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Schweißelektrode Zum Schweißen von Gegenständen mit Nickeloberfläche,
wie nickelplattiertem Stahl, und zum Aufbringen von Nickelschichten auf Eisenflächen
wird gewöhnlich eine Schweißelektrode mit einem Nickelkern und einer Flußmitteldeckschicht
verwendet. Die Anforderungen an derartige Elektroden steigern sich ständig. Um dem
gegenwärtigen Stand der Bedürfnisse nachzukommen, muß die Elektrode eine Auftragsschweißung
erzeugen, die bei radiographischer Prüfung fehlerfrei ist, gute Verformbarkeit aufweist
und durch eine Verseuchung mit Eisen nicht beeinträchtigt wird. Außerdem muß die
Schweißschlacke leicht entfernbar und die Elektrode leicht zu handhaben sein. Der
Schweißbogen darf bei allen Winkelstellungen nicht abreißen.
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Es ist bekannt, daß sich beim Vorhandensein von Titan gute Schweißen
erzeugen lassen. In den meisten bekannten Elektroden befindet sich Titan in der
Flußmitteldeckschicht.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die erforderlichen Mengen
Titan in der Deckschicht die spätere Entfernung der Schlacke erschweren oder unmöglich
machen.
Elektroden gemäß der Erfindung enthalten 3,5 bis 5 0/, Titan im Kern. Darüber hinaus
enthält der Kern o bis 0,75 % Aluminium, o bis 0,35 o/, Magnesium, o bis o,i 0(,
Kohlenstoff und im Rest Nickel, abgesehen von Verunreinigungen.
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Es ist bereits bekannt, bis zu 2 % Titan in einen Nickelkern zu bringen.
Das genügt jedoch zur Erzeugung einer gesunden Schweißung nicht; vielmehr wird die
Schweiße porös.
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Bekannt ist es ferner, i bis io 0/, Titan in eiserne Schweißstäbe
zu bringen, um allen vorhandenen Kohlenstoff als Titankarbid zu binden und dadurch
eine Härtung des Stahls zu verhindern. Kohlenstoff übt jedoch auf Nickelschweißen
praktisch keine härtende Wirkung aus, so daß es nicht nahelag, in einem Nickelkern
Titan in Mengen zu verwenden, wie sie in einem Eisenkern zur Verhinderung der härtenden
Wirkung verwendet werden. In einem Nickelkern dient das Titan zur Erzeugung einer
radiographisch gesunden Schweiße.
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Die Dehnbarkeit des Schweißmetalls bei Verwendung einer titanhaltigen
Kernlegierung auf Nickelbasis läßt sich durch die Beigabe von bis zu 0,35"/, Magnesium
zur Kernlegierung verbessern. Die Ruhe des Bogens. das Abschmelzen der Elektrode
und die Eigenschaften der Schlacke werden ferner durch die Beigabe von Aluminium
zum Kern verbessert. Die Anwesenheit von Aluminium beeinträchtigt jedoch die Dehnbarkeit
des Schweißmetalls, so daß es sich empfiehlt, die Aluminiumbeigabe zum Kern nicht
über 0,75 0/, zu steigern.
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Der Kohlenstoffgehalt des Kerns beeinträchtigt die Bruchdehnung des
Schweißmetalls. Zur Vermeidung dieses Nachteils muß der Kohlenstoffgehalt des Kerns
so gering sein, wie es praktisch möglich ist. Vorzugsweise beträgt er nicht über
o,o5 0/,. Ein Kohlenstoffgehalt bis zu o,i 0/, ist jedoch noch zulässig.
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Der Rest des Kerns besteht, abgesehen von Verunreinigungen, aus Nickel.
Unter Verunreinigungen sind hierbei Kobalteinschlüsse im Nickel, Restmengen des
oxydierender Elemente, wie Silizium, sowie kleine Mengen normaler Verunreinigungen,
wie Eisen und Kupfer, zu verstehen.
