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Umhüllte Elektrode zum Lichtbogenschweißen von Gußeisen Die Erfindung
betrifft eine umhüllte Elektrode mit einer silizium- und graphithaltigen Umhüllung
zum Lichtbogenschweißen von Gußeisen.
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Beim Schweißen von Gußeisen treten bekanntlich Schwierigkeiten auf.
Diese beruhen im wesentlichen auf der verhältnismäßig großen Abkühlungsgeschwindigkeit
beim Schweißen, wodurch das aufgetragene Eisen eine ungenügende Graphitisierung
erfährt, so daß sich weißes Roheisen bildet, welches eine erhöhte Härte hat. Die
so hergestellten Schweißverbindungen sind außerordentlich hart, so daß die Gefahr
besteht, daß Risse und andere Fehler auftreten und die geschweißten Gegenstände
schlecht bearbeitbar sind.
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Es ist festgestellt worden, daß zur Vermeidung der erwähnten Schwierigkeiten
der Schweißauftrag ausreichende: Mengen an Kohlenstoff und Silizium erhalten muß,
damit der in der Schweißverbindung enthaltene Kohlenstoff trotz der verhältnismäßig
hohen Abkühlungsgeschwindigkeit ausreichend graphitisiert wird, so daß das Gefüge
genügend dehnbar bleibt. Die dafür erforderlichen Versuche wurden mit Elektroden
aus Flußstahlkerndrähten mit einem Überzug aus einer Schweißmittelschicht, bestehend
aus einem veränderlichen Gemisch von Graphit und Karborund (SIC) als Mittel für
die Zufuhr des erforderlichen Kohlenstoffs und Siliziums, durchgeführt. Mit diesen
Versuchen sind die Beziehungen zwischen dem Mischungsverhältnis von Graphit und
Karborund, welches den Restgehalt an Kohlenstoff und Silizium im aufgetragenen Eisen
beeinflußt, dem Graphitisierungsgrad und der erzielbaren Härte untersucht worden.
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Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung die Ergebnisse dieser
Versuche, und zwar insbesondere die erhaltenen Beziehungen zwischen dem Mischungsverhältnis
von Graphit und Karborund in der Schweißmittelüberzugsschicht auf den Flußstahlkerndrähten
einerseits und dem Kohlenstoff- und Siliziumgehalt des Auftrags und dessen Härte
andererseits.
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Wie die Zeichnung zeigt, haben die eingehenden Versuche ergeben, daß
bei einem Mischungsverhältnis von 55 bis 75'% Karborund, Rest Graphit, der im Schweißauftrag
enthaltene Kohlenstoff vollkommen graphitisiert worden ist, das Gefüge Ferrit enthalten
und die Vickers-Härte des Gefüges 180 bis 220 kg/mm@ betragen hat, welches der normale
Härtebereich von gewöhnlichem Eisenguß ist. Der Siliziumgehalt des aufgetragenen
Eisens hat dabei 7 bis 11'% und der Kohlenstoffgehalt etwa 4% betragen.
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Um beim Schweißen eine Verminderung des Kohlenstoff- und Siliziumgehaltes
zu vermeiden, ist bereits eine Schweißelektrode für Gußeisen bekannt, die aus einem
Kern aus Eisendraht mit einem Kohlenstoffgehalt bis zur 1,6 0/ o und einer Hülle
aus 10 bis 75-1/o, elementarem Kohlenstoff, 10 bis 50% Silizium und insgesamt 10
bis 50% schlackenbildendem Material und Bindemittel besteht, wobei durch den hohen
Siliziumgehalt der Umhüllung und weitere Zusätze an Kupfer, Nickel oder Kobald zur
Umhüllung die Ausfällung von Graphit in der Schweiße beschleunigt und die Bildung
von Karbiden vermieden wird. Die Verwendung von siliziumhaltigen Hüllen ist insofern
nachteilig, als während des Schweißvorganges ein hoher Siliziumverlust durch Oxydation
und dadurch auftritt, daß das Hüllenmaterial durch den Lichtbogen weggeblasen wird.
Auch ist es schwierig, mit einer solchen Elektrode eine gleichmäßige Verteilung
des Silliziumgehaltes in der Schweißstelle zu erhalten. Ferner bedarf es bei der
bekannten Elektrode eines Zusatzes an Kupfer, Nickel oder Kobalt in elementarer
Form zur Umhüllung, um die Graphitausfällung bedeutend zu beschleunigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißelektrode der
eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Elektroden
nicht aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht der
Elektrode 5 bis 12'% Silizium enthält, das dem blanken Flußstahlkerndraht
durch
ein Silizierungsverfahren, insbesondere Einsatzsilizierungsverfahren, einverleibt
worden ist, und daß die Gehalte der Umhüllung an Graphit derart hoch und an Silizium
derart niedrig bemessen sind, daß das niedergelegte, graphitisierte Schweißgut einen
Siliziumgehalt von 7 bis 11 "/c., insbesondere 7 bis 8%, und einen Kohlenstoffgehalt
von etwa 4% aufweist. Mit einer solchen Elektrode ist es möglich, der Schweißstelle
in wirtschaftlicher Weise eine ausreichende Sliziummenge so zuzuführen, daß die
Schweißstelle einen gleichmäßigen Siliziumgehalt aufweist. Die Siliziumverluste,
die bei Verwendung von Schweißdrähten mit siliziumhaltigem Mantel auftreten, werden
auf diese Weise vermieden, und es kann der Schweißsteile eine ausreichende Menge
Silizium zur vollständigen Graphitisierung des in dem aufgetragenen Eisen enthaltenen
Kohlenstoffes unabhängig von der Abkühlungsgeschwindigkeit zugeführt werden.
