DE681203C - Elektrisches Lichtbogenschweissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das elektrische Lichtbogenschweißen, insbesondere unter Verwendung von Kohle-, Wolframelektroden oder flüssigkeitsgekühlten Eisenelektroden. Der Erfindungsgedanke kann jedoch auch bei Abschmelzelektroden zur Anwendung kommen. Gemäß dem neuen Schweißverfahren wird die Schweißnaht vor dem Überfahren mit dem Lichtbogen mit einem möglichst zähflüssigen Flußmittel solcher Schichthöhe und Breite bedeckt, daß nach erfolgter Schweißung zu beiden Seiten der Schweißnaht ein zusammenhängender Streifen des aufgetragenen, durch den Lichtbogen nicht zerstörten Flußmittels stehenbleibt. Es wird auf diese Weise ein Flackern und Wandern des Lichtbogens infolge der magnetischen Felder verhindert und somit ein gleichmäßiges Brennen des Lichtbogens und ein guter Einbrand erzielt; die Wärmeeinflußzonen zu beiden Seiten der Schweißnaht sind gering. Die Verwendung von Flußmitteln beim elektrischen Lichtbogenschweißen ist an sich bekannt. Für die Durchführung des neuen Schweißverfahrens muß das Flußmittel neue bisher nicht notwendige Eigenschaften besitzen, insbesondere in der Nähe des Lichtbogens formbeständig bleiben. Die Erfindung sieht demzufolge weiterhin Flußmittel vor, welche die hierbei notwendigen Eigenschaften aufweisen. , Es stellen dar:

Abb. ι einen Längsschnitt und

Abb. 2 einen Querschnitt durch eine Schweißung gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung stellt 11 die Elektrode dar, deren Abstand von den Werkstücken 12 in an sich bekannter Weise selbsttätig geregelt werden kann. Die Werkstückteile 12 sowie der Füllstreifen 21, welcher das Zusatzmetall beim Schweißen liefert, werden durch nicht dargestellte Klammern in bestimmter relativer Lage zueinander gehalten.

Vor dem Schweißvorgang wird auf die Schweißnaht eine Flußmittelschicht 23' mittels der Düse 24 aufgetragen. Die Düse ist an ihrem unteren Ende zweckmäßig in Richtung auf die Schweißelektrode zu abgebogen. Die jeweils zugeführte Flußmittelmenge ist vorzugsweise regelbar.

Die aufgetragene Flußmittelschicht 23 besitzt eine solche Schichthöhe und Breite, daß die den Lichtbogen bildende Elektrodenspitze von dem Flußmittel umgeben ist. Vorzugsweise wird die Schichthöhe etwa 3 mm stark

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gewählt, während die Schichtbreite um etwa 12 mm oder mehr größer ist als der Durchmesser der Schweißelektrode. Während des Schweißvorganges wird die Elektrodenspitze durch den mittleren Teil der Flußmittelschicht hindurchgeführt und durch diese der Wirkungsbereich des Lichtbogens sowohl quer zur Schweißnahtrichtung als auch in Richtung der Schweißnaht beschränkt. Der

ίο Teil 32 des Flußmittels, welcher durch den Lichtbogen geschmolzen wird, legt sich als Schlacke auf die Schweißnaht 33 und wird umsäumt und somit in seiner Lage festgehalten durch die beiden Flußmittelstreifen 34, welche trotz der Vorbeiführung des Lichtbogens ihre Formbeständigkeit behalten haben. Dadurch, daß der Wirkungsbereich des Lichtbogens auf diese Weise festgelegt ist, wird eine erhöhte Konzentrierung der

ao Schweißhitze erzeugt, die den eingelegten Füllstreifen sowie die Ränder der zu verschweißenden Teile erschmilzt; die Schmelze wird mit dem Flußmittel und dem schmelzflüssigem Teil 36 der Schweißnaht gut durchmischt, so daß in der gesamten Schweißzone eine annähernd gleichmäßige Temperatur erhalten wird. Diese Temperatur liegt nicht wesentlich über dem Schmelzpunkt des Metalls, und es wird demzufolge ein Kochen der Schmelze und die Bildung eines grobkristallinischen Gefüges vermieden. Die Flamme 37 des Lichtbogens wird durch die unzerstörte Flußmittelschicht weitestgehend derart geführt, daß die bereits geschweißte Stelle der Schweißnaht möglichst lange im schmelzflüssigen Zustand erhalten bleibt, wodurch Gase und sonstige Verunreinigungen möglichst lange Gelegenheit haben, sich auszuscheiden bzw.^van der Oberfläche der Schweißschmelze zu sammeln. Es ensteht daher eine Schweißnaht mit außerordentlich reinem Gefüge. Die Flamme 37 bewirkt weiterhin einen Nachglühprozeß der Schweißnaht, welcher in dieser Intensität bei den bisher bekannten Schweißungen nicht erzielt werden konnte. Der weggebrannte Teil des Flußmittels 32 legt sich auf die fertig hergestellte Schweißnaht.

