NO126848B

NO126848B -

Info

Publication number: NO126848B
Application number: NO02874/71A
Authority: NO
Inventors: Giovanni Nughes
Original assignee: Star Stabilimento Alimentare
Priority date: 1970-08-11
Filing date: 1971-07-29
Publication date: 1973-04-02
Also published as: ES202420U; FR2102174A1; DK125634B; CA933875A; BR7105133D0; IE35466B1; NL7111052A; GB1317116A; ZA714823B; IE35466L; YU33257B; YU200971A; ES202420Y; DE2139501A1; US3709399A; IT944549B; LU63684A1; BE771096A; FR2102174B1; AT315729B

Description

Sveiseelektrode. Welding electrode.

Foreliggende oppfinnelse angår en sveiseelektrode med mantel, hvis slaggdan-nende del er basisk og inneholder jordalkalifluorid såvel som jordalkalikarbonat i en mengde som er istand til å frembringe en beskyttende kulldioksydatmosfære, og dessuten et bindemiddel, f. eks. vannglass og dessuten metallpulver, hvilken mantel er hovedsakelig fri for hydrogenholdige forbindelser, slik som f. eks. vann, kullhydrater og organiske bindemidler. The present invention relates to a welding electrode with a sheath, the slag-forming part of which is basic and contains alkaline earth fluoride as well as alkaline earth carbonate in an amount capable of producing a protective carbon dioxide atmosphere, and also a binder, e.g. water glass and also metal powder, which mantle is mainly free of hydrogen-containing compounds, such as e.g. water, carbohydrates and organic binders.

Oppfinnelsen angår en kontaktelektrode som anvendes f. eks. til lysbuesvei-sing med slepeføring, idet elektroden hviler på kanten av krateret som dannes av svei-sebuen på den smeltende elektrodeende. The invention relates to a contact electrode which is used, e.g. for arc welding with drag guidance, the electrode resting on the edge of the crater formed by the welding arc on the melting electrode end.

Mantelen ifølge oppfinnelsen egner seg The mantle according to the invention is suitable

for fremstilling av elektroder for sveising av stål og forskjellige stållegeringer. for the production of electrodes for welding steel and various steel alloys.

Den ovenfor beskrevne sveiseelektrode betegnes også som en elektrode av hydrogenfattig art fordi mantelen praktisk talt er fri for forbindelser som gir hydrogen, bortsett fra en minimal mengde vann som ikke drives ut selv ved intens opphetning til 300 til 500° C, ved hvilken temperatur de anvendte jordalkalikarbonater ennå ikke spaltes i betraktelig grad. The above-described welding electrode is also referred to as a low-hydrogen electrode because the sheath is practically free of hydrogen-yielding compounds, except for a minimal amount of water which is not driven off even by intense heating to 300 to 500°C, at which temperature they used alkaline earth carbonates are not yet decomposed to any considerable extent.

Videre er disse elektroder av den type hvor mantelen for det meste inneholder vannglass som bindemiddel såvel som andre silikater, som f. eks. fritt SiO.,, kaolin og bentonit, og den ved sveisingen dannede slagg er således oppbygget at mengden av basiske oksyder, slik som f. eks. CaO, MgO, MnO, K.O og Na,0 er større enn mengden Furthermore, these electrodes are of the type where the mantle mostly contains water glass as a binder as well as other silicates, such as e.g. free SiO.,, kaolin and bentonite, and the slag formed during welding is structured in such a way that the amount of basic oxides, such as e.g. CaO, MgO, MnO, K.O and Na,0 are greater than the amount

av samtlige sure oksyder, slik som f. eks. of all acidic oxides, such as e.g.

Si02 og TiO, tilsammen, begge uttrykt i grammol (se Pogodin-Alexejew «Theorie der Schweissprozesse» (1953) side 184 og følgende sider). SiO 2 and TiO, together, both expressed in gram moles (see Pogodin-Alexejew "Theorie der Schweissprozesze" (1953) page 184 et seq.).

