Verfahren zur elektrischen Lichtbogenschweissung und Elektroden hierzu Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrischen Lichtbogenschweissung von eisenhaltigen Materialien und Elektroden hierzu.
Seit Jahren werden Elektroden, die einen mit einem Überzug aus einem sogenannten Flussmittel überzogenen Draht im Kern besitzen, verwendet, wobei man eine grosse Anzahl verschiedener über züge verwendet, um eine Reihe von Elektroden her zustellen, von denen jede zum Schweissen von be stimmten Materialien unter besonderen Bedingungen besonders geeignet ist. Diese Bedingungen beziehen sich nicht nur auf den elektrischen Strom, sondern auch auf die Lage der Schweissnaht. Dabei wurde festgestellt, dass Elektroden mit einem Überzug, der einen hohen Anteil von basischen Materialien, wie z. B.
Calciumfluorid, enthält, selbst bei hoher Strom dichte ein Schweissmaterial von guten mechanischen Eigenschaften hinterliessen. Es wurde jedoch fest gestellt, dass solche Elektroden bei hohen Strom dichten nur zum Schweissen in praktisch flacher Lage geeignet sind. Überdies kann beim ein- oder mehr maligen Erzeugen von dicken bzw. schweren Nieder schlägen mittels solcher Elektroden unter normalen Bedingungen eine poröse Stelle im niedergeschlage nen Schweissmetall entstehen. Anderseits wurde fest gestellt, dass Elektroden mit einem hohen Anteil an Rutilmaterialien zum Schweissen in nicht flacher Lage, z. B. bei horizontalvertikaler Schweisskohle, besser geeignet sind.
Es wurde jedoch festgestellt, dass bei nicht wesentlich verringerter Stromdichte die me chanischen Eigenschaften des durch solche Elektro den abgelagerten Schweissmetalls verhältnismässig schlecht waren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Lichtbogenschweissung von Werk stücken aus eisenhaltigem Material unter Verwendung einer Schweisselektrode, die der Schweisszone in Ver bindung mit einem Gasstrom, der aus einer äussern Quelle zugeführt wird und mindestens zu 80 Volum- prozent aus Kohlendioxyd besteht, zugeführt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die zugeführte Schweisselektrode aus einem eisenhaltigen Kern be steht, welcher einen Überzug aus einem Flussmittel aufweist, das einen niedrigen Wasserstoffgehalt hat und desoxydierende und schlackenbildende Mittel enthält.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich überdies auf für das erfindungsgemässe Schweissverfahren ge eignete Schweisselektroden.
Bekannte Schweisselektroden vom Typ mit nied rigem Wasserstoffgehalt lagern gewöhnlich geschmol zenes Schweissgut mit einem diffundierbaren Wasser stoffgehalt von weniger als 5 cm3 pro 100 g Schweiss gut ab, und gewöhnlich nicht mehr als 1 cm3 pro 100 g Schweissgut. Die erfindungsgemässen Elektro denüberzüge enthalten vorzugsweise ein noch niedri geres Niveau an Wasserstoff, um es zu ermöglichen, Schweissgut dieser Qualität abzulagern.
Basische Materialien sind z. B. Kalkstein, Magne- siumcarbonat und andere Carbonate, Calciumfluorid, andere Metallfluoride, die als Schlackenbildner beim Schweissen brauchbar sind, und Gemische solcher Metallfluoride, z. B. Kryolith. Solche Materialien sind Klasse 6-Elektroden, in British Standard 1719 von 1951 aufgezählt.
Der Flussmittelüberzug kann auch Titandioxyd enthalten, vorzugsweise als Rutil, oder andere Mine ralien, wie z. B. Ilmenit, welche einen hohen Anteil an Titandioxyd besitzen. Da Zirkonsilikat ähnlich wirkt wie Titandioxyd, kann es das Titandioxyd zum Teil ersetzen. Das Schutzgas, welches mindestens 80 Volumprozent Kohlendioxyd enthält, kann auch Kohlenmonoxyd, gasförmige Kohlenwasserstoffe, Stickstoff oder einatomige Gase, wie z. B. Argon, und einen kleinen Prozentsatz Sauerstoff entweder einzeln oder als Gemisch enthalten.
Elektroden, welche im Überzug eine gleiche oder viel kleinere Menge Rutilmaterial als basisches Ma terial enthalten, können mit Vorteil für das erfin dungsgemässe Verfahren verwendet werden. Verwen det man nun ein mindestens zu 800/o aus Kohlen dioxyd bestehendes Schutzgas in Verbindung mit sol chen Elektroden, so erreicht man eine Verminderung der Porosität, wozu mit solchen Elektroden Neigung besteht, sofern man in einem oder mehreren Vor gängen schwere Niederschläge erzeugt.
Vorzugsweise enthalten die beim erfindungs gemässen Verfahren verwendeten Elektroden Fluss mittelüberzüge mit 15-60 Gewichtsteilen basischen Materialien und 40-0 Gewichtsteilen Rutil, zweck mässig in einem Gewichtsverhältnis von weniger als 150 Gewichtsprozent Rutil, bezogen auf das basische Material, und Feldspat in einer Menge von l0-30 Ge wichtsteilen und Ferrolegierungen in einer Menge von 15-20 Gewichtsteilen. Das mindestens zu 80 0/o aus Kohlendioxyd bestehende Gas dient zur Ab schirmung der Schweisszone gegenüber der Atmo sphärenluft.
