DE2315765A1

DE2315765A1 - Seelendrahtelektrode

Info

Publication number: DE2315765A1
Application number: DE2315765A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Nakabayashi; Rafael Maytin Valle
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-03-30
Filing date: 1973-03-29
Publication date: 1973-10-11
Also published as: DE2315765B2; NL7304397A; CA979496A; AT324798B; GB1419845A; BE797542A; JPS4915653A; SE396709B; FR2178194A1; CH582042A5; IT980058B; US3818178A; BR7302249D0; FR2178194B1

Description

PATENTANWALT DIPL.-INC. CER HARD SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32 2315765

29, März 1973

L-9OO6 -G

UNION CARBIDE CORPORATION 27O Park Avenue, New York, N.Y- 1OO17, V.St,A.

Seelendrahtelektrode

Die Erfindung betrifft eine Seelendrahtelektrode für das Schutz- ■ gaslichtbogenschweißen, insbesondere mit einem Schutzgas, das aus Kohlendioxid besteht oder Kohlendioxid enthält.

Es wurden bereits verschiedene Arten von Seelendrahtelektroden zur Verwendung mit oder ohne Schutzmedium einschließlich Gas oder Flußmittel vorgeschlagen. Es stehen auch Seelendrahtelektroden für das Schweißen mit Kohlendioxid-Schutzgas zur Verfügung.Keine der bekannten Elektroden dieser Art ist jedoch voll zufriedenstellend, wenn es um das Schweißen in Zwangspositionen geht, beispielsweise um senkrechtes Schweißen, Überkopfschweißen und dergleichen. Bei den zur Zeit verfügbaren Elektroden erfordert das Schweißen in Zwangsposition eine große Geschicklichkeit des Schweißers bei der Handhabung der Elektrode, um das schmelzflüssige Schweißbad gegen die auf das Schweißbad einwirkende Schwerkraft zu halten. Ein weiterer Nachteil bekannter Elektroden besteht darin, daß der Schweißer zur Verringerung der Dünnflüssigkeit des Schweißbades normalerweise den Lichtbogenstrom herabsetzt, Das hat zur Folge, daß der sprühregenartige WerkstoffÜbergang zu

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FERNSPRECHER: 0811/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

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einem tropfenförmigen Werkstoffübergang von der Elektrode zum Werkstück übergeht- Der tropfenförmige Werkstoffübergang erfordert jedoch eine noch größere Geschicklichkeit des Schweißers bei der Handhabung der Elektrode.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde,, eine Seelendrahtelektrode zu schaffen_t die das Schutzgaslichtbogenschweißen in Zwangsposition erleichtert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Seelendrahtelektrode für das Schutzgaslichtbogenschweißen mit einer hohlen Hülle aus niedriggekohltem Stahl und einer Schweißpulverseele, die in Gew.% im wesentlichen aus 3O bis 6O % Titandioxid, IO bis 30 % metallischem Desoxydationsmittel, einer wirksamen Menge an Silizium, falls nicht im Desoxydationsmittel enthalten, 3 bis 10 % Manganoxid, 0,5 bis 8,0 % einer natrium- und/oder kaliumhaltigen lichtbogenstabilisierenden Verbindung,-2 bis 4O % Eisenpulver und 1 bis 7 % Magnesium- und/oder Magnesium-Aluminium-Legierung besteht, wobei 0,5 bis 5,0 % Aluminiumoxid vorhanden sind, wenn eine Magnesium-Aluminium-Legierung benutzt wird, und wobei die Schweißpulverseele 1O bis 2O % des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß bei einem auf Rutil-Basis beruhenden, die Seele einer für das Schutzgasschwei-.ßen bestimmten Elektrode bildenden Flußmittel der Zusatz von Magnesium in elementarer Form oder als Magnesium-Aluminium-Legierung

