Elektrodendraht zum Schweissen, insbesondere Auftragsschweissen Die Erfindung betrifft Elektrodendrähte, die minde stens eine metallische Hülle aufweist, in der sich ein Gemisch von Pulvermaterialien befindet. Die erfindungs- gemässen Elektrodendrähte dienen zum Schweissen, Anschweissen und insbesondere Auftragsschweissen von Stählen.
Die genannten Elektrodendrähte werden vorzugsweise zum mechanisierten (automatischen und halbautomati schen) Schweissen und Auftragsschweissen von Stählen ohne zusätzlichen Schutz verwendet.
Bekannt sind Elektrodendrähte zum Schweissen und Auftragsschweissen von Stählen, die mit der metalli schen Hülle versehen sind, worin sich ein Pulverge misch befindet, das Calcium- oder Magnesiumcarbonat (CaCO3) oder (MgCO2), Fluorit (CaF2) als schlackenbil dende Grundlage und Oxyde von Titan und Silicium (T10_, SiO2) sowie desoxydierende und legierende Stoffe Mn, Si, Ti, .Al und Eisenpulver (Fe) enthält.
Die besten Eigenschaften von bekannten Elektroden drähten des genannten<I>Typs</I> weisen die Drähte auf, die Calciumcarbonat CaCO3, Fluorit CaF2, Titandioxyd TiO2, Mangan Mn Lind Silicium Si als Legierungsstoffe und Desoxydationsmittel enthalten.
Die Nachteile dieser Elektrodendrähte bestehen dar in, dass sie zwar die Anwendung von erhöhten Strom stärken zulassen, jedoch defektlose Nähte nur in dem für Praxis ungenügenden Bereich der Arbeitsspannun- gen des Lichtbogens erhalten werden. Dabei treten die ungünstigen technologischen Eigenschaften des Elektro dendrahtes in Erscheinung. So bilden sich z.B. gewölbte Wülste, und es können im Bereich der Naht Schlacken einschlüsse im Metall auftreten, was die Festigkeit der geschweissten Konstruktionen vermindert.
Die Praxis hat gezeigt, dass eine Erweiterung des Bereiches der .Arbeitsspannungen zur Bildung von un zulässigen Defekten-Poren und ein Einführung grosser Mengen an Titan und Aluminium in den Draht ein Absenken der Plastizität des Metalls an der Naht be wirkt.
So gewährleistet z.B. ein Elektrodendraht, der:
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2,5% <SEP> Calciumcarbonat <SEP> CaCO3 <SEP> (Marmor)
<tb> 4,0% <SEP> Fluorit <SEP> CaF2 <SEP> (Flussspat)
EMI0001.0007
6,0% <SEP> Titandioxyd <SEP> TiO2 <SEP> (Rutil)
<tb> 1,5% <SEP> Mangan <SEP> Mn <SEP> (Ferromangan)
<tb> 1,0% <SEP> Silicium <SEP> Si <SEP> (Ferrosilicium)
<tb> und <SEP> 15,0% <SEP> Eisen <SEP> Fe <SEP> (Eisenpulver) bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodendrahtes enthält, die Herstellung von dichten Nähten nur im Bereich einer Arbeitsspannung von 1 bis 2 V, und eine Stromstärke von 300 bis 500 A bei 2,8 mm Durchmesser des Drahtes.
Mit einem Draht des gleichen Durchmessers, wel cher 1,25% Titan Ti (Ferrotitan) bei entsprechender Abnahme des Eisenpulvergehaltes bis 10% enthält, kann man dichte Nähte bei einer Stromstärke von 300-500 A im Bereich 4 - G V erhalten, jedoch entsprechen die me chanischen Eigenschaften des Metalls der Naht den An forderungen der Praxis nicht, weil das Metall der Naht eine gesenkte Plastizität aufweist, was durch die Tabelle veranschaulicht wird:
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Prüfdraht <SEP> Festigkeits <SEP> Relative <SEP> Kerbschlagzähigkeit
<tb> grenze <SEP> Dehnung <SEP> bei <SEP> 2F.
