DE1259181B - Umhuellte Schweisselektrode des Rutiltyps mit Stahlkerndraht - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 23 k

Deutsche Kl.: 49 h - 36/10

Nummer: 1259 181

Aktenzeichen: B 46875 VI a/49 h

Anmeldetag: 22. November 1957

Auslegetag: 18. Januar 1968

Die Erfindung betrifft eine umhüllte Schweißelektrode des Rutiltyps für die Lichtbogenschweißung, wobei der Kerndraht aus unlegiertem oder legiertem Stahl besteht.

Bekanntlich zeichnen sich Rutilelektroden durch eine gute Schweißbarkeit aus, jedoch weisen die Schweißnähte im allgemeinen schlechte mechanische Eigenschaften, insbesondere eine geringe Bruchdehnung auf, sobald man höhere Schweißströme und Schweißgeschwindigkeiten anwendet. Es ist zwar bekannt, die mechanischen Eigenschaften derartiger Schweißnähte durch eine künstliche Alterung und Wärmebehandlung zu verbessern, jedoch ist dieses Verfahren selbstverständlich nur bei Werkstücken geringer Größe anwendbar. Insbesondere bei der Herstellung langer Schweißnähte, wie beispielsweise im Schiffbau, ist die Anwendung von bekannten Rutilelektroden infolge der entstehenden harten und spröden Schweißnähte beschränkt.

Weiterhin sind sogenannte basische Elektroden bekannt, deren Überzug Kalkstein und Flußspat enthält. Derartige Elektroden ergeben Schweißnähte mit guten metallurgischen Eigenschaften, jedoch ist die Schweißbarkeit dieser Elektroden insbesondere bei geringen Lichtbogenspannungen sehr schlecht. Die basischen Elektroden sind schwierig zu zünden, und man muß mit einem kurzen Lichtbogen schweißen, um eine Porosität der Schweißnaht zu vermeiden.

Es ist bereits eine Elektrode mit einer Umhüllung mit einem Titandioxydgehalt von 6 bis 35%, einem Kalksteingehalt von 0 bis 18 %> einem Flußspatgehalt von 15 bis 32%; einem Gehalt an Eisenpulver von 10 bis 50% und einem Gehalt an Ferrolegierungen, wie Ferromangan, -silicium und -titan, von 0 bis 20 % bekannt, welche jedoch infolge ihres verhältnismäßig hohen Flußspatgehaltes bereits basische Eigenschaften aufweist und infolgedessen die Nachteile basischer Elektroden zeigt. Weiterhin ist eine im wesentlichen basische Elektrode mit einem Kerndraht aus hochlegiertem Stahl und einer Umhüllung bekannt, die aus 20 bis 50% Titandioxyd, 20 bis 50% Kalkstein, 5 bis 20% Flußspat, 0 bis 30% kohlenstoffarmes Ferromangan, Rest Bindemittel besteht und welche zum Schweißen hochlegierter Stähle vorgesehen ist.

Die Erfindung geht von einer umhüllten Schweißelektrode für die Lichtbogenschweißung zum Niederlegen eines duktilen, wasserstoffarmen Schweißgutes mit hoher Schweißgeschwindigkeit mit einem Kerndraht aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl und einer Umhüllung des Rutiltyps, bestehend aus Titandioxyd, Flußspat, Ferrolegierungen, Kalkstein und Bindemitteln, aus und eine derartige Schweißelektrode Umhüllte Schweißelektrode des Rutiltyps mit
Stahlkerndraht

Anmelder:
5

The British Oxygen Company Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Holzer, Patentanwalt,
ίο 8900 Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14

Als Erfinder benannt:
Arthur John Hery Griffiths,
Arthur Bernard Fieldhouse,
Wolverhampton (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 26. November 1956 (36 156)

ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung an Titandioxyd 30 bis 60 %> an KaIkstein 10 bis 40 %> an Ferrolegierungen bis 15% Ferromangan, bis 15% Ferrosilicium und bis 10% Ferrotitan, einzeln oder zu mehreren, mindestens jedoch insgesamt 5 % Ferrolegierungen, und an Flußspat gegebenenfalls bis 5 % enthält und bei mindestens 300⁰C, besonders bei 350 bis 550⁰C, gebrannt worden ist.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die erfindungsgemäße umhüllte Schweißelektrode für die Lichtbogenschweißung zum Nisderlegen eines duktilen, wasserstoffarmen Schweißgutes mit hoher Schweißgeschwindigkeit mit einem Kerndraht aus unlegiertem oder niadriglegiertem Stahl und einer Umhüllung des Rutiltyps, bestehend aus Titandioxyd, Flußspat, Ferrolegierungen, Kalkstein, Bindemitteln und bis zu 50 % Eisenpulver, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung an Titandioxyd 30 bis 50 %> an Kalkstein 20 bis 40%, an Ferrolegierungen bis 10% Ferromangan, bis 10% Ferrosilicium und bis 10% Ferroaluminium, einzeln oder zu mehreren, mindestens jedoch insgesamt 5% Ferrolegierungen, an Flußspat gegebenenfalls bis 5%, und an Eisenpulver 20 bis 50% enthält und bei mindestens 300⁰C, besonders bei 350 bis 550⁰C, gebrannt worden ist. Durch das Brennen bei mindestens 300⁰C, besonders bei 350 bis 550⁰C, wird der Wassergehalt der Umhüllung erniedrigt, so daß man wasserstoffarme Schweißnähte erhält.

