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Schweißmittel für Glas Unterpulverschweißen Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf ein Schweißmittel für das Unterpulverschweißen, bei welchem die
gesamte Schweißzone einschließlich des abschmelzenden Endes der Elektrode und des
geschmolzenen abgeschiedenen Metalls von einer tiefen geschmolzenen Decke eines
anfänglich pulverisierten Schweißmittels bedeckt ist.
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Bei dem gegenwärtigen Stand der Technik wird der Wunsch, eine Schicht
oder ein Band aus Weicheisen auf einem Metallwerkstück abzuscheiden, durch die Tatsache
vereitelt, daß solche Abscheidungen bestimmte geringer legierende Elemente enthalten,
welche die Bildung einer verhältnismäßig harten Abscheidung bewirken. Diese Tatsache
zeigt sich auch beim Schweißen von Weicheisen. Wenn das Grundmetall aus Weicheisen
besteht, wird auf Grund des gegenwärtigen Standes der Technik bei dem Unterpulverschweißen
die Schweiße von größerer Härte als das Grundmetall gewählt, eine Sachlage, die
ganz augenscheinlich unerwünscht ist. Ein verfahren zur Abscheidung von Weicheisen
durch Anwendung eines Abdeck-Schmelz-Schweißverfahrens würde daher viele Anwendungsmöglichkeiten
finden.
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Es ist bereits bekannt, Schweißpulver zur Elektrodenumhüllung zu benutzen,
dem bis zu 1 bis 5% Eisenoxyd beigemengt sind. Diese Mischungen für die Umhüllung
von Schweißelektroden sind in ihrer Zusammensetzung so, gewählt, daß sie eine dampfförmige
Schutzhülle um den Lichtbogen erzeugen und auf der Oberfläche der Schweiße eine
dünne Schutzschicht geschmolzenen Flußmittels bilden. Diese bekannten Zusammensetzungen
vermögen aber nicht die Aufgabe zu lösen, einen eisenhaltigen Werkstoff im Lichtbogen
mit einer Stahlelektrode so zu schweißen, daß der Schweißauftrag oder die Schweißraupe
praktisch aus Weicheisen besteht und keine Legierungselemente enthält, die eine
härtende Wirkung ausüben, gleichgültig, ob solche härtenden Elemente aus der Unterlage
oder aus der Schweißraupe stammen.
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Es wurde nämlich gefunden, daß, wenn die Bestandteile des Schweißmittels
so ausgewählt und zusammengegeben werden, daß der verfügbare Sauerstoffgehalt des
Schweißmittels erhöht wird, die legierenden Elemente des Schweißmetalls einschließlich
Kohlenstoff, Mangan und Silizium, die von einer einfachen, gewöhnlichen Kohlenstoffstahlelektrode
und dem damit geschmolzenen Grundmetall her stammen, oxydiert und abgeführt werden,
teilweise durch das geschmolzene Schweißmittel@gemisch und teilweise als Gas unter
Zurücklassung einer Weicheisen-Schmelzabscheidung.
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Demgemäß bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Schweißmittel
für die Unterpulverschweißung zur Bildung von Weicheisenabscheidungen, das neben
Kalk und Kalziumfluorid gegebenenfalls Aluminiumoxyd enthält, wobei ferner das als
Fe0 berechnete Eisenoxyd 40 bis 60 Gewichtsprozent des Schweißmittels ausmacht und
der Rest aus 4 bis 320/0 Kalk, bis 25% Kalziumfluorid, bis 250/0 Aluminiumoxyd,
bis 15% Magnesiumoxyd, bis 10% Siliziumoxyd und bis 10F°/0 Titanoxyd besteht.
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Die Qualität der Abscheidung, insbesondere hinsichtlich des Oberflächenaussehens,
kann, falls erwünscht, weiterhin durch die Anwesenheit von bis zu 2% einer oxydischen
Vanadiumverbindung (z. B. Nav03) und/oder bis zu 10% Titanoxyd verbessert werden.