Die Erfindung bezieht sich überdies auf eine mit einem Überzug versehene Schweisselektrode, welche zum Schweissen nach der erfindungsgemässen Methode Verwendung finden soll.
Die Überzugsmischungen können auch Metall pulver, wie z. B. Eisenpulver, und gewünschtenfalls einen kleineren Anteil solcher Materialien enthalten, die das Ausstossen der Überzugsmischung erleichtern. Nachdem die Überzugskomposition auf dem im Kern befindlichen Draht angebracht ist, ist es höchst wünschenswert, die mit dem Überzug versehene Elek trode auf eine genügend hohe Temperatur zu er hitzen, um das freie Wasser, welches im Silikat ent halten ist oder in andern Bindemitteln oder in den Mineralien, welche in der Überzugsmischung ent halten sind, auszutreiben. Die Beseitigung dieses Wassers vermindert wesentlich den Wasserstoffgehalt des erzeugten Schweissmetalls.
Um den festen Sitz der Überzugsmischung auf der Elektrode zu erleich tern, kann der im Kern befindliche Draht durch einen schraubenlinienförmig aufgewickelten Draht oder Drähte ein- oder mehrlagig umgeben werden, wobei der Draht oder die Drähte mit dem Draht im Kern in elektrischem Kontakt sind. Der im Kern befind liche Draht ragt vorzugsweise über die Oberfläche des Schutzüberzuges zum mindesten auf einem Teil seiner Länge heraus, um Leitungen für die Übertra gung des elektrischen Stromes zum im Kern befind lichen Draht zu bilden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann mit kurzen Schweisselektroden durchgeführt werden, wie sie normalerweise für das Schweissen mit der Hand gebraucht werden und in welchen die elektrische Verbindung zu dem im Kern befindlichen Draht nor malerweise an einem Ende der Elektrode hergestellt wird. Es ist jedoch insbesondere für kontinuierliche spiralförmige Elektroden für die automatische oder halbautomatische Schweissung brauchbar. Selbstver ständlich können kurze Schweisselektroden der erfin dungsgemässen Art endweise miteinander gekuppelt werden zwecks Bildung einer kontinuierlichen Elek trode.
Wenn die Elektrode durch einen Schweisskopf ge führt wird, so ist es bei mit Flussmittel überzogenen kontinuierlichen Elektroden notwendig, den elektri schen Strom von einem oder mehreren Kontakt elementen zu dem Draht im Kern zuzuführen. Der Kontakt mit dem Draht im Kern kann gewünschten falls durch ein oder mehrere Instrumente mit scharfen Kanten durchgeführt werden, welche durch den Überzug in dem Masse hindurchdringen, wie die Elek trode durch den Schweisskopf hindurchgeführt wird. Vorzugsweise ist die Elektrode jedoch mit einer oder mehreren Lagen von gewundenem Draht oder Drähten versehen, welche im elektrischen Kontakt mit dem Kern stehen.
Der Wicklungsdraht oder der äussere Wicklungsdraht, wo mehr als eine Windung vorhanden ist, stellt über den aus Flussmittel be stehenden Überzug den Kontakt mit einem Kontakt stück oder Kontaktstücken her, und zwar nach Mass gabe des Hindurchgehens der Elektrode durch den Schweisskopf. Eine Konstruktionsform einer solchen Elektrode ist in der brit. Patentschrift Nr. 584299 beschrieben. Diese ist besonders brauchbar. Aber auch andere Konstruktionen mit einer oder mehreren Schichten gewickelter Drähte, bestehend aus einem oder mehreren Drähten, können verwendet werden. Eine geeignete Konstruktion einer Schweisselek trode wird in der beiliegenden Zeichnung erläutert.
Nach dieser Zeichnung besteht eine kontinuier liche Schweisselektrode aus einem im Kern befind lichen Draht 1, welcher mit einem Drahtgebilde um wickelt ist und damit in elektrischem Kontakt steht, wobei das Drahtgebilde aus einer innern Lage, welche durch vier parallele Drähte 2, 3, 4 und 5 gebildet wird, welche schraubenlinienförmig um den im Kern befindlichen Draht im Uhrzeigersinn gewunden sind, und aus einer äussern Lage, die durch vier andere parallele Drähte 6, 7, 8 und 9 gebildet wird, welche schraubenlinienförmig um die innere Schicht ent gegengesetzt dem Uhrzeigersinn gewunden sind, be steht. Die Drähte 6, 7, 8 und 9 ragen bis zur Ober fläche der Elektrode und sind in elektrischem Kon takt mit den Drähten 2, 3, 4 und 5.
Die Zwischen räume zwischen den Drähten dieser zwei Schichten von Drahtnetzen sind mit einem überzugsmaterial 10 gefüllt, dessen Zusammensetzung mit einem der fol genden Beispiele übereinstimmt. Die überzugsmi- schung enthält Desoxydierungs- und Flussmittel und kann Metallpulver, wie z. B. Eisenpulver, enthalten.
Die Schweisselektrode ist so angeordnet, dass sie mittels üblicher, nicht gezeigter Mittel durch eine Düse 22 gegen ein Werkstück 11 geführt wird. Ferner stehen übliche, aber nicht gezeigte Kontakt mittel mit den äussern Drähten 6, 7, 8 und 9 in Kon takt zwecks Versorgung der Schweisselektrode mit elektrischem Strom, indem der Strom unmittelbar über der Düse 22 durch das Drahtnetz auf den Kon takt 1 übertragen wird.
