DE3242804C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Lichtbogen-Schweißen eines Werkstücks mit einer umhüllten Schweißelektrode mit einem Nickelkern und einer Hülle aus einem Metallegierungspulver und einem Flußmittel.

Es sind Schweißelektroden zum Lichtbogen-Schweißen von hitzebeständigen Legierungen bekannt, die aus Nickel-Basis-Legierungen aufgebaut sind, wie sie im "ASM Metalls 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 u. a. als ENiCrFe-2, ERNiCrFe-5, ERNiCrFe-6, Inconel 601 und Inconel 625, bezeichnet sind, wobei Inconel eine Handelsmarke für Nickel-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 u. a. Ni-Cr-Fe-Legierungen miteinander, erwähnt.

Hinsichtlich Flußmittel-umhüllter Schweißstäbe sind die US-Patentschriften Nr. 28 39 433 und 32 11 582 zu erwähnen, wobei die letztere eine Auftragselektrode 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.

Aus der DE-AS 14 83 466 ist eine Schweißelektrode bekannt, mit der ein Schweißgut niedergelegt werden kann, das in Gewichtsprozent folgende Zusammensetzung aufweist:

C|0,1
Cr	10 bis 25
Fe	10
Nb	1,5 bis 1,8
Si	1
Mn	0,2 bis 4,5
Mo	5
Ni	Rest, wobei Nb+2 Mo 3,5

sind. Der Kern der bekannten Elektrode besteht aus einer Nickel-Eisen-Legierung. Die Hülle setzt sich aus einem Flußmittel aus 15-50 Gew.-% Kalziumkarbonat und/oder Magnesiumkarbonat sowie 2-50% Kalzium- oder eines anderen Fluorids, einem Metall-Legierungspulver, das bis zu 30% Eisen, 10-25% Molybdän, 8-20% Niob, 8-20% Wolfram, 0-15% Vanadium und 0-25% Kobalt enthält, 2-15% eines Desoxydations- und Entschwefelungsmittels sowie 0-5% eines Flußmittels zusammen.

Ferner geht aus der DE-AS 12 96 930 eine Schweißelektrode mit einem Kern und einer Hülle, die 20-40 Gew.-% der Elektrode ausmacht, hervor. Der Kern besteht aus 20-25% Chrom und bis 2% Titan oder bis 1% Aluminium und Nickel als Rest, und die Hülle aus 10-35% Titandioxid, 5-30% Mangankarbonat, 15-40% Alkalikarbonate, bis 20% Mangan, bis 25% Wolfram, bis 25% Molybdän, bis 35% Niob, bis 30% Eisen, bis 5% Formpreßhilfen und 10-35% Kryolith als Rest, wobei die Elektrode stets bis 4% Molybdän und stets bis 3% Wolfram enthält.

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 Abschmelz- oder Auftragsleistung ist in Anwendungsgebieten, in denen eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit gewünscht wird, von besonderer Bedeutung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Lichtbogen-Schweißen anzugeben, das die Erzeugung einer Nickel-Basis-Legierung als Schweißgut bei hoher Fertigungsgeschwindigkeit erlaubt, wobei ferner sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstromspeisung verwendet werden kann. Die als Schweißgut gebildete Nickel-Basis-Legierung soll dabei eine Nickel-Chrom-Eisen-Legierung sein.

Dies wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren erreicht. Spezielle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

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

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Lichtbogen-Schweiß­ elektrode gemäß der Erfindung und

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

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Schweißelektrode 10 weist einen Kernstab 12 aus Nickel auf, der mit einer Hülle 11 aus mit Metallpulver versetztem Flußmittel versehen ist. Die Anordnung der Hülle ist insbesondere aus dem Querschnitt von Fig. 2 ersichtlich.

Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Schweißelektrode aus einem Kerndraht oder -stab aus Nickel von etwa 3,2 mm Durchmesser hergestellt, auf den eine auf diesem haftende Hülle aus mit 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.

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 Gewichts­ teile Bindemittel erfordern.

