Schweissdraht zum elektrischen Lichtbogenschweissen von Stahl in einer Schutzgasatmosphäre Die Erfindung betrifft stählernen Schweissdraht zum elektrischen Lichtbogenschweissen von Stahl in einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere Kohlensäure und kohlensäurehaltigen Gasgemischen.
Wenn beim Schweissen von Stahl in Schutzgasen bekannter stählerner Schweissdraht mit einem Silicium gehalt von etwa 0,5 bis 2 0/o und einem Mangangehalt von etwa 1 bis 3 0/o verwendet wird, werden gute Werte für die mechanischen Eigenschaften der Schweisse erzielt. Die Kerbschlagzähigkeit bei niedri gen Temperaturen lässt dann jedoch im allgemeinen zu wünschen übrig.
Es ist bereits bekannt, Schweissdraht der aus einer Stahlhülle und einer Füllung die schlackenbildende Stoffe enthält beim Schweissen unter einem Schutzgas zu verwenden.
Es sind Drahtfüllungen beschrieben, die schlacken bildende Gemische des Rutiltyps oder des basischen Typs enthalten und die selbstverständlich wasserstoff frei und vorzugsweise nicht hygroskopisch sind.
Sofern basische Gemische benutzt wurden, war die Drahtfüllung aus einem schlackenbildenden Gemisch zusammengesetzt, das um 20 bis 60 Gewichtsprozent inbezug auf die Füllung aus Erdalkalifluorid, insbeson dere CaF2, und weiter aus desoxydierendem Material, gegebenenfalls gemeinsam mit Eisenpulver und Legie rungselementen bestand. Als weiterer, schlackenbilden der Stoff wird hier unter anderem CaCO3 genannt.
Die Dicke der Metallhülle dieser bekannten Schweissdrähte war weniger als ein Viertel des gesam ten Drahtdurchmessers.
Werden die desoxydierenden und legierenden Stoffe ausser Betracht gelassen und wird eine Dichte der Drahtfüllung von nur 80 0/o (d. h. 20 0/o Höhlungen in der Füllung) angenommen, so können aus den vorer wähnten Daten für diese bekannten Schweissdrähte die minimal möglichen Gehalte an CaF2 und CaCO3 in Prozenten des gesamten Drahtgewichtes einfach errech net werden.
Diese Grenzzusammensetzungen liegen auf der ge- raden Linie zwischen den Punkten 3,42 CaF2 - O CaCO3 und 1,83 CaF2 - 7,34 CaCO3, den Punkten P bzw. Q in dem Diagramm der beiliegenden Zeichnung. Diese Zusammensetzungen erfüllen die Bedingung: 4,7 [CaF2] w(CaCO3] = 16.
Bei diesen bekannten Schweissdrähten soll das Spritzen vermieden werden, das beim Schweissen in einer Schutzgasatmosphäre bei Verwendung aus homo genem Metall bestehenden Schweissdrahtes auftreten kann, so dass höhere Schweissströme anwendbar sein sollen. Es bestehen jedoch nach wie vor die Nachteile des Vorhandenseins verhältnismässig vieler schlacken bildender Stoffe.
Es ist schliesslich noch eine zusammegesetzte Elek trode für das automatische Bogenschweissen von Stahl in einem Schutzgas aus Kohlensäure oder Kohlensäure enthaltenden Gemischen mit einer Füllung bekannt, die ausser reduzierenden Metallen und gegebenenfalls Bogenstabilisatoren 30 bis 80 0/o Erdalkalioxyd enthält. Dabei beträgt die Oberfläche der Füllung im Quer schnitt nur 0,2 bis 5 % der Gesamtfläche. Wird nie als Erdalkalioxyd CaO gewählt und in Form von CaCO3 benutzt, so kann man für diese Drähte, die kein Fluo- rid enthalten, einen CaCO3 Gehalt von einigen % bis etwa 3 % des Gesamtdrahtgewichtes errechnen.
Diese Zusammensetzungen liegen auf der Linie OS in dem beiligenden Diagramm.
Dieser Draht mit einem sehr niedrigen Gehalt an schlackenbildenden Stoffen dient dazu, die Schweissei- genschaften zu verbessern und eine Möglichkeit zum Schweissen mit Wechselstrom zu schaffen.
Aus zu der Erfindung führenden Untersuchungen hat sich ergeben, dass gerade Schweissdrähte mit einer Füllung, deren schlackenbildender Teil basisch ist und die insbesondere aus CaCOg und CaF, in Verhältnis sen zu dem Gesamtdrahtgewicht zwischen den Werten bestehen, die aus den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungen bekannt sind, für das Schweissen in Schutzgasatomosphären besonders nützlich sind.
Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung von sol chen erfindungsgemäss zusammengesetzten Schweiss- drähten Schweissen mit sehr günstigen Werten für die Kerbschlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen und gute Schweisseigenschaften erhalten werden können. Ausserdem ist der Prozentsatz an schlackenbildenden mineralischen Stoffen dabei stets verhältnismässig niedrig, so dass Nachteile infolge des Vorhandenseins grosser Schlackenmengen ausserdem auf einen erträgli chen Minimalwert beschränkt werden können.
