Verfahren zum automatischen oder halbautomatischen Elektroschweissen Es ist bereits seit langem üblich, für das auto matische und halbautomatische Elektroschweissen kon tinuierliche Elektroden, die frei von einem äusseren Flussmittelüberzug sind, in Verbindung mit einem Un terpulverschweissflussmittel oder einem Schutzgas zu verwenden; neuerdings wurde Kohlendioxyd in gro ssem Umfang als Schutzgas verwendet.
Eine wichtige Aufgabe des Unterpulverschweissfluss mittels und des Schutzgases war es, den Zutritt von Sauerstoff und Stickstoff aus der Atmosphäre zu dem geschmolzenen Schweissgut zu verhindern. Wenn man jedoch ein Unterpulverschweissflussmittel verwendet, kann der Schweisser das geschmolzene Schweissgut nicht beobachten, während die Anwendung eines Schutzga ses teuer ist und umfangreiche Apparaturen erfordert.
Es wurde vorgeschlagen, die Notwendigkeit eines äusse ren Schutzes des geschmolzenen Schweissgutes zu be seitigen, indem man eine rohrförmige Elektrode ver wendet, bestehend aus einem Flussstahlmantel ohne äusseren Flussmittelüberzug, aber mit einem Kern, der desoxydierende Elemente, beispielsweise Mangan, Alu minium und Silicium, und auch Elemente, die sich wie Aluminium mit Stickstoff unter Bildung von Nitriden zu verbinden vermögen, enthält.
Rohrförmige Elektro den dieses Typs, wie sie bisher vorgeschlagen wurden, vermochten jedoch nicht, fehlerloses Schweissgut zu er zeugen, das die hohe Duktilität und gute Schlagfestigkeit hat, die für .das Flussstahlschweissgut charakteristisch sind, das mit automatischen Elektroden guter Qualität unter Verwendung eines schützenden Mediums erzeugt werden.
Die Erfindung in ihrer allgemeinsten Form beruht auf der Entdeckung, dass fehlerloses Schweissgut, ;das für das Schweissen von Flussstahlwerkstücken geeig net ist und die erwähnten zufriedenstellenden physikali schen Eigenschaften hat, erzeugt werden kann, wenn man eine nackte, rohrförmige Flussstahllichtbogenelek trode verwendet, die im Kern desoxydierende Mittel und Stickstoff bindende Elemente enthält, ohne dass man den Lichtbogen mit Hilfe von Gas oder einem Unterpulverschweissflussmittel zu schützen braucht, und zwar unter der Voraussetzung, dass die Elektrode so zusammengesetzt und der Lichtbogen unter derartigen Bedingungen gezogen wird, dass der Kohlenstoff-, Alu minium-, Mangan-, Silicium- und Titangehalt des Schweissgutes innerhalb bestimmter vorgeschriebener, unten angegebener Grenzen gehalten wird.
Das Verfahren gemäss der Erfindung zum auto matischen oder halbautomatischen Elektroschweissen ist dadurch gekennzeichnet, dass man mit einer rohrförmi- gen Elektrode mit Kern, die einen von äusserem Fluss mittel freien Flussstahlmantel hat, ohne äusseren Schutz des Lichtbogens ein Schweissgut aufträgt, das die fol gende Zusammensetzung hat:
EMI0001.0007
Aluminium <SEP> 0,05 <SEP> bis <SEP> 1,3 <SEP> Gew.-%
<tb> Mangan <SEP> 0,3 <SEP> bis <SEP> 2 <SEP> Gew.-%
<tb> Silicium <SEP> 0,1 <SEP> bis <SEP> 1 <SEP> Gew.-%
<tb> Kohlenstoff <SEP> maximal <SEP> 0,12 <SEP> Gew.-%
<tb> Titan <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> 0,12 <SEP> Gew.%
<tb> wenn <SEP> der <SEP> Siliciumgehalt
<tb> 0,35 <SEP> Gew. <SEP> % <SEP> übersteigt,
<tb> und
<tb> 0 <SEP> bis <SEP> 0,25 <SEP> Gew. <SEP> 7o,
<tb> wenn <SEP> der <SEP> Siliciumgehalt
<tb> höchstens <SEP> 0,35 <SEP> Gew.
<tb> beträgt,
<tb> Eisen, <SEP> abgesehen <SEP> von
<tb> allfälligen <SEP> Verunreini gungen <SEP> Rest Allfällige Verunreinigungen sind Schwefel und Phos phor und gegebenenfalls Zirkonium in einer 0,05 GewA nicht übersteigenden Menge.
Vorzugsweise enthält das Schweissgut 0,12 bis 0,8 GewA Aluminium, 0,7 bis 1,75 GewA Mangan, 0,4 bis 0,85 Gew. % Silicium und höchstens 0,08 Gew.% Kohlenstoff.
Das aufgetragene Schweissgut hat eine Bruchdeh nung von mindestens 18 %, eine Brucheinschnürung von mindestens 25 % und eine Kerbschlagzähigkeit nach Charpy von mindestens 4,84 mkg bei 20 C und min destens 2,77 mkg bei -30 C, bestimmt gemäss dem mechanischen Prüfverfahren nach B. S. S. 639 (1964).
Die Mengenangaben in dieser Beschreibung sind Gewichtsmengen, und die mechanischen Eigenschaften des Schweissgutes sind durch Prüfung gemäss dem mechanischen Prüfverfahren nach B. S. S. 639 (1964) bestimmt.
Eine kontinuierliche rohrförmige Elektroschweiss elektrode mit einem flussmittelhaltigen Kern und einem Flussstahlmantel ohne äusseren Flussmittelüberzug zur Ausführung des Verfahrens gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kern Fluoride ent hält und die Elektrode genügend Aluminium, Mangan, Silicium und gegebenenfalls Titan enthält, um beim Elektroschweissen ohne äusseren Schutz des Lichtbo gens eine Schweissgut mit der weiter oben angegebenen Zusammensetzung aufzutragen.
Solche Elektroden ha ben einen Flussstahlmantel, .der vorzugsweise entweder aus unberuhigtem (nicht desoxydiertem) Bandstahl, der weniger als 0,12% Kohlenstoff, 0,2 bis<B>0,6%</B> Mangan, weniger als 0,05 % Silicium, weniger als 0,04 % Schwe fel und weniger als 0,04 % Phosphor enthält, oder aus beruhigtem (vollkommen desoxydiertem) oder halbbe ruhigtem (nicht vollkommen desoxydiertem) Bandstahl mit bis zu 0,3 % Silicium, bis zu 0,15 % Kohlenstoff, bis zu 1,8 % Mangan, weniger als 0,04 % Schwefel und weniger als 0,04 % Phosphor hergestellt sein kann.
Der Aluminiumgehalt der Elektrode, der im Kern vorhanden ist, kann aus metallischem Aluminium oder Ferroaluminium bestehen, und der Kern enthält nor malerweise sowohl Mangan als auch Silicium als sol che oder als Ferrolegierungen oder in Form von Ver bindungen, wie beispielsweise Manganoxyd oder Sili ciumdioxyd, die bei der Verwendung der Elektrode zum Schweissen durch das Aluminium zum Element reduziert werden. Die Elektroden enthalten im Kern auch genügend Calciumfluorid oder ein ausgewogenes Gemisch anderer Fluoride von Alkali- oder Erdalkali metallen, um ein regelmässiges Abschmelzen der Spitze der Elektrode und zufriedenstellende Ausbreitungs- und Benetzungseigenschaften der Schlacke und des Schweiss gutes sicherzustellen, wodurch gewährleistet wird, dass das Schweissgut keine merkliche Porosität aufweist.
