DE1783126A1

DE1783126A1 - Schweisselektrode

Info

Publication number: DE1783126A1
Application number: DE19661783126
Authority: DE
Inventors: Sunnen Jean Albert Francois
Original assignee: SOUDURE AUTOGENE ELECT
Current assignee: SOUDURE AUTOGENE ELECT
Priority date: 1965-04-12
Filing date: 1966-04-06
Publication date: 1972-03-02
Also published as: US3445624A; DE1783126B2; SE326089B; JPS4827584B1; GB1148321A; BE662408A; DE1783126C3

Description

^178312δ «AACH.N.d-11. Sept. 1970

Augustastraße 14-16 · Telefon 503731

Patentanwalt

IA SOUDURE ELECTRIQUE AUTOGENE, PROOEDES AROOS, S.A. in Brüssel, Belgien

Patentanmeldung

Aktz. P 15 33 372.9-24 Tr. A

Beschreibung
Schweißelektrode

Die Erfindung betrifft eine zusammengesetzte Elektrode für die Lichtbogenschweißung mit einem durchgehenden metallischen Teil und einer Mischung aus schlackenbildenden Stoffen, wobei die Mischung unter anderem die Hauptlegierungsbestandteile von Stellit, wie Chrom, Wolfram und Kohlenstoff, enthält.

Es sind in dieser Weise zusammengesetzte Elektroden bekannt, bei denen der durchgehende metallische Teil aus einer kaltschmiedbaren Kobaltlegierung besteht und zwischen 6 und 11 i» Eisen, zwischen 24 und 30 i» Nickel und dabei gleichzeitig Eisen und Nickel in den MinimalVerhältnissen enthält, die

/--ti

der G-leichung % Pe + ύ y> Ni = 4,7 mit der zusätzlichen Maßgabe entsprechen, daß jedes dieser beiden legierungsbestandteile zumindest in einem Anteil von 1 '# vorhanden sind.

Diese Elektroden haben den Nachteil, daß ihr durchgehender metallischer Teil zu viele Elemente enthält, die die Warmhärte beträchtlich herabsetzen, wenn sie mit Ohrom und Wolfram zur legierungsauftragsschweißung verwendet werden. Darüberhinaus wird durch die Anwesenheit von mindestens 1 $> Nickel in der Legierung, welche die massive Seele oder die rohrförmige Umhüllung der zusammengesetzten Elektrode bildet, diese Legierung besonders anfällig gegenüber der schädlichen Einwirkung von Schwefel, der oft in dem mit der Legierung in Berührung kommenden Stoffen enthalten ist.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine zusammengesetzte Elektrode für die lichtbogenschweißung zu schaffen, mit der eine stellitische Legierung aufgetragen werden kann und die die Mängel der bisher bekannten Elektroden nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der durchgehende metallische Teil von einer Legierung gebildet ist, welche aufweist mindestens 93 fi Kobalt, mindestens 0,5 # Eisen, zwischen 0 und 4,5 $> Mangan, zwischen 0 und 2 $> Titan und zwischen 0 und 2 $ Aluminium sowie gegebenenfalls wenigstens ein Legierungselement von Kobalt,wie Nickel, in üblicher Menge und/oder zufälligen Verunreinigungen, wie von Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff und Silizium, in ungenügender Menge zur Ausübung einer Wirkung auf die Eigenschaften der Legierung, mit der Maßgabe, daß die Gehalte an Eisen, Mangan, Titan und Aluminium derart sind, daß

io Pe + 0,3 x $ Mn + 0,45 x#Ti + 2x#Al<6# ist, daß der Maximalgehalt von Nickel 0,25J*,von Schwefel 0,03 #. von Phosphor 0,03 #, von Kohlenstoff 0,04 # und von Silizium 0,5 io betragen, und daß die schlackenbildende Mischung Chrom, Wolfram und Kohlenstoff in solchen Mengen enthält, daß sie in Bezug auf das Gewicht des durchgehenden metallischen Teils, vermehrt um das Gewicht dieeer drei Mischungsbestandteile, 25 bis 35 # Chrom, 3 bis 15 # Wolfram und 0,5 bis 8 # Kohlenstoff enthält. Wenn das Eisen der verwendeten Kobaltlegierung nur dazu verwendet wird, um den durchgehenden metallischen Teil der erfindungsgemäßen Elektrode alterungsbeständig zu machen, dann darf dessen Anteil in der Legierung 6 # nicht übersteigen, damit die Warmhärte der harten Legierung, die gemeinsam mit Chrom und Wolfram aufgetragen wird, nioht stark herabgesetzt wird.