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Die Flußmitteldeckschicht besteht vorteilhafterweise aus Kalziumkarbonat
und einem oder mehr Fluoriden. Sie muß in diesem Falle mindestens 25 0/, Kalziumkarbonat
enthalten, um eine übermäßige Dünnflüssigkeit der Schlacke zu verhindern. Ferner
muß darin zur Erzeugung einer befriedigenden Schweißung mindestens 25 0/, Kryolith
vorhanden sein. Es empfiehlt sich, die Deckschicht aus Kalziumkarbonat und Kryolith
mit einer geringen Menge Bentonit und einer zu ihrer Aufbringung genügenden Menge
Bindemittel zusammenzusetzen. Die bevorzugte Deckschicht enthält 42 bis 62"/, Kalziumkarbonat,
55 bis 35 % Kryolith und i bis 5 0/, Bentonit, bevor das Bindemittel zugesetzt wird.
Die bevorzugten Bereiche dieser trockenen Bestandteile sind 45 bis 50 0/0 Kalziumkarbonat,
5z bis 470/, Kryolith und i bis 40/0 Bentonit; als Beispiel sei eine Deckschicht
aus 470/, Kalziumkarbonat, 50 % Kryolith und 3 0/, Bentonit angegeben. Nicht alles
Fluorid braucht jedoch in der Form von Kryolith vorhanden zu sein. Beispielsweise
kann eine geringe Menge als Kalziumfluorid oder Natriumfluorid oder beides vorliegen;
jedoch wird die Güte der Schweißung etwas beeinträchtigt, wenn das Kalziumfluorid
mehr als 1o % der Deckschicht ausmacht, und wenn das Natriumfluorid die gleiche
Grenze von io % der Deckschicht übersteigt, ist die Schlacke nicht so leicht zu
entfernen. Das Bindemittel für die trockenen Bestandteile ist an sich beliebig,
soll aber keinen Kohlenstoff oder sonstigen unerwünschten Stoff, wie z. B. Schwefel,
in die Schweißmasse bringen. Als geeignet hat sich ein Bindemittel aus Natriumsilikat
mit einem kleinen Teil Zucker erwiesen, z. B. ein solches aus 15 Teilen Natriumsilikat
(q.2,5° B6) und 2 Teilen Zucker (43° Be) auf ioo Gewichtsteile der trockenen Bestandteile.
Die Wirkung des Zuckers besteht darin, Risse in der Deckschicht beim Trocknen auf
dem Kern zu verhindern; sein Kohlenstoffgehalt erscheint nicht als Kohlenstoff im
Schweißauftrag.
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Je kleiner der Aluminiumgehalt der Elektrode ist, desto größer ist
die Bildsamkeit der Schweiße, insbesondere wenn diese infolge der Auftragung auf
eine Eisenfläche mit Eisen verseucht ist. Aluminium wirkt jedoch vorteilhaft für
das Schmelzen der Elektrode, die Ruhe des Lichtbogens und die Eigenschaften der
Schlacke, so daß es sich empfiehlt, wegen dieser Vorteile einen Teil der Bildsamkeit
zu opfern und den Aluminiumgehalt des Kerns bei 0,3 bis o,60/, zu halten.
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Die Bildsamkeit wird verbessert, wenn die Schweiße etwas Magnesium
enthält, so daß es sich empfiehlt, einen Kern mit 0,07 bis °,i5 0/, Magnesium
zu verwenden. Wenn Magnesium bei der Herstellung des Kernmetalls als desoxydierendes
Element verwendet wird, verbleiben sehr kleine Mengen davon nach der Desoxydation
im gegossenen Metall, und bei geeigneter Einstellung der Desoxydation kann der gesamte
erwünschte Magnesiumgehalt auf diese Art beigesetzt werden. Im allgemeinen empfiehlt
es sich jedoch, dem Kernmetall kurz vor dem Guß einen besonderen Zusatz von reinem
Magnesium oder einer Nickel-Magnesium-Legierung beizugeben.
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Um die Wirkung verschiedener Mengen Titan zu erläutern, werden nachstehend
einige Versuchsergebnisse wiedergegeben. Bei diesen Versuchen wurden Elektroden
mit Deckschichten laut dem obigen Beispiel und mit Kernen verschiedener Titangehalte
niedergeschmolzen. Mit einem Kern mit 1,9% Titan war das Schweißmetall sehr porös.