Beim Arbeiten gemäss Erfindung wird ein Licht bogen zwischen der Schweisselektrode und dem Werk stück 11 erzeugt und die Schweisselektrode konti nuierlich durch eine Düse 22 gegen das Werkstück 11 befördert, wobei sich eine Schweissmetallschicht 14 der gewünschten Zusammensetzung niederschlägt. Um die Elektrode herum wird durch die Düse 22 gegen das Werkstück 11 Kohlendioxyd zugeführt, welches um die Schweisselektrode herumfliesst und den Schweissbogen, wie durch Pfeile gezeigt ist, schützt. Das Schutzgas schützt auch die Schweisszone vor der umgebenden Luft, welche sich in der Nähe des Lichtbogens befindet. Die im Überzug enthalte nen schlackenbildenden Materialien bilden eine Schutzschicht 15 am obern Teil des niedergeschla genen Schweissmetalls 14, wobei sie das letztere während des Kühlens vor Berührung mit der Luft schützen.
Wenn man die in den folgenden Beispielen verwendeten Überzugsmischungen in Verbindung mit Kohlendioxydschutzgas verwendet, werden sehr be ständige Schweissbedingungen neben einer glatten Schweissnaht erreicht. Zusätzlich wird durch das Ver fahren ein Schlackenniederschlag 15 gebildet, welcher leicht zu entfernen ist.
Selbstverständlich kann die Konstruktion der Elektroden bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung beliebiger Art sein. Die gewundenen Drähte 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 können aus der in der Zeichnung gezeigten Elektrode weggelassen wer den, so- dass die Elektrode aus einem Kerndraht 1 mit einem Überzug 10 besteht.
Zu Erläuterungszwecken wird eine Anzahl von Schweisselektroden und Überzugsmischungen gemäss der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben. In jedem Falle sollte die Elektrode auf eine genügend hohe Temperatur erhitzt werden, um den Überzug im wesentlichen zu entwässern, wenn ein Schweiss metall mit den besten mechanischen Eigenschaften gebildet werden soll.
So enthält das durch diese Elektroden abgeschie dene Schweissgut vorzugsweise nicht mehr als 1 cm3 Wasserstoff pro 100 g Schweissgut und bestimmt nicht mehr als 5 cm3 pro 100 g. <I>Beispiel 1</I> Eine Elektrode zum automatischen Schweissen von Flusseisen weist einen Drahtkern aus Flusseisen auf, welcher durch ein Drahtnetz umgeben ist, wel ches von zwei Drahtschichten gebildet wird, deren Drähte rund um den Drahtkern in umgekehrter Rich tung zueinander gebunden sind. Die das Drahtnetz bildenden Drähte sind aus Flusseisen gebildet.
In den Zwischenräumen des Drahtnetzes befindet sich eine Komposition folgender Zusammensetzung::
EMI0003.0003
Gewichtsteile
<tb> Rutil <SEP> 50-30
<tb> Kalkstein <SEP> 0-15
<tb> Flussspat <SEP> 5-20
<tb> Feldspat <SEP> 10-25
<tb> Eisenlegierungen <SEP> l5-20 Man kann Eisenpulver zusetzen, um in der Elek trode ein geeignetes Metall/Flussmittel-Verhältnis zu erzielen. Die Eisenlegierungen können bis zu 15 Ge wichtsprozent Eisen-Mangan-Legierung und als Rest gehalt Eisen-Silicium, Eisen-Aluminium, Eisen-Titan undloder andere desoxydierend wirkende Eisenlegie rungen enthalten.
<I>Beispiel 1 a</I> Bei einer Elektrode gemäss Beispiel 1 enthält der Überzug die folgenden Bestandteile:
EMI0003.0004
Gewichtsteile
<tb> Rutil <SEP> 40
<tb> Kalkstein <SEP> 10
<tb> Flussspat <SEP> 15
<tb> Feldspat <SEP> 15
<tb> Eisenlegierungen <SEP> 18 Die Eisenlegierungen können Eisen-Mangan in einer Menge von 15 Gewichtsprozent und Eisen- Silicium in einer Menge von 3 Gewichtsteilen enthal ten. Gegebenenfalls kann das Eisen-Silicium teilweise durch Eisen-Titan und/oder Eisen-Aluminium ersetzt werden.
<I>Beispiel 2</I> Die zum Schweissen von Weichstahl bestimmte Elektrode weist einen Kerndraht aus Weichstahl auf, der von einem Drahtnetz umgeben ist, welches aus zwei Lagen von in entgegengesetzten Richtungen ge wickelten Weichstahldrähten besteht. Die das Draht netz bildenden Lagen können je einen oder mehrere Drähte aufweisen.
Die Maschenöffnungen sind mit einem Überzug folgender Zusammensetzung ausge füllt:
EMI0003.0008
Gewichtsteile
<tb> Rutil <SEP> 30- <SEP> 0
<tb> Flussspat <SEP> 20-40
<tb> Kalkstein <SEP> 0-10
<tb> Feldspat <SEP> 0-30
<tb> Eisenlegierungen <SEP> 10-30
<tb> Bentonitton <SEP> 0- <SEP> 5 Die Eisenlegierungen enthalten Eisen-Mangan in einer Menge von 10-20 Gewichtsteilen und 0-10 Ge wichtsteile anderer desoxydierend wirkender Eisen legierungen, wie z. B. Ferro-Silicium, Ferro-Titan und Ferro-Aluminium.
