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Schweisselektrode
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweisselektrode mit einer Umhüllung, deren nichtmetallischer Teil basisch ist und Erdalkalifluorid sowie Erdalkalikarbonat in einer Menge, die beim Schweissen eine schützende Kohlendioxydatmosphäre zu liefern vermag und die wenigstens das Doppelte der Menge Erdalkalifluorid beträgt, und ausserdem ein Bindemittel, wie z. B. Wasserglas, und weiter Metallpulver enthält, welche Umhüllung im wesentlichen frei von wasserstoffhaltigen Verbindungen, wie z. B.
Wasser, Kohlehydraten und organischen Bindemitteln ist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Umhüllung der Elektrode 15-30 Gew.- < ZrO , bezogen auf den nichtmetallischen Teil der Umhüllung, gegebenenfalls in an andern Stoffen gebundenem Zustand, und eine Menge Silikat, die als SiO, gerechnet, höchstens 100 Gel. do der verwendeten Menge ZrO entspricht, enthalten ist.
Die Erfindung bezieht sich sowohl auf Kontaktelektroden, die z. B. zur Lichtbogenschweissung mit
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die meist nicht mit Schleppführung geschweisst werden.
Die Umhüllungen nach der Erfindung eignen sich zur Herstellung von Elektroden zum Schweissen von Stahl und den verschiedensten Stahllegierungen.
Die eingangs definierte Schweisselektrode wird auch als Elektrode von der wasserstoffarmen Art bezeichnet, weil die Umhüllung praktisch frei von Wasserstoff liefernden Verbindungen ist, abgesehen von einer minimalen Menge Wasser, die durch intensive Erhitzung auf 300 - 5000C nicht ausgetrieben wird, bei welcher Temperatur die verwendeten Erdalkalikarbonate sich noch nicht in beträchtlichem Masse zersetzen.
Die Erfindung schafft eine Schweisselektrode von der vorerwähnten Art, welche die Eigenschafthat, dass die Schlacke beim Schweissen, auch wenn dies mit hoher Fortlaufgeschwindigkeit erfolgt, dem Flammbogen gut folgt, die erstarrte Schlacke leicht und vollständig von der Schweissung entfernt werden kann und die Schweissung selbst schön aussieht und vorzügliche mechanische Eigenschaften hat.
Unter dem nichtmetallischen Teil der Umhüllung ist der Teil zu verstehen, der keine Metalle, unter denen im vorliegenden Fall auch Siliziumlegierungen zu verstehen sind, enthält.
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kostet beträchtlich weniger als ZrO,. Es kommt in der Natur meist als Zirkonium-orthosilikat (ZrSiO.) vor.
Die gewünschten Eigenschaften der Schlacke entstehen namentlich dann, wenn als Bindemittel ausschliesslich Natronwasserglas oder höchstens 251o davon an Kaliwasserglas vorhanden ist. Wenn mehr Kaliwasserglas verwendet wird, hat dies eine übermässige Erniedrigung der Viskosität der Schlacke zufolge.
Die Verwendung von Kalium ist bekanntlich erwünscht, um denSchweissbogen beim Schweissen mit Wechselstrom zu stabilisieren.
Die Elektroden nach der Erfindung haben alle den Vorteil, dass sich die Schlacke ausserordentlich leicht von dem niedergeschmolzenen Schweissmaterial löst. Oft löst sie sich von selbst ganz oder zum Teil. Gewöhnlich genügt ein leichter Hammerschlag, um die Schlacke in grossen, zusammenhängenden Stücken von dem Werkstück abspringen zu lassen. Dabei liefert die Elektrode nach der Erfindung eine
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schön aussehende Schweisse mit einer flachen und regelmässigen Zeichnung und einem günstigen Profil. Die Elektrode kann unbedenklich mit Wechselstrom und mit Schleppführung geschweisst werden ; sie liefert eineschweisse mit vorzüglichen mechanischen Eigenschaften. Die Umhüllung schmilztbeimSchwei- ssen regelmässig nieder und ergibt eine dem Lichtbogen gut folgende Schlacke.
In der beiliegenden Zeichnung zeigt Fig. 1 eine mit einer Kontaktelektrode nach der Erfindung erhaltene Schweissung. Fig. 2 zeigt eine Schweissung unter Verwendung einer wasserstoffarmen Kontaktelektrode, die dadurch erhalten ist, dass der Umhüllung einer eisenpulverfreien Elektrode von der wasserstoffarmen Art, die sich in der Praxis gut bewährt hat, Eisenpulver beigegeben wird.