Im allgemeinen können erfindungsgemässe Elektro den hergestellt werden, indem man ein Flussstahlband mit 15,24 mm Breite und 0,635 mm Dicke zu einem U-förmigen Kanal biegt, dessen Öffnung eine Breite von 5,08 mm hat, das Kernmaterial in den Kanal ein führt, den Kanal schliesst und ihn bis zum Erreichen eines Durchmessers zwischen 1,191 und 3,175 mm zieht. Um Feuchtigkeit und Ziehseife zu entfernen, sollte das resultierende Rohr in Luft 30 bis 60 Minu ten auf 250 bis 300 C erhitzt werden, und dann kann es aufgespult werden. Man kann aber auch, wenn man die Federkraft bzw. Elastizität der Spulen herabzuset zen wünscht, das Rohr stattdessen in einer Stickstoff atmosphäre auf 450 C erhitzen.
Diese Elektroden fallen in verschiedene Kategorien, die nun im einzelnen beschrieben werden. <I>Kategorie 1</I> Elektroden dieser Kategorie enthalten im Kern Me tallpulver oder -drähte in solchen Mengen, dass die Elektrode als Ganzes 0,8 bis 2,5 % Aluminium, 0,01 bis 1 % Titan, 0,05 bis 1,5 % Silicium und 0,4 bis 1,5 % Mangan enthält, sowie 0,4 bis 6 % Fluoride von Alkali- oder Erdalkalimetallen und schlackenbildende Materialien. Das Aluminium, Silicium und Mangan wir ken als desoxydierende Mittel, und ausserdem reduzie ren sowohl das Aluminium als auch das Silicium die Stickstoffabsorption in dem Schweissschmelzbad und binden freien Stickstoff in Form von Nitriden.
Obgleich Titan die Löslichkeit von Stickstoff in dem Schweiss schmelzbad erhöht, wirkt es ebenfalls als stickstoffbin dendes Mittel und bindet den Stickstoff in der relativ harmlosen Form von Titancyanid ( titanium carboni- tride ), das keine dendritische Struktur bildet. Höhere Titankonzentrationen als die soeben angegebene sind schädlich für die Schlagzähigkeitseigenschaften und könnten dazu führen, dass eine grössere Menge Titan als die oben angegebene in das Schweissgut übergeht. Der Kern macht im allgemeinen 25 bis 30 Gew.% der Elektrode aus.
Obgleich die Elektroden dieser Kategorie minde stens 0,4 % Fluoride von Alkali- und/oder Erdalkali- metallen enthalten müssen, die als Borfluoride, Siliko- fluoride oder Titanofluoride vorliegen können, kann ein Teil des Fluoridgehaltes, der über 0,4 % hinausgeht, durch Carbonate oder Titanate von Alkali- oder Erd- alkalimetallen ersetzt werden. Diese Bestandteile er geben einen beständigen Lichtbogen, indem sie das Spritzen und den Verlust von Legierungselementen her absetzen und allgemein das Arbeiten mit der Elek trode erleichtern.
Durch Oxydation aus Aluminium in dem Kern ent standenes Aluminiumoxyd neigt dazu, eine unschmelz bare und haftende Schlacke zu liefern, und die Schlak- kenbildner in dem Kern sind Materialien, die mit die sem Aluminiumoxyd eine niedrigschmelzende Schlacke zu bilden vermögen. Flussmittel auf Basis von Na triumoxyd und/oder Kaliumoxyd zusammen mit Sili ciumdioxyd vermögen Aluminiumoxyd in einer Menge von bis zu etwa 50 % ihres eigenen Gewichtes aufzu nehmen, während ein Schmelzbereich von 1300 bis 1500 C eingehalten wird. Beschränkte Zusätze von Kalk und Eisenoxyd tragen dazu bei, einen niedrigen Schmelzpunkt beizubehalten.
Die Flussmittel können aus Kalifeldspat, der annähernd 14 % Kaliumoxyd, 62 % Siliciumdioxyd, 1 % Natriumoxyd und 18 % Aluminium oxyd enthält, oder aus synthetischem geschmolzenem Kaliumsilikat bestehen. Es sind aber auch Natronfeld spat, der annähernd 11 % Natriumoxyd, 68 % Silicium oxyd und 19 % Aluminiumoxyd enthält, oder Plagioklas oder geschmolzenes Natriumsilikat geeignet. Diese kön nen allein oder als Gemisch verwendet werden.
Die Mengen dieser Materialien, bezogen auf das Gewicht der Elektrode, sind: 1. 4 bis 8 % Kalifeldspat und/oder Natronfeldspat und/oder Kalkfeldspat oder 4 bis 8 % geschmolzenes Kaliumsilikat und/oder Natriumsilikat, 2. 0 bis 2 % Calciumcarbonat, 3. 0 bis 5 % Calciummetasilikat als natürlicher oder synthetischer Wollastonit, 4. 0 bis 5 % magnetisches Eisenoxyd oder anderes Eisenoxyd. Insgesamt werden im allgemeinen weniger als 10 % schlackenbildende Elemente zugesetzt.
Elektroden dieser Kategorie liefern Schweissgut mit der folgenden prozentualen Zusammensetzung:
EMI0003.0000
Allgemeiner <SEP> Bevorzugter
<tb> Bereich <SEP> Bereich
<tb> Aluminium <SEP> 0,2 <SEP> -0,85 <SEP> 0,3 <SEP> -0,5
<tb> Silicium <SEP> 0,05-0,5 <SEP> 0,25-0,35
<tb> Mangan <SEP> 0,3 <SEP> -1,5 <SEP> 0,8 <SEP> -1,0
<tb> Titan <SEP> 0,02-0,4 <SEP> 0,05-0,1
<tb> Schwefel <SEP> maximal <SEP> 0,035 <SEP> 0,01-0,02
<tb> Phosphor <SEP> maximal <SEP> 0,035 <SEP> 0,01-0,02
<tb> Eisen <SEP> (abgesehen
<tb> von <SEP> zufälligen
<tb> Verunreinigungen) <SEP> Rest <SEP> Rest Das erhaltene Schweissgut hat eine Zugfestigkeit von 4410 bis 5670 kg/cm2, eine Bruchdehnung von 21 bis 35 %, eine Brucheinschnürung von 35 bis 75 % und eine Kerbschlagzähigkeit nach Charpy im oben ange gebenen Bereich.
Es folgen zwei Beispiele von typischen Elektroden dieser Kategorie, wobei die Mengen auf das Gewicht der Elektrode bezogen sind:
EMI0003.0001
1 <SEP> 2
<tb> Aluminium <SEP> 1,75 <SEP> 1,9
<tb> Mangan <SEP> 1,30 <SEP> 1,35
<tb> Silicium <SEP> 0,40 <SEP> 0,3
<tb> Titan <SEP> 0,25 <SEP> 0,15
<tb> Schwefel <SEP> 0,03 <SEP> 0,025
<tb> Phosphor <SEP> 0,02 <SEP> 0,02
<tb> K2C03 <SEP> 0,1 <SEP> NaF <SEP> 0,1 <SEP> 0,1
<tb> LiF <SEP> 0,25 <SEP> 0,2
<tb> Li2CO3 <SEP> 0,1 <SEP> 0,1
<tb> CsF <SEP> 0,1 <SEP> 0,1
<tb> K2TiF6 <SEP> 0,25 <SEP> 0,35
<tb> Kalifeldspat <SEP> 3,0 <SEP> 4,0
<tb> Natronfeldspat <SEP> 3,0 <SEP> 2,0
<tb> Magnetisches <SEP> Eisenoxyd <SEP> 0,6 <SEP> 0,3
<tb> CaCO3 <SEP> 1,0 <SEP> CaSiO3 <SEP> - <SEP> 1,
5
<tb> Eisen <SEP> Rest <SEP> Rest <I>Kategorie 2</I> Elektroden dieser Kategorie tragen Schweissgut mit der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf:
EMI0003.0002
Allgemeiner <SEP> Bevorzugter
<tb> Bereich <SEP> Bereich
<tb> Aluminium <SEP> 0,2 <SEP> -0,9 <SEP> 0,5 <SEP> -0,75
<tb> Silicium <SEP> maximal <SEP> 0,35 <SEP> maximal <SEP> 0,2
<tb> Mangan <SEP> 0,3 <SEP> -1,25 <SEP> 0,7 <SEP> -1,0
<tb> Titan <SEP> maximal <SEP> <B>0,25</B> <SEP> maximal <SEP> 0,15
<tb> Schwefel <SEP> maximal <SEP> 0,04 <SEP> maximal <SEP> 0,025
<tb> Phosphor <SEP> maximal <SEP> 0,04 <SEP> maximal <SEP> 0,025
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0,04-0,15 <SEP> 0,08-0,13
<tb> Eisen <SEP> (abgesehen <SEP> von <SEP> zufälli gen <SEP> Verunreinigungen) <SEP> Rest <SEP> Rest Die Elektroden enthalten im Kern Aluminium,
von welchem etwa die Hälfte sich im Schweissgut wieder findet, während der Rest zu Aluminiumoxyd oxydiert wird, das eine Schlacke bildet.
