DE6609604U

DE6609604U - Gefuellte schweisselektrode.

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Publication number: DE6609604U
Application number: DE6609604U
Authority: DE
Original assignee: Schweissindustrie Oerlikon Buehrle AG; Oerlikon Elektrodenfabrik Eisenberg GmbH
Current assignee: Welding Industries Oerlikon AG; Oerlikon Elektrodenfabrik Eisenberg GmbH
Priority date: 1966-11-23
Filing date: 1967-11-10
Publication date: 1972-07-27
Also published as: GR34484B; TR18005A; FR1548712A; CH483290A; US3555240A; DK140247C; GB1196288A; DE1627502A1; ES148929Y; BE706972A; ES148929U; NL6715770A; SE355515B; DK140247B; JPS5145544B1

Description

BS 11 078

DfHTRiCH LEWINSKY *^lm ^p *⁷

PATENTANWALT ^⁶¹⁵

München 21 - Gouhard*. S

Telefon S5 17 62

E ίο Obi/2.1 h

Sc'r.weissir.iustrie CtrliKon Buhrle AG, Zurich (Cch Oerlikor. Elektrodenfabrik Eisenberg JrtbH, Eisenterg

[Deutschland)

Gefüllte Schweisselektrode

Zum halbautomatischen und automatischen Schweissen von Metallen mit abschmelzenden Schweisselektroden werden wegen der erforderlichen kontinuierlichen Nachführung während des Schweissvorganges Schweisselektroden in Form von langen Drähten verwendet.

Diese Schweissdrähte bestehen im allgemeinen aus einem metallischen Mantelrohr mit einem Aussendurchmesser von 0,5 - 4 mm und einer Füllung aus einem pulverförmigen Material. Sie sind in Längen von mindestens 100 m und auf Spulen gerollt handelsüblich. Beim Schweissen werden die aufgerollten Schweissdrähte mittels einer Vorrichtung mit einstellbarem Vorschub durch einen Führungs- und Isolierschlauch an eine über dem Schweissgut angeordnete Schweisspistole geführt. Die Schweisspistole ist elektrisch mit einem Schweisstransformator verbunden. Der zum Schweissen erforderliche elektrische Strom wird dem Schweiesdraat über mit Federn angepresste Stromzuführungsbacken zugeleitet.

Zur Herstellung von Schweissdrähten wurde "bisher ein dünnes Blechband verwendet, das in einem ersten Arbeitsgang zu einer U-förmigen Rinne verformt und in einem zweiten Arbeitsgang mit Schweisspulver gefüllt wurde, worauf in mindestens einem weiteren Arbeitsgang die Ränder der Rinne bis zur gegenseitigen Berührung längs ihrer Kante zusammengebogen wurden. Der auf diese Weise hergestellte, gefüllte Draht wurde gewöhnlich durch eine oder mehrere Ziehdüsen gezogen, wobei der Querschnitt des Drahtes vermindert und das darin befindliche Schweisspulver zusammengepresst wird. Die erzielbare Querschnittsverminderung ist jedoch verhältnismässig gering, weil der zusammengebogene Draht längs der Ränder zum Aufplatzen neigt.

Bie zusammengerollten Enden der U-förmigen Rinne bilden natürlich keine dichte Ummantelung für das Schweisspulver und es können Luft und Feuchtigkeit an das Schweisspulver, das gewöhnlich feuchtigksitsempfindlich ist, gelangen; was die Lagerfähigkeit des Schweissar&htes vermindert, wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden. Ausserdem können solche Schweissdrähte nicht stark verformt und auch nicht auf Rollen kleinen Durchmessers aufgerollt werden, ohne dass sich die Ummantelung öffnet. Weiter kann die Oberfläche des Schweissdrahtes während langer Lagerzeiten oxydieren und korrodieren, was dann den üebergangswiderstand zwischen den Stromzuführungsbacken der Schweisspistole und dem Schweissdraht erhöht und den verwendbaren Schweissstrom begrenzt. Ein hoher Üebergangswiderstand verursacht eine starke Wärmeentwicklung in der Schweisspistole und bei zu starker Erwärmung der Stromübergangsstelle können sogar die Stromzuführungsbacken mit dem Schweissdraht verschweissen. Eine Behandlung der Oberfläche des Schweissdrahtes zur Verbesserung von dessen elektrischer Leitfähigkeit und des Korrosionswiderstandes, wofür beim

heutigen Stand der Technik aus ökonomischen Gründen nur eine nasse Behandlung, wie beispielsweise galvanisches Verkupfern, denkbar ist, ist wegen der Gefahr des Zutrittes von Flüssigkeit zum Schweisspulver undurchführbar.

