DE1086973B

DE1086973B - Welding agent for submerged arc welding

Info

Publication number: DE1086973B
Application number: DEU2973A
Authority: DE
Inventors: Clarence Evert Jackson; Arthur Edward Shrubsall
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1953-09-15
Filing date: 1954-09-15
Publication date: 1960-08-11

Description

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.Welding means for glass submerged arc welding The present invention refers to a welding agent for submerged arc welding, in which the entire welding zone including the consumable end of the electrode and the molten metal deposited from a deep molten blanket of a initially powdered welding agent is covered.

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.With the current state of the art, there is a desire to have a layer or to deposit a band of soft iron on a metal workpiece, by the fact thwarted that such deposits contain certain lower alloying elements, which cause the formation of a relatively hard deposit. this fact is also shown when welding soft iron. If the base metal is soft iron is based on the current state of the art in submerged arc welding the welds of greater hardness than the base metal chosen, a state of affairs which is obviously undesirable. A process for the deposition of soft iron using a masking fusion welding process would therefore have many uses Find.

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.It is already known to use welding powder for covering electrodes, to which up to 1 to 5% iron oxide are added. These mixes for serving of welding electrodes are chosen in their composition so that they are vaporous Create protective sheath around the arc and on the surface of the weld a Form a thin protective layer of molten flux. These known compositions but are unable to solve the problem of putting a ferrous material in an arc to weld with a steel electrode so that the weld deposit or the weld bead consists practically of soft iron and does not contain any alloying elements that have a exert hardening effect, regardless of whether such hardening elements from the substrate or come from the weld bead.

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.Namely, it has been found that when the constituents of the welding agent are selected and combined so that the available oxygen content of the Welding agent is increased, including the alloying elements of the weld metal Carbon, manganese, and silicon produced by a simple, ordinary carbon steel electrode and the base metal melted with it, are oxidized and carried away, partly due to the molten welding material @ mixture and partly as gas Leaving a soft iron enamel deposit behind.

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.Accordingly, the present invention relates to welding means for submerged arc welding to form soft iron deposits, the next Lime and calcium fluoride optionally contains aluminum oxide, furthermore as Fe0 calculated iron oxide makes up 40 to 60 percent by weight of the welding material and the rest of 4 to 320/0 lime, up to 25% calcium fluoride, up to 250/0 aluminum oxide, up to 15% magnesium oxide, up to 10% silicon oxide and up to 10 ° / 0 titanium oxide.

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.The quality of the deposit, especially with regard to the surface appearance, can, if desired, furthermore by the presence of up to 2% of an oxidic Vanadium compound (e.g. Nav03) and / or up to 10% titanium oxide can be improved.

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.Particular mixtures according to the invention, which showed good results, are the following- 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% Total 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% - Total .... 101.1911 / 0 101.74 '% The mixture can be prepared by sintering the ingredients for different periods of time and at temperatures in the range of about 900 to 120 ° C, e.g. B. for one hour at 1175 ° C prepared. and before the addition of the small amount of oxidic vanadium compound or titanium oxide are crushed to a grain size of 74 [(ie the mixture passes through mesh openings of 1.397 mm, but is retained by meshes with openings of 0.074 mm). Another method of preparing the mixture is to melt the mixture in a basic-lined electric furnace. While both methods are satisfactory, the melting process results in a uniform product which can be conveniently comminuted, the recovered mixture being of the same quality as the original product. It should be noted, however, that the method of melting used to prepare the mixture is of critical importance. A preferred method is as follows: Lime, aluminum and titanium oxides are thoroughly mixed and fed to the furnace in speed or amount under conditions such that a liquid bath is maintained. Calcium fluoride is then added during the entire melting process in such small quantities as is necessary to maintain a satisfactory degree of fluidity in the bath. After the lime and the aluminum and titanium oxides have melted, the magnetic iron ore or other iron oxides are fed to the bath at such a rate that the bath cannot solidify, after which the remaining calcium fluoride is added. The melt mixture is then stirred and quickly tapped.