<I>Beispiel 2 a</I> Bei einer Elektrode gemäss Beispiel 2 kann die Zusammensetzung des Überzuges wie folgt sein:
EMI0004.0000
Gewichtsteile
<tb> Rutil <SEP> 30-20
<tb> Flussspat <SEP> 25-30
<tb> Kalkstein <SEP> 0-10
<tb> Feldspat <SEP> 20-30
<tb> Ferro-Mangan <SEP> 15-20
<tb> Ferro-Silicium <SEP> 0- <SEP> 3
<tb> Bentonitton <SEP> 0- <SEP> 2 <I>Beispiel 2 b</I> Der Überzug einer Elektrode gemäss den Bei spielen 2 und 2a kann die folgende Zusammensetzung aufweisen:
EMI0004.0001
Gewichtsprozent
<tb> Rutil <SEP> 20
<tb> Flussspat <SEP> 20
<tb> Kalkstein <SEP> 10
<tb> Feldspat <SEP> 30
<tb> Niedriggekohltes <SEP> Eisen-Mangan <SEP> 18
<tb> Eisen-Silicium <SEP> 1
<tb> Bentonit <SEP> 1 <I>Beispiel 3</I> Die zum Schweissen von Weichstahl bestimmte Elektrode weist einen Kerndraht aus Weichstahl auf, r mit einem Drahtnetz umgeben ist, das aus zwei Lagen von in entgegengesetzten Richtungen gewickel ten Weichstahldrähten besteht. Die einzelnen, das Drahtnetz bildenden Lagen können einen oder mehrere Drähte aufweisen.
Die Maschenöffnungen des Drahtnetzes sind mit einem Überzug folgender Zusammensetzung ausgefüllt:
EMI0004.0003
Gewichtsteile
<tb> Flussspat <SEP> 40-60
<tb> Kalkstein <SEP> 0-10
<tb> Feldspat <SEP> 20-40
<tb> Eisenlegierungen <SEP> 10-30
<tb> Bentonitton <SEP> 0- <SEP> 5 Sind sowohl Flussspat als auch Kalkstein vorhan den, so liegt die obere Grenze für die Gesamtmenge dieser beiden Komponenten bei 60 Gewichtsteilen.
40 Als Eisenlegierungen sind 10-20 Gewichtsteile Eisen-Mangan und 0-10 Gewichtsteile anderer desoxydierend wirkender Eisenlegierungen, wie z. B. Eisen-Silicium, Eisen-Titan und Eisen-Aluminium, vorhanden.
4s <I>Beispiel 3 a</I> Der Überzug einer Elektrode gemäss Beispiel 3 kann eine der folgenden Zusammensetzungen auf weisen:
EMI0004.0006
Gewichtsteile
<tb> Flussspat <SEP> 45-55
<tb> Kalkstein <SEP> 0-10
<tb> Feldspat <SEP> 25-35
<tb> Eisen-Mangan <SEP> 15-20
<tb> Eisen-Silicium <SEP> 0- <SEP> 3
<tb> Bentonitton <SEP> 0- <SEP> 2 Wenn sowohl Flussspat als auch Kalkstein ver wendet werden, liegt die obere Grenze für die Ge samtmenge dieser Komponenten bei 60 Gewichts teilen.
<I>Beispiel 3 b</I> Der Überzug einer Elektrode gemäss den Beispie len 3 und 3a kann im besonderen folgende Zusam mensetzung besitzen:
EMI0004.0007
Gewichtsteile
<tb> Flussspat <SEP> 50
<tb> Kalkstein <SEP> 6
<tb> Feldspat <SEP> 20
<tb> Pontspat <SEP> * <SEP> 6
<tb> Niedriggekohltes <SEP> Eisen-Mangan <SEP> 6
<tb> Eisen-Silicium <SEP> 2 Pontspat ist ein Mineral, das aus einem Gemisch von Feldspat und Ton besteht. <I>Beispiel 4</I> Die für das automatische Schweissen von Weich stahl bestimmte Elektrode weist einen Kerndraht aus Weichstahl auf, der von einem Drahtnetz umgeben ist, das aus zwei Lagen von in entgegengesetzten Richtungen um den Kerndraht gewickelten Drähten besteht. Die das Drahtnetz bildenden Drähte be stehen aus Weichstahl.
In den Maschenöffnungen be findet sich ein Überzug folgender Zusammensetzung:
EMI0004.0008
Gewichtsteile
<tb> Rutil <SEP> 10- <SEP> 0
<tb> Kalkstein <SEP> 0-10
<tb> Flussspat <SEP> 40-60
<tb> Feldspat <SEP> 20-40
<tb> Eisenlegierungen <SEP> 10-20
<tb> Ton <SEP> 0- <SEP> 5 <I>Beispiel 4 a</I> Der Überzug einer Elektrode zum Schweissen von Weichstahl gemäss Beispiel 4 kann im besonderen die folgende Zusammensetzung aufweisen:
EMI0004.0009
Gewichtsteile
<tb> Rutil <SEP> 5
<tb> Kalkstein <SEP> 8
<tb> Flussspat <SEP> 43
<tb> Feldspat <SEP> 23
<tb> Eisen-Mangan <SEP> 13
<tb> Eisen-Silicium <SEP> 2
<tb> Eisen-Aluminium <SEP> 2 <I>Beispiel 5</I> Ein Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung kann zum Schweissen von niedriglegierten Stählen, z.
