DE829030C

DE829030C - Elektroden zur Lichtbogenschweissung

Info

Publication number: DE829030C
Application number: DEP50384A
Authority: DE
Inventors: Theodore Ephraim Kihlgren
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Current assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1946-03-15
Filing date: 1949-07-29
Publication date: 1952-01-21

Description

Elektroden zur Lichtbogenschweißung Wenn mit einem Flußmittel umhüllte Elektroden zum Schweißen von Gußeisen oder zum Auftragen von Schweißgut auf Gußeisen, insbesondere Grauguß, verwendet werden, neigt die Auftragsschweiße in der Wärme zur Rißbildung und ist nach dem Erkalten schwierig mechanisch zu bearbeiten. Darüber hinaus rufen viele zur Gußeisenschweißung bestimmte legierte Elektroden stark wechselnde Lichtbogen hervor, während andere ein zähflüssiges Schweißgut ergeben, das sich nicht leicht mit den Seiten der zu verschweißenden Teile verbindet. Weitere Elektroden bilden Schlacken, die das Schweißgut nicht gut bedecken oder die nicht leicht entfernt werden können.
Es sind bereits Elektroden mit einem Nickeldrahtkern und einem Flußmittelmantel bekannt, welcher Mantel gewichtsmäßig 5o bis 9o (vorzugsweise 6o bis 8o) Teile Fluorcalcium, 50 bis 1o (vorzugsweise 4o bis 2o) Teile Fluornatrium, io bis 30 (vorzugsweise 2o bis 25) Teile Titan, o bis 20 (vorzugsweise 2 bis 8) Teile Kohlenstoff und 6 bis i i 0/0 Stärkegummi (Dextrin) enthielt. Diese Elektroden können für viele Zwecke, insbesondere zum Schweißen von Nickelblechen, verwendet werden. Hierfür ist die Dehnbarkeit des Schweißguts wichtig. Wenn der Kohlenstoffgehalt mehr als 6% beträgt, sinkt die Dehnbarkeit der Schweiße ab, so daß für eine hohe Dehnbarkeit einer Schweiße der Kohlenstoffgehalt nicht höher als rund 5 % sein sollte.
Die Elektroden gemäß vorliegender Erfindung sind zur Verwendung beim Schweißen von Gußeisen vorgesehen und sind durch einen Kohlenstoffgehalt gekennzeichnet, der für das aufgetragene Schweißmetall einen Graphitgehalt von 0,9o bis 1,30°/o ergibt. Der Kohlenstoffgehalt des Flußmittelmantels, der zur Erzeugung des angegebenen graphitischen Kohlenstoffs im Schweißgut erforderlich ist, richtet #sich nach den übrigen Bestandteilen des Mantels und ist gemäß diesen Bestandteilen veränderlich. Der im Schweißgut befindliche graphi= tische Kohlenstoff bewirkt eine Verminderung der Schrumpfspannung und eine Verringerung der Neigung zur Rißbildung. Eine weitere Begleiterscheinung ist eine Auflockerung des Nickelgrundmetalls, was eine sehr verbesserte mechanische Bearbeitbarkeit der geschweißten Stelle ergibt. Das Schweißgefüge ist im wesentlichen ein austenitisches Nickelgefüge mit graphitischem Kohlenstoff. Der Kern ist ein Nickeldraht. In der Praxis ist es nicht möglich, einen absolut reinen Nickeldrahtkern herzustellen, jedoch enthalten die Kerne der erfindungsgemäß hergestellten Elektroden zumindest 98,5% Nickel, während die restlichen Anteile aus Desoxydierinittel und Unreinigkeiten wie Kohlenstoff, Mangan, Eisen, Silicium, Kupfer, Titan und Magnesium bestehen. Der Nickelgehalt ist gewöhnlich nicht höher als 99,5 0/0.
Es muß dafür gesorgt werden, daß nicht nur die angegebene Menge Graphit im Schweißgut vorhanden ist, sondern auch die Bestandteile des Flußmittelmantels gegenüber dem Kern abgestimmt sind, damit die Elektrode gute Lichtbogeneigenschaften und zweckentsprechende Schlackenbildung zeigt sowie gute Auftragsschweißformen erzeugt, unabhängig davon, ob Wechselstrom- oder Gleichstromschweißmaschinen verwendet werden. Diese erwünschten Eigenschaften werden mittels vorliegender Erfindung erzielt, bei der der Mantel nicht nur Kohlenstoff, sondern auch schlackenbildende Stoffe, Titan in Form einer Legierung und ein Bindemittel enthält. Das Verhältnis der Bestandteile zueinander (in Gewichtsanteilen) beträgt 45 bis 85 Teile schlackenbildender Stoffe, 1o bis 3o Teile Kohlenstoff und 0,25 bis 2,5 Teile Titan. Der Titangehalt ist also bedeutend geringer als bei den bekannten Ilektrodenmänteln. Der Grund ist der, daß große Mengen Titan sich mit so viel Kohlenstoff verbinden, als zur Titankarbidbildung erforderlich ist, und so den Graphitgehalt im Schweißgut unter die erwünschte Graphitmenge verringern. Der Flußmittelmantel wird vorzugsweise um den Kern herumgepreßt und muß zu diesem Zweck von angemessener Festigkeit sein. Das Bindemittel enthält vorzugsweise einen Klebstoff, wie z. B. Bentonit, welches mit . den anderen trockenen Bestandteilen vermischt wird.
Dem Flußmittelmantel kann vorteilhafterweise Eisenpulver bis zu einer Menge von 3o Gewichtsteilen beigegeben werden, da dies nutzbringende Wirkungen auf die Brenneigenschaften der Elektrode hat. Um eine. Gegenwirkung zwischen dem Dextrinbindemittel und dem Eisenpulver zu verhindern, kann ein alkalisches Salz mit dem Bindemittel und Wasser zugegeben werden, wobei als ein solches alkalisches Salz, vorzugsweise Natriumsilicat, genommen wird. Ein weiteres geeignetes Salz ist kohlensaures Natron. Wenn dem Mantel kein Eisenpulver beigegeben wird, entfällt natürlich auch die Beigabe derartiger Salze.
Als schlackenbildende Mittel werden vorzugsweise kohlensaure und Fluorverbindungen von Calcium und anderen alkalischen Erdmetallen genommen.