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.The deposition of soft iron metals according to the invention can be for example advantageous for the formation of twist turns on artillery projectiles use. For this purpose, copper in tape form is currently used, which is on the projectile bodies pressed on or shrunk on while hot. However, this practice has certain difficulties and corresponding disadvantages, such as the occasional appearance of loose bands, the risk of heavy presses and similar equipment, the possible formation of copper oxides under the strip during the hot-pressing process, the necessity several complicated manufacturing stages, the weakening of the projectile body under the tape as a result of undercuts for the storage of the tape and the costs and providing the metal forming the band. The present invention enables the fixed attachment of a twist band made of soft iron on an artillery shell, without the difficulties and disadvantages of a copper twist band occurring. The examples given below show one of the possible uses of the Invention.

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.A soft iron twist tape 3.51 cm wide was deposited onto a 10.5 cm artillery shell using Mixture A (see above). This is done in two passes, namely by welding in the usual way with direct current with a positively polarized electrode. A steel electrode and a current of 290A and a voltage of 26V were also used, which required a total welding time of 7 minutes. The deposited soft iron tape had a hardness of 56 to 71 Rockwell B. The composition of the weld metal, the electrode and the bullet were as follows: Carbon manganese silicon material ° / o ° / o ° / o Weld metal ......... 0.023 0.01 0.008 Electrode .............. 0.08 0.25 0.04 Floor ............... 0.50 0.88 0.15 In another embodiment, a vibratory system was used to produce the desired width of deposition in one revolution of the bullet. The deposits were applied with a steel electrode 3.18 mm in diameter at 340 A, 24 V direct current with a positive electrode and a peripheral speed of 8.89 to 10.16 cm per minute. At 62 vibrations per minute and an amplitude of 2.06 cm, a weld deposit 2.54 to 2.70 mm wide was applied in one operation on a 10.5-em artillery projectile in little more than 3 minutes of welding time. The soft iron strip produced had a hardness of 50 to 62 Rockwell B.

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.To illustrate the advantages of the welding means according to the invention when welding soft iron, welded joints were made on 9.5 mm thick soft iron plates manufactured. The welds were made with a steel electrode 6.36 mm in diameter at 600 A, 27 V DC with positive electrode and one speed 10.16 cm per. Minute. The welds turned out to be more satisfactory Quality with the following analysis of the welding material: 8.2111 / o Ca0, 16.14% CaF2, 21.06% A1203, 39.0811 / o Fe (as Fe0), 5.16% Ti 02.

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.Furthermore, soft iron deposits can be made with a welding means according to the invention Apply to hardenable materials to obtain a machinable surface. For example, the surface of a high carbon steel with a Soft iron deposit covered by a welding means according to the invention. the Deposits were made at 400A, 25-30VDC with a positive electrode as well as at a speed of 6 inches per minute. The welding fluid had the following analysis: 2511 / o Ca 0, 60% Fe304, 15% C & F2. The secluded The soft iron surface had a hardness of 63 Rockwell B.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Welding agent for submerged arc welding for Formation of soft iron deposits using low carbon steel electrodes, Contains lime and calcium fluoride and optionally aluminum oxide, magnesium oxide, Silicon oxide and titanium oxide as well as iron oxide, characterized in that it consists of 40 up to 60 percent by weight iron oxide (calculated as FeO), 4 to 32%. Lime, up to 25n / o, calcium fluoride, up to 25% aluminum oxide, up to 15% magnesium oxide, up to 10% silicon oxide and up to 1011 / o Titanium oxide consists.

2. Welding means according to claim 1, characterized in that it also contains up to 2% of an oxidic vanadium compound.

3. Procedure for the production of a welding means according to claims 1 and 2 for submerged arc welding, characterized in that the constituents besides the vanadium or titanium oxides at 900 to 1200 ° C are sintered, the sintered mass into particles with a grain size crushed between 0.074 and 1.4 mm and then vanadium and / or titanium oxide is added. Documents considered: German Patent No. 896 752; British Patent No. 497 510; U.S. Patent No. 2,150,000; Italian U.S. Patent No. 352,639.