Flußmittel, welche sich für das vorliegende neue Schweiß verfahr en als besonders vorteilhaft, insbesondere hinsichtlich ihrer Formbeständigkeit in der Nähe des Lichtbogens, erwiesen haben, besitzen vorzugsweise folgende Zusammensetzung:

Bentonit (kolloider Ton) .. ο bis 5 %»

Natriumhydroxyd . 1 - 10 °/o>

³⁰ Natriumcarbonat 1 - 5 °/₀,

Titandioxyd 10 - 40 °/₀,

Feldspat ............... 25 - 75 °/₀,

Wasser 12 - 40 °/₀.

35 Ein besonders günstiges Schweißen ergibt sich bei folgenden Prozentgehalten:

■-.-'■ Bentonit (kolloider Ton) .. 1 °/o,

Natriumhydroxyd 4 °/₀,

Natriumcarbonat 2 °/₀,

Titandioxyd 18 °/₀,

⁴° Feldspat S3 7o.

Wasser 22 °/₀.

Der Grundbestandteil des Flußmittels ist Feldspat, welcher in Anwesenheit von Titandioxyd eine zähe Masse bildet, so daß das Flußmittel auf dem geschmolzenen Metall festgehalten wird. Die Anwesenheit von Titandioxyd verhindert, daß das Flußmittel unter der Einwirkung des Lichtbogens wegläuft. Das Natriumhydroxyd bildet mit dem Titandioxyd des Flußmittels Titanate, welche auf die Eigenschaft des Lichtbogens günstig einwirken. Das Natriumhydroxyd bewirkt auch eine Herabsetzung des Schmelzpunktes des glasigen Bestandteiles des Flußmittels. An Stelle der Natriumverbindung kann auch irgendein anderes Alkalihydroxyd mit angenähert gleichem Schmelzpunkt verwendet werden, wie beispielsweise Kaliumhydroxyd.

Die chemische Reaktion zwischen dem Titandioxyd und dem Alkalihydroxyd geht verhältnismäßig träge vor sich; es wird jedoch hierbei genügend Wasser abgespalten, so daß die geschmolzene Schlacke mit Dampf gefüllt ist. Sie wird dadurch sehr porös und leicht, so daß die Anwesenheit des Flußmittels auf dem geschmolzenen Metall keine Lunkerbildung veranlaßt, selbst wenn die Dicke der Flußmittelschicht beträchtliche Werte annimmt. Das Natriumcarbonat begünstigt die Leichtflüssigkeit des geschmolzenen Metalls. Das Bentonit stellt ein hydriertes Aluminiumsilicat dar, das mit Wasser eine zähe Lösung oder Suspension bildet. Es besitzt kolloide Eigenschaften und wird daher bisweilen auch kolloider Ton genannt. Dieser Flußmittelbestandteil hält das Wasser möglichst lange fest, so daß es erst entweicht, wenn es in unmittelbare Nähe des Lichtbogens gekommen ist. Dadurch wird erreicht, daß die

Randzonen der Flußmittelschicht ihre Formbeständigkeit behalten und ein Ausweichen des Lichtbogens aus dem Schmelzbad verhindert wird. Es gibt verschiedene Arten von Bentonit; vorzugsweise findet im vorliegenden Fall das im Handel unter dem Namen Volclay bekannte Bentonit mit etwa folgender Zusammensetzung Verwendung:

ίο SiO etwa 61,78 °/₀,

Fe₂O₃ - 3>io°/₀,

FeO - 0,28 °/₀,

MnO - 0,08 °/₀,

Al₂O₃ - 21,56 °/o>

CaO - 0,68 °/₀,

MgO - 2,62 »/„,

K₂O - 0,31 °/o,

Na₂O - 2,22"/ο,

S O₃ Spuren,

Feuchtigkeitsgehalt

bei 110⁰C .. etwa 2,98 °/o> Glühverlust ... - 4,73 °/₀^

Das spezifische Gewicht dieses Bentonits beträgt 2,7 g/cm³, der Schmelzpunkt liegt bei 2462 bis 2552⁰C. Das Bentonit vermag das Vier- bis Fünffache seines eigenen Gewichts an Wasser zu absorbieren und nimmt hierbei das Zwölf- bis Fünfzehnfache des Volumens gegenüber dem trockenen Bentonit ein. Im gesättigten Zustand bildet es eine gallertartige Masse.

An Stelle des beschriebenen Flußmittels können auch andere verwendet werden. Beispielsweise haben sich brauchbare Ergebnisse gezeigt mit einem Flußmittel folgender Zusammensetzung: gleiche Gewichtsteile Feldspat, Talk, Titandioxyd und gepulvertes Stroh zu einer Paste vermischt mit dem Dreifachen des Gewichtes obiger Bestandteile zusammengenommen an flüssigem Natriumsilicat. Um eine möglichst homogene Paste zu erhalten, ist es zweckmäßig, die einzelnen Bestandteile möglichst fein zu pulverisieren.

Das neue elektrische Lichtbogenschweißen kann auch von Hand ausgeführt werden, wobei die Paste dem Werkstück mit Hilfe eines Stabes, einer Düse o. dgl. zugeführt werden kann.

