DE4208673C2

DE4208673C2 - Hochbeschichtete Schweißelektrode des Zellulose-Typs

Info

Publication number: DE4208673C2
Application number: DE4208673A
Authority: DE
Inventors: Takashi Wada; Shozo Naruse; Takeshi Sugino
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-09-29
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: DE4208673A1; JPH0780064B2; US5206475A; JPH04138895A

Description

Die Erfindung betrifft eine hochbeschichtete Schweißelektrode des Zellulose-Typs, aufgebaut aus einem Stahlkerndraht und einem darauf gebildeten Beschichtungsmaterial aus einem Flußmittelgemich, welches

0,1 bis 7,0% MgO
7 bis 25% Eisenoxid (als FeO),
8 bis 19% TiO₂,
10 bis 30% SiO₂ und
5 bis 27% Mn

sowie ein Bindemittel und Rest Zellulose enthält, wobei das Beschichtungsmaterial zusätzliche Oxidkomponenten oder Metallkomponenten enthalten kann und das Gewichtsverhältnis des Beschichtungsmaterials zur beschichteten Elektrode 0,1 bis 0,19 beträgt,

zum Einsatz beim Stumpfschweißen mit Abwärtsführung von befestigten Rohren.

Hochbeschichtete Elektroden des Zellulose-Typs sind auf Grund ihrer großen Bogenstärke und auf Grund ihrer ge ringen Schlackenbildung zum Abwärtsschweißen geeignet. Zu sätzlich erleichtern sie auf Grund ihrer Bogeneigenschaften das durchschmelzende Schweißen. Diese Merkmale erlauben eine äußerst hohe Schweißgeschwindigkeit für die Wurzelnaht beim Stumpfschweißen mit Abwärtsführung. Aus diesem Grund wurden sie lange zum Pipeline-Schweißen vor Ort in Europa und Amerika eingesetzt.

Die hochbeschichtete Elektrode des Zellulose-Typs hat jedoch den Nachteil, daß man sie nicht zum Pipeline- Schweißen in kalten Gegenden einsetzen kann, wo Festigkeit bei niederen Temperaturen wichtig ist. Dieser Nachteil ist darauf zurückzuführen, daß eine hochbeschichtete Elektrode des Zellulose-Typs sehr wenig Schutzmaterial wie z. B. Car bonat und Fluorid enthält und deshalb ein Schweißmetall er gibt, welches in großen Mengen Sauerstoff und Kohlenstoff (entstanden aus Zellulose) enthält, was zu geringer Festig keit führt. Schweißen in kalten Gegenden bedurfte deswegen einer niedrig beschichteten Elektrode des Wasserstofftyps, die in ihrem Arbeits verhalten einer hochbeschichteten Elektrode des Zellulose- Typs weit unterlegen ist.

Aus dem Derwent-Abstract Nr. 88-302641/43 zur JP 63 20 994-A, dem Derwent-Abstract Nr. 83-10858 K/05 zur JP 57206595-A und dem Derwent-Abstract 85-246431/40 zur JP 60162592/A sind Schweißelektroden der eingangs genannten Art bekannt. Diese bekannten Elektroden können nicht zum Schweißen von Pipelines in kalten Gegenden eingesetzt werden, wo die Festigkeit bei niedrigen Temperaturen wichtig ist.

Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine neue hochbeschichtete Elektrode des Zellulose-Typs zur Verfügung zu stellen, die bei Anwendung in kalten Gegenden verbesserte Anwendungseigenschaften anbie tet und zu festem Schweißmetall bei tiefen Temperaturen führt.

Auf der Suche nach einer hochbeschichten Elektrode des Zellulose-Typs mit diesen Eigenschaften führten die Erfin der dieser Erfindung eine Reihe von Forschungsarbeiten durch, die den Befund ergaben, daß diese Aufgabe dann er reicht wird, wenn das Beschichtungsmaterial eine kontrol lierte Menge Bor in angemessenem Verhältnis zu anderen Kom ponenten enthält, insbesondere zu TiO₂. Die vorliegende Er findung basiert auf diesem Befund.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine hochbeschichtete Schweißelektrode der eingangs genannten Art, die durch einen Borgehalt des Beschichtungsmaterials von 0,05 bis 0,5% B und ein TiO₂/B-Verhältnis von 60 bis 200 gekennzeichnet ist.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Ge stalt und die Abmessungen von befestigten Rohren zeigt.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie das Abwärtsschweißen bei befestigten Rohren durchge führt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend in weiteren Einzelhei ten beschrieben. Erfindungsgemäß weist die hochbeschichtete Elektrode des Zellulose-Typs ein Beschichtungsmaterial auf, dessen Zusammensetzung wie folgt spezifiziert ist:

