DE3242804A1

DE3242804A1 - Umhuellte schweisselektrode auf nickel-basis

Info

Publication number: DE3242804A1
Application number: DE19823242804
Authority: DE
Inventors: Edward R. 21146 Saverna Park Gamberg, Md.; Paul A. 11724 Cold Spring Harbor N.Y. Kammer
Original assignee: Eutectic Corp
Current assignee: Eutectic Corp
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1983-06-01
Also published as: FR2516833A1; AU552034B2; DE3242804C2; IN158956B; MX159786A; FR2516833B1; US4426428A; GB2109823B; BR8206367A; GB2109823A; CA1176121A; AU8865082A; JPS5890393A; JPH033557B2

Description

Umhüllte Schweisselektrode auf Nickel-Basis

Die vorliegende Erfindung betrifft eine umhüllte Schweiss- ;

elektrode auf Nickel-Basis bestehend aus einem Kern und >

einer darauf aufgebrachten Hülle aus mit Metallpulver ver- ;.

setztem Flussmittel.

Derartige isur Herstellung eines Schweissgutes im Lichtbogen- ' Schweissverfahren abschmelzbare Elektroden sind bekannt und . -weisen im allgemeinen einen aus einer Metallegierung bestehenden Kern sowie eine im wesentlichen aus Flussmittel bestehende Hülle auf» Schweissstäbe aus Metallegierungen zum Lichtbogenschweissen von hitzebeständigen Legierungen sind beispielsweise aus Nickel-Basis-Legierungen aufgebaut, wie sie im "ASM Metals Handbook" 8. Auflage (1971)Band 6 mit dem Titel "Welding and Brazing", Seite 284, angegeben sind* Insbesondere sind die in Tabelle 6 angegebenen Nickel-Basis-Legierungen zu erwähnen,, welche unter anderem als ENiCrFe-2, ERNiCr-3, ERNiCrFe-5, ERNiCrFe-6, Inconel 601 und Inconel 62 5, bezeichnet sind, wobei Inconel eine Handelsmarke für Wickel-Basis-Legierungen mit Cr und Fe ist, Ausser Ni, Cr, Fe enthalten die erwähnten Legierungen einen oder mehrere Legierungsbestandteile wie Mn, Si, Nb und/oder Ta etc. Die Verwendung solcher Legierungen als Schweissstäbe ist auf Seite 283 der erwähnten Veröffentlichung im Zusammenhang mit dem Verschweissen von,unter anderem,Ni-Cr-Fe-Legierungen miteinander,erwähnt.

Hinsichtlich Flussmittel-umhüllter Schweissstäbe sind die US-Patentschriften Nr. 2,839,433 und 3,211,582 zu erwähnen, wobei die letztere eine Äuftragselektrode betrifft, die einen Kern aus Chromlegierungsstahl und eine Hülle aus mit Metallpulver versetztem Flussmittel aufweist. Die Metallpulver der Hülle ergeben mit der Stahllegierung des Kerns beim Auftragen auf ein Metallsubstrat eine harte Beschichtung.

BAD ORIGINAL

- C-

Ein Nachteil des Arbeitens mit einem Flussmittel-umhüllten Nickel-Basis/Chrom/Eisen-Kernstab ist die für eine solche Legierung charakteristische niedrige Auftragsleistung. Die Herstellung eines Legierungsstabes oder-drahtes ist zudem teuer und ferner erlauben die üblicherweise damit verbundenen Flussmittel nur jeweils entweder Gleichstrom- oder Wechselstrom-Speisung, nicht aber beide. Die Abschmelzoder auftragsleistung ist in Anwendungsgebieten, in denen eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit gewünscht wird, von besonderer Bedeutung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schweisselektrode zu schaffen, die im Lichtbogen-Schweissverfahren die Erzeugung einer Nickel-Basis-Legierung als Schweissgut bei hoher Fertigungsgeschwindigkeit erlaubt, wobei ferner sowohl Gleichstrom-als auch Wechselstrom-Speisung verwendet werden kann. Die als Schweissgut gebildete Nickel-Basis-Legierung soll dabei eine Nickel-Chrom-Eisen-Legierung sein.

Dies wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Zusammensetzung der Schweisselektrode erreicht. Spezielle Ausführungsformen der erfindungsgemässen Schweisselektrode sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Lichtbogen-Schweisselektrode gemäss der Erfindung und

Figur 2 ein Querschnitt durch die Elektrode in der Ebene 2-2 von Figur 1.

-α α η ORIGINAL

Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Schweisselektrode 10 weist einen Kernstab 12 aus Nickel auf, der mit einer Hülle aus mit Metallpulver versetztem Flussmittel versehen ist. Die Anordnung der Hülle ist insbesondere aus dem Querschnitt von Figur 2 ersichtlich.

