DE1690602C3

DE1690602C3 - Seelen-Elektrode zum Lichtbogenschweißen unter Kohlendioxid

Info

Publication number: DE1690602C3
Application number: DE1690602A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Suita Oku (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1967-01-23
Filing date: 1967-05-30
Publication date: 1975-05-07
Also published as: DE1690602A1; JPS516096B1; DE1690602B2; NL6707511A; GB1145395A; US3558851A

Description

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ^¹ _e^_e^7J_ba_U sondern darin, daß die Zusammenergeben sich aus der folgenden Beschre.bung. In der '"f ¹J^? Jung beschränkt ist auf eine Mischung Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und im «"y"" _hmolanen Flußmittel-Mischung, die

Verg.eich^Em.t bekannten Schweißdrähten dargestellt; ^ aus ^ung«^ ^ ^ ^

t 1 und 2 _je einen Querschnitt durch eine be- -^A

gemäße Schweißelektrode. vl JaSmCrid, mineralischem Silikat, T.tar.oxid

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine bekannte 55 von «toumiw ^ _F|_uB_m,ttelm.schung; Perro-

Schweißdrahtausführung gezeigt, wie sie aus der ^"^fp^osiiicum und Ferrotitan als Desoxida-

japanischen Patentschrift 299 057 und der deutschen ^ma"^ⁿ' V^crJJ, _EisCnstaub -,!er Kupferstaub als

Patentschrift 1 182 375 bekannt ist. Dieser zusammen- »o^nsmittel η ^^^ _clll spezielles Beispiel

gesetzte Schweißdraht besteht aus einer Metallbild 1, Metalipiiiwr, ^ _Zusammenstellung dieser

beispielsweise aus niedrig gekohltem Flußstahl, inneren der^""J _{ht lm} vergleich zum ™sammen-

Rippen 2 und 3, die mit Teilen der Metallhulle gebildet ^'"^S^ißdraht des Aufbaus gemäß F ig. ist

sind, und einer Füllung 4, die aus einem gemischten ^"^L,^ Schweißdraht dieser Art einfach

Pulver eines schlackenbildenden Mischstoffs nut einem J^^JSJJ wirf t jedoch viele Probleme h.ns.cht-

Desoxidationsmittel besteht. Der «chlackenbildende " ^'^„"„Anwendbarkeit und der Eigenschaften der

Mischstoff ist aus Verbindungen wie TiO₄, MnO, SiO₁, ilen_ sc^eißung auf.

Eisenoxiden, Aluminiumoxiden und Alkalien zusam- ents enena _Ausführungsform eines erf.ndungs-

iKKAA SSW££S ^£ ^{Schweißdrahtsmiteiner}

Metallhülle 7 und einer Füllung 8. Der Aufbau dieses erfindungsgemäßen Drahtes zeichnet sich dadurch aus, daß die Füllung — jeweils bezogen auf das Elektrodengewicht — aus Ferromangan mit einem Mangananteil zwischen 1 und 2,2%, Ferrosiliciuai mit einem Siiiciumanteil zwischen 0,3 und 0,9%, Ferroaluminium niit einem Aluminiumanteil zwischen 0,05 und 0,8%, AlkaJimetaüsalz oder -oxid als Lichtbogenstabilisaitor in einer Menge zwischen 0,1 und 3 % und im Rest nach Bedarf aus Eisenpulver besteht, dessen Menge uk/ so kleiner ist, je dicker die äußere Hülle ist.

Die Vorteile der Erfindung werden im einzelnen beschrieben.

A. Verwendbarkeit

Das erste Problem hinsichtlich zusammengesetzter Schweißdrähte ist ihre Verwendbarkeit, insbesondere das Auftreten von Spritzern. Durch Versuche des Erfinders wurden auf Grund von Beobacl.tungen von Lichtbögen mittels eines Schnellbewegungsbildes und eines Spritzfallenverfahrens folgende Tatsachen herausgefunden :

A-I Ein zusammengesetzter Schweißdraht, der in einer einfachen rohrförmigen Hülle eine große Menge Flußmittelmischung enthält, erzeugt unregelmäßige, explosive Spritzer während des Lichtbogenbrennens als Ergebnis davon, daß die Füllung aus der Hülle ungeschmolzen vorsteht und der Hitze des Lichtbogens ausgesetzt ist. Außerdem ist der Schweißtropfen groß und läuft nicht weich. Diese Erscheinung kann durch Anwendung des aus der japanischen Patentschrift 299 057 bekannten Verfahrens auf ein Minimum reduziert werden.

