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Umhüllte Elektrode für die elektrische Lichtbogenschweißung Bei der
Lichtbogenschweißung mit Quaktätselektroden wird erstrebt, der Schwreiße möglichst
die gleichen Eigenschaften zugeben, die der Werkstoff besitzt. Bei hochlegierten
Werkstoffen setzt dies voraus, daß die Schweiße die gleiche Legierungszusammensetzung
wie der Werkstoff aufweist. Es ist bekannt, für legierte Stähle Schweißelektroden
zu verwenden, die einen Kern aus. weichem Eisen und eine die Legierungszusätze entlialtende
Umhüllung besitzen. Bei einigen bekannten Elektroden werden die Legierungszusätze
in Pulverform mit einem Bindemittel auf den Elektrodenkern aufgebracht; andere Elektroden
tragen in der Flußmittelumhüllung eine Umwicklung oder ein Gewebe aus dünnen Legierungsdrähten.
Es wurde ferner vorgeschlagen, Legierungszusätze als Carbonate oder Oxyde der Hülle
zuzusetzen. Gesichtspunkte für die Auswahl der Form des Legierungszusatzes fehlten
bisher.
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Die Erfindung betrifft eine- umhüllte Elektrode für die elektrische
Lichtbogensch.weißung, bei der der Umhüllung als Oxyd oder Carbonat mindestens eines
der Metalle Nickel, Kupfer, Kobalt (erste Gruppe), deren. Oxyde
einen
hohen Dissoziationsdrucil: bei Lichtbogentemperatur aufweisen, und bei der dein
Kern und/oder der Hülle in metallischer Form mindestens eines der Metalle Chrom,
Aluminium, Titan, Zirkonium, Vanadium, Magnesium, Lithitim Strontium, Barium, Calcium
Lanthan (zweite Gruppe), deren Oxyde hohe Bi.ldungswärrne besitzen, zugesetzt sind.
Erfindungsgemäß sollen nicht nur die Metalle der ersten Gruppe als Legierungsstoff
in die Schweiße übergehen, sondern auch die Metalle der zweiten Gruppe in solchen
Mengen vorhanden sein, daß sie als Legierungsstoff in die Schweiße übergehen.
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Es ist bereits bekannt, für die Umhüllung von Elektroden zur Lichtbogenschweißung
eine Th.ermitmischung zu verwenden, die beispielsweise aus Nickeloxyd und Aluminium
besteht. Der Thermitprozell setzt jedoch, eine Oxydation des zugesetzten Aluminiums
voraus; eine Legierung der Schweiße sowohl mit ickel als auch mit Aluminium, wie
sie die Erfindung voraussetzt, tritt dann nicht ein. DerErfindung liegt die durch
systematische Erforschung der Umsetzungen im Schweißlichtbogen bestätigte Erkenntnis
zugrunde, daß die als Legierungszusätze verwendeten Metalle sich in die oben angegebenen
beiden Gruppen scheiden lassen. Die Metalle der ersten Gruppe, die als Verbindungen
der Hülle zugesetzt werden. -n_eigen im Lichtbogen eine starke Tendenz zum Zerfall,
insbesondere da die Bildungswärme ihrer Oxyde niedrig ist.
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Der hierbei auftretende Reduktionsprozeß bewirkt eine besonders feine
Verteilung des Legierungsstoffes in der Schweiße. Die bei der Zersetzung von Carbonaten
auftretende Kohlensäureentwicklung ist, wie bekannt, für den Schweißvorgang durch
die Fernhaltung von Sauerstoff und Stickstoff aus dem niedergeschmolzenen Metall
von Vorteil. Die Metalle der .zweiten Gruppe erfordern für die Zerlegung der Oxyde
einen holten Energieaufwand. Werden sie in Oxvdforrn der Umhüllung zugesetzt, so
reduzieren sie sich nur zti einem kleinen .@rrteil und gehen dementsprechend nur
zu einem kleinen Anteil als Legierungsbestandteil in die Schweiße über.
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Eine Elektrode für die Sch-,veißung von au-stenitischem Chrom-Niclsel-Stahl
(18/8-Stahl), die gemäl'j der Erfindung zusammengestellt ist, besitzt beispielsweise
einen Kern mit 0,03% C, o,40% .Mn, 0,08% Silicium, = o,o7% Phosphor -a- Schwefel,
Rest Eisen.