Bei 2,90/, Titan war es noch etwas porös. Bei 3,8 und 4,5 0/, Titan war das Schweißmetall
durchaus gesund. Der Titangehalt des Schweißmetalls betrug 1,9 0/0, wenn der Kern
3,8% Titan enthielt, und 2,590%, wenn der Kern 4,5 % enthielt. Das Schweißmetall
nahm beim Auftrag auf Eisenflächen io 0% Eisen auf. Der bevorzugte Titanbereich
in der Kernlegierung ergibt sich demnach zu 3,75 bis 4,75 0%. ' Zur Erläuterung
der Wirkung verschiedener Aluminiumgehalte mögen weitere Versuchsergebnisse dienen.
Bei diesen wurde der Titangehalt mit 4,5 0/, konstant gehalten, während der Aluminiumgehalt
zwischen o,28 und 1,41% schwankte. Die Dehnung des Schweißmetalls, in Prozent über
eine Länge von
1,25 cm gemessen, nahm mit steigendem Aluminiumgehalt
von 54 auf 22 0/0 ab. Bei einem Aluminiumgehalt von 0,53 0/0 war die Dehnung 36
0/0. Wird eine Dehnung von mindestens 30 0/0 gefordert, so muß der Aluminiumgehalt
auf höchstens 0,75 % beschränkt bleiben.
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Wenn der Gesamtkohlenstoffgehalt des Kerns und der Deckschicht zu
hoch ist, leidet die Dehnung des Schweißmetalls. Deshalb soll die Deckschicht möglichst
frei von Kohlenstoff sein, während der Kohlenstoffgehalt des Kerns so niedrig wie
möglich, vorzugsweise auf nicht über 0,05 % gehalten werden soll.
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Um die Wirkung verschiedener Magnesiumgehalte auf die Dehnung zu zeigen,
seien nachstehend die Ergebnisse von Versuchen mit zwei Elektroden folgender Kernzusammensetzung
wiedergegeben:
| Titan Aluminium Kohlenstoff Magnesium |
| 0/0 0/0 0/0 0/0 |
| 4.52 043 0.o3 0,012 |
| 4:43 |
| 0.43 |
| 0"03 014 |
Beim Niederschmelzen erzeugten diese Elektroden Schweißen folgender Zusammensetzung:
Die Dehnung der ersten Schweiße mit weniger als 0,005 % Magnesium war, über 12,5
mm gemessen, 26 0/0, die der zweiten Schweiße mit 0,015 0% Magnesium 50%.
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Die Elektroden werden in an sich bekannter Weise durch Mischen der
trockenen Bestandteile der Deckschicht und darauffolgende Zugabe des Bindemittels
mit hinreichend Wasser zur Bildung einer Paste sowie durch anschließendes Spritzen
der Paste um den Kern oder Tauchen des Kerns in die Paste hergestellt. Die Deckschicht
wird mindestens i Stunde läng im Bereich von 26o bis 315° C getrocknet. Die Stärke
der Deckschicht hängt wie bei allen deckschichtumschlossenen Elektroden vom Kerndurchmesser
ab. Die Abmessungen typischer Elektroden gemäß der Erfindung seien beispielsweise
wie folgt zusammengestellt
| Kern- Deckschichtstärke Elektroden- |
| durchmesser cm durchmesser |
| cm cm |
| 0,236 0,o9 0,43 |
| 0,318 0,o66 0,45 |
| 0;396 0,o67 0,53 |
| 0475 0,o68 o;61 |
Elektroden mit Deckschichten und Kernen innerhalb der oben angegebenen Stärke- und
Zusammensetzungsbereiche haben sich zur Herstellung gesunder Auftragsschweißungen
mit sehr guter Dehnung und leicht entfernbarer Schlacke als vorzüglich geeignet
erwiesen und sind in jeder Winkelstellung leicht zu verwenden, wobei sie mit Gleichstrom
ruhige, feste Lichtbögen ergeben. Sie lassen sich mit besonderem Vorteil zum Schweißen
von nickelplattiertem Stahl verwenden.