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Es ist bekannt, daß es praktisch unmöglich ist, Eisen mit einem hohen
Siliziumgehalt von beispielsweise 5'% oder mehr durch Schmieden, Walzen oder Ziehen
zu bearbeiten, da ein solches Eisen eine sehr geringe Dehnbarkeit aufweist; so daß
die Herstellung von Schweißelektroden dieser Art bei Anwendung solcher Metallverarbeitungsverfahren
praktisch nicht durchführbar ist. Erfindungsgemäß wird daher den blanken Eisendrähten
oder -Stäben ein hoher Siliziumgehalt insbesondere durch ein Einsatzsilizierungsverfahren
einverleibt, wodurch die vorerwähnten Schwierigkeiten völlig vermieden werden können,
was einen beträchtlichen Fortschritt in der Schweißtechnik bedeutet.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Beispiel Genormte Kerndrähte mit einem Durchmesser
von 3;2 mm und einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,1"/c, einem Siliziumgehalt
von weniger als 0,03%, einem Mangangehalt von 0,35 bis 0,650/0, einem Phosporgehalt
von weniger als 0,02"/0, einem Schwefelgehalt von weniger als 0,02"/o und einem
Kupfergehalt von weniger als 0,2% werden in einer Masse pulverisierten Aluminiumoxyds
eingebettet und auf 1000 bis 1100° C erhitzt und 6 Stunden lang in der Atmosphäre
eines solchen Gases bei dieser Temperatur geglüht, daß durch das Glühen ein pulverisiertes
Gemisch aus Ferrosilizium und Ammoniumchlorid erhalten wird. Durch dieses Einsatzsilizierungsverfahren
wird den Kerndrähten ein durchschnittlicher Siliziumgehalt von 9 "/o einverleibt.
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Sodann werden zusammengesetzte Schweißmittel von der in den Spalten
A und B der nachfolgenden Tabelle angeführten Art als Überzug auf die durch das
Einsatzsilizierungsverfahren behandelten Drähte und die urilegierten oder unbehandelten
Kerne mit einer Schicht von einer Dicke von etwa 1,2 mm aufgebracht und getrocknet.
Mit diesen beiden Arten von Elektroden wird ein Schweißvorgang an einem kalten Gußeisenerzeugnis
in Form einzelner Schweißraupen mit einem Strom von
150 Ampere und einer
Schweißgeschwindigkeit von etwa 200 mm in der Minute durchgeführt, um den Fall der
relativ höheren Abkühlungsgeschwindigkeit zu untersuchen. Die Ergebnisse der chemischen
Analyse des auf diese Weise aufgetragenen Eisens werden ebenfalls in die gleiche
Tabelle eingetragen. Wie ersichtlich, ist der Siliziumgehalt in den beiden Fällen
im - wesentlichen der gleiche, und dieVickers-Härte des erfindungsgemäßen Auftrages
beträgt etwa 180 kg/mm2, woraus sich die Wirkung der vollen Graphitisierung des
in den Schweißstellen enthaltenen Kohlenstoffs ergibt. Wie aus der Tabelle hervorgeht,
beträgt die Menge an Karborund bei der erfindungsgemäßen Elektrode A nichtsdestoweniger
nur etwa ein Fünfundzwanzigstel derjenigen der vergleichsweise angegebenen bekannten
Elektrode B.
| Versuchsbezeichnung |
| A 1 B |
| Kernelektroden |
| r unlegierter |
| einsatz- oder un- |
| silizierter behandelter |
| Kerndraht Fußstahl- |
| kerndraht |
| Schweißmittel (%) |
| Graphit .............. 70 21 |
| Karborund ........... 2 49 |
| Bariumearbonat ...... 1 1 |
| Asbest .............. 9 9 |
| Natriumsilikat ........ 18 20 |
| Chemische Zusammenset- |
| zung des aufgetragenen |
| Schweißgutes (%) |
| Kohlenstoff .......... 3,56 5,47 |
| Silicium ............. 9,4 9,25 |
| Vickershärte (kg/mm2) .. 180 175 |
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt,
sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.