Der Eisengehalt der auf Kobaltbasis gebildeten Legierung, die den durchgehenden metallischen Teil der erfindungsgemäßen Elektrode bildet, beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 #> um eine ausreichende Dehnbarkeit der Legierung sicherzustellen

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und die Formgebung des metallischen Teils zu ermöglichen, z.B. das Ziehen eines Drahtes, welcher die Seele einer umhüllten Elektrode bildet. Der Eisengehalt wird vorzugsweise zwischen 3 und 4 fi der Legierung gehalten.

Der Mangangehalt muß unter 4,5 56 gehalten werden, um die Neigung der mit der Elektrode hergestellten metallischen Auftragsschweißung zur Rißbildung herabzusetzen. Titan und Aluminium stellen vorzugsweise einen 2 i» nicht überschreitenden Anteil dar, da sie im Schmelzbad eine sehr stark reduzierende Atmosphäre schaffen, die den Übergang von härtend wirkenden Elementen, wie z.B. Chrom, Wolfram und Kohlenstoff, in dem Bad erleichert.

Die folgende Tabelle enthält einige Beispiele von legierungen auf Kobaltbasis, die sich besonders gut zur Bildung des vorerwähnten durchgehenden metallischen Teils der erfindungsgemäßen Elektrode eignen.

Bestandteile	1	io der Legierungen	3	4	5
	93,911	2	95,133	97,212	95,410
Co	3,8	94,491	3,95	2,0	3,1
Fe	1,5	3,90	0,20	-	1,1
Mn	-	0,40	-	-	-
Ti	-	0,50	-	0,60	-
Al	0,04	0,30	0,04	0,02	0,03
C	0,50	0,036	0,40	0,10	0,07
Si	0,012	0,10	0,012	0,08	0,025
S	0,017	0,014	0,015	0,01	0,015
P	0,22	0,009	0,25	0,05	0,25
Ni	100,00	0,25	100,00	100,00	100,00
Summe	100,00

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Diese Legierungen werden durch Pulvermetallurgieverfahren, durch Vakuumschmelzung, durch Schmelzung unter einer Schutzgasatmosphäre gegen Sauerstoff und Stickstoff, durch Schmelzung unter Schlacke oder auf andere Weise hergestellt.

legierungen dieser Art können ohne Schwierigkeiten zu Stangen von 10 mm Durchmesser gewalzt oder warm ausgezogen werden. Diese Stangen werden anschließend in 15 bis 20 Zügen auf 4 oder 3,25 mm Durchmesser und sogar auf weniger als 2 mm Durchmesser ausgezogen. Während des Ausziehens von 10 auf 4 mm sind zwei Zwischenglühungen bei etwa 7 und 5 mm erforderlich.

Nach einer Zwischenglühung während einer Stunde bei einer Mindesttemperatur von 900° 0 haben diese Legierungen eine Festigkeit von 45 bis 60 kg/mm und ein Dehnungsvermögen von 45 bis 20 #. Die Legierungen sind insbesondere für die Herstellung umbüllter und rohrförmiger Elektroden von Interesse, die vor allem zur Herstellung stellitischer Auftragsschwei ßungen bestimmt sind, welche einen hohen Kobaltgehalt und daneben einen verhältnismäßig hohen Gehalt an Chrom, Wolfram und Kohlenstoff aufweisen.

Ein aus der zuvor beschriebenen Legierung hergestellter Draht kann die Seele einer umhüllten Elektrode bilden, deren Umhüllung die wichtigsten Legierungselemente einer Stellit-Legierung enthält, z.B. Chrom, Wolfram und Kohlenstoff in Form von Pulver, Legierungen oder Karbiden. Ein Teil der Legierungselemente kann in Form von Chromoxyd und/oder Wolframoxyd vorliegen, wenn im Draht oder in der Umhüllung eine genügende Menge an Reduktionsmetallen, wie Aluminium, Mangan oder Silizium, vorhanden ist. Aus diesem Grunde gibt ein Draht entsprechend der Legierungszusammensetzung in Spalte 1 der Tabelle bei einem Durchmesser von 4 mm und einem Gewicht von 50 g, welcher mit einer Paste von 50 g umhüllt ist, die 24 g Chrommetall, 4 g Wolframmetall und 2,7 g Graphit enthält und deren Rest aus schlackenbildendem Material besteht, eine

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Elektrode mit einer Ergiebigkeit von 150 % sowie einen Auftrag entsprechend folgender Analyse: Kobalt 60 $>, Chrom 30 #, Wolfram 5,5 ^, Kohlenstoff 1 #, Eisen 2,5 $ und ein Rest von 1 ^, der aus Mangan, Silizium und Fickelspuren besteht.