A-2 Selbst wenn die Schweißelektrode von einfachem rohrförmigen Aufbau ist, kann das Spritzen etwas vermindert werden, indem die Flußmittelmischung nicht in der Füllung enthalten ist und der Durchmesser der Hülle vermindert wird, so daß eine hohe Stromdichte entsteht. Wird jedoch nur Ferromangan und Ferrosilizium als Füllung verwendet, ;.o tritt am Schmelzende des Schweißdrahies während des Lichtbogenbrennens intensiv eine unregelmäßige lokale Einstecherscheinung auf, die zahlreiche feine Spritzer zur Folge hat. Dieses Phänomen kann nicht einmal durch die Hinzuführung eines Lichtbogenstabiiisators wie etwa eines All'.alimetallsalzes gebessert werden.

A-3 Der Zustand des Lichtbogens ändert sich auffällig, wenn Ferroaluminium /u der aus Ferromangan und Ferrosilizium bestehenden Füllung in der Schweißelektrode von einfachem rohrförmigen Aufbau zugefügt wird. Die Erscheinung des intensiven Einstechens Schmelzende des Schweißdrahtes während des

am ..„...-..„ _u„.„

Brennens des Lichtbogens, wie es mit den erwähnten Mn-Si- oder Mn-Si-Ti-Füllungen beobachtet wurde, wird nämlich im wesentlichen vollständig ausgeschaltet, und das Versprühen feiner Spritzer wird erheblich vermindert, so daß der Lichtbogen stabil wird. Diese Erscheinung dürfte nicht nur darauf zurückzuführen sein, daß durch die Hinzufügung von Aluminium die Flüssigkeit des geschmolzenen Metalls vermindert und dessen Oberflächenspannung vergrößert wird, sondern auch die Erzeugung von CO-Gas unterdrückt wird, das wegen seiner starken deoxidierenden Wirkung als wesentliche Ursache der Einstecherscheinung angenommen wird. In diesem Fall sollte bedacht werden, daß das Hinzufügen einer äußerst großen Aluminiummenge zu einer übermäßigen Erniedrigung der Flüssigkeit führt, mit der Folge, daß ein weiches Berühren

und Laufen des Schweißtropfens am Schweißdrahiende schwierig wird und weiterhin die Lichtbogenspannung steigt, so daß der Lichtbogen unstabil wird. Durch Hinzufügen eines Lichtbogenstabilisienr.ittels, das aus einem Alkalimetallsalz, beispielsweise Natriumoxalat, besteht, ist es jedoch möglich, die Lichtbogenspannung zu erniedrigen und den Flüssigkeitsgrad geeignet vorzuwählen, so daß ein von geringem Spritzen begleiteter stabiler Lichtbogen erhalten wird, ίο A-4 Eisenpulver wird zum Zweck zugefügt, die Abschmelzgeschwindigkeit zu erhöhen; wie die Spritzfallenversuche gezeigt haben, bewirkt die Hinzufügung von Eisenpulver auch eine Verminderung des Spritzens und eine Stabilisierung des Lichtbogens.

B. Mechanische Eigenschaften der Schweißung

B-I Die mechanischen Eigenschaften einer durch die Verwendung eines zusammengesetzten Schweißdrahtes mit einer Füllung mit Mn-Si oder Mn-Si-Ti erzielten Schweißung sind im allgemeinen zufriedenstellend, jedoch kann bei ihr keine ausreichend hohe Zähigkeit erwartet werden. Gemäß Versuchen beträgt die Kerbschlag-Zähigkeit nach Charpy in einem vollständig geschweißten Metall bei 0 C nur etwa 6 bis 10 kgm/cm² und bei —20 C 1,5 bis 5 kgm/cm². B-2 Eine durch die Verwendung eines zusammengesetzten Schweißdrahtes mit einer Mn-Si-Al-Füllung erhaltene Schweißung wies eine ausgezeichnete Dehnung und Zähigkeit auf. Die Kerbschlag-Zähigkeit nach Charpy lag nämlich im Bereich von 12 bis 18 kgm/cm² bei 0 C und von 9 bis 13 kgm/cm² bei —20 C. Beim automatischen Schweißen, beispielsweise beim verdeckten Lichtbogenschweißen, wurde Aluminium bisher aus dem Grunde nicht verwendet, weil es eine große Menge feuerbeständiger Substanzen im Schweißmaterial erzeugt, was dessen Zähigkeit verringert. Wird jedoch die Schweißung in einer CO₂-Atmosphäre durchgeführt, so ist nur eine sehr kleine Menge solcher Substanzen im Schweißmetall zu beobachten und dieses weist eine ausgezeichnete Dehnung auf, wie später beschrieben wird, vermutlich wegen der unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeit. Es wurde l*.reits früher festgestellt, daß beim Schweißen mit blankem Draht in einer ^^Schutzgasatmosphäre die mechanischen Eigenschaften einer Mn-Si-Al-Schweißune denen anderer Schweißungen überlegen sind. In diesem Fall war jedoch der Lichtbogen unstabil mit der Tendenz, große Spritzer abzuschleudern, da es praktisch unmöglich ist, die Füllungszusammensetzung gemäß der Erfindung anzuwenden.

