DE2848187A1

DE2848187A1 - Umhuellte elektrode fuer das schweissen von gusseisen, insbesondere graugusstuecken

Info

Publication number: DE2848187A1
Application number: DE19782848187
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Seifahrt
Original assignee: Castolin SA
Current assignee: ECG Immobilier SA
Priority date: 1977-11-08
Filing date: 1978-11-07
Publication date: 1979-05-10
Also published as: CH617111A5; FR2407786A1; US4225768A; DE2848187C2; FR2407786B1; GB2007571A; GB2007571B

Description

(13 **79)

Castolin S.A. Pate^-nwalte

P.D.Box Ia2o _D·. v-^:'-or CH-lool Lausanne ". ' i_C

6 :',.; -τ α Μ. MiiUlweg

Umhüllte Elektrode für das Schweißen van „Gußeisen^inshesondere Graugußstücken

Die Erfindung betrifft eine umhüllte Elektrode für das Schmeißen von Gußeisen, insbesondere Graugußstücken, bestehend aus einem Hern aus Eisen oder aus einer Eisenlegierung, tiiobei die Elektrode für Auftragungen und Verbindungen van Werkstücken aus Gußeisen auch ohne Vorwärmung Verwendung finden soll.

Bei der Auftragung van Gußteilen und deren Verbindung mit dem elektrischen Lichtbogen und einer Elektrode auf Eisenbasis ist man oft gezwungen, ohne Vorwärmung der Werkstücke zu arbeiten. Dabei findet jedoch eine Diffusion des im Grundwerkstoff enthaltenen Kahlenstoffes in den Schweißzusatzwerkstoff statt und verursacht in diesem die Bildung von Eisenkarbid (Fe₃C),

das sehr stabil und sehr hart ist. Dia Gegenwart dieses Eisenkarbides vermindert die Verformbarkeit und Dehnbzu. Streckbarkeit in der Übergangszane zwischen dem Grundwerkstoff und dßm aufzutragenden Material erhsblich und macht dsn geschwEißten Bereich hart, spröde und schuier bearbeitbar.

Man hat schon umhüllte SchweißelsktrodEn vorgsschlagsn, die einarsBits aus einem Ksrn aus unlegiertem Stahl mit niedrem Kohlenstoffgehalt zusammengesetzt sind und andererseits aus einer Hülle, die mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe Titan, Vanadium und Niob zur Erzeugung beständiger spezieller KohlenstDffverbindungsn snthMlt, dis es Ermöglichen, die Bildung von Eisenkarbid (FB₃C) zu uermeidBn. Der Gsbrauch von Elektroden, die die vorgeschlagene Zusammensetzung haben, läßt es in der Praxis jsdoch nicht zu, bsfriedigendB Ergebnisse zu erzielen. Tatsächlich ist die vorgegebene Umhüllungszusammensetzung derart, daß die Schwsißung notwendigerweise einen Lichtbogen mit hoher Energie verlangt und deshalb viel Wärme in den Grundwerkstoff eindringt. Auf diese Weise wird auch die Aufmischung relativ stark und infolgedessen der Gehalt an Kohlenstoff im Schweißgut zu hoch, WBB zu einer beträchtlichen Menge von Karbiden führt.

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Ein auf diese tüeise erhaltenes Schuieißgut kann die gewünschten Eigenschaften deshalb nicht erreichen und iat die hSufige Ursache von Schueißfehlern.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die oben ermähnten Nachteile zu beheben, d.h. eine Elektrode für vor allem die Kaltschuieißung von Gußeisen, insbesondere von Grauguß zu schaffen, deren Kern aus Eisen oder einer Eisenlegierung gebildet ist und mit der Schueißungen mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten uierden, vor allem ein zähes und rißfestes Schueißgut.

Die Lösung besteht darin, daß die Hülle der Elektrode, deren Kern aus Eisen oder aus einer Eisenlegierung besteht, nach der Erfindung neben einem Bindemittel auf Basis eines üblichen Alkali-Metallailikates, das 5 - 1d% der Hülle im Trockenzustand ausmacht, eine Mischung enthalt, die in Geuiichts-% die folgende ist: 25 - 5o% Ferro-Vanadium mit etua ka - 8556 Vanadiumanteil 2o - ha% Eisenpulver
15 - Za% BaCD₃
Io - 2a% CaF₂