Die Menge Erdalkalifluorid-zweckmässig wird bei dieser Umhüllung Kalziumfluorid verwendetkann ziemlich klein gewählt werden, so dass die der Verwendung dieses Stoffes anhaftenden bekannten Nachteile stark herabgesetzt werden. Eine Menge von 8 bis 16 Gew.-b auf den nichtmetallischen Teil des Umhüllungsgemisches bezogen, reicht für Kontaktelektroden aus. Die Menge an Erdalkalikarbonat beträgt gewöhnlich dabei mindestens das Doppelte der Menge an Erdalkalifluorid.
Bei der Verwendung von kein reduzierendes Metall enthaltendem Eisenpulver werden 5-30 Gew.-o an reduzierendem Metall verwendet, auf den nichtmetallischen Teil der Zusammensetzung der Umhüllung bezogen. Die Menge Eisenpulver beträgt für Kontaktelektroden gewöhnlich 40-65 Gew. -'10 der gesamten Umhüllung, wobei die obere Grenze von der Form und Grösse der Einzelteilchen und auch von der Gesamtmenge an elektrisch leitenden Bestandteilen der Umhüllung abhängt, weil der Eisenpulvergehalt nicht so hoch gesteigert werden darf, dass die Umhüllung einen Teil des Schweissstromes zum Werkstück über den Berührungspunkt der Umhüllung mit dem Werkstück abführt. Der Aussendurchmesser der umhüllten Elektrode beträgt zweckmässig ungefähr das Zweifache des Kerndurchmessers.
Elektroden mit einem dünnen Kern von etwa 3 und 4 mm Durchmesser wird z. B. ein Aussendurchmesser von mindestens 6 bzw.
8 mm gegeben. Für dickere Kerne wird eine Umhüllung verwendet, welche die Elektrode ein wenig dünner als das Doppelte des Kerndurchmessers macht.
Es wurde weiter festgestellt, dass bei einer freien Bogenschweisselektrode nach der Erfindung der Ge-
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halten. Der Vorteil ist ein zweifacher : a) Die Lichtbogenstabilität wird in dem Masse besser, je weniger Erdalkalifluorid vorhanden ist ; b) die schädlichen fluoridhaldgen Dämpfe werden geringer.
Zweckmässig ist das Gewichtsverhältnis zwischen dem Gehalt an Kalziumfluorid und Kalziumkarbonat in der Umhüllung kleiner als 1 : 4. Dies ist eine Folge des niedrigen Kalziumfluoridgehaltes. Dieses Verhältnis liegt bei normalen basischen Umhüllungen ohne Zirkonium oxyd zwischen l : l und 1 : 3.
Eine Umhüllung für eine solche freie Lichtbogenelektrode nach der Erfindung mit einem sehr niedrigen CaF.-Gehalt braucht nur höchstens 35 Gew.-o Eisenpulver zu enthalten. Bei einer Kontaktelektrode beträgt die Menge gut 1000/0, auf den nichtmetallischen Teil der Umhüllung bezogen.
Sowohl Kontaktelektroden als auch freie Lichtbogenelektroden nach der Erfindung weisen ein ganz besonderes und klares Kennzeichen in der Schlacke auf.
Die der Schweissraupe zugewendete Seite dieser Schlacke hat nämlich ganz oder teilweise eine sehr typische hellgraue Farbe im Gegensatz zur dunkelfarbigen oberen Seite. Deshalb unterscheidet sich diese Schlacke und mithin auch die Elektrode nach der Erfindung, welche diese Schlacke liefert, von sämtlichen andern bekannten basischen Schlacken.
Bei der Untersuchung der Schlacken der Elektroden nach der Erfindung, also sowohl von Kontaktelektroden als auch von freien Lichtbogenelektroden durch Röntgendiffraktion, hat es sich gezeigt, dass sie Zero. enthalten, auch wenn der Umhüllung kein Zoo,, sondern lediglich ZrSiO. zugesetzt worden ist. Dieses freie Zr02 ist in der Schlacke in kristalliner Form vorhanden und es ist wahrscheinlich, dass die hellgraue Farbe in der Schlacke hiemtt zusammenhängt.
Beispiel : Für eine freie Lichtbogenelektrode ergab das nachfolgende Rezept für die Umhüllung vorzügliche Schweissergebnisse.
