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Elektroden zur Lichtbogenschweißung Wenn mit einem Flußmittel umhüllte
Elektroden zum Schweißen von Gußeisen oder zum Auftragen von Schweißgut auf Gußeisen,
insbesondere Grauguß, verwendet werden, neigt die Auftragsschweiße in der Wärme
zur Rißbildung und ist nach dem Erkalten schwierig mechanisch zu bearbeiten. Darüber
hinaus rufen viele zur Gußeisenschweißung bestimmte legierte Elektroden stark wechselnde
Lichtbogen hervor, während andere ein zähflüssiges Schweißgut ergeben, das sich
nicht leicht mit den Seiten der zu verschweißenden Teile verbindet. Weitere Elektroden
bilden Schlacken, die das Schweißgut nicht gut bedecken oder die nicht leicht entfernt
werden können.
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Es sind bereits Elektroden mit einem Nickeldrahtkern und einem Flußmittelmantel
bekannt, welcher Mantel gewichtsmäßig 5o bis 9o (vorzugsweise 6o bis 8o) Teile Fluorcalcium,
50 bis 1o (vorzugsweise 4o bis 2o) Teile Fluornatrium, io bis 30 (vorzugsweise 2o
bis 25) Teile Titan, o bis 20 (vorzugsweise 2 bis 8) Teile Kohlenstoff und 6 bis
i i 0/0 Stärkegummi (Dextrin) enthielt. Diese Elektroden können für viele Zwecke,
insbesondere zum Schweißen von Nickelblechen, verwendet werden. Hierfür ist die
Dehnbarkeit des Schweißguts wichtig. Wenn der Kohlenstoffgehalt mehr als 6% beträgt,
sinkt die Dehnbarkeit der Schweiße ab, so daß für eine hohe Dehnbarkeit einer Schweiße
der Kohlenstoffgehalt nicht höher als rund 5 % sein sollte.
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Die Elektroden gemäß vorliegender Erfindung sind zur Verwendung beim
Schweißen von Gußeisen vorgesehen und sind durch einen Kohlenstoffgehalt gekennzeichnet,
der für das aufgetragene
Schweißmetall einen Graphitgehalt von 0,9o
bis 1,30°/o ergibt. Der Kohlenstoffgehalt des Flußmittelmantels, der zur Erzeugung
des angegebenen graphitischen Kohlenstoffs im Schweißgut erforderlich ist, richtet
#sich nach den übrigen Bestandteilen des Mantels und ist gemäß diesen Bestandteilen
veränderlich. Der im Schweißgut befindliche graphi= tische Kohlenstoff bewirkt eine
Verminderung der Schrumpfspannung und eine Verringerung der Neigung zur Rißbildung.
Eine weitere Begleiterscheinung ist eine Auflockerung des Nickelgrundmetalls, was
eine sehr verbesserte mechanische Bearbeitbarkeit der geschweißten Stelle ergibt.
Das Schweißgefüge ist im wesentlichen ein austenitisches Nickelgefüge mit graphitischem
Kohlenstoff. Der Kern ist ein Nickeldraht. In der Praxis ist es nicht möglich, einen
absolut reinen Nickeldrahtkern herzustellen, jedoch enthalten die Kerne der erfindungsgemäß
hergestellten Elektroden zumindest 98,5% Nickel, während die restlichen Anteile
aus Desoxydierinittel und Unreinigkeiten wie Kohlenstoff, Mangan, Eisen, Silicium,
Kupfer, Titan und Magnesium bestehen. Der Nickelgehalt ist gewöhnlich nicht höher
als 99,5 0/0.
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Es muß dafür gesorgt werden, daß nicht nur die angegebene Menge Graphit
im Schweißgut vorhanden ist, sondern auch die Bestandteile des Flußmittelmantels
gegenüber dem Kern abgestimmt sind, damit die Elektrode gute Lichtbogeneigenschaften
und zweckentsprechende Schlackenbildung zeigt sowie gute Auftragsschweißformen erzeugt,
unabhängig davon, ob Wechselstrom- oder Gleichstromschweißmaschinen verwendet werden.
Diese erwünschten Eigenschaften werden mittels vorliegender Erfindung erzielt, bei
der der Mantel nicht nur Kohlenstoff, sondern auch schlackenbildende Stoffe, Titan
in Form einer Legierung und ein Bindemittel enthält. Das Verhältnis der Bestandteile
zueinander (in Gewichtsanteilen) beträgt 45 bis 85 Teile schlackenbildender Stoffe,
1o bis 3o Teile Kohlenstoff und 0,25 bis 2,5 Teile Titan. Der Titangehalt
ist also bedeutend geringer als bei den bekannten Ilektrodenmänteln. Der Grund ist
der, daß große Mengen Titan sich mit so viel Kohlenstoff verbinden, als zur Titankarbidbildung
erforderlich ist, und so den Graphitgehalt im Schweißgut unter die erwünschte Graphitmenge
verringern. Der Flußmittelmantel wird vorzugsweise um den Kern herumgepreßt und
muß zu diesem Zweck von angemessener Festigkeit sein. Das Bindemittel enthält vorzugsweise
einen Klebstoff, wie z. B. Bentonit, welches mit . den anderen trockenen Bestandteilen
vermischt wird.
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Dem Flußmittelmantel kann vorteilhafterweise Eisenpulver bis zu einer
Menge von 3o Gewichtsteilen beigegeben werden, da dies nutzbringende Wirkungen auf
die Brenneigenschaften der Elektrode hat. Um eine. Gegenwirkung zwischen dem Dextrinbindemittel
und dem Eisenpulver zu verhindern, kann ein alkalisches Salz mit dem Bindemittel
und Wasser zugegeben werden, wobei als ein solches alkalisches Salz, vorzugsweise
Natriumsilicat, genommen wird. Ein weiteres geeignetes Salz ist kohlensaures Natron.