Det er i og for seg kjent å anvende ZrO;, som bestanddel av sveiseelektroders mantel. Det gjaldt sure eller basiske man-telmasser med lavere Zr02-innhold enn ved foreliggende oppfinnelse. Videre er det kjent sveiseelektroder med en basisk hydrogenfattig men ZrO.,-fri mantel, som har bedre sveiseegenskaper enn de ovennevnte elektroder med Zr02-holdig mantel. It is in and of itself known to use ZrO; as a component of the sheath of welding electrodes. This applied to acidic or basic mantle masses with a lower ZrO2 content than in the present invention. Furthermore, there are known welding electrodes with a basic hydrogen-poor but ZrO 2 -free mantle, which have better welding properties than the above-mentioned electrodes with a ZrO 2 -containing mantle.

Hensikten med oppfinnelsen er å til-veiebringe en sveiseelektrode av ovenfor nevnte type som har den egenskap at slagget ved sveisingen, også når denne skjer ved stor bevegelseshastighet, godt følger lysbuen, og det avsatte slagg lett og full-stendig kan fjernes fra sveisesømmen og sveisingen ser pen ut og har fremragende mekaniske egenskaper. The purpose of the invention is to provide a welding electrode of the above-mentioned type which has the property that the slag during welding, even when this occurs at a high speed of movement, follows the arc well, and the deposited slag can be easily and completely removed from the weld seam and the welding looks good and has excellent mechanical properties.

Ifølge oppfinnelsen er Zr02 tilstede, eventuell i bundet tilstand i andre stoffer, According to the invention, Zr02 is present, possibly in a bound state in other substances,

i en mengde på 15—30 vektprosent beregnet som ZrO.j i forhold til mantelens ikke-metalliske del, og en mengde silikat beregnet som SiO,, som tilsvarer høyst 100 vektprosent av den anvendte mengde ZrO,. in an amount of 15-30 percent by weight calculated as ZrO.j in relation to the non-metallic part of the mantle, and an amount of silicate calculated as SiO, which corresponds to no more than 100 percent by weight of the amount of ZrO, used.

Med den ikke-metalliske del av mantelen forstås den del som ikke inneholder metall, idet metall i dette tilfelle også inn-befatter siliciumlegeringer. The non-metallic part of the mantle is understood to mean the part that does not contain metal, as metal in this case also includes silicon alloys.

Fortrinnsvis inneholder mantelen Zr02 bare i form av zirkoniumsilikat og ved si-den av zirkoniumsilikat og vannglass ingen andre silikater. Zirkoniumsilikat er betraktelig billigere enn Zr02. Det forekommer i naturen for det meste som zirkonium-ortosilikat (ZrSiO.,). Preferably, the mantle contains ZrO2 only in the form of zirconium silicate and, apart from zirconium silicate and water glass, no other silicates. Zirconium silicate is considerably cheaper than Zr02. It occurs in nature mostly as zirconium orthosilicate (ZrSiO.,).

Slaggets ønskede egenskaper oppstår hovedsakelig når der som bindemiddel anvendes utelukkende natronvannglass og høyst 25 % i form av kalivannglass. Når der anvendes mer kalivannglass har det til følge en overdreven minskning av slaggets viskositet. Anvendelsen av kalium er som bekjent ønskelig for å stabilisere lysbuen ved sveising med vekselstrøm. The slag's desired properties mainly occur when only soda ash and no more than 25% in the form of potash are used as binder. When more potash water glass is used, this results in an excessive reduction in the viscosity of the slag. As is well known, the use of potassium is desirable to stabilize the arc when welding with alternating current.

Selv om elektroden ifølge oppfinnelsen når den er av kontaktelektrodetypen, og mantelen inneholder Zr02 utelukkende i form av zirkonium-ortosilikat, og som følge derav alltid inneholder temmelig me-get SiO.,, lar seg sveise godt, særlig ved sveising av en kilesøm i horisontal stilling, får man ikke de ønskede gunstige sveiseegenskaper ved sveising i andre stillinger med en elektrode av denne utførelsesform ifølge oppfinnelsen. Although the electrode according to the invention when it is of the contact electrode type, and the mantle contains Zr02 exclusively in the form of zirconium orthosilicate, and as a result always contains quite a lot of SiO.,, can be welded well, especially when welding a wedge seam in horizontal position, the desired favorable welding properties are not obtained when welding in other positions with an electrode of this embodiment according to the invention.

