DE1483473A1 - Seelendraht fuer die elektrische Lichtbogenschweissung - Google Patents

Seelendraht fuer die elektrische Lichtbogenschweissung

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DE1483473A1 DE1965N0026753 DEN0026753A DE1483473A1 DE 1483473 A1 DE1483473 A1 DE 1483473A1 DE 1965N0026753 DE1965N0026753 DE 1965N0026753 DE N0026753 A DEN0026753 A DE N0026753A DE 1483473 A1 DE1483473 A1 DE 1483473A1
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Description

Patentanwalt % 13 D 3'
liünonen 12 - Ridlerstraße 87 _—-—--*
IPHN 244"
^ **> Hi *U ίψΙ U I3NDHOVEN / HOLLAND \ TW V4X-W **VJ
~^ "Seelendraht für die elektrische Licftfioogenschweissung11.
■<f Die Erfindung bezieht sich auf !'ine Elektrode für die
elektrische ijichtbogenschweisfmng in einer Schutzgasatmosphäre und auf ein Verfahren für die elektrische Lichtbogenschweissung unter Verwendung einer solchen Elektrode.
Es ist ein Verfahren zum Lichtbogenschweissen von ■Werkstücken auf der ürundlage von a'iaen in einer Schutzgasatmosphäre bekannt, ueiMem die Schweisselektrode aus einer rohrförmigen Ununantelting auf der Grundlage von Eisen und einer Seele aus einem nicht-hygroskopiochen praktisch wasserstoffreien Material, das sich zur Schlackenbildun(; eignet, und einem desoxydierenden Material, da3 gegebenenfalls auch Ei.senpulver und/oder Le^ierun^ebeatandteile enthalten kann, besteht, äs ist angegeben, dass als zum Bilden von Schlacken geeignetes Material u.a. i'it andioxyd Verwendung finden kann.
Es i3t auch eine derartige Seelenelektrode beschrieben .vorden, dessen Seele im wesentlichen aus vorgeschmolzenem Tit andioxyd, Siliziumdioxyd und Man^anoxyd als schlackenbildenden Bestandteilen in derartigen Mengen besteht-, dass diese Boatandteile mehr als etwa 14 iew.,' der Elektrode betragen.
Die Verwendung solch grosser Mengen an schlackenbildenden Bestandt ile hat Nachteile, u.a. dadurch, daas der Wirkungsgrad beim Schweisnen beeinträchtigt wird. Bei Verwendung bekannter Seelenelektroden ergeben sich meistens Schweissverbindungen ungenügender uüte; ferner 3ind diese bekannten Elektroden weniger oder sogar nicht geeignet zum waagerechten ^ehlnahtschweisaen? das gleiche gilt insbesondere für daf: ι eberkopfBchweisnen, z.:J.einer i-ehlnaht.
Es ist jetzt eine neue Seelenelektrode auf der Basis von Eiaen in Form einea Se^lendrahtes mit einer Seele für die elektrisch·
909811/088 9 BÄ0 original - :
Lichtbogenschweissung, unter Verwendung eines Schutzgases, von Werkstücken auf ier Grundlage von Eisen gefunden worden, bei der die erwähnten Nachteile nicht auftreten.
Bei der neuen Schweisrelektrode enthält die Seele einen Bestandteil, der aus Stoffen besteht, die sich zum Bilden von Schlacke eignen, die als eine zusammenhängende Schicht das eingetragene Schweissgut bedeckt und sich nach Abkühlen leicht beseitigen lässt. Dieser Beatandteil wird im nachstehenden als mineralischer Bestandteil der Seele, bezeichnet, ur besteht mindestens aus Titandioxyd und Siliziumdioxyd und kann überdies aus Alkalimetalloxyd und/oder Aluminiumoxyd oder aus Verbindungen, die aus zwei oder mehreren der erwähnten Oxyde zusammengesetzt sind, bestehen.
