DE4008091C2

DE4008091C2 -

Info

Publication number: DE4008091C2
Application number: DE4008091A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 4030 Ratingen De Born; Peter 4020 Mettmann De Knauf; Hans-Joachim Dr.-Ing. 8502 Zirndorf De Retelsdorf
Original assignee: Durum Verschleissschutz 4150 Krefeld De GmbH
Current assignee: Durum Verschleissschutz 4150 Krefeld De GmbH
Priority date: 1989-05-20
Filing date: 1990-03-14
Publication date: 1992-10-01
Also published as: DE4008091A1; GB9011159D0; US5004886A; GB2232108A; GB2232108B

Description

Die Erfindung betrifft verbrauchende Elektroden für elektrisches Lichtbogenschweißen sowie Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogenschweißens mit Hilfe dieser Elektroden. - Die Verschleißschutzschichten werden z. B. auf die Oberfläche von Werkzeugen und Geräten im Bergbau, in der Tiefbohrtechnik, in der keramischen Industrie u. dgl. aufgebracht.

Die aus der Praxis bekannten Verfahren zum Aufbringen von Verschleißschutzschichten des beschriebenen grundsätzlichen Aufbaus sind autogene Schweißverfahren oder elektrische Lichtbogenschweißverfahren. Im Rahmen der autogenen Schweißverfahren sind Schweißzusatzwerkstoffe in Form von Schweißstäben oder Schweißdrähten bekannt, die aus einem Eisenröhrchen mit einer Füllung aus Wolframcarbid-Körnern bestehen, wobei mit gekörntem Wolframschmelzcarbid oder auch mit Wolframcarbid/ Cobalt-Pellets gearbeitet wird. Der Füllgrad der Eisenröhrchen liegt bei 60%. Für autogene Schweißverfahren sind ferner Röhrchen bekannt, die aus einer Eisen/Chrom/ Nickel-Legierung bestehen und in der angegebenen Weise mit Wolframcarbid-Körnern gefüllt sind. Ersetzt man die Eisenröhrchen durch Nickelröhrchen und füllt man in die Nickelröhrchen neben den Wolframcarbid-Körnern entsprechende Legierungselemente feinteilig ein, so erhält man für die Verschleißschutzschicht z. B. eine Nickel/Chrom/Bor/Silicium- Matrix in Form einer entsprechenden Legierung, wiederum durch autogene Auftragung.

Im Rahmen des elektrischen Lichtbogenschweißens zum Aufbringen von Verschleißschutzschichten arbeitet man mit verbrauchenden Stabelektroden oder Fülldrahtelektroden, die aus legierten Röhrchen mit feinteiliger Füllung bestehen. Die Röhrchen sind aus einer Nickelbasislegierung oder aus einer Cobaltbasislegierung aufgebaut (vgl. DE 87 16 743 U1, DE 24 40 995 C2, US 21 37 471). Im Rahmen des elektrischen Lichtbogenschweißens mit bekannten verbrauchenden Elektroden lassen sich Verschleißschutzschichten mit Nickellegierungsmatrix allerdings bisher nicht befriedigend herstellen. Die Struktur des eingelagerten Wolframcarbids in der aufgeschweißten Schicht ist im Rahmen der bekannten Maßnahmen nicht definiert und nicht steuerbar. Bei Versuchen zeigt sich, daß die Legierungszusammensetzung der Nickellegierungsmatrix entscheidenden Einfluß auf die Struktur und aufgelösten Anteile des in der Elektrode enthaltenen Wolframcarbids hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbrauchende Elektroden für elektrisches Lichtbogenschweißen anzugeben, mit denen Verschleißschutzschichten definierter Nickellegierungszusammensetzung mit definierter Struktur des eingelagerten Wolframcarbids herstellbar sind.

Gegenstand der Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe sind verbrauchende Stabelektroden mit den in den nebengeordneten Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalen sowie verbrauchende Fülldrahtelektroden mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 3 und 4. Gegenstand der Erfindung sind ferner Verfahren zum Aufbringen von Verschleißschutzschichten aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogenschweißens mit Hilfe der erfindungsgemäßen Elektroden. Die Verfahren sind Gegenstand der Patentansprüche 5 bis 12.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre wird das Verfahren durch Auswahl der verbrauchenden Stab- oder Fülldrahtelektrode und durch Einstellung der Schweißparameter alternativ so gesteuert, daß die Wolframcarbid-Körner beim Schweißvorgang in der Nickellegierungsmatrix praktisch nicht in Lösung gehen oder beim Schweißvorgang in Lösung gehen und beim Erkalten in homogener Verteilung ausgeschieden werden. Das Inlösunggehen oder das Nichtinlösunggehen von Wolframcarbid- Körnern in einer Nickellegierungsmatrix folgt komplexen thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten. Sie hängen von der Oberfläche der Wolframcarbid-Körner und damit von der Körnung sowie der umgebenden Schmelze nach Analyse und Temperatur ab. Sie hängen außerdem von der Zeit ab. Erfindungsgemäß sind die Oberfläche der Wolframcarbid-Körner und die Analyse der aufzunehmenden Schmelze so eingestellt, daß überraschenderweise die Ergebnisse, die erfindungsgemäß angestrebt werden, reproduzierbar erreicht werden. Gehen die Wolframcarbid- Körner beim Schweißvorgang in der Nickellegierungsmatrix in Lösung, so werden sie beim Erkalten in homogener Verteilung ausgeschieden. Auch bei hohem Wolframgehalt in der pulverförmigen Mischung besteht im Rahmen der Erfindung eine Nickellegierungsmatrix, weil das metallische Wolfram, welches die Mischung mitbringt, dazu führt, daß Wolframcarbid in Form von feinen Kristallen in homogener Verteilung ausgeschieden wird, und zwar in einer Matrix, die im übrigen eine Nickellegierungsmatrix ist. Die Wolframcarbid-Kristalle werden bei dieser Aussage über die Matrix nicht mitgerech net.