Endlich ist für eine hohe Abschmelzleistung, die als das pro Zeiteinheit deponierte Gewicht des Schweissmetails definiert ist, wesentlich, dass der Schweissdraht auf eine möglichst hohe Temperatur vorgewärmt wird. Der aus einem Blechband hergestellte Schweissdraht neigt aber beim Ueberschreiten einer bestimmten Temperatur längs der Stossstelle seiner Ränder zum Aufplatzen. Da aie Yorwäntiiemperatur und die Länge des aus der Schvreisspistole he raus ragend en Schweissdrahtes etwa einander proportional sind, darf bei den bisher verwendeten Schweissdrahten diese Länge im allgemeinen etwa 30 mm nicht überschreiten.

Es sind schon viele Versuche gemacht worden, die geschilderten Nachteile mindestens teilweise zu beheben» a\m Beispiel wurden die zueinandergebogenen Ränder des 31schhandes überhaupt oder in einem einfachen PaIz mechanisch miteinander verbunden. Damit konnte jedoch nicht mehr als eine graduelle Verbesserung erreicht werden. Es sind auch sogenannte Doppelfalze bekannt, die man durch eine weitere Eindrehung des einfachen Falzes erhält. Aber auch diese mechanisch komplizierte Verbindung der Blechstreifenenden isi; weder gegen Aufbrechen beim Biegen gesichert, noch vermag sie das eingeschlossene Schweisspulver wirkungsvoll zu schützen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Neuerung, die "beschriebenen Nachteile zu beheben.

Die gefüllte Schweisselektrode nach der Neuerung ist dadxorcii

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gekennzeichnet, dass das Mantelrohr des kaltgezogenen Schweissdrahts nahtlos und gasdicht ausgebildet ist und eine auf das Stampfvolumen vibrationsverdichtete Füllung mit Desoxydationsund Legierungsstoffen, Schlackenbildnern sowie gegebenenfalls zusätzlichem Eisenpulver enthält.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die äussere Oberfläche des Schweissdrahtes galvanisch verkupfert.

Bei der Schweisselektrode gemäss der Neuerung wird durch das nahtlose, über seinen Umfang geschlossene Mantelrohr das eingeschlossene Schweisspulver wirkungsvoll gegen Luft und Feuchtigkeit geschützt. Weiter ist es möglich, den Schweissdraht nach dem Ziehen zur Verbesserung seiner Verformbarkeit spannungsfrei zu glühen und es kann ohne nachteilige Folgen für das Schweisspulver eine nasse, beispielsweise galvanische Oberflächenbehandlung zum Auftragen einer Schutzschicht gegen Oxydation und Korrosion ausgeführt werden. Die galvanisch aufgetragene Metallschicht kann weiter den üebergangswiderstand zwischen den Stromübertragungsbacken und dem Schweissdraht auf ein Minimum herabsetzen und ermöglicht damit das Erhöhen des maximalen Schweissstromes und zugleich eine optimale Vorwärmung des aus der Schweisspistole herausragenden Schweissdrahtendes und eine optimale Zuführung des verfügbaren Stroms zum Lichtbogen. Dieses wiederum ermöglicht Abschmelzleistungen, die weit über dem bisher Erreichbaren liegen. Schliesslich kann der erfindungsgemässe Schweissdraht sehr stark verformt werden, ehe die Ummantelung brüchig wird.

Es war gefunden worden, dass beim Ziehen eines, mit einem p-ul-verförmigen Material gefüllten Rohrs durch eine Ziehdüse und dadurch bewirkte Verkleinerung des Aussendurchinessers

zuerst bei praktisch gleichbleibender Wandstärke der Innendurchmesser des Rohrs verkleinert wird, d.h. eine Verdichtung des pulverförmigen Materials stattfindet. Sobald eine bestimmte Verdichtung erreicht ist, wird beim weiteren Ziehen bei etwa konstanter Dichte des pulverförmigen Materials der Aussendurchmesser des Rohrs praktisch proportional zur Wandstärke verkleinert.