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in überraschender Weise eine Schlacke ergibt, die offensichtlich erheblich oberhalb des Schmelzpunktes öer Schlacke und oberhalb des Schmelzpunktes von Stahl steif oder viskoser wird. Es wird angenommen, daß die Verbindung MgTi₀O₁-. (Schmelzpunkt 1652 C' in dem geschmolzenen Flußmittel gebildet wird und beim Ausfallen eine Versteifungswirkung darauf hat. Diese Erscheinung eignet sich in hervorragender Weise für das Senkrecht- oder Überkopfschweißen. Es wurde ferner festgestellt, daß die Lichtbogenbildung instabil wird, wenn anstelle von Magnesium oder Magnesium-Aluminium-Legierungen Magnesiumoxid verwendet wird= Überraschenderweise führen Magnesium oder Magnesium-Aluminium-Legierungen nicht zu Lichtbogeninstabilitäten, obwohl Magnesium oder Aluminium in Gegenwart des Lichtbogens wegen des in der Kohlendioxid-Schutzgasatmosphäre vorhandenen Sauerstoffs in Magnesiumoxid oder MgTipOj- bzw. in AIpO-, umgewandelt werden.

Als Desoxydationsmittel können beliebige herkömmliche Desoxydationsmittel benutzt werden, beispielsweise Ferromongan-Silizium, Ferromangan, Ferrosil iziuim, Zirkon-Sil izium, Kalzium-Silizium, Ferroaluminium-Silizium, Alkalimetalle und E-'dalkal imetalle, Vorzugsweise werden Ferromangan-Silizium und Fe"romangan verwendet. Es kann jedes der vorstehend genannten Desoxydotionsmittel benutzt werden, vorausgesetzt es ist eine wirksame Menge an Silizium vorhanden, und zwar entweder als Bestandteil des Desoxydationsmittels oder als weiterer Zusatz zum Flußmittel. Das Desoxydationsmittel sollte in einer Menge von 1O bis 30 Gew.% vorhanden sein.

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Eisenpulver dient als Lichtbogenstabilisator und ist in einer Menge von 2 bis 4O Gew.% vorhanden» Die Eisenpulvermenge hängt von dem Gewichtsprozentsätz der Seele bezogen auf das Gesamtgewicht der Drahtelektrode ab» Wird beispielsweise mit einer sehr kleinen Seele gearbeitet, ist in der Seele weniger Eisenpulver erforderlich, weil das Eisen durch die Hülle zur Verfügung gestellt wird. ^;

Eine Natrium- oder Kaliumverbindung mit lichtbogenstabilisierenden Eigenschaften, beispielsweise Nätriumfluorid oder Kaliumsilikat, ist in einer Menge von 0,5 bis 8 Gew.% vorhanden. Kalzium» fluorid hat, wie gefunden wurde, einen nachteiligen Einfluß auf die Anwendbarkeit der Elektrode für das Schweißen in Zwangsposi-

tion. - ,

Rutil (TiOp) stellt die Grundlage des Flußmittels öder Schweißpulvers dar; es ist der schlackebildende Bestandteil. Rutil sollte in einer Menge von 30 bis 60 Gew.% der Seele vorhanden sein. Werden wesentlich mehr als 60 Gew.% Rutil verwendet, wird die Schlacke zu dünnflüssig und geht der günstige Einfluß des Magnesiums oder der Magnesium-Aluminium-Legierung verloren.'

Magnesium oder eine Magriesium-Al'uminium-Legierung wird in einer Menge von 1 bis 7 Gew.% vorgesehen. Werden wesentlich mehr als 7 Gew.% benutzt, wird der Lichtbogen sehr hart und kommt es zu einer starken Spritzerbildung. Außerdem wird die Schlacke zu rasch steif, was zu Einschlüssen im Schweißgut führt. Manganoxid

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wird in einer Menge von 3 bis 1O Gew.% benutzt, um einen weichen, spritzerfreien Lichtbogen in Gegenwart der erforderlichen Menge von 1 bis 7 Gew.% Magnesium oder Magnesium-Aluminium-Legierung zu erhalten.

Es wurde ferner gefunden, daß Aluminiumoxid (AIpO-,) vorgesehen werden sollte, wenn Magnesium in Form einer Legierung von Magnesium und Aluminium zugesetzt wird. Aluminiumoxid unterstützt die Bildung einer steifen Schlacke bei Verwendung von Magnesium-Aluminium-Legierungen,. Die Aluminiumoxidmenge sollte zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 5,0 Gew.% liegen.