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Die Hülle der Elektroden enthält, bezogen auf das Hüllengewicht, 4o
bis 45 % Chrom in metallischer, feinst zerkleinerter Form, 15 bis 25 0/a schwarzes
Nickeloxyd, 5 bis 10% reines Mangan (metallisch. 950/0%g), 15 bis 250/0 Flußspat,
1,9 his 25010 Calciumcarhoriat sowie o,i bis 2% selenigsaures Natron.
Das in der Umhüllitirg vorliaridene h-1 angan wirkt in dem angegebenen 1'rozents.itz
dabei nicht legierend im Sinne der Erfindung, sondern deso_xydierend. Der Zusatz
von selerligsaurern Natron führt einen geringen Selengehalt der Schweiße herbei,
der die Bearbeit-1)arl,eitwesentlich t-erbessert.Das die Sch@N-eilie auflegierende
Chrom kann auch als Ferrochrom unter entsprechender @jergrößerung des Gewichtsanteils
in die Hülle gekracht werden.
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Der Zusatz des in metallischer Forrii 1111 Sinne der Erfindung vorgesehenen
Legierungshestandteils in die Umhüllung hat deri Vorteil, daß ein normaler Weich<-isendraht
verwendet «-erden kann. Statt dess.rr kann der Legierungszusatz der Umhüllung zuni
Teil in metallischer Form beigefügt und eiti Eisenkern verwendet werden, dessen
Gehalt an Legierungsbestandteilen kleiner ist als der Legierungsbestand in der erzeugten
Schweiße. Auch solche Legierungsbestandteile, von denen im Sinne der- Erfindung
mindestens einer der Umhüllung als Oxyd oder Carlxlnat zugesetzt sein inuß, können
daneben noch zti einem gewissen Anteil dem Kern zulegiert sein. Eine so.lclie Verteilung
der Legierungsbestandteile ist insbesondre dann vorteilhaft. wenn festgestellt wurde,
daß eirrer der Ixgic!-rungsbestandteile heim L'lr@rgan g in <11c# Schweißnaht
stark ausbretnit und dieser I>"cstandteil andererseits zu den Metallen c1er oben
definierten ersten Gruppe im Sinne (1e1. Erfindung gehört; der Elektrodenkern l:aritr
dann die gleiche Zusammeris-etzurig wie der zu verschweißende ZVerkstoff haben.
.hin weiteres Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist ein Schweißdraht für
Nickel-Marrgaii-Legierungen, dessen kern mit llangari legiert ist, während die Hülle
1Viclzeloxyd enthält.
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Bei der Schweißurig von Nlckel-Cliroin-Legierungen, insbesondere denhochprozentiger
austenitischen Legierungen, wird <las Katlrodenfallgebiet des Lichtbogens durch
den Nickel-und Chroingelial-t vergrößert und dadurch die Zündspannung erW@lit. Einen
Ausgleich kann nian durch Zusatz von Stoffen in die Unihiillung schaffe i, die ini
Sinne einer 1,-rnie<Irigung der Zündspannung wirken. Man ersetzt dann bei der
oben angeg@lieneii Umhüllung beispielsweise das CaC0.3 ganz oder zum Teil durch
Bariurncarbonat oder durch Lithitimcarbonat oder fügt auch leide Stoffe zu Ca
CO, hinzu. Gerade bei der ",cliweißtirig von Chrom-Nickel-Stählen mit 28%
Chrom-und 8% Nickelgehalt wird häufig die Schlacke allzu leichtflüssig. Eine s-trerrgflüssigere
Schlacke und eine bessere Schlackenablösung erhält man in diesem Fall durch der
Ersatz des CaC0" durch Strontiunicarbonat. das für Elektroden anderer Zusammensetzung
oft als schädlich er 13estaridteil angesehen «-irl.
Austenitische
Werkstoffe zeigen bei Erwärinung innerhalbeines bestimmten Temperaturbereiches (etwa
7oo bis goo°) die nachteilige Erscheinung, daß ein Teil der Legierungsbestandteile,
insbesondere Chrom, sich als Karbid ausscheidet. Die dabei auftretende Verarmung
des Kornes an dem ausgeschiedenen Legierungsbestandteil hat eine vergröß:erte Korrosionsempfindlichikeit
an den Korngrenzen zur Folge. Es ist bekannt, daß diese Erscheinung durch Hinzulegieren
bestimmter Stoffe, und zwar zum Werkstoff und zum Schweißdraht, bekämpft werden
kann. Inisbesondere wurden @Tiobium, Titan, Tantal und Zirk onium hierfür vorgeschlagen.