Die iSrf indun-j bezieht sich auf eine Schweisselektrode auf der lirundlage von Sisen in Form eines Seelendrahtes mit einem Kern zur elektrischen Lichtbogenr.chweissung, unter Anwendung eines Schutzgases, von Werkstücken auf der Grundlage von Eisen, die Mangan und mindestens ein anderes stark reduzierendes iietall und/oder Silizium enthält und deren Seele einen l'itandioxyd und Siliziumdid%yd enthaltenden mineralischen Bestandteil enthält, und die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen den ^ewichtsmengen an im mineralischen Bestandteil der Seele vorhandenem l'itandioxyd und Siliziumdioxyd gleich 10 : 1 oder i : 1,5 ist oder zwischen diesen Werten liegt, dass die Gewichtsmengen an fitandioxyd und an Siliziumdioxyd zusammen mindestens 3,5 *»ew./* der Schweisselektrode betragen, und dass der mineralische Bestandteil der Seele höchstens 9 Gew.yo der Schweiaselektrode beträgt, und auf ein Verfahren zur elektrischen Lichtbogenechweissung unter Anwendung einer -solchen Elektrode.
Der Mantel der Schweisselektrode ist auf der Grundlage
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von Eisen und kann z.B. aus weichem Stahl oder einem legierten Stahl, z.B. 18 -8 - Chromnickelstahl, bestehen.
Die Gestalt des Mantels kann verschiedenartig sein, z.B. zylindrisch oder mit rechteckigem tiuerschnitt. Der Mantel kann z.B. auf eine an sich bekannte rfeise durch halten eines Streifens hergestellt werden; beim Faltvorgang kann die Seelenmasse in den Faltdraht auf genommen werden.
Die Schweisselektrode gemäss der Erfindung ist besonders geeignet zur Verwendung in Form eines endlosen Drahtes (Seelendrahtes), namentlich zum automatischen oder halbautomatischen Schweissen.
Die in die Schweisselektrode aufzunehmenden reduzierenden Elemente, Mangan oder Silizium, wobei das Silizium durch andere Kiemente, wie Titan oder Zirkonium, ersetzt werden kann, können entweder in dem Mantel oder in der Seele vorhanden sein, oder aber auf beide verteilt sein. Letzteres wird meistens der Fall sein; auf diese «/eise lässt sich die erforderliche Menge an reduzierenden Elementen leicht der zum Schweissen eines bestimmten «'«erkstückes erf order Liehe '"enge anpassen. Das'gleiche gilt für Legierttngsbestandteile, die in die Elektrode ' aufgenommen werden müssen, um deren Zusammensetzung der des Werkstüefciss anzupassen.
Zum Schweissen von «Verkstücken auf der ürundlape von
Eisen, die z.-". aus nicht völlig desoxydiertem Stahl bestehen, muse die Sehweisceletctrode mindestens (',3 $ und höchstens 2,5 üew.# Mangan und mindestens 0,3 Uew./i und höchstens 1,5 ■'ew./o Silizium enthalten. Silizium k.'inn g'inz o'ler teilweise durch Titan ersetzt werden. Z.B. werden 1,6 Ue··/./' iiangtm und 1,8 view./ Silizium verwendot. Diese Ulemente la:?oen sich zvieckr.äoiiif' in Form Von Ferrolegierungen oder aiii Si licnmant'joi verwenden. , BAD ORlGiNAt,
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1 A 8 3 k 7 3 PHN 4 -
Die Seele der Schweisselektrode nach der Erfindung kann ausser dem mineralischen Bestandteil Eisenpulver (oder ein Pulver eines anderen Metalles oder eines üetalLgemisches.) bis zu etwa 95 Ciew.;ö der Seele und/oder erforderlichenfalls Legierungsbestandteile, z.B. Nickel oder Chrom, oder 7.B. ein Pulver eines legierten Stahles, wie 18 - 8 - Chromnickelstahles, enthalten»
Das Verhältnis zwischen den fassen des Mantels und der 5eele>.kann verhältnismässig beliebig gewählt werden. Für die Praxis wird die V/anddicke des Mantels stets so gewählt, dass sich ein Draht genügender Festigkeit ergibt.
Beim Verfahren geroäss der Erfindung wird als Schutzgas vorzugsweise Kohlendioxyd angewandt. Ks können auch kohlendioxydhaltige Gemische, z.B, ein Gemisch aus 95 Vol./a Kohlendioxyd uhd 5 VoI./ό Säuerstoff, ein Gemisch aus 85 Vol./* Argon und 15 Vol.'/o Kohlendioxyd oder ein Gemisch aus 80 Vol./» Argon, 15 Vol.'/o Kohlendioxyd und 5 VoI.^ Sauerstoff Verwendung finden.
