DE1207770B

DE1207770B - Schweisselektrode aus blankem Stahldraht fuer die Schutzgas-Lichtbogenschweissung unter Kohlendioxyd

Info

Publication number: DE1207770B
Application number: DEW27159A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Hummitzsch; Franz Mersmann
Original assignee: WESTFAELISCHE UNION AG
Current assignee: WESTFAELISCHE UNION AG
Priority date: 1960-02-01
Filing date: 1960-02-01
Publication date: 1965-12-23
Also published as: BE599635A; DK110135C; FR1280225A; GB970866A; CH396586A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 23 k

Deutsche Kl.: 49 h-36/01

Nummer: 1207 770

Aktenzeichen: W 27159 VI a/49 h

Anmeldetag: 1. Februar 1960

Auslegetag: 23. Dezember 1965

Bekannt sind Stahldrähte zum Schweißen unter einem Schutz von Kohlendioxyd, von Gemischen aus Kohlendioxyd mit Argon- oder Heliumgas bzw. Gemischen aus Kohlendioxyd, Argon und zweiatomigen Gasen, wie Sauerstoff oder Wasserstoff. Die Stahldrähte haben einen Gehalt von 0,5 bis 2% Silizium und 0,5 bis 3% Mangan. Diese Drähte lassen sich aber nur am Pluspol des Gleichstromes abschweißen, während eine Verschweißung am Minuspol des Gleichstromes oder am Wechselstrom nicht möglich ist. Am Pluspol des Gleichstromes erfolgt der Tropfenübergang kurzschlußförmig. Diese kurzschlußförmige Tropfenübergang hat starke Verluste durch Verspritzen des flüssigen Schweißgutes zur Folge. Dieses Verspritzen verursacht Nachbearbeitungskosten. Erstrebenswert ist ein Tropfenübergang im Lichtbogen, der diese Nachteile nicht hat.

Auch Zusätze von Mitteln, die die Tropfengröße nach der allgemeinen Erkenntnis vermindern, wie Oxyde an der Oberfläche des Drahtes oder Zusätze von Sauerstoff zum Gas, hatten keinen Erfolg. Es sind auch Schweißzusatzdrähte für die Schutzgas-Lichtbogenschweißung in einem Gemisch von Kohlendioxyd und Sauerstoff bekannt, die neben 0,7 bis 5 % Mn und 0,25 bis 5 % Si auch 0,00 bis 5% Ti enthalten, wobei ein Desoxydationsmittel aus der Gruppe Aluminium, Kalzium, Magnesium und Zirkonium anwesend sein soll. Hiermit sollen in erster Linie Poren im Schweißgut vermieden werden.

Schweißdrähte, auf deren Oberfläche zur Ionisierung der Bogenstrecke sogenannte Steuermetalle, wie Lanthan, Rubidium, Cer- oder Caesium, in geringen Mengen, z. B. 0,005% Rubidium, aufgetragen waren, konnten unter Argon oder einem anderen Edelgas am Minuspol des Gleichstromes oder am Wechselstrom verschweißt werden. Höchste Abschmelzleistungen wurden am Minuspol bei besonders niedrigen Mengen an Steuermetall, z. B. bei weniger als 0,005% Rubidium und mäßigen Siliziumgehalten von etwa 0,3 bis 0,6 % erzielt. Ein einwandfreies Verschweißen derartiger Drähte in einer Kohlendioxydatmosphäre ist aber nicht möglich, insbesondere auch nicht am Minuspol.

Die Erfindung betrifft einen blanken Schweißdraht, der sich in einer Schutzgasatmosphäre von Kohlendioxyd, von Gemischen aus Kohlendioxyd mit Argonoder Heliumgas oder Gemischen aus Kohlendioxyd, Argon und zweiatomigen Gasen, wie Sauerstoff und Wasserstoff, in hervorragender Weise am Minuspol oder am Wechselstrom verschweißen läßt.