Das Aluminiumoxyd stellt insofern Probleme, als es das Auftragen des Schweissgutes ernstlich beeinträch tigt, indem es dazu neigt, unregelmässige Schlacken kügelchen mit hohem Schmelzpunkt zu bilden, die das Aussehen der Schweissung verderben und eine über mässige Bildung von Furchen oder scharfen Kerben am Profil der Schweissung verursachen, wodurch die ef fektive Festigkeit eines geschweissten Gegenstandes ernstlich herabgesetzt werden kann. Die Oberflächen spannung des geschmolzenen Metalles wird beeinflusst, und das Aussehen der Schweissung wird schlechter. Unter diesen Bedingungen tritt ein hoher Spritzverlust auf.
Durch Einschluss von Fluoriden in den Kern der Elektrode wird der schädlichen Wirkung des Alumi niumoxydes entgegengewirkt. Wenn Fluoride in den un ten angegebenen Mengen vorhanden sind, löst sich das Aluminiumoxyd in dem flüssigen Fluorid und bildet eine annehmbare Schlacke. Es ist auch sehr erwünscht, dass die Elektrode eine kleine Menge Ferrotitan ent- hält, und zwar im Hinblick auf die vollständige oder nahezu vollständige Beseitigung der Porosität des Schweissauftrags. Der Fluoridgehalt kann aus Calcium- fluorid oder Kryolith bestehen, aber er kann auch Kaliumtitanofluorid oder Natriumfluorid enthalten.
Es folgt die allgemeine Zusammensetzung der Elek trode in Gewichtsprozent:
EMI0003.0006
Titan <SEP> als <SEP> Ferrotitan <SEP> maximal <SEP> 0,1%
<tb> Mangan <SEP> 0,8-1,5
<tb> Kaliumcarbonat <SEP> 0 <SEP> -0,2%
<tb> Natrium- <SEP> oder <SEP> Kaliumsilikat <SEP> 0 <SEP> -0,3%
<tb> Fluoride, <SEP> wobei <SEP> mindestens
<tb> 1,7 <SEP> % <SEP> des <SEP> Fluoridgehaltes <SEP> aus
<tb> Calciumfluorid <SEP> oder <SEP> Kryolith <SEP> besteht <SEP> 1,7-5,5
<tb> Titanoxyd <SEP> in <SEP> Form <SEP> von <SEP> Titanaten
<tb> oder <SEP> Mineralien <SEP> maximal <SEP> 0,25
<tb> Aluminium <SEP> <B>1,2-2,6%</B>
<tb> Silicium <SEP> ausser <SEP> in <SEP> Silikaten <SEP> und <SEP> Ferro legierungen <SEP> enthaltenem
<tb> Silicium <SEP> maximal <SEP> 0,
03
<tb> Eisen <SEP> als <SEP> Mantel <SEP> 60-85
<tb> Eisen <SEP> als <SEP> Pulver <SEP> oder <SEP> Ferrolegierungen <SEP> Rest Das Ferrotitan enthält vorzugsweise 25 % Titan. Das Mangan umfasst Mangan im Mantel (z. B. 0,4 %) plus Ferromangan im Kern, der vorzugsweise 80 bis 90 % Mangan enthält und bis zu 7 % Kohlenstoff ent halten kann. Das Eisenpulver kann bis zu 0,25 % Koh lenstoff enthalten. Beispiele von typischen Elektroden dieser Katego rie werden im folgenden gegeben, worauf Einzelheiten über die mechanischen Eigenschaften und die Zusam mensetzung der resultierenden Schweissaufträge folgen.
EMI0004.0000
Beispiele <SEP> für <SEP> die <SEP> Zusammensetzung <SEP> des <SEP> Kerns
<tb> in <SEP> Gew%, <SEP> bezogen <SEP> auf <SEP> die <SEP> Elektrode
<tb> Versuch <SEP> Nr. <SEP> 403A <SEP> 403 <SEP> 406 <SEP> 408 <SEP> 404 <SEP> 411
<tb> Ferrotitan <SEP> (25% <SEP> Ti) <SEP> 0,25% <SEP> 0,30% <SEP> 0,30% <SEP> 0,25% <SEP> 0,30% <SEP> 0,2
<tb> Ferromangan <SEP> 0,73% <SEP> 0,73% <SEP> 0,73% <SEP> 0,60% <SEP> 0,70% <SEP> 0,60%
<tb> K2C03 <SEP> <B>0,07% <SEP> 0,07%</B> <SEP> 0,14% <SEP> 0,14% <SEP> <B>0,07%</B> <SEP> 0,17
<tb> Geschmolzenes <SEP> Natriumsilikat <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> 0,26%
<tb> Rutilsand <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> - <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> 0,2%
<tb> CaF2 <SEP> 2,2 <SEP> % <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> % <SEP> 3,3 <SEP> % <SEP> 2,
7 <SEP> % <SEP> 3,3%
<tb> Na3A1F6 <SEP> - <SEP> 2,5 <SEP> % <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> K2TWs <SEP> - <SEP> - <SEP> <B>0,07% <SEP> 0,07%</B> <SEP> - <SEP> 0,1
<tb> NaF <SEP> -----0,1%
<tb> Aluminium <SEP> (Draht) <SEP> <B>1,75% <SEP> 1,75% <SEP> 1,75% <SEP> 1,75% <SEP> 1,75%</B> <SEP> 1,75
<tb> Eisenpulver <SEP> (Kahlenstoffarm) <SEP> 15,14% <SEP> 14,9 <SEP> % <SEP> 13,3 <SEP> % <SEP> 13,5 <SEP> % <SEP> 14,0 <SEP> % <SEP> 13,3% Die oben angegebenen Bestandteile waren im Kern der Elektrode enthalten: der Eisenmantel der Elektrode machte 80 Gew.% aus und hatte die folgende Zusam- mensetzung: 0,06 % Kohlenstoff, 0,4 % Mangan, Spur Silicium, 0,03 % Schwefel, 0,02% Phosphor, Rest Eisen.
