DE3141053A1

DE3141053A1 - Schweissdraht fuer das automatische lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE3141053A1
Application number: DE19813141053
Authority: DE
Inventors: Hirohiko Yokosuka Date; Sumio Yokohama Hirao; Katsuhiro Kishida
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1981-10-15
Publication date: 1982-04-29
Also published as: JPS6233037B2; FR2492296A1; DE3141053C2; FR2492296B1; US4396822A; IT8149483A0; IT1171589B; GB2086424B; GB2086424A; JPS5768296A

Description

3H1053

Schweißdraht für das automatische Lichtbogenschweißen.

Die Erfindung betrifft einen Schweißdraht für das automatische Lichtbogenschweißen, wobei der Schweißdraht von der Klasse ist, die eine relativ große Menge an Nickel' enthält und aus einer Metallrohrhülle und einer Kernzusammensetzung aus legierungsbildenden Elementen besteht, mit der das Innere der Hülle gefüllt ist. Dieser Schweißdraht ist geeignet zur Anwendung beim Auftrags-Schweißen, um einem Metallkörper, wie einer Metallform aus Gußeisen, eine harte Oberfläche zu verleihen.

Bei der Kraftfahrzeugherstellung als typisches Beispiel für die Massenproduktion mechanischer Gegenstände spielt ' die Preßformung von Metallblechen eine wichtige Rolle bei der Herstellung verschiedener Teile der Kraftfahrzeugkörper. Die Druckformung ist eine Art der plastischen Bearbeitung, bei der das Werkstück einem relativ großen Kontaktdruck ausgesetzt wird, jedoch mit relativ geringer Geschwindigkeit verformt wird. Trotz der relativ geringen Verformungsgeschwindigkeit des Werkstücks oder des Gleitens des Werkstücks längs der Formoberflache einer Metallform für das Preßformen wird der Abrieb oder Verschleiß der Form zu einem wichtigen Faktor bei der Massenproduktion. Nach dem jüngsten Trend der Bauweise von Kraftfahrzeugkörpern besteht ein zunehmendes Bedürfnis zur Erzielung eines starken Tief-

Ziehens oder einer sehr genauen und präzisen Bxegung und Streckung, zur Erzielung der in geeigneter Weise geformten Kraftfahrzeugkörperteile, wie Panele. Daher wird der Verschleißbeständigkeit und den Antireibungsei schaffceri der Metallform für derartige Preßformungs-Arbeitsgänge eine größere Aufmerksamkeit gewidmet. Es

versteht sich, daß der Verschleiß der Formoberfläche zu einer Verschlechterung der Präzision der Dimension des Formkörpers führt und den Bedarf einer beträchtlichen Zeit und eines Aufwands zur Reparatur der Form und zur Ausbesserung des unzufriedenstellenden Produkts steigert. Ist die Antireibung der Formoberflache unzureichend, so kann beim Preßformbetrieb ein Klemmen zwi- sehen der iOrmoberf la ehe und dem Werkstück', das mit der Formoberfläche in Kontakt gebracht wurde, auftreten und es können Kratzer auf der Oberfläche des Formkörpers und/oder eine unzufriedenstellende Oberflächenrauhheit der Formkörper eintreten. Gegenwärtig verwendet man hauptsächlich Gußeisen als Material für relativ große Metallformen zur Preßformung von Stahlblech und es besteht selbstverständlich das Bedürfnis nach der Bereitstellung einer harten Oberfläche für derartige Metallformen durch eine bestimmte Art der Oberflächenbehandlung.

Ein Beispiel für die Oberflächenbehandlungstechniken zur Erzielung eines Gußeisenkörpers mit einer harten, verschleißfesten und gutantireibenden "Überzugsschicht, ist das Hartver-chromen. Jedoch kann sich im Falle von großen Metallformen für das liefziehen oder für ein starkes Streckformen die plattierte Chromschicht von der Gußeisenoberfläche während wiederholter Preßformungsarbeitsgänge abschälen. Daher bildet man in der Praxis eine harte Überzugsschicht durch ein Überzugsschweiß- oder Auftragsschweißverfahren aus« Jedoch sind bisher entwickelte Schweißmaterialien auf Eisenbasis für diesen Zweck im allgemeinen unzufriedenstellend, hauptsächlich wegen der großen Möglichkeiten des Auftretens von Schweißrissen. Darüber hinaus ist abgelagertes Metall, das durch jegliche derartige Schweißmaterialien gebildet wurde, unzureichend in seinen Anti-' reibungseigenschaften, so daß die Verwendung einer

Metallform, die nach dieser Schweißmethode behandelt wurde, zu einem"starken Zerkratzen der Formkörper führenkann. Darüber hinaus unterliegt der Überzug auf der Formoberfläche selbst einem beträchtlichen Verschleiß. Daher wird es in diesem Falle erforderlich, ein hochwirksames Gleitmittel beim Preßformungsverfahren zu verwenden.

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In der letzten Zeit entwickelte Schweißmaterialien auf Nickelbasis und Eisen-Nickel-Basis sollen geeignet zur Verwendung bei Aufbauschweißvorgängen für den Zweck der Überzugsbildung von Gußeisenkörpern mit einer harten und antireibenden Überzugsschicht sein. Tatsächlich kann, wenn diese Schweißmaterialien auf Metallformen 'aufgetragen werden, die Wahrscheinlichkeit des Zerkratzens von Formkörpern stark verringert werden, selbst wenn.das Preßformen mit unzureichender Schmierung durchgeführt wird. Jedoch weisen diese Schweißmaterialien auf Nickel- oder Eisen-Nickel—Basis im allgemeinen eine unzureichende Verschleißfestigkeit des abgeschiedenen Metalls auf, so daß die mit diesen Schweißmaterialien behandelten Metallformen eine kurze Betriebslebensdauer aufweisen und die Dimensionspräzision der Formkörper verringern können und insbesondere im Falle des Formens von relativ großen Panelen zu einer Wellenbildung bzw. zu einem Knittern der geformten Panele führen. '

Diese Schweißmaterialien auf Nickel- oder Eisen-Nickel-Basis liegen meist in der Form von ummantelten Elektroden und zur Anwendung bei abgeschirmten Metall-Lichtbogenschweißverfahren vor. Im Vergleich mit einem automatischen Lichtbogenschweißverfahren unter Anwendungeines kontinuierlichen Schweißdrahts erfordert ein abgeschirmtes Metall-Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer ummantelten Elektrode zahlreiche Arbeitsstunden zum Ersatz der Elektroden, zur Entfernung von

Schlacke von der Oberfläche des abgeschiedenen Metalls und zum anschließenden Bürsten der Schweißzonen. Im Falle eines Aufbau-Schweißarbeitsgänge führt man gewöhnlich ein mehrschichtiges Schweißen durch und somit werden beträchtlichen Arbeitsstunden für derartige Hilfsverfahren, die bei der Verwendung einer ummantelten Elektrode unerläßlich sind, zu einem großen Problem.

Es besteht somit ein starkes Bedürfnis nach einem Schweißdraht zur Verwendung bei automatischen Lichtbogenschweißverfahren, wobei dieser Schweißdraht zu einem abgeschiedenen Metall führt, das eine ausreichende Härte und verbesserte Antireibungseigenschaften auf v/eist.

Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Schweißdrahts für das automatische Lichtbogenschweißen, wobei dieser Schweißdraht zu einem abgeschiedenen Metall mit einer hohen Verschleißbeständigkeit und guten Antireibeeigenschaften führt, ohne den Nachteil aufzuweisen, Schweißrisse zu bilden, selbst bei Verwendung beim Schweißen auf einem relativ großen. Körper aus Gußeisen, und der dementsprechend geeignet ist zur Anwendung beim Aufbau-Schweißen auf Metallformen=

Ein Schweißdraht gemäß der Erfindung für das automatische Lichtbogenschweißen besteht aus einer kontinuier-.liehen rohrförmigen Metallhülle und einer Kernzusammensetzung, die in das Innere der Hülle gefüllt ist und enthält derartige Mengen an Ni, Si, B, Nb und C als ' wesentliche legierende Elemente, daß das abgeschiedene Metall das sich durch diesen Schweißdraht ergibt, mindestens 4-0 Gew.-% Ni, 3 bis 8 Gew.-% Si, 0,1 bis 0,4-Gew.-% B, 0,3 bis 1,8 Gew.-% Nb und 0,2 bis 1,5 Gew.-% C enthält.