B. von kriechfesten Stählen, angewendet werden. Stähle dieser Art besitzen niedrige Kohlenstoffgehalte, im allgemeinen weniger als<B>0,1501o"</B> und können bis zu etwa 10 /o Legierungselemente, wie z. B. Mo lybdän, Chrom und,'oder Nickel enthalten. Bekannte Stähle dieser Kategorie enthalten die Hauptlegie rungsbestandteile in folgenden Mengen: a) 0,519/o Molybdän, b) 10/o Chrom, 0,519/o Molybdän, c) 2-2,519/o Chrom, 1,019/o, Molybdän, d) 4-619/o Chrom, 0,50/o Molybdän, e) 3-51/o Nickel. Es ist besonders zu beachten, dass es zum Schweissen dieser Stahltypen erforderlich ist, für einen niederen Kohlenstoffgehalt im niedergeschla genen Schweissmetall zu sorgen, um brauchbare me chanische und metallurgische Eigenschaften zu er zielen.
Zum Schweissen eines kriechfesten Stahls kann man eine Elektrode verwenden, die einen Kerndraht aus niedergekohltem Weichstahl aufweist, der von einem Drahtnetz umgeben ist, das aus zwei Lagen von in entgegengesetzten Richtungen um den Kern draht gewickelten Drähten aus niedergekohltem Weichstahl besteht. Die Maschenöffnungen sind mit einem Überzug folgender Zusammensetzung ausge füllt:
EMI0005.0001
Gewichtsprozent
<tb> Rutil <SEP> 40-20
<tb> basisches <SEP> Material <SEP> 20-35
<tb> Feldspat <SEP> 10-25
<tb> Eisenlegierungen <SEP> 15-30
<tb> Ton <SEP> 0-10 Die Eisenlegierungen sind mindestens zu einem wesentlichen Teil niedriggekohlte Legierungen. Die Eisenlegierungen können z. B. 10-15 Gewichtsprozent niedriggekohltes Eisen-Mangan enthalten. Als ba sisches Material kann man Flussspat, gegebenenfalls im Gemisch mit Carbonaten, wie z.
B. Calcium- carbonat, die in einer Menge bis zu 20 Gewichts prozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des ba sischen Materials, zugegen sein können, verwenden. <I>Beispiel 5 a</I> Eine Elektrode zum Schweissen eines kriechfesten Stahls mit einem Gehalt von 1'0/a Chrom und 0,519/o Molybdän gemäss Beispiel 5 kann einen Überzug fol gender Zusammensetzung aufweisen:
EMI0005.0006
Gewichtsteile
<tb> Rutil <SEP> 30
<tb> Flussspat <SEP> 25
<tb> Kalkstein <SEP> 5
<tb> Feldspat <SEP> 20
<tb> Niedriggekohltes <SEP> Eisen-Mangan <SEP> 12
<tb> Niedriggekohltes <SEP> Eisen-Chrom <SEP> 7
<tb> Eisen-Molybdän <SEP> 3
<tb> Eisen-Silicium <SEP> 3 <I>Beispiel 6</I> Eine Elektrode zum Schweissen von niedrig- gekohlten Stählen, z. B. denjenigen der im Beispiel 5 erwähnten Typen, kann einen Kern mit Drahtnetz hülle gemäss Beispiel 5 aufweisen.
Diese Elektrode kann einen stärker basischen Überzug folgender Zusammensetzung aufweisen:
EMI0005.0009
Gewichtsteile
<tb> Rutil <SEP> 0-20
<tb> basisches <SEP> Material <SEP> 35-60
<tb> Feldspat <SEP> 20-35
<tb> Eisenlegierungen <SEP> 15-30
<tb> Ton <SEP> 0-10 <I>Beispiel 6 a</I> Der Überzug einer Elektrode gemäss Beispiel 6 kann im besonderen die folgende Zusammensetzung aufweisen:
EMI0005.0010
Gewichtsteile
<tb> Rutil <SEP> 4
<tb> Flussspat <SEP> 46
<tb> Kalkstein <SEP> 4
<tb> Feldspat <SEP> 20
<tb> Niedriggekohltes <SEP> Eisen-Mangan <SEP> 12
<tb> Niedriggekohltes <SEP> Eisen-Chrom <SEP> 7
<tb> Eisen-Molybdän <SEP> 3
<tb> Eisen-Silicium <SEP> 3
Method for electric arc welding and electrodes for this purpose The present invention relates to a method for electric arc welding of ferrous materials and electrodes for this purpose.
For years, electrodes that have a wire coated with a coating of a so-called flux in the core have been used, with a large number of different trains being used to produce a number of electrodes, each of which is used for welding certain materials is particularly suitable for special conditions. These conditions refer not only to the electrical current, but also to the location of the weld seam. It was found that electrodes with a coating containing a high proportion of basic materials, such as. B.
Calcium fluoride contains, even with high current density, a welding material with good mechanical properties. It was found, however, that such electrodes with high current densities are only suitable for welding in a practically flat position. In addition, when thick or heavy precipitations are generated once or more by means of such electrodes under normal conditions, a porous point can arise in the precipitated weld metal. On the other hand, it was found that electrodes with a high proportion of rutile materials for welding in a non-flat position, e.g. B. with horizontally vertical welding carbon, are more suitable.
It was found, however, that if the current density was not significantly reduced, the mechanical properties of the weld metal deposited by such electrons were relatively poor.
