NO116531B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og elektrode for elektrisk lysbuesveising.

Foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåter og elektroder

til elektrisk lysbuesveising av jernholdige materialer.

Ved sveising av jerholdige materialer er det'i en årrekke

blitt anvendt elektroder med en trådformet kjerne omgitt av såkalt flussbelegg ,og et stort antall forskjellige beleggmaterialer er blitt benyttet for å tilveiebringe en rekke forskjellige elektroder som hver er særlig egnet for sveising av bestemte materialer under bestemte forhold, ikke bare hva strømstyrken angår, men også med hensyn til elektrodens stilling. Elektroder med et beleggmateriale inneholdende en stor del basiske materialer, som f.eks. kalsiumfluorid har vist seg, selv ved store strømtettheter å avleire sveisemateriale som har

gode mekaniske egenskaper, men slike elektroder har ved store strøm-tettheter vist seg egnet bare for sveising i en hovedsakelig flat stilling. På den annen side har en funnet at elektroder med et belegg som inneholder en stor del av rutile materialer er mer egnet for sveising i andre stillinger enn flate, f.eks. i horisontale eller vertikale stillinger, men hvis ikke strømtettheten er svært begrenset viser det seg at de mekaniske egenskaper av sveisemetallet som avleires av slike elektroder er forholdsvis dårlige.

Søkeren har funnet at hvis en sveiseelektrode med et belegg som hovedsakelig har rutil sammensetning, men inneholder en mindre del av basisk materiale og fremstilles slik at belegget inneholder et minimum av vannstoffrester, benyttes sammen med en beskyttelse av kulldioksyd for å holde atmosfæren vekk fra sveisesonen og for å redusere konsentrasjonen av resterende vannstoff i lysbuen, kan sveisemetall som har gode mekaniske egenskaper avleires med stor strømtetthet,og videre er sveisestillingen ikke begrenset til sveising i et horisontal-plan.

Kjente sveisemetoder av den type som har lavt vannstoffinnhole avsetter sveisemetall med et diffUnderbart vannstoffinnhold på mindre enn 5 mlPr« 100 g sveisemetall og vanligvis ikke på mer enn 1 ml pr. 100 g sveisemetall. Elektrodebeleggene i henhold til oppfinnelsen har fortrinsvis et tilstrekkelig lavt vannstoffinnhold til at det blir mulig å avsette sveisemetall av denne kvalitet.

Oppfinnelsen går ut på en fremgangsmåte til automatisk elektrisk lysbuesveising av et arbeidsstykke av jernholdig materiale ved hjelp av en elektrisk lysbue som dannes mellom arbeidsstykket og en kontinuerlig flussmiddelbelagt elektrode som mates automatisk mot den elektriske lysbue og har en kjerne av jernholdig materiale omgitt av et vedheftet belegg av en type som har lavt vannstoffinnhold,inneholdende slaggdannende og desoksyderende materialer, og den er kjennetegnet ved at en strøm av gass som hovedsakelig består av kulldioksyd, bringes til å flyte rundt elektroden for å skjerme den elektriske lysbue og sveisesonen mot atmosfæren under sveisingen. Flussmidler andre enn de som er rutile eller basiske ,kan benyttes. Med uttrykket "gass som hovedsakelig består av kulldioksyd" slik det her er benyttet menes en gass som inneholder minst 80 volum-# av kulldioksyd. Kulldioksyd, gassformede kullvannstoffer, kvelstoff eller monoatomiske som argon eller en liten prosentdel surstoff kan også være tilstede enten enkeltvis eller i .blanding. Med,en i det vesentlige større del av rutilt materiale enn basisk materiale menes innenfor rammen av denne beskrivelse at vekten av rutilt materiale er minst 50% større enn vekten av basisk materiale.

Uttrykket "basisk" er her brukt på vanlig måte når det gjelder elektrodedekker eller belegg. For eksempel vil kalsiumkarbonat i en eller annen av de mange former, f.eks. kalksten, magnesiumkarbonat og andre karbonater, kalsiumfluorid, metallfluorider og blandinger av fluorider, f.eks. kryolitt, være basiske i den mening som man her skal legge i uttrykket. Slike, materialer er innbefattet i britisk standard 1719 fra 1951 som angår belegg på elektroder i klasse 6. Ved frem-stilling av sveiseelektroder skjelner man mellom slike "basiske" stoffer og overveiende "rutile" materialer som består av titanoksyder eller mineraler som f.eks. ilmenit som inneholder en stor del titanoksyd sammen med andre forbindelser. Da zirkoniumsilikater kan benyttes som delvis erstatning for titanoksydene må dette stoff betraktes som et rutilt materiale i denne sak når det benyttes sammen med titanoksyder i belegget.