Es ist zwar nicht wesentlich, jedoch kann dieser Schweißdraht darüber hinaus J?e als zusätzliches

λθ

legierendes Element enthalten und vorzugsweise enthält der Schweißdraht eine derartige Menge an Zr, daß das abgeschiedene Metall bis zu 0,2 Gew.-% Zr enthält.

Vorzugsweise ist ein Hauptanteil des Ni als Hauptbestandteil des abgeschiedenen Metalls in der Hülle des Schweißdrahts enthalten,wobei alle anderen wesentlichen Legierungselemente in der Kernzusammensetzung enthalten sind.

Vorzugsweise ist das Material der rohrförmigen Hülle . entweder ein praktisch reiner Nickelstreifen, der mindestens 95 Ge^-W.-% Ni enthält, oder ein Streifen aus einer Eisen-Nickel-Legierung, die mindestens 50 Gew.-% Ni enthält. In jedem Falle wird die Eernzusammensetzung vorzugsweise so hergestellt, daß die hauptsächlichen legierenden Elemente, die in der Kernzusammensetzung enthalten sind, sich auf folgende Prozentsätze des Gesamtgewichts einer Einheitslänge des Schweißdrahts belaufen. Ni: mindestens 10 %, Si: 3,3 bis 9,0 %, B: 0,12 bis 0,50 %, Nb: 0,33 bis 2,00 %, G: 0,3 bis 2,0 %, und Zr: 0 bis 0,3 %. Die Gesamtmenge an Ni in dem Schweißdraht sollte mindestens 42 % des Gesamtgewichts einer Einheitslänge des Schweißdrahts betragen.

Ein Schweißdraht gemäß der Erfindung weist hauptsächlich den Vorteil auf, daß auftrags-Schweißvorgänge unter Verwendung dieses Schweißdrahts durchgeführt werden können, ohne daß Schweißrisse praktisch unabhängig von der Größe und der Form der Metallkörper, wie Gußeisenkörper, als Nachteile des Schweißens auftreten und daß das durch diesen Schweißdraht abgeschiedene Metall eine große Verschleißfestigkeit und gute Antireibung aufweist. Dementsprechend ist dieser Schweißdraht besonders geeignet zur Anwendung beim Auftragsschweißen zur Bildung einer harten Oberfläche

3Ui

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auf einer Metallform für die Preßformung von Metallblech. Unter Verwendung einer Metallform, die mit dem von diesem Schweißdraht abgegebenen abgeschiedenen Metall überzogen ist, kann ein Metallblech, wie ein Stahlblech, preßgeformt werden, ohne daß ein Klemmen zwischen der Formoberfläche und dem Metallblech erfolgt, das in gleitendem Kontakt mit der Formoberfläche gebracht wird, oder ohne daß. ein Zerkratzen des Metallblechs während seines Gleitkontakts mit der Formoberfläche ■ erfolgt , und in den meisten Fällen ist es möglich, das Preßformen ohne Verwendung eines Gleitmittels glatt durchzuführen. Wird dieser Schweißdraht beim Überziehen einer Metallform verwendet, so können selbst Kantenzonen oder in anderer Weise kompliziert geformte Gebiete der Form leicht und zufriedenstellend mit dem abgeschiedenen Metall, das frei von Schweißrissen ist, überzogen werden. Gewöhnlich besteht kein Bedürfnis, die Metallform einer Vor- oder Nacherwärmungsbehandlung oder einer Hämmerbehandlung zu unterziehen, um das Auftreten von Schweißrissen zu vermeiden, so daß das Auftragsschweißen unter stark verringerten Kosten durchgeführt werden kann. Es ist auch leicht eine Metallform zu reparieren.oder eine örtliche Änderung einer Metallform durch Auftragsschweißen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schweißdrahts vorzunehmen. Es muß nicht weiter ausgeführt werden, daß bei Verwendung dieses Schweißdrahts auch die Vorteile eines automatischen Lichtbogenschweißverfahrens ·. erzielt werden können, unter Verwendung eines kontinuierlichen Schweißdrahts, im Vergleich mit einem abgeschirmten Metalllichtbogenschweißverfahren, wie, daß kein mühsamer Ersatz der ummantelten Elektroden erforderlich ist und keine Entfernung von Schlacke nötig ist und die Möglichkeit der Erzielung einer wesentlich größeren Menge an abgeschiedenem Metall pro Zeiteinheit besteht.

-Al-

Im folgenden werden die beigefügten Figuren kurz erläutert.

1 stellt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schweißdraht dar.

Die gig. 2 und 3 zeigen zwei Beispiele für Änderungen der Querschnittsform eines erfindungsgemäßen Schweißdrahts; und

die Fig. 4- stellt eine grafische Darstellung dar, die die Beziehung zwischen der Menge an Zirkonium, das in dem abgeschiedenen Metall vorhanden ist, und den Maßstab der Schweißrisse dar, die bei einem experimentellen Lichtbogenschweißen beobachtet wurden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, besteht ein Schweißdraht gemäß der Erfindung aus einer kontinuierlichen rohrförmigen Metallhülle 10 und einer Kernzusammensetzung 20, die in die Hülle 10 eingefüllt ist, um das Innere der Hülle 10 aufzufüllen. Als ein Merkmal dieses Schweißdrahts besteht die Kernzusammensetzung 20 im wesentlichen aus legierenden bzw. legierungsbildenden Elementen in ihrer Gesamtheit, ohne jegliche Flußmittelkomponente zu enthalten. V/ird mit anderen Worten dieser Schweißdraht bei einem auto-³^ matischen Lichtbogenschweißverfahren verwendet, so dienen die Hülle 10 und die Kernzusammensetzung 20 zusammen als ein Schweißmaterial und werden gänzlich zu einem abgelagerten Metall umgewandelt mit Ausnahme eines praktisch unvermeidlichen Verlusts.

Das Haupterfordernis eines erfindungsgemäßen Schweißdrahts liegt im Gehalt derartiger Mengen an Ni, Si, B, Nb und C, daß das abgeschiedene Metall mindestens 40 %

Ni, 3 bis 8 % Si, 0,1 bis 0,4 % B, 0,3 bis 1,8 % Nb und 0,2 bis 1,5 % G> jeweils bezogen auf das Gewicht, enthält. Gegebenenfalls und bevorzugt kann dieser Schweißdraht Zr enthalten, derart, daß das abgeschiedene Metall bis zu 0,2 Gew.-% Zr enthält. Der Rest des abgeschiedenen Metalls besteht aus Fe, das nicht wesentlich ist, jedoch gewöhnlich in dem Schweißdraht enthalten ist, sowie aus unvermeidbaren Verunreinigungen. !Tür die wesentlichen Elemente des abgeschiedenen Metalls wurden die oberen und unteren Grenzen ihrer jeweiligen Mengen aus folgenden Gründen bestimmt. In der folgenden Beschreibung werden die Prozentsätze der Elemente jeweils bezogen auf das Gewicht angegeben.

Nickel verleiht dem abgeschiedenen Metall gute Gleitfähigkeitseigenschaften. Beispielsweise ist im Falle einer Metallform für ein Preßformverfahren, die nach einem Auftrag-Schweißverfahren hergestellt wurde unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Schweißdrahts, die . Anwesenheit einer ausreichenden Menge an Ni in dem abgeschiedenen Metall auf der Formoberfläche sehr wirksam für eine starke Verringerung der Reibung zwischen · der Formoberfläche und einem Stahlblech, das in glei-' ■ tend em Kontakt mit der Formoberfläche gebracht wird, so daß der Preßformungsarbeitsgang erzielt werden kann, ohne daß der Nachteil eines Klemmens zwischen der Oberfläche der Form und dem Stahlblech oder des Zerkratzens d_es geformten Stahlblechs durch die Formoberfläche auftritt. Ist der Gehalt an Ni in dem abgelagerten Metall geringer als 4-0 %, so besteht die Möglichkeit, daß ein Metallblech, das in gleitendem Kontakt mit dem abgelagerten Metall gebracht wird, beträchtlich zerkratzt wird.