EMI0004.0003
Ergebnisse <SEP> der <SEP> mechanischen <SEP> Prüfung
<tb> Versuch <SEP> Nr. <SEP> 403A <SEP> 403 <SEP> 406 <SEP> 408 <SEP> 404 <SEP> 411
<tb> Streckgrenze <SEP> (kg/cm2) <SEP> 3956 <SEP> 4007 <SEP> 3276 <SEP> 4259 <SEP> 3150 <SEP> 3150 <SEP> 4284
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/cm2) <SEP> 4964 <SEP> 4939 <SEP> 4624 <SEP> 5166 <SEP> 4511 <SEP> 4410 <SEP> 5135
<tb> Bruchdehnung <SEP> (%) <SEP> 24 <SEP> 24,3 <SEP> 27 <SEP> 23 <SEP> 26 <SEP> 26 <SEP> 25
<tb> Brucheinschnürung <SEP> (%) <SEP> 51 <SEP> 48 <SEP> 49 <SEP> 45 <SEP> 60 <SEP> 55 <SEP> 45
<tb> Kerbschlagzähigkeit <SEP> nach <SEP> Charpy
<tb> (mkg, <SEP> Durchschnitt <SEP> von
<tb> 3 <SEP> Proben)
<tb> bei <SEP> 200 <SEP> C <SEP> 7,47 <SEP> 5,94 <SEP> 10,23 <SEP> 10,51 <SEP> 7,19 <SEP> 6,91
<tb> bei <SEP> 0<B>0</B> <SEP> C <SEP> 5,25 <SEP> 4,70 <SEP> 9,54 <SEP> 8,43 <SEP> 5,39 <SEP> 4,
84
<tb> bei <SEP> -10 <SEP> C <SEP> 4,01 <SEP> 3,59 <SEP> 8,02 <SEP> 5,94 <SEP> 3,87 <SEP> 4,70
<tb> bei <SEP> -30 <SEP> C <SEP> 3,32 <SEP> 2,77 <SEP> 6,36 <SEP> 5,12 <SEP> 3,04 <SEP> 4,01
<tb> Zusammensetzung <SEP> des <SEP> Schweissgutes <SEP> in. <SEP> Gew.%
<tb> Versuch <SEP> Nr. <SEP> 403A <SEP> 403 <SEP> 406 <SEP> 408 <SEP> 404 <SEP> 411
<tb> Mangan <SEP> 1,0 <SEP> 1,05 <SEP> 1,14 <SEP> 0,81 <SEP> 1,06 <SEP> 0,73
<tb> Silicium <SEP> 0,25 <SEP> 0,27 <SEP> 0,21 <SEP> 0,22 <SEP> 0,22 <SEP> 0,23
<tb> Titan <SEP> 0,20 <SEP> 0,21 <SEP> 0,13 <SEP> 0,20 <SEP> 0,23 <SEP> 0,17
<tb> Aluminium <SEP> 0,73 <SEP> 0,77 <SEP> 0,805 <SEP> 0,83 <SEP> 0,77 <SEP> 0,82
<tb> Eisen <SEP> (abgesehen <SEP> von
<tb> zufälligen <SEP> Verunreinigungen)
<SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <I>Kategorie 3</I> Elektroden dieser Kategorie beruhen auf der Ent deckung, dass die guten Schlagzähigkeitseigenschaften des Schweissgutes erhalten bleiben und sogar verbessert werden und ausserdem eine verbesserte Lichtbogenstabi- lisierung und eine leichtere Entfernung der Schlacke erzielt werden, wenn der Kern der Elektroden der Kategorie 2 ein Chlorid eines oder mehrerer der Me talle Caesium, Kalium und Natrium in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.%, bezogen auf die Elektrode, ent hält.
Ähnliche günstige Ergebnisse werden erhalten, wenn man in den Kern bis zu 1 Gew.%, bezogen auf die Elektrode, eines Carbonates eines Erdalkalimetalles oder eines Alkalimetalles einschliesst. Der Gehalt des Kernes an Silikaten des Natriums oder Kaliums kann überdies auf 0,4 Gew.%, bezogen auf die Elektrode, erhöht werden.
Die oben angegebenen Modifizierungen neigen dazu, den Gehalt des Schweissgutes an den unbeabsichtigten Verunreinigungen Schwefel und Phosphor auf einen Wert herabzusetzen, der normalerweise für jedes die ser Elemente unter 0,016 % liegt, wodurch die Schlag beständigkeit des Schweissgutes verbessert wird.
Es folgen die Zusammensetzungen einiger typischer Elektroden aus dieser Kategorie. In jedem Falle be stand der Mantel der Elektrode aus dem in Kategorie 2 definierten Flussstahl, und der Kern machte 22 Gew.% der Elektrode aus. Die Kernbestandteile sind unten in Gew.%, bezogen auf die Elektrode, angegeben.
EMI0005.0005
Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> Aluminium <SEP> 1,75 <SEP> 1,80 <SEP> 1,75 <SEP> 1,75 <SEP> 1,75 <SEP> 2,2
<tb> Titan <SEP> 0,05 <SEP> 0,07 <SEP> 0,06 <SEP> 0,06 <SEP> 0,05 <SEP> 0,08
<tb> Mangan <SEP> 1,0 <SEP> 0,9 <SEP> 0,85 <SEP> 0,85 <SEP> 0,85 <SEP> 0,93
<tb> Silicium <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03
<tb> NaF <SEP> 0,15 <SEP> 0,15 <SEP> 0,13 <SEP> 0,07 <SEP> - <SEP> 0,13
<tb> CaF2 <SEP> 3,3 <SEP> 3,2 <SEP> 3,3 <SEP> 3,7 <SEP> 3,7 <SEP> 2;
7
<tb> Na3A1F6 <SEP> 0,16 <SEP> 0,15 <SEP> 0,17 <SEP> 0,17 <SEP> 0,17 <SEP> 0,17
<tb> K2TiF6 <SEP> 0,10 <SEP> 0,10 <SEP> 0,10 <SEP> 0,10 <SEP> 0,10 <SEP> 0,10
<tb> CaC03 <SEP> 0,20 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,53
<tb> K2C03 <SEP> 0,10 <SEP> 0,10 <SEP> 0,07 <SEP> 0,07 <SEP> 0,10 <SEP> 0,06
<tb> K2Ti03 <SEP> 0,07 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,10 <SEP> 0,10 <SEP> Cscl <SEP> 0,10 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> KCS <SEP> 0,20 <SEP> 0,35 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,27
<tb> NaCl <SEP> 0,05 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Geschmolzenes <SEP> Natrium silikat <SEP> (33 <SEP> % <SEP> Na0) <SEP> 0,30 <SEP> 0,36 <SEP> 0,27 <SEP> 0,27 <SEP> 0,
27 <SEP> Eisenpulver <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest Im folgenden sind die Zusammensetzungen der mittels dieser Elektroden erzeugten Schweissaufträge angegeben:
EMI0005.0010
Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0,07 <SEP> % <SEP> <B>0,075% <SEP> 0,109% <SEP> 0,119%</B> <SEP> 0,102% <SEP> 0,06
<tb> Mangan <SEP> 0,87 <SEP> % <SEP> 0,93 <SEP> % <SEP> 0,90 <SEP> % <SEP> 0,90 <SEP> % <SEP> 0,90 <SEP> % <SEP> 1,04
<tb> Silicium <SEP> (aus <SEP> Silikat) <SEP> 0,21 <SEP> % <SEP> 0,24 <SEP> % <SEP> 0,19 <SEP> % <SEP> 0,23 <SEP> % <SEP> 0,18 <SEP> % <SEP> 0,14
<tb> Titan <SEP> 0,13 <SEP> % <SEP> 0,09 <SEP> % <SEP> 0,06 <SEP> % <SEP> 0,11 <SEP> % <SEP> 0,11 <SEP> % <SEP> 0,08
<tb> Aluminium <SEP> 0,74 <SEP> % <SEP> 0,61 <SEP> % <SEP> 0,62 <SEP> % <SEP> 0,79 <SEP> % <SEP> 0,84 <SEP> % <SEP> 1,10 <SEP> %
<tb> Schwefel <SEP> <B>0,013% <SEP> 0,011% <SEP> 0,018% <SEP> 0,018% <SEP> <I>0,015%</I></B> <SEP> 0,
02 <SEP> Phosphor <SEP> 0,014% <SEP> 0,012% <SEP> <B><I>0,015% <SEP> 0,015% <SEP> 0,015%</I></B> <SEP> 0,012
<tb> Eisen <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest Im folgenden sind die mechanischen Eigenschaften von durch die Elektroden 3 bis 6 aufgetragenem Schweissgut angegeben:
EMI0006.0000
Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode <SEP> Elektrode
<tb> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> Streckgrenze <SEP> (kg/cm2) <SEP> 4013 <SEP> 3911 <SEP> 3742 <SEP> 4158
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/cm2) <SEP> 4946 <SEP> 5298 <SEP> 5027 <SEP> 4889
<tb> Bruchdehnung <SEP> (%) <SEP> 26,2 <SEP> 23,7 <SEP> 22,5 <SEP> 25
<tb> Brucheinschnürung <SEP> (%) <SEP> 45 <SEP> 44 <SEP> 40 <SEP> 62
<tb> Kerbschlagzähigkeit
<tb> nach <SEP> Charpy <SEP> V <SEP> bei <SEP> 20 <SEP> C <SEP> (mkg) <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 93
