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Hochlegierte Lichtbogen-Schweißelektrode, die austenitisches Gefüge
im Schweißgut ergibt Für das Schweifen von nichtaustenitischem Eisen und Eisenlegierungen
bzw. Stahl und Stahllegierungen zur Erzielung hoher Zähigkeitseigenschaften in der
Schweißverbindung sind u. a. Schweißdrähte bekanntgeworden, die durch hohe Legierungsgehalte
gekennzeichnet sind. Hierfür kommen in Frage Zusammensetzungen, die man als chemisch
neutrale Chrom-Nickel-Stahl-Legierungen bezeichnet, ferner Legierungen, die im Schweißgut
einen austenitischen Gefügezustand erreichen lassen, wie z.. B. Chrom-Nickel-Mangan,
Mangan-Nickel-, Chrom-Mangan-, Nickel-Molybdän-, Nickel-Chrorn-Mangan-Molybdän-Legierungen
u. dg1. Diese Stahllegierungen ergeben in der Schweißverbindung hohe Dehnungs- und
Kerbzähigkeitswerte und finden vielfach Verwendung.
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Es liegt in der Natur der Zusammensetzung dieser für Schweißelektroden
zur Anwendung gelangenden austenitischen Legierungen, daß sich die Werte der Streckgrenze
um etwa 4o kg/mm 2 und der Festigkeit um etwa 6o kg/mm2 bewegen.
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Diese Werte sind aber bei der Verbindungsschweißung von Stählen mit
etwa. 8o und mehr kg/mm2 Festigkeit unzureichend, und es ist erwünscht, zähe Schweißverbindungen
herstellen zu können, bei denen das Schweißgut eine entsprechend höhere Festigkeit
,aufweist, als dies mit den vorgenannten Werkstoffen bisher erreicht werden konnte.
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Bei dünnwandigen Werkstoffen tritt in der Schweißverbindung durch
die Beanspruchung eine Festigkeitssteigeiung durch Kaltverfestigung ein. Bei starkwandigen
Konstruktionsteilen konnte eine solche Festigkeitssteigerung aber nur in ganz geringem
Maße festgestellt werden.
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Für die Sahweißung insbesondere starkwandiger Werkstoffe höherer Festigkeit
ist also eine Schweißelektrode erforderlich, die von, vornherein eine entsprechend
höhere Festigkeit bei guten Zähigkeitseigenschaften erreichen läßt. Mit niedriglegierten
Schweißwerkstoffen ist die Festigkeitssteigerung ohne weiteres erzielbar, jedoch
sind die Dehnungseigenschaften-des Schweißgutes vollkommen ungenügend, so daß es
in den meisten Fällen aus diesem Grunde den Beanspruchungen nicht standhält; anderseits
können hohe Dehnungswerte
nur erreicht werden, wenn man Schweißdrähte
verwendet, die schon durch die Art ihrer Zusammensetzung hohe Dehnung ergeben.
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Es wurde nun gefunden, daß auch bei hochlegierten Lichtbogenschweißelektroden,
die austenitisches Gefüge im Schweißgut ergeben, hohe Festigkeiten erreicht werden
können, wenn das Schweißgut Stickstoff enthält. Erfindungsgemäß wird diese Stickstoffaufnahme
dadurch erreicht, daß solche Schweißelektron den mit einer nur dünnen Umhüllung
versehen werden.
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Die allgemeine Anschauung der Fachwelt geht dahin, daß das Schweißgut
durch die Stickstoffaufnahme geschädigt wird. Entgegen dieser Anschauung erfolgt
jedoch bei austenitischem Schweißgut ein, Anstieg der Festigkeit, wobei gleichzeitig
der Abfall der Dehnung und Einschnürung so gering ist, daß er praktisch gar nicht
ins Gewicht fällt.
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Es ist an sich bekannt, Schweißelektroden mit einer dünnen Ummantelung
zu versehen; dies geschah jedoch nicht mit dem Ziele, durch die dünne Ummantelung
die Stickstoffaufnahme, die bei unlegierten oder nnedriglegierten Stählen richtig
als schädlich erkannt wurde, zu fördern und damit eine Festigkeitserhöhung zu bewirken.
Diese vorteilhafte Wirkung tritt lediglich bei austenitischem Schweißgut ein, und
es ist unter bestimmten Voraussetzungen sogar möglich, auch ohne Umhüllung durch
die Stickstoffaufnahme höhere Festigkeit zu erreichen. -Die bisher im Handel befindlichen
Elektroden, die durch ihre Legierung im Schweißgut ein austenitisches Gefüge ergeben,
sind stark umhüllt. Derartige Elektroden weisen durch die Umhüllung bei einem Kerndraht
von 4 mm eine Stärke von etwa 5 mm und darüber auf.