1-3% Ferro-Silizium mit etwa 3o - 8o% Siliziumanteil und

1-296 organischea Bindemittel.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die besagte Mischung bis zu 2o% Ferro-Niab mit ka - 85% Niobanteil, bis zu lo% CaCD₃ und bis zu 2% Ferro-Mangan mit 5o - 9o% Mangananteil. Besonders vorteilhafte Ergebnisse hat man erhalten bei angezeigten VerhMltnissen von Ferro-V/anadium mit 5o% Vanadium, von Ferro-Silizium h5% Silizium, von Ferro-Niob mit 60% Niob und von Ferro-Mangan m/t etvvoi 8oiMangan . Der Kern der Elektrode ist vorzugsweise aus unlegiertem Stahl mit niedrigem C-Gehalt gebildet, der maximal o,2% Kohlenstoff, weniger als 1% Silizium, a,h bis 0,6% Mangan, weniger als o,3% Phosphor, weniger als o,o3% Schwefel und die in Stahl üblicherweise enthaltene Spuren enthMlt.

Der Gewichtsanteil der Umhüllung bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrode liegt vorzugsweise zwischen 1*5 und 55%.

Mit einer solchen Elektrode können Verbindungen und Auftragungen von Gußeisenteilen, vor allem von Graugußwerkstücken auch ohne Vorwärmung mit nur geringem WMrmeeinbringen erzielt werden, was die Aufmischungszone reduziert und Spannungen in der Schweißung vermindert.

Die spezifischen Vorteile der Elektrodenzusammensetzung nach der Erfindung können noch verstärkt werden durch

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sofortiges Hämmern der gerade geschweißten Raupe. Insbesondere für Auftragungen und Beschichtung von Gußluerkstücken ist es von V/orteil, die zu beschichtende FlMche etua unter einem Winkel von etwa 3o - Go^D in Bezug auf die Richtung des Schuieißlichtbogens geneigt zu halten. Auf diese üJeise ist die thermische Energie des Lichtbogens nicht direkt gegen die zu beschichtende Fläche des Grundwerkstoffes gerichtet, sondern diese Fläche des Werkstückes uiird durch die vorhergehende Schuieißraupe gewissermaßen isoliert, uas eine beträchtliche und wesentliche Reduktion der Erwärmung des Grundwerkstückes zur Folge hat.

Andere Eigenschaften, Vorteile und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrode ergeben sich nach den folgenden Beispielen:

Zur Beschichtung eines Graugußbierkstückes wird eine umhüllte Elektrode verwendet, deren Kern einen Durchmesser von 3,2 mm hat und der aus unlegiertem Stahl mit niedrigem C-Gehalt folgender Zusammensetzung besteht:

C = o,o5%, Si = ο,556, Mn = a,5%, T = o,o2%, S = o,o2% und der Rest aus Eisen und üblichen Spurenelementen.

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Die Umhüllung dieser Elektrode enthält etwa 796 eines Alkalisilikates, das von einem üblichen wässrigen Bindemittel auf Basis van Natrium- und/oder Kalium-Silikat herrührt und aus einer Mischung folgender Zusammensetzung in Geuiichts-% :

3o% Ferro-V/anadium mit etuja 5a% Vanadiumanteil 16% CaF₂

1% Ferro-Mangan

296 Ferro-Silizium mit etwa k5% Siliziumanteil 3o% Eisenpulver

5% CaDQ₃
15% BaCD₃ und

1% eines organischen Bindemittels (Alginat)

Die Getjichtsverhältnisse des Kernes und der Umhüllung liegen bei: Kern 51%, Umhüllung *f5%.

Man benutzt eine Schuieißstromquelle (Gleichstrom) mit der Schweißelektrode am positiven Pol und mit einer eingestellten Stromstärke von Ho Ampere. Während der Schueißung uiird das Werkstück unter einem Winkel von if5° in Bezug auf die Richtung des Lichtbogens geneigt gehalten. Nach jeder Schueißraupenaufbringung uiird die Schuieißraupe in der üblichen Weise gehämmert.

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- Io -

Auf diese LJeise werden drei Lagen aus dem beschriebenen SchweiBzusatzwsrkstoff aufgetragen.

Die so erhaltene Beschichtung ist frei von Rissen und Poren und kann sehr gut geschliffen werden, ahne dabei zu verspröden ader genauscgut mittels eines entsprechenden spanabhebenden Werkzeuges bearbeitet uierden.

Beisgiel_2_

Man verfährt auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 mit einer Elektrode, die den gleichen Kern hat, aber mit einer Mischung wie folgt:
25% Ferro-V/anadium mit ca. 5o% V/anadiumanteil und 5% Ferro-Niob mit ca. 6o% Niobanteil.

Die Zusammensetzung der Umhüllung ist andererseits die gleiche wie in Beispiel 1.