Silizium verbindet sich meist mit dem Nickel und Eisen unter Bildung von Siliziumverbindungen mit großer Härte

-ΛΗ-

und Verschleißfestigkeit, und trägt daher zur Erhöhung der Härte und Verschleißfestigkeit des abgeschiedenen Metalls."bei. Jedoch ist diese Wirkung kaum nennenswert ■und daher wird die Verschleißfestigkeit des abgeschie-. denen Metalls unzureichend, wenn der Gehalt an Si in dem abgeschiedenen Metall weniger als 3 °/° "beträgt. Die Härte des abgeschiedenen Metalls wird noch größer, wenn der Si-Gehalt über 8 % erhöht wird, jedoch bringt eine derartige Steigerung des Si-Gehalts keine große Erhöhung der Verschleißfestigkeit mehr mit sich und führt, was problematisch ist, dazu, daß das abgeschiedene Metall brüchig ist und Schweißrisse aufweisen kann.

Bor ist wirksam zur Erhöhung der Härte und der Verschleißfestigkeit des abgeschiedenen Metalls. Diese Wirkung wird voll entfaltet, wenn das abgeschiedene Metall mindestens 0,1 % B enthält und wird durch die gleichzeitige Anwesenheit von Kohlenstoff erhöht. Die obere Grenze für den B-Gehalt in dem abgeschiedenen Metall wird auf 0,4- % gesetzt, da eine weitere Zunahme des B-Gehalts das abgeschiedene Metall brüchig macht und Schweißrisse auftreten können, und darüber hinaus die Maschinenverarbeitbarkeit des abgeschiedenen Metalls beträchtlich verringert.

Niob macht die Struktur des abgeschiedenen Metalls feinkörnig und verringert stark die Möglichkeit der Bildung von Schweißrissen des abgeschiedenen Metalls. Diese Wirkungen werden voll entfaltet, wenn der Nb-Gehalt in dem abgelagerten Metall etwa 0,3 % erreicht. Jedoch führt die Anwesenheit von mehr als 1,8 % Nb in dem abgelagerten Metall zur Bildung von unerwünscht großen . Mengen an Verbindungen von Nb mit Ni oder B, was dazu führt, daß das abgeschiedene Metall äußerst hart und brüchig wird und Schweißrisse aufweisen kann.

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-Αδ

Kohlenstoff in dem abgeschiedenen Metall tritt teilweise in die legierte Matrix als ein Bestandteil fester Lösungen ein und kombiniert teilweise mit Fb und/oder B unter Bildung feiner Körner von Carbiden. Daher wird die Verschleißfestigkeit des abgeschiedenen Metalls beträchtlich erhöht, wenn der Gehalt an C. etwa 0,2 % erreicht. Diese Wirkung von C erhöht sich ^ wenn die Menge an C vergrößert wird, es ist jedoch ungünstig, den G-Gehalt über 1,5% hinaus zu erhöhen, da dies zu einem, übermäßigen Ansteigen der Mengen der vorstehend genannten Garbide und zu einer Vergrößerung der Cafbidkörner führt, so daß ein Metallblech, das in gleitendem Kontakt mit dem abgeschiedenen Metall gebracht wird, durch die Kanten der harten und großen Körner der Garbide zerkratzt werden kann.

Zirkonium weist die Wirkung auf, die Struktur des abgeschiedenen Metalls feinkörnig zu machen und verringert daher stark die Neigung des abgeschiedenen Metalls zu Schweißrissen. Ein derartiger Effekt von Zr wird besonders nennenswert, wenn der Gehalt an Zr in dem abgeschiedenen Metall etwa 0,01 % erreicht und erhöht sich mit steigendem Gehalt an Zr. .Jedoch ist die Anwesenheit von mehr als 0,2 % Zr in dem abgeschiedenen Metall ungünstig, da das abgeschiedene Metall die Neigung zur Brüchigkeit und zu Schweißrissen bekommenkann. Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß Zr einen ähnlichen Effekt aufweist, wie. Hb, das immer in einem erfindungsgemäßen Schweißdraht enthalten ist. Wird der Schweißdraht für das Auftragsschweißen auf relativ kleine Metallformen verwendet oder nur in schwach beanspruchten Regionen größerer Metallformen,

³^ so können Schweißrisse sicher verhindert werden durch die Anwesenheit der vorstehend beschriebenen Menge an Fb ohne den Zusatz von Zr. Soll jedoch der Schweißdraht zur Anwendung auf Metallformen großer Abmessungen

-AU-

dienen, die ein großes Ausmaß an natürlicher Kühlung nach dem Schweißen aufweisen oder für stark beanspruchte Regionen von Metallformen, so ist die Anwesenheit von Zr zusätzlich zu ITb sehr wirksam bei der Verhinderung von Schweißrissen mit der Bedingung, daß die Menge an Zr in dem abgeschiedenen Metall 0,2% nicht überschreitet.

■ Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, daß ein Hauptteil von Ni als eines der vorstehend beschriebenen wesentlichen Elemente des abgeschiedenen Metalls ursprünglich in der rohrförmigen Hülle des Schweißdrahts enthalten ist. In der Theorie ist es möglich, daß ein Teil der anderen legierenden Elemente Si, B, Fb und G und, falls gewünscht, Zr in einem Metallstreifen als Material für die Hülle 10 in einem mit ITi legierten Zustand enthalten sind. In der Praxis führt dies jedoch zu Schwierigkeiten bei dem Rohrbildungsvorgang zur Herstellung des Schweißdrahts und führt dementsprechend zu einer verringerten Produktivität und zu gesteigerten Herstellungskosten. Daher ist es bevorzugt, wenn die wesentlichen Elemente des abgeschiedenen Metalls außer Ni völlig in der Kernzusammensetzung 20 enthalten sind. Palis gewünscht, kann Zr ebenfalls in der Kernzusammensetzung 20 enthalten sein. Es ist möglich, daß die Hülle 10 die gesamte Menge an Ni, die in dem abgeschiedenen Metall enthalten sein soll, liefert, jedoch ist es in der Praxis zweckmäßiger und bevorzugt, einen Teil des Ni in die Kernzusammensetzung 20 zu fügen.

Was das Material der rohrförmigen Hülle 10 betrifft, so ist es möglich, entweder einen praktisch reinen Nicke!streifen zu verwenden, der mindestens 95 Gew.-% Ni enthält, oder einen kostengünstigeren Eisen-Nickel-Legierungsstreifen. Im letzteren Falle ist es bevorzugt,

wenn der Legierungsstreifen mindestens 50 Gew.—% Ni und als Rest Fe, abgesehen von unvermeidlichen Verunreinlgungen, enthält.

Unabhängig davon, ob das Material der Hülle 10 praktisch Ni allein oder Pe-Ni-Legierung ist, enthält die Kernzusammensetzung 20 folgende Mengen der verbleibenden legierenden Elemente, ausgedrückt als Prozentsatz des Gesamtgewichts einer Einheitslänge des Schweißdrahts: 3,3 bis 9,0 % Si, 0,12 bis 0,50 % B, 0,33 Ms 2,00 % Nb und 0,3 bis 2,0 % C. S¹Ur diese legierenden Elemente wurden die oberen und unteren Grenzen ihrer jeweiligen Mengen in der Kernzusammensetzungen so bestimmt, daß sie den vorstehenden Grenzen für die Zusammensetzung des abgeschiedenen Metalls entsprechen und auch im Hinblick auf die folgenden Ausführungen und unvermeidlichen Verlusten dieser Elemente während der Schweiß- · arbeitsgänge.

