DE1565212C

DE1565212C - Elektroschlacken Schweißdruse

Info

Publication number: DE1565212C
Authority: DE
Inventors: Haruyoshi. Ishizaki Keizo Tokio Suzuki
Original assignee: Yawata Welding Electrode Co Ltd , Tokio
Publication date: 1971-05-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodendüse für Elektroschlacke-Schweißung, die sich während des Schweißvorganges selbst verbraucht und einen ringförmigen Querschnitt aufweist.

Elektrodendüsen für Elektroschlacke-Schweißung, die sich während des Schweißvorganges verbrauchen, sind grundsätzlich bekannt. Beispielsweise wird durch die deutsche Auslegeschrift 1074 784 eine solche Elektrodendüse offenbart, die eine Anzahl von Kanälen zur Führung der einzelnen Drahtelektroden aufweist ι ο und die ortsfest in bezug auf das Werkstück angeordnet ist und im Schlackenbad mit fortschreitender Schweißung abschmilzt.

Bei den bekannten Elektrodendüsen hat sich als nachteilig erwiesen, daß es bei einem oft unvermeidliehen Verschieben der Düsen in dem Schweißspalt zu einem Kurzschluß kommen kann. Man hat versucht, dem dadurch vorzubeugen, daß man eine Glas- oder Isolationsröhre verwendet hat. Das wirkt sich jedoch ungünstig auf die Zusammensetzung der Schweißnaht aus. Ferner ist versucht worden, die zu verschweißenden Teile weiter auseinanderzurücken, jedoch Führt das zu einem stark erhöhten Bedarf an Schweißmaterial.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodendüse auszubilden, bei der ein Kurzschluß bei einem seitlichen Verschieben der Düse verhindert und zugleich die Herstellung einer ausgezeichneten Schweißnaht sichergestellt wird und bei der gleichzeitig die genaue und einfache Zugabe eines Legierungsmaterials ermöglicht wird.

Die erfindungsgemäße Elektrodendüse zeichnet sich dadurch aus, daß die Fläche des Querschnitts 35 bis 200 mm² beträgt und daß die Düse eine gewichtsmäßige Zusammensetzung von 0,12% oder weniger C, 0,60% oder weniger Mn, 0,35% oder weniger Si, 0,03% oder weniger P und 0,03% oder weniger S aufweist sowie dadurch, daß auf der Oberfläche der Düse eine Uberzugsschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 2,5 mm vorgesehen ist, wobei diese Uberzugsschicht eine gewichtsmäßige Zusammensetzung von 20 bis 50% SiO₂, 5 bis 40% CaO, 0 bis 25% MgO, 0 bis 25% MnO, 0 bis 15% Al₂O₃ und 0 bis 40% CaF₂ besitzt.

Der Uberzugsschicht kann vorteilhafterweise ein Legierungsmittel in einer Menge bis zu 30% zugesetzt sein.

Im folgenden werden einige beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Elektrodendüse;

F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Elektrodendüse, die diese in der Mitte zwischen den Stoßseiten der zu verschweißenden Teile und zwei Abdeckplatten zeigt;

F i g. 3 zeigt im Querschnitt eine abgewandelte Verwendungsform der erfindungsgemäßen Düse.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße, im wesentlichen zylindrische Elektrodendüse dargestellt. Die Oberfläche ihres Körpers 2 ist mit einer Uberzugsschicht 1 mit einer Dicke von 0,5 bis 2,5 mm versehen. Die Form der Düse ist etwa zylindrisch. Eine Mittelbohrung 4 dient der Aufnahme eines Schweißdrahtes 3. Die Fläche des ringförmigen Querschnitts beträgt 35 bis 200 mm². Bei einem geringeren Querschnitt als 35 mm² kann sich die Düse verbiegen, oder die Schweißspannung kann bei einer Düsenlänge von 500 mm und einem Schweißstrom von 400 A durch den Widerstand der rotglühenden Düse verringert werden. Bei einem Querschnitt von mehr als 200 mm² ist ein sehr großer Abstand zwischen den Stoßkanten der Grundmetalle erforderlich, so daß eine große Menge Schweißmetall gebraucht wird.