Claims

1. Verbrauchende Stabelektrode zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogenschweißens, bestehend aus einem Nickelröhrchen mit Füllung aus Ni 50-40 Gew.-%,
W 45-55 Gew.-%,
B 0,1-1,5 Gew.-%,
C 3-4 Gew.-%,
Si 0-2 Gew.-%,
Summe (C+B+Si)=5 Gew.-%,
Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhrchens 100 Gew.-%,und mit bekannten Flußmitteln sowie Wolframcarbid-Körnern mit einer Körnung von 0,3-2,0 mm in der Füllung.

2. Verbrauchende Stabelektrode zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogenschweißens, bestehend aus einem Nickelröhrchen mit Füllung aus Ni 50-40 Gew.-%,
W 45-55 Gew.-%,
B 0,1-1,5 Gew.-%,
C 3-4 Gew.-%,
Si 0-2 Gew.-%,
Summe (C+B+Si)=5 Gew.-%,
Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhrchens 100 Gew.-%,und mit bekannten Flußmitteln sowie Wolframcarbid-Körnern mit einer Körnung von 0,01-0,3 mm in der Füllung.

3. Verbrauchende Fülldrahtelektrode zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogenschweißens, bestehend aus einem Nickelröhrchen mit Füllung aus Ni 40-20 Gew.-%,
Cr 10-4 Gew.-%,
Si 5-2 Gew.-%,
B 3-1 Gew.-%,
W 40-70 Gew.-%,
C 2-3 Gew.-%,
Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhrchens 100 Gew.-%,und mit bekannten Flußmitteln sowie Wolframcarbid-Körnern mit einer Körnung von 0,3 bis 2,0 mm in der Füllung.

4. Verbrauchende Fülldrahtelektrode zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogenschweißens, bestehend aus einem Nickelröhrchen mit Füllung aus Ni 40-20 Gew.-%,
Cr 10-4 Gew.-%,
Si 5-2 Gew.-%,
B 3-1 Gew.-%,
W 40-70 Gew.-%,
C 2-3 Gew.-%,
Summe aller Mischungskomponenten und des Nickels des Nickelröhrchens 100 Gew.-%,und mit bekannten Flußmitteln sowie Wolframcarbid-Körnern mit einer Körnung von 0,01-0,3 mm in der Füllung.

5. Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogenschweißens mit Hilfe einer verbrauchenden Stabelektrode nach Anspruch 1, wobei bei einer Spannung von 22-26 V im Stromstärkebereich von 70-150 A die Schweißparameter so eingestellt werden, daß die Wolframcarbid- Körner beim Schweißvorgang in der Nickellegierungsmatrix praktisch nicht in Lösung gehen.

6. Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elek trischen Lichtbogenschweißens mit Hilfe einer verbrauchenden Stabelektrode nach Anspruch 2, wobei bei einer Spannung von 22-26 V im Stromstärkebereich von 120-220 A die Schweißparameter so eingestellt werden, daß die Wolframcarbid- Körner beim Schweißvorgang in Lösung gehen und beim Erkalten in homogener Verteilung ausgeschieden werden.

7. Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogenschweißens mit Hilfe einer verbrauchenden Fülldrahtelektrode nach Anspruch 3, wobei bei einer Spannung von 22-26 V im Stromstärkebereich von 180-260 A die Schweißparameter so eingestellt werden, daß Wolframcarbid- Körner beim Schweißvorgang praktisch nicht in Lösung gehen.

8. Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht aus einer Nickellegierungsmatrix und eingelagerten Wolframcarbiden auf eine zu schützende Oberfläche im Wege des elektrischen Lichtbogenschweißens mit Hilfe einer verbrauchenden Fülldrahtelektrode nach Anspruch 4, wobei bei einer Spannung von 22-26 V im Stromstärkebereich von 200-320 A die Schweißparameter so eingestellt werden, daß die Wolframcarbid- Körner beim Schweißvorgang in der Nickellegierungsmatrix in Lösung gehen und beim Erkalten in homogener Verteilung ausgeschieden werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei mit einem Nickelröhrchen mit einem Außendurchmesser von 1,5- 8 mm und einer Wanddicke von 0,2-2 mm gearbeitet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei mit körnigem Wolframschmelzcarbid gearbeitet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei mit Wolframschmelzcarbid in Kugelform gearbeitet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei mit Wolframcarbid/Cobalt-Pellets gearbeitet wird.