DE1540868A1 - Hochleistungs-Pressmantelschweisselektrode - Google Patents

Description

KNAPSACK AKiISNGESELlSCMPT
Kna"psaok "bei Köln

FK 505 Aktenzeichen P 15 40 868. 1

Hochleistungs-Preßmantelschweißelektrode

Zur Erzielung hoher Schweißleistungen auch von ungeübten Schweißern werden in steigendem Maße Hochleistungselektroden verwendet, das sind Elektroden, die zur Erhöhung der abgeschmolzenen Schweißgutmenge größere Mengen Eisen in der Elektrodenumhüllung enthalten, Figur 1 zeigt eine Schweißelektrode, teilweise im Schnitt. Sie setzt sioh zusammen aus einem Kerndraht. 1, welcher Sohweißgut liefert und im allgemeinen aus kohlenstoffarmem, unlegiertem oder niedriglegiertem (Summe aller Begleitelemente, z.B. Si, Mn, unter 5 Gewichts^) Stahl besteht, und einer tfotihüllung 2, welche unter anderem die Aufgabe hat, eine auf das flüssige Sohweißgut abgestimmte Schlacke zu bilden und demnach die hierfür erforderlichen Grundstoffe enthalten muß.

Die Sonlackenzueammensetzung muß so ausgewählt sein, daß die Metalltröpfchen während des Durchgangs durch den Lichtbogen schützend benetzt werden und danach die hocherhitzte Schmelze abgedeokt wird. Nach dem Erkalten soll eioh die Schlacke gut entfernen lassen. Durch die UmhüllungΒ- beziehungsweise Mantelmasse soll außerdem der Lichtbogen stabilisiert und das flüssige Metall gegen die Aufnahme von Atmosphärilien geschlitzt werden. Di« Umhüllungemaeaen der Preßmantel-SohweiSelektroden werden entsprechend ihrer Zusammensetzung im wesentlichen in erzsaure, titan« saure und kalkbaeische Massen eingeteilt.

Figur 2 zeigt die Schweißelektrode aus Figur 1 ganz im Schnitt. Bei 3 wird der Kerndraht in die Elektrodtneang·

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eingespannt und beim Gebrauch bildet sich bei 4 der Elektrodenkrater.

Im allgemeinen steigt die Schweißleistung (kg Schweißgut je Stunde) mit steigender Schweißgutausbeute. Hierbei ist unter Schweißgut die beispielsweise auf eine Eisenplatte nledergesohmolzene Menge Eisen, die durch Differenzwägung ermittelt wird, und unter Schweißgutausbeute die Gewichtsmenge Sohweißgut,dividiert durch die Gewichtsmenge des abgeschmolzenen Teils des Kerndrahtes zu verstehen.

Figur 3 zeigt in einem Diagramm die Sohweifilelstungen einiger Elektrodentypen für Kerndrahtdurchmesser von 4, 5 und 6 mm, und dementsprechend auch für verschiedene Schweißet romstärken . Folgende Elektrodentypen wurden verglichen, wobei die Bezeichnungen der mechanischen Güteklasse DIH 1915 entsprechen: TiVIlis (titansauer umhüllt, Schweißgutauebeute 97 $>), EsYIIIs (erzsauer umhüllt, Ausbaute 105 $>) und 4 titansauer umhüllte Hoohleistungselektroden PeTiVIII mit Sohweißgutausbeuten von 150, 175, 210 und 260 #. Demnach wurden die höchsten Schweißleistungen bei Schweißgutauebeuten von 260 # erzielt.

Eine Steigerung der Schweißgutausbeute auf Werte über 230 #, bezogen auf das Gewicht des abgesohmolaenen Keradrahtes, ist nach dem Stand der Technik nur bei Verschlechterung der Verschweißbarkelt zu erreichen. Wird nämlich der Durchmesser der Hülle bei konstant gehaltenem Kerndrahtduronmesser erhöht, was zur Erhöhung des absoluten Eisenpulvergehaltes der umhüllung gemäß dem Stand der Technik bisher erfoderlioh war, 00 ist die Elektrode durch ihr Gewicht für den laufenden Gebrauch zu unhandlich; auch ist die Schlaokenführung besondere in V- und Kehlnähten erschwert und der Wurzeleinbrand verschlechtert, unter V-Naht wird eine Verbindungssohwelßung verstanden, bei der

