DE681203C

DE681203C - Electric arc welding

Info

Publication number: DE681203C
Application number: DEA71096D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1932-09-01
Filing date: 1933-08-05
Publication date: 1939-09-18

Description

Die Erfindung betrifft das elektrische Lichtbogenschweißen, insbesondere unter Verwendung von Kohle-, Wolframelektroden oder flüssigkeitsgekühlten Eisenelektroden. Der Erfindungsgedanke kann jedoch auch bei Abschmelzelektroden zur Anwendung kommen. Gemäß dem neuen Schweißverfahren wird die Schweißnaht vor dem Überfahren mit dem Lichtbogen mit einem möglichst zähflüssigen Flußmittel solcher Schichthöhe und Breite bedeckt, daß nach erfolgter Schweißung zu beiden Seiten der Schweißnaht ein zusammenhängender Streifen des aufgetragenen, durch den Lichtbogen nicht zerstörten Flußmittels stehenbleibt. Es wird auf diese Weise ein Flackern und Wandern des Lichtbogens infolge der magnetischen Felder verhindert und somit ein gleichmäßiges Brennen des Lichtbogens und ein guter Einbrand erzielt; die Wärmeeinflußzonen zu beiden Seiten der Schweißnaht sind gering. Die Verwendung von Flußmitteln beim elektrischen Lichtbogenschweißen ist an sich bekannt. Für die Durchführung des neuen Schweißverfahrens muß das Flußmittel neue bisher nicht notwendige Eigenschaften besitzen, insbesondere in der Nähe des Lichtbogens formbeständig bleiben. Die Erfindung sieht demzufolge weiterhin Flußmittel vor, welche die hierbei notwendigen Eigenschaften aufweisen. , Es stellen dar:The invention relates to electric arc welding, in particular using carbon, tungsten electrodes or liquid-cooled iron electrodes. Of the However, the idea of the invention can also be used for consumable electrodes. According to the new welding process, the weld seam is made with the Arc with a viscous flux of the same height and width as possible covered that after the weld has been made on both sides of the weld a continuous Streaks of the applied flux, which has not been destroyed by the arc, remains. It becomes one that way Flickering and wandering of the arc as a result of the magnetic fields are prevented and thus a uniform burning of the arc and good penetration achieved; the Heat affected zones on both sides of the weld seam are small. The use of flux in electric arc welding is known per se. For the implementation of the new welding process, the flux must be new, not previously necessary Have properties, especially in the vicinity of the arc, remain dimensionally stable. The invention sees accordingly continue to provide fluxes which have the properties required for this. , They represent:

Abb. ι einen Längsschnitt undFig. Ι a longitudinal section and

Abb. 2 einen Querschnitt durch eine Schweißung gemäß der Erfindung.Fig. 2 shows a cross section through a weld according to the invention.

In der Zeichnung stellt 11 die Elektrode dar, deren Abstand von den Werkstücken 12 in an sich bekannter Weise selbsttätig geregelt werden kann. Die Werkstückteile 12 sowie der Füllstreifen 21, welcher das Zusatzmetall beim Schweißen liefert, werden durch nicht dargestellte Klammern in bestimmter relativer Lage zueinander gehalten.In the drawing, 11 represents the electrode is, the distance of which from the workpieces 12 is automatically regulated in a manner known per se can be. The workpiece parts 12 and the filler strip 21, which the additional metal supplies during welding are held in a certain relative position to one another by brackets (not shown).

Vor dem Schweißvorgang wird auf die Schweißnaht eine Flußmittelschicht 23' mittels der Düse 24 aufgetragen. Die Düse ist an ihrem unteren Ende zweckmäßig in Richtung auf die Schweißelektrode zu abgebogen. Die jeweils zugeführte Flußmittelmenge ist vorzugsweise regelbar.Before the welding process, a flux layer 23 'is applied to the weld seam the nozzle 24 applied. The nozzle is expediently in the direction at its lower end bent towards the welding electrode. The amount of flux supplied in each case is preferably adjustable.