Das im Schweissdraht befindliche Schweisspulver besteht im allgemeinen aus einer Mischung von Desoxydations- und Legierungsstoffen und Schlackenbildnern und wahlweise Eisenpulver■* Es kann je nach den Mengenanteilen seiner Komponenten entweder basisch oder sauer reagieren. Bei einer erhöhten Zugabe von basischen Schlackenbildnern ergibt sich beispielsweise ein basisches Schweisspulver. das eine Schweissnaht isit hoher Kerbschlagzähigkeit liefert. Sei Verwendung von sauren Schlackenbildnern dagegen erhält die Schweissnaht wegen der besseren Fliessfähigkeit des geschmolzenen Metalls ein schöneres Aussehen, möglicherweise aber etwas schlechtere mechanische Eigenschaften.

Die Neuerung soll nun mit Hilfe der Figuren und an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen herkömmlichen Schweissdraht mit zusammengerollten Bnäen öer Ummantelung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen anderen herkömmlichen Schweissdraht mit durch einen Falz verbundenen Enden der Ummantelung.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Schweissdraht gemäss der Neuerung, auf dessen Ummantelung eine weitere Metallschicht aufgetragen ist„

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Schweissdraht gemäss der Neuerung mit relativ grosser Wandstärke der Ummantelung.

Tn Fig. 1 ist der Querschnitt einer bekannten Ausführungsfora eines herkömmlichen, aus einem Blechstreifen 10 gefertigter. Schweissdrahtes in vergrösserter Darstellung gezeigt. Dabei sind die Ränder 11, 12 des Blechstreifens derart zusammengebogen, dass sie sich berühren und der Blechstreifen ein Rohr bildet. Das Innere dieses Rohres ist mit einem Schweisspulver

13 gefüllt. Die Kante, längs welcher si h die Ränder 11, 12 berühren, gewährleistet aber keinen dichten Abschluss des Schweisspulvers, sondern lässt einen deutlich sichtbaren Spalt

14 frei, der sich beim starken Biegen des Schweissdrahtes unvermeidlich öffnet.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Schweissdraht, bei dem die Ränder 21, 22 eines Blechstreifens 20 gefalzt sind. Dazu ist der eine Rand 21 im Gegenuhrzeigersinn nach aussen und der andere Rand 22 im Uhrzeigersinn nach innen gebogen. Die beiden gegenläufigen Falze sind ineinander verhakt und werden durch Ziehen des Drahtes durch mindestens eine Ziehdüse miteinander verpresst.

Aus den Fig. 1 und 2 ist leicht zu erkennen, dass das Verhältnis von Füllquerschnitt 13 bzw. 23 zur Wandstärke des Blechbandes 10 bzw. 20 nur in engen Grenzen veränderlich ist. Insbesondere lässt sich die in Fig. 2 gezeigte Art von Schweissdraht wegen des Falzes nur aus relativ dünnem Blech herstellen, was bei der Verwendung von reinem Schweisspulver als Füllung für bestimmte Anwendungen nicht günstig ist.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform des neuen Schweissdrahtes mit einer als nahtloses Rohr ausgebild<ten

metallischen Ummantelung 30. Diese Ummantelung weist eine gleichmässige Wandstärke von 0,3 mm und einem Aussendurchmesser von 2,0 mm auf, und ist mit einer galvanisch aufgetragenen Kupferschicht 32 bedeckt. Die luft- und feuchtigkeitsdicht eingeschlossene Füllung 31 enthält eine Mischung aus einem Schweissp'alver und Eisenpulver.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform des neuen Schweissdrahts weist eine extrem dicke metallische Ummantelung 40 auf. Bei einem Aussendurchmesser von 3>0 mm ist die Wandstärke der Ummantelung 1,2 mm. Die Füllung 41 weist demzufolge einen extrem kleinen Querschnitt auf ";nd besteht aus reinem Schweisspulver. ohne Zusatz von Eisenpulver. Auch bei dieser Ausführungsform ist auf die Ummantelung eine Kupferschicht 42 elektrolytisch aufgetragen.

Beispiel 1

Es sei die Aufgabe gestellt einen gefüllten Schweissdraht mit einem Aussendurchmesser von 2,4 mm herzustellen, dessen Füllung eine saure Schlacke und eine Schweissgutanalyse liefert, die 1,5 i° Mangan und 0,5 Silizium enthält.