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die ssu verbindenden Bleche In einer Ebene liegen und an den berührenden Kanten schräg zugeschnitten sind. Der hierdurch entstehende, im Querschnitt V-förmige, Spalt wird mit Schweißgut gefüllt. Als Kehlnaht bezeichnet man eine Verblndungschweißung, bei der ein Blech senkrecht auf einem anderen Blech steht. Beim Schweißen wird die Elektrode an der berührenden Kante des aufgesetzten Bleches entlanggeführt und damit der 90°-Winkel zwischen beiden Blechen in Nähe des Scheitelpunktes mit Schweißgut ausgefüllt* Wird hierbei die berührende Kante des aufgesetzten Bleches aufgeschmolzen, so spricht man von gutem Wurzelei nt rand (vgl. auch DIH 8551)»

Wird die Sohweißgutausbeute hingegen durch Steigerung des Eisenanteiles in der Elektrodenhülle erhöVt , dann zeigt die Elektrode bei Verwendung der nach dem Stand der Technik üblichen Eisenpulver mit einem Schüttvolumen von 27 ml/ 100 g und mehr (Rtittelvolumen 24 ml/100 g und mehr) einen derartig gutleitenden Krater, daß der Lichtbogen nicht ausschließlich auf dem Kerndraht fuSt, wodurch eine fehlerfreie Verschweißung unmöglich ist, "Schüttvolumen" ist das Volumen, welches das Pulver nach dem Einschütten in einen Heßzylinder einnimmt und dort an der Marke abgelesen wird (z.B. nach DIH 53468); "Rtittelvolumen" ist das Volumen, welches sich in dem Meßzylinder erst nach intensivem Stampfen und Rütteln einstellt.

Völlig überraschend hat sich demgegenüber herausgestellt, daß erfindung»gemäß Elektroden mit Sohweißgutausbeuten von 240 $> und mehr hergestellt werden können, wenn das Eisenpulver ihrer Umhüllung ein niedrigeres Schutt- und Rtittelvolumen besitzt, was durch glatte und abgerundete, vorzugsweise kugelige, Seilohenform waä. möglichst geringe Porösität der Körner erreicht werden kann, wclsei eine geeignete leilohengröSenvertelluBg (z.B. ca 30 # über 0,2 mm Durchmesser, oa.

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25 f> 0,1 bis 0,2 mm Durchmesser, Rest unter 0,1 mm Durchmesser) förderlich ist.

In Figur 3 wurden die Meßpunkte der obersten Gerade (Kurve) der Elektrode PeTiTIlI 260 $> unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Hochleistungselektrode mit einer Schweißgutausbeute von 260 fo aufgenommen, welche in ihrer Umhüllung Eisenpulver mit einem Schüttvolumen von 21 ml/ 100 g und einem Rüttelvolumen von 18,5 ml/100 g enthielt. Die Meßpunkte der anderen Geraden (Kurven) dagegen wurden mit Hilfe bekannter Elektroden ermittelt.

Die genannten Elektroden TiVIIIs 97 % und EsVIIIs 105 $ enthalten kein Eisenpulver. Die bekannten Elektroden PeTiVIII 150, 175 und 210 $ weisen untereinander die gleichen Werte auf und zwar wie folgt:

Schuttvolumen: 28,4 ml/100 g Eisenpulver, Rüttelvolumen: 25,0 ml/100 g Eisenpulver.

Das Eisenpulver bestand aus Körnern mit rauher, zerklüfteter und poröser Oberfläche folgender Korngrößenverteilung:

Korngröße: Gesamt-Gewichts^:

0,500 0

0,400 3

0,315 8

0,200 26

0,160 33

0,100 56

0,071 72

0,063 76

0,040 89

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Figur 4 zeigt "besonders deutlioh, wie stark die Schweißleistung ansteigt, wenn man zu Hochleistungeelektroden der erfindungsgemäßen Art mit hoher Sohweißgutausbeute übergeht. Figur 4 stellt einen Parameter aus Figur 3 "bei 5 mm Kerndrahtdurchmesser und einer Schweißstromstärke yon etwa 300 Ampere dar.