Fortrinnsvis anvendes også en mantel hvor SiO.-innholdet høyst er 50 vektspro-sent av ZrO.,-innholdet og således inneholder mer ZrO., i forhold til SiO., enn det som kan oppnås ved anvendelse av zirkonium-ortosilikat som eneste kilde for Zr02. Dette kan skje ved at der i mantelen anvendes zirkonium-ortosilikat sammen med ikke bundet ZrO,. Preferably, a mantle is also used in which the SiO content is at most 50 percent by weight of the ZrO content and thus contains more ZrO in relation to SiO than can be achieved by using zirconium orthosilicate as the sole source of Zr02. This can happen by using zirconium orthosilicate together with unbound ZrO, in the mantle.

Det er også mulig å anvende et zirkonium-slikat i form av et silikat med et høyere ZrO„-innhold enn ortosilikatet (ca. 67 vektprosent), fortrinnsvis med et innhold som overstiger 70 vektprosent, f. eks. 80—84 vektprosent. It is also possible to use a zirconium silicate in the form of a silicate with a higher ZrO„ content than the orthosilicate (approx. 67 percent by weight), preferably with a content that exceeds 70 percent by weight, e.g. 80-84 percent by weight.

Elektrodene ifølge oppfinnelsen har al-le den fordel at slagget overordentlig lett lar seg løse fra det påsmeltede sveisemetall. Ofte løsner det selv helt eller delvis. Vanligvis er det tilstrekkelig med et lett hammerslag for å løsne slagget i store, sam-menhengende stykker fra arbeidsstykket. Dertil får man med en elektrode ifølge oppfinnelsen et pent utseende av sveisen med et flatt og regelmessig mønster og en gunstig profil. Elektroden kan uten beten-kelighet anvendes for vekselstrøm med sle-peføring. Den gir en sveisesøm med fremragende mekaniske egenskaper. Mantelen smelter jevnt ved sveisingen og avgir et slagg som følger lysbuen godt. The electrodes according to the invention all have the advantage that the slag can be released extremely easily from the melted weld metal. Often it comes off completely or partially by itself. Usually, a light hammer blow is sufficient to loosen the slag in large, continuous pieces from the workpiece. In addition, an electrode according to the invention gives the weld a nice appearance with a flat and regular pattern and a favorable profile. The electrode can be used without any problem for alternating current with towing. It produces a weld seam with excellent mechanical properties. The mantle melts evenly during welding and emits a slag that follows the arc well.

Tegningens fig. 1 viser en sveisesøm som er oppnådd ved en kontaktelektrode ifølge oppfinnelsen. The drawing's fig. 1 shows a weld seam which has been obtained by a contact electrode according to the invention.

Fig. 2 viser en sveisesøm oppnådd med en hydrogenfattig, jernpulverfri kontaktelektrode, hvis mantel inneholder jernpul- Fig. 2 shows a weld seam obtained with a hydrogen-poor, iron powder-free contact electrode, whose mantle contains iron powder

ver, og som har gitt gode resultater i prak-sis. ver, and which has given good results in practice.

Mengden av jordalkalifluorid — fortrinnsvis anvendes ved denne mantel kalsiumfluorid — kan velges temmelig liten, slik at de ulemper som bekjent opptrer ved anvendelse av disse stoffer, minskes i sterk grad. En mengde på 8—16 vektprosent i forhold til den ikke-metalliske del av man-telblandingen, er tilstrekkelig for kontaktelektroder. Mengden av jordalkalikarbonat er da vanligvis minst det dobbelte av mengden av jordalkalifluorid. The amount of alkaline earth fluoride — preferably calcium fluoride used for this mantle — can be chosen rather small, so that the disadvantages known to occur when using these substances are greatly reduced. An amount of 8-16 percent by weight in relation to the non-metallic part of the jacket mixture is sufficient for contact electrodes. The amount of alkaline earth carbonate is then usually at least twice the amount of alkaline earth fluoride.