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Besondere Gemische nach der Erfindung, die gute Ergebnisse zeigten,
sind folgende-
| A I B |
| CaO ......... 7,22°/0 8,84% |
| A1203....... 23,50% 21,5011/o |
| Fe0 ........ 27,76% - 21,00% |
| Fe. 0, ....... 17,04% 24,24% |
| Gesamt-Fe0 42,8611/0 41;81% |
| CaF2 ....... 15,5411/a 15,964/0 |
| Ti02 ....... 4,62% 4,76'0/0 |
| Si 0s ........ 3,090/ö 5,44% |
| Mg 0 ....... 2,42'0% - |
| Gesamt .... 101,1911/0 101,74'% |
Die Mischung kann durch -Sinterung der Bestandteile über unterschiedliche
Zeiträume und bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 900 bis 120()o C, z. B. für
eine Stunde bei 1175°-C, zubereitet. werden und vor dem Zusatz der kleinen Menge
oxydischer Vanadiumverbindung oder Titanoxyd auf eine Korngröße von 74 [, zerkleinert
werden (d. h., das Gemisch tritt durch Maschenöffnungen von 1,397 mm hindurch, wird
aber von Maschen mit Öffnungen von 0,074 mm zurückgehalten). Ein anderes Verfahren
zur Zubereitung der Mischung besteht darin, die Mischung in einem basisch ausgekleideten
elektrischen Ofen zu schmelzen. Obgleich beide Verfahren zufriedenstellend sind,
führt das Schmelzverfahren zu einem gleichförmigen Produkt, das in geeigneter Weise
zerkleinert werden kann, wobei die wiedergewonnene Mischung die gleiche Qualität
wie das Originalprodukt besitzt. Es wird aber bemerkt, daß das beim Schmelzen angewandte
Verfahren zur Zubereitung der Mischung von entscheidender Bedeutung ist. Ein bevorzugtes
Verfahren ist das folgende: Kalk, Aluminium- und Titanoxyd werden intensiv gemischt
und dem Ofen bezüglich Geschwindigkeit oder Menge unter solchen Bedingungen zugeführt,
daß ein flüssiges Bad aufrechterhalten wird. Alsdann wird während des ganzen Schmelzprozesses
Kalziumfluorid in so kleinen Mengen zugeführt, wie es zur Aufrechterhaltung eines
befriedigenden Flüssigkeitsgrades im Bad erforderlich ist. Nachdem der Kalk sowie
das Aluminium- und Titanoxyd verschmolzen sind, werden dem Bad das Magneteisenerz
oder andere Eisenoxyde unter einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß das Bad
nicht erstarren kann, worauf anschließend das restliche Kalziumfluorid zugesetzt
wird. Das Schmelzgemisch wird dann umgerührt und rasch abgezapft.
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Die Abscheidung von Weicheisenmetallen nach der Erfindung läßt sich
beispielsweise vorteilhaft für die Bildung der Drallwindungen an Artilleriegeschossen
anwenden. Hierfür wird zur Zeit Kupfer in Bandform benutzt, das auf den Geschoßkörpern
aufgepreßt oder heiß aufgeschrumpft wird. Diese Praxis weist jedoch gewisse Schwierigkeiten
und entsprechende Nachteile auf, wie das gelegentliche Auftreten von losen Bändern,
das Erfßrdernis schwerer Pressen und ähnlicher Ausrüstungen, die mögliche Bildung
von Kupfer-Oxyden unter dem Band während des Warmpreßvorganges, die Notwendigkeit
mehrerer komplizierter Herstellungsstufen, die Schwächung des Geschoßkörpers unter
dem Band infolge Unterschneidungen für die Lagerung des Bandes sowie die Kosten
und Bereitstellung des das Band formenden Metalls. Die vorliegende Erfindung ermöglicht
die feste Anbringung eine Drallbandes aus Weicheisen auf einem Artilleriegeschoß,
ohne daß dabei- die Schwierigkeiten und Nachteile eines Kupfer-Drallbandes auftreten.