Es ist günstig, wenn das Eisenpulver chemisch gebundenen Sauerstoff enthält, da hierduroh eine erhebliche Verringerund des Siliciumgehaltes im Sohweiflgut zu erreiohen ist, ohne daß der Mangangehalt der Hülle und des Kerndrahtes übermäßig oxidiert und verschlackt wird« Dadurch ist es leicht möglich, den im Schweißgut gewünschten Silicium-' gehalt einzustellen. .

Bas erflndungsgemäß verwendete Eisenpulver kann in bekannter Weise z.B. durch Zerstäubung flüssigen Eisens mit Hilfe hochgespannter Gase, unter Druck stehenden Flüssigkeiten, durch Zentrifugalkraft rotierender Scheiben, auf Granuliertellera oder ähnlichen Vorrichtungen hergestellt werden. Für die Verwendbarkeit ist die Art der Herstellung bedeutungslos. Bei Verwendung des beschriebenen Eisenpul-· vera kann die Elektrodenhülle 70 # und mehr an metallischem Eisen enthalten, ohne daß durch zu hohe Stromleitfähigkeit bei versehentlicher Berührung des Werkstückes Nebanlientbögen entstehen oder verschlechterte Sohweißeigenechaften in Kauf genommen werden müssen.

Mögliche Zusammensetzungen der Elektrodenhülle Bind z,B. folgende, ohne daß hiermit bereits optimale Mischungen vorliegen:

Titansaure Umhüllung} 75 kg Eisenpulver, 7 kg Ferromangan mit etwa 80 Gewiohte# Mangan, 9 kg Rutil (TiO₂), 2 kg Petalit (Xi, Na^AlSi₄O₁₀JO, 1 kg K**lin (haupteäohlich

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Kaolinit Al₂/~Si₂0₅_7(OH)₄), 1 kg Alginat (Salz der Alginsäure) werden gemischt und mit etwa ,10 1 Kaliwasserglas der Dickte 1,32 g/ml versetzt; oder:

Kalkbasische Umhüllung: 75 kg Eisenpulver, 3 kg Ferromangan mit etwa 80 Gewichts^ Mangan, 8 kg Marmor (CaCO,), \ kg Flußspat (CaP₂), 2 kg Quarz (SiO₂), 2 kg Bentonit (hauptsächlich Montmorillonit Al^SigO,- 70H), 1 kg Alginat werden gemischt und mit etwa 7 1 Kaliwasserglas der Dichte 1,32 versetzt.

Das Eisenpulver beider Umhüllungen besaß folgende Eigenschaften:

Schüttvolumen: 21,0 ml/100 g (75 kg = 15,38 Liter) Rüttelvolumen: 18,5 ml/100 g (75 kg * 13,10 liter)

Anteil der glatten und abgerundeten Körner: etwa 94 Gewi chtsjS s etwa 70 kg.

Korngrößenverteilung:

Korngröße Gesamt-Gewichts^

0,500 0

0,400 7

0,315 14

0,200 35

0,160 42

0,100 57

0,071 67

0,063 69

0,040 82

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Elektroden dieser Art werden im allgemeinen "bei Temperaturen zwischen 20° und 60⁰C mit Preßdrücken von mehr als 350 ata ummantelt, wodurch die Elektroden gute Schweißeigenschaften und Beständigkeit gegen das Reißen der Umhüllung "beim frocknen erhalten und der Verbrauch an Bindemitteln gering ist.

Im einzelnen "betrifft die Erfindung nunmehr eine Hochleistungs-Preßmantelechweißelektrode, welche aus einem unlegierten oder niedriglegierten eisernen Kerndraht und einer Eisenpulver als Zusatzstoff enthaltenden Umhüllungsmasse "besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Erzielung einer Schweißgutausbeute von Über 230 % das Eisenpulver ein Schüttvolumen von 20 bis26,5 ml» vorzugsweise 20 bis 21 ml, und ein Rüttelvolumen von 18 bis ueSerhalb 24 ml, vorzugsweise 18 bis 19 ml, je 100 g Eisenpulver besitzt und zu über 90 Gewichts^ aus Körnern mit glatter und abgerundeter Oberfläche zusammengesetzt ist, wobei mindestens 50 Gewichts^ dieser Körner eine kugelige oder nahezu kugelige Form aufweisen, und daß die Umhtillungsmasse 65 bis 85 Gewichts^ Eisenpulver enthält. Das Eisenpulver der Umhüllungsmasse enthält vorzugsweise 0,5 bis Gewichts^ chemisch gebundenen Sauerstoff. Die Eisenpulverkörner sollen im Inneren weitgehend kompakt sein.