Die aufgetragene Flußmittelschicht 23 besitzt eine solche Schichthöhe und Breite, daß die den Lichtbogen bildende Elektrodenspitze von dem Flußmittel umgeben ist. Vorzugsweise wird die Schichthöhe etwa 3 mm starkThe applied flux layer 23 has such a layer height and width that the electrode tip forming the arc is surrounded by the flux. Preferably the layer height is about 3 mm thick

7\7 \

gewählt, während die Schichtbreite um etwa 12 mm oder mehr größer ist als der Durchmesser der Schweißelektrode. Während des Schweißvorganges wird die Elektrodenspitze durch den mittleren Teil der Flußmittelschicht hindurchgeführt und durch diese der Wirkungsbereich des Lichtbogens sowohl quer zur Schweißnahtrichtung als auch in Richtung der Schweißnaht beschränkt. Derselected, while the layer width is about 12 mm or more larger than the diameter the welding electrode. During the welding process, the electrode tip passed through the middle part of the flux layer and through this the Effective area of the arc both transversely to the direction of the weld seam as well as in Direction of the weld seam restricted. Of the

ίο Teil 32 des Flußmittels, welcher durch den Lichtbogen geschmolzen wird, legt sich als Schlacke auf die Schweißnaht 33 und wird umsäumt und somit in seiner Lage festgehalten durch die beiden Flußmittelstreifen 34, welche trotz der Vorbeiführung des Lichtbogens ihre Formbeständigkeit behalten haben. Dadurch, daß der Wirkungsbereich des Lichtbogens auf diese Weise festgelegt ist, wird eine erhöhte Konzentrierung derίο Part 32 of the flux, which by the Arc is melted, is deposited as a slag on the weld 33 and is bordered and thus held in place by the two flux strips 34, which have retained their dimensional stability despite the passage of the arc. Because the scope of the The arc is fixed in this way, there will be an increased concentration of the

ao Schweißhitze erzeugt, die den eingelegten Füllstreifen sowie die Ränder der zu verschweißenden Teile erschmilzt; die Schmelze wird mit dem Flußmittel und dem schmelzflüssigem Teil 36 der Schweißnaht gut durchmischt, so daß in der gesamten Schweißzone eine annähernd gleichmäßige Temperatur erhalten wird. Diese Temperatur liegt nicht wesentlich über dem Schmelzpunkt des Metalls, und es wird demzufolge ein Kochen der Schmelze und die Bildung eines grobkristallinischen Gefüges vermieden. Die Flamme 37 des Lichtbogens wird durch die unzerstörte Flußmittelschicht weitestgehend derart geführt, daß die bereits geschweißte Stelle der Schweißnaht möglichst lange im schmelzflüssigen Zustand erhalten bleibt, wodurch Gase und sonstige Verunreinigungen möglichst lange Gelegenheit haben, sich auszuscheiden bzw.^van der Oberfläche der Schweißschmelze zu sammeln. Es ensteht daher eine Schweißnaht mit außerordentlich reinem Gefüge. Die Flamme 37 bewirkt weiterhin einen Nachglühprozeß der Schweißnaht, welcher in dieser Intensität bei den bisher bekannten Schweißungen nicht erzielt werden konnte. Der weggebrannte Teil des Flußmittels 32 legt sich auf die fertig hergestellte Schweißnaht. ao welding heat generated, which melts the inserted filler strip and the edges of the parts to be welded; the melt is thoroughly mixed with the flux and the molten part 36 of the weld seam, so that an approximately uniform temperature is obtained in the entire welding zone. This temperature is not significantly above the melting point of the metal, and consequently boiling of the melt and the formation of a coarsely crystalline structure are avoided. The flame 37 of the arc is largely guided through the undestroyed layer of flux in such a way that the already welded point of the weld seam remains in the molten state for as long as possible, so that gases and other impurities have as long as possible the opportunity to separate out or ^v on the surface of the weld puddle collect. The result is a weld seam with an extremely clean structure. The flame 37 also causes an afterglow process of the weld seam, which could not be achieved in this intensity with the previously known welds. The burned off part of the flux 32 lies on the finished weld seam.