Bei dieser Elektrode beträgt der G-ewichtsanteil an Ohrommetall mit Bezug auf das Gewicht des Drahtes, welches durch das Gewicht des Chrommetalls, des Wolframmetalls und des Kohlenstoffs vermehrt ist, 24 ϊ SO,7 = 29,74 $>· In gleicher Weise betragen die Gewichtsanteile von Wolframraetall und Kohlenstoff zu dem angegebenen Gesamtgewicht 4 : 80,7 = 4,95 $> und 2,7 : 80,7 = 3,34 #.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrode können sich die Gewichtsanteile dieser drei Bestandteile in Bezug auf das Gewicht des Drahtes, das durch das Gewicht des Chrommetalls, des Wolframmetalls und des Kohlenstoffs vermehrt ist, zwischen folgenden Grenzen ändern: für Chrom von 25 bis 35 $, für Wolfram von 3 bis 15 Io und für Kohlenstoff von 0,5 bis 8 #.

Auftragsschweißungen mit höheren Anteilen an Wolfram und Kohlenstoff erhält man leicht dadurch, daß der prozentuale Anteil an Wolfram, Graphit oder Wolframkarbid, z.B. WC oder W₂C, in der Umhüllung erhöht wird.

Die vorstehend beschriebene legierung der erfindungsgemäßen Elektrode kann in Form eines durchgehenden Drahtes hergestellt werden, der eine metallische Seele für eine umhüllte Elektrode darstellt. Die Umhüllung dieser Elektrode enthält bei einer besonderen Ausführungsform Chromkarbid in Porm von Cr,C₂, metallisches Wolfram, metallisches Chrom, Wolframkarbid in Form von WC und W₂C, Graphit, üblicherweise in Elektrodenumhüllungen verwendete Oxyde und zumindest ein Reduktionsmittel zur Reduktion dieser Oxyde, z.B. Aluminium, Magnesium, Silizium und Kohlenstoff.

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Wenn z.B. die Seele der Elektrode aus einer Legierung mit 95 % Kobalt und 4 °h Eisen und die Umhüllung aus etwa 6 *fo Wolfram, 20 $> Chromkarbid Or₅G₂, 6 $ metallischem Chrom und einem Rest aus schlackenbildenden Elementen besteht, dann erreicht man bei einer Spannung von 34 V und einer Stromstärke von 600 A eine kobaltreiche Auftragung, die etwa 5 # Wolfram, 23 I" Chrom, 1,5 $> Kohlenstoff und 5 Ji Eisen enthält.

Der Umhüllung der erfindungsgemäßen Elektrode können auch pulverförmige Kobaltzusätze zugegeben werden, so daß die Ergiebigkeit der Elektrode auf 200 oder auf 250 $> gesteigert wird.

Die bei der erfindungsgemäßen Elektrode verwendete Kobaltlegierung kann auch in Form eines Bandes hergestellt werden, das zur Bildung der Umhüllung einer zusammengesetzten Rohrelektrode verwendet wird.Die zuvor beschriebene Mischung, welche die schlackenbildenden Stoffe sowie die Zusatzelemente, z.B. Chrom, Wolfram und Kohlenstoff, enthält, wird dabei innerhalb dieser rohrförmigen Umhüllung angeordnet.

Ausgehend von einem zu einer rohrförmigen Hülle zusammengefaltenen Band entsprechend der Legierungszusammensetzung der Ziffer 5 in der vorstehenden Tabelle mit 30 mm Breite vor dem Falten und 0,3 mm Banddicke kann durch Hinzufügen von 60 g einer Pulvermischung aus 78 $> Chrom, 19 ^ Wolfram und 3 i> Kohlenstoff zu 100 g des gefalteten Bandes ein zusammengesetzter Schweißstab von 4 mm Durchmesser gebildet werden, der folgenden Schweißauftrag ergibt: Kobalt 61 #, Chrom 28 #, Wolfram 6,5 ^, Kohlenstoff 1 #, Eisen 3 # und einen Rest von 0,5 #, der aus Mangan, Silizium und Spuren von Nickel besteht.

Bei einer erfindungsgemäßen Schweißelektrode dieser Art beträgt das Gewicht des Chrommetalls in der Pulvermischung 60 g χ 78/100 = 46,8 g, das Gewicht des Wolframs 60 g χ 19/100 = 11,4 g und das Gewicht des Kohlenstoffs 60 g χ 3/100 = 1,8 g.

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Die Gewichtsanteile dieser drei Bestandteile mit Bezug auf das Gesamtgewicht des Bandes und der Pulvermischung betragen 46,8 : 160 = 29,25 $ für Chrom, 11,4 : 160 = 7,125 ί> für Wolfram und 1,8 : 160 = 1,125 $> für Kohlenstoff.

