DE965103C

DE965103C - Schweisselektrode

Info

Publication number: DE965103C
Application number: DEM11047A
Authority: DE
Inventors: Theodore Ephraim Kihlgren; George Raymond Pease
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Current assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1950-09-28
Filing date: 1951-09-21
Publication date: 1957-05-29

Description

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.
Es ist bekannt, daß sich beim Vorhandensein von Titan gute Schweißen erzeugen lassen. In den meisten bekannten Elektroden befindet sich Titan in der Flußmitteldeckschicht.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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%.
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.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Schweißelektrode, insbesondere zum Schweißen von mit einer Nickeloberfläche versehenen Gegenständen oder zum Aufbringen von Nickelschichten auf Eisen, deren Kern aus einer titanhaltigen, auf Basis Nickel beruhenden Legierung besteht und mit einer Ummantelung versehen ist, die vorteilhafterweise aus Kalziumkarbonat und einem oder mehreren Fluoiiden besteht und dabei mindestens 25 % Kalziumkarbonat und 25 % Kryolith enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Elektrode aus 3,5 bis 5 0/0 Titan, o bis 0,75 0/0 Aluminium, .o bis 0,35 % Magnesium, o bis o,1 0/0 Kohlenstoff, Rest Nickel besteht.
2. Schweißelektrode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Titangehalt des Kerns 3,75 bis 4,75 % beträgt.
3. Schweißelektrode nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt des Kerns 0,3 bis o,6 0/,0 beträgt.
4. Schweißelektrode nach den Ansprüchen Z bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnesiumgehalt des Kerns 0,07 bis 0,i5 % beträgt.
5. Schweißelektrode nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht neben einem Bindemittel aus 42 bis 62 0/0 Kalziumkarbonat, 55 bis 35 % Kryolith und i bis 5 0/0 Bentonit besteht.
6. Schweißelektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht 45 bis 50 0/0 Kalziumkarbonat, 52 bis 47 % Kryolith und 2 bis q.0/0 Bentonit enthält.