Die auf diese üJeise erhaltene AuftragsschweiSung zeigt die gleichen ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und ist leicht bearbeitbar.

Die l/arteile der erfindungsgemäßen Elektrode ergeben sich zu einem Teil durch die Gegenwart von Ferro-Vanadium in den angegebenen Mengen in der Umhüllung, wobei das Vanadium beständige und sehr feine Karbide bildet, die der Schweißung die erwähnten mechanischen Eigenschaften verleihen.

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- li -

Es ist darauf hinzuweisen, daß man in gleicher Weise dem Vanadium Niob hinzufügen oder diesen zum Teil durch Niob oder auch durch Zirkon, Titan oder Tantal, immer als Ferrolegierung, ersetzen kann.

TatsMchlich ist eine relativ geringe Menge von bspw. Niob, das gröbere Karbide als Vanadium bildet, durchaus von Vorteil und sichert eine gute Verformbarkeit des Schweißgutes.

Allgemein sind die sich als sehr vorteilhaft erweisenden Elektroden solche, die im Schweißgut zwischen 5 und 15% stabilde Karbide bildende Elemente enthalten, insbesondere Vanadium und Niob.

Eine andere wichtige Voraussetzung für die mit der erfindungsgemSßen Elektrode erzielten Vorteile sind Ferrolegierungen und vor allem auch das Eisenpulver, das beim Verschweißen einen wesentlichen Teil der Lichtbogenenergie absorbiert und auf diese Weise die Erwärmung des Erundwerkstückes reduziert.

Es ist in gleicher Weise bemerkenswert, daß die durch die erfindungsgemSBe Elektrode erzielbaren Eigenschaften stark von Auswahl und Eigenschaften der

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verschiedenen Komponenten in ihrer Zusammensetzung abhangen. Es ist ferner zu eruMhnen, daß der Kern der Elektroden auch ein anlegierter Stahl sein kann, vorzugsweise mit Elementen, ωie sie in gleicher Weise in der Umhüllung enthalten sind.

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Claims

(13 hl3) Pr;|r!.p Castolio S.A. η· ! P.O.Box Io2o ;" . v" .fr CH-lDDl Lausanne '/ ·>ΰ|' Mittelweg Patentansprüche:

1. Umhüllte Elektrode für das Schmeißen von Bußeisen, insbesondere Graugußstücken, bestehend aus einem Kern aus Eisen oder aus einer Eisenlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung neben einem Bindemittel auf Basis eines Alkali-Metallsilikates, das 5 - lo% Geuiichtsprozent der Hülle im Trockenzustand ausmacht, eine Mischung in Geuichts-% wie folgt enthält:

etbia 25 - 5o% Ferro-Wanadium mit ka - 85% Vanadiumanteil 2o - ka% Fe-Pulver
15 - Za% BaCO₃

Io - 2o% CaF₂

1-3% Ferro-Silizium mit etma 3o -8o% Silizium-

anteil und
1 - 2% organisches Bindemittel.

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2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Umhüllung enthaltene Mischung α - 2o% Ferro-Niob mit Ua - 85% Niobanteil enthält.

3. Elektrode nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Umhüllung enthaltene Mischung ο - lo% CaCO₃ enthMlt.

h. Elektrode nach den Ansprüchen 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Umhüllung enthaltene Mischung ο - 2% Ferro-Mangan mit 5o - 3a% Mangananteil enthält.

5. Elektrode nach Ansprüchen 1,2,3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferro- Vanadium etwa 5a% Vanadium, das Ferro-Silizium etwa U5% Silizium, das Ferro-Niob etum Ba% und das Ferro-Mangan etua 8o% Mangan enthält.

6. Elektrode nach jedem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Umhüllung etbia U5% bis 55% des Gesamtgewichtes der Elektrode beträgt.

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7. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Geidichtszusammensetzung der Mischung die folgende ist:

3o% Ferro-Vanadium mit etuja 5a% Vanadiumanteil 3ώ% Fe-Pulver
1556 BaCO₃

16% CaF₂

2% Ferro-Silizium mit etwa ^5% Siliziumanteil 1% organisches Bindemittel
5% CaCG₃
1% Ferro-Mangan mit etiua 8o% Mangananteil.

8. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hern aus Stahl mit niedrigem C-Gehalt gebildet ist.

9. Verarbeitung der Elektrode nach jedem der vorhergehenden Ansprüche für die Belegung eines GrauguB-uerkstückes, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit dem Elektrodenmaterial zu belegende Fläche des Werkstückes unter einen Winkel von etua 3o-6o^a in Bezug auf die Richtung des SchuieiBlichtbogens geneigt hält.