Flußmittel, welche sich für das vorliegende neue Schweiß verfahr en als besonders vorteilhaft, insbesondere hinsichtlich ihrer Formbeständigkeit in der Nähe des Lichtbogens, erwiesen haben, besitzen vorzugsweise folgende Zusammensetzung: Flux, which is particularly advantageous for the new welding process at hand, in particular with regard to their dimensional stability in the vicinity of the arc, preferably have the following composition:

Bentonit (kolloider Ton) .. ο bis 5 %»Bentonite (colloidal clay) .. ο up to 5% »

Natriumhydroxyd . 1 - 10 °/o>Sodium hydroxide. 1 - 10 ° / o>

³⁰ Natriumcarbonat 1 - 5 °/₀, ³⁰ sodium carbonate 1 - 5 ° / ₀ ,

Titandioxyd 10 - 40 °/₀,Titanium dioxide 10 - 40 ° / ₀ ,

Feldspat ............... 25 - 75 °/₀,Feldspar ............... 25 - 75 ° / ₀ ,

Wasser 12 - 40 °/₀.Water 12 - 40 ° / ₀ .

35 Ein besonders günstiges Schweißen ergibt sich bei folgenden Prozentgehalten:35 A particularly favorable welding results with the following percentages:

■-.-'■ Bentonit (kolloider Ton) .. 1 °/o,■ -.- '■ Bentonite (colloidal clay) .. 1%,

Natriumhydroxyd 4 °/₀,Sodium hydroxide 4 ° / ₀ ,

Natriumcarbonat 2 °/₀,Sodium carbonate 2 ° / ₀ ,

Titandioxyd 18 °/₀,Titanium dioxide 18 ° / ₀ ,

⁴° Feldspat S3 7o. ⁴ ° feldspar S3 7o.

Wasser 22 °/₀.Water 22 ° / ₀ .

Der Grundbestandteil des Flußmittels ist Feldspat, welcher in Anwesenheit von Titandioxyd eine zähe Masse bildet, so daß das Flußmittel auf dem geschmolzenen Metall festgehalten wird. Die Anwesenheit von Titandioxyd verhindert, daß das Flußmittel unter der Einwirkung des Lichtbogens wegläuft. Das Natriumhydroxyd bildet mit dem Titandioxyd des Flußmittels Titanate, welche auf die Eigenschaft des Lichtbogens günstig einwirken. Das Natriumhydroxyd bewirkt auch eine Herabsetzung des Schmelzpunktes des glasigen Bestandteiles des Flußmittels. An Stelle der Natriumverbindung kann auch irgendein anderes Alkalihydroxyd mit angenähert gleichem Schmelzpunkt verwendet werden, wie beispielsweise Kaliumhydroxyd.The basic component of the flux is feldspar, which is produced in the presence of titanium dioxide a viscous mass forms so that the flux on the molten metal is being held. The presence of titanium dioxide prevents the flux from working runs away under the action of the arc. The sodium hydroxide forms with the Titanium dioxide of the flux titanate, which is beneficial to the property of the electric arc act. The sodium hydroxide also has the effect of lowering the melting point of the vitreous component of the flux. Instead of the sodium compound can also any other alkali hydroxide with approximately the same melting point can be used, such as potassium hydroxide.