Die Schweißelektrode gemäß der Erfindung besteht aus blankem Stahldraht, der übliche Mengen an Kohlen-Schweißelektrode aus blankem Stahldraht für die Schutzgas-Lichtbogenschweißung unter
Kohlendioxyd

Anmelder:

Westfälische Union Aktiengesellschaft
für Eisen- und Drahtindustrie,
Hamm (Westf.), Wilhelmstr. 2

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Werner Hummitzsch,
Franz Mersmann, Hamm (Westf.)

stoff, höchstens 0,03% Phosphor, höchstens 0,03% Schwefel, 0,03 bis 0,25% Cer, 0,7 bis 2% Silizium, 0,8 bis 4% Mangan und als Rest Eisen enthält. Ein Teil des Eisens kann jedoch durch Titan, Vanadium, Zirkonium, Aluminium oder Antimon jeweils in Mengen von 0,01 bis 0,4 % einzeln oder in Gemischen ersetzt sein. Bei Anwesenheit von mehreren dieser Zusatzelemente soll die Gesamtmenge 0,4% nicht überschreiten. Die Zusätze müssen so gewählt sein, daß durch ihre Gegenwart die Voraussetzung einer Verschweißung am Minuspol des Gleichstromes nicht nachteilig beeinflußt wird. Bevorzugt werden für den Kohlenstoffgehalt 0,08 bis 0,13 %, für den Cergehalt 0,08 bis 0,15% und für den Siliziumgehalt 0,85 bis 1,3%. Die Drähte können auch noch Chrom oder Molybdän oder beides enthalten, und zwar bis 2,5% Chrom und bis 1 % Molybdän. Unter üblichen Kohlenstoffgehalten sind solche gemeint, wie sie im Stahl-Eisen-Werkstoff blatt 880-59 für einfach legierte Stähle, bzw. bei Melier, »Elektrische Lichtbogenschweißung«, 1932, S. 137 bis 141, Zahlentafeln 8 bis 11, und Zeyen — Lohmann, »Schweißen der Eisenwerkstoffe«, 1943, S. 70, Zahlentafel 4, angegeben sind.

Der Zusatz von Cer zum Stahldraht erfolgt nicht aus Gründen der Desoxydation. Stähle mit mehr als 0,7% Si und mehr als 0,8% Mn sind nämlich so gut desoxydiert, daß sie eines weiteren Zusatzes eines noch stärkeren Desoxydationsmittels nicht bedürfen. Der Cer-Gehalt des Stahldrahtes dient vielmehr als Ionisator der Lichtbogensäule. Durch die Anwesenheit von Cer-Ionen im Lichtbogen ist eine Verschweißung

5u des Drahtes am Minuspol des Gleichstromes oder am Wechselstrom möglich. Bei Abwesenheit von Cer kann dieser Draht nicht am Wechselstrom oder am Minus-

509 759/313

pol des Gleichstromes verschweißt werden. Ein Cerlegierter Draht hat außerdem die Eigenschaft, daß er nicht am Pluspol des Gleichstromes verschweißbar ist. Die charakteristische Eigenschaft dieser Schweißdrähte besteht in der besonders guten Verschweißbarkeit am Minuspol des Gleichstromes. Sie sind den Drähten, die am Pluspol verschweißt werden, weit überlegen. Dies drückt sich in dem sehr feinen Tropfenübergang aus und in den sehr geringen Spritzverlusten.

Durch den feinen Tropfenübergang entstehen schönere und gleichmäßigere Nahtformen als bei der Pluspolschweißung der bisher bekannten Drähte. Außerdem kann der Schweißer den Vorgang des Schweißens leichter handhaben, da ein regelmäßiger Fluß des Tropfens im Lichtbogen erfolgt und dadurch der Bogen stabiler brennt.

Unter anderem wurden folgende Drähte auf ihre Verschweißbarkeit geprüft:

Bezeichnung	C	Si	Mn	P	S	Ce	°/o	Minuspol	Pluspol
	%	⁰Zo	°/o	°/o	°/o	°/o		Ampere	Ampere
43 212	0,08	0,23	1,08	0,032	0,010	0,08		320	330
43 314	0,09	0,83	1,25	0,015	0,017	0,08	0,05 Ti	300	300
43 216	0,10	1,01	1,18	0,019	0,022	0,09	0,03 Zr	310	300
42 418	0,12	0,75	1,34	0,011	0,011	0,14	0,09 Al	335	310
1849	0,08	0,95	1,27	0,022	0,023	0,10	0,02Al	305	305
							+0,03 Sb
43 211	0,08	0,93	1,34	0,029	0,027	0,08	—	300	300
2 248	0,11	0,93	1,26	0,010	0,019	0,13	—	330	310
1816	0,13	1,02	1,32	0,015	0,021	—	—	210	290

Die obige Tabelle enthält in den letzten beiden Spalten die Stromstärken in Ampere, die bei 1,6 mm Drahtdurchmesser eine stündliche Abschmelzleistung von 5,15 kg ergeben. Aus dieser Aufstellung ersieht man, daß sogar am Minuspol mitunter höhere Stromstärken erforderlich sind, um die gleiche Abschmelzleistung zu erhalten. Daraus geht hervor, daß eine Leistungssteigerung des Abschmelzens auf diese Art und Weise nicht immer erzielbar ist.