Um gefüllte Schweissdrahte mit ausreichender Sicherheit ziehen au können, sollte ihre Wandstärke nicht kleiner als 0,3 mm sein. Für den Schweissdraht mit dem geforderten Aussendurchmesser von 2,4 mm sei darum eine Wandstärke von 0,38 mm angenommen, woraus sich dann ein Querschnittsverhältnis von Mantelrohr zu Innenfläche von etwa 1,1:1 errechnet. Dieses Flächenverhältnis entspricht zugleich dem Volumenverhältnis von Mantelrohr zu Füllungsraum im Schweissdraht. Ein Schweissdraht bei dem das Volumenverhältnis von des Eisens des Mantelrohrs zum. Schweisspulver der Füllung etwa 1,1:1 ist, würde aber, wie jedem Fachmann bekannt ist, einen zu hohen Schweisspulveranteil

aufweisen, weshalb in diesem Falle das Schweiss-puiver noch zusätzlich mit Bisenpulver versetzt wird. Eine für ein Volumen— verhältnis von 1,1:1 brauchbare Mischung von Schweisspulver zu Eisenpulver enthält beispielsweise 14 % Desoxydations- und Legierungsstoffe und 9 f> Schlackenbildner und 77 % Eisenpulver und hat ein Stampf gewicht von etwa ~5,0.

Als Ausgangsmatericd für das Mantelrohr wird ein handelsübliches, geschweisstes Eisenrohr von 12 χ 1,8 mm verwendet, das in Längen bis zu 500 in erhältlich ist. Von diesem Rohr wird ein Stück mit einer Länge von etwa 100 m abgetrennt, und auf eine erste Trommel gewickelt. Dann wird zum Reinigen des Rohrinnern von eventuellen Schweissresten feines Stahlschrot mit hoiiem Druck durch das Rohr geblasen und anschliessend zum Entfernen von Fett und sonstigen lösbaren Verunreinigungen das Rohrinnere mit Trichlor gespühlt. Abschliessend wird das Rohr mit Druckluft von 100 atü auf Dichtigkeit geprüft.

Das gereinigte leere Rohr wird dann durch eine erste Ziehdüse gezogen, wobei der Aussendurchmesser des Rohrs bei praktisch gleichbleibender Wandstärke verkleinert wird. Die Abmessungen der Ziehdüse sind so gewählt, dass das Verhältnis vom Aussendurchmesser au Wandstärke des leeren, gezogenen Rohrs etwa gleich dem entsprechenden Verhältnis des gewünschten Schweissdrahts ist, im vorliegenden Falle also etwa 11,4 χ 1,8 mm. Vorteilhafter Weise wird das leere Rohr direkt nach der Ziehdüse auf eine Trommel aufgewickelt, wobei die zum Ziehen des Rohrs durch die Ziehdüse notwendige Kraft genutzt wird, um das Rohr bewegungsschlüssig auf die Trommel aufzuwickeln.

Wenn das Stampfvolumen des Füllpulvers und die Abmessungen des zu füllenden Rohrs bekannt sind, lässt sich nun leicht die Menge des Füllpulvers errechnen, die zum Füllen des Rohrs

bis 2u einer, dem Stampfvolumen entsprechenden Dichte notwendig ist, im vorliegenden Falle, wenn das Rohr 100 m lang ist, 14,4 kg.

Die Trommel mit dem bevegungsschlüssig aufgewickelten Rohr "wird anschliessend mil vertikaler Achse auf einem horizontalen, um eine susserhalb des Kittelpunkts angeordnete vertikale Achse rüttelbarer- Rütteltisch befestigt. Dar.n wird ein freies Ende des Rohrs nach oben gebogen und über einen flexiblen Schlauch mit einem trichterförmigen Auslass eines Behälters verbunden, in dem die vorherbestimmte Menge des Püllpulvers enthalten ist. Sobald der Rütteltisch eingeschaltet, und die darauf befestigte trommel mitsamt dem bevegungsschlüssig aufgerollten Rohr gerüttelt werden, wird auch das Füllpulver aus dem Behälter in das Rohr eingerüttelt. Dabei hat sich gezeigt, dass die auf diese Weise erreichbare Dichte der Füllung im Rohr gerade der Stampfdichte entspricht.