C. Bereich der Bestandteile C-I Ferromangan und Ferrosilizium

Diese Verbindungen sind diejenigen Bestandteile, welche einen grundlegenden Einfluß auf die Festigkeit und Desoxidation des entslehenden Schweißmetalls haben. Als diese beiden Bestandteile sollten niedrige Kohlelegierungen verwendet werden. Die Menge des

einzubauenden Ferromangans liegt vorteilhafterweise zwischen 1 und 2,2%, auf das Mangan bezogen, des Drahtgewichts. Eine Menge unter 1 % führt zu einer unerwünscht geringen Festigkeit des Schweißmetalls, während eine Menge über 2% zu einer unerwünscht hohen Festigkeit desselben führt. Die Festigkeit des Schweißmetalls hängt natürlich von der Menge des zugefügten Ferroaluminiums ab. Hinsichtlich des Ferrosiliziums kann eine zufriedenstellende deoxidie-

rende Reaktion erzielt werden, wenn es in einer Menge zwischen 0,3 und 0,9 %, auf das Silizium bezogen, des Drahtgewichts zugefügt wird. Die Ferrosiliziummenge beträgt also vorteilhafterweise etwa 40% des Ferromangans.

C-2 Ferroaluminium

Ferroaluminium wirkt als stark deoxidierendes und als den Fluß bestimmendes Mittel. Gemäß Versuchen bringt die Hinzufügung von Ferroaluminium in einer Menge bis 0,05%, bezogen auf das Aluminium, praktisch keinen Effekt, während eine Zufügung davon in einer Menge über 0,8%, bezogen auf das Aluminium, den Lichtbogen unstabil macht, so daß die Schweißung verschlechtert wird. Ferroaluminium wird deshalb in einer Menge zwischen 0,05 und 0,8% einschließlich, auf das Aluminium bezogen, des Drahtgewichts zugefügt.

C-3 Lichtbogenstabilisierer

Lichtbogenstabilisierer dienen zur Erniedrigung der Lichcbogenspannung und zur Vorbestimmung des Flüssigkeitsgrades des geschmolzenen Metalls, wodurch die Verwendbarkeit des Schweißdrahtes, die durch das Hinzufügen von Aluminium vermindert wurde, wieder verbessert wird. Als dieser Bestandteil wird ein Salz oder Oxid eines Alkalimetalls allein oder gemischt verwendet. Die Menge des zu verwendenden Stabilisierers liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,1 und 3 Gewichtsprozent. Die Zufügung einer übermäßigen Stabilisiermenge ist nachteilig, da hierdurch die Schmelzgeschwindigkeit des Schweißdrahtes erniedrigt wird.

C-4 Eisenpulver

Dieser Bestandteil wird in einer Menge beigefügt, die zum Zweck des Erhöhens der Abschmelzgeschwindigkeit erforderlich ist. Vorteilhafterweise wird die Menge des hinzuzufügenden Eisenpulvers auf Null oder auf eine sehr kleine Menge reduziert und dafür die Wanddicke der rohrförmigen Hülle erhöht.

Die Erfindung sei nun an Hand eines Beispiels näher erläutert.

Unter Verwendung eines zusammengesetzten Schweißdrahtes wurde eine Schweißung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Schweißdraht

Äußerer Durchmesser 2 mm

Gewicht der rohrförmigen Hülle aus
niedrig gekohltem Flußstahl/Schweiß-

draht-Gesamtgcwicht 77%

Gewicht der Füllung/Schweißdraht-

Gesamtgewicht 23%

Ferromangan (Mangangewicht/

Scliweißdraht-Gesamtgewicht) 1,62%

Ferrosilizium (Gewicht des Siliziums/

Schweißdraht-Gesamtgewicht) 0,64%

Ferroaluminium (Aluminiumgewicht/Schweißdraht-Gesamtgewicht) 0,25% Natriumoxalat (Gewicht von
Na-jCgCySchweißdraht-

Gesamtgewicht) 0,3 %

Eisenpulver Rest der

ίο Füllung

Schweißbedingungen

Strom (Gleichstrom bei positiver

Schweißelektrode) 350 A

Spannung 31V

Geschwindigkeit 40 cm/min

COyMenge 20 l/min

Mechanische Eigenschaften der erhaltenen Schweißnaht

Zugfestigkeit 48,7 kg/mm²

Fließgrenze 41,5 kg/mm²

Dehnung 33,2%

Flächenverminderung 71,3%

E₀ (V-Fuge Charpy) 15,3kgm/cm²

E-_M (V-Fuge Charpy) 13,2kgm/cm²

W'ährend des Schweißens war der Lichtbogen bei geringem Spritzen stabil, und die Form der erzielten Schweißraupe war zufriedenstellend. Die die Füllung bildenden Bestandteile sind nicht auf die oben genannten Eisenlegierungen beschränkt, sondern es können auch Metalle wie Mangan, Silizium, Silizium-Mangan und weiterhin Aluminium verwendet werden.