Die Elektrodendüse enthält bis zu 0,12% C, bis zu 0,6% Mn, bis zu 0,35% Si, bis zu 0,03% P und bis zu 0,03% S. Wenn Gehalte über diese Grenzen hinaus verwendet werden, insbesondere höhere Gehalte an C, P und S, wird die Qualität der Schweißnaht und vor allem ihre Kerbfestigkeit nachteilig beeinflußt.

Die Dicke der Uberzugsschicht beträgt 0,5 bis 2,5 mm. Ist sie geringer als 0,5 mm, so ist die Isolation zwischen Düse und Grundmetall unzureichend. Außerdem ist die anfallende Schlackemenge zu gering und muß aus anderen Quellen ergänzt werden. Wenn die Dicke der Uberzugsschicht 2,5 mm überschreitet, so wird die anfallende Schlackemenge zu groß, und es entsteht ein zu tiefes Schlackenschmelzbad.

Die Zusammensetzung der Uberzugsschicht wurde oben allgemein angegeben. Die folgende Tabelle zeigt einige bevorzugte Zusammensetzungen (alle Angaben in Gewichtsprozent).

Beispiel	SiO₂	CaO	MgO	MnO	A I, O₃	CaF₂	FeMo
1	41	24	6	15	2	12	_
2	38	24	9	7	14	8	—
3	29	31	21	—	10	9	—
4	27	5	6	24	13	16	9

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, sind die Grund-. metallplatten 6 so angeordnet, daß sie einen Spalt zwischen ihren Stoßenden bilden. Ein Paar hohler Kühlplatten 5 verschließt diesen Spalt zu einem Rechteck. Durch die Kühlplatten wird Kühlwasser in der durch die Pfeile angegebenen Richtung hindurchgeleitet. In den Spalt wird eine erfindungsgemäße Düse eingeführt. Die Schweißung erfolgt auf bekannte Art.

Fig. 3 entspricht Fig. 2, lediglich sind zwischen den Grundmetallplatten 6 Abstandhalter 7 vorgesehen.

Im folgenden sollen an Hand von Beispielen der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Elektrodendüse veranschaulicht werden.

Beispiel 1
Elektroschlacken-Stumpfschweißung unter Verwendung einer überzogenen, sich selbst verbrauchenden Düse

	C%	Si%	Mn %	P%	s%
Stahlplatte	0,18	0,09	0,73	0,009	0,021
Dicke, 32 mm Länge, 1000 mm

Fortsetzung

	c% .	Si%	Mn%	0,016 - 0,016	• s%
Sich verbrauchende Düse	0,09 0,08	0,31 0,30	0,46 1,47	0,017 ' 0,009 '
äußerer Durchmesser, 12 mm innerer Durchmesser, 4 mm Länge, 1100 mm Schweißdrahtdurchmesser, 2,4 mm

Zusammensetzung (%) der Uberzugsschicht der Düse und des verwandten Flußmittels

SiO₂	CaO	MgO	MnO	Al₂O₃	CaF₂
38	24	9	7	14	8

Dicke der Uberzugsschicht 2 mm

Länge des Spaltes zwischen den

Metallenden 20 mm

Schweißbedingungen

Stromstärke 650 A

Spannung 42 V

Tiefe des
Schlackenschmelzbades .... 50 mm Mechanische Eigenschaften des geschweißten Metalls

Zugfestigkeit 58,4 kg/mm²

Dehnung 28,5%

Kerbschlagzähigkeit 6 kg-m/cm²

(V-Kerbe,O°C)

Analyse (%) des geschweißten Metalls

C	Si	Mn	P	S
0,11	0,19	1,09	0,012	0,015

Beispiel 2
Elektroschlacken-T-Schweißung unter Verwendung einer überzogenen, sich selbst verbrauchenden Düse

	. C %	Si%	Mn%	P%	s%	Mo %
Stahlplatte	0,16 0,09 0,10	0,32 0,01 0,02	1,22 0,46 . ■ 1,65	0,023 0,016 0,013	0,018 0,017 0,016	0,52
Dicke, 25 mm Länge, 700 mm Sich verbrauchende Düse .
äußerer Durchmesser, 10 mm innerer Durchmesser, 4 mm Länge, 800 mm Schweißdrahtdurchmesser, 3,2 mm....