<tb> kg/mm2 <SEP> % <SEP> kg/cm2
<tb> enthält
<tb> Titan <SEP> <B>55,0-65,0 <SEP> 6,0-20,0</B> <SEP> 2,0- <SEP> l4,0
<tb> enthält
<tb> kein <SEP> Titan <SEP> <B>50,0-56,0 <SEP> 20,0-28,0</B> <SEP> 12,0- <SEP> 19,0 Die Erfindung setzt sich zum Ziele, die obengenann ten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, einen Elektrodendraht zu entwickeln, der beim Schweis- sen, insbesondere Auftragsschweissen, in einem breiteren Bereich der Arbeitsspannungen im Vergleich zu den be kannten Elektrodendrähten der gleichen Art gute tech nologische Eigenschaften hat sowie gute mechanische Eigenschaften des Metalls der Naht gewährleistet.
Gegenstand der Erfindung ist ein Elektrodendraht zum Schweissen, insbesondere Auftragsschweissen von Stählen, der eine Metall enthaltende Hülle aufweist, in der sich die Bestandteile Calciumcarbonat, Calcium- fluorid, Titandioxyd, Mangan und Silicium in Pulverform befinden, der dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Hülle ausserdem noch Natriumcarbonat enthalten ist.
Vorzugsweise enthält der erfindungsgemässe Elektro dendraht
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2,0 <SEP> - <SEP> 4,0% <SEP> Calciumcarbonat <SEP> CaCO3
<tb> 2,0-6,0% <SEP> Fluorit <SEP> CaF2
<tb> 3,0 <SEP> - <SEP> 7,0% <SEP> Titandioxyd <SEP> TiO2
<tb> 1,0 <SEP> - <SEP> 2,5% <SEP> Mangan <SEP> Mn
<tb> 0,5 <SEP> - <SEP> 2,0% <SEP> Silicium <SEP> Si
<tb> 1,0 <SEP> - <SEP> 3,0% <SEP> Natriumcarbonat <SEP> Na2CO3 bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodendrahtes, wobei der Rest Eisen ist.
Wenn der Elektrodendraht eine zweischichtige Hül le aufweist dann befinden sich Mn, Si und Fe in Pulver form in der inneren Schicht und CaCO3, CaF2 und TiO2 in der äusseren Schicht und das Natriumcarbonat kann in einer der beiden oder in beiden Schichten enthalten sein.
Der zum Schweissen und Aufschweissen von legier ten Stählen bestimmte Elektrodendraht kann ausser oben genannten Bestandteilen Aluminium (AI), Titan (Ti), Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Vanadium (V), Nickel (Ni), Kohlenstoff (C), Bor (B) oder Gemische daraus enthalten.
Der erfindungsgemässe Draht weist gute technolo gische Eigenschaften auf, gestattet es, das Schweissen und Aufschweissen in einem breiten Bereich der Arbeits spannungen durchzuführen und gewährleistet gute me chanische Eigenschaften des Metalls der Naht.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispie len und Tabellen erläutert. Der erfindungsgemässe Draht ist aus der metallischen Hülle und dem Pulvergemisch aufgebaut, das sich aus Carbonaten des Calcium (CaCO3) und Natrium (Na2CO3), Fluorit (CaF2), Titandioxid (TiO2), Mangan (Mn) und Silicium (Si) zusammensetzt. Eisen (Fe) kann zusätzlich zur Hülle auch noch im Pul vergemisch vorhanden sein.
Der erfindungsgemässe Gehalt an Na2CO3 des CaCo3 enthaltenden Drahtes erhöht die Wirksamkeit des Schutzes des geschmolzenen Metalls beim Schweissen und .Aufschweissen. Die Verbesserung des Stutzes wird durch die Zunahme des Volumens den entwickelten Gasen sowie auch durch die beschleunigte Zersetzung des CaCO2, in Gegenwart von Na2CO3 erreicht.