<tb> nach <SEP> Charpy <SEP> V <SEP> bei <SEP> 0 <SEP> C <SEP> (mkg) <SEP> 8,50 <SEP> 7,60 <SEP> 7,92 <SEP> nach <SEP> Charpy <SEP> V <SEP> bei <SEP> -20 <SEP> C <SEP> (mkg) <SEP> 6,36 <SEP> 8,16 <SEP> 7,33 <SEP> 7,88 <I>Kategorie 4</I> Die Elektroden dieser Kategorie haben die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent,
bezogen auf die Elektrode:
EMI0006.0001
Allgemeiner <SEP> Bereich <SEP> Bevorzugter <SEP> Bereich
<tb> Kohlenstoff <SEP> maximal <SEP> 0,3 <SEP> % <SEP> maximal <SEP> 0,2
<tb> Aluminium <SEP> 1,5 <SEP> bis <SEP> <B>3,5%</B> <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 2,8
<tb> Mangan <SEP> 0,3 <SEP> bis <SEP> <B>1,6%</B> <SEP> 0,5 <SEP> bis <SEP> 1,0
<tb> Silicium <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> <B>0,6%</B> <SEP> 0,2 <SEP> bis <SEP> <B>0,3%</B>
<tb> Fluoride <SEP> 8 <SEP> bis <SEP> 16 <SEP> % <SEP> 10 <SEP> bis <SEP> 15
<tb> Carbonate <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 6 <SEP> % <SEP> 2,5 <SEP> bis <SEP> 3,5
<tb> Die <SEP> Schlackeneigenschaften
<tb> ausgleichende <SEP> Mittel <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> % <SEP> 0,2 <SEP> bis <SEP> 1,0
<tb> Eisen <SEP> (abgesehen <SEP> von <SEP> zufälligen
<tb> Verunreinigungen)
<SEP> Rest <SEP> Rest Das Gewichtsverhältnis von Fluoriden zu Carbona- ten beträgt 3,2 bis 6, vorzugsweise 4,2 bis 4,7. Das Aluminium kann in dem Kern als metallisches Pul ver, als Ferrolegierung oder als Draht vorhanden sein.
Das Mangan stammt teilweise aus dem Mantel und teilweise aus Ferromangan oder Mangansilicium im Kern. Ferromangan enthält im typischen Falle 80 Mangan und<B>0,5%</B> Kohlenstoff, wobei der Rest im wesentlichen aus Eisen besteht; eine Kohlenstoffmenge von 6 % ist jedoch annehmbar. Mangansilicium enthält im typischen Falle 60 % Silicium und 40% Mangan.
Das Silicium stammt überwiegend aus dem Kern, wo es beispielsweise als Ferrolegierung oder als Man gansilicium vorliegt; eine kleine Menge, beispielsweise 0,02% Silicium kann aber im Mantel vorhanden sein.
Der Fluoridgehalt der Elektrode ist derart, dass die Elektrode mindestens 8 % Calciumfluorid enthält. Wenn die Menge an Calciumfluorid jedoch diese Zahl wesentlich übersteigt,: kann ein Teil durch Kryolith ersetzt werden. Die Carbonate können aus Barium-, Calcium-, Strontium- oder Magnesiumcarbonat gewählt werden, aber Kaliumcarbonat kann in einer Menge von bis zu 2 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge der Carbonate, vorhanden sein.
Die die Schlackeneigenschaften ausgleichenden Mit tel, die die Fluidität der Schlacke regeln, indem sie dieselbe steifer machen, sind aus Aluminiumoxyd, Si liciumdioxyd, Titandioxyd und Zirkondioxyd gewählt und können in Form dieser Oxyde oder als Verbin dungen dieser Oxyde, wie beispielsweise Kaliumtitanat, Natriumsilikat oder Feldspat, vorliegen. Eine kleine Menge die Schlackeneigenschaften ausgleichendes Mit- tel kann dazu beitragen, dass die Eigenschaften der Schlacke leicht regelbar sind. Es wird bevorzugt, Alu miniumoxyd zu verwenden, aber die anderen, die Schlackeneigenschaften ausgleichenden Mittel sind eben falls geeignet, dürfen aber nicht in einer solchen Menge verwendet werden, dass sie durch Reduktion durch Alu minium in erheblicher Menge in das Schweissgut legiert werden.
Um sicherzustellen, dass der Titangehalt des Schweissgutes die oben angegebene Menge nicht über steigt und dass Zirkonium in dem Schweissgut nicht anders als in der Form einer zufälligen Verunreinigung vorhanden ist, sollte die Menge an Titandioxyd und/ oder Zirkoniumdioxyd 0,5 Gew.%, bezogen auf die Elektrode, nicht übersteigen.
Das Eisen stammt aus dem Mantel, aus Ferro- legierungen und Eisenpulver in dem Kern. Gegen die Verwendung von Eisenpulver, das erhebliche Mengen Kohlenstoff enthält, ist nichts einzuwenden, wenn die Kohlenstoffmenge die oben angegebene Höchstmenge nicht übersteigt. Dies dient dazu sicherzustellen, dass der Übertritt von Kohlenstoff in das Schweissgut die oben angegebenen Grenzen nicht übersteigt.
Die Elektroden dieser Kategorie sind in erster Linie für das horizontale Schweissen bestimmt und ergeben gut geformte Schweissauflagen mit feiner Wellung, ei nem befriedigenden Profil der Schweissung und ein Schweissgut mit hoher Duktilität und guter Schlagzähig keit. Die Elektroden lassen sich leicht anwenden, er fordern keine besondere Konzentration des Schweissers und vermindern daher die Ermüdung durch das Schwei ssen. Die Geschwindigkeit des Auftrags von Schweiss gut aus den Elektroden ist hoch, und daher erleichtert die Elektrode das schnelle Schweissen und die schnelle Produktion. Die slag follow-up ist gut, und das Schweissschmelzbad lässt sich leicht beobachten.
Die Elektroden können Eisenpulver in einer Menge bis zu 35 Gew.%, bezogen auf die Elektrode, enthal ten. Wenn in dem Kern Eisenpulver vorhanden ist, sollte der Kern mindestens 20 Gew.%, bezogen auf die Elektrode, ausmachen, um eine grosse Auftragsge schwindigkeit sicherzustellen, und der Kern kann in diesem Falle einen so grossen Anteil wie 48 Gew.%, bezogen auf die Elektrode, ausmachen. Es wird be vorzugt, dass der Kern 24 bis 35 Gew.%, bezogen auf die Elektrode, ausmacht. Wenn der Kern kein Eisen pulver enthält, ist er natürlich leichter, und in die sem Falle kann das Verhältnis von Kern zu Elektrode 14 bis 20 Gew.%, vorzugsweise 16 bis 18 Gew.%, ausmachen.
Durch Elektroden dieser Kategorie wird ein Schweissgut mit der folgenden Zusammensetzung aufge tragen:
EMI0007.0000
1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9
<tb> Aluminiumpulver <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 9 <SEP> 6 <SEP> 16
<tb> Ferromangan <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 5
<tb> Ferrosilicium <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 1,5 <SEP> 1,5 <SEP> 1 <SEP> 2,5 <SEP> 3
<tb> Calciumfluorid <SEP> 40 <SEP> 48 <SEP> 52 <SEP> 35 <SEP> 30 <SEP> 25 <SEP> 18 <SEP> 16 <SEP> 60
<tb> Siliciumdioxyd <SEP> - <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Aluminiumoxyd <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> Kryolith <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 15 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Eisenpulver <SEP> 38 <SEP> 27,
5 <SEP> 22,5 <SEP> 24 <SEP> 48,5 <SEP> 54 <SEP> 64 <SEP> 69 <SEP> Calciumcarbonat <SEP> 6 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 3,5 <SEP> 12.