The present invention relates to a method for electric arc welding of work pieces made of ferrous material using a welding electrode, which is supplied to the welding zone in connection with a gas stream which is supplied from an external source and at least 80 percent by volume consists of carbon dioxide , which is characterized in that the supplied welding electrode consists of an iron-containing core, which has a coating of a flux that has a low hydrogen content and contains deoxidizing and slag-forming agents.
The present invention also relates to welding electrodes suitable for the welding process according to the invention.
Known welding electrodes of the type with low hydrogen content usually store molten weld metal with a diffusible hydrogen content of less than 5 cm3 per 100 g of weld, and usually not more than 1 cm3 per 100 g of weld metal. The electrode coatings according to the invention preferably contain an even lower level of hydrogen in order to make it possible to deposit weld metal of this quality.
Basic materials are e.g. B. limestone, magnesium carbonate and other carbonates, calcium fluoride, other metal fluorides, which are useful as slag formers in welding, and mixtures of such metal fluorides, z. B. cryolite. Such materials are class 6 electrodes, listed in British Standard 1719 of 1951.
The flux coating can also contain titanium dioxide, preferably as rutile, or other minerals, such as. B. Ilmenite, which have a high proportion of titanium dioxide. Since zirconium silicate has a similar effect to titanium dioxide, it can partially replace titanium dioxide. The protective gas, which contains at least 80 percent by volume of carbon dioxide, can also be carbon monoxide, gaseous hydrocarbons, nitrogen or monatomic gases, such as. B. argon, and a small percentage of oxygen either individually or as a mixture.
Electrodes which contain the same or a much smaller amount of rutile material as the basic material in the coating can be used with advantage for the method according to the invention. If you use a protective gas consisting of at least 800 / o carbon dioxide in connection with such electrodes, you achieve a reduction in porosity, which is a tendency with such electrodes if you generate heavy precipitation in one or more processes.
The electrodes used in the process according to the invention preferably contain flux coatings with 15-60 parts by weight of basic materials and 40-0 parts by weight of rutile, advantageously in a weight ratio of less than 150 percent by weight of rutile, based on the basic material, and feldspar in an amount of 10 -30 parts by weight and ferro alloys in an amount of 15-20 parts by weight. The gas consisting of at least 80% carbon dioxide is used to shield the welding zone from the atmospheric air.
The invention also relates to a welding electrode provided with a coating which is intended to be used for welding according to the method according to the invention.
The coating mixtures can also be metal powder, such as. B. iron powder, and if desired contain a minor proportion of such materials that facilitate the discharge of the coating mixture. After the coating composition is attached to the wire located in the core, it is highly desirable to heat the coated electrode to a high enough temperature to keep the free water contained in the silicate or in other binders or in to drive out the minerals which are contained in the coating mixture. The elimination of this water significantly reduces the hydrogen content of the weld metal produced.
In order to facilitate the tight fit of the coating mixture on the electrode, the wire located in the core can be surrounded in one or more layers by a helically wound wire or wires, the wire or wires being in electrical contact with the wire in the core. The wire located in the core protrudes preferably over the surface of the protective coating at least over part of its length in order to form lines for the transmission of the electrical current to the wire located in the core.
The inventive method can be carried out with short welding electrodes, as they are normally used for welding by hand and in which the electrical connection to the wire located in the core is normally made at one end of the electrode. However, it is particularly useful for continuous spiral electrodes for automatic or semi-automatic welding. Of course, short welding electrodes of the type in accordance with the invention can be coupled to one another at the end to form a continuous electrode.
If the electrode is passed through a welding head, then in the case of continuous electrodes coated with flux it is necessary to feed the electrical current from one or more contact elements to the wire in the core. Contact with the wire in the core can, if desired, be carried out by one or more instruments with sharp edges which penetrate through the coating in the mass as the electrode is passed through the welding head. Preferably, however, the electrode is provided with one or more layers of coiled wire or wires which are in electrical contact with the core.
The winding wire or the outer winding wire, where there is more than one turn, makes contact with a contact piece or contact pieces via the coating made of flux, according to the passage of the electrode through the welding head. One form of construction of such an electrode is described in British Patent No. 584299. This is particularly useful. However, other constructions with one or more layers of wound wires consisting of one or more wires can also be used. A suitable construction of a welding electrode is illustrated in the accompanying drawing.
According to this drawing, there is a continuous welding electrode from a core located union wire 1, which is wrapped with a wire structure and is in electrical contact with it, the wire structure from an inner layer, which is formed by four parallel wires 2, 3, 4 and 5 is formed, which are helically wound around the wire located in the core clockwise, and from an outer layer, which is formed by four other parallel wires 6, 7, 8 and 9, which are helically wound around the inner layer counter-clockwise are, stand. The wires 6, 7, 8 and 9 protrude to the upper surface of the electrode and are in electrical contact with the wires 2, 3, 4 and 5.
The spaces between the wires of these two layers of wire mesh are filled with a coating material 10, the composition of which corresponds to one of the fol lowing examples. The coating mixture contains deoxidizing agents and fluxing agents and can be metal powder, such as B. iron powder.
The welding electrode is arranged in such a way that it is guided through a nozzle 22 against a workpiece 11 by means of conventional means, not shown. Furthermore, the usual but not shown contact means are in contact with the outer wires 6, 7, 8 and 9 for the purpose of supplying the welding electrode with electrical current by transmitting the current to the contact 1 directly above the nozzle 22 through the wire mesh.