Das Vorhandensein von Na<B>-,CO"</B> im Draht verbes sert beim Schweissen Lind Aufschweissen die Stabilität des Brennens des Lichtbogens und erhöht die Aktivität der gebildeten Schlacken. Dadurch wird der Bereich der Arbeitsspannungen beim Schweissen und Auf- schweissen im Vergleich zu einem Draht, der kein Na2CO3 enthält, erweitert, wobei gute technologische Eigenschaften des Drahtes gewährleistet werden.
Das geschmolzene Metall wird vor Luft beim Schweissen und Aufschweissen wirksam geschützt ohne dass zusätzliche Schutzmittel nötig wären und durch die gute raffinierende Wirkung der Schlacken wird das Me tall desoxydiert Lind es werden beim Schweissen unter Verwendung des erfindungsgemässen Drahtes gute me chanische Eigenschaften des Metalls der Naht erzielt.
Ein Draht, der zum Schweissen von gekohlten Kon struktionsstählen Lind niedriglegierten Stählen und zu einem Aufschweissen, das die Wiederherstellung der geometrischen Ausmassen von Werkteilen zum Zwecke hat, dient, kann
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2,0-4,0% <SEP> CaCO3
<tb> 1,0-3,0% <SEP> Na2CO3
<tb> 3,0 <SEP> - <SEP> 7,0% <SEP> TiO2
<tb> 2,0 <SEP> - <SEP> 6,0% <SEP> CaF2
<tb> 1,0-2,5% <SEP> Mn
<tb> 0,5 <SEP> - <SEP> 2,0% <SEP> Si bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodendrahtes enthalten. Das Eisen stellt den Rest auf 100% dar, wobei das Eisen ausser in der Hülle auch im Pulverge misch enthalten sein kann.
Ein Draht, der zum Schweissen legierter Stähle oder zu einem Aufschweissen dient, das zur Erreichung einer erhöhten Verschleissfestigkeit des Metalls anderer be sonderen Kenndaten durchgeführt wird, kann ausser den oben angeführten Komponenten auch noch A1, Ti, Cr, W, V, Ni, C, B und Ta oder Wischungen davon sowohl im Pulvergemisch als auch in der metallischen Hülle enthalten.
Bei der Verwendung eines Elektrodendrahtes mit zwei metallischen Hüllen, einer inneren und einer äusse- ren, ist es zweckmässig, Mn und Si in die innere Hülle und CaCO3, CaF2 und TiO2 in die äussere Hülle einzu führen.
Das Natriumcarbonat Na2CO3 kann in jede belie bige der beiden Hüllen eingebracht werden. Die legie renden Materialien Lind das Eisenpulver bringt man zweckmässig in die innere Hülle ein. Eine derartige Anordnung der im Elektrodendraht enthaltenen Kom ponenten gewährleistet einen minimalen Abbrand des Eisens und der legierenden Materialien.
<I>Beispiel I</I> Ein Draht mit einer zweischichtigen Hülle aus nie- driggekohltem Stahl enthält in der äusseren Hülle ange geben (in Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodendrahtes von 3 mm Durchmesser):
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CaCO3 <SEP> (Marmor) <SEP> 3,0
<tb> Na2CO3 <SEP> (Calcinierte <SEP> Soda) <SEP> 2,0
<tb> TiO2 <SEP> (Rutil) <SEP> 6,5
<tb> CaF2 <SEP> (Flussspat) <SEP> 5,5
<tb> und <SEP> in <SEP> der <SEP> inneren <SEP> Hülle:
<tb> Mn <SEP> (Ferromangan) <SEP> 2,0
<tb> Si <SEP> (Ferrosilicium) <SEP> 1,4
<tb> und <SEP> Fe <SEP> (Eisenpulver) <SEP> 21,0 Mit Hilfe dieses Drahtes werden beim Schweissen und Aufschweissen von gekohlten Konstruktionsstählen und niedriglegierten Stählen in dem in der Tabelle 1 ange führten Bereich der Arbeitsspannungen des Lichtbo gens dichte Nähte erhalten.