Gemäss einem speziellen Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemässe Schweisselektrode aus einem Kerndraht oder-stab aus Nickel von etwa 3,2 mm Durchmesser hergestellt, auf den eine auf diesem haftende Hülle aus wit Metallpulver versetztem Flussmittel aufgebracht wird» Der Draht oder Stab macht 50 Gewichtsprozent der Schweisselektrode aus.

Die Hülle weist die folgenden Bestandteile auf, die jeweils in Gewichtsprozent der Hülle angegeben sind ;

Titandioxid	23,0
Kalziumfluorid	11,50
Eisenkarbonat	1,95
Kalziumkarbonat	2,85
Kalzium-Magnesium-Karbonat	4,0
Chrom	24,7
Mangan	5,75
Molybdän	2,25
Niob	3,45
Eisen	12,65
Nickel	3,45
Graphit	0,20
Tonerde	2,05
Andere Extrusionshilfsstoffe	2,20

Die neben Tonerde verwendeten anderen Extrusionshilfsstoffe sind organische Stoffe, insbesondere Stärke und/oder Alginate. Es ist zu bemerken, dass die Metallbestandteile der Hülle als Legierungen, insbesondere als Eisenlegierungen vorliegen können.

BAD ORIGINAL

Die genannte Hülle enthält ferner Bindemittel in einem Anteil von einem Gewichtsteil Bindemittel pro 7 Gewichtsteile Trockenmasse des Flussmittels. Das Bindemittel hat folgende Zusammensetzung :

Kaliumkarbonat	6,	00
Kaliumsilikat	55	,50
Kaliumhydroxid	3,	00
Natriumsilikat	27	,50
Wasser	8,	00

Die Trockenmasse des Flussmittels der obigen Zusammensetzung ergibt 43,30 Gewichtsteile, welche daher etwa 6,2 Gewichtsteile Bindemittel erfordern.

Das damit erzeugte Schweissgut in Form einer Nickel-Basis-Legierung enthalt je nach den Verlusten während des Schweissvorgangs z.B. infolge Oxydation ungefähr 15-17 % Cr, 2-4 % Mn, 1-2,5 % Mo, 1,5-2 % Nb, 8-9 % Fe und als Rest Nickel.

Eine typische Schweissgut-Ablagerung wird mit Hilfe der obigen Schweisselektrode so erzeugt, dass man die Schweisselektrode in elektrischen Kontakt mit dem Werkstück bringt, welches zum Beispiel ein Substrat aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung ist, und einen Lichtbogen durch leichtes Anheben der Schweisselektrode bis zu einer geeigneten Lichtbogenstrecke bildet, wobei die Schweisselektrode durch die vom Lichtbogen erzeugte Hitze zum Schmelzen gebracht wird. Für die genannte Schweisselektrode, in der der Nickelkern einen Durchmesser von etwa 3,2 mm besitzt, beträgt die Spannung bei Gleichstromspeisung ungefähr 25 V und der Strom ungefähr 140 A.

In einem Fall, in dem der Kern der Schweisselektrode die gleiche Zusammensetzung aufweist wie das Schweissgut, liegt

die Auftragsleistung unter den obigen Bedingungen im allgemeinen im Bereich von etwa 0,9 bis 1/13 kg/h. Wenn der Kerndraht die gleiche Zusammensetzung wie aas Schweissgut besitzt, wird ein niedriger er Schweissstrom verv/endet, um ein überhitzen der Elektrode zu vermeiden, wobei ein Teil der Elektrode nicht verwendbar ist und daher zu hohen Elektrodenrest-Verlusten führt . Die Auftragsleistung für eine Elektrode von 3,2 mm Kerndurchmesser, in welcher der Kern die gleiche Zusammensetzung hat wie das Schweissgut, liegt im Bereich 1,01 bis 1,13 kg/h, bei etwa 23 V und 110 L

Es ist ferner festzustellen, dass viele andere Kernstäbe von gleicher oder sehr ähnlicher Zusammensetzung wie diejenige des Schweissguts ebenfalls zu einer überhitzung neigen und daher hinsichtlich des maximalen Schweissstromes_/ welcher verwendet werden kann, beschränkt sind. Es ist demnach möglich/ einen Kerndraht oder-stab zu verwenden, dessen Zusammensetzung im wesentlichen der Haupt-Metallkomponente des gewünschten Schweissguts entspricht und als Legierungselemente Metalle aus der Elektrodenhülle, um eine Elektrode zu schaffen, die bei höheren Schweissströmen verwendet werden kann und daher eine erhöhte Auftragsleistung ermöglicht (wenn die Haupt-Metallkomponente einen niedrigeren elektrischen Widerstand aufweist als die Legierung selbst).