Die chemische Reaktion zwischen dem Titandioxyd und dem Alkalihydroxyd geht verhältnismäßig träge vor sich; es wird jedoch hierbei genügend Wasser abgespalten, so daß die geschmolzene Schlacke mit Dampf gefüllt ist. Sie wird dadurch sehr porös und leicht, so daß die Anwesenheit des Flußmittels auf dem geschmolzenen Metall keine Lunkerbildung veranlaßt, selbst wenn die Dicke der Flußmittelschicht beträchtliche Werte annimmt. Das Natriumcarbonat begünstigt die Leichtflüssigkeit des geschmolzenen Metalls. Das Bentonit stellt ein hydriertes Aluminiumsilicat dar, das mit Wasser eine zähe Lösung oder Suspension bildet. Es besitzt kolloide Eigenschaften und wird daher bisweilen auch kolloider Ton genannt. Dieser Flußmittelbestandteil hält das Wasser möglichst lange fest, so daß es erst entweicht, wenn es in unmittelbare Nähe des Lichtbogens gekommen ist. Dadurch wird erreicht, daß dieThe chemical reaction between the titanium dioxide and the alkali hydroxide goes relatively lazy in front of you; however, enough water is split off here so that the molten slag is filled with steam. This makes it very porous and light, so that the presence of the flux on the molten metal does not cause pinholing caused even if the thickness of the flux layer becomes considerable. The sodium carbonate favors the light liquidity of the molten metal. Bentonite is a hydrogenated aluminum silicate that forms a viscous solution with water or suspension forms. It has colloidal properties and is therefore sometimes used called colloidal clay. This flux component keeps the water as long as possible so that it only escapes when it comes into close proximity to the arc is. This ensures that the

Randzonen der Flußmittelschicht ihre Formbeständigkeit behalten und ein Ausweichen des Lichtbogens aus dem Schmelzbad verhindert wird. Es gibt verschiedene Arten von Bentonit; vorzugsweise findet im vorliegenden Fall das im Handel unter dem Namen Volclay bekannte Bentonit mit etwa folgender Zusammensetzung Verwendung:Edge zones of the flux layer retain their dimensional stability and give way the arc from the weld pool is prevented. There are several types of bentonite; preferably takes place in the present In the case of bentonite known commercially under the name Volclay with approximately the following composition:

ίο SiO etwa 61,78 °/₀,ίο SiO about 61.78 ° / ₀ ,

Fe₂O₃ - 3>io°/₀,Fe ₂ O ₃ - 3> 10 ° / ₀ ,

FeO - 0,28 °/₀,FeO - 0.28 ° / ₀ ,

MnO - 0,08 °/₀,MnO - 0.08 ° / ₀ ,

Al₂O₃ - 21,56 °/o>Al ₂ O ₃ - 21.56%

CaO - 0,68 °/₀,CaO - 0.68 ° / ₀ ,

MgO - 2,62 »/„,MgO - 2.62 »/",

K₂O - 0,31 °/o,K ₂ O - 0.31%,

Na₂O - 2,22"/ο,Na ₂ O - 2.22 "/ ο,

S O₃ Spuren,SO ₃ tracks,

FeuchtigkeitsgehaltMoisture content

bei 110⁰C .. etwa 2,98 °/o> Glühverlust ... - 4,73 °/₀^at 110 ⁰ C .. about 2.98 ° / o> loss on ignition ... - 4.73 ° / ₀ ^

Das spezifische Gewicht dieses Bentonits beträgt 2,7 g/cm³, der Schmelzpunkt liegt bei 2462 bis 2552⁰C. Das Bentonit vermag das Vier- bis Fünffache seines eigenen Gewichts an Wasser zu absorbieren und nimmt hierbei das Zwölf- bis Fünfzehnfache des Volumens gegenüber dem trockenen Bentonit ein. Im gesättigten Zustand bildet es eine gallertartige Masse.The specific gravity of this bentonite is 2.7 g / cm ^3, the melting point is from 2462 to 2552 ⁰ C. The bentonite can the four to five times to absorb its own weight of water and in this case takes the twelve to fifteen times the volume compared with the dry bentonite. When saturated, it forms a gelatinous mass.