Die Schweisselektrode nach der Erfindung eignet sich insbesondere zum Schweissen. von Werkstücken aus nioht völlig· desoxydiertem Metall unter Anwendung eines kohlendioxydhaltigen Schutzgases und insbesondere eines praktisch völlig aus Kohlendioxyd bestehenden Schutzgases·
uute Ergebniese werden namentlich mit Elektroden
erreicht, bei denen das Verhältnis zwischen den Gewichtsmengen an Titandioxyd und Siliziumdioxyd praktisch 5 * 1 oder 1 j 1,5 let oder zwischen diesen Werten liegt, und insbesondere mit Elektroden, bei denen dieses-Verhältnis praktisch gleich 2 ι 1 oder 1 s 1 ist oder zwischen diesen Werten liegt» dies gilt besondere für Elektroden, bei denen der mineralische Bestandteil der Seele mindesten« 5 bis 8
' '; Q η Q ß ι ι / η ß β Q BAD
"•fc
insbesondere etwa 5 ^ew,,o, der ganzen Elektrode bildet. Mit solchen Elektroden, die z.B. 1,6 uev/./ό Mangan und 1J,θ Gew./ο Silizium enthalten, können z.3. ohne Verwendung von Kohlendioxyd als Schutzgas an Werkstücken aus z.B. nicht- oder niedriglegiertem Stahl besonders gute Schweissverbindungen mit glattem ebenem Ausserem erhalten werden,· auch beim ..«.ufwärtsschweissen; mit solchen Elektroden sind auch sehr gute waagerechte r-ehlnähte, auch beim Ueberkopfschweissen, herstellbar. Die Schlacke länst sich sehr leicht entfernen; meistens löst sich die Schlacke beim «-bkühlen bereits ohne weiteres ab. Der anschluss der Schweissnaht an das »Werkstück verläuft fliessend.
Ks wurde gefunden, dass was im vorstehenden Absatz bemerkt worden ist insbesondere für Kiektrod^n nach der Erfindung gilt, bei denen der mineralische Bestandteil des fernes aus Kaliumoxyd oder u.a. aus Kaliumoxyd und Alurainiumoxyd besteht, und insbesondere, wenn dabei die zuletzterwähnten vxyde und ein l'eil des Siliziumoxyds in i'orm des x-alifeldspates (K O.Al ü .6Siu .,> angewandt werden. Dabei werden vorzugsweise die Jewichtsmengen der Oxyde so gewählt, dass da3 Verhältnis der '.iewichtsmenge an oiliziumdioxyd zu der an
oder zur f>esaramten ...en(;e an diesem uxyd und Äluminiumoxyd als 2,3 ist.
Statt Kaliumoxyd kann auch ein anderes Alkalioxyd, z.B. Natriumoxyd, Verwendung finden.
obgleich die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, werden die zu verwendenden xyde, und dies gilt insbesondere für die Alkalioxyfio, vorzugsweise in i-orm nicht hygroskopischer Verbindungen angewandt. Dies ist einer der Gründe, weshalb Kalifeldspat zu bevorzügen ist.
Sollen Alkalioxyde in Form mehr odor weniger hygrosko-
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pischer Verbindungen verwendet werden, so müssen bei der Herstellung " der ochweisselektroden nach der Erfindung passende Massnahmen ergriffen werden, um zu verhüten, dass feuchtigkeit in den Kern gelangt· Alkalioxyde können z.B. in gebundener Form als Karbonate, Silikate, Titanate oder Aluminate von Kalium, Natrium oder Cäsium Verwendung finden. Bei Verwendung eines Titanates wird dabei ein Teil des Titandioxydes in gebundener Form verabreicht. Das gleiche gilt für oiliziumdioxyd und Aluminiumoxyd bei Verwendung von Silikaten bzw· Aluminaten. Dies muss bei der Dosierung der freien Oxyde berücksichtigt werden.
Die Erfindung wird an Hand der nachstehenden Beispiele näher erläutert. ■
In der Tabelle ist die Zusammensetzung des mineralischen Bestandteiles des Kernes für mehrere geprüfte Elektroden nach der ' Erfindung dargestellt. Dabei sind die Mengen der verschiedenen Uxyde in Gewichtsprozenten der betreffenden Schweisselektrode ausgedrückt. Das gleiche gilt für das im Material der Seele vorhandene Eisen (als Pulver), Mangan^ oder Silizium. Inangan wird als Silicomangan, Silizium als Ferrosilizium zugesetzt.