Die im folgenden angegebenen Beispiele zeigen eine der Anwendungsmöglichkeiten der
Erfindung.
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Ein Weicheisen-Drallbandvon 3,51 cm Breite wurde unter Verwendung
der Mischung A (s. oben) auf einem 10,5-cm-Artilleriegeschoß abgeschieden. Dies
erfolgt in zwei Durchgängen, nämlich durch Schweißen in der üblichen Weise mit Gleichstrom
mitpositiv gepolter Elektrode. Verwendet wurde ferner eine Stahlelektrode und ein
Strom von 290A sowie einer Spannung von 26V, die eine Gesamtschweißdauer von 7 Minuten
erforderten. Das abgeschiedene Weicheisenband hatte einen Härtegrad von 56 bis 71
Rockwell B. Die Zusammensetzung des Schweißmetalls, der Elektrode und des Geschosses
war wie folgt :
| Kohlen- Mangan Silizium |
| Stoff |
| °/o °/o °/o |
| Schweißmetall ......... 0,023 0,01 0,008 |
| Elektrode .............. 0,08 0,25 0,04 |
| Geschoß ............... 0,50 0,88 0,15 |
In einem anderen Ausführungsbeispiel wurde ein Schwingsystem verwendet, um die gewünschte
Breite der Abscheidung in einer Umdrehung des Geschosses herzustellen. Die Abscheidungen
wurden mit einer Stahlelektrode von 3,18 mm Durchmesser bei 340A, 24V Gleichstrom
mit positiv gepolter Elektrode und einer Umfangsgeschwindigkeit von 8,89 bis 10,16
cm pro Minute aufgebracht. Bei 62 Schwingungen pro Minute und einer Amplitude von
2,06 cm wurde eine Schweißabscheidung von 2,54 bis 2,70 mm Breite in einem Arbeitsgang
auf einem 10,5-em-Artilleriegeschoß in wenig mehr als 3 Minuten Schweißzeit aufgebracht.
Das erzeugte Weicheisenband hatte einen Härtegrad von 50 bis 62 Rockwell B.
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Zur Veranschaulichung der Vorteile der Schweißmittel nach der Erfindung
beim Schweißen von Weicheisen wurden Schweißverbindungen an 9,5 mm starken Weicheisenplatten
hergestellt. Die Schweißungen wurden mit einer Stahlelektrode von 6,36 mm Durchmesser
bei 600 A, 27 V Gleichstrom mit positiv gepolter Elektrode und einer Geschwindigkeit
von 10,16 cm pro. Minute ausgeführt. Hierbei ergaben sich Schweißungen zufriedenstellender
Qualität bei folgender Analyse des Schweißmittels: 8,2111/o Ca0, 16,14% CaF2, 21,06%
A1203, 39,0811/o Fe (als Fe0), 5,16% Ti 02.
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Ferner lassen sich mit einem Schweißmittel nach der Erfindung Weicheisenabscheidungen
auf hartbaren Materialien aufbringen, um eine bearbeitbare Oberfläche zu erhalten.
Beispielsweise wurde die Oberfläche eines hochkohlenstoffhaltigen Stahles mit einer
Weicheisenabscheidung mittels eines Schweißmittels nach der Erfindung bedeckt. Die
Abscheidungen erfolgten bei 400A, 25 bis 30 V Gleichstrom mit positiv gepolter Elektrode
sowie bei einer Geschwindigkeit von 15,24 cm pro Minute. Das Schweißmittel hatte
dabei die folgende Analyse: 2511/o Ca 0, 60% Fe304, 15% C&F2. Die abgeschiedene
Weicheisenoberfläche besaß eine Härte von 63 Rockwell B.