DE1483487C - Verfahren zur Herstellung eines Schweißpulvers für das Unterpulverschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schweißpulvers für das Unterpulverschweißen von weichen oder niedriglegierten Stählen, durch Vergießen und Erstarrenlassen einer Schmelze von Talk (MgO-SiO₂), Quarzsand (SiO₂), Ferromanganschlacke (A1.,O₃ · MnO · SiO₂), Ferrovanadinschlacke (MgO-Al₂O₃) und Calciumfluorid (CaF₂), wobei in der Schmelze metallische Desoxydationsmittel suspendiert sind, so daß das Schweißpulver aus

9 bis 12% Manganoxyd (MnO),
6 bis 10% Aluminiumoxyd (Al₂O.,),
20 bis 24°/o Magnesiumoxyd (MgO),
46 bis 54°/o Siliziumdioxyd (SiO.,),
3 bis 5% Calciumfluorid (CaF₂),
maximal 0,5% wasserfreiem Natriumsilikat

(Na₂SiO.,),

0,7 bis 2% Silizium, Ferrosilizium oder
Ferromangan als metallische
Desoxydationsmittel

besteht..

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines für das Unterpulverschweißen bestimmten erschmolzenen Schweißpulvers bekannt (schweizerische Patentschrift 356 341), das unter anderem 30 bis 65% Siliziumdioxyd (SiO₂), O bis 55% Manganoxyd (MnO), O bis 20% Magnesiumoxyd (MgO), O bis 15% Aluminiumoxyd (Al₂O₃), 3 bis 15% Calciumfluorid (CaF₂) sowie mindestens ein Metall und/oder mindestens eine Metallegierung, wie Mangan, Silizium oder deren Ferrolegierungen enthält, wobei der Metall- und/oder Legierungsanteil des Ausgangsgemisches höchstens 65 Gewichtsprozent beträgt. Bei dem bekannten Verfahren werden das Calciumfluorid und das als Desoxydationsmittel wirkende Metall und/oder die Metallegierung dem Ausgangsgemisch bereits vor dem Schmelzvorgang zugesetzt.

Um sicherzustellen, daß das Desoxydationsmittel in dem fertigen, dem Schweißlichtbogen zugeführten Schweißpulver gleichförmig verteilt ist, sollte jedes Schweißpulverteilchen im wesentlichen den gleichen Anteil an Desoxydationsmittel enthalten. Diese Forderung ist aber nur zu verwirklichen, wenn die Desoxydationsmittelteilchen in der Regel kleiner als die Schweißpulverteilchen sind. Da die Größe der Teilchen eines Schweißpulvers im allgemeinen zwischen 1 und 0,075 mm liegt und häufig Schweißpulverteilchen mit noch kleinerem Durchmesser vorhanden sind, kommt es darauf an, daß die Größe der Desoxydationsmittelteilchen beim Erstarren der Schweißpulverschmelze und vor der Zerkleinerung dieser Schmelze so gering wie irgend möglich ist. Bei dem bekannten Verfahren, bei dem das Desoxydationsmittel dem Ausgangsgemisch unmittelbar zugesetzt wird, haben kleine Desoxydationsmittelteilchen die Neigung zu oxydieren, bevor sie die Oberfläche der Schmelze durchdringen. Werden dagegen größere Desoxydationsmittelteilchen benutzt, führt die lange Schmelzdauer, die notwendig ist, um die vergleichsweise großen Teilchen zu ausreichend kleinen Teilchen zu dispergieren, zu einer vorzeitigen Oxydation durch die Oxyde der Schmelze selbst. Im einen wie im anderen Falle tritt ein unerwünschter Verlust an Desoxydationsmittel ein. Ein ungenügender Anteil an Desoxydationsmittel im Schweißpulver hat zur Folge, daß die Schweißnähte insbesondere an rostigen Werkstückstellen leicht porös werden. An den Nahträndern bleiben oft Schwarten aus aufgeschmolzenem Metall stehen. Die verwendbaren Schweißstromstärken sind verhältnismäßig niedrig. Bei Anwendung stärkerer Schweißströme werden die Schweißnähte häufig rauh und wellig; die Schlacke läßt sich nur schwer ablösen. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Desoxydationsmittelverlust bei der Herstellung des Schweißpulvers zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Calciumfluorid mit dem metallischen Desoxydationsmittel vermischt und der Schmelze als letzter Zuschlag zugegeben wird. Das Calciumfluorid bildet dabei um die einzelnen Des-Oxydationsmittelteilchen herum einen Überzug, der die Teilchen gegen Oxydation schützt, bevor sie in das schmelzflüssige Grundgemisch eintreten. Infolgedessen ist es möglich, das Desoxydationsmittel in Teilchen von kleinerer Größe zuzugeben, als dies