Bei den Versuchen 1 bis 5 fanden als schlackenbildende Bestandteile nur Titandioxyd und Siliziumdioxyd Anwendung I bei den Versuchen 6 bis 18 und 20 bis 22 wurden Kaliumoxyd, Aluminiumoxyd und ein Teil des Siliziumdioxydes als ^.alifeldspat zugesetzt. Beim Versuch 19 wurden Natriumoxyd, Alüminiumoxyd, und ein Teil des Siliaiumdioxydes als Natriumfeldspat (0f5 öeweji) zugesetzt. Beirä Versuch 22 enthielt der Kern 0,35 Sew.i* Titan· Bein Versuch 24 enthielt der Kern statt Eisenpulver pulvrigen 18 - 8 Chromnickelstahl (26 üew.,« der Elektrode). Bei diesem letzten Yersuoh
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wurde der Gebalt an. Mangan.und Silizium dem zu verschweissenden 18 - 8 - Chromnickelstahl angepasst. Der Mantel der Schweissdrähte bestand aus einem weichen Stahl, der 0,23 Gew.;* .Mn, weniger als 0,1 £ew.$ Si und weniger als 0,1 Gew.yo C enthält· Bei den Versuchen 1 bie 25 wurde an *us hal"bdesoxydiertem Martinstahl (Stahl <v&g 0,5 Gew.# Mn, 0,05 ^e.·;£ Si und 0,10 Gew.£ G) bestehenden vferkstücken gesehweisst.'Bei den Versuchen 13t 20 und 21 wurde auch an aus völlig desoxydiertem Lartinstahl (Stahl Wme 52» 1,4 Gen?.$ Mn, 0,5. Gew.$ Si, 0,2 Gew.?« C) bestehenden Werkstücken geschweisst. Bei den Versuchen 20 und 21 wurde ausserdem an aus einem anderen desoxydiertem liartinstahl (Stahl *ime 4"·» 1»2 Gew„/£ Mn, 0,07 Gev/./fc Si, 0,12 Gew.?fa C) bestehenden Werkstücken geschweisst. Bei Versuch wurde an aus Chromnickelstahl (18 "fo Cr, 8 ~f« Ni) bestehenden Werkstücken geschweisst·
Die Versuche wurden mit Schweisselektroden mit Durchmessern von 1,2 und 1,8 mm durchgeführt. Jiei den Versuchen 1 bis 24 wurde bei Elektrodendurchmesser 1,8 ram mit 56O Ampere Gleichstrom geschweisst (Elektrode Pluspol)? bei Versuch 11 wurde auch mit der Elektrode als fäinuspol geschweisst. Jei den Versuchen 11, I4» 16 und 17 (JElektrodendurchmesser 1,8 aaj wurde auch mit 36O Ampere Wechselstrom gesehweisst. Bei Versuch 5 (Elektrodendurchmesser 1,8 mmj wurde auch mit 260 A Gleichstrom geschweisst, (Elektrode Pluspol)I bei den Versuchen 9 und 18 (Elektrodendurehmesser 1,2 mm) wurde auch mit '200 A Gieichstroa geechweisst, (Elektrode Pluspol). Es wurden im wesentlichen waagerechte f>-ehlnäht· und Aufwärtsnähte geschweisst. Bei den Versuchen 1 bis 24 wurde als Schutzgas i^ohlendioxyd verwendet (die Gasmenge schwankte affischen 10 und 20 Liter pro «iinutej · Bei
den Elektroden des Versuches 11 wurden auch Gasgemische anderer
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Zusammensetzung verwendet, nämlich (A) feo VoI ,/ό Argon +15 VoI ·$ Kohlendioxyd + 5 Vol.7» Sauerstoff, (B) 95 Vol.,* Kohlendioxyd + 5 Vol.o Sauerstoff und (C) 90 Vol./J Kohlendioxyd + 10 Vol.# Sauerstoff. Hierbei betrug die Gasmenge etwa 20 Liter pro Minute.
Mit einer ochweisselektrode remäss der Erfindung hergestellte Schweissnähte sind in allgemeinen durch ein einwandfreies glattes ebenes Äusseres gekennzeichnet; das Schweis-metall ist sehr gut an das iietall des -Verkstückes herangeflossen. Mit Schweisselektroden gemäsn der Erfindung ergeben sich ausgezeichnete waagerechte Kehlnähte. Die ächweisselektroden eignen sich insbesondere zum ueberkopfschweissen. Beim Schweissen tritt wenig bis nahezu kein Verspritzen auf.