SiO₂	CaO	MgO	MnO	AI₂O₃	CaF₂
41	24	6	15	2	12

Dicke der Uberzugsschicht ... 1 mm Länge des Spaltes zwischen den

Metallenden 20 mm

Schweißbedingungen

Stromstärke 550 A

Spannung 35 V

Tiefe des

Schlackenschmelzbades .. 50 mm Geschweißtes Metall Kerbschlagszähigkeitstest

(V-Kerbe) 12 kg-m/cm² (22° C)

9 kg-m/cm² (0⁰C)

Aussehen gut

Mechanische Eigenschaften ... gut Zusammensetzung (%)

⁶⁵ c	Si	Mn	P	S	Mo
0,10	0,24	1,25	0,016	0,17	0,24

Beispiel 3

Elektroschlacken-Stumpfschweißung unter der Verwendung einer überzogenen,
sich selbst verbrauchenden Düse und Abstandshaltern

c%

Mn%

P%

Stahlplatte

Dicke, 50 mm

Länge, 2000 mm
Sich selbst verbrauchende Düse äußerer Durchmesser, 12 mm innerer Durchmesser, 4 mm

Schweißdraht, 3,2 mm

Abstandshalter

Picke, 6 mm

Länge, 1900 mm

0,09

0,07

0,28
0,06

0,65

0,41

1,28
0,67

0,010

0,014

0,012
0,020

0,022

0,018

0,010 0,015

Bemerkungen: Um 2000 mm des Grundmetalls zu Bemerkungen: Die Abstandshalter wurden in den

verschweißen, wurden zwei Düsen miteinander ver- 25 Spalt zwischen den gegenüberliegenden Enden der

bunden, von denen jede eine Länge von 1100 mm hatte, beiden. Metalle eingesetzt und vor der Schweißung

um die Gesamtlänge von 2200 mm zu ergeben. hieran angeschweißt.

Zusammensetzung und des	CaO	(%) der Uberzugsschicht der Düse verwandten Flußmittels	MnO	AI₂O₃	CaF₂
SiO,	24	MgO	15	2	12
41	6

Schweißergebnis

Die Drehung der Deformation am oberen Ende betrug 0,3 mm, was einem Wert von 4 mm gegenüber-

Dicke der Uberzugsschicht 2 mm 35 steht, der erhalten wurde, wenn kein Abstandshalter

Länge des Spaltes zwischen den Metallenden 20 mm verwandt wurde, während alle anderen Bedingungen Schweißbedingungen gleich waren. Darüber hinaus betrug die Schweiß-Stromstärke 550 A geschwindigkeit 1500 mm/Std., was eine Zunahme

Spannung 45 V von 20% gegenüber dem Fall bedeutet, in dem kein

Tiefe des Schlackenschmelzbades 45 mm 40 Abstandshalter verwandt wurde.