Die Seele macht vorzugsweise 10 bis 20 % des Gesamtgewichts der Elektrode aus. Es versteht sich, daß bei Änderungen des Gewichtsverhältnisses von Seele zu Gesamtelektrode die Gewichtsanteile der Bestandteile der Seele zu ändern sind.

Die folgenden Beispiele stellen zweckmäßige Ausführungsformen für verschiedene Gewichtsanteile und Zusammensetzungen der Seele dar. In allen Fällen wurde ein Schutzgas benutzt, das aus Kohlendioxid oder einem Gemisch von 25 Vol.% Argon und 75 Vol,% Kohlendioxid bestand. Das Schutzgas wurde der Schweißbrennerdüse in einer Menge von 1,13 m /h zugeführt.

Beispiel I

Es wurde eine Elektrode von 1,6 mm Durchmesser hergestellt. Die Elektrode hatte eine Hülle aus niedriggekohltem Stahl und eine

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Schweißpulverseele, die 18 % des Gesamtgewichts der Elektrode ausmachte. Das Schweißpulver hatte in Gew„% ungefähr die folgende Zusammensetzung: NaF 1,5; Fe-Pulver 21,5; TiO„ 47; Fe-Mn-Si 2O; Mg'3; Mn 0,7. Mit Hilfe der Elektrode wurden senkrechte Steignähte von Hand mit ungefähr 200 bis 23O A und ungefähr 23 bis 25 V geschweißt. Die Schlacke wurde so steif, daß das Schweißbad ohne besondere Geschicklichkeit des Schweißers gehalten wurde! Ungeachtet des verhältnismäßig schwachen Stromes wurde ein sprühregenartiger WerkstoffÜbergang aufrechterhalten, was dazu beitrug, daß der Schweißer die Schweißung bequem durchführen konnte.

Beispiel II

Eine Elektrode ähnlich Beispiel I wurde hergestellt. Die Schweißpulverseele machte den gleichen Gewichtsanteil aus und hatte in Gew.% ungefähr folgende Zusammensetzung; NaF 2; Fe-Pulver 35; TiO₂ 35; Fe-Mn-Si 15; Mg-Al 4; MnO 5;- KpSiO₄ 2; Al₂O₃ 2, Die Elektrode wurde auf die gleiche Weise und unter denselben Schweißbedingungen wie im Beispiel I eingesetzt. Die Ergebnisse waren ahnlieh wie dort, -

Beispiel III

In diesem Beispiel wurde ebenso wie in den Beispielen IV und V eine Elektrode von 1,6 mm Durchmesser hergestellt, die eine Hülle aus niedriggekohltem Stahl und eine Schweißpulverseele von 14 Gew.% hatte. In diesem Beispiel hatte die Seele in Gew.% folgende Zusammensetzung: Fe 11,9; TiO₂ 45,O; Fe-Mn-Si 23,8; MnO 6,4; NaF 2,5; Mg-Al 5,2; K₃SiO₄ 2,6; Al₃O₃ 2,6. Wiederum wurde eine

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steife Schlacke gebildet; das Schweißbad konnte ohne besondere
Geschicklichkeit des Schweißers gehalten werden,

Beispiel IV

In diesem Beispiel enthielt das Flußmittel in Gew.%: Fe 12₍4;
45,O; Fe-Mn-Si 19,3; MnO 6,4; NaF 2,5; Mg-Al 5,2; K

2,6; Al₂O₃ 2,6 und Fe-Mn 4,0. Diese Elektrode erwies siph als
besonders günstig angesichts der hervorragenden Lichtbogenstabilität, hoher Kerbschlagzähigkeit und entsprechender Festigkeitswerte für Anwendungen bei niedriggekohltem Stahl.

Beispiel V

In diesem Beispiel enthielt das Schweißpulver in Gew.%: Fe 16,4; TiO₂ 45,O; Fe-Mn-Si 19,3; MnO 6,4; NaF 2,5; Mg-Al 5,2; K₃SiO₄
2,6; Al₂O- 2,6. Bei Verwendung dieser Elektrode wurden die gleichen· guten Ergebnisse für handgeschweißte senkrechte Steignähte
erhalten.