Besonders gute Ergebnisse wurden in dieser Hinsicht mit den Schweisselektroden der Versuche 7, 11, 1Θ und 21, und insbesondere mit denen des Versuchs 1G erreicht.
BAD ORIGINAL
ΛΛΛΓ44 4 /ΑΛΛΑ
U83473
PIiII 244
I1AUELLl-J
Versuch L
Bestandteile d>->j Kornes
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1
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0,8 2,0 2 ,30
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0,8 2»5 2 ,34
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1,25 3,0 1 ,82
0,6 2,5 2 ,15
υ, 8 3,0 1 ,82
1,15 2,5 1 ,97
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,17
0,17
0,17
0,25
0,25
0,25
0,34
0,27
0,17
0,.)9
0,17
0,09
0,25
0,09 0,09 0,09 0,18 0,18 0,18 0,26 0,28 0,28 0,36
0,29 0,10 0,18 0,09 0,18 0,39 0,28
90981 1/0889
BAD ORIGINAL

Claims (11)

FHN 2ii 148347g PATiilNTiiNSPRUfiCIIiSt .·..-..
1. ) Schweisselektrode auf der Grundlage von iSisen in i?*orm eines Seelendrahtes mit r.ern zum elektrischen Lichtbogenschweissen, mit Anwendung eines Schutzgases, von Werkstücken auf der Grundlage von £isen, weiche Elektrode -iangan und mindestens ein anderes stark reduzierenden ϊ.-etall und/oder Silizium enthält und deren Seele einen i'itandioxyd und öiliziumdiÖTsyd enthaltenden mineralischen Bestandteil enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen den im mineralischen Bestandteil der Seele vorhandenen Gewichtsmenj-n an Titan dioxyd und Sili:;iumdirj^yd gleich 10 : 1 oder 1 s 1,5 ist oder zwischen diesen Werten lie. t, dass die Gesamtgewichtsmenge an 'i'itanoxyd oder Siliziumdioxyd mindestens ',5 Gew./ und der mineralische Bestandteil der Seele höchstens 9 Gew./ö der Schweisselektrode beträgt·
2. Schweisselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen den im mineralischen Bestandteil der Seele vorhandenen Gewichtemengen an Titandioxyd und Siliziumdioxyd gleich 5 i 1 oder 1 t 1f5 ist, oder zwischen diesen Werten liegt.
3» Schweisselektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen den im mineralischen Bestandteil der Seele vorhandenen Gewichtsmengen an Titandioxyd und Siliziumdioxyd praktisch gleich 2 t 1 oder 1 s 1 ist, oder zwischen diesen Werten liegt·
4· Schweisselektrode nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch ' gekennzeichnet, dass der mineralische Bestandteil der Seele 5 bis 8 Gew.jt und vorzugsweise etwa 5 Gew.$ der Schweisselektrode beträgt.
5. Schweißelektrode nach den Ansprüchen 1 bis 4t dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Bestandteil der Seele freies oder gebundenes Alkalidioxyd enthält, und dass das Yayhfltnia zwischen
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H83473
den Gewichtsmengen an Siliziumdioxyd oder Alkalioxyd grosser als 2,5 iet· 6. Schweisselektrode nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass als Alkalioxyd Aaliumoxyd Verwendung findet· 7· Schweieselektrode nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Bestandteil der Seele u.a. aus Aluminiumoxyd besteht, und dass das Verhältnis zwischen der Gewichtemenge an Siliziumdioxyd und der üesaratgewichtsraenge an Alkali- und Aluminiumoxyd grosser ale 2,3 ist.
θ. Schweisselektrode nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet» dass das Alkali- und Aluminiumoxyd und ein Teil des im mineralischen Bestandteil der Seele verwendeten Siliziumdioxydes in Form eines Alkalifeldspates, vorzugsweise als Kalifeldspat, zugesetzt ist· 9· Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweissen von1 Werkstücken auf der Urundlage von Eisen in einer SchutzgasatmosphSre mit Verwendung einer Elektrode nach einem oder mehreren der vorstehenden. Ansprüche·
10. Verfahren nach Anspruch 9 unter Verwendung einee Kohlendioxyd enthaltenden Gases als Schutzgas.
11. Verfahren nach Anspruch 10 unter Verwendung von Kohlendioxyd als Schutzgas.
BAD 90'981 1/nflAfl
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