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TABELLE]
<tb> Förder- <SEP> Schweisstromst:irke <SEP> Arbeitsspannungen
<tb> geschwindigkeit <SEP> Ampere <SEP> des <SEP> Lichtbogens
<tb> des <SEP> Drahtes <SEP> Volt
<tb> m'st
<tb> <B>110,0 <SEP> 300-320 <SEP> 22-26</B>
<tb> 140:0 <SEP> <B>350--170 <SEP> 23-29</B>
<tb> <B>180,0</B> <SEP> 420-450 <SEP> 24-30
<tb> 220,0 <SEP> 490-520 <SEP> <B>25-31</B>
<tb> 300,0 <SEP> <B>570-600 <SEP> 26-</B> <SEP> 31 Das Schweissen und Aufschweissen mittels Gleich strom durchgeführt.
Im Bereich der in der Tabelle 1 angeführten Arbeits bedingungen werden gute mechanische Eigenschaften des Nahtmetalls erzielt, wie aus den in Tabelle 2 angegebe nen Daten ersichtlich ist.
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TABELLE <SEP> 2
<tb> Schweissbedingungen <SEP> Fliessgrenze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Relative <SEP> Relative <SEP> Kerbschlagzähigkeit
<tb> Dehnung <SEP> Querkontraktion
<tb> Schweissstrom- <SEP> Lichtbogen stärke <SEP> spannung
<tb> Ampere <SEP> Volt <SEP> kg/mm2 <SEP> kg/mm2 <SEP> % <SEP> % <SEP> kg/mm2
<tb> <B>350-380</B> <SEP> 23-24 <SEP> 42,0-48,0 <SEP> <B><I>55,0-58,0</I> <SEP> 22,0-26,0</B> <SEP> 45,0-70,0 <SEP> <B>16,0-22,0</B>
<tb> <B>29-30</B> <SEP> 38,0-44,0 <SEP> <B><I>50,0-56,0</I> <SEP> 21,0-27,0 <SEP> 60,0-70,0 <SEP> 20,0-31,
0</B>
<tb> 440-460 <SEP> <B>25-26</B> <SEP> 40,0-52,0 <SEP> <B>53,0-57,0 <SEP> 22,0-28,0</B> <SEP> 64,0-70,0 <SEP> 20,0-24,0
<tb> <B>30-31</B> <SEP> 40,0-43,0 <SEP> <B>53,0-55,0</B> <SEP> 24,0 <SEP> <B>-26,0 <SEP> 65,0-70,0 <SEP> 16,0-</B> <SEP> 19,0 Die mechanischen Eigenschaften des Metalls der Naht und der Schweissverbindung wurden beim Schweis- sen eines niedriggekohlten Konstruktionsstahls bestimmt. Die Prüfergebnisse sind nach 6 - 14 Proben angegeben.
Die chemische Zusammensetzung des Metalls der mit dem Draht der angegebenen Zusammensetzung herge stellten Nähte lag im Bereich von:
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C <SEP> 0,08 <SEP> -0,14 <SEP> %; <SEP> Mn <SEP> 0,7 <SEP> -0,9 <SEP> % <SEP> Si <SEP> 0,15-0,25%
<tb> S <SEP> 0,015-0,023%; <SEP> P <SEP> 0,012-0,02%; <SEP> N <SEP> 0,01-0,02% Beispiel <I>2</I> Der Draht enthielt:
EMI0003.0012
2,0 <SEP> Gew.-% <SEP> CaCO3 <SEP> (Marmor)
<tb> 1,5 <SEP> Gew.-% <SEP> Na2CO3 <SEP> (Calcinierte <SEP> Soda)
EMI0003.0013
4,5 <SEP> Gew.-% <SEP> TiO2 <SEP> (Rutilkonzentrat)
<tb> 3,5 <SEP> Gew.-% <SEP> CaF2 <SEP> (Flussspat)
<tb> 1,3 <SEP> Gew.-% <SEP> Mn <SEP> (Ferromangan)
<tb> 0,9 <SEP> Gew.-% <SEP> Si <SEP> (Ferrosilicium)
<tb> und <SEP> 15,0 <SEP> Gew.-% <SEP> Fe <SEP> (Eisenpulver) bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes. Der Rest auf 100% bestand aus der Hülle aus niedriggekohltem Stahlband.