Wie bei der bereits beschriebenen Schweißelektrode, die aus einem Draht aus einer erfindungsgemäßen Legierung besteht, der von einer Umhüllungsschicht bedeckt ist, können die vorerwähnten Gewichtsanteile zwischen 25 und 35 $ für Chrom, zwischen 3 und 15 i> für Wolfram und zwischen 0,5 und 8 $ für Kohlenstoff veränderlich sein.

Bei diesen beiden Elektrodenarten können die Anteile von Chrom, Kobalt und Kohlenstoff in der Umhüllung des aus einem Draht bestehenden durchgehenden metallischen Teils, oder im Pulverkern, der durch den durchgehenden aus einem Band bestehenden metallischen Teil gehalten wird, so erhöht werden, daß sie der Elektrode eine Ergiebigkeit von 200 oder sogar 250 % vermitteln.

Wenn die erfindungsgemäße Elektrode als Zusatzwerkstoff bei einer Gasschweißung verwendet wird, dann wird Wolfram vorzugsweise in Form einer pulverförmigen Legierung aus Chrom, Wolfram und Kohlenstoff mit einem unterhalb von 2500° C liegenden Schmelzpunkt zugeführt. Bekanntlich liegt der Schmelzpunkt von Wolfram bei 3380° C und der von Wolframkarbid W₂C bei 2750° C. Diese Temperaturen sind im allgemeinen zu hoch, und es besteht bei ihnen die Gefahr, daß die Legierung während der Flammenauftragsschweißung nicht völlig schmilzt. Es werden daher in diesem Falle vorzugsweise Legierungen aus Wolfram, Chrom und Kohlenstoff mit oder ohne Zusatz von Bor verwendet, die einen möglichst niedrigen Schmelzpunkt, d.h. einen solchen unter 2500° C haben.

Eine Legierung von Chrom, Wolfram und Kohlenstoff, die z.B. 55 # Chrom, 38 i» Wolfram, 3 1> Kohlenstoff und einen aus Aluminium, Silizium und Bisen gebildeten Rest aufweist, hat einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt von etwa 1900° C.

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Anstelle einer Rohrform mit kreisrundem Querschnitt kann die zusammengesetzte Elektrode auch eine abgeplattete Form haben, die im allgemeinen das Eindringen des Auftragsmaterials in
die mit einer Auftragsscfcweißung zu versehenden Teile vermindert und damit die Verdünnung dieses Materials herabsetzt.

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Claims

Patentansprüche

1. Zusammengesetzte Elektrode für die Lichtbogenschweißung mit einem durchgehenden metallischen Teil und einer Mischung aus sohlackenbildenden Stoffen, wobei die Mischung .unter anderem die Hauptlegierungsbestand teile*-von Stellit, wie Chrom, Wolfram und Kohlenstoff, enthält, dadurch gekennzeichnet , daß der durchgehende metallische Teil von einer Legierung gebildet ist, welche aufweist mindestens 93 # Kobalt, mindestens 0,5 $ Eisen, zwischen 0 und 4,5 $> Mangan, zwischen 0 und 2 $> Titan und zwischen 0 und 2 °/o Aluminium sowie -gegebenenfalls wenigstens ein Legierungselement von Kobalt, wie Nickel, in üblicher Menge und/oder zufälligen Verunreinigungen, wie von Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff und Silizium, in ungenügender Menge zur Ausübung einer Wirkung auf die Eigenschaften dar Legierung, mit der Maßgabe, daß die Gehalte an Eisen, Mangan, Titan und Aluminium derart sind, daß

$> Fe + 0,3 x i> Mn + 0,45 χ # Ti + 2 χ $ Al < 6 j$ ist, daß der Maximalgehalt von Nickel 0,25#,von Schwefel 0,03 #, von Phosphor 0,03 £, von Kohlenstoff 0=04 $> und von Silizium 0,5 $> betragen, und daß die schlackenbildende Mischung Chrom, Wolfram und Kohlenstoff in solchen Mengen enthält, daß sie in Bezug auf das Gewicht des durchgehenden metallischen Teils, vermehrt um das Gewicht dieser drei Mischungsbestandteile, 25 bis 35 # Chrom, 3 bis 15 $> Wolfram und 0,5 bis 8 $> Kohlenstoff enthält.

■2v Elektrode nach Anspruch 1, bei welcher der durchgehende metallische Teil einen metallischen Kern und die schlackenbildende Mischung eine Ummantelung dieses Kerns bilden, gekennzeichne t durch einen Gehalt der Ummantelung an Chromkarbid in der Form Cr^C₂, metallischem Wolfram, metallischem Chrom, Wolframkarbid in Form WC oder W~C, Graphit, üblicherweise in Elektrodenummantelungen verwendeten Oxyden und wenigstens einem Reduktionsmittel zur Reduktion dieser Oxyde, wie Aluminium, Mangan, Silizium und Kohlenstoff*

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