Bei Verwendung der Schweisselektrode gemäss der Erfindung lässt sich andererseits, unter geeigneten Bedingungen, eine wesentlich höhere Auftragsleistung erreichen. Diese kann beispielsweise im Bereich von 1,58 bis 1,69 kg/h liegen.

Die Schweisselektrode gemäss der Erfindung besitzt ferner den Vorteil, dass sowohl Gleichstrom wie Wechselstrom zur Speisung verwendet werden können. Das η-it dieser Elektrode erzeugte Schweissgut zeichnet sich durch eine gute Zugfestig-

BAD ORIGINAL

ke.lt aus, wobei beispielsweise eine Nennzugfestigkeit von

ungefähr 6600kg/cm erreicht wird, und besitzt eine ausgezeichnete Duktilität, die sich aus der prozentuellen Dehnung bzw. Dehnbarkeit ergibt, die beispielsweise 35 % beträgt.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Ansprüchen und im Beispiel angeführten spezifischen Angaben und Werte beschränkt sondern es fallen auch sinngemässe Änderungen und Abweichungen in den Rahmen des Erfindungsgedankens.

' ^: BAD ORIGINAL

Claims

EUTECTIC CORPORATION, Flushing,, USA

!Patentanspruch e

ί Ii Umhüllte Schweisselektrode auf Nickel-Basis bestehend aus einem Kern und einer darauf aufgebrachten Hülle aus mit Metallpulver versetztem Flussmittel, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Nickel besteht und 40-50 Gewichtsprozent der gesamten Elektrode darstellt, dass die Hülle 60-50 Gewichtsprozent der gesamten Elektrode darstellt und, in Gewichtsprozent,
als Flussmittel

als Metallpulver

18-30 % Titandioxid 8-15 % Kalziumfluorid 1-3 % Eisenkarbonat 1,5-4 % Kalziumkarbonat 2-6 % Kalzium-Magnesium-Karbonat, 20-30 % Chrom 3-8 % Mangan 1-4 % Molybdän 1-5 % Niob 8-18 % Eisen 0-6 % Nickel»

BAD ORIGINAL

sowie

bis zu 1 % Graphit und als Extrusionshilfsstoffe

1-4 % Tonerde und 1-5 % organische Hilfsstoffe

enthält, wobei das Flussmittel der Hülle mit einem Bindemittel im Gewichtsverhältnis Trockenmasse zu Bindemittel von 5:1 bis 10:1 gemischt ist, und dass der Metallpulvergehalt der Hülle im Verhältnis zum Nickelkern der Elektrode ein Schweissgut ergibt, welches unter Berücksichtigung der durch Oxydation entstehenden Metallverluste, in Gewichtsprozent weniger als 0,25 % Kohlenstoff 10-20 % Chrom 5-12 % Eisen 0,5-2,5 % Niob bis zu 1 % Silizium

2-5 % Mangan bis zu 5 % Molybdän und als

Rest im wesentlichen Nickel enthält.

2. Schweisselektrode nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle, in Gewichtsprozent, als Flussmittel

als Metallpulver

21-25 % Titandioxid 10-14 % Kalziumfluorid 1,5-2,5 % Eisenkarbonat 2-3,5 % Kalziumkarbonat 3-5 % Kalzium-Magnesium-Karbonat 23-27 % Chrom 5-7 % Mangan 1,75-3,5 % Molybdän 2,75-4,5 % Niob 10-15 % Eisen 0-4,5 % Nickel

O Λ

a Q

ο οο

sowie

bis zu 0,75 % Graphit und als Extrusionshilfsstoffe

1-3 % Tonerde und 1-4 % organische Hilfsstoffe aus

der Gruppe der Stärken und Alginate enthält, wobei das Flussmittel der Hülle mit einem Bindemittel im Gewichtsverhältnis Trockenmasse su Bindemittel von 6:1 bis 8sl gemischt ist, und dass der Metallpulvergehalt der Hülle im Verhältnis zum Nickelkern der Elektrode ein Schweissgut ergibt, welches unter Berücksichtigung der durch Oxydation entstehenden Metallverluste, in Gewichtsprozent,

weniger als 0,15 % Kohlenstoff

14-18 % Chrom

8-12 % Eisen

0-2,5 % Niob

bis zu 0,75 % Silizium

2-4 % Mangan

bis zu 4 % Molybdän und als

Rest im wesentlichen Nickel enthält.

3. Schweisselektrode nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel, in Gewichtsprozent,

2-10 % Kaliumkarbonat, 40-70 % Kaliumsilikat, 1-6 % Kaliumhydroxid 20-35 % Natriumsilikat und

0-15 % Wasser enthält.
4. Schweisselektrode nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel, in Gewichtsprozent

4-8 % Kaliumkarbonat 45-65 % Kaliumsilikat

1-4 % Kaliumhydroxid 22-33 % Natriumsilikat und

0-12 % Wasser enthält.