Auch diese Bestandteile werden einer im Sinne der Erfindung zusammengesetzten Elektrode
metallisch. oder als Oxyde bzw. Carbonate zugesetzt, je nachdem sie in die.erste
oder in die zweite Gruppe der Metalle gehören.
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Zur Bekämpfung der interkristallinen Korrosion ist bei der Verschweißung
austenitischer Werkstoffe eine Kohlenstoffaufnahme aus der Schlacke zu vermeiden.
Beim Zusatz von Borverbindungen in die Elektrodenhülle, die z. B. den oben angegebenen
Flußspat ganz oder zum Teil ersetzen, bilden sich im Lichtbogen leicht lösliche
Borkarbide, mit denen der Kohlenstoff unschädlich in die Schlacke abgeht. Als Borverbindungen
werden der Schlacke Borsäure, Natriumtetraborat, Natrium- oder Kaliumborfluorid
zugesetzt, die sämtlich den Schmelzpunkt der Hülle stark herabsetzen. Erweist sich
eine Erhöhung des Schmelzpunktes als erforderlich., so verwendet man in der Hülle
Mg C 03 statt des angegebenen Ca C 03.
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Eine Anzahl von Metallen, die sich in der Schweiße nicht reduzieren
und daher als 'Oxyde in die Schlacke übergehen, kann man trotzdem mit Vorteil in
Oxydform oder- als Carbonate in die Hülle hineinbringen. Man erzielt dabei den Vorteil,
daß die Schlacke mit diesen Stoffen gesättigt und der Verlust an den gleichzeitig
in metallischer Form vorhandenen Stoffen herabgesetzt wird. Zu diesen Stoffen gehören
Titandioxyd, das der Hülle bis zu 2o% zugesetzt wird und die Schlacke mit Titan
sättigt, sie dabei gleichzeitig mürbe und leicht entfernbar macht, ferner Mo 03,
das die! Schlacke mit Molybdän sättigt, und Cr2 03, dessen Zusatz die Oxydation
des inetal'lischen Chroms verringert. Bei der oben angegebenen Hüllenzusammensetzung
verwendet man etwa 2 bis 2o % Cr. 03 und verringert den Anteil an Flußspat und Ca
C 0.3 (bzw. den diese beiden Stoffe ersetzenden BJ standtei:l) entsprechend gleichmäßig.
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Ein Zusatz von Titan, Zirkonium, Vanadium, Lanthan oder auch Cer in'
Oxydform stellt keinen Zusatz eines Legiei@tngsbestandteils im Sinne der Erfindung
dar. Man setzt diese Stoffe in Form von Ferro-Zr, Fe-V oder Fe-Cer der Hülle ziz
oder legiert den Elektrodenkem mit ihnen.
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Der Vanadiumzus.atz verhindert gleichzeitig die schädliche F loclenbildung
in der Schweiße, die oft bei Elektroden mit organischen Bestandteilen in der Hülle
durch Wasserstoffausscheidung erfolgt. T antat, NiobJum, Arsen oder Antimon können
so«>olil metallisch als auch als Oxyde verwendet werden, und zwar in Form von Tantalsäure,
dem gleichzeitig TiOz enthaltenden Euxenit (o,o5 bis 3% Tantaloxyd in der Hülle),
Codumbit, As., 03 (o, z bis 3'10 in der Hülle).
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Eine im Sinne der Erfindung' zusammengesetzte, Elektrode, die für
einen Werkstoff mit mindestens je: einem Legierungsbestandteil aus den angegebenen
Beiden Metallgruppen bestimmt ist und die diese beiden Ieegierungshestandteile in
den beiden verschiedenen Formen enthält, ist nicht nur für die Sch-#vvißung von
Eisen mit zwei Legierungsbestandteilen, sond,; rn auch für andere Mehrstofflegierungen
in gleicher @Veise: verwendbar. Eine Elektrode für die Schweißüng von Kupfer mit
Kobalt- und 1langangehalt enthält beispielsweise Mangan im Kern und Kobaltcarbo:nat
in der Hülle.
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Die neuen Elektroden können nicht nur für die Schweißung legierter
Werkstoffe, sondern auch für die Auftragung legierter Scbweißc auf unlegiertem Grundwirkstoff
benutzt werden.