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Elektrode für elektrische Schweißung Beim elektrischen Lichtbogenschweißen
werden Elektroden verwendet, die als blanke Elektroden aus rein metallischen Stoffen
bestehen oder als zusammengesetzte Elektroden auch Stoffe aufweisen, die nicht direkt
zur Bildung der Schweißnaht dienen, jedoch für deren Güte bezüglich Lunkerbildung
und Homogenität sowie Festigkeitsgrad von Wichtigkeit sind.
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Blanke Elektroden haben die Eigenschaft, daß sie mit steigendem Gehalt
an Kohlenstoff und sonstigen Legierungsbestandteilen am Minuspol nicht mehr einwandfrei
arbeiten, da der Lichtbogen unstetig wird und sich schlechter Einbrand ergibt. Eine
Verarbeitung dieser Elektroden kann deshalb nur am Pluspol erfolgen, wobei jedoch
ein noch bedeutend schlechterer Einbrand entsteht als am Minuspol.
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Diese Nachteile versuchte man zu beheben durch Verwendung von kombinierten
Elektroden. Es gibt deren mehrere Arten. Die rein metallischen Elektroden besitzen
einen Kern aus kohlenstoffhaltigem oder aus legiertem Eisen und eine Hülle aus praktisch
reinem Eisen, welches hochschmelzend ist, jedenfalls aber erst bei höherer Temperatur
schmilzt als der Kern. Diese Hülle wird durch Walzen, Ziehen oder auch durch Gießen
aufgebracht. Das Aufbringen verursacht bereits Schwierigkeiten. Es gibt weiter rein
metallische Elektroden, bei denen der Kern aus Magnesium, Kalzium oder sonstigen
Erdalkalimetallen besteht,
die nicht zur Schweißnahtbildung dienen,
sondern lediglich ein Oxydieren bzw. Nitrieren des Schweißmetalls beim Schweißvorgang
verhindern sollen.
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Es gibt ferner kombinierte Elektroden mit nichtmetallischen Bestandteilen,
bei denen der Kern aus nichtmetallischen Stoffen besteht und der äußere Elektrodenkörper
als Stahlhülle ausgebildet ist, deren Schmelzpunkt höher liegt als der des Kernes.
Ferner sind Elektroden bekannt, bei welchen ein Stahlkern von einer Zone aus nichtmetallischen
Stoffen umgeben ist. Nachteile dieser Elektroden sind der hohe Preis und Neigung
zu Schlackeneinschlüssen an der Schweißstelle. Eine Weiterbildung ist jene Art von
Elektroden;- die ebenfalls einen Stahlkern besitzen, der von einer Zwischenzone
aus nichtmetallischen Stoffen umgeben ist und außen eine Stahlhülle aufweist, die
die Elektroden nach außen hin schützt. Diese Stahlhülle besitzt höheren Schmelzpunkt
als die anderen Teile der Elektrode und hat den Zweck, beim Schweißvorgang die in
den flüssigen Zustand übergehenden schweißnahtbildenden und flußmittelspendenden
Bestandteile bei der hohen Schweißtemperatur vor dem Luftzutritt zu schützen und
Oxydation zu verhindern.
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Eine weitere Art von konibinierten Elektroden sind jene, deren Kern
aus kohlenstoffarmem Eisen besteht, dessen Schutzschicht aber Legierungsbestandteile
enthält, die das Eindringen von Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft beim Schweißvorgang
verhindern. Als Nachteil dieser Elektroden ist ebenfalls die Schwierigkeirt dies
Aufbringens der Schutzschichten durch Ziehen; Pressen oder Walzen und daher die
wenig günstige wirtschaftliche Herstellung derselben anzusehen. Zur Behebung dieser
Übelstände wurde eine Elektrode geschaffen, die ebenfalls einen kohlenstoffarmen
Eisenbern besitzt, mit einer Schicht . aus Legierungsbestandteilen versehen wird
und nach außen liin noch von einem Mantel aus weichem Stahl abgeschlossen ist, der
gemeinsam und gleichzeitig mit der Schicht von Legierungsbestandteilen aufgewalzt,
aufgezogen oder aufgepreßt wird. Der Schutzmantel hat in diesem Falle vorwiegend
denn Zweck, die Elektroden leichter herstellen zu können.
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Schließlich sind noch Elektroden in Gebrauch, deren Kern aus gewöhnlichem
Kohlenstoffstahl oder Eisen mit eventuellen Zusätzen von Legierungsbestandteilen
. besteht, von letzteren aber nur .so viel enthält, daß ein Walzen oder Ziehen noch
möglich ist. Die den Kern umschließende Hülle enthält die Flußmittel sowie Zusätze
von Chrom, Mangan usw. Den Abschluß bildet ein Stahlblechmantel, der die Oxydation
-der Legierungsbestandteile durch Fernhalten der Luft beim Schweißen verhindern
soll.
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Zusammenfassend ist über die bisherigen Elektroden und über den Schweißvorgang
bei Verwendung derselben festzustellen: Der Stoff des Kernes, also Kohlenstoffstahl
oder mehr oder weniger legierter Stahl, dient zur Schweißnahtbildüng. Diese Stoffe
oxydieren -leicht bei der hohen Schweißtemperatur. Die Güte einer Schweißnaht hängt
zum Teil von der Zusammensetzung des Schweißgutes ab, andererseits von Umständen,
die auf die mechanischen Eigenschaften des Sohweißgutes Ei,nfluß haben. Je mehr
beim Schweißen ein Verbrennen von Legierungsbestandteilen eintrifft, desto schlechter
wird also das Schweißgut sein und desto weniger gut die . Schweißnaht. Um trotzdem
mehr an Legierungsbestandteilen in das Schweißgut zu bringen, wurde so vorgegangen,
daß man die Elektrode so stark überlegierte, bis der unverbrannte Anteil der Legierung
noch immer genügend groß war für die Bildung einer guten Schweißnaht. Hochlegierte
Schweißstäbe sind außerdem sehr oft die Ursache von Schweißhärterissigkeit.