<tb> Magnesiumcarbonat <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP> 5 <SEP> 9 <SEP> 4 <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> 2
<tb> Kern <SEP> in <SEP> Gew.-%, <SEP> bezogen
<tb> auf <SEP> die <SEP> Elektrode <SEP> 28 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 32 <SEP> 33 <SEP> 36 <SEP> 43 <SEP> 15
EMI0007.0001
Ergebnisse <SEP> der <SEP> mechanischen <SEP> Prüfung <SEP> von <SEP> Beispiel <SEP> 1
<tb> Streckgrenze <SEP> (kg/cm2) <SEP> 4127
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/cm2) <SEP> 5308
<tb> Bruchdehnung <SEP> (%) <SEP> 21
<tb> Brucheinschnürung <SEP> (%) <SEP> 47
<tb> Kerbschlagzähigkeit <SEP> nach <SEP> Charpy
<tb> (mkg) <SEP> bei <SEP> 20 <SEP> C <SEP> 6,22
<tb> (Durchschnitt <SEP> von <SEP> 3 <SEP> Proben)
<I>Kategorie 5</I> Diese Elektroden enthalten in manchen Fällen Man ganoxyd im Kern sowie genügend Aluminium, um das Oxyd zu Mangan zu reduzieren, das als solches in das Schweissgut übergeht. Der Kern macht 30 bis 33 Gew.%, bezogen auf die Elektrode, aus und hat die folgende Zusammensetzung in Gew.%:
EMI0007.0002
Allgemeiner <SEP> Bevorzugter
<tb> Bereich <SEP> Bereich
<tb> Eisenpulver <SEP> 0-40% <SEP> 5-30
<tb> Aluminiumpulver <SEP> 4-20% <SEP> 8-15
<tb> Manganoxyd <SEP> 0-15% <SEP> 3-10
EMI0007.0003
Allgemeiner <SEP> Bereich <SEP> Bevorzugter <SEP> Bereich
<tb> Kohlenstoff <SEP> maximal <SEP> <B>0,13%</B> <SEP> maximal <SEP> 0,11
<tb> Aluminium <SEP> 0,25 <SEP> bis <SEP> 1,0 <SEP> % <SEP> 0,45 <SEP> bis <SEP> 0,8 <SEP> %
<tb> Mangan <SEP> 0,4 <SEP> bis <SEP> 1,8 <SEP> % <SEP> 0,6 <SEP> bis <SEP> 1,2
<tb> Silicium <SEP> maximal <SEP> 0,5 <SEP> % <SEP> 0,2 <SEP> bis <SEP> 0,4
<tb> Titan <SEP> maximal <SEP> 0,12% <SEP> maximal' <SEP> 0,1
<tb> Schwefel <SEP> maximal <SEP> <B>0,03%</B> <SEP> maximal <SEP> 0,02
<tb> Phosphor <SEP> maximal <SEP> <B>0,03%</B> <SEP> maximal <SEP> 0,
02
<tb> Eisen <SEP> Rest <SEP> Rest Es folgen Beispiele von Elektroden aus dieser Kate gorie. In jedem Falle bestand der Mantel der Elektrode aus unberuhigtem Tiefziehstahl mit folgender Zusam mensetzung: 0,04 % Kohlenstoff, 0,37 % Mangan, 0,01 Silicium, 0,021 % Schwefel, 0,019 % Phosphor, Rest Eisen.
Die Kerne dieser Elektroden haben die folgende Zusammensetzung, ausgedrückt in Gew.%, bezogen auf den Kern:
EMI0007.0004
Allgemeiner <SEP> Bevorzugter
<tb> Bereich <SEP> Bereich
<tb> Eisenoxyd <SEP> <B>0-25% <SEP> 2-15%</B>
<tb> Siliciumdioxyd <SEP> 0-15% <SEP> 3-10
<tb> Kaliumtitanat <SEP> und
<tb> oder <SEP> Rutil <SEP> 0-10% <SEP> 1- <SEP> 7
<tb> Carbonate <SEP> 0=10 <SEP> % <SEP> 2- <SEP> 8 <SEP> %
<tb> Fluoride <SEP> 10-40% <SEP> 15-30 wobei die Gesamtmenge an Manganoxyd, Eisenoxyd und Siliciumdioxyd mindestens 20 % beträgt und die Gesamtmenge an Carbonaten und Fluoriden mindestens 15 % beträgt.
Das Manganoxyd kann Mangandioxyd, Manganses- quioxyd oder Manganmonoxyd sein. Der Carbonatge- halt kann aus Calciumcarbonat, Bariumcarbonat, Strontiumcarbonat oder Magnesiumcarbonat bestehen. Das Siliciumdioxyd kann im Kern als solches oder in Form von Mineralien, z. B. als Feldspat oder Wollasto- nit, vorliegen.
Der Fluoridgehalt besteht aus Calcium- fluorid mit oder ohne geringe Zusätze an Kryolith, Kaliumsilikofluorid, Natriumfluorid und/oder Kalium- fluorid.
Es folgen Beispiele von Kernzusammensetzungen typischer Elektroden aus dieser Kategorie:
EMI0008.0000
1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> Eisenpulver <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 22 <SEP> 3,0
<tb> Aluminiumpulver <SEP> 12 <SEP> 12 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 12
<tb> MnO2 <SEP> 7 <SEP> 3 <SEP> 11 <SEP> 8 <SEP> 7
<tb> Magnetit <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 10
<tb> Siliciumdioxyd <SEP> 7 <SEP> 11 <SEP> 3 <SEP> 8 <SEP> 7
EMI0008.0001
1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> K2TiO3 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4
<tb> CaCO3 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 5
<tb> CaF2 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 18 <SEP> 22
<tb> NaF <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 3 Die Zusammensetzungen des mit diesen Elektroden erhaltenen Schweissgutes sind im
folgenden angegeben:
EMI0008.0004
1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> Titan. <SEP> <B><I>0,05% <SEP> 0,05% <SEP> 0,05%</I> <SEP> 0,06%</B> <SEP> 0,06
<tb> Aluminium <SEP> 0,40% <SEP> <B>0,30%</B> <SEP> 0,41% <SEP> 0,41% <SEP> 0,47
<tb> Mangan <SEP> <B>1,35% <SEP> 0,70% <SEP> 1,85% <SEP> 1,31%</B> <SEP> 1,34%
<tb> Silicium <SEP> <B><I>0,51%</I> <SEP> 0,70% <SEP> 0,28%</B> <SEP> <I>0,45%</I> <SEP> <B>0,53%</B>
<tb> Kohlenstoff <SEP> <B>0,06% <SEP> 0,08% <SEP> <I>0,05%</I> <SEP> 0,06%</B> <SEP> 0a06
<tb> Rest <SEP> Eisen, <SEP> abgesehen <SEP> von <SEP> zufälligen <SEP> Verunreinigungen.