When working according to the invention, an arc is generated between the welding electrode and the workpiece 11 and the welding electrode is continuously conveyed through a nozzle 22 against the workpiece 11, with a welding metal layer 14 of the desired composition being deposited. Around the electrode, carbon dioxide is fed through the nozzle 22 against the workpiece 11, which flows around the welding electrode and protects the welding arc, as shown by arrows. The shielding gas also protects the welding zone from the surrounding air, which is in the vicinity of the arc. The slag-forming materials contained in the coating form a protective layer 15 on the upper part of the welded metal 14 deposited, protecting the latter from contact with air during cooling.
If the coating mixtures used in the following examples are used in conjunction with carbon dioxide protective gas, very constant welding conditions are achieved in addition to a smooth weld seam. In addition, a slag deposit 15 is formed by the Ver drive, which is easy to remove.
Of course, the construction of the electrodes in the practice of the present invention can be of any type. The coiled wires 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9 can be omitted from the electrode shown in the drawing, so that the electrode consists of a core wire 1 with a coating 10.
For purposes of illustration, a number of welding electrodes and coating compositions in accordance with the present invention are described below. In any event, the electrode should be heated to a temperature high enough to substantially dewater the coating if a weld metal with the best mechanical properties is to be formed.
The weld metal deposited by these electrodes preferably contains no more than 1 cm3 of hydrogen per 100 g of weld metal and definitely no more than 5 cm3 per 100 g. <I> Example 1 </I> An electrode for the automatic welding of flux iron has a wire core made of flux iron which is surrounded by a wire mesh which is formed by two wire layers, the wires of which are bound around the wire core in the opposite direction to one another are. The wires forming the wire mesh are made of mild iron.
In the spaces between the wire mesh there is a composition of the following composition:
EMI0003.0003
Parts by weight
<tb> rutile <SEP> 50-30
<tb> limestone <SEP> 0-15
<tb> fluorspar <SEP> 5-20
<tb> Feldspar <SEP> 10-25
<tb> Iron alloys <SEP> l5-20 Iron powder can be added to achieve a suitable metal / flux ratio in the electrode. The iron alloys can contain up to 15 percent by weight iron-manganese alloy and the remainder iron-silicon, iron-aluminum, iron-titanium and / or other deoxidizing iron alloys.
<I> Example 1 a </I> In the case of an electrode according to Example 1, the coating contains the following components:
EMI0003.0004
Parts by weight
<tb> rutile <SEP> 40
<tb> limestone <SEP> 10
<tb> fluorspar <SEP> 15
<tb> Feldspar <SEP> 15
<tb> Iron alloys <SEP> 18 The iron alloys can contain iron-manganese in an amount of 15 percent by weight and iron-silicon in an amount of 3 parts by weight. The iron-silicon can optionally be partially replaced by iron-titanium and / or iron-aluminum be replaced.
<I> Example 2 </I> The electrode intended for welding mild steel has a core wire made of mild steel which is surrounded by a wire mesh which consists of two layers of mild steel wires wound in opposite directions. The layers forming the wire network can each have one or more wires.
The mesh openings are filled with a coating of the following composition:
EMI0003.0008
Parts by weight
<tb> rutile <SEP> 30- <SEP> 0
<tb> fluorspar <SEP> 20-40
<tb> limestone <SEP> 0-10
<tb> Feldspar <SEP> 0-30
<tb> iron alloys <SEP> 10-30
<tb> Bentonite clay <SEP> 0- <SEP> 5 The iron alloys contain iron-manganese in an amount of 10-20 parts by weight and 0-10 parts by weight of other deoxidizing iron alloys, such as. B. ferro-silicon, ferro-titanium and ferro-aluminum.
<I> Example 2 a </I> In the case of an electrode according to Example 2, the composition of the coating can be as follows:
EMI0004.0000
Parts by weight
<tb> rutile <SEP> 30-20
<tb> fluorspar <SEP> 25-30
<tb> limestone <SEP> 0-10
<tb> Feldspar <SEP> 20-30
<tb> Ferro-Manganese <SEP> 15-20
<tb> Ferro-Silicon <SEP> 0- <SEP> 3
<tb> Bentonite clay <SEP> 0- <SEP> 2 <I> Example 2b </I> The coating of an electrode according to Examples 2 and 2a can have the following composition:
EMI0004.0001
Weight percent
<tb> rutile <SEP> 20
<tb> fluorspar <SEP> 20
<tb> limestone <SEP> 10
<tb> Feldspar <SEP> 30
<tb> Low carbon <SEP> iron-manganese <SEP> 18
<tb> iron-silicon <SEP> 1
<tb> Bentonite <SEP> 1 <I> Example 3 </I> The electrode intended for welding mild steel has a core wire made of mild steel, surrounded with a wire mesh consisting of two layers of mild steel wires wound in opposite directions . The individual layers forming the wire mesh can have one or more wires.
The mesh openings of the wire netting are filled with a coating of the following composition:
EMI0004.0003
Parts by weight
<tb> fluorspar <SEP> 40-60
<tb> limestone <SEP> 0-10
<tb> Feldspar <SEP> 20-40
<tb> iron alloys <SEP> 10-30
<tb> Bentonite clay <SEP> 0- <SEP> 5 If both fluorspar and limestone are present, the upper limit for the total amount of these two components is 60 parts by weight.
40 As iron alloys, 10-20 parts by weight of iron-manganese and 0-10 parts by weight of other deoxidizing iron alloys, such as. B. iron-silicon, iron-titanium and iron-aluminum are present.