Die erforderliche Schichthöhe und -breite des aufgetragenen Flußmittels ist bereits oben angegeben worden. Beim Verschweißen von Stahlplatten von etwa 12 mm Stärke kann man zweckmäßig Elektroden mit einem Durchmesser von 8 bis 10 mm sowie einen Schweißstrom von 650 bis 700 Ampere und eine Lichtbogenspannung von 28 bis 32 Volt anwenden. Die Eindringtiefe des Lichtbogens hängt in hohem Maße von der Schweißgeschwindigkeit ab. Im angegebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Vorschubgeschwindigkeit zweckmäßig angenähert 25 cm/min, die hierbei erzielte Eindringtiefe beträgt etwa 6 mm.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung des angegebenen Flußmittels ergibt sich eine Schweißnaht mit feinkörnigem, nicht porösem Gefüge mit großer Zähigkeit und Festigkeit. Bei Kesselblechen mit einer Zugfestigkeit von 41 kg/mm² beträgt die durchschnittliche Zugfestigkeit des-Schweißmetalls 42 bis 47 kg/mm². Die Biegeprobe ergab eineDehnung von6i°/₀, ohne daß die Werkstücke Rißbildungen oder sonstige Zerstörungen zeigten. Bei Verwendung von Stahlkugeln mit etwa 1,6 mm Durchmesser und einem Druck von 100 kg ergab sich für den Grundwerkstoff eine Rockwellhärte B von 68, für die Zonen nahe der Schweißnaht eine solche von 71 und für das aufgetragene Schweißmetall eine solche von 74.

Obgleich hierauf nicht beschränkt, so findet die neue Schweißung vorzugsweise für Dauerelektroden, wie beispielsweise Kohle- oder Graphitelektroden, Verwendung. Auch können mit einer Flüssigkeit gekühlte Metallelektroden oder solche aus einem hochhitzebeständigen Werkstoff, wie Wolfram, Molybdän 0. dgl., Verwendung finden.

Die Schichthöhe des Flußmittels kann je nach dem besonderen Fall selbstverständlich auch größer als 3 mm gewählt werden. Die Flußmittelschicht stellt einen Wärme- sowie elektrischen Isolator dar, wodurch die Einflußzone des Lichtbogens unmittelbar auf die Stelle unterhalb der Elektrode beschränkt wird. Schweißungen gemäß der Erfindung zeigen gegenüber bekannten Verfahren den Vorteil, daß die Schweißnahtbreite angenähert nur 7S⁰Io der Schweißnahtbreite beträgt, welche sich bei den bekannten Verfahren ergibt. Dem Flußmittel kann ein Legierungsmaterial beigegeben sein, zweckmäßig verwendet man jedoch einen Füllstreifen, welcher zwischen die beiden Werkstücke eingelegt wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Lichtbogenschweißen, no dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht vor dem Überfahren mit dem Lichtbogen mit einem möglichst zähflüssigen, schlackebildenden Flußmittel solcher Schichthöhe und Breite bedeckt wird, daß "nach erfolgter Schweißung zu beiden Seiten der Schweißnaht ein zusammenhängender Streifen des aufgetragenen, durch den Lichtbogen nicht zerstörten Flußmittels stehenbleibt.

2. Flußmittel zur Durchführung des Lichtbogenschweißens nach Anspruch 1,

gekennzeicTinet durch folgende Zusammensetzung:

Bentonit (kolloider Ton) .. ο bis 5 °/₀, Natriumhydroxyd ........ 1 - 10 °/„, Natriumcarbonat ......... 1 - 5 °/₀.

Titandioxyd 10 - 40 °/₀,

Feldspat 25 - 75 °/₀,

Wasser .12 - 40 °/₀.

3. Flußmittel zur Durchführung des Lichtbogenschweißens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung :

Bentonit (kolloider Ton) 1 °/o.

Natriumhydroxyd ....... 4 °/₀,

Natriumcarbonat 2 °/₀,

Titandiöxyd 18 °/₀₎

Feldspat S3 °/o,

Wasser ,. 22 °/₀.

4. Flußmittel nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Bentonits mit folgender Zusammensetzung:

SiO etwa61,78°/₀,

Fe₂O₃ - 3>io°/o,

FeO - 0,28 «/„,

MnO ........ - 0,08 ·/„, Al₂O₃ ........ - 21,56 °/₀,

CaO - 0,68%,

MgO ........ - 2,62·/„,

K₂O . -■ 0,31 °/„,

Na₂O ........ - 2,22■·/„,

S O₃ Spuren,

Feuchtigkeitsgehalt bei 110⁰C .. etwa 2,98 °/₀,

Glühverlust .... - 4,73 °/o-

5. Flußmittel nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Bentonits mit Wasser zu einer zähflüssigen Masse angerührtes Aluminiumsilicat verwendet wird.

6. Flußmittel nach Anspruch 2 bis S, gekennzeichnet durch einen Zusatz an Cellulose.

Hierzu r Blatt Zeichnungen