<tb> Es <SEP> folgen <SEP> die <SEP> mechanischen <SEP> Eigenschaften <SEP> von <SEP> mit <SEP> diesen <SEP> Elektroden <SEP> erhaltenem <SEP> Schweissgut:
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> Streckgrenze <SEP> (kg/cm2) <SEP> 3686 <SEP> 3182 <SEP> 4316 <SEP> 3730 <SEP> 3938
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/cm2) <SEP> 5135 <SEP> 4961 <SEP> 5891 <SEP> 5040 <SEP> 5339
<tb> Bruchdehnung <SEP> (%) <SEP> bei <SEP> 50,8 <SEP> mm
<tb> Anfangslänge <SEP> 23 <SEP> 26 <SEP> 19 <SEP> 19 <SEP> 21
<tb> Brucheinschnürung <SEP> (%) <SEP> 40 <SEP> 45 <SEP> 35 <SEP> 30 <SEP> 30
<tb> Kerbschlagzähigkeit <SEP> nach <SEP> Charpy
<tb> (mkg) <SEP> bei <SEP> 200 <SEP> C <SEP> 8,02 <SEP> 5,67 <SEP> 6,22 <SEP> 6,50 <SEP> 8,57
<tb> (Durchschnitt <SEP> aus <SEP> 3 <SEP> Proben)
<tb> Kerbschlagzähigkeit <SEP> nach <SEP> Charpy
<tb> (mkg) <SEP> bei <SEP> 30 <SEP> C <SEP> 5,53 <SEP> 3,87 <SEP> 4,29 <SEP> 4,15 <SEP> 6,08
<tb> (Durchschnitt <SEP> aus <SEP> 3 <SEP> Proben)
Gewisse weitere Elektroden gemäss der Erfindung und die Bedingungen, die während der Anwendung die ser Elektroden eingehalten werden sollen, werden nun anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben: Fig. 1 stellt eine Transformatorschaltung dar, und Fig. 2 und 3 sind graphische Darstellungen, die die Arbeitsbedingungen der Elektrode bei Verwendung von Gleichstrom bzw. Wechselstrom als Schweissstrom erläutern.
Wenn Elektroden gemäss der Erfindung mit Wech selstrom bei einer Stromdichte von 20 000 bis 100 000 Ampere pro 6,4516 cm2 verwendet werden sollen, sollten sie einen Durchmesser im Bereich von 0,76 bis 3,56 mm haben und die folgende Zusammenset zung in Gew.%, bezogen auf die Elektrode, aufweisen:
EMI0008.0005
Allgemeiner <SEP> Bevorzugter
<tb> Bereich <SEP> Bereich
<tb> Aluminium <SEP> 1,5 <SEP> bis <SEP> 4,5% <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 2,8
<tb> Mangan <SEP> 0,3 <SEP> bis <SEP> <B>1,6%</B> <SEP> 0,5 <SEP> bis <SEP> 1 <SEP> %
<tb> Silicium <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> <B>0,6%</B> <SEP> maximal <SEP> 0,25
<tb> Calciumfluorid <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 15 <SEP> % <SEP> 10 <SEP> bis <SEP> 13 <SEP> 75
<tb> Den <SEP> Lichtbogen
<tb> stabilisierende
<tb> Mittel <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 8 <SEP> % <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 3,
5
EMI0008.0006
Allgemeiner <SEP> Bevorzugter
<tb> Bereich <SEP> Bereich
<tb> Die <SEP> Schlacke <SEP> modi fizierende <SEP> Mitel <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> % <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 4
<tb> Eisen <SEP> und <SEP> zu fällige <SEP> Verun reinigungen <SEP> Rest <SEP> Rest Obgleich der Fluoridbestandteil als Calciumfluorid angegeben ist, kann er geringe Mengen anderer Fluo- ride, wie beispielsweise Natriumfluorid oder Kryolith, enthalten.
Die den Lichtbogen stabilisierenden Mittel in der obigen Tabelle sind Oxyde von Magnesium, Alkali metallen oder Erdalkalimetallen, die als solche oder als Verbindungen, wie beispielsweise Carbonate, Tita nate oder Silikate, die sich bei der Lichtbogentempera tur unter Bildung der genannten Oxyde zersetzen, vor liegen. Die Menge an Fluorid plus den Lichtbogen stabilisierenden Mitteln muss mindestens 5,5 Gew.%, bezogen auf die Elektrode, ausmachen.
Die die Schlacke modifizierenden Mittel in der obigen Tabelle sind Alu miniumoxyd, Siliciumdioxyd, Titandioxyd und/oder Zir- koniumdioxyd als solche oder in Form von Verbin dungen, die sich unter Bildung der genannten Oxyde zersetzen, wobei die Menge an Titandioxyd und/oder Zirkoniumdioxyd 0,5 Gew.%, bezogen auf die Elek trode, nicht übersteigen soll.
Calcium- und Magnesiumcarbonat sind wirksame Lichtbogenstabilisatoren, geeignete Alternativen sind aber die Carbonate des Strontiums, Bariums, Lithiums, Caesiums, Rubidiums, Natriums und Kaliums. Eisen pulver im Kern der Elektrode trägt zur Lichtbogen stabilisierung bei und sollte vorzugsweise in einer Menge von nicht weniger als 6 Gew.%, bezogen auf die Elek trode, vorhanden sein. Gegen die Verwendung von Eisenpulversorten, die bis zu 0,3 Gew.% Kohlenstoff enthalten, ist nichts einzuwenden. Wie bereits bemerkt, können die den Lichtbogen stabilisierenden Elemente in Form von Carbonaten oder Oxyden oder anderen Verbindungen, die bei den Lichtbogentemperaturen Oxyde liefern, vorliegen.
Die oben beschriebenen, die Schlacke modifizieren den Mittel können durch ein Oxyd des Mangans und oder Eisens ersetzt werden, das ebenfalls die Tendenz hat, den Lichtbogen zu stabilisieren; in diesem Falle enthält aber die Elektrode mehr Aluminium, um die Reduktion des Oxydes zum Metall sicherzustellen, wo bei .der bevorzugte Bereich für den Aluminiumgehalt 2,5 bis 4,5 % ist. In diesem Falle darf der Gehalt an Manganoxyd 3 % nicht übersteigen, während ein so hoher Eisenoxydgehalt wie 5 % zulässig ist.
Elektroden der soeben beschriebenen Art tragen duktiles, zähes Schweissgut auf, das 0,4 bis 1,6 % Man gan, 0,2 bis 1 % Aluminium, maximal 0,5 % Silicium, maximal 0,15 % Titan und als Rest Eisen, abgesehen von zufälligen Verunreinigungen, enthält. Vorzugsweise hat das Schweissgut die folgende Zusammensetzung: maximal 0,11 % Kohlenstoff, 0,45 bis 0,8 % Alumi nium, 0,6 bis 1,1 % Mangan, 0,2 bis 0,4 % Silicium, 0 bis 0,1 % Titan, maximal 0,03 % Schwefel, maximal 0,03 % Phosphor und als Rest Eisen.
Die Wechselstromquelle kann eine solche eines be liebigen bekannten Typs sein, und gute Ergebnisse kön nen bei Anwendung herkömmlicher Transformatoren erhalten werden, die in erster Linie für das Schweissen mit Handschweisselektroden konstruiert sind. So kann die Energie aus dem Netz über einen Transformator entnommen werden oder durch einen geeigneten Wech selstromgenerator erzeugt werden. Es kann sich um einphasigen, dreiphasigen oder zweiphasigen Strom oder den zwischen Leiter und Nulleiter einer dreiphasigen Stromquelle entnommenen Strom handeln. Die Bela stungskennlinie des Transformators kann schwach ab fallend, schräg abfallend oder flach auslaufend sein.
Eine typische Transformatorschaltung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt, wobei L1 und L2 die Klem men der Wechselstromquelle, T einen Transformator, I eine Induktivität und T1 und T2 Klemmen für den Anschluss an das Werkstück bzw. die Elektrode darstellen.
In einer üblichen Schaltung für das Handelektro schweissen unter Verwendung einer 250-Volt-Wechsel- stromquelle ist der Transformator T so ausgelegt, dass er eine Leerlaufspannung von 80 Volt liefert, und die Induktivität 1 hat einen Wert von 0,5 Millihenry. Für die Verwendung gemäss der Erfindung kann der Trans formator so ausgelegt sein, dass er eine Leerlaufspan nung von 30 bis 60 Volt liefert, und die Schaltung so angeordnet sein, dass die Spannung auf 25 bis 40 Volt abfällt, wenn der Lichtbogen gezündet wird, und die Kennlinie im wesentlichen flach verläuft, wo bei der Spannungsabfall im Bereich von 0 bis 0,1 Volt pro Ampere, vorzugsweise 0,008 bis 0,06 Volt pro Ampere, liegt.