4s <I> Example 3 a </I> The coating of an electrode according to Example 3 can have one of the following compositions:
EMI0004.0006
Parts by weight
<tb> fluorspar <SEP> 45-55
<tb> limestone <SEP> 0-10
<tb> Feldspar <SEP> 25-35
<tb> Iron-Manganese <SEP> 15-20
<tb> Iron-silicon <SEP> 0- <SEP> 3
<tb> Bentonite clay <SEP> 0- <SEP> 2 If both fluorspar and limestone are used, the upper limit for the total amount of these components is 60 parts by weight.
<I> Example 3 b </I> The coating of an electrode according to Examples 3 and 3a can in particular have the following composition:
EMI0004.0007
Parts by weight
<tb> fluorspar <SEP> 50
<tb> limestone <SEP> 6
<tb> Feldspar <SEP> 20
<tb> Pontspat <SEP> * <SEP> 6
<tb> Low carbon <SEP> iron-manganese <SEP> 6
<tb> Eisen-Silicium <SEP> 2 Pontspat is a mineral that consists of a mixture of feldspar and clay. <I> Example 4 </I> The electrode intended for automatic welding of mild steel has a core wire made of mild steel, which is surrounded by a wire mesh consisting of two layers of wires wound around the core wire in opposite directions. The wires forming the wire mesh are made of mild steel.
There is a coating of the following composition in the mesh openings:
EMI0004.0008
Parts by weight
<tb> rutile <SEP> 10- <SEP> 0
<tb> limestone <SEP> 0-10
<tb> fluorspar <SEP> 40-60
<tb> Feldspar <SEP> 20-40
<tb> iron alloys <SEP> 10-20
<tb> Ton <SEP> 0- <SEP> 5 <I> Example 4 a </I> The coating of an electrode for welding mild steel according to Example 4 can in particular have the following composition:
EMI0004.0009
Parts by weight
<tb> rutile <SEP> 5
<tb> limestone <SEP> 8
<tb> fluorspar <SEP> 43
<tb> Feldspar <SEP> 23
<tb> Iron-Manganese <SEP> 13
<tb> iron-silicon <SEP> 2
<tb> Iron-aluminum <SEP> 2 <I> Example 5 </I> A method according to the present invention can be used for welding low-alloy steels, e.g.
B. creep-resistant steels can be used. Steels of this type have low carbon contents, generally less than 0.15010 "</B> and can contain up to about 10 / o alloying elements, such as molybdenum, chromium and 'or nickel. Known steels of this category contain the main alloying components in the following quantities: a) 0.519 / o molybdenum, b) 10 / o chromium, 0.519 / o molybdenum, c) 2-2.519 / o chrome, 1.019 / o, molybdenum, d) 4-619 / o Chromium, 0.50 / o molybdenum, e) 3-51 / o nickel. It is particularly important to note that for welding these types of steel it is necessary to ensure a low carbon content in the deposited weld metal in order to obtain usable mechanical and to achieve metallurgical properties.
For welding a creep-resistant steel, an electrode can be used which has a core wire made of low-carbon mild steel, which is surrounded by a wire mesh consisting of two layers of wires made of low-carbon mild steel wound around the core wire in opposite directions. The mesh openings are filled with a coating of the following composition:
EMI0005.0001
Weight percent
<tb> rutile <SEP> 40-20
<tb> basic <SEP> material <SEP> 20-35
<tb> Feldspar <SEP> 10-25
<tb> iron alloys <SEP> 15-30
<tb> Ton <SEP> 0-10 The iron alloys are at least to a large extent low-carbon alloys. The iron alloys can e.g. B. 10-15 percent by weight of low carbon iron-manganese. As a basic material you can fluorspar, optionally mixed with carbonates, such as.
B. calcium carbonate, which can be present in an amount of up to 20 percent by weight, based on the total weight of the basic material. <I> Example 5 a </I> An electrode for welding a creep-resistant steel with a content of 1'0 / a chromium and 0.519 / o molybdenum according to example 5 can have a coating of the following composition:
EMI0005.0006
Parts by weight
<tb> rutile <SEP> 30
<tb> fluorspar <SEP> 25
<tb> limestone <SEP> 5
<tb> Feldspar <SEP> 20
<tb> Low carbon <SEP> iron-manganese <SEP> 12
<tb> Low carbon <SEP> iron-chromium <SEP> 7
<tb> Iron-Molybdenum <SEP> 3
<tb> Iron-silicon <SEP> 3 <I> Example 6 </I> An electrode for welding low-carbon steels, e.g. B. those of the types mentioned in Example 5, a core with a wire mesh shell according to Example 5 have.
This electrode can have a more basic coating of the following composition:
EMI0005.0009
Parts by weight
<tb> rutile <SEP> 0-20
<tb> basic <SEP> material <SEP> 35-60
<tb> Feldspar <SEP> 20-35
<tb> iron alloys <SEP> 15-30
<tb> Clay <SEP> 0-10 <I> Example 6 a </I> The coating of an electrode according to Example 6 can in particular have the following composition:
EMI0005.0010
Parts by weight
<tb> rutile <SEP> 4
<tb> fluorspar <SEP> 46
<tb> limestone <SEP> 4
<tb> Feldspar <SEP> 20
<tb> Low carbon <SEP> iron-manganese <SEP> 12
<tb> Low carbon <SEP> iron-chromium <SEP> 7
<tb> iron-molybdenum <SEP> 3
<tb> iron-silicon <SEP> 3