Die untere Grenze der Menge an Si in der Kernzusammensetzung ist auf 3,3 % des Gesamtgewichts einer Einheitslänge des Schweißdrahts gesetzt, um die Anwesenheit von mindestens 3 °/° Si i& dem abgeschiedenen Metall sicherzustellen. Außer der Wirkung der Erhöhung der Härte und der Verschleißfestigkeit des abgeschiedenen Metalls weist Si, das in der Kernzusammensetzung enthalten ist-, die Wirkung auf, daß die Fluidität bzw. Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls verbessert wird und dementsprechend das Aussehen der Schweißraupen und die Qualität der Schweißzonen. Für einen Schweißdraht zur Anwendung beim automatischen Schweißen ist eine gute Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls besonders günstig, cl_a in einem automatischen Schweißverfahren eine wesentlich größere Menge an abgeschiedenem Metall px*o Zeiteinheit erzeugt wird, als bei einem manuellen Schweißverfahren und daher eine Unzulänglichkeit der

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Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls zu einer unbefriedigenden Schweiß-Penetration in das Grundmetall führen kann. Jedoch ist es ungünstig, die Menge an Si in der Kernzusammensetzung über 9 % des Gesamtgewichts des Schweißdrahts hinaus zu erhöhen, da das abgeschiedene Metall brüchig wird und die Neigung zu Schweißrissen aufweisen kann.

Die Menge an B in der Kernzusammensetzung ist auf einen Bereich von 0,12 bis 0,50 % des Gesamtgewichts einer Einheitslänge des Schweißdrahts begrenzt im Hinblick darauf, den günstigen Effekt von B auf die Verschleißfestigkeit des abgeschiedenen Metalls zu sichern, ohne das abgeschiedene Metall zu brüchig zu machen, und ohne die Verarbeitungsfähigkeit des Schweißdrahts zu opfern. Aus einem ähnlichen Gesichtspunkt heraus ist die Menge an Nb in der Kernzusammensetzung auf den Bereich von 0,55 bis 2,0 % des Gesamtgewichts des Schweißdrahts begrenzt.

Kohlenstoff, der in der Kernzusammensetzung enthalten ist, dient nicht nur als ein legierendes· Element, sondem auch als ein stark desoxydierendes Mittel. In einem erfindungsgemäßen Schweißdraht, der keine iließmittelkomponente in seiner-garnzusammensetzung enthält, ist die Punktion von C als desoxydierendes Mittel besonders wichtig. Wenn die Menge an"C in der Kernzusammensetzung weniger als 0,5 % des Gesamtgewichts einer Einheitslänge des Schweißdrahts beträgt, so ist es zweifelhaft, ob der Gehalt an C in dem abgeschiedenen Metall die untere Grenze des angegebenen Bereichs erreicht, ■darüber hinaus ist es schwierig, defektfreie Raupen zu erzielen wegen der starken Neigung zu Gruben, Blaslöchern und der unzureichenden Schweiß-Penetration in das Grund -Metall. Beträgt andererseits die Menge an C in der Kernzusammensetzung mehr als 2,0 % des

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Gesamtgewichts des Schweißdrahts, so neigt das abgeschiedene Metall zur Verschlechterung seiner Anti-Reibungs- bzw. Gleitfähigkeitseigenschaften aufgrund der Anwesenheit überschüssig großer Mengen an Carbiden. Außerdem ist es im Falle der Verwendung eines Schweißdrahts mit einem derart hohen Kohlenstoffgehalt möglich, daß der Transfer des geschmolzenen Metalls zu dem Grund-Metall diskontinuierlich-wird, was dazu führt, daß keine kontinuierlichen Raupen guten Aussehens erhalten.werden.

Wird Zr zu der Kernzusammensetzung für den vorstehenden Zweck zugesetzt, so sollte die Menge an Zr in der Kernzusammensetzung 0,5 % des Gesamtgewichts einer Einheit slänge des Schweißdrahts nicht.überschreiten, da die Anwesenheit einer größeren Menge an Zr zu Schweißrissen führt, wie vorstehend erläutert. Außerdem erschwert die Anwendung einer derart großen Menge an Zr die Erzielung von Schweiß raupen mit gutem Aussehen, aufgrund der Verringerung der Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls und führt wegen der starken Affinität von Zirkonium für Sauerstoff zur Bildung von einer kaum entfernbaren Oxidschicht auf der Oberfläche der Raupen. Um sicherzustellen, daß das abgeschiedene Metall mindestens 0,01 Gew.-% Zr enthält, sollte die · Minimalmenge des gegebenenfalls verwendeten Zr in der Kernzusammensetzung etwa 0,03 °/° des Gesamtgewichts des Schweißdrahts betragen.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen .Elementen enthält die Kernzusammensetzung vorzugsweise Ni in einer Menge von. mindestens 10 % des Gesamtgewichts einer Einheitslänge des Schweißdrahts. Es ist zulässig, daß die Kernzusammensetzung zusätzlich eine gewisse Menge Pe enthält. Die Anwesenheit von Fe führt zu keinem Problem insofern ■ das abgeschiedene Metall, das durch

. diesen Schweißdraht erzielt wird, mindestens 40 Gew.-% Ni enthält.

Die Kernzusammensetzung 20 wird als ein pulverförmiges Gemisch hergestellt und in die rohrförmige Hülle 10 bei • der Bildung der Hülle 10 durch Aufrollen eines Metallstreifens gefügt. Die Querschnittsform eines erfindungsgemäßen Schweißdrahts ist nicht auf die in der Jig. 1 gezeigte Form "beschränkt. Wie aus der Pig. 2 ersichtlich ist, können die überlappenden Kantengebiete des Metallstreifens nach einwärts gefaltet sein, so daß sich ein axial erstreckender Grat 12 im Inneren der rohrförmigen Hülle 10 ergibt. Wie in'der Jig. 3"gezeigt, kann der Metallstreifen darüber hinaus in einem Gebiet .ziemlich entfernt von seinen Kanten gefaltet sein, so daß ein zusätzlicher Grat 14- in das Innere der rohrförmigen Hülle 10 hervorsteht und sich axial an der Hülle ' 10 erstreckt. Es versteht sich, daß die Querschnittsform des Schweißdrahts noch weiter unterschiedlich modifiziert werden kann. Die Querschnittsform wird ■ hauptsächlich im Hi:iblick auf die Walz- bzw. Rollfähigkeit des Metallstreifens gewählt, der als Material für die Hülle 10 verwendet wird, sowie im Hinblick auf ein gewünschtes Gewichtsverhältnis der Kernzusammensetzung 20 zu dem gesamten Schweißdraht und der Brauchbarkeit des Schweißdrahts bei automatischen Lichtbogenschweißarbeitsgängen. Im allgemeinen beträgt dasGewichtsverhältnis der Kernzusammensetzung 20 zu dem gesamten Schweißdraht etwa 40 bis 4-5 %, wenn der Schweißdraht die Querschnittsform der Pig. 1 aufweist und wird etwa 30 bis etwa 35 % für den Pail der Querschnittsform der Pig. 2 und etwa 20 bis etwa 25 % für den Pail der Pig.3.

Die folgenden Beispiele und Vergleichsversuche dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

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Beispiel 1

In diesem Beispiel wurde ein Nickelstreifen mit einer Breite von ΛΟ mm und einer Dicke von 0,25 mm als Material für die rohrförmige Hülle 10 eines Schweißdrahts gemäß der Erfindung verwendet. Die Tabelle I zeigt die Analysenergebnisse dieses Nickelstreifens.

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Tabelle I

Nickelhüllenmaterial (Gew.-%)

C Si Mn PS Fe Ni andere Verun-. reinigungen

0,0A- 0,06 0,28 0,003 0,002 0,04- Rest < 0,5

Als Beispiele 1A, 1B und 1C wurden drei Arten von Kernzusammensetzungen hergestellt durch Vermischen von pulverförmigen Rohmaterialien, so daß die legierenden Elemente in den.in der folgenden Tabelle II angegebenen Anteilen enthalten sind. In jeder Zusammensetzung waren Si, B, Nb und Zr in der Form ihrer jeweiligen Ferrolegierungen vorhanden und die Menge an Pe bezieht sich auf die Gesamtheit der Fe-Komponenten derartiger Ferrolegierungen. Jedes der Ausgangsmaterialien lag in der Form eines feinen Pulvers vor, das durch ein Sieb mit ■ Öffnungen von O,04J mm (325 mesh) ging. Unter Verwendung des vorstehenden Nickelstreifens und dieser drei Arten-von Kernzusammensetzungen jeweils allein wurden drei Arten von Schweißdrähten gemäß der.Erfindung in gleicher Weise hergestellt.