Die Erfindung betrifft Schweissdraht zum elektri schen Bogenschweissen von Stahl in einer Schutzgas atmosphäre, insbesondere Kohlensäure und kohlen säurehaltigen Gasgemischen, welcher Draht einer Stahl hülle und einer Füllung aus einer wasserstoffarmen, pulverigen Masse besteht, die als Komponente A mindestens ein Erdalkali- oder mindestens ein Alkali- carbonat, zweckmässigerweise Calciumcarbonat und als Komponente B mindestens ein Fluorid, vorteilhaf terweise Calciumfluorid, ferner bogenstabilisierende Stoffe und desoxydierendes Metall enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung, bezogen auf das Ge samtdrahtgewicht 0,5 bis 7 Gewichtsprozent der Kom ponente A und mindestens 0,
5 Gewichtsprozent der Komponente B enthält, wobei der aus der Komponente A mit dem 4,7-fachen der Komponente B bestehende Gesamtgehalt der Füllung höchstens 16 Gewichtspro zent des Gesamtdrahtgewichtes beträgt.
Das Gebiet der Zusammensetzungen eines Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung ist in dem Diagramm der Zeichnung, sofern es sich auf den Gehalt an CaCO3 und CaF2 bezieht, durch das Viereck ABCD angedeu tet. Da der Abbrand des desoxydierenden und einiger legierenden Metalle infolge der Anwesenheit nicht CaF2 verringert wird, werden im allgemeinen höhere Prozentsätze dieser Metalle bei einem niedrigen Gehalt an CaF2 und umgekehrt gewählt. Weiter werden die Mengen dieser Metalle, unter Berücksichtigung des Abbrands, entsprechend der normalen Anpassung des Metalles der Schweissnaht an die Zusammensetzung des Werkstücks gewählt und/oder entsprechend den gewünschten Eigenschaften der Schweissnaht.
Die er forderlichen desoxydierenden und legierenden Stoffe können selbstverständlich ein Bestandteil der Metall hülle oder der Füllung oder von beiden sein.
Sehr gute Resultate in bezug auf die Ausbeute beim Schweissen und auf das Profil der Schweissraupe und insbesondere in bezug auf die Kerbschlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen werden im allgemeinen mit einem Draht erzielt, dessen Calciumcarbonatgehalt zwischen 2 und 4 % des Gesamtdrahtgewichtes liegt. Diese Gebiet von Zusammensetzungen ist in dem Diagramm der Zeichnung mit dem Viereck EFGH angedeutet.
Die günstigen Resultate können mit dem Schweiss- dreht nach der Erfindung bereits bei Schweissen in Form einer einfachen Raupe erhalten werden. Dies ist wichtig beim sogenannten Schweissen mit Verschalung und für das vertikal aufwärts gehende Stapelschweis- sen, wobei gewöhnlich grobe Kristallstrukturen erhal ten werden, die niedrige Kerbschlagwerte geben. Aus dem gleichen Grunde kann das Metall bei dem waage rechten Schweissen mit einer Elektrode gemäss der Erfindung in weniger Schichten oder in dickeren Schichten niedergeschmolzen werden.
Der Vorteil der Verbesserung der Kerbschlagzähig- keit bei einer einfachen Schweissraupe zeigt sich auch beim Mehrschichtenschweissen, da hier die Verschluss- schicht auch die Struktur der einfacheren Raupe auf weist.
Die Verbesserung der Duktilität des Schweissmetal- les zeigt sich beispielsweise nicht nur aus der Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit und der Erniedrigung der Übergangstemperatur auf spröden Bruch einer solchen Schweissstelle, sondern auch aus der Erniedrigung der Stopptemperatur des Schweissmetalles bei der Robert- son-Messung. Bei dieser Messung wird bekanntlich an verhältnismässig grossen Probestücken die Temperatur gemessen, bei welcher der in dem Material angefan gene spröde Bruch sich nicht fortsetzt.
Das CaCO3 in dem Schweissdraht kann ganz oder teilweise durch eines der anderen Erdalkalicarbonate oder durch ein Alkalicarbonat oder auch durch ent sprechende Verbindungen ersetzt werden, die ähnlich wie die Carbonate in dem Schweissbogen in Oxyde umgewandelt werden, z. B. Oxalate.
Auch das CaF2 kann in gleicher Weise durch an dere Stoffe ersetzt werden, welche die Viskosität der Schlacken erniedrigen. Es kommen hier nicht nur Fluoride von Erdalkalimetallen und Alkalimetallen in Betracht, sondern auch komplexe Fluoride wie Kryo lith und weitere Stoffe, die wie A103, SiO2 und TiO2 mit dem in dem Schweissbogen entstehenden Erdalka- lioxyd niedrigschmelzende Schlacken bilden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach stehend näher erläutert.