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<tb>
<tb>
Flussspat <SEP> (CaF) <SEP> 30 <SEP> g
<tb> Kalkspat <SEP> (CaCOg) <SEP> 205 <SEP> g
<tb> Silicomangan <SEP> 20 <SEP> g
<tb> Ferrosilizium <SEP> 27 <SEP> g
<tb> Zirkoniumsilikat <SEP> 143 <SEP> g
<tb> Eisenpulver. <SEP> 125 <SEP> g <SEP>
<tb> organisches <SEP> Pressmittel <SEP> 10 <SEP> g
<tb> Natronwasserglas <SEP> 42 <SEP> ml
<tb> Kaliumwasserglas <SEP> 8 <SEP> ml <SEP>
<tb>
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Der Durchmesser des Kerndrahtes für diese Umhüllung betrug 5 mm ; die umhüllte Elektrode hatte, nach Trocknen während 1 h auf 350 C, einen Durchmesser von 8, 2 mm. Die Stromstärke war 230 Wechselstrom (50 Per. ) und die Bogenspannung 32 V. Die offene Spannung des Schweisstransformators betrug 80 V.
Es sei bemerkt, dass in dem vorgenannten Rezept das Silicomangan und Ferrosilizium zu den metallischen Teilen gerechnet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schweisselektrode mit einer Umhüllung, deren nichtmetallischer Teil basisch ist und Erdalkalifluorid sowie Erdalkalikarbonat in einer Menge, die beim Schweissen eine schützende Kohlendioxydatmosphäre zu liefern vermag und die wenigstens das Doppelte der Menge Erdalkalifluorid beträgt, und ausserdem ein Bindemittel, wie z. B. Wasserglas, und weiter Metallpulver enthält, welche Umhüllung im wesentlichen frei von wasserstoffhaltigen Verbindungen, wie z. B.
Wasser, Kohlehydraten und organischen Bindemitteln ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umhüllung der Elektrode 15-30 Gew.- ZrO , be- zogen auf den nichtmetallischen Teil der Umhüllung, gegebenenfalls in an andern Stoffen gebundenem Zustand, und eine Menge Silikat, die als Si02 gerechnet höchstens 100 Gew. -0/0 der verwendeten Menge Zr02 entspricht, enthalten ist.
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Welding electrode
The invention relates to a welding electrode with a sheath, the non-metallic part of which is basic and alkaline earth fluoride and alkaline earth carbonate in an amount which is able to provide a protective carbon dioxide atmosphere during welding and which is at least twice the amount of alkaline earth fluoride, and also a binder, such as . B. water glass, and further contains metal powder, which envelope is substantially free of hydrogen-containing compounds, such as. B.
Is water, carbohydrates and organic binders, which is characterized in that in the coating of the electrode 15-30 wt. <ZrO, based on the non-metallic part of the coating, optionally in a state bound to other substances, and a quantity of silicate that as SiO, calculated, at most 100 gel. do corresponds to the amount of ZrO used, is included.
The invention relates to both contact electrodes which, for. B. for arc welding with
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which are usually not welded with drag guidance.
The casings according to the invention are suitable for the production of electrodes for welding steel and the most varied of steel alloys.
The welding electrode defined at the beginning is also referred to as an electrode of the low-hydrogen type, because the cover is practically free of hydrogen-producing compounds, apart from a minimal amount of water, which is not expelled by intensive heating to 300 - 5000C, at which temperature the alkaline earth carbonates used do not yet decompose to any significant extent.
The invention creates a welding electrode of the type mentioned above, which has the property that the slag during welding, even if this is done at high speed, follows the flame arc well, the solidified slag can be easily and completely removed from the weld and the weld itself is beautiful looks and has excellent mechanical properties.
The non-metallic part of the casing is to be understood as the part that does not contain any metals, which in the present case also include silicon alloys.
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costs considerably less than ZrO. It occurs naturally as zirconium orthosilicate (ZrSiO.).
The desired properties of the slag arise in particular when only soda water glass or at most 251o of it is present as a binding agent in potassium water glass. If more potassium silicate is used, this will result in an excessive decrease in the viscosity of the slag.
The use of potassium is known to be desirable in order to stabilize the welding arc when welding with alternating current.
The electrodes according to the invention all have the advantage that the slag is extremely easily detached from the melted weld material. It often resolves itself in whole or in part. Usually, a light blow of the hammer is sufficient to make the slag jump off the workpiece in large, connected pieces. The electrode according to the invention provides one
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nice looking sweats with a flat and regular pattern and a favorable profile. The electrode can be welded safely with alternating current and with a drag guide; it provides weldments with excellent mechanical properties. The cladding melts down regularly during welding and produces a slag that follows the arc well.