Die Querschnittsform dieser Schweißdrähte war wie in der Fig. 2 gezeigt. Für· jeden Schweißdraht betrug der äußere Durchmesser der rohrförmigen Hülle 10 3»2 mm und das Gewichtsverhältnis der Kernzürjanunensetxung zu

■-M -

dem gesamten Schweißdraht betrug etwa 34- %· I& der folgenden Tabelle I^ sind die Mengen der jeweiligen EIemente als Prozentsätze, bezogen auf das Gesamtgewicht einer Längeneinheit jedes Schweißdrahts, angegeben. In jeder Kernzusammensetzung wurde die Menge an ITi derart bestimmt, daß das Innere der Hülle gerade mit der Kernzusammensetzung ausgefüllt war.

BezuK 1

Als Bezug 1A wurde die Kernzusammensetzung des Beispiels 1A modifiziert durch Verringerung der Mengen an Si und C unter die unteren erfindunsgemäßen Grenzen. . · ■ Als Bezug 13 wurde die Kernzusammensetzung des Beispiels 1B modifiziert durch Erhöhen der Mengen an Si und C über die. oberen Grenzen gemäß der Erfindung hinaus. Die Mengen der legierenden Elemente in den Kernzusammen-Setzungen der Bezugsbeispiele 1A und 1B sind ebenfalls in der Tabelle II angegeben. Unter Verwendung dieser beiden Kernzusammensetzungen jeweils allein wurden zwei Schweißdrähte .gemäß der Erfindung hergestellt, in gleicher Weise wie die Schweißdrähte der Beispiele 1A bis 1C.

Tabelle II

Kernzusammensetzungen (Gew.-% des gesamten Schweißdrahts)

Elemente Bsp.1A Bsp.1B Bsp.10 Bezug 1A Bezug 1B

ITi	18	12	20	19	12
Si	4,8	9,0	3,5	3,0	10,0
B	0,3	0,5	0,12	0,3	0,3
Nb	1,2	2,0	0,33	1,2	1,2
C	1,0	1,8	0,5	0,2	2,3
Zr	0,05	0,3	0	0	0,35
Fe	.8,2	15,0	5,3	5,8	15,3

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Jeder der Schweißdrahte der Beispiele 1A, 1B und 1C und der Bezugsbeispiele 1A und 1B wurde in einem auto— . matischen Lichtbogenschweißarbeitsgang verwendet;, der in der Art des Auftragschweißens unter Bildung von sechs Raupen schichten auf der Oberfläche einer Kohlenstoff stahlplatte durchgeführt wurde. Die Schweißbedingungen sind im folgenden aufgeführt. Strominten- sität: 350-370. A. Polarität des Stroms: Der Schweißdraht wurde positiv geladen. Abschirmgas: Argongas,, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 l/min. Mir die. untersuchten Schweißdrähte sind die analytischen Werte der Zusammensetzungen der abgeschiedenen Metalle - in der Tabelle III angegeben. Die Probe zur Analyse jedes abgeschiedenen Metalls wurde von der äußersten Raupenschicht entnommen. Die Tabelle IiI-.enthält zusätzlich die Ergebnisse der Analyse der abgeschiedenen Metalle, die erhalten wurden mittels einer üblichen umhüllten Elektrode auf Ni-Basis und einer üblichen umhüllten Elektrode auf Fe-Basis zur Anwendung in einem abgeschirmten Metall-Lichtbogenschweißverfahren.

Iabelle III

Analyse des abgeschiedenen Metalls (Gevr.-%)

	C	Si	B "	Nb	Zr	*.j·*	Ni	Fe	An.de Andere
Bsp.iA	0.72	4.2	0.27	1.0	0.03	0.22	81.7	He st	o,5
Bsp.1B	1.44	7.9	0.40	1.71	0.16	-	72.6	He st	0,5
Bsp.tC	0.38	3.2	0,11	0.31	-	-	89-4	Hest	0,5
Bez.1A	0,16	2.8	0.24	1.14	88.2	He st	o>5
Bez. iß	1.60	9.4	0.26	1.06	71.1	Hest	0,5
Elektro de auf Ni-Basis	0.70	0.39	-	-	Rest -	5.36	1,0
Elektro de auf IPe-Basis	0.10	0.22	-	-	0.06	Hest	Cr, Mn, etc. ca. 5%

Die Härtewerte (Vickershärte , gemessen an fünf verschiedenen Punkten) der abgeschiedenen Metalle und der Zustand der Schweißraupen sind in der Tabelle IV zusammen mit den Ergebnissen der folgenden Untersuchungen angegeben.

Zur Bewertung der Verschleißfestigkeit und der Anti-Reibungseigenschaften des abgeschiedenen Metalls von jedem der Schweißdrähte der Beispiele 1A bis 1C und der Bezugsbeispiele 1A und 1-B und der vorstehenden umhüllten Elektroden wurde eine Kombination einer nach innen verlaufenden Form und einer Rohlingshalterung

zum Ziehen eines Stahlblechs in eine Tasse mit einem Außendurchmesser von 35 ™& und einer Höhe von

15 mm hergestellt, durch Durchführen eines Auftrags-Schweißarbeitsgangs auf die roh geformte Form und die Rohlingshalterung aus Gußeisen, unter Anwendung jedes Schweißdrahts oder jeder ummantelten Elektrode. Jeder Satz von Form und Rohlingshalterung wurde in einem aufeinanderfolgenden Zieh-Arbeitsgang zur Formung von 10 000 Tassen aus einem kaltgewalzten

"LO Stahlblech mit einer Dicke von 0,4 mm verwendet. Vor und nach dem Zieh-Arbeitsgang wurde die Oberflächenrauhheit jeder Rohlingshalterung in einem Gebiet, das in gleitendem Kontakt mit dem Stahlblech kam, auf eine Genauigkeit von 0,1 um gemessen, um die Verschleiß« festigkeit des abgeschiedenen Metalls darzustellen durch die Differenz des Oberflächen-Rauhheitswerts nach dem Zieh-Arbeitsgang und dem ursprünglichen Wert für die Oberflächenrauhheit. Die Ergebnisse sind in der Tabelle IV angegeben;

Die Anti-Reibungseigenschaft jedes abgeschiedenen Metalls wurde bewex'tet durch Messen der Tiefe winziger Kratzer, die an den zylindrischen äußeren Oberflächen der in der letzten Stufe des Zieh-Arbextsgangs für jedes Set von Form und Rohlingshalterung gebildeten Tassen auftraten. In der Spalte für die Anti-Eeibungseigenschaft in der Tabelle IV stellen die ·" Bewertungen A, B, C und D folgende Tiefen der Kratzer dar:

α weniger als 5/um . .

B mehr als einschließlich 3 P^--, jedoch weniger als 10 um

C mehr als einschließlich 10 Aim, jedoch weniger als 15/um

D mehr als einschließlich 15 /

Zu Vergleichszwecken betrug die Oberflächen-Sauhheit des Stahlblechs, das gezogen wurde, im Durchschnitt 3/um. Nicht nur die Formen der Bewertung A, sondern auch die Formen der Bewertung B wurden als geeignet für den praktischen Gebrauch bei üblichen Ziehvorgängen angesehen.

Tabelle IY Ergebnisse der Bewertungsuntersuchungen

Härte des Schweiß-■abgeschieraupen denen Metails (Hv)

Ver- Anti- Gesamtschleiß- reibe- bewerfestigeigen- tung
keit schaft

Bsp.IA 270-292

Bsp.IB 364-376

Bsp.1C 233-258

Bez.1A 229-238

Bez.1B 387-401

ab-

geschirte Elektrode
auf Ni-Basis

abge- 3O6-32O schirmte
Elektrode auf
i'e-Basis

ausgezeichnet

gut

ausgezeichnet

der Lichtbogen war instabil, Vertiefungen und Blaslöcher wurden festgestellt, unzureichende Penetration

mäanderförmige Raupen, diskontinuierli cher Transfer des geschmolzenen Metalls

gut

manchmal Schweißrisse

1,2yum A

0,8 mn.
1,8 xun

B
A.