Die vorzugsweise anzuwendenden Zusammensetzungen und ein Beispiel der -Mischung von trockenen Bestandteilen des Flußmittelmantels seien im folgenden gegeben:

Trockene Bestandteile Vorzugsweise Beispiel

zu nehmen

Calciumcarbonat (Kreide) 25 bis 5o Teile 32 Teile

Fluorcalcium . . . . . . . . . . . . 20 - 35 - 29 -

Eisenpulver............. 0 - 30 - 15 -

Kohlenstoff .. ... ... . . . .. 1o - 30 - 15 -

Ferro-25 Titan........... i - io - 5 -

Bindemittel Bentonit ... 3 - 6 - 4 -

Der vorzugsweise zu verwendende flüssige Teil des Bindemittels wird durch 15 Minuten dauerndes Rühren von 5 Teilen Dextrin mit 12 Teilen Wasser bei 1o6° C und darauffolgendem Zugeben von 4 Teilen Natriumsilicat, kurz vor dem Beifügen der sich ergebenden :Mischung zu den trockenen Bestandteilen, hergestellt. Die Mengen von Dextrin und Wasser können von o,5 bis 6 Teile Dextrin und von io bis 15 Teile Wasser wechseln.

Der verwendete Kohlenstoff kann fester Kohlenstoff in Körnungen von o,12 mm Durchmesser sein, jedoch sollen vorzugsweise rund 5% des gesamten zugefügten Kohlenstoffs in Form von natürlichem Graphit beigegeben werden, welches die Preßbarkeit der Flußmittelmasse verbessert. Wenn das Ferrotitan in anderer Form als der Ferro-25-Titanlegierung, beispielsweise als Ferro-4o-Titan zugefügt wird, dann wird die beizufügende Menge im Verhältnis vermindert, um die Titanbeigabe innerhalb des angegebenen Bereichs zu halten.
Die Dicke des Flußmittelmantels hängt im großen und ganzen vom Durchmesser des Kerns ab. So sind beispielsweise folgende Verhältnisse des Kerndurchmessers zur Dicke des Flußmittelmantels annehmbar