Stort sett tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte til elektrisk- lysbuesveising av jernholdige materialer, bestående i dannelse av en elektrisk lysbue mellom et arbeidsstykke av det nevnte materiale og en dekket elektrode med en kjerne, forsynt med et belegg inneholdende flussmidler og/eller desoksyderende midler, der lysbuen beskyttes sammen med sveisesømmen mot innvirkning av atmosfæren ved hjelp av en gass som i det vesentlige består av kulldioksyd.

Foreliggende oppfinnelse omfatter også sveiseelektrode for utførelse av sveising av bløtt stål i horisontale og/eller vertikale stillinger for sveisefyllingene, etter den ovenfor angitte fremgangsmåte og oppfinnelsen er kjennetegnet ved at elektroden omfatter en kjernetråd av bløtt stål, forsynt med et belegg som har følgende sammensetning:

Beleggmaterialene kan også inneholde metallpulvere som f.eks. jernpulver,og kan eventuelt inneholde en mindre del av materialer som letter ekstrudering av beleggmaterialet. Etterat beleggmaterialet er. blitt påført kjernetråden, er det meget ønskelig at den dekkede elektrode blir bakt ved en tilstrekkelig høy temperatur til at fritt vann drives ut, idet vann kan inneholdes i silikater eller andre binde-materialer eller i mineraler som inneholdes i belegget. Elimineringen av slikt vann vil i vesentlig grad senke vannstoffinnholdet i det. avleirede sveisemetall. For å gjøre det lettere å holde beleggmaterialet på elektroden kan kjerneviren være omgitt av en skrueformet viklet tråd eller tråder i ett eller flere lag, idet tråden eller trådene er i elektrisk kontakt med kjernetråden og ligger fritt ut gjennom overflaten av belegget over i det minste en del av sin lengde, slik at det dannes ledende baner for føring av elektrisk strøm til kjernetråden.

Oppfinnelsen kan anvendes ved korte lengder av sveiseelektroder slik disse normalt benyttes for manuell sveising og der elektrisk forbindelse■til kjernetråden normalt utføres ved en ende av elektroden, men denne oppfinnelse er særlig egnet for sammenhengende elektroder som kan vikles opp,og som er bestemt for automatisk eller halvautoma-tisk sveising, og er egnet for bruk ved strømtettheter på 40*000 amp.

pr. kvadrattomme. Det skal imidlertid påpekes at korte lengder av sveiseelektroder i henhold til oppfinnelsen, kan koples sammen ende mot ende, for å danne en kontinuerlig elektrode.

Med flussbelagte sammenhengende elektroder er det nødvendig

å føre elektrisk strøm fra en eller flere kontaktdeler til kjernetråden etterhvert som elektroden belegges gjennom et sveisehode. Kontakten med kjernetråden kan eventuelt lages ved hjelp av en eller flere knivegger som skjærer gjennom belegget etterhvert som elektroden passerer gjennom sveisehodet, men elektroden er fortrinsvis forsynt med ett eller flere lag av vikletråd eller tråder i elektrisk kontakt med kjernen. Vikletråden eller den ytre vikletråd der det anvendes mer enn ett lag, ligger fritt ut gjennom flussbelegget for kontakt med en eller flere kontaktdeler etterhvert som elektroden passerer gjennom sveisehodet. En form for konstruksjon av nettverk viklet rundt elektroden, slik dette er beskrevet i britisk patent nr. 584*299, er særlig egnet, men andre konstruksjoner som har ett eller flere lag av vikletråd som hvert består av en eller flere tråder kan anvendes.