ao bisher erfolgen konnte, wenn nicht erhebliche Desoxydationsmittelverluste hingenommen wurden. Da ί ferner die kleineren Teilchen nur eine kürzere Verweildauer im Schmelzbad erfordern, um dispergiert und in Teilchen von mikroskopischer Größe weiter unterteilt zu werden, werden die infolge von Oxydation durch die Schmelze selbst normalerweise auftretenden Desoxydationsmittelverluste zusätzlich stark vermindert. Das Entweichen von gasförmigem Fluor aus der Schmelze ist vermieden. :

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthält die aus Calciumfluorid und dem metallischen Desoxydationsmittel bestehende und als letzter Schmelzzuschlag zugegebene Mischung noch 4% CO.,-freisetzenden Talk (MgO · SiO₂ · CO₂). Das in der Schmelze entwickelte gasförmige CO₂ bewirkt eine Durchmischung der Schmelze und sorgt für eine Verteilung des Desoxydationsmittels:

Bei der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Schmelzofen beispielsweise mit folgender Charge beschickt:

Eastern Talk (MgO · SiO₂) ... 50 %

Trockener Quarzsand (SiO₂) .. 15,0%
Ferromanganschlacke

(Al₂O₃-MnO-SiO₂) 21,8%

Ferrovanadinschlacke

(MgO-Al₂O₃)....: 7,7%

Calciumfluorid CaF₂).. ... 3,4 %) Zugabe vor

Ferrosilizium (85 %"Si) 2,1 %J Beendigung

des Schmelz-

-.■■*■ prozesses

als letzter
■ ■ '- Zuschlag

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Die aus Talk, Quarzsand, Ferromanganschlacke und Ferrovanadinschlacke bestehende Charge wird in einem Elektroofen bei Temperaturen von etwa 1260 bis 165O⁰C niedergeschmolzen. Sobald das gesamte Material in Form einer Schmelze vorliegt, versetzt man es im Ofen mit Calciumfluorid und Ferrosilizium. Dadurch wird die Temperatur der Schmelze auf etwa 1230 bis 1510° C erniedrigt. Nach dem Schmelzen des letzten Zuschlages und ausreichender Durchmischung desselben mit der übrigen Schmelze vergießt man diese in Wasser. Das erstarrte Produkt wird schließlich auf die für Schweißpulvergemische erforderliche Korngröße zerkleinert.

Eine gute Durchmischung der Schmelze wird dadurch erreicht, daß von dem ursprünglichen Beschickungsmaterial ein kleiner Talkanteil von 4% zunächst zurückbehalten und erst später zusammen mit dem Ferrosilizium und dem Calciumfluorid zugesetzt wird. Dies setzt allerdings voraus, daß der Talk in der Lage ist, Gase zu entwickeln, d. h. im wesentlichen aus MgO · SiO₂ · CO₂ besteht. Das CO₂ wird im Ofen in Gasform ausgetrieben, durchmischt die Schmelze und sorgt für eine Verteilung des Des-Oxydationsmittels. Läßt die Ofenkonstruktion mechanisches Rühren zu, kann der gesamte Talk sofort zugesetzt werden und braucht der Talk kein Gas zu entwickeln.