Beispiel 4

Elektroschlacken-Zweischicht-Stumpfschweißung unter Verwendung einer überzogenen,
sich selbst verbrauchenden Düse und Abstandshaltern

Die Abstandshalter wurden in den mittleren Teil des Spaltes eingesetzt, hiermit verschweißt, und die Zweischicht-Schweißung wurde durchgeführt.

c%	Si%	Mn%
0,15	0,22	0,80
0,10	0,01	0,50
0,09	0,27	0,95
0,16	0,08	0,75

P%

s%

Stahlplatte

Dicke, 100 mm

Länge, 600 mm
Sich verbrauchende Düse

äußerer Durchmesser, 12 mm innerer Durchmesser, 4 mm Länge, 700 mm

Schweißdrahtdurchmesser, 3,2 mm. Abstandshalter

Dicke, 20 mm

Länge, 600 mm

Breite, 25 mm

0,015

0,012

0,018
0,015

0,019

0,017

0,009 0,018

SiO₂	CaO	MgO	Al₂O₃	CaF₂
29	31	21	10	9

Schweißergebnis

Da die Abstandshalter vollständig durch die Schweißung der zweiten Schicht geschmolzen wurden, waren die Zusammensetzungen des verschweißten Metalls gleichförmig, wie unten aufgeführt ist.

Dicke der Uberzugsschicht 2 mm

Länge des Spaltes zwischen den Metallenden 25 mm io

Zweischicht-Schweißbedingungen

Stromstärke

Spannung

Tiefe des Schlackenschmelzbades ....

Erste Schicht

550A 48 V

50 mm

	c%	Si%	Mn%	P%	s%
Erste Schicht ... Mittelteil	0,14 0,14 0,13	0,23 0,22 0,22	0,89 0,89 0,85	0,014 0,013 0,013	0,015 0,015 0,015
Zweite Schicht ..

Zweite Schicht

500A 56 V

55 mm

20 Ergebnis des Kerbschlagzähigkeitstestes
(2-mm-V-Kerbe, 20⁰C)

Erste Schicht 8 kg-m/cm²

Mittelteil 8 kg-m/cm²

Zweite Schicht 5 kg-m/cm²

B e i s ρ i e 1 5
Elektroschlacken-Stumpfschweißung unter Verwendung einer überzogenen, sich selbst verbrauchenden Düse

	C %	Si%	Mn%	P%	s%
Stahlplatte	0,18 0,04 0,08	0,01 0,07 0,30	0,56 0,41 1,47	0,013 0,014 0,016	0,015 0,018 0,009
Dicke, 12 mm Länge, 800 mm Sich verbrauchende Düse äußerer Durchmesser, 8 mm innerer Durchmesser, 4 mm Länge, 900 mm Schweißdrahtdurchmesser, 2,4 mm

SiO₂	CaO	MgO	MnO	AI₂O₃	CaF₂
41	26	6	15	2	12

Zusammensetzung (%) der Uberzugsschicht der Düse ⁴° und des verwandten Flußmittels

45

Dicke der Uberzugsschicht 0,5 mm

Länge des Spaltes zwischen den Metallenden 15 mm 50

Schweißbedingungen

Stromstärke 400 A

Spannung 28 V

Tiefe des Schlackenschmelzbades 30 mm ⁵⁵

Die Schweißgeschwindigkeit betrug 4,6 m/Std. Der Zugfestigkeitstest ergab 48 kg/cm³. Der Biegetest war ebenfalls gut. 60

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrodendüse für die Elektroschlacke-Schweißung, die sich während des Schweißvorganges selbst verbraucht und einen ringförmigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Querschnitts 35 bis 200 mm² beträgt und daß die Düse eine gewichtsmäßige Zusammensetzung von 0,12% oder weniger C, 0,60% oder weniger Mn, 0,35% oder weniger Si, 0,03% oder weniger P und 0,03% oder weniger S aufweist sowie dadurch, daß auf der Oberfläche der Düse eine Uberzugsschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 2,5 mm vorgesehen ist, wobei diese Uberzugsschicht eine gewichtsmäßige Zusammensetzung von 20 bis 50% SiO₂, 5 bis 40% CaO, 0 bis 25% MgO, 0 bis 25% MnO, 0 bis 15% Al₂O₃ und 0 bis 40% CaF₂ besitzt.

2. Elektrodüse nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Uberzugsschicht ebenfalls ein Legierungsmittel in einer Menge bis zu 30 % enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009 542/167