En konstruksjon for en sveiseelektrode i overensstemmelse

med foreliggende oppfinnelse er illustrert på tegningen som diagram-matisk viser elektroden anvendt for å avleire et lag av sveisemetall på et arbeidsstykke ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

På tegningen er det vist en kontinuerlig sveiseelektrode som består av en kjernetråd 1 omgitt og i elektrisk kontakt med et trådnett bestående av et indre lag dannet av fire parallelle tråder 2,3i4og 5>viklet i skrueform rundt kjernetråden i urviserretningen, og et ytre lag dannet av fire andre parallelle tråder 6,7>8 og 9 viklet i skrueform rundt det indre lag mot urviserretningen. Trådene 6,7,8 og 9 strekker seg til overflaten av elektroden og er i elektrisk kontakt med trådene 2,3,4°g 5* Mellomrommene mellom trådene i de to lag av nettet er fylt med et beleggmateriale 10 hvis sammensetning svarer til et av de eksempler som er gjengitt nedenfor.

Beleggmaterialet omfatter desoksyderende midler og flussmidler ogutkan inneholde metallpulvere, som f.eks. jernpulver.

Sveiseelektroden skal mates kontinuerlig ved hjelp av en vanlig innretning som ikke er vist gjennom et munnstykke 22 mot et arbeidsstykke 11, og vanlige kontaktanordninger som ikke er vist, men som er slik anordnet at de kommer i kontakt med de ytre tråder 6,7 >8 og 9i er anordnet for matning av den elektriske strøm til sveiseelektroden like over munnstykket 22 gjennom nettet til kjernetråden 1.

Under bruk dannes en lysbue mellom sveiseelektroden og arbeidsstykket 11 og "sveiseelektroden mates kontinuerlig gjennom munnstykket 22 mot arbeidsstykket 11 for å avleire et lag 14 av sveisemetall med den ønskede sammensetning. Kulldioksyd mates rundt elektroden gjennom munnstykket 22 mot arbeidsstykket 11, slik at gassen strømmer rundt sveiseelektroden og beskytter sveiselysbuen som antydet ved pilene. Beskyttelsesgassen yter også beskyttelse for sveisesonen mot påvirkning av den omgivende atmosfære i nærheten av lysbuen. De slaggdannende materialer som inneholdes i belegget danner et beskyt-tende lag 15 over det avleirede sveisemetall 14 og beskytter dette mot kontakt med atmosfæren under avkjøling. Ved bruk av ett eller flere beleggmaterialer som er spesifisert i følgende eksempler sammen med kulldioksydbeskyttelse oppnås meget stabile sveiseforhold sammen med jevn sveiseoverf.late. I tillegg til dette resulterer fremgangsmåten i en slaggavleiring 15 som er lett å fjerne.

Det skal påpekes at konstruksjonen av elektroden som benyttes ved utøvelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, kan være av en hvilken som helst hensiktsmessig type. Vikletrådene 2,3,4,5,6,7,8 og 9 kan f,eks. utelates fra den elektrode som er vist på tegningene, slik at elektroden vil bestå av en kjernetråd 1 med et belegg 10. Eksempler på sveiseelektroder og beleggmaterialer til bruk ved utøvelse

av fremgangsmåten vil i det følgende bli beskrevet.

I alle tilfelle bør elektroden bakes ved en tilstrekkelig temperatur til at vann drives ut av belegget hvis sveisemetall med de beste mekaniske egenskaper skal avleires.

Eksempel 1.

Eri sveiseelektrode som beskrevet ovenfor under henvisning til tegningen, har en kjernetråd 1 og to lag tråder 2,3i4>5t6,7>8 og 9,

alt av bløtt stål. Beleggmaterialet 10 som er presset inn i mellomrommene mellom trådene omfatter for størstedelen rutilt materiale og en mindre del basisk materiale. Det rutile materiale utgjør mellom 65 og 20 vektsprosent av blandingen' og kalsiumfluorid (flusspat) mellom 0,5 og 20 vektsprosent. Blandingen inneholder også desoksyderende midler som f.eks. ferrolegeringer i en mengde på mellom 10 og 30 vektsprosent. Blandingen kan også omfatte et slaggdannende materiale som feltspat

opp til 30 vektsprosent, og eventuelt kan metallpulver som f.eks. jernpulver, tilsettes for å øke den metallmengde elektroden inneholder,

slik at metallmengden står i et passende forhold til mengden av rutilt, basisk og annet materiale som inneholdes i beleggmaterialet. En slik elektrode kan.benyttes til sveising av bløtt stål eller lavlegert stål. Eksempel 2.

En sveiseelektro de hovedsakelig som beskrevet i eksempel 1 ovenfor, har et belegg hvis innhold av rutilt materiale er mellom 50%

og 30%, mens f luorid —.innholdet ligger mellom 1% og 10%.