3,8 yum

ausgezeichnet

gut

ausgezeichnet

schlecht

DIe Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen deutlich . die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Schweißdrähte, die eine ausreichende Menge an Ni zusammen mit gut ausgeglichenen Mengen an Si, B, Nb und C (und gegebenenfalls Zr) enthalten, im Vergleich mit üblichen Schweißmaterialien, insbesondere hinsichtlich der Verschleißfestigkeit und der Anti-Seibungseigenschaften des abgeschiedenen Metalls. Die Schweißdrähte gemäß der Erfindung sind auch gut verarbeitbar. Im I¹ alIe der Durchführung des vorstehend erwähnten Auftrags-Schweißarebtisgangs auf die Stahlplatte durch automatisches Lichtbogenschweißen unter Anwendung eines erfindungsgemäßen Schweißdrahts benötigte man nur die halbe Zeit für den vollständigen Schweißarbeitsgang im Vergleich mit dem IPaIl der Durchführung des gleichen Auftragsschweißens durch abgeschirmtes Ketall-Lichtbogenschweis— sen unter Verwendung der ummantelten Elektrode auf Ni-Basis oder Pe-Basis.

Beispiel 2

Basierend auf dem Beispiel IA wurde ein Versuch durchgeführt, um die Beziehung zwischen dem Gehalt an Nb in dem abgeschiedenen Hetall und der Härte des abgeschiedenen Metalls sowie die Wahrscheinlichkeit oder den Maßstab der Schweißrisse genauer zu bewerten. Das heißt, die Kernzusammensetzung des Beispiels IA wurde auf drei verschiedene Zusammensetzungen (Beispiele 2A, 2B und 2C, wie in der Tabelle V gezeigt) modifiziert durch Variieren der Nb-Menge innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen, ohne die Mengen an Si (4,8%), B (0,3 %), C (1,0 °/o) und Fe (etwa 8 %) zu ändern, jedoch unter Veglassung von Zr. Die Menge an Ni wurde entsprechend der variierten Menge an Nb leicht variiert. Zu Vergleichszwecken wurden zusätzlich zwei Zusammensetzungen (Bezug 2A und 2B) hergestellt durch Erhöhen und

Verringern der Nb-Menge über die erfindungs gemäß en Grenzen hinaus.

Schweißdrähte wurden hergestellt unter Verwendung dieser Kernzusammensetzungen jeweils einzeln gemäß dem Beispiel 1. Diese Schweißdrähte wurden unter Verwendung für das Auftragsschweißen, das in Beispielierwähnt wird, bewertet. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle V gezeigt.

■ tabelle V
Wirkungen von Nb

	lib im Schweiß draht (Gew.-%)	Kb im ab-r- geschiede nen Metall (Gew.~%)	Härte des • abgeschie- . denen Me talls (Ev)	Schweiß risse
Bsp.2A Bsp.2B Bsp.2C	0.50 1.50 . 2.0	0.43 1.23 1-70	250-265 295-305 302-314	keine keine keine
Bez. 2A Bez. 2B	0.30 2.3	0.27 1.84	240-264 294-318	einige beträchtliche

Aus der Tabelle V ist ersichtlich, daß bei einem Gehalt .von Fb in dem abgeschiedenen Metall von unter 0,3 % Schweißrisse auftraten, trotz der relativ geringen Härte des abgeschiedenen Metalls. Wenn der Gehalt an Kb in dem abgeschiedenen Metall mehr als 1,8 % betrug, wurde das abgeschiedene Metall zu hart und brüchig und es traten beträchtliche Schweißrisse auf. So bestätigte dieser Versuch die Eignung der Begrenzung des Hb-Gehalts des abgeschiedenen Metalls im Bereich von 0,3 bis 1,8 %.

Beispie.l 3 · - - ·

.5 Der Zweck dieses Beispiels liegt darin, die Wirkung des Nebeneinandervorliegens von Zr und Fb in dem abgeschiedenen Metall zu untersuchen. Neben der Große und der I'orm der Metallkörper, wie Metallformen, als Kriterium für die Auftragsschweißvorgänge wurden die Mengen der legierenden Elemente, unterschiedlich von ITi, in dem abgeschiedenen Metall als ein Faktor für die Entscheidung, ob Zr zugegeben werden soll oder nicht, angesehen«, Wenn also ein Schweißdraht gemäß der Erfindung relativ große Mengen an legierenden Elementen, unterschiedlich von Ni, wie im Falle des Beispiels'1B, aufweist, wurde der Zusatz von Zr als günstig angenommen.

Es wurden vier Arten von Kernzusammensetzungen (Beispiele 3A-3D) hergestellt durch leichtes Modifizieren der Kernzusammensetzung des Beispiels 1B und Variieren der Menge an Zr innerhalb des Bereichs von 0 % bis 0,3 % des Gesamtgewichts des Schweißdrahts, wie in der Tabelle VI gezeigt, und eine andere Kernzusammensetzung (Bezug 3) wurde hergestellt durch Erhöhen der Menge von Zr auf 0,35 %· Die Mengen der legierenden Elemente, unterschiedlich von Ni, wurden konstant gehalten (Si: 8 %, B: 0,4 %, Nb:' 2,0 %, C: 1,6 % und Fe: etwa 14 %). Die Menge an Ni wurde je nach der variierenden Menge des Zr variiert.

Schweißdrähte wurden hergestellt unter Verwendung dieser Kernzusammensetzungen jeweils einzeln gemäß Beispiel 1. Jede der Schweißdrahtproben, die so erhalten wurden, wurde in einem experimentellen Auftragsschweißarbeitsgang verwendet unter Bildung von zwei Schichten von drei Reihen Schweißraupen an der zylindrischen Oberfläche eines zylindrischen Blocks aus grauem Gußeisen (240 mm Durchmesser und I50 mm Länge). Die Eaupen wiesen

,soeine Breite von etwa 50 nun und eine Jüänge von etwa 120 mm auf. Mir jede Probe wurden die transversalen Haupenrisse, die an der äußeren Haupenschicht auftraten, gemessen, und stellten den Maßstab für die Schweißrisse durch den Anteil (Prozentsatz) der gemessenen Eaupen-Sißlänge zur Breite der Raupen dar. Das Ergebnis dieses Versuchs ist in der Tabelle VI und in der Fig. 4- gezeigt. Die Tabelle Vlenthält auch die Härtewerte der abgeschiedenen Metalle.

Tabelle VI
Wirkung von Zr

	Zr im Schweiß draht (Gew.-%)	Zr im ab geschiede nen Metall (Gew.-%)	Härte des abgeschiede nen Metalls (Hv)	•Schweiß risse
Bsp.3A	0	0	297-310	30%
Bsp.3B	0.02	0.01	304-318	0%
Bsp.3C	0.10	0.06	302-320	0%
Bsp.3D	0.30	0.19	323-349	0%
Bez. 3	. 0.35	0.24	320-338	95%

Die Verwendung des Schweißdrahts des Beispiels J>k führte zum Auftreten von Schweißrissen in einem Maßstab von etwa 50 °/° gemäß der vorstehenden Definition. Jedoch war es leicht Schweißrisse einer derartigen Größenordnung durch Vor erwärmen des Grundmetalls und Nacherwärmen der Schweißzone oder durch Hämmern der'Schweißzone zu verhindern, so daß der Schweißdraht des Beispiels $A auch als für die praktische Verwendung geeignet bewertet wurde. Aus der Tabelle VI und der Fig. 4- ist deutlich ersichtlich, daß Schweißrisse völlig verhindert werden

3.U.I

konnten, selbst wenn das Grundmetall Gußeisen ist, das Schweißrissen sehr zugänglich ist, wenn man "bewirkt, daß das abgelagerte Metall nicht mehr als 0,2 % Zr " .' zusätzlich zu einer entsprechenden Menge an Hb enthält. Venn jedoch der Gehalt an Zr in dem abgeschiedenen · Metall 0,2 % übersteigt, so tritt stark die Möglichkeit des Auftretens beträchtlicher Schweißrisse auf, wahrscheinlich da das abgeschiedene Metall sehr brüchig wird, insbesondere an den Grenzflächen zwischen den Kristallkörnern. Außerdem erschwert die Verwendung einer derart großen Menge an Zr die Bildung kontinuierlicher und gut aussehender Schweißraupen durch die Yerringerung der Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls und führt dazu, daß die Kaupenoberfläche mit einer dünnen Oxidschicht bedeckt ist, die sehr schwierig, zu entfernen ist, wodurch der Vorteil eines erfindungsgemäßen Schweißdrahts, daß keine Schlacke bei einem

.20 beliebigen Lichtbogenschweißverfahren unter Vervrendung dieses Schweißdrahts gebildet wird, verringert wird.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wurden erfindungsgemäße Schweißdrähte hergestellt unter Verwendung eines Fe-Ni-Legierungsstreifens, der kostengünstiger ist als der Nickelstreifen, der in den vorstehenden Beispielen als Material für die rohrförmige Hülle 10 verwendet wurde. Der Fe-Ni-Legierungsstreifen wies eine Dicke von 0,25 eüi und eine Breite von 10 mm auf. Die Tabelle VII zeigt. die Analysenergebnisse dieses Fe-Ni-Legierungsstreifens =

Tabelle VII

or .