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Die Erfindung liefert somit eine umhüllte Schweißelektrode des Rutiltyps mit guten Schweißeigenschaften, welche jedoch im Gegensatz zu bekannten Rutilelektroden auch bei hohen Schweißströmen und hohen Schweißgeschwindigkeiten weiche Schweißnähte mit hoher Bruchdehnung ergibt. Dadurch eröffnet die Elektrode nach der Erfindung einer Elektrodenart des Rutiltyps Anwendungsmöglichkeiten, die bisher dieser Elektrodenart verschlossen waren, nämlich insbesondere die automatische bzw. maschinelle Schweißung langer und sehr dicker Schweißnähte an großen Werkstücken, wie insbesondere im Schiffbau und im Behälterbau.

Im einzelnen schlägt die Erfindung Elektroden mit einer Umhüllung der folgenden Zusammensetzung vor, wobei der Bindemittelanteil noch nicht mitberücksichtigt ist:

Titandioxyd

Kalkstein

Flußspat

Ferromangan *..
Ferrosilizium * .
Ferrotitan *
Ferroaluminium^::
Eisenpulver

Gewichtsprozent	I	II	III
3Öbis6O	45	30bis50
10bis40	35	20bis40
Obis 5	5	Obis 5
Obisl5	5	ObislO
Obis 15	5	ObislO
ObislO	5
—	—	ObislO
—	—	20 bis 50

IV

30 20

5 5 5

5 30

* Mindestens jedoch insgesamt 5 % Ferrolegierungen.

Die einzelnen Bestandteile können sowohl in Form handelsüblicher reiner Verbindungen als auch in Form des betreffenden Minerals Verwendung finden.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Elektroden erfolgt vorzugsweise in einem Strangpreßverfahren, wobei man z. B. einen geraden Flußstahldraht mit einer Paste umgibt, welche eine der oben angegebenen Zusammensetzungen hat. Die einzelnen Bestandteile werden zunächst in Pulverform gründlich miteinander vermischt und unter Zusatz begrenzter Mengen von Alkalisilikaten oder sonstigen Bindemitteln in eine Paste umgewandelt. Nach dem Umpressen des Kerndrahtes wird die Elektroden-Überzugsmasse getrocknet. Schließlich werden die Elektroden in einem Ofen bei mindestens 300⁰C, vorzugsweise bei 350 bis 550° C, gebrannt, um das Wasser auszutreiben.

Man erhält auf diese Weise Elektroden des Rutiltyps mit guten Schweißeigenschaften, die eine weiche Schweißnaht mit niedrigem Wasserstoffgehalt niederzulegen gestatten. Der in das Schweißmetall diffundierbare Wasserstoff beläuft sich dabei auf weniger als 5,0 ml je 100 p Schweißmetall. Diese erfindungs-' gemäßen Elektroden besitzen ferner eine gute Stabilität des Lichtbogens bei niedrigen Leerlaufspannungen, gute Zündeigenschaften, eine verminderte Empfindlichkeit des Schweißgutes gegenüber Porosität infolge von Längenänderungen des Lichtbogens. Die Elektroden können auch bei Anwendung einer Berührungsschweißtechnik gebraucht werden. Weiterhin erzeugen diese Elektroden weniger fluorhaltige Dämpfe als andere handelsübliche Elektrqden mit niedrigem Wasserstoffgehalt.

Die Überzugsmasse der angegebenen Zusammensetzung enthält neben dem hauptsächlichsten schlackenbildenden Bestandteil, Titandioxyd, eine gewisse Menge Kalkstein, welcher sich bei der Schweißtemperatur zersetzt und dabei Kohlendioxyd freigibt, ferner eine Ferrolegierung von kräftiger reduzierender Wirkung. Die Bestandteile werden so ausgewählt, daß die Umhüllung einen niedrigen Wasserstoffgehalt, insbesondere geringe Mengen an Kristallwasser aufweist. Durch das Brennen der Elektroden bei hohen Temperaturen erhält man infolgedessen Elektroden mit sehr niedrigem Wasserstoffgehalt.