Ved anvendelse av jernpulver som ikke inneholder reduserende metall anvendes 5 —30 vektprosent reduserende metall i forhold til den ikke-metalliske del av mantelens sammensetning. Mengden av jernpulver er vanligvis 40—65 vektprosent av hele mantelen, idet den øvre grense er av-hengig av formen og størrelsen av enkelt-delene, og også av den samlede mengde av mantelens elektrisk ledende bestanddeler, fordi jernpulverinnholdet ikke kan økes så sterkt at mantelen avledes en del av svei-sestrømmen til arbeidsstykket over berø-ringspunktet mellom mantelen og arbeidsstykket. Den ytre diameter av den mantlede elektrode er fortrinnsvis det dobbelte av kjernediameteren. Elektroder med en tynn kjerne på ca. 3 og 4 mm i diameter har f. eks. en ytre diameter på minst 6 resp. 8 mm. For tykkere kjerner anvendes en tykkere mantel, og elektroden gjøres da noe tynnere enn det dobbelte av kjernediameteren. When using iron powder that does not contain reducing metal, 5-30 percent by weight of reducing metal is used in relation to the non-metallic part of the mantle's composition. The amount of iron powder is usually 40-65 percent by weight of the entire mantle, the upper limit depending on the shape and size of the individual parts, and also on the total amount of the mantle's electrically conductive components, because the iron powder content cannot be increased so strongly that mantle, part of the welding current is diverted to the workpiece above the point of contact between the mantle and the workpiece. The outer diameter of the sheathed electrode is preferably twice the core diameter. Electrodes with a thin core of approx. 3 and 4 mm in diameter have e.g. an outer diameter of at least 6 resp. 8 mm. For thicker cores, a thicker mantle is used, and the electrode is then made slightly thinner than twice the core diameter.

Det er videre fastslått at ved en fri buesveiseelektrode ifølge oppfinnelsen kan innholdet av jordalkalifluorid i mantelen være mindre enn 10 vektprosent i forhold til den ikke-metalliske del av mantelen. Fremragende resultater er f. eks. oppnådd med bare 7 % kalsiumflorid. It has further been established that with a free arc welding electrode according to the invention, the content of alkaline earth fluoride in the mantle can be less than 10 percent by weight in relation to the non-metallic part of the mantle. Outstanding results are e.g. achieved with only 7% calcium fluoride.

Man oppnå følgende to fordeler: The following two advantages are achieved:

a) Lysbuestabiliteten blir bedre jo mindre jordalkalifluorid der er tilstede, b) de skadelige fluoridholdige damper blir mindre. a) Arc stability improves the less alkaline earth fluoride is present, b) the harmful fluoride-containing vapors are reduced.

Fortrinnsvis er vektforholdet mellom innholdet av kalsiumflorid og kalsiumkar-bonat i mantelen mindre enn 1 : 4. Dette har til følge et lavt kalsiumfluoridinnhold. Dette forhold ligger ved normale basiske mantler uten zirkoniumoksyd mellom 1 : 1 og 1 : 3. Preferably, the weight ratio between the content of calcium fluoride and calcium carbonate in the mantle is less than 1:4. This results in a low calcium fluoride content. For normal basic mantles without zirconium oxide, this ratio is between 1:1 and 1:3.

En mantel for en slik fri lysbueelektrode ifølge oppfinnelsen med et svært lavt CaF,-innhold behøver bare å inneholde høyst 35 vektprosent jernpulver. Ved en kontaktelektrode er mengden godt og vel 100 % i forhold til den ikke-metalliske del av mantelen. A mantle for such a free arc electrode according to the invention with a very low CaF content need only contain a maximum of 35% by weight of iron powder. In the case of a contact electrode, the quantity is well and truly 100% in relation to the non-metallic part of the sheath.