An Stelle des beschriebenen Flußmittels können auch andere verwendet werden. Beispielsweise haben sich brauchbare Ergebnisse gezeigt mit einem Flußmittel folgender Zusammensetzung: gleiche Gewichtsteile Feldspat, Talk, Titandioxyd und gepulvertes Stroh zu einer Paste vermischt mit dem Dreifachen des Gewichtes obiger Bestandteile zusammengenommen an flüssigem Natriumsilicat. Um eine möglichst homogene Paste zu erhalten, ist es zweckmäßig, die einzelnen Bestandteile möglichst fein zu pulverisieren.Instead of the flux described, others can also be used. For example useful results have been shown with a flux of the following composition: equal parts by weight of feldspar, talc, titanium dioxide and powdered straw mixed with the to form a paste Three times the weight of the above ingredients combined in liquid sodium silicate. In order to obtain a paste that is as homogeneous as possible, it is advisable to pulverize the individual components as finely as possible.

Das neue elektrische Lichtbogenschweißen kann auch von Hand ausgeführt werden, wobei die Paste dem Werkstück mit Hilfe eines Stabes, einer Düse o. dgl. zugeführt werden kann.The new electric arc welding can also be done by hand, with the paste can be fed to the workpiece with the aid of a rod, a nozzle or the like can.

Die erforderliche Schichthöhe und -breite des aufgetragenen Flußmittels ist bereits oben angegeben worden. Beim Verschweißen von Stahlplatten von etwa 12 mm Stärke kann man zweckmäßig Elektroden mit einem Durchmesser von 8 bis 10 mm sowie einen Schweißstrom von 650 bis 700 Ampere und eine Lichtbogenspannung von 28 bis 32 Volt anwenden. Die Eindringtiefe des Lichtbogens hängt in hohem Maße von der Schweißgeschwindigkeit ab. Im angegebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Vorschubgeschwindigkeit zweckmäßig angenähert 25 cm/min, die hierbei erzielte Eindringtiefe beträgt etwa 6 mm.The required layer height and width of the applied flux is already above has been specified. When welding steel plates about 12 mm thick, expedient electrodes with a diameter of 8 to 10 mm and one Welding current from 650 to 700 amps and an arc voltage from 28 to 32 volts use. The penetration depth of the arc depends to a large extent on the welding speed away. In the exemplary embodiment given, the feed rate is expediently approximated 25 cm / min, the penetration depth achieved here is about 6 mm.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung des angegebenen Flußmittels ergibt sich eine Schweißnaht mit feinkörnigem, nicht porösem Gefüge mit großer Zähigkeit und Festigkeit. Bei Kesselblechen mit einer Zugfestigkeit von 41 kg/mm² beträgt die durchschnittliche Zugfestigkeit des-Schweißmetalls 42 bis 47 kg/mm². Die Biegeprobe ergab eineDehnung von6i°/₀, ohne daß die Werkstücke Rißbildungen oder sonstige Zerstörungen zeigten. Bei Verwendung von Stahlkugeln mit etwa 1,6 mm Durchmesser und einem Druck von 100 kg ergab sich für den Grundwerkstoff eine Rockwellhärte B von 68, für die Zonen nahe der Schweißnaht eine solche von 71 und für das aufgetragene Schweißmetall eine solche von 74.The inventive use of the specified flux results in a weld seam with a fine-grained, non-porous structure with great toughness and strength. For boiler plates with a tensile strength of 41 kg / mm ² , the average tensile strength of the weld metal is 42 to 47 kg / mm ² . The bending test showed an elongation of 61 ° / ₀ without the workpieces showing cracks or other damage. Using steel balls with a diameter of around 1.6 mm and a pressure of 100 kg resulted in a Rockwell hardness B of 68 for the base material, 71 for the zones near the weld and 74 for the weld metal.