In the accompanying drawing, FIG. 1 shows a weld obtained with a contact electrode according to the invention. 2 shows a weld using a low-hydrogen contact electrode, which is obtained by adding iron powder to the covering of an iron-powder-free electrode of the low-hydrogen type, which has proven itself well in practice.
The amount of alkaline earth metal fluoride is expediently used in this coating. Calcium fluoride can be selected to be quite small, so that the known disadvantages associated with the use of this substance are greatly reduced. An amount of 8 to 16% by weight, based on the non-metallic part of the coating mixture, is sufficient for contact electrodes. The amount of alkaline earth carbonate is usually at least twice the amount of alkaline earth fluoride.
When using iron powder containing no reducing metal, 5-30% by weight of reducing metal is used, based on the non-metallic part of the composition of the casing. The amount of iron powder for contact electrodes is usually 40-65% by weight of the total coating, the upper limit depending on the shape and size of the individual particles and also on the total amount of electrically conductive components of the coating, because the iron powder content is not so high It may be that the cover dissipates part of the welding current to the workpiece via the contact point of the cover with the workpiece. The outer diameter of the coated electrode is expediently approximately twice the core diameter.
Electrodes with a thin core of about 3 and 4 mm in diameter are used e.g. B. an outside diameter of at least 6 or
8 mm given. For thicker cores, a coating is used that makes the electrode a little thinner than twice the core diameter.
It was further established that with a free arc welding electrode according to the invention, the
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hold. The advantage is twofold: a) The arc stability is better the less alkaline earth fluoride is present; b) the harmful fluoride vapors are reduced.
The weight ratio between the content of calcium fluoride and calcium carbonate in the casing is expediently less than 1: 4. This is a consequence of the low calcium fluoride content. For normal basic coatings without zirconium oxide, this ratio is between 1: 1 and 1: 3.
A casing 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 amount is a good 1000/0, based on the non-metallic part of the cover.
Both contact electrodes and free arc electrodes according to the invention have a very special and clear characteristic in the slag.
The side of this slag facing the weld bead has, in whole or in part, a very typical light gray color in contrast to the dark-colored upper side. Therefore, this slag and consequently also the electrode according to the invention, which supplies this slag, differs from all other known basic slags.
When examining the slag of the electrodes according to the invention, that is, both of contact electrodes and of free arc electrodes by X-ray diffraction, it has been shown that they are zero. included, even if the envelope is not a zoo, but only ZrSiO. has been added. This free Zr02 is present in the slag in crystalline form and it is likely that the light gray color in the slag is related to this.
Example: For a free arc electrode, the following recipe for the coating gave excellent welding results.
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<tb>
<tb>
Fluorspar <SEP> (CaF) <SEP> 30 <SEP> g
<tb> Calcite <SEP> (CaCOg) <SEP> 205 <SEP> g
<tb> Silicomanganese <SEP> 20 <SEP> g
<tb> Ferrosilicon <SEP> 27 <SEP> g
<tb> zirconium silicate <SEP> 143 <SEP> g
<tb> iron powder. <SEP> 125 <SEP> g <SEP>
<tb> organic <SEP> pressing agent <SEP> 10 <SEP> g
<tb> Soda water glass <SEP> 42 <SEP> ml
<tb> Potassium water glass <SEP> 8 <SEP> ml <SEP>
<tb>
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The core wire diameter for this sheath was 5 mm; the coated electrode had, after drying at 350 ° C. for 1 hour, a diameter of 8.2 mm. The amperage was 230 alternating current (50 people) and the arc voltage was 32 V. The open voltage of the welding transformer was 80 V.
It should be noted that in the above recipe, the silicon manganese and ferrosilicon are included in the metallic parts.
PATENT CLAIMS:
1. Welding electrode with a covering, the non-metallic part of which is basic and alkaline earth fluoride and alkaline earth carbonate in an amount that is able to provide a protective carbon dioxide atmosphere during welding and which is at least twice the amount of alkaline earth fluoride, and also a binder, such as. B. water glass, and further contains metal powder, which envelope is essentially free of hydrogen-containing compounds, such as. B.
Water, carbohydrates and organic binders are characterized in that in the sheath of the electrode 15-30 wt .- ZrO, based on the non-metallic part of the sheath, optionally in a state bound to other substances, and a quantity of silicate, which as Si02, calculated as a maximum of 100% by weight, corresponds to the amount of Zr02 used.