Das damit erzeugte Schweißgut in Form einer Nickel-Basis- Legierung enthält je nach den Verlusten während des Schweiß­ vorgangs 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 Schweiß­ elektrode im 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 Licht­ bogenstrecke 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 all­ gemeinen im Bereich von etwa 0,9 bis 1,13 kg/h. Wenn der Kerndraht die gleiche Zusammensetzung wie das Schweißgut besitzt, wird ein niedrigerer Schweißstrom verwendet, um ein Überhitzen der Elektrode zu vermeiden, wobei ein Teil der Elektrode nicht verwendbar ist und daher zu hohen Elek­ trodenrest-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 A.

Es ist ferner festzustellen, daß viele andere Kernstäbe von gleicher oder sehr ähnlicher Zusammensetzung wie diejenige des Schweißgutes 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 Schweißgutes 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, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, besitzt ferner den Vorteil, daß sowohl Gleichstrom wie Wechselstrom zur Speisung verwendet werden können. Das mit dieser Elektrode er­ zeugte Schweißgut zeichnet sich durch eine gute Zugfestig­ keit aus, wobei beispielsweise eine Nennzugfestigkeit von ungefähr 647,24 MPa erreicht wird, und besitzt eine ausgezeichnete Duktilität, die sich aus der prozentuellen Dehnung bzw. Dehnbarkeit ergibt, die beispielsweise 35% beträgt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Lichtbogen-Schweißen eines Werkstückes mit einer umhüllten Schweißelektrode aus einem Kern, der aus Nickel besteht, und einer darauf aufgebrachten Hülle, wobei der Kern 40-50 Gew.-% und die Hülle 60-50 Gew.-% der gesamten Elektrode ausmacht und für die Hülle in Gewichtsprozent, als Flußmittel 18-30% Titandioxid
8-16% Kalziumfluorid
1-3% Eisenkarbonat
1,5-4% Kalziumkarbonat
2-6% Kalzium-Magnesium-Karbonat,als Metallpulver20-30% Chrom
3-8% Mangan
1-4% Molybdän
1-5% Niob
8-18% Eisen
0-6% Nickel,sowie bis zu 1% Graphit undals Extrusionshilfsstoffe1-4% Tonerde und
1-5% organische Hilfsstoffeverwendet werden, wobei das Flußmittel mit einem Bindemittel im Gewichtsverhältnis Trockenmasse zu Bindemittel von 5 : 1 bis 10 : 1 gemischt ist, und wobei mit der Elektrode ein Schweißgut erzeugt wird, welches unter Berücksichtigung der durch Oxydation entstehenden Metallverluste, in Gewichtsprozentweniger 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. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hülle, in Gewichtsprozent, als Flußmittel 21-15% Titandioxid
10-14% Kalziumfluorid
1,5-2,5% Eisenkarbonat
2-3,5% Kalziumkarbonat
3-5% Kalzium-Magnesium-Karbonatals Metallpulver23-27% Chrom
5-7% Mangan
1,75-3,5% Molybdän
2,75-4,5% Niob
10-15% Eisen
0-4,5% Nickelsowiebis zu 0,75% Graphit undals Extrusionshilfsstoffe1-3% Tonerde und
1-4% organische Hilfsstoffe aus der Gruppe der Stärken und Alginateverwendet werden, wobei das Flußmittel der Hülle mit einem Bindemittel im Gewichtsverhältnis Trockenmasse zu Bindemittel von 6 : 1 bis 8 : 1 gemischt ist, und wobei mit der Elektrode ein Schweißgut erzeugt wird, welches unter Berücksichtigung der durch Oxydation entstehenden Metallverluste, in Gewichtsprozent,weniger als 0,15% Kohlenstoff
14-18% Chrom
8-12% Eisen
0,5-2,5% Niob
bis zu 0,75% Silizium
2-4% Mangan
bis zu 4% Molybdän und als
Rest im wesentlichen Nickel enthält.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Bindemittel, in Gewichtsprozent, 2-10% Kaliumkarbonat
40-70% Kaliumsilikat
1-6% Kaliumhydroxid
20-35% Natriumsilikat und
0-15% Wasserverwendet werden.

4. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Bindemittel, in Gewichtsprozent 4-8% Kaliumkarbonat
45-65% Kaliumsilikat
1-4% Kaliumhydroxid
22-33% Natriumsilikat und
0-12% Wasserverwendet werden.