Das Calciumfluorid bildet einen die metallischen Desoxydationsmittelteilchen schützenden Überzug, so daß diese weder schmelzen noch in der Schmelze zusammenlaufen können. Wegen des verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunktes des Calciumfluorids wird der Schmelzpunkt des Gemisches herabgesetzt. Dadurch erhält das Schweißpulvergemisch die bei der Herstellung einer Schweißnaht erwünschten besseren Fließeigenschaften, die eine glattere Oberfläche auf dem Schweißgut und eine bessere Verschmelzung mit dem Grundwerkstoff zur Folge haben. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn nach Zusatz des Calciumfluorids und des metallischen Desoxydationsmittels die Schmelze so schnell wie möglich in Wasser vergossen wird.

Durch Mischen und Schmelzen der Komponenten in einem Elektroofen unter Zugrundelegung der oben genannten Mengenverhältnisse, anschließendes Vergießen in Wasser und darauffolgende Zerkleinerung auf geeignete Teilchengröße wird ein Desoxydationsmittel in äußerst feiner Verteilung enthaltendes Schweißpulver erzielt, das sich zum Unterpulverschweißen von weichen oder niedriglegierten Stählen eignet. Vergleichsschweißungen ergaben, daß bei Verwendung eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Schweißpulvers leicht sich ablösende Schlacken sowie Schweißnähte mit von geschmolzenen Teilchen absolut freien Oberflächen erhalten werden, während an den Rändern von mit handelsüblichen bindemittelhaltigen Schweißpulvern hergestellten Schweißnähten häufig eine Schwartenbildung aus geschmolzenem Metall zu beobachten ist. Die erfindungsgemäß erhaltenen Schweißpulver ermöglichen sogar an rostigen Stellen die Herstellung ,, einwandfreier Schweißnähte, während mit handelsüblichen bindemittelhaltigen Gemischen an solchen Stellen hergestellte Schweißnähte häufig poröse Stellen aufweisen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Schweißpulver erlauben auch ein Arbeiten mit höheren Schweißströmen. So erhält man mit einem Schweißstrom von 1300 A und 30 V Wechselstrom bei Verwendung von Schweißdrähten mit einem Durchmesser von etwa 3,4 mm ausgezeichnete Kehlnahtschweißungen an Fluß- oder Weichstahlplatten, während bei Verwendung der in bekannter Weise hergestellten Schweißpulver rauhe und wellige Schweißnähte beobachtet werden, wobei auch die Schlacke nicht ohne weiteres ablösbar ist.

Claims (2)

. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Schweißpulvers für das Unterpulverschweißen von weichen oder niedriglegierten Stählen, durch Vergießen und Erstarrenlassen einer Schmelze von Talk (MgO-SiO₂), Quarzsand (SiO₂), Ferromanganschlacke (AL₁O₃ · MnO · SiO.,), Ferrovanadinschlacke (MgO · Al₀O₃) und" Calciumfluorid (CaF₂), wobei in der Schmelze metallische Desoxydationsmittel suspendiert sind, so daß das Schweißpulver aus

9 bis 12 ⁰Zo Manganoxyd (MnO),
6 bis 10% Aluminiumoxyd (AI₂O.,),
20 bis 24% Magnesiumoxyd (MgO),
46 bis 54% Siliziumdioxyd (SiO.,),
3 bis 5% Calciumfluorid (CaF₂),
maximal 0,5 % wasserfreiem Natriumsilikat

(Na₂SiO₃),

0,7 bis 2% Silizium, Ferrosilizium oder
• Ferromangan als metallische
Desoxydationsmittel

besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumfluorid mit dem metallischen Desoxydationsmittel vermischt und der Schmelze als letzter Zuschlag zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Calciumfluorid und dem metallischen Desoxydationsmittel bestehende und als letzter Schmelzzuschlag zugegebene Mischung noch 4% COj-freisetzenden Talk (MgO · SiO₂ · CO₂) enthält. "