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Das Auflegieren des Schweißgutes aus der Elektrodenumhüllung liefert
erfahrungsgemäß ungleichmäßige und zufällige Ergebnisse, die von den jeweiligen
Schweißbedingungen abhängig sind und deshalb tunlichst vermieden werden sollen.
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Um das Oxydieren der Legierungsbestandteile zu vermeiden oder doch
in praktisch erträglichen Grenzen zu halten, wurden den Elektroden nichtmetallische
Bestandteile zur Schlackenbildung zugesetzt. Sie gehen bei der hohen Schweißhitze
in teigig-flüssigen Zustand über und überziehen das Schweißgut mit einer schlackigen
Haut oder bilden Gase, die der Luft den Zutritt zum Schweißgut verwehren, und deren
oxydierende und nitrierende Wirkung seitens ihres Sauerstoffes. und Stickstoffes
ausschalten. Dennoch genügt dieses Verfahren nicht allen Anforderungen. Insbesondere
bei Elektroden, die aus einem eisenhaltigen Kern und aus einer Umhüllung bestehen,
die Legierungszusätze aus Chrom, Mangan, Silicium, Wolfram, Molybdän, Vanadin, Nickel
und Kobalt besitzen, findet sich starke Neigung zum Oxydieren dieser Legierungsbestandteile.
Diese Elektroden werden deshalb, wie bereits oben angeführt, wegen der Oxydationsgefahr
außen noch mit einem Stahlblechmantel umhüllt, um den Luftzutritt auszuschließen.
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Die Schweißelektrode nach vorliegender Erfindung besteht im wesentlichen
aus einem Elektrodenkern von legiertem oder unlegiertem Eisen oder Stahl, der von
einem Schutzmantel aus hoch hitzebeständigem Metall umgeben ist und außen noch eine
Umhüllung aus desoxydierenden und schlackebildenden Stoffen haben kann. Für den
Schutzmantel um den Elektrodenkern wird vorteilhafterweise Chrom verwendet. Das
Auf= bringen des Chroms auf den legierten Kern erfolgt entweder durch Verchromen
auf elektrolytischem Wege. oder durch Inchromieren, Beide Arten liefern -einen dünnen
brauchbaren Schutzmantel.
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Die Wirkungsweise der Elektrode ist folgende: Beim Beginn des Schweißvorganges
erhitzt der elektrische Lichtbogen die Elektrodenkernspitze, deren Stoff teigig
wird und als zähflüssige Legierung die Elektrodenspitze umgibt. Der Chromschutzmantel,
der
den Elelktrod.en#hern unmittelbar umgibt, schirmt das Schweißgut vor der Lufteinwirkung
ab, so daß eine Oxydierung oder Nitrierung der Legierungsbestandteile des Kernes
nicht stattfinden kann und die gewünschte Schweißnalitgüte sich nach dem Verhältnis
der Elektrodenlegierung gestaltet. Nach Maßgabe des Kernabbrandes bildet sich innerhalb
des C'hromschutzmantels ein mehr oder weniger kraterförmiger Hohlraum, der von dem
Chromschlauch umgeben ist. Letzterer brennt schließlich zufolge der höhen Lichtbogentemperatur
und unter der Einwirkung der weiteren Schweißtropfenbildung ebenfalls ab und entwickelt
dabei eine Gassäule, die den Zustrom der Luft zum Schweißgut ebenso verhindert wie
der C'hromsc'hutzmantel. Beim Abschmelzen der äußersten Elektrodenumhüllung werden
die Schlackenbildner und eventuell Flußmittel frei.
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Der C'hromschutzmantel um den Kern verfolgt doppelten Zweck. Durch
Oxydationsverhinderung gelangen die Legierungsbestandteile des Elektroden'kernes
praktisch gänzlich in die Schweißnaht, deren Güte also nach gewähltem Legierungsverhältnis
erzielt wird und nicht durch jeweils eintretende -und den Schweißvorgang ungewiß
beeinflussende Umstände fallweise in Frage gestellt ist. Es brauchen ferner durch
den Luftabschluß mengenmäßig nur so viele Legierungsbestandteile im Elektrodenkern
enthalten zu sein, als für die Schweißnahtgüte notwendig ist, da ein Ausbrennen
derselben praktisch vermieden wird. Es ist somit nicht nötig, eine dem normalen
Ausbrand von Legierungsstoffen entsprechende zusätzliche Menge im Elektrodenkern
vorzusehen, d. h. die Elektrode zu überlegieren, wodurch bei der Erzeugung derselben
eine wesentliche Einsparung an Legierungsmetallen eintritt, die ausnahmslos Sparstoffe
sind.
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Das Aufbringen des Chrommantels ist sehr einfach und kann ohne Schwierigkeiten
erfolgen, sei es durch elektrolytische Aufbiringung des Metalls auf den Elektrodenkern
oder durch Inchromieren nach einem der Einsatzkohlung ähnlichen Vorgang, wobei das
Chrom nicht an der Oberfläche ablagert, sondern tiefer in das Gefüge eindringt und
sich mit diesem verbindet.