Beim Schweissen eines Stahls, der
EMI0003.0014
0,18% <SEP> C; <SEP> 0,8% <SEP> Mn; <SEP> 0,5 <SEP> % <SEP> Si; <SEP> 0,4 <SEP> % <SEP> Cr
<tb> 0,35% <SEP> Ni; <SEP> 0,3% <SEP> Cu; <SEP> 0,027% <SEP> S; <SEP> 0,014% <SEP> P enthielt, mit Hilfe des oben angeführten Drahtes wurden gute mechanische Eigenschaften des Metalls, der Naht erzielt, wie in Tabelle 3 veranschaulicht wird.
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TABELLE <SEP> 3
<tb> Schweissbedingungen <SEP> Kerbschlagzähigkeit
<tb> Dicke <SEP> des <SEP> Zugfestig- <SEP> Relative <SEP> kgm/cm2 <SEP> bei
<tb> zu <SEP> schueissenden <SEP> keit <SEP> Dehnung
<tb> Schweissstromstärke <SEP> Lichtbogen- <SEP> Metalls <SEP> kg <SEP> mm- <SEP> %
<tb> Ampere <SEP> spannung <SEP> Volt
<tb> Volt <SEP> + <SEP> 20<B>0</B>C <SEP> - <SEP> 407C
<tb> 320 <SEP> <B>25-26</B> <SEP> 12 <SEP> 5? <SEP> 22,9-31,8 <SEP> 13,9-18,6 <SEP> 7,6-13,6
<tb> 53,6 <SEP> 28,9 <SEP> 17,8 <SEP> 11,0
<tb> 400 <SEP> <B>27-28</B> <SEP> 14 <SEP> 5<B>1</B>,6-54,0 <SEP> 23,1-29,0 <SEP> 18,7-26,9 <SEP> 15,2-17,4
<tb> 53,4 <SEP> 26,9 <SEP> 24,1 <SEP> 16,4
<tb> 450 <SEP> <B>27-28</B> <SEP> 16 <SEP> 52.0-55,1 <SEP> 21,7-28,2 <SEP> 16,4-19,6 <SEP> <B>1</B>0,8-15,3
<tb> 53,6 <SEP> 25,8 <SEP> 18,2 <SEP> 13,
1
<tb> 550 <SEP> <B>28-29</B> <SEP> 18 <SEP> 54,1-59,2 <SEP> 24,2-28,0 <SEP> 16,3-18,7 <SEP> 10,5-11,8
<tb> 56,4 <SEP> 26,3 <SEP> 17,1 <SEP> 11,3 Bei den Prüfungen auf Zugfestigkeit und Kerbschlag- zähigkeit sind die Grenzwerte von Prüfergebnissen der 4-12 Proben im Zähler und die Durchschnittswerte im Nenner angegeben.
Die Beschreibung und Beispiele zeigen, dass es bei Verwendung des erfindungsgemässen Elektrodendrah tes möglich ist, Schweissen und Aufschweissen von Stäh len in einem breiteren, als dem früher verwendbaren Arbeitsspannungsbereich des Lichtbogens auszuführen, wobei das Metall der Naht günstige Eigenschaften auf weist und das Schweissen rascher und besser durchge führt werden kann.