Analyse des i'e-Wi-Gießmaterials (Gew.-%)

C Si Mn P S Ni Fe andere Ver-

unremxgung

0,06 0,14 0,61 0,012 0,012 58,'l Iteal < 0,8

V/ie 'in der folgenden Tabelle VIII gezeigt, wurden drei Arten von Kernzusammensetzungen gemäß der Erfindung (Beispiele 4A, 4B, 4C) und eine Kernzusammensetzung, die nicht der Erfindung entsprach (Bezug 4A), in gleicher Weise hergestellt wie die Kernzusammensetzungen der Beispiele 1A bis 1C bzw. des Bezugs 1A. Eine_weitere Kernzusammensetzung (Bezug 4B) wurde hergestellt als eine Modifikation der Kernzusammensetzung von Bezug 1B durch Ersatz der gesamten Menge an Ni in der Kernzusammensetzung von 1B durch eine entsprechende Menge an Pe.

Tabelle VIII

Kernzusammensetzungen (Gew.-% des gesamten Schweißdrahts)

20

25

30

Elemente	Bsp.^A	Bsp.4B	Bsp.iiC	Bez. Hk	Bez. kB
Ni	18	12	20	19	0
Si	4.8	9.0	3-5	'3.0	10.0
B	0.3	0.5	0.12	0.3	0.3
Nb	1.2	2.0	0.33	1.2	1.2
C	1.0	1.8	0.5	0.2	2.3
Zr	0.05 .	0.3	0	0	0.35
Fe	8.2	15.0	5.3	5.8	25.3

35

Schweißdrähte der im Beispiel 1 beschriebenen Bauart wurden hergestellt unter Verwendung des IPe-Ifi-LegierungsStreifens und der Kernzusammensetzung der Beispiele 4A bis 4C und der Bezugsbeispiele 4-A und 4B, jeweils einzeln. Diese Schweißdrähte wurden nach den

314.1 G

im Beispiel 1 beschriebenen Untersucliungsmeth.od.en untersucht. Zu Vergleichszwecken wurde in gleicher Weise eine übliche ummantelte Elektrode für das abgeschirmte Metalllichtbogenschweißen auf fe-Ni-"Basis untersucht. Die Ergebnisse sind in den Tabellen IX und X aufgeführt.

Tabelle IX '

Analyse des abgeschiedenen Metalls (Gew.-%)

	C	Si	B	Wb	Zr	Hi	J?e	andere
Bsp.4A	0,80	4,3	0,26	1,02	0,03	50,6	Rest	< 0,8
Bsp.4B	1,46	9,0	0,40	1,68	0,14	41,8	Ee st	< 0,8
Bsp. 40	0,40	3 Λ	0,10	0,30	-	60,2	liest	< 0,8
Bez.4A	0,14	2,7	0,24	1,12	-	^8,2	liest	< 0,8
Bez.4B	1,81	8,9	0,27	1,08	0,24	32,3	Rest	<0,8
umman
telte	0,32	0,82	—	—	—	52,9	Rest	<0,5
Elek
trode
auf
Fe-Hi-
Basis

Tabelle X

Ergebnisse der Bewertungsuntersuchungen.

Härte des abgeschiedenen Metalls (Hv)

Schweißraupen

Ver- Anti- Gesamtschweiß- reibe- bewerfestig- eigen- tung
keit schaft

Bsp.4A 282-299

Bsp.4B 374-383

Bsp.4C 262-287

Bez..4A 231-244

Bez.4B 396-413

umman- 1 52-164 telte
Elektrode
auf Fe-Ni-
Basis·

ausgezeichnet

gut

ausgezeichnet

der Lichtbogen war instabil, Vertiefungen und Blaslöcher wurden beobachtet, unzureichende Penetration

mäanderbildende Kaupen, d isko nt inui e rlicher Transfer des
geschmolzenen Metalls

gut

1,0 Aim

1,9/Um

2,4 ina

2,0

4,3/Om

B
A

ausgezeichnet

gut

ausgezeichnet

schlecht

Aus der Tabelle X ist ersichtlich, daß die Schweißdrähte der Beispiele 4A bis 40 gute Charakteristika, im allgemeinen gleich denen der Schweißdrähte der Bei-35 spiele 1A bis 1C (unter Verwendung von Hx-Hülle) zeigten. Der Schweißdraht des Bezugsbeispiels 4A war unterlegen im allgemeinen gleich dem Schweißdraht des Bezugsbeispiels 1A. Der Schweißdraht des Bezugsbeispiels 4B

war selbst dem Schweißdraht des Bezugsbeispiels 1B unterlegen, insbesondere hinsichtlich der Antireibungseigenschaften des abgeschiedenen Metalls. Außer der Verwendung übermäßig großer Mengen an Si und C wird die Verwendung von Fe-Pulver als volumeneinstellendes Material anstelle des Ni-Pulvers, verwendet im Bezugsbeispiel 1B, als ein Hauptgrund für-eine derartige Verschlechterung der Antireibungseigenschaften an- . gesehen. Dementsprechend wurde die Abhängigkeit der Antireibungseigenschaft des abgeschiedenen Metalls vom Gehalt an Ni genauer im folgenden Beispiel untersucht.

■■■_■".,

Beispiel j?

Eine Kernzusammensetzung gemäß der Erfindung wurde hergestellt unter Ersatz eines Teils des Ni-Pulvers, das in der Kernzusammensetzung des Beispiels 4-A (identisch mit Beispiel 1A) enthalten war, durch eine entsprechende Menge an Fa-Pulver, wie in der ,folgenden Tabelle .Xl gezeigt, ohne die Mengen der übrigen legierenden Elemente Si, B, Kb, G und Zr und des Fe, das in den Ferrolegierungen als Rohmaterialien für die legierenden Elemente enthalten waren, zu variieren. Als Bezugsbeispiele 5-k und 5B wurden zwei Kernzusammensetzungen im allgemeinen gleich hergestellt, jedoch wurde die Menge an Ni-PuIver weiter verringert und die Menge an .

Fe-Pulver weiter erhöht, wie in der Tabelle XI gezeigt.

Grundsätzlich in 'Übereinstimmung mit dem Beispiel A-wurden Schweißdrähte hergestellt unter Verwendung des Fe-Ni-Legierungsstreifens und der Kernzusammensetzungen des Beispiels 5 und der Bezugsbeispiele 5A und 5B jeweils einzeln und diese Schweißdrähte wurden nach den im Beispiel Λ beschriebenen Untersuchungsmethoden untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle XI aufgeführt.

Tabelle XI

Wirkungen von Hi

Ni und i^le in Ni im abgeschie- Anti- Bewer-

	der Kernzu- s ammens et zung (Gew.-96 des gesamten Schweißdrahts	denen Metall (Gew.-%)	.reibe- eigen- schaft	tung
	JTi Fe
Bsp.4A Bsp. 5	18 8,2 11 15	50,6 ' 43,9 ·	A B	ausge zeichnet gut
Bez.5A Bez.5B	7 20 O 25,3	38,7 52,3	D D	schlecht schlecht

Durch .Beobachtung unter dem Mikroskop bestätigte es sich, daß in dem abgelagerten Metall, das von jedem dieser Schweißdrähte abgegeben wurde, die Korngrößen der Carbide nicht so groß waren, daß sie ein Zerkratzen eines Stahlblechs bewirkten, das in gleitendem Kontakt mit dem abgeschiedenen Metall während eines Preßformungsverfahrens gebracht wurde.