Eksempel 3»

En sveiseelektrode med en kjernetråd som eventuelt kan for-synes med et omgivende trådnett, er belagt med et materiale som inneholder følgende bestanddeler:

Formålet med tilsetningen av leire er å lette ekstruderings-operasjonen ved hvilken beleggmaterialet påføres elektroden. Belegget bakes ved en temperatur som er tilstrekkelig høy til at vann drives ut av belegget.

Søkeren har funnet at sveisemetall som er avleiret under en kulldioksydbeskyttelse av en elektrode i samsvar med eksempel 3 har mekaniske egenskaper, særlig hva strekning angår, som kan sammenliknes med de som oppnås når en bruker en elektrode med et overveiende basisk belegg og liknende strømtetthet, men uten kulldioksydbeskyttelse. Elektroden i eksempel 3 °le imidlertid funnet egnet til bruk ved horisontale og vertikale sveisefyllinger, mens elektroden med basisk belegg bare var regnet for sveising i flat stilling.

Eksempel 4»

En elektrode for sveising av bløtt stål har en kjernetråd av bløtt stål omgitt av et nett dannet.av to lag tråd viklet i motsatte retninger rundt kjernetråden. Trådene som danner nettet er av bløtt stål. I mellomrommene av nettet fastholdes det et belegg hovedsakelig av følgende sammensetning:

Jernpulver kan tilsettes for å gi et passende forhold mellom metall og flussmiddel.

Ferrolegeringene kan utgjøre opp til ti vektsdeler av ferromangan og balansen kan være ferrosilisium, ferroaluminium, ferrotitan og/eller desoksyderende jernlegeringer.

Eksempel 5

I en elektrode for sveising av lavlegerte stål, som f.eks. stål inneholdende 1% krom og 0,5% molybden, kan elekt-rodekonstruksjonen og belegget være som beskrevet ovenfor i eksempel 4 med tilsetning av ferrokrom og ferromolybden til beleggmaterialet. For eksempel kan mellom fem og ti vektsdeler ferrokrom og omtrent to vektsdeler ferromolybden tilsettes de materialer som er nevnt i eksempel 4«

Eksempel 6

Den mest egnede beleggsammensetning vil i en viss grad av-henge av de forhold under hvilke arbeidsstykket skal sveises. For eksempel vil ved sveising av bløtt stål med høy strømstyrke på rundt regnet 800 amp. gjennom en elektrode av en diameter på 4,1 mm med kjernetråden i flat stilling, en elektrode med en kjernetråd av bløtt stål og tråder viklet i nettform og av bløtt stål kunne benyttes sammen med et beleggmateriale hvis sammensetning er omtrent følgande:

I tillegg til dette kan det til beleggmaterialet tilsettes andre materialer som f.eks. jernpulver, ferrokrom, nikkel eller kobber eller eventuelt materialer som stabiliserer lysbuen ved å øke emisjons-evnen eller ioniseringen, f.eks. karbonater av strontium eller barium. Eventuelt kan det, som delvis erstatning for rutil, anvendes materialer som zirkoniumsilikat eller ilmenitt. Dessuten kan kisel tilsettes.

Eksempel 6å.

I et bestemt eksempel innenfor rammen av eksempel 6 ovenfor kan beleggmaterialet ha følgende sammensetning:

Eksempel 7»

I en elektrode for sveising av bløtt stål i horisontal eller vertikal stilling av sveisefyllingene kan kjernetråden og eventuelle vikletråder være av bløtt stål. Beleggmaterialet kan hovedsakelig være sammensatt slik:

Ytterligere materialer kan tilsettes til beleggmaterialet som nevnt i eksempel 6 ovenfor.

Eksempel 7A.

Et typisk eksempel på sammensetningen av beleggmaterialet innenfor rammen av eksempel 7 ovenfor er følgende:

Eksempel 8.

For sveising av stål som inneholder 4 til 6 % krom og 0,5 % molybden kan en elektrode med en kjernetråd av bløtt stål og to lag med vikletråder av liknende materiale belegges med et materiale av følgende sammensetning:

Eksempel 9«

En elektrode for avleiring av sveisemetall inneholdende mellom 2 og 3 % nikkel, kan ha en kjernetråd av bløtt stål og vikletråder av bløtt stål som nevnt ovenfor. Kjernetråden er belagt med et materiale inneholdende de følgende bestanddeler:

Eksempel 10.