Beispiel VI

In diesem Beispiel wurde eine Elektrode von 1,6 mm Durchmesser
mit einer Hülle aus niedriggekohltem Stahl und einer Schweißpulverseele von 12 Gew.% hergestellt. Das Schweißpulver enthielt in Gew,%: NaF 3,0; Fe 2,5; TiO₃ 52,5; Fe-Mn-Si 22,5; MnO 7,5; Mg-Al 6,0; K₂SiO₄ 3,O; Al₃O₃ 3,O. Handschweißungen, die in der gleichen Weise und unter denselben Schweißbedingungen wie oben angegeben
durchgeführt wurden, lieferten entsprechend gute Ergebnisse.

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Claims

Ansprüche

1. Seelendrahtelektrode für das Schutzgaslichtbogenschweißen mit einer hohlen Hülle aus niedriggekohltem Stahl und einer SchweiSpulverseele, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele in Gew.% im wesentlichen aus 3ü bis 6O % Titandioxid, 1O bis 3O % metallischem Desoxydationsmittel, einer wirksamen Menge an Silizium, falls nicht im Desoxydationsmittel enthalten, 3 bis 1O % Manganoxid, 0,5 bis 8,O % einer natrium- und/oder kaliumhaltigen Iichtbogenstabilisierenden Verbindung, 2 bis 40 % Eisenpulver und 1 bis 7 % Magnesium- und/ oder Magnesium-Aluminium-Legierung besteht, wobei O,5 bis 5,0 % Aluminiumoxid vorhanden sind, wenn eine Magnesium-Aluminium-Legierung benutzt wird, und daß die Schweißpulverseele 10 bis 20 % des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht. '

2. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die lichtbogenstabilisierende Verbindung aus 0,5 bis 3 % K₂SiO₄ besteht.

3. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele in Gew.% im wesentlichen aus 47 % TiO₂, 20 % Fe-Mn-Si, 7 % MnO, 1,5 % NaF, 21,5 % Eisenpulver und 3 % Mg besteht und daß die Seele 18 % des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

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4. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die SchweiBpulverseele in Gew.% im wesentlichen aus 35 % TiO₂, 15 % Fe-Mn-Si, 5 % MnO, 2 % NaF, 2 %'K₂SiO₄, 35 % Eisenpulver, 4 % Mg-Al und 2 % Al₂O₃ besteht und daß die Seele 18 % des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht,

5. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele in Gew.% im wesentlichen aus 45 % TiO₂, 23,8 % Fe-Mn-Si, 6,4 % MnO, 2,5 %'NaF, 2,6 % K₂SiO₄, 11,9 % Eisenpulver, 5,2 % Mg-Al und 2,6 % Al₃O₃ besteht und daß die Seele 14 % des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

6. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele in Gew.% im wesentlichen aus 45 % TiO₂, 19,3 % Fe-Mn-Si, 4,O % Fe-Mn, 6,4 % MnO, 2,5 % NaF, 2,6% K₂SiO₄, 12,4 % Eisenpulver, 5,2 % Mg-Al und 2,6 % Al₂O₃,besteht und daß die Seele 14 % des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

7. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele in Gew.% im wesentlichen aus 45 % TiO₂, 19,3 % Fe-Mn-Si, 6,4 % MnO, 2,5 % NaF, 2,6 % K₃SiO₄, 16,4 % Eisenpulver, 5,2 % Mg-Al und 2,6 % Al₂O₃ besteht und daß die Seele 14 % des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

8. Seelendrahtelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpulverseele in Gew.% im wesentlichen aus 52,5%

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₂, 2.2,5 % Fe-Mn-Si, 7,5 % MnO, 3,0 % NaF, 3,0 % K₂₄ 2,5 % Fe, 6,O % Mg-Al und 3,O % Al₃O besteht und daß die Seele 12 % des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht.

9. Anwendung der Seelendrahtelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Lichtbogenschweißen unter Verwendung eines Schutzgases, das aus Kohlendioxid besteht oder Kohlendioxid enthält.

10. Anwendung der Seelendrahtelektrode nach einem der Ansprüche 3 bis 8 zum Lichtbogenschweißen unter Verwendung eines Schutzgases, das aus Kohlendioxid oner einem Gemisch aus 25 Vol.% Argon und 75 Vol.% Kohlendioxid besteht.

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