Obgleich hierauf nicht beschränkt, so findet die neue Schweißung vorzugsweise für Dauerelektroden, wie beispielsweise Kohle- oder Graphitelektroden, Verwendung. Auch können mit einer Flüssigkeit gekühlte Metallelektroden oder solche aus einem hochhitzebeständigen Werkstoff, wie Wolfram, Molybdän 0. dgl., Verwendung finden.Although not limited to this, the new welding is preferably used for permanent electrodes, such as carbon or graphite electrodes, use. Metal electrodes cooled with a liquid can also be used or those made of a highly heat-resistant material such as tungsten, molybdenum, etc., are used.

Die Schichthöhe des Flußmittels kann je nach dem besonderen Fall selbstverständlich auch größer als 3 mm gewählt werden. Die Flußmittelschicht stellt einen Wärme- sowie elektrischen Isolator dar, wodurch die Einflußzone des Lichtbogens unmittelbar auf die Stelle unterhalb der Elektrode beschränkt wird. Schweißungen gemäß der Erfindung zeigen gegenüber bekannten Verfahren den Vorteil, daß die Schweißnahtbreite angenähert nur 7S⁰Io der Schweißnahtbreite beträgt, welche sich bei den bekannten Verfahren ergibt. Dem Flußmittel kann ein Legierungsmaterial beigegeben sein, zweckmäßig verwendet man jedoch einen Füllstreifen, welcher zwischen die beiden Werkstücke eingelegt wird.The layer height of the flux can of course also be chosen to be greater than 3 mm, depending on the particular case. The flux layer acts as a thermal and electrical insulator, so that the zone of influence of the arc is restricted directly to the point below the electrode. Welds according to the invention have the advantage over known methods that the weld seam width is approximately only 7S ⁰ Io of the weld seam width which results from the known methods. An alloy material can be added to the flux, but it is expedient to use a filler strip which is inserted between the two workpieces.

Claims

Patent claims:

1. Electric arc welding, characterized in that the weld seam before running over with the arc with a viscous, slag-forming flux such as possible Layer height and width is covered that "after welding to both Sides of the weld seam a continuous strip of the applied, not destroyed by the arc Flux stops.

2. Flux for performing the arc welding according to claim 1,

characterized by the following composition:

Bentonite (colloidal clay) .. ο up to 5 ° / ₀ , sodium hydroxide ........ 1 - 10 ° / ", sodium carbonate ......... 1 - 5 ° / ₀ .

Titanium dioxide 10 - 40 ° / ₀ ,

Feldspar 25 - 75 ° / ₀ ,

Water .12 - 40 ° / ₀ .

3. Flux for performing the arc welding according to claim 1, characterized by the following composition:

Bentonite (colloidal clay) 1%.

Sodium hydroxide ....... 4 ° / ₀ ,

Sodium carbonate 2 ° / ₀ ,

Titanium dioxide 18 ° / ₀₎

Feldspar S3 ° / o,

Water ,. 22 ° / ₀ .

4. Flux according to claim 2 and 3, characterized by the use of a bentonite with the following composition:

SiO about 61.78 ° / ₀ ,

Fe ₂ O ₃ - 3> 10%,

FeO - 0.28 "/",

MnO ........ - 0.08 · / ", Al ₂ O ₃ ........ - 21.56 ° / ₀ ,

CaO - 0.68%,

MgO ........ - 2.62 · / ",

K ₂ O. - ■ 0.31 ° / ",

Na ₂ O ........ - 2.22 ■ · / ",

SO ₃ tracks,

Moisture content at 110 ⁰ C .. about 2.98 ° / ₀ ,

Loss on ignition .... - 4.73 ° / o-

5. Flux according to claim 2 and 3, characterized in that in place of the Bentonite aluminum silicate mixed with water to form a viscous mass is used.

6. flux according to claim 2 to S, characterized by an addition to Cellulose.

Please refer to the sheet of drawings