Die Umhüllungsmasse 1st im allgemeinen wie folgt zusammengesetzt:

Eisens 65 bis 85 Gewichtstelle

Perromangan: 5 bis 10 Gewlohteteile

Rutil: 5 bis 15 Gewichtsteile

Petalit: 0 ble 3 Gewichtsteile

Kaolinj 0 bis 2 Gewidhtsteile

Kallumalginat: 0,2 bis 2 Gewlohtsteile

Kaliwaeeerglasι 3 bis 6 Gewiohteteile (Trockensubstanz)

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öder auch:	65	Ms	85	G-ewichtsteile
Eisen:	2	bis	5	G-ewichtsteile
Ferromangan:	5	bis	10	G-ewichtsteile
Marmor:	2	bis	6	Gewichtsteile
Flußspat:	O	bis	5	Gewichtsteile
Quarz:	O	bis		Gewichtsteile
Bentonit:	0,2	bis	2	Gewichtsteile
Natriuraalginat:	2	bis	4	Gewichtsteile
Kaliwasserglas·
(!Trockensubstanz)

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Claims (5)

_ 9 — Patentansprüche:

1) Hochleistungs-Preßmantelsohweißelektrode, bestehend aus einem unlegierten oder niedriglegierten eisernen Kerndraht und einer Eisenpulver als Zusatzstoff enthaltenden Umhüllungsmasse, dadurch gekennzeiohnet, daß zur Erzielung einer Sehweißgutausbeute von über 230 i> das Eisenpulver ein Schüttvolumen von 20 "bis 26,5 ml, vorzugsweise 20 Ms 21 ml, und ein Rüttelvolumen von 18 bis unterhalb 24 ml, vorzugsweise 18 bis 19 ml, ^e 100 g Eisenpulver besitzt und zu über 90 Gewichts?^ aus Körnern mit glatter und abgerundeter Oberfläche zusammengesetzt ist, wobei mindestens 50 Gewichts^ dieser Körner eine kugelige oder nahezu kugelige Form aufweisen, und daß die Umhillungsmasse 65 bis 85 Gewichts# Eisenpulver enthält.

2) Hochleistungs-Preßmantelsohweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß das Eisenpulver der Umhüllungemasse 0,5 bis 5 Gewichts^ chemisch gebundenen Sauerstoff enthält..

3) Hochleistunge-Preßraantelschweißelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenpulverkörner im Inneren weitgehend kompakt »Ind.

4) Hochleistungs-Preßmautelscliweißelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß die Umhüllungsmasse wie folgt zusammengesetzt ist:

Einen: 65 bis 85 Gewichtetelle Perromangan: 5 bis 10 Gewicht steile Rutili 5 bis 15 Gewlohteteile

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Petallt: O bis Kaolin: O bis Kaliuraalginat: 0,2 bis KaliwasBerglaB: 3 bis (Trockensubstanz)

3 Gewichtsteile 2 Gewichtsteile 2 Gewichtsteile 6 Gewichtsteile

5) Hochleistungs-Preßmantelschweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungsmasse wie folgt zusammengesetzt ist:

bis 85 Gewichtsteile bis 5 Gewichtsteile bis 10 Gewichtsteile bis 6 Gewichtsteile bis 5 Gewiohtsteile bis 3 Gewichtsteile bis 2 Gewichteteile bis 4 Gewichtsteile

Eisen: 65 Perromangan: 2 Marmor: 5 Flußspat: 2 Quarz: 0 Bentoni ti 0 Natriumalginatj 0,2 Kaliwasserglas: 2 (Trockensubstanz)