Die angegebenen Werte für die Kerbschlagzähigkeit bei verschiedenen Temperaturen sind an Probestäben von 10 X 10 >' 55 mm mit einer V-förmigen Kerbe gemes sen, der Öffnungswinkel 45 , Tiefe 2 mm und Radius des Bodens 0,25 mm betragen (Charpy V-notch). Die Stäbe waren senkrecht zur Schweissrichtung aus der Platte mit der Schweissnaht genommen und die V- Kerbe war in der Mitte der Schweisstelle senkrecht zur Schweissoberfläche angebracht. Die in den nachfolgen den Tabellen erwähnten Werte sind mit einigen Aus nahmen Durchschnittswerte von drei oder vier Mes sungen.
Die Tabelle 1 zeigt die Resultate von Schweissen nach dem sogenannten Verschalungsschweissverfahren mit Kohlensäure als Schutzgas an einer 25 mm starken Stahlplatte mit einer Zusammensetzung von 0,6 Mn 0,04 Si - 0,13 C - weiter Eisen (st. 37). Die Spalt breite zwischen den Platten war 13 mm und der Schweissstrom etwa 400 A.
In der Tabelle sind in der ersten Spalte die Num mern einer Anzahl von Proben angegeben; in der zwei ten Spalte die Bruttozusammensetzung in Prozenten des Gesamtdrahtgewichtes und in der dritten Spalte die Werte der Kernschlagzähigkeit (Charpy V-notch) bei verschiedenen Temperaturen.
In der Tabelle sind zunächst die Resultete angege ben, die mittels des Drahtes mit einer Zusammenset zung nach der Erfindung (Nr. 1 bis 12) alle innerhalb des Vierecks ABCD des Diagrammes erzielt werden. Es zeigt sich daraus, dass die Verbesserung der Kerb- schlagzähigkeit maximal wird bei einem CaCO-Gehalt von 2 0/o und mehr (Nr. 4 bis 12).
Mit Rücksicht auf den niedrigen Gehalt an schlackenbildenden Stoffen werden jedoch die Zusammensetzungen mit einem CaC0- Gehalt von 2 bis 4 0/o innerhalb des Vierecks EFGH dcs Diagrammes bevorzugt (Nr. 4 bis 10).
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EMI0003.0001
Die Tabelle 2 zeigt die Resultate von Verscha lungsschweissen in einer C02 Atmosphäre für einige verschiedene Stahlsorten mit Drähten nach der Erfin dung (Nr. 21, 22, 23 und 25).
EMI0003.0005
<I><U>Tabelle <SEP> 2</U></I>
<tb> Drahtzusammensetzung <SEP> Kerbschlagzähigkeit
<tb> in <SEP> Gew.% <SEP> (Rest <SEP> Eisen) <SEP> mkg/cm2
<tb> Mn <SEP> Si <SEP> CaCO3 <SEP> CaF2 <SEP> -50 C <SEP> -30 C <SEP> -10 C <SEP> -1-20 C
<tb> 13. <SEP> St <SEP> 5219 <SEP> mm <SEP> 1,4 <SEP> 0,7 <SEP> 2,4 <SEP> 0,7 <SEP> 3,2 <SEP> 4,5 <SEP> 8,7
<tb> (1,35 <SEP> Mn
<tb> 0,49 <SEP> Si
<tb> 0,23 <SEP> C
<tb> Rest <SEP> Eisen)
<tb> 14. <SEP> St <SEP> 41 <SEP> 12 <SEP> mm <SEP> 1,6 <SEP> 0,8 <SEP> 2,2 <SEP> 0,6 <SEP> 2,6 <SEP> .4,2 <SEP> 9,7
<tb> (1,2 <SEP> Mn
<tb> 0,07 <SEP> Si
<tb> <B>0,12C</B>
<tb> Rest <SEP> Eisen)
<tb> 15. <SEP> Ni <SEP> Stahl <SEP> 13 <SEP> mm <SEP> 1,6 <SEP> 0,8 <SEP> 2,1 <SEP> 0,6 <SEP> 1,2 <SEP> 5,8 <SEP> 6,7 <SEP> 11,9
<tb> (1,08 <SEP> Mn
<tb> 0,26 <SEP> Si
<tb> 0,08 <SEP> C
<tb> 0,5 <SEP> Ni;
<tb> Rest <SEP> Eisen)
<tb> 16. <SEP> (0,06 <SEP> Mn <SEP> 1,7 <SEP> 0,8 <SEP> 2,6 <SEP> 1,1 <SEP> 2,5 <SEP> 4,8 <SEP> 7,4
<tb> 0,20 <SEP> Si
<tb> 0,16 <SEP> C
<tb> 0,6 <SEP> Ni
<tb> 0,4 <SEP> Mo
<tb> 0,16 <SEP> Cr)
<tb> Rest <SEP> Eisen
<tb> 17. <SEP> Cr-Ni-Mo- <SEP> 1,2 <SEP> 0,7 <SEP> 2,3 <SEP> 0,6 <SEP> 4,5 <SEP> 5,9 <SEP> 4,8
<tb> Stahl-28 <SEP> mm
<tb> 1,06 <SEP> Mn
<tb> 0,20 <SEP> Si
<tb> 0,16 <SEP> C
<tb> 0, <SEP> 6 <SEP> Ni
<tb> 0,2 <SEP> Cr
<tb> 0,4 <SEP> Mo
<tb> Rest <SEP> Eisen