Die teilweise etwas verminderte Abschmelzleistung wird aber durch die verminderten Nacharbeiten, welche durch Spritzverluste entstehen, aufgehoben. Außerdem ist ein Reinigen der Gasdüse kaum noch erforderlich. Einen wesentlichen Vorteil in der Gesamtleistung bewirkt die leichtere Handhabung des Schweißbrenners, wodurch der Schweißer weniger ermüdet und somit insgesamt eine höhere Leistung erzielt wird. Als letzte Zusammensetzung unter der Bezeichnung 1816 ist ein bisher üblicher Draht aufgeführt, der am Minuspol eine bedeutend niedrigere Strommenge erfordert als am Pluspol. Jedoch ist die Verschweißbarkeit so schlecht, daß er praktisch nicht für diesen Verwendungszweck gebraucht werden kann.
Mit einem Draht folgender Zusammensetzung:

0,11 % C, 0,93 % Si, 1,26 % Mn, 0,010 % P, 0,019 % S, 0,13 % Ce und 0,02% Al, wurden folgende Gütewerte im reinen Schweißgut bei der Schweißung am Minuspol erreicht:

Glühzustand	Streckgrenze kg/mm²	Festigkeit kg/mm²	Dehnung (/ = 5 · d) °/o	Einschnürung %
Ungeglüht	44,0 36,6 32,8	53,5 47,6 47,4	27,8 30,6 33,8	52,4 68,6 65,3
4 Stunden/650⁰ C/Ofenabkühlung 1 Stunde/920⁰ C/Ofenabkühlung

Die Kerbschlagzähigkeit des reinen Schweißgutes, bei +20⁰C geprüft, ergab folgende Werte: 9,8; 10,2; 12,1; 13,5; 13,1; 11,8; 11,1; 9,2; 12,5; 11,8 mkg/cm².

Vom niedergeschmolzenen Schweißgut wurde folgende Zusammensetzung analytisch ermittelt:

C ..
Si ..
Mn
P ..
S ..
Ce .

0,07%

0,54%

0,87%

0,009%

0,19%

0,04%.

55

Die Tabelle enthält unter der Bezeichnung 43 212 einen Draht, der nur 0,23 % Si bei 0,08 % Ce aufweist. Dieser Draht benötigt wohl am Minuspol eine geringere Stromstärke als am Pluspol. Er hat aber dafür einen unruhig und unstabil brennenden Lichtbogen. Außerdem entstehen beim Schweißen Spritzer. Die Schweiße selbst ist porös. Für einen einwandfreien Tropfenübergang und eine Verschweißung bei geringen Spritzverlusten sind Drähte notwendig, die Si-Gehalte von 0,7% und darüber aufweisen. Erst dann kann man metallurgisch einwandfreie Nähte erhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Schweißelektrode aus blankem Stahldraht zum Lichtbogenschweißen am Minuspol des Gleichstromes oder am Wechselstrom unter einer Schutzgasatmosphäre von Kohlendioxyd, von Gemischen aus Kohlendioxyd mit Argon oder Helium oder Gemischen aus Kohlendioxyd, Argon und Sauerstoff bzw. Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus üblichen Mengen Kohlenstoff, höchstens 0,03 % Phosphor, höchstens 0,03 % Schwefel, 0,03 bis 0,25% Cer, 0,7 bis 2% Silizium, 0,8 bis 4°/o Mangan, Rest Eisen besteht.

2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Stahl mit einer Zusammensetzung nach Anspruch 1 besteht, der jedoch zusätzlich noch 0,01 bis 0,4% Titan, Vanadium, Zirkonium, Aluminium oder Antimon oder auch Gemische der genannten Elemente in den

5 6

genannten Mengen jedoch in einer Gesamtmenge 5. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1

von 0,01 bis 0,4% enthält. bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl

3. Schweißelektrode nach Anspruch 1 oder 2, zusätzlich bis 2,5 % Chrom und/oder bis 1 % dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl 0,08 bis Molybdän enthält.

0,13 % Kohlenstoff enthält. 5

4. Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1, In Betracht gezogene Druckschriften:
2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl Britische Patentschrift Nr. 824 038;

0,85 bis 1,3% Silizium und 0,08 bis 0,15% Cer E. H ο u d r e m ο η t, »Handbuch der Sonderstahl-

enthält. künde«, 3. Auflage, 1956, Bd. 2, S. 1466.