Wie durch die in der Tabelle XI gezeigten experimentellen Ergebnisse veranschaulicht, weist das durch einen erfindungsgemäßen Schweißdraht abgeschiedene Metall gute Antireibungseigenschaften zusammen mit einer hohen Verschleißfestigkeit auf, solange der Ni-Gehalt in dem abgeschiedenen Metall nicht geringer als 40 Gew.-% ist, selbst wenn das abgeschiedene Metall eine relativ große Menge an Fe enthält.

.O

3 .U .1053

•3a-

In den vorstehenden Beispielen waren die Gegenstände für das Auftrags schweiß en unter "Verwendung eines erfindungsgemäßen Schweißdrahts meistens Gußeisenkörper in der Form von Metallformen für Preßformungsverfahren oder verwandte Metallteile, dies stellt jedoch keine Einschränkung dar. Ein erfindungsgemäßer Schweißdraht ist auch brauchbar für das Auftragsschweißen auf ver~ schiedene Typen von Metallteilen, die aus verschiedenen eisenhaltigen Materialien unterschiedlich von Gußeisen hergestellt sein können, und bietet Vorteile in jedem Falle. Die ausgezeichneten Eigenschaften der Schweißdrähte der Beispiele 1 bis 5 blieben unverändert, wenn die Querschnittbauweise der Schweißdrahte zu der entweder der Fig. Λ oder Fig. 3 modifiziert "wurde.

Leerseite

Claims

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER

European patent attorneys

A. GRÜNECKER. or_-.ng OR H. 'KINKELDEY, opu-in

OR W. STOCKMAIR. QPL-i

DR K SCHUMANN, of^-p P H. JAKOB, σ«, inö DR G. BEZOLD. oa c W. MEISTER. OPU-ING H. HILGERS. opl-ins DR Ή. MEYER-PLATH.

NISSAK MOTOR CO., LTD.

No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku Yokohama City, Japan

8000 MÜNCHEN 22

MAXIMIIJ ANSTRASSE 43

P 16 6?0 15- Oktober 1981

Schweißdraht für das automatische Lichtbogenschweißen

Pat ent anspräche . ■ ;

Schweißdraht für das automatische Lichtbogenschweißen, bestehend aus einer kontinuierlichen rohrförmigen Metallhülle (10) und einer Kernzusammensetzung (12), die in das Innere der Hülle gefüllt ist und enthaltend derartige Mengen an Ii, Si, B, Nb und C als wesentliche legierende Elemente, daß das abgeschiedene Metall, das von dem Schweißdraht abgegeben wird, mindestens A-O Gew.-% Ni, J bis 8 Gew.-% Si, 0,1 bis 0,4 Gew.-% B, 0,3 bis 1,8 Gew.-% Nb und 0,2 bis 1,5

15 Gew»-% C enthält.
2. Schweißdraht nach Anspruch 1, in dem der Eest des abgelagerten Metalls aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

i ccnw (O παι OS 3H β

TELEX 05-50380

TELEGRAMME MONAPAT''
3- Schweißdraht nach. Anspruch 1 oder 2, enthaltend .

darüber hinaus eine derartige Menge an Zr, daß das abgeschiedene Metall bis zu 0,20 Gew.-% Zr enthält.
4. Schweißdraht nach Anspruch 3> in. dem der Rest des abgeschiedenen Metalls aus Pe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

" .
5- Schweißdraht nach Anspruch. 1, 2, 3 oder 4-, in dem. die Menge an Ni, die in dem Schweißdraht enthalten ist, mindestens 4-2 % des Gesamtgewichts einer Längeneinheit des Schweißdrahts beträgt.
6. Schweißdraht nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 1 bis 4, in dem das Material der Hülle mindestens 50 Gew.-% ITi enthält.
7- Schweißdraht nach Anspruch 6 oder einem der Ansprüche Λ bis 5i in clem die Kernzusammensetzung ■ Si,. B, Wo bzw. C in folgenden Proaentiaengen, bezogen auf das Gesamtgewicht, einer Längeneinheit des Schweißdrahts enthält:

Si 3,3 bis 9,0 %; .
B 0,12 bis 0,50 %\
Fb 0,33 bis 2,0 %; und
C 0,3 bis 2,0 %.
8. Schweißdraht nach Anspruch 7 oder einem der Ansprüche Λ bis 6, in dem die Kernzusammensetzung darüber hinaus Zr in einer Menge von nicht größer als 0,3 % des Gesamtgewichts einer Längeneinheit des Schweißdrahts enthält.
9· Schweißdraht nach Anspruch 6. oder 7 oder einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, in dem die Kern- · zusammensetzung darüber hinaus Ni in einer Menge von nicht geringer als 10 %des Gesamtgewichts einer Längeneinheit des Schweißdrahts enthält.
10. Schweißdraht nach Anspruch 8 oder einem der übri- · gen vorhergehenden Ansprüche, in dem der Rest der

. Kernzusammensetzung aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
11. Schweißdraht nach Anspruch 10 oder einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, in dem das Material der Hülle mindestens 95 Gew.-% Ni enthält.
12. Schweißdraht nach Anspruch 10 oder einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, in dem das Material der Hülle im wesentlichen aus 50 his 60 Gew.~% Ni und zum Rest aus Fe besteht.
15- Schweißdraht nach Anspruch 7 oder einem der übri-' gen vorhergehenden Ansprüche, in dem die Kernzusammensetzung in der Form eines pulverförmiger Gemisches vorliegt. ·
14-. Schweißdraht nach Anspruch 7 oder einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, in dem das Verhältnis ■ des Gewichts der Kernzusammensetzung zum Gesamtgewicht einer Längeneinheit des Schweißdrahts im" Bereich von 20 : 100 bis 4-5 : 100 liegt.

3ΗΊ053
15- Schweißdraht nach. Anspruch. 1 oder einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, in dem die Hülle aus einem Metallstreifen geformt ist, der zylindrisch aufgerollt ist, derart, daß eine der zwei gegenüberliegenden Seitenkantenzonen des Streifens die andere Seitenkantenzone überlappt und die Kernzusammensetzung in der Form eines pulverförmigen Gemischs vorliegt.·
16- Schweißdraht nach Anspruch'15* in dem das Gewichtsverhältnis der !garnzusammensetzung zum Gesamtgewicht einer Längeneinheit des Schweißdrahts im Bereich von 40 : 100 bis 45 : 100 liegt.
17- Schweißdraht nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 14, bei dem die Hülle aus einem Metallstreifen gebildet ist, der im allgemeinen zylindrisch aufgerollt ist, derart, daß zwei gegenüberliegende Seitenkantenzonen des Streifens in engem Kontakt miteinander· gebracht werden und nach innen gefaltet werden, so daß sie einen Grat (12) bilden, der in das Innere der Hülle hervorsteht ' und sich axial längs der Hülle erstreckt, und daß die Kernzusammensetzung in der Form eines pulverförmigen Gemischs vorliegt.
18. Schweißdraht nach Anspruch 17, bei dem das Gewichtsverhältnis der Kernzusammensetzung zum Gesamtgewicht einer Längeneinheit des Schweißdrahts im Bereich von 50 : 100 bis 55 : 100 liegt.
19. Schweißdraht nach Anspruch 17 oder 18, in dem der Streifen zusätzlich nach innen in einer Zone gefaltet ist, die sich von den beiden Seitenkantenzonen entfernt befindet, derart, daß die zusätzlich gefaltete Zone einen weiteren Grat (14) bildet, der in

3141

das Innere der Hülle hervorsteht und sich axial längs der Hülle erstreckt. 5
20. Schweißdraht nach Anspruch 19, bei dem das Gewichts verhältnis der Kernzusammensetzung zum Gesamtgewicht einer Längeneinheit des Schweißdrahts im Bereich von 20 : 100 his 25 : 100 liegt.. 10