Es folgen Beispiele von typischen Elektroden für die Verwendung unter den oben beschriebenen Wech selstrombedingungen: In jedem Falle beträgt der Durchmesser der Elek trode 2,388 mm, der Mantel besteht aus unberuhigtem Flussstahl, der 0,06 % Kohlenstoff, 0,5 % Mangan, 0,03 % Schwefel, 0,03 % Phosphor und als Rest Eisen enthält, der Kern macht 30 Gew.% der Elektrode aus, und die Zusammensetzung in Gew.%, bezogen auf die Elektrode, ist:
EMI0009.0009
1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> Aluminiumpulver <SEP> 2,2% <SEP> 2,4% <SEP> 4,4% <SEP> <B>3,8%</B> <SEP> 3,3
<tb> Mangan <SEP> 0,7% <SEP> 0,8% <SEP> - <SEP> - <SEP> Mn2O3 <SEP> - <SEP> - <SEP> 2,2% <SEP> 1,8% <SEP> 2 <SEP> %
<tb> Ferrosiliciüm <SEP> 0,3% <SEP> 0,2% <SEP> - <SEP> - <SEP> Calciumfluorid <SEP> 11 <SEP> % <SEP> 13,5% <SEP> 8 <SEP> % <SEP> 12 <SEP> % <SEP> 8 <SEP> %
<tb> Aluminiumoxyd <SEP> 0,6% <SEP> 0,2% <SEP> - <SEP> - <SEP> Siliciumdioxyd <SEP> - <SEP> 0,
5% <SEP> - <SEP> - <SEP> Eisenpulver <SEP> 11 <SEP> % <SEP> 7 <SEP> % <SEP> 8 <SEP> % <SEP> 9 <SEP> % <SEP> 7
<tb> Fe3O4 <SEP> _ <SEP> _ <SEP> _ <SEP> _
<tb> 5
<tb> CaCO3 <SEP> 2 <SEP> % <SEP> 4 <SEP> % <SEP> 4 <SEP> % <SEP> 3 <SEP> % <SEP> MgCO3 <SEP> 1 <SEP> % <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 2
<tb> K2C03 <SEP> 1 <SEP> % <SEP> 1 <SEP> %
<tb> Eisen <SEP> als <SEP> Mantel <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervor geht, bestehen die erfindungsgemäss verwendbaren Elek troden aus einem Flussstahlmantel, der einen Kern um hüllt, welch letzterer Stickstoff fixierende und desoxy- dierende Elemente enthält und mit Erfolg ohne Ab schirmung verwendet werden kann,
weil diese Elemente die schädlichen Wirkungen des atmosphärischen Stick- Stoffs und Sauerstoffs, die in das Schweissschmelzbad eintreten, beseitigen oder mindestens zunichte machen, welche schädlichen Wirkungen, wenn die desoxydierend wirkenden und Stickstoff fixierenden Mittel nicht vor handen wären, einen sehr ernsten Verlust an Schlag zähigkeit und Duktilität verursachen würden. Es ist für die Sicherstellung eines Schweissgutes der oben de- finierten Art wesentlich, dass gewisse Mengen Alumi nium, Mangan und Silicium in das Schweissgut über gehen, aber das Ausmass dieses Übergehens variiert mit den folgenden Faktoren: 1.
Die Lichtbogenlänge hat einen überwiegenden Einfluss auf die Legierung, indem ein langer Lichtbo gen die Tendenz zum Verlust eines grossen Teiles der in der Elektrode vorhandenen Legierungselemente durch Reaktion mit der Atmosphäre hat und ein kurzer Licht bogen ihren Übergang in das Schweissgut unterstützt.
2. Der Schweissstrom hat auch eine starke Wirkung auf den Übergang in das Schweissgut, wobei ein hoher Strom den Übergang erhöht und ein geringer Strom den Übergang vermindert.
Wenn daher die Lichtbogenlänge zu gross ist, geht zuviel Aluminium verloren und neigt das Schweissgut dazu, porös zu werden, während bei zu kurzer Licht bogenlänge und zu hohem Schweissstrom so viel Alu minium und vielleicht auch Silicium und Mangan in dem Schweissgut zurückgehalten wird, das dessen Zug festigkeit erhöht und dessen Duktilität in unerwünsch ter Weise herabgesetzt wird.
Es ist demzufolge sehr erwünscht, die Elektroden unter solchen Bedingungen zu betreiben, dass bei Ver wendung von Wechselstrom als Schweissstrom die fol gende Gleichung gilt: V = 1,9 A + x, und dass bei Verwendung von Gleichstrom als Wechselstrom die fol gende Gleichung gilt: V = 1,1A + y, wobei V die Lichtbogenspannung, A die Stromdichte, ausgedrückt als 0,001 c/d, wobei c der Schweissstrom im Ampere und d der Durchmesser der Elektrode in Vielfachen von 25,4 mm ist, x zwischen 18 und 29 und y zwi schen 19 und 30 sind.
Man arbeitet daher in den Gebieten zwischen den Geraden A und B in Fig. 3 und zwischen den Ge raden C und D in Fig. 2 der Zeichnung, in welchen Figuren die Lichtbogenspannung in Volt als Ordinate und die Stromdichte als Abszisse aufgetragen ist. Diese Geraden haben die folgenden Gleichungen: Gerade A: V = 1,9A + 29 Gerade B: V = 1,9A + 18 Gerade C: V = 1,1 A + 30 Gerade D: V = 1,1A + 19 Wenn man oberhalb der Geraden A oder C ar beitet, neigt das Schweissgut dazu, porös zu sein, wäh rend beim Arbeiten unterhalb der Geraden B oder D das Schweissmetall die Neigung hat, einen Verlust an Duktilität und Schlagzähigkeit aufzuweisen.
Ein befriedigendes Schweissgut kann erhalten wer den, wenn man diese Arbeitsbedingungen einhält und eine rohrförmige Elektrode verwendet, die innerhalb ihres Flussstahlmantels einen Kern hat, der 0,8 bis 4,5 % Aluminium, 0 bis 0,6 % Silicium, 0 bis 0,3 Titan und 0,3 bis 1,6 % Mangan, bezogen auf das Ge wicht der Elektrode, enthält.
Es folgen die Ergebnisse von Versuchen, die zei gen, welche Wirkung das Arbeiten mit einer Gleich stromquelle und der Elektrode Nr. 1 aus der obigen Kategorie 5 unter verschiedenen Bedingungen hat:
EMI0010.0007
Test <SEP> 1 <SEP> Test <SEP> 2 <SEP> Test <SEP> 3
<tb> Lichtbogenspannung <SEP> (V) <SEP> 21 <SEP> 26 <SEP> 35
<tb> Schweissstrom <SEP> (A) <SEP> 400 <SEP> 400 <SEP> 400
<tb> Stromdichte <SEP> (wie <SEP> oben <SEP> definiert) <SEP> 4,3 <SEP> 4,3 <SEP> 4,3
<tb> Al <SEP> in <SEP> der <SEP> Schweissung <SEP> 1,3 <SEP> 0,7 <SEP> 0,3
<tb> Si <SEP> in <SEP> der <SEP> Schweissung <SEP> 0,5 <SEP> 0,25 <SEP> 0,12
<tb> Mn <SEP> in <SEP> der <SEP> Schweissung <SEP> 1,4 <SEP> 0,95 <SEP> 0,7
<tb> Zugfestigkeit <SEP> des <SEP> Schweiss gutes <SEP> (kg/cm2) <SEP> 6143 <SEP> 5198 <SEP> 3780
<tb> Bruchdehnung <SEP> (%)
<SEP> 16 <SEP> 24 <SEP> 10
<tb> Brucheinschnürung <SEP> (%) <SEP> 31 <SEP> 47 <SEP> 15
<tb> Kerbschlagzähigkeit <SEP> nach
<tb> Charpy <SEP> bei <SEP> 0 <SEP> C <SEP> (mkg) <SEP> 2,49 <SEP> 6,36 <SEP> 4,70
<tb> Fehlerlosigkeit <SEP> des <SEP> Schweissgutes <SEP> gut <SEP> gut <SEP> porös