Såvel kontaktelektroder som frie lys-bueelektroder ifølge oppfinnelsen oppviser et ganske særskilt og klart trekk ved slagget. Both contact electrodes and free arc electrodes according to the invention exhibit a rather distinct and clear feature of the slag.

Den side av slagget som vender mot sveisesømmen har nemlig helt eller delvis en svært typisk lysgrå farve i motsetning til den øvre mørkfarvede side. På denne måte adskiller slagget fra denne elektrode ifølge oppfinnelsen seg fra slagg fra samtlige andre kjente basiske elektroder. The side of the slag that faces the weld has, in whole or in part, a very typical light gray color in contrast to the upper, dark side. In this way, the slag from this electrode according to the invention differs from slag from all other known basic electrodes.

Ved undersøkelse av slagg fra en elektrode ifølge oppfinnelsen, altså såvel fra en kontaktelektrode som fra en fri lysbueelektrode, har det ved røntgendiffraksjon vist seg at slagget inneholder Zr02 også når mantelen ikke er tilsatt ZrO,, men bare ZrSiO,. Denne frie ZrO, er tilstede i slagget i krystallform, og det er sannsynlig at den lysgrå farve i slagget henger sammen med dette. When examining slag from an electrode according to the invention, i.e. both from a contact electrode and from a free arc electrode, it has been shown by X-ray diffraction that the slag contains ZrO2 even when the mantle has not added ZrO,, but only ZrSiO,. This free ZrO is present in the slag in crystal form, and it is likely that the light gray color in the slag is connected to this.

Utførelseseksempler. Execution examples.

For en kontaktelektrode ble der fram-stillet en mantelsammensetning ved blanding av følgende pulverformede stoffer: For a contact electrode, a sheath composition was produced by mixing the following powdered substances:

Denne blanding ble knadd sammen med 80 cm<:i> natronvannglass og et organisk pressmiddel til en pasta. 4 mm tykke kjernetråder av bløtt stål ble omgitt med denne pasta, og mantelen ble tørket en time i en ovn ved 350° C, idet det organiske pressmiddel gikk i oppløs-ning. Elektrodediameteren ble da 8,3 mm. En av elektrodene ble under anvendelse av en vekselstrøm på 220 amp. smeltet på en flat plate ved hjelp av slepeføring. Etter at slaggsjiktet var fjernet med lette hammerslag på platen, oppsto den sveisesøm som er vist i fig. 1. Av denne figur fremgår det at det oppsto en god utflytning og en pent tegnet sveisesøm uten slaggrester. This mixture was kneaded together with 80 cm<:i> soda water glass and an organic pressing agent into a paste. 4 mm thick core wires of mild steel were surrounded with this paste, and the mantle was dried for one hour in an oven at 350° C., while the organic pressing agent dissolved. The electrode diameter was then 8.3 mm. One of the electrodes was using an alternating current of 220 amps. melted on a flat plate using tow guide. After the slag layer was removed with light hammer blows on the plate, the weld seam shown in fig. 1. From this figure it is clear that there was good smoothing and a nicely drawn weld seam without impact residues.

Til sammenligning er i fig. 2 vist en sveisesøm som er gjort på samme måte med en ZrO,-fri kontaktelektrode av hydrogenfattig type. Slagget av denne sveise-søm løsnet delvis først etter noen kraftige hammerslag. Etter slagene fikk man en sveisesøm som vist i fig. 2, hvor a) angir gjenværende slaggrester. Det viste seg at slagget har dårlig utflytning og en grov profil. For comparison, in fig. 2 shows a weld seam made in the same way with a ZrO,-free contact electrode of the hydrogen-poor type. The slag from this welding seam partially loosened only after a few powerful hammer blows. After the strokes, a weld seam was obtained as shown in fig. 2, where a) indicates remaining scrap. It turned out that the slag has poor flowability and a rough profile.

Det viste seg at de mekaniske egenskaper av det påsmeltede sveisemetall iføl-ge fig. 1 var enda noe bedre enn de allerede høyverdige egenskaper ved sveisemetallet ifølge fig. 2. It turned out that the mechanical properties of the melted weld metal according to fig. 1 was even somewhat better than the already high-quality properties of the weld metal according to fig. 2.