For avleiring av sveisemetall som har en forholdsvis høy legering av f .eks. 14 1° mangan, kan en vesentlig del av legeringstil-setningen tilveiebringes av kjernetråden. For eksempel kan det benyttes en jernholdig kjernetråd inneholdende 14 % eller mer mangan benyttes i forbindelse med vikletråder av bløtt stål sammen med beleggmaterialer som beskrevet i eksempel 6 og 7«Det skal påpekes at hvis det benyttes vikletråder av bløtt stål i forbindelse med en kjernetråd som har omtrent samme sammensetning som det ønskede sveisemetall, vil det være nødvendig å tilsette legeringselementer til beleggmaterialet. Legeringselementet kan f.eks. være ferromangan.

Eksempel 11.

For sveising av austenittisk korrosjonsbestandig stål med

l8 fo krom og 8 % nikkel kan en elektrode ha en kjernetråd av en jern-legering som inneholder 18 % krom og 8 % nikkel og indre og ytre lag av vikletråder med samme sammensetning. Alternativt kan en eller flere av trådene være av bløtt stål. Trådene kan innbefatte niob. Beleggets sammensetning kan være følgende:

Eksempel 11Å.

I et bestemt eksempel innenfor rammen av eksempel 11 kan be-

legget ha følgende sammensetninger:

Det skal påpekes at i elektroder i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse inneholder beleggmaterialet en stor del av rutile materialer som kan ha form av mineralsk rutil eller kan inneholdes i mineraler som innbefatter betydelige mengder titanoksyd. I tillegg til dette foretrekkes det at belegget inneholder en mindre del kalsiumfluorid og andre basiske materialer som beskrevet tidligere, sammen med en betydelig mengde jernlegeringer som virker som desoksyderende midler. Etterat beleggmaterialene er blitt blandet med hensiktsmessige bindemidler, slik at det dannes en pasta, påføres beleggmaterialet det nett som er viklet rundt kjernetråden og blir deretter bakt for å drive av overskytende vann, hvorved den mengde vannstoff som inneholdes i sveiseelektroden reduseres til en liten verdi. Når slike elektroder sammen med en beskyttelse av gass som hovedsakelig består av kulldioksyd, har det vist seg at sveisesømmer med overordentlig gode mekaniske egenskaper kan tilveiebringes med meget store strømmer som f.eks kan være rundt regnet 800 amp. påtrykket en 4>1 111111 elektrode som resulterer i en strømtetthet på 4-0-000 amp. pr. kvadratt omme. Ikke bare er den tillatelige strømtetthet vesentlig høyere enn det som tidligere er blitt funnet mulig med. elektroder som har belegg med hovedsakelig rutilt innhold, men på tross av den høye strømtetthet har det sveisede metall vist seg å være fritt for porer og blærer som kan dannes av vannstoff som er oppløst i det sveisede metall.

Søkeren har funnet at ved bruk av en elektrode i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det under sveisingen betydelig mindre røk, og røken er mindre ubehagelig for den person som utfører sveisingen enn røk som frembringes av typisk "basiske" elektroder hvis belegg kan inneholde en forholdsvis stor del flusspat. En ytterligere fordel med elektrodene i henhold til foreliggende oppfinnelse er at elektrodene på grunn av det "rutile" beleggmateriale, kan benyttes for sveising i andre stillinger enn såkalt flat stilling, f.eks. ved horisontale eller vertikale sveisefyllinger.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til automatisk elektrisk lysbuesveising av et arbeidsstykke av jernholdig materiale ved hjelp av en elektrisk lysbue som dannes mellom arbeidsstykket og en kontinuerlig flussmiddelbelagt elektrode som mates automatisk mot den elektriske lysbue,og har en kjerne av jernholdig materiale omgitt av et vedheftet belegg av en type som har lavt vannstoffinnhold, inneholdende slaggdannende og desoksyderende materialer,karakterisert vedat en strøm

av gass som hovedsakelig består av kulldioksyd, bringes til å flyte rundt elektroden for å skjerme den elektriske .lysbue og sveisesonen mot atmosfæren under sveisingen.

2. Sveiseelektrode til utførelse av den fremgangsmåte som er angitt i krav 1, særlig for sveising av bløtt stål i horisontale og/ eller vertikale stillinger for sveisefyllingene,karakterisert vedat elektroden omfatter en kjernetråd av bløtt stål, forsynt med et belegg som har følgende sammensetning: