicken Kerndraht 3 gemäß Tabelle I gebracht, um eine Elektrode 6 herzustellen. Der Kerndraht · enthielt nur 5,3 %■Molybdän und lag damit außerhalb des bevorzugten Molybdängehaltes von 5,5 bis 7 %.

Die Elektrode wurde entsprechend Beispiel 1 beim Reparaturschweißen einer 2,54 cm dicken Platte 6 mit aus der Tabelle III ersichtlicher Zusammensetzung verwendet. Dieser Schweißversuch 7 erforderte 17 Durchgänge bei einer Stromstärke von 90 A Gleichstrom mit Pluspolung und Zwischentemperaturen von jeweils unter 100⁰C.

Bei einer sich anschließenden radio graphischen Untersuchung -ließen sich, wie Tabelle IV zeigt, weder Risse noch andere Fehler feststellen. Aus der Platte wurden schließlich Querproben herausgearbeitet, poliert, geätzt und bei zehnfacher Vergrößerung untersucht, ohne daß sich Risse oder andere Fehler ergaben.

Schließlich wurden im Rahmen des Versuchs 7 auch 3,2 mm dicke Querproben drei Stunden bei 1175°C geglüht, in Wasser abgeschreckt und mit-einem Biegewinkel von 180° um einen 3,2 cm

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dicken Dom gebogen. Bei zehnfacher Vergrößerung der Biegeproben wurden 14 etwa 0,8 mm lange Risse je Querprobe· festgestellt. Je nach Verwendungszweck spielt dies zwar keine Rolle; es zeigt sich jedoch hier die Bedeutung des bevorzugten Molybdängehaltes von 5,5 bis 7%. Die Schweißgutzusammensetzung des Versuchs 7 ist aus der Tabelle V ersichtlich.

Beispiel 7

Eine niobfreie Umhüllung 5 gemäß Tabelle II wurde durch Strangpressen auf einen Kerndraht·4 gemäß·Tabelle I mit bevorzugter Zusammensetzung aufgebracht, um Vergleichselektroden A mit einem Durchmesser von 3,2 mm herzustellen. Die Elektroden wurden für eine 2,54 cm dicke Reparaturschweißung einer entsprechend Beispiel 1 vorbereiteten Gußplatte bei einer Stromstärke von 90 A Gleichstrom mit Pluspolung und insgesamt 12 Durchgängen- mit Zwischentemperaturen von jeweils unter 100°C eingesetzt.

Angesichts des Fehlens von Niob kam es zu Schwierigkeiten beim Schweißen in Folge allzu starker Berührung der flüssigen Schlacke mit-der Mantelelektrode- sowie zu einem A-ufwachsen des Schweißguts, das zu einem Löschen des Lichtbogens führte. Dementsprechend erwies sieh das Aussehen der Schweißnaht nach dem etwas schwierigen Entfernen der Schweißschlacke als nicht ganz zufriedenstellend; ein Schleifen zmschen den einzelnen Durchgängen war daher nicht zu vermeiden.

Bei der radiographischen Untersuchung des Schweißguts 8 gemäß Tabelle IV ergaben sich zwar keine Fehler; diese zeigten sich jedoch bei der Untersuchung polierter und geätzter Querproben in Gestalt eines Risses je Probe.

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Bei Biegeversuchen nach einem dreistündigen Glühen bei
1175⁰C und Abschrecken in Wasser ergaben sich im Schnitt zwei Risse je Probe. Die Schweißgutzusammensetzung dieses Versuchs 8 ist aus der Tabelle V ersichtlich.

Das vorerwähnte Auftreten von Rissen veranschaulicht die Notwendigkeit des Niobs im Schweißgut aus der erfindungsgemäßen Elektrode. Ohne Niob ist das ScLv/eißverhalten
nicht zufriedenstellend und·, ergeben sich zudem Risse.

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	1	1	1	0.012	0.56	00	00	21.5	4.9	0.011	<0.01	0.047Ca	1
	2	2	2	0.017	0.27	0.74	24.5	20.4	5.1	0.008	0.024	0.006Ca
	3	3,4	3	0.044	0.32	0.65	24.4	20.4	5.1	0.027	0.024	2Cu	- .
	4··	5	1	0.03	0.3	0.79	24.1	21.	3.	0.1	1.
	5	6	1	0.05	0.20	0.2	40.	15.5				0.012Ca
	6	7	4	0.011	0.34	0.19	76.6	20.2	5.3	0.017	0.011	0.007Ca
OO	7	8	5	0.012	0.25	0.62	25.7	20.0	5.4	0.002	0.010
O co						0.56	24.1
GO (—γ
O
O)
co
σ>

Versuch

Art

Umhüllung

Tabelle IV

radiografische Untersuchung

Risse/Querschnitt

Querproben Biegeversuch

OO O CO CX)

1 2 3

4 5 6 7 8

Reparatur ti

1.6cm Stumpfschw.

1.6cm " 1.3cm " 1.3cm " Reparatur

1 2 3

3 1 1

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ΙΌ

809810/0696

Claims (16)

1. a t t * ·

   - 23 -

   INCO EUROPE LIMITED

   Thames House, Millbank, London, S.W. 1, Großbritannien

   Patentansprüche;

   ξΐ. jWantelelektrode, bestehend aus einem Kerndraht mit 0,1% *■ Kohlenstoff, bis 1% Silizium, 20 bis 28% Nickel, 15 bis /|i Ϊ25% Chrom, 4 bis 8% Molybdän, 0,1 bis 5% Mangan, bis 0,5% Aluminium, bis 0,1% Titan und 0,005 bis 0,1% Kalzium und/ oder Magnesium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen sowie einer 20 bis 30 GT Kalziumkarbonat, 10 bis 22 GT Titanoxyd, 10 bis 22 GT Mangankarbonat und /oder -dioxyd, 10 bis 22% Kryolith und 5 bis 15,4 GT Niob enthaltenden Umhüllung.
2. 2. Elektrode nach Anspruch 1, deren Kerndraht jedoch höchstens 0,06% Kohlenstoff enthält.
3. 3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, deren Kerndraht jedoch mindestens 23% Nickel enthält.
4. 4. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, deren Kerndraht jedoch höchstens 27% Nickel enthält.
5. 5. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, deren Kerndraht jedoch mindestens 19% Chrom enthält.
6. 6. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5? deren Kerndraht jedoch höchstens 22% Chrom enthält.

   809810/0696

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   - 24 -

   2737251
7. 7. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, deren Kerndraht jedoch mindestens 5,59^ Molybdän enthält.
8. 8. Elektrode nach einein oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, deren Kerndraht jedoch höchstens 2% Mangan enthält.
9. 9. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, die jedoch höchstens 0,2% Aluminium enthält,
10. Ϊ 0.■'-Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis¹ 9, deren Umhüllung jedoch 23 bis 27 GT Kalziumkarbonat enthält.
11. 11. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, deren Umhüllung jedoch 16 bis 20 GT Titanoxyd enthält.
12. 12. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, deren Umhüllung^ jedoch mindestens 14 GT Mangankarbonat und/ oder -dioxyd enthält.
13. 13. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, deren Umhüllung jedoch höchstens 20 GT Mangankarbonat und/ oder -dioxyd enthält.
14. 14. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13> deren Umhüllung jedoch 16 bis 20 GT Kryolith enthält.
15. 15. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, deren Umhüllung .jedoch zusätzlich noch 2 bis 4 GT Bentonit enthält.
16. 16. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, deren Umhüllung jedoch Ferro-Niob mit einem Niobgehalt von 50 bis 70% enthält.

    hk 8 0 9 a 1 0 / 0 6 9 6