MgO : 0,1 bis 7,0%

Diese Komponente verbessert die Verarbeitbarkeit von Elektroden bei jeder Handhabung der Elektrode, ohne zum Abtropfen von geschmolzenem Metall und von Schlacke zu füh ren. Sie vermindert auch Einsackstellen und Verbindungsfeh ler, die durch Röntgenuntersuchung feststellbar sind. Bei einer Menge von weniger als 0,1% erzeugt sie den gewünsch ten Effekt nicht. Bei einer Menge oberhalb von 7,0% führt sie zu höherer Schlackenfließfähigkeit, womit Abwärts schweißen nicht gewährleistet ist. Der angemessene MgO-Ge halt sollte deshalb 0,1 bis 7,0% betragen, bevorzugt 0,1 bis 4,6%.

Eisenoxid (als FeO): 7 bis 25%

Diese Komponente macht die Schlacke porös und leicht entfernbar und verhindert auch Einsackstellen auf Grund übermäßiger Entoxidation. Bei einer Menge von weniger als 7% erzeugt sie den gewünschten Effekt nicht. Bei einer Menge oberhalb von 25% führt sie zu erhöhter Schlacken fließfähigkeit, womit Abwärtsschweißen nicht gewährleistet ist. Der angemessene Eisenoxid-Gehalt (als FeO) sollte des wegen 7 bis 25% betragen, bevorzugt 10 bis 18%. Im übri gen umfaßt das Eisenoxid sowohl Fe₂O₃ als auch FeO. Die Fe₂O₃-Menge sollte als FeO berechnet sein.

TiO₂ : 8 bis 19%

Diese Komponente verbessert die Bogenstabilität. Bei einer Menge von weniger als 8% erzeugt sie den gewünschten Effekt nicht. Bei einer Menge oberhalb von 19% vermindert sie die Bogenstärke, was beim Abwärtsschweißen hinderlich ist. Die angemessene TiO₂-Menge sollte deshalb 8 bis 19% betragen, bevorzugt 10 bis 17%.

SiO₂ : 10 bis 30%

Diese Komponente ist unentbehrlich für angemessene Bo genstärke, Kraterbildung und Verträglichkeit. Bei einer Menge von weniger als 10% erzeugt sie den gewünschten Ef fekt nicht. Bei einer Menge oberhalb von von 30% erhöht sie die Schlackenfließfähigkeit, was dazu führt, daß Ab wärtsschweißen schwierig wird. Die angemessene SiO₂-Menge sollte deswegen 10 bis 30% betragen, bevorzugt 12 bis 25%. Im übrigen kann SiO₂ in Form von Wasserglas oder Si licatmineralien zugesetzt werden.

Mn : 5 bis 27%

Diese Komponente wirkt als Entoxidierungsmittel und ist unentbehrlich für verbesserte Stärke. Bei einer Menge von weniger als 5% führt sie keine ausreichende Entoxida tion durch, die für reines Schweißmetall erforderlich ist. Bei einer Menge oberhalb von 27% führt sie zu übermäßiger Entoxidation, was zu Einsackstellen auf der Oberfläche der Schweißraupe führt. Die Mn-Menge sollte deshalb 5 bis 27% betragen, bevorzugt 7 bis 18%. Im übrigen kann Mn in Form von Fe-Mn oder Mn-Oxid wie auch als metallisches Mn zugege ben werden. Die Menge an Fe-Mn oder Mn-Oxid sollte als me tallisches Mn berechnet werden.

B : 0,05 bis 0,5%

Diese Komponente verbessert die Festigkeit, insbeson dere die Festigkeit bei niederen Temperaturen. Bei einer Menge von weniger als 0,05% erzeugt sie nicht den ge wünschten Effekt. Bei einer Menge oberhalb von 0,5% ver schlechtert sie die Reißfestigkeit. Die B-Menge sollte des halb 0,05 bis 0,5% betragen, bevorzugt 0,05 bis 0,25%. Im übrigen kann man B in Form eines Oxids oder einer Legie rung zugeben, in welchem Fall deren Menge als B berechnet sein sollte. B in Form von Fe-Si-B ist unter dem Gesichts punkt der Verarbeitbarkeit wünschenswert.

TiO₂/B : 60 bis 200

Obwohl B wie vorstehend erwähnt die Festigkeit verbes sert, erniedrigt es die Bogenstärke und macht die Schlacke anfällig für Tropfen (was zu schlechter Verarbeitbarkeit führt). Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es erforder lich, den B-Gehalt so zu steuern, daß das TiO₂/B-Verhältnis 60 bis 200 beträgt, bevorzugt 80 bis 200. Dies wird wirksam dadurch erreicht, daß man B in Form von Fe-Si-B zusetzt.