Die Elektroden mit einer Umhüllung I und II ejgnen sich auch für die Handschweißung von Flußstahl. Durch Beimengung kleiner Anteile anderer üblicher Flußmittel kann man die Dünnflüssigkeit der Schlacke regeln.

Bekanntlich kann man durch Beimischung von Eisenpulver zu der Umhüllungsmasse die Menge der Schweißmetallablagerung erhöhen. Man verwendet dann normalerweise auch eine Umhüllung größerer Dicke. Derartige Elektroden ermöglichen die Anwendung höherer Schweißströme, da das Eisenpulver der Umhüllungsmasse eine erhöhte Leitfähigkeit verleiht, so daß ein Teil des Schweißstromes durch die Umhüllungsmasse fließen kann. Derartige Rutilelektroden mit Eisenpulveranteil ermöglichen hohe Schweißgeschwindigkeiten sowohl in der flachen als auch in der horizontal-vertikalen Lage. Die Elektroden der Zusammensetzung III und IV ergeben weiche Schweißnähte mit hoher Dehnbarkeit.

Die Dicke der verwendeten Umhüllung schwankt je nach dem Verwendungszweck, ist jedoch im allgemeinen dreimal so stark wie die Dicke der normalen Umhüllung. Der Außendurchmesser einer normalen Mantelelektrode mit einem Kerndraht der Größe 8 derbritischenNormdrahtlehre (Durchmesser 4,064 mm) beträgt normalerweise 5,59 mm. Befindet sich jedoch in der UmhüUungsmasse ein Eisenpulveranteil, dann wählt man normalerweise einen Außendurchmesser von 8,64 mm.

Eine Elektrode nach der Erfindung kann auch an besondere Aufgaben angepaßt werden. Man kann eine derartige Elektrode zum Schweißen niedriglegierter, dauerstandfester Stähle oder für die Auftragsschweißung verwenden. In diesen Fällen muß man der Umhüllungsmasse geeignete Metalle oder Legierungen hinzufügen, welche die erforderlichen metallurgischen oder physikalischen Eigenschaften des Schweißmetalls ergeben. Die angegebenen Elektroden-Umhüllungsmassen können dabei mit oder ohne Legierungszusätze verwendet werden. In diesem Fall verwendet man im allgemeinen legierte Kerndrähte.

Zum Schweißen eines niedriggekohlten Legierungsstahls mit 1 % Chrom und 0,5 % Molybdän kann man beispielsweise eine Mantelelektrode mit einem niedriggekohlten Stahlkerndraht verwenden. Die Umhüllungsmasse hat dann dabei vom Bindemittelanteil abgesehen folgende Zusammensetzung:

Titandioxyd 35%

Kalkstein 20%

Flußspat 5%

Ferromangan 8 %

Ferrochrom 4%

Ferromolybdän 2%

Ferroaluminium 5 %

Erwünscht ist, daß wenigstens ein Teil der Ferrolegierungen einen niedrigen Kohlenstoffgehalt hat.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Umhüllte Schweißelektrode für die Lichtbogenschweißung zum Niederlegen eines duktilen,

wasserstoffarmen Schweißgutes mit hoher Schweißgeschwindigkeit mit einem Kerndraht aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl und einer Umhüllung des Rutiltyps, bestehend aus Titandioxyd, Flußspat, Ferrolegierungen, Kalkstein und Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet,daß die Umhüllung an Titandioxyd 30 bis 6Oy₀, an Kalkstein 10 bis 40 %> an Ferrolegierungen bis 15 % Ferromangan, bis 15% Ferrosilicium und bis 10% Ferrotitan, einzeln oder zu mehreren, mindestens jedoch insgesamt 5 % Ferrolegierungen, und an Flußspat gegebenenfalls bis 57o enthält und bei mindestens 300⁰C, besonders bei 350 bis 550⁰C, gebrannt worden ist.

2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus 30 bis 50 7o Titandioxyd, 20 bis 40 °f₀ Kalkstein, mindestens 57o Ferrolegierungen, im einzelnen bis 10 7o Ferromangan, bis 10 °/₀ Ferrosilicium und/ oder bis 10 °/₀ Ferroaluminium, gegebenenfalls bis 5 7o Flußspat, 20 bis 50 °/₀ Eisenpulver, Rest Bindemittel besteht und bei mindestens 300° C, besonders bei 350 bis 550⁰C, gebrannt worden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 083 270;
norwegische Patentschrift Nr. 81 377;
»Welding Journal«, 1955, August, S. 752 bis 758.

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