Nachdem alles vorherbestimmte pulverförmige Material in das Rohr eingerutte'lt ist, wird die Trommel vom Rütteltisch abgebaut und das aufgewickelte Rohr durch mehrere hintereinander ■ geschaltete Zieddüsen gezogen, wobei infolge der nun im Rohrinnern vorhandenen Füllung der Aussendurchmesser des Rohrs praktisch proportional zur Wandstärke verringert wird. Nachdem das Rohr bis auf einen Aussendurchmesser von etwa 5 nun heruntergezogen ist, wird es wiederum auf eine Trommel aufgerollt, und mitsamt dieser Trommel in einem Ofen unter Schutzgas spannungsfrei geglüht. Danach wird das Rohr nochmals durch zwei weitere Ziehdüsen gezogen, bis sein Aussendurchmesser die geforderten 2,4 mm erreicht hat. Der gefüllte Rohrdraht wird dann in einer dem Fachmann bekannten Weise durch ein chemisches Bad geführt und von etwaigen Oxydations- und Schmiermittelresten befreit und anschliessend durch ein elektrolytisches Kupferbad geführt und mit einer fest haftenden Kupferschicht überzogen.

-IQ-

Der fertige Schweissdraht kann dann zum Verbrauch in beliebige Längenabschnitte unterteilt werden.

Beispiel 2

Es sei die Aufgabe gestellt einen S«hw#issdrakt alt eisea Aussendurchmesser von 1,2 mm herzustellen, dessen Füllung eine saure Schlacke und eine Schweissgutanalyse liefert, die 1,5 i» Mangan und 0,5 i^a Silizium enthält.

Mit der Annahme, dass dieser Schweissdraht wegen seines kleinen Aussendurchmessers vorteilhafterweise die auch aus ziehtechnischen Gründen als kleinstmöglich bezeichnete Wandstärke von 0,3 mm aufweisen soll, errechnet sich ein Querschnittsflächenverhältnis von Mantelrohr zu Innenfläche von 3:1» Ein Schweissdraht dessen Mantelvolumen im Verhältnis zum Füllvolumen so gross ist, sollte erfahrungsgemäss in der Füllung kein Eisenpulver mehr enthalten, sondern wird vorzugsweise mit einer Fällung, enthaltend 45 % Desoxydation«- und Legierungsstoffe und etwa 55 % Schlackenbildner, gefüllt. Eine· solche Füllung weist ein Staropfgewicht von etwa 2,0 auf.

Wenn das Gleiche entsprechend dem Beispiel 1 mechanisch gereinigte und entfettete Ausgangsrohr mit einem Aussendurchmesser von 12 mm und einer Wandstärke von 1,8 mm verwendet wird, muss dieses Rohr in mindestens einem ersten Ziehvorgang, bei etwa gleichbleibender Wandstärke auf einen Aussendurchmesser von 7,2 mm gezogen werden, damit die Querschnittsabmessungen des leeren Rohrs etwa deren des gewünschten Schweissdrahts entj sprechen. Die Menge des Füllpulvers, die zum Füllen dieses

] vorgezogenen und ebenfalls 100 m langen Rohrs notwendig ist,

errechnet sich aus den bekannten Querschnitt des Füllraums und dem Stampfgewicht des Pulvers mit der oben genannten Zusammensetzung zu 2 kg. Dieses Pulver wird dann auf die gleiche Weise,

wie es schon für das Beispiel 1 geschrieben wurde, in das Rohr hineingerüttelt, worauf das Rohr in der ebenfalls beschriebenen Art auf den gewünschten Aussendurchmesser von 1,2 mm heruntergezogen und der fertige Schweissdraht galvanisch verkupfert wird»

Claims

- 12 Schutzansoruche

1. Schweisselektrode, vorzugsweise zur Auxomaxenschweissung, aus einem gefüllten, aufwickelbaren Schweissdraht von mindestens 100 m länge mit einem eisernen Mantelrohr, dessen Aussendurcbmesser zwischen 0,5 und 4 mm liegt und dessen Aussendurchmesser-Vandstärke-Verhältnis grosser als 3 : 1 ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (30, 40) des kaltgezogenen Schweissdrahts nahtlos und gasdicht ausgebildet ist und eine auf das Stampfvolumen vibrationsverdichtete Füllung (31. 41) mit Desoxydations- und Legierungsstoffen, Schlackenbildnern sowie gegebenenfalls zusätzlichem Eisenpulver enthält.

2. Schweisselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eiserne Mantelrohr (30, 40) auf seiner äusseren Oberfläche eine Schicht (32, 42) aus einem anderen Metall, vorzugsweise aus Kupfer aufweist.

14.4.1972/WS/FS.