Der Rest des Beschichtungsmaterials ist Zel lulose.

Weiterhin kann man dem Beschichtungsmaterial zusätz lich Oxidkomponenten oder Metallkomponenten beimengen, um die Verarbeitbarkeit oder mechanische Stärke zu verbessern. Bei den obigen wirksamen Oxidkomponenten stabilisieren 2,5% K₂O oder weniger den Bogen, 3,5% ZrO₂ oder weniger stabilisieren den Bogen und die Schlackenbedeckung und ver hindern Schlackeneinschlüsse, und 2,0 bis 6,0% Na₂O ver stärken den Bogen und erhöhen die Eindringtiefe. Bei den obigen wirksamen Metallkomponenten verbessern auch 5,0% Ni oder weniger die Schlagzähigkeit, 4,0% Mo oder weniger er höhen die Zugfestigkeit, 20% Fe oder weniger steuern die Schlackenmenge und Bogenstärke, und 6,5% Cr oder weniger erhöhen die Zugfestigkeit.

Beispiele

Es wurden beschichtete Elektroden hergestellt, wobei jede aus einem Stahlkerndraht (Durchmesser 4,0 mm, Länge 350 mm) und einem Beschichtungsmaterial bestand, welches in bezug auf Zusammensetzung und Beschichtungsverhältnis wie in Tabelle 1 dargestellt unterschiedlich ist. Sie wurden getestet auf Festigkeit bei niedriger Temperatur und Verar beitbarkeit beim Abwärtsschweißen, was wie in Fig. 2 ge zeigt an befestigten Rohren durchgeführt wurde, die die Ge stalt und die Abmessungen hatten, die in Fig. 1 gezeigt sind. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Die Festigkeit bei niedriger Temperatur wurde bewertet gemäß der Energiemenge, die bei einem Schlagtest absorbiert wurde, welcher bei -40°C an einem Charpy-Teststück durch geführt wurde, welches aus der Stoß-Verbindungsstelle aus geschnitten war.

Tabelle 1 ist zu entnehmen, daß erfindungsgemäße hoch beschichtete Elektroden des Zellulose-Typs eine gute Verar beitbarkeit zeigen und zu festem Schweißmetall führen. Im Gegensatz dazu führen Vergleichsproben weder zu festem Schweißmetall, noch zeigen sie eine gute Verarbeitbarkeit (jeweils mit Ausnahme eines Falles) auf Grund eines nicht angemessenen B-Gehaltes.

Wie vorstehend erwähnt stellt die Erfindung eine hoch beschichtete Elektrode des Zellulose-Typs zur Verfügung, die zu festem Schweißmetall führt und gute Verarbeitbarkeit zeigt. Sie ist zum Abwärtsschweißen in kalten Gegenden ge eignet.

Claims

1. Hochbeschichtete Schweißelektrode des Zellulose-Typs, aufgebaut aus einem Stahlkerndraht und einem darauf gebildeten Beschichtungsmaterial aus einem Flußmittelgemisch, welches 01, bis 7,0% MgO
7 bis 25% Eisenoxid (als FeO),
8 bis 19% TiO₂,
10 bis 30% SiO₂ und
5 bis 27% Mnsowie ein Bindemittel und Rest Zellulose enthält, wobei das Beschichtungsmaterial zusätzlich Oxidkomponenten oder Metallkomponenten enthalten kann und das Gewichtsverhältnis des Beschichtungsmaterials zur beschichteten Elektrode 0,1 bis 0,19 beträgt, gekennzeichnet durch einen Borgehalt des Beschichtungsmaterials von 0,05 bis 0,5% B und ein TiO₂/B-Verhältnis von 60 bis 200.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial B in Form von Fe-Si-B oder Fe-B enthält.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Beschichtungsmaterial 0,1 bis 4,6% MgO enthält.

4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial 10 bis 18% Eisenoxid enthält (als FeO).

5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial 10 bis 17% TiO₂ enthält.

6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial 12 bis 25% SiO₂ enthält.

7. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial 7 bis 18% Mn enthält.

8. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial 0,05 bis 0,25% B enthält.

9. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial TiO₂ und B enthält, wobei das TiO₂/B-Verhältnis 80 bis 200 beträgt.

10. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial eine oder mehrere zusätzliche Oxidkomponenten enthält, ausgewählt aus 2,5% K₂O oder weniger, 3% ZrO₂ oder weniger, und 2,0 bis 6,0% Na₂O.

11. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial eine oder mehrere zusätzliche Metallkomponenten enthält, ausge wählt aus 5,0% Ni oder weniger, 4,0% Mo oder weniger, 20% Fe oder weniger, und 6,5% Cr oder weniger.