Wenn dem Mantel kein Eisenpulver beigegeben wird, entfällt natürlich auch die Beigabe
derartiger Salze.
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Als schlackenbildende Mittel werden vorzugsweise kohlensaure und Fluorverbindungen
von Calcium und anderen alkalischen Erdmetallen genommen.
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Die vorzugsweise anzuwendenden Zusammensetzungen und ein Beispiel
der -Mischung von trockenen Bestandteilen des Flußmittelmantels seien im folgenden
gegeben:
| Trockene Bestandteile Vorzugsweise Beispiel |
| zu nehmen |
| Calciumcarbonat (Kreide) 25 bis 5o Teile 32 Teile |
| Fluorcalcium . . . . . . . . . . . . 20 - 35 - 29 - |
| Eisenpulver............. 0 - 30 - 15 - |
| Kohlenstoff .. ... ... . . . .. 1o - 30 - 15 - |
| Ferro-25 Titan........... i - io - 5 - |
| Bindemittel Bentonit ... 3 - 6 - 4 - |
Der vorzugsweise zu verwendende flüssige Teil des Bindemittels wird durch 15 Minuten
dauerndes Rühren von 5 Teilen Dextrin mit 12 Teilen Wasser bei 1o6° C und darauffolgendem
Zugeben von 4 Teilen Natriumsilicat, kurz vor dem Beifügen der sich ergebenden :Mischung
zu den trockenen Bestandteilen, hergestellt. Die Mengen von Dextrin und Wasser können
von o,5 bis 6 Teile Dextrin und von io bis 15 Teile Wasser wechseln.
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Der verwendete Kohlenstoff kann fester Kohlenstoff in Körnungen von
o,12 mm Durchmesser sein, jedoch sollen vorzugsweise rund 5% des gesamten zugefügten
Kohlenstoffs in Form von natürlichem Graphit beigegeben werden, welches die Preßbarkeit
der Flußmittelmasse verbessert. Wenn das Ferrotitan in anderer Form als der Ferro-25-Titanlegierung,
beispielsweise als Ferro-4o-Titan zugefügt wird, dann wird die beizufügende Menge
im Verhältnis vermindert, um die Titanbeigabe innerhalb des angegebenen Bereichs
zu halten.
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Die Dicke des Flußmittelmantels hängt im großen und ganzen vom Durchmesser
des Kerns ab. So sind beispielsweise folgende Verhältnisse des Kerndurchmessers
zur Dicke des Flußmittelmantels annehmbar
| Kern- Dicke des AußEn- |
| durchmesser Flußmittel- . durchmesser |
| mantels der Elektrode |
| 3,i8 mm 0,7 mm 4,58 mm |
| 396 mm o,685 mm 5,33 mm |
| 4.754 mm o,673 mm 6,1o mm |
Die Dicke des Flußmittelmantels kann jedoch erlieblich wechseln. So kann z. B. ein
Kern von 3,96 mm Durchmesser mit einem Mantel von 0,94 mm umhüllt sein, was einen
Außendurchmesser der Elektrode von 5,84 mm ergibt.
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Der durch das Vorhandensein von graphitischem Kohlenstoff im Schweißgut
sich ergebende Vorteil
wird durch drei unter gleichen Bedingungen
durchgeführte Versuchsreihen mit drei Arten von Elektroden erwiesen: A. eine Elektrodegemäßvorliegender
Erfindung, B. und C. zwei im Handel erhältliche Elektroden, die zum Schweißen von
Gußeisen empfohlen werden.
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In der ersten Versuchsreihe wurden Auftragsschweißungen ausgeführt,
die ganz aus Schweißgut bestanden, wobei die Analysen folgende Nickel-, Kupfer-
und Kohlenstoffgehalte zeigten:
| Element I A I B ( C |
| Nickel ............... 91,7 % 95,1 % 68,64 0/0 |
| Kupfer ............. 0,05% 0,24% 28,97 0/0 |
| Gesamtkohlenstoff..... t,38% 0,53% 0,i7 0/0 |
| Graphitischer |
| Kohlenstoff......... i,13% 0,33% 0,008% |
In der zweiten Versuchsreihe wurde das Schweißgut in halbrunde Nuten von 12,7 mm
Tiefe in eine auf 350° C vorerwärmte Gußeisenplatte eingeschweißt. Die mit der Elektrode
A hergestellte Schweiße zeigte während des Schweißens in den Nuten keine Risse,
während die mit den Elektroden B und C erzeugten Schweißen erhebliche Risse aufwiesen.
Jede der Schweißen wurde durchschnitten, wobei das mit der Elektrode A hergestellte
Schweißgut keine Risse und die mit den Elektroden B und C erzeugten Schweißen erhebliche
Risse zeigten.
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In der dritten Versuchsreihe wurden V-Nahtschweißen mit nicht vorgewärmten
Gußeisenplatten gemacht. Es wurden erhebliche Risse in den mit den Elektroden B
und C hergestellten Schweißnähten sowohl während des Schweißens als auch im durchschnittenen
Schweißgut festgestellt, wogegen die mit der Elektrode A erzeugten Schweißen ohne
Risse sowohl während des Schweißens als auch im durchschnittenen Schweißgut waren.
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Aus diesen Versuchen kann geschlossen werden, daß gemäß vorliegender
Erfindung hergestellte Elektroden bei Gußeisen gute Schweißen mit oder ohne Vorwärmung
ergeben, da sie keine Risse in den durch die Schweißhitze betroffenen Randzonen
verursachen.