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Es ergibt z. B. ein 4-mm-Draht in der Zusammensetzung von etwa o,
i o% Kohlenstoff, 70/, Mangan, 8111, Nickel, 18'/, Chrom und
10/, Molybdän,
auf eine Stärke von 5,3 mm umhüllt (Volumen der Mantelmasse--r-760.10 des Drahtvolumens),
im reinen Schweißgu:
| 39,51tg/mm2 Streckgrenze, |
| 63,7 - Festigkeit, |
| 40,00/0 Dehnung, |
| 39,2 % Kontraktion; |
der gleiche Draht, jedoch nur auf eine Stärke gg von 4,5 mm (Volumen der Mantelmasse
-28 % des Drahtvolumens) ummantelt, ergibt:
| 48,4lzg/mm° Streckgrenze, |
| 73,2 - Festigkeit, |
| 40,0 % Dehnung, |
| 42,2 % Kontraktion; |
verschwächt man den umhüllten Stab weiter auf eine Stärke von 4,3 mm (Volumen der
Mantelmasse #16 % des Drahtvolumens), so erzielt man folgende Werte:
| 54,1 kg/mm2 Streckgrenze, |
| 80,1 - Festigkeit, |
| 33,8% Dehnung, |
| 34,3 % Kontraktion. |
Auch bei anderen Drahtzusammensetzungen ließ sich durch Verschwächung der üblichen
Umhüllungsstärken eine ähnliche Festigkeitssteigerung erreichen.
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Eine dünn ummantelte Elektrode ergab bei Verschweißen eines chromlegierten
Grundwerkstoffes mit einer Festigkeit von 1@g;'mm= 88,511g/mm2 eine Festigkeit von
80,3
in der Schweiße. Dieser günstige Wert ist auch ein eindeutiger Beweis
für die gute Verbindung des Schweißgutes mit dem Grundwerkstoff.
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Für die Ummantelungsmasse haben sich folgende Zusammensetzungen gut
bewährt:
| 2o bis 6o % Ca C 03 |
| 2o - 6o1/0 Ca F2 |
| 4 - 15 % Fe Mn |
| 4 - 20% S102 |
| i - 6010 NaOH |
| 15 - 5o0/" Ca C 03 |
| 1o - 5o0/0 Si30,AIK |
| 5 - 15 % Fe Mn |
| o - 200/, CaF2 |
| o - 2001, Na. Si O3 |
| i - 10% Na.. C 03. |
An Metallen für die Ummantelungen in Form von Ferrolegierungen, und zwar Fe -Mo,
Fe Si, Fe Ti, Fe V, Fe Nb, Fe Ta können bis zu 8o 0/0 vorhanden sein. Zweckmäßig
wird die Stärke der Ummantelung so bemessen, daß ihr Volumen bis etwa 5o o% des
Drahtvolumens beträgt.
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Diese mit Rücksicht auf die Festigkeitssteigerung zielbewußt angewandte
dünne Umhüllung hat weiter gegenüber den gebräuchlichen Umhüllungsstärken den Vorteil,
daß die sich beim Schweißvorgang ergebende Schlackenmenge wesentlich geringer ist
und daß auch die Senkrecht- und Überkopfschweißeigenschaften besser sind wie bei
den stark umhüllten Elektroden.
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Es ist zwar bekannt, für unlegierte oder niedriglegierte Elektroden
dünne Umhüllungen zu verwenden oder Drähte zu tauchen; nicht bekannt ist es aber,
für hochlegierte austenitische Elektroden dünne Umhüllungen heranzuziehen mit der
Absicht, eine wesentliche Steigerung der Festigkeit im austenitischen Schweißgut
zu erreichen.
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Man ist durch diese Maßnahme in der Lage, mit geringeren Kosten, die
die dünnere Umhüllung
mit sich bringt; Schweißverbindungen herzustellen,
die bei ausgezeichneten Zähigkeitseigenschaften eine hohe Festigkeit sicherstellen.
Es eröffnet sich dadurch ein Weg, hochfeste Werkstoffe zu verschweißen und dabei
nicht nur eine genügende Festigkeit der Schweißverbindung zu erzielen, sondern auch
Dehnungs- und kerbzähigkeitswerte, die jenen des Grundwerkstoffes in der Regel überlegen
sind.
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Man kann darüber hinaus, wenn auch nicht mit gleichem Erfolg, auch
noch der Umhüllung stickstoffabgebende Zusätze, wie z. B. Na N 03, Ca C N2, N H4
C 03 usw. beifügen oder bzw. und auch den Schweißdraht selbst mit mehr als o,o8
°/o Stickstoff legieren, um eine Steigerung der Festigkeit und Streckgrenze herbeizuführen.
Letztere Wege sind zwar teurer, können aber doch in bestimmten Fällen Anwendung
finden.