Der Schweißdraht ist nicht notwendigerweise von kreisförmigem Querschnitt, sondern kann auch einen polygonalen Querschnitt aufweisen. Die zahlreichen, im einzelnen beschriebenen industriellen Vorteile der erfindungsgemäßen besonderen Schweißelektrode seien

*° im folgenden zusammengefaßt:

Sie ist von einfacher Konstruktion und hervorragend sowohl in ihrer Verwendbarkeit als auch in ihrer Schweißbarkeit.

Da die Elektrode mit kleinem Durchmesser hergestellt werden kann, so daß eine hohe Stromdichte entsteht, kann die Abschmelzgeschwindigkeit erhöht werden.

3. Sie erzeugt kaum Schlacke, da der Schweißdraht keine schlackenbildenden Materialien enthält, und ist deshalb geeignet zum Mehrlagenschweißen.

4. Sie bildet trotz des praktischen Fehlens vor Schlacke eine schöne Schweißraupe, da der Flüssig

ss keitsgrad des Schweißmetalls vorwählbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1,2 und 3

voni·

das Elektrodengew.cht - aus _{um die} ^_n, ^ ^_{δςίιΐΕθΚεηΓηεη8}1 Ferromangan mit einem Manganai.teil gleichmäßig mit einer ^ ^ _andererseils zwischen 1 und 2,2% ,. . .. zu bedecken; eine Mengesudc _p/o ^ _{jn jener} Ferrosilicium mit einem Sihciumanteil _einen unstabilen ^«T⁸*.. weiterhin sind dazwischen 0,3 und 0,9 % . . ₁₅ Patentschrift ^fest^^e"^l _ß Bedeutung für die Metall-Ferroaluminium mit einem Alumimumanteü _{inneren Rip}pen vor,großer öeoe _r_b _ermöglicht

zwischen 0,05 und 0,8% hülle; das ^V^^h^f"fb" _n verhindert Spritzer und

Alkalimetallsalz oder -oxid als Lichtbogen- _einen ^₁- stabilen Lic,!bogen' _{Erscheinungen},

stabilisatorin einer Mengezwischen 0,1 und 3 /_{o fQhrt} _ZUT Vermeidung deχ »"»«£ J_{nur die Me}.

und im Rest nach Bedarf aus Eisenpulver besteht - **^«£?£1 in der Metalle vorhan

dessen Menge um so kleiner ist, je d.cker d,e äußere Ul.h ^^ „ag^l« ^^«^

^{Hülle 1St}· vorsteht. Der ^^^"rS

draht der verh^.smaß.g v* ^^ ^

Mischstoff in ^der .^^ußeren und guter Form Schweißraupe von «tow^J _{f den zusammenz}„ büden, jedoch^^^'ohung seiner Verwend-

^^^og

Die Erfmdung bezieht sich auf eine Seelen-Elektrode g«^ f™^ _gemäß Fig. 1 "⁰¹^fJj¹ «im Lichtbogenschweißen unter Kohlendioxid mit barken e.n^ _{cr Draht} beding somit zahl-

Jiner Hülle aus niedriggekohltem Flußstahl und einer 3« gJ^J _hf_nsichtlich seiner H«SJ·^ Füllung, die unter anderen. Ferromangan, Ferro- reiche P ^ _{Qucrsch tt} ^i je fiteren tilicium und Eisenpulver enthalt. [ | japanischen Patentschrift 288 405» ortj""«ⁿ

Es sind bereits verschiedene Arten von abschmel- aus ^M P _zusammengesetzte Schwe.ßdraht

«nden Seelen-Elektroden zur Verwendung beim SchweHMra ^^ rohrförm.ge Metallhul e 5

Schutzgas-Lichtbogenschweißen unter Verwendung 35 d eser ^^or _{h aus nicdrig} gekohltem Fl"&tohl «ines Gases wie CO₂ bekannt. Jedoch ist keine davon ^ JJJ?J*_{und einc} darin eingeschlossene Füllung 6, _Eanz zufriedenstellend, wie noch erläutert werden ^^^^^^^

ar Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, gg«^f ϊϊ& aus Desox.dationseinen neuen zusammengesetzten Schwe.ßdraht zum <> Scha«; fJf_ef_{un büdendc}n Elementen und einem Schweißen in einer vorwiegend aus CO_?-Gas beste- ^iuhS^ben Zusammensetzung «« die