Kern- Dicke des AußEn-

durchmesser Flußmittel- . durchmesser

mantels der Elektrode

3,i8 mm 0,7 mm 4,58 mm

396 mm o,685 mm 5,33 mm

4.754 mm o,673 mm 6,1o mm

Die Dicke des Flußmittelmantels kann jedoch erlieblich wechseln. So kann z. B. ein Kern von 3,96 mm Durchmesser mit einem Mantel von 0,94 mm umhüllt sein, was einen Außendurchmesser der Elektrode von 5,84 mm ergibt.
Der durch das Vorhandensein von graphitischem Kohlenstoff im Schweißgut sich ergebende Vorteil wird durch drei unter gleichen Bedingungen durchgeführte Versuchsreihen mit drei Arten von Elektroden erwiesen: A. eine Elektrodegemäßvorliegender Erfindung, B. und C. zwei im Handel erhältliche Elektroden, die zum Schweißen von Gußeisen empfohlen werden.

In der ersten Versuchsreihe wurden Auftragsschweißungen ausgeführt, die ganz aus Schweißgut bestanden, wobei die Analysen folgende Nickel-, Kupfer- und Kohlenstoffgehalte zeigten:

Element I A I B ( C

Nickel ............... 91,7 % 95,1 % 68,64 0/0

Kupfer ............. 0,05% 0,24% 28,97 0/0

Gesamtkohlenstoff..... t,38% 0,53% 0,i7 0/0

Graphitischer

Kohlenstoff......... i,13% 0,33% 0,008%

In der zweiten Versuchsreihe wurde das Schweißgut in halbrunde Nuten von 12,7 mm Tiefe in eine auf 350° C vorerwärmte Gußeisenplatte eingeschweißt. Die mit der Elektrode A hergestellte Schweiße zeigte während des Schweißens in den Nuten keine Risse, während die mit den Elektroden B und C erzeugten Schweißen erhebliche Risse aufwiesen. Jede der Schweißen wurde durchschnitten, wobei das mit der Elektrode A hergestellte Schweißgut keine Risse und die mit den Elektroden B und C erzeugten Schweißen erhebliche Risse zeigten.

In der dritten Versuchsreihe wurden V-Nahtschweißen mit nicht vorgewärmten Gußeisenplatten gemacht. Es wurden erhebliche Risse in den mit den Elektroden B und C hergestellten Schweißnähten sowohl während des Schweißens als auch im durchschnittenen Schweißgut festgestellt, wogegen die mit der Elektrode A erzeugten Schweißen ohne Risse sowohl während des Schweißens als auch im durchschnittenen Schweißgut waren.
Aus diesen Versuchen kann geschlossen werden, daß gemäß vorliegender Erfindung hergestellte Elektroden bei Gußeisen gute Schweißen mit oder ohne Vorwärmung ergeben, da sie keine Risse in den durch die Schweißhitze betroffenen Randzonen verursachen.

Claims

P A T E N T A N S P R (I C I (E i. Elektrode zur Lichtbogenschweißung,dadurchgekennzeichnet, daß sie einen Kern mit mindestens 98,5% Nickel und einen Flußmittelüberzug aus gewichtsmäßig 45 bis 85 Teilen schlackenbildender Stoffe, 1o bis 3o Teilen Kohlenstoff, 0,25 bis 2,5 Teilen Titan in Legierung, o bis 3o Teilen Eisenpulver und einem Bindemittel aufweist, wobei der Kohlenstoffgehalt des Flußmittelüberzugs so bemessen ist, daß das aufgetragene Schweißmetall 0,9o bis 1,30% graphitischen Kohlenstoff enthält.
2. Elektrode gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Kohlenstoffs in der Form von Naturgraphit vorhanden ist.
3. Elektrode gemäß Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Titan als Ferrotitan vorhanden ist.
Elektrode gemäß jedem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schlackenbildenden Stoffe aus 2o bis So Teilen Calciumcarbonat und 25 bis 35 Teilen Calciumfluorid bestehen.
5. Elektrode gemäß jedem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schlackenbildenden Stoffe aus 25 bis So Teilen Calciumcarbonat und 2o bis 35 Teilen Calciumfluorid bestehen.
6. Elektrode gemäß jedem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel 3 bis 6 Teile Bentonit enthält.
7. Elektrode gemäß jedem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Dextrin und Wasser enthält. B. Elektrode gemäß jedem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußmittelüberzug Eisenpulver und das Bindemittel Natriumsilicat enthält.