Når i den ovenstående tabell 160 g zirkoniumsilikat ble erstattet med 90 g zirkoniumsilikat sammen med 70 g ikke-bundet ZrO,, oppsto en sveiseelektrode som ikke bare utmerker seg ved en flat utflytning av sveisemetallet, men også ved en gunstig profil ved en vertikal vinkelsveisesøm, og også en horisontal sveisesøm i et vertikalt plan med de samme gode resultater som ved en kilesøm i horisontal stilling. Et hovedsakelig lignende resultat oppnås hvis der istedet for 160 g zirkoniumsilikat med et innhold på 65 % ZrO,, som i det første eksempel, anvendes 160 g zirkoniumsilikat med et innhold på 81 vektprosent ZrO, (19 % Si02). When, in the above table, 160 g of zirconium silicate was replaced by 90 g of zirconium silicate together with 70 g of unbonded ZrO,, a welding electrode was produced which is distinguished not only by a flat flow of the weld metal, but also by a favorable profile at a vertical angle weld seam, and also a horizontal welding seam in a vertical plane with the same good results as with a wedge seam in a horizontal position. A substantially similar result is obtained if instead of 160 g of zirconium silicate with a content of 65% ZrO, as in the first example, 160 g of zirconium silicate with a content of 81% by weight ZrO, (19% SiO2) is used.

For en fri lysbueelektrode fikk man fremragende sveiseresultater med en mantel av følgende sammensetning: For a free arc electrode, excellent welding results were obtained with a sheath of the following composition:

Diameteren for kjernetråden for denne mantel var 5 mm. Den mantlede elektrode hadde etter tørk i en time ved 350" C en diameter på 8,2 mm. Strømstyrken var 230 amp. ved vekselstrøm på 50 Hz og lys-buespenningen var 32 volt. Den åpne spen-ning over sveisetransformatoren var 80 volt. The diameter of the core wire for this sheath was 5 mm. The jacketed electrode, after drying for one hour at 350" C, had a diameter of 8.2 mm. The amperage was 230 amps at an alternating current of 50 Hz and the arc voltage was 32 volts. The open voltage across the welding transformer was 80 volts.

Det skal bemerkes at i ovenstående tabeller er silikomangan og ferrosilicium regnet som metalliske bestanddeler. It should be noted that in the above tables silico-manganese and ferrosilicon are counted as metallic constituents.

Claims

1. Welding electrode with sheath whose non-metallic part is basic and contains alkaline earth fluoride and alkaline earth carbonate in an amount capable of producing a protective carbon dioxide atmosphere, and also zirconium oxide and a binder such as e.g. water glass, and furthermore a metal powder, which mantle is essentially free of hydrogen-containing compounds such

like for example. water, hydrocarbons and organic binders, characterized in that ZrO is present, possibly in a bound state in other substances, in an amount of 15-30 percent by weight calculated as ZrO, in relation to the non-metallic part of the mantle, and an amount of silicate calculated as Si02 which corresponds to no more than 100 percent by weight of the amount of ZrO2 used.

2. Welding electrode according to claim 1, characterized in that the Si02 content is at most 50 percent by weight of the amount of Zr<0>2 used.

3. Welding electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the sheath in relation to its non-metallic part contains 8-16 percent by weight of alkaline earth fluoride, e.g. calcium fluoride, and in addition at least twice the amount of alkaline earth carbonate, and further 5-30 percent by weight of reducing metal powders, the entire mantle containing 40-65 percent by weight of iron powder, and the diameter of the sheathed electrode is approximately twice the core diameter.

4. Welding electrode according to one of claims 1-3, characterized in that the content of alkaline earth fluoride in the sheath is less than 10 percent by weight in relation to the non-metallic part of the sheath.

5. Welding electrode according to claim 4, characterized in that the sheath contains no more than 35 percent by weight of iron powder.

6. Welding electrode according to claim 4, characterized in that the weight ratio between the content of calcium fluoride and calcium carbonate in the mantle is less than 1:4.