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DE1508319A1 - Flussmittel zum Schweissen - Google Patents

Flussmittel zum Schweissen

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Publication number
DE1508319A1
DE1508319A1 DE19661508319 DE1508319A DE1508319A1 DE 1508319 A1 DE1508319 A1 DE 1508319A1 DE 19661508319 DE19661508319 DE 19661508319 DE 1508319 A DE1508319 A DE 1508319A DE 1508319 A1 DE1508319 A1 DE 1508319A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
flux
welding
calcium
oxide
weld
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19661508319
Other languages
English (en)
Other versions
DE1508319B2 (de
Inventor
Freedman Bernard Joseph
Ballass John Thomas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Dynamics Corp
Original Assignee
General Dynamics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Dynamics Corp filed Critical General Dynamics Corp
Publication of DE1508319A1 publication Critical patent/DE1508319A1/de
Publication of DE1508319B2 publication Critical patent/DE1508319B2/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3601—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
    • B23K35/3607—Silica or silicates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung
General Dynamics Corporation 1 Rockefeiler Plaza, New York, New York, U.S.A.
"betreffend
Flußmittel zum Schweißen
Die Erfindung betrifft ein Flußmittel zum Schweißen, und besonders ein solches, das für die Verwendung zum Schweißen von schwach legierten hochfesten Stählen geeignet ist.
Zur Erzielung einer hochwertigen Verschweißung ist die Verwendung eines Flußmittels notwendig, um einen Schutzüberzug über dem Metall an der Schweißstelle zu erzeugen, der Oxydation des Metalls und andere unerwünschte Veränderungen im Metall beim Schweißen verhindert. Das besondere angewendete Flußmittel hängt von der Art des zu verschweißenden Metalls und dem angewandten Schweißverfahren ab.
909821/0502
Das erfindungsgemässe Flußmittel ist zum Schweißen von Stahl und besonders schwach legierten hochfesten Stählen vorgesehen. Während es bei einer Anzahl von Schweißverfahren, beispielsweise der Ilektro-Schlaoken-Methode befriedigend ist, ist es besonders gut geeignet für das Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren. Das Unterpulververfahren wendet eine Deckschicht von geschmolzenem Flußmittel an, um eine Schweißdrahtelektrode und den geschmolzenen Grundwerkstoff der zu verschweißenden Teile von der Atmosphäre abzuschirmen, Die bei Unterpulververfahren angewandten Flußmittel Bind Gemische von granulierten schmelzbaren Stoffen, die auf dem Auftragwerkstoff um das Ende der Drahtelektrode und den Grundwerkstoff ^in der Schmelzzone aufgetragen sind. Das ünterpulververfähren wird viel benutzt, da es unter anderem die Vorteile aufweist, leicht einer automatischen Anlage angepaßt au werden, da es mit beachtlich höheren Geschwindigkeiten als die meisten anderen bekannten Sohweißverfahren durchgeführt werden kann und man Verschweißungen von großer Stärke erzielt.
Es sind bereits Flußmittel zum Schweißen vorgeschlagen worden, die für schwach legierte hochfeste Stähle besonders gut geeignet sind, die Schweiß-
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-J-
Verbindungen von besonders hoher KerbβohlagZähigkeit und bemerkenswerten anderen mechanischen
Eigenschaften ergeben. Diese Flußmittel sind j βdooh '
teuer in der Herstellung.
Entsprechend dieser Erfindung wird ein neues und '
verbessertes Flußmittel zum Sohweißen angegeben, das beachtlich weniger kostspielig ist als die früher vorgeschlagenen Flußmittel. Die mit den neuen Flußmitteln hergestellten Schweißnähte sind in ihren mechanischen Eigenschaften^ den unter Verwendung i
der früher vorgeschlagenen Flußmittel hergestellten Schweißnähten im allgemeinen überlegen oder zumindest gleichwertig. Da das erfindungsgemässe Flußmittel nicht teuer ist, iet es genausogut von praktischem Nutzen beim Schweißen weniger hochwertiger Stähle wie hochfester Stähle. Die neuen Flußmittel ergeben Schweißverbindungen von besonders hoher Festigkeit ι
und hoher KerbSchlagzähigkeit. Außerdem ist das
erfindungsgemäese Flußmittel in geschmolzenem Zustand während dem Schweißvorgang
Kin hohem Maße fließfähig, und dementsprechend erzeugt es eine glatte Oberfläche auf der Schweißnaht, wodurch die Entfernung der Schlacke von der Schweißverbindung erleichtert wird.
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Das erflndungsgemässe Flußmittel enthält ein Q-emisoh aus im wesentlichen 5 - 1f Gew.-flt Aluminiumoxyd (Al2O^), 3-15 Gew.-# Manganoxyd (MnO), bis 40 Gew.-# Oaloiumfluorid (CaFg), 15-40 Gew.-# NatriumfluorBilikat (Na2SiFg) und restlich Siliziumdioxyd (SiO2) und Calciumoxyd (OaO). Die beiden letztgenannten Bestandteile sind in eintm Gew.-Verhältnis SiOg ι CJaO von etwa 211 bis etwa 111 vorhanden und der Gehalt an Calciumfluorid und Natriumfluorsilikat beträgt im wesentlichen nioht weniger als 20 Grew.-^.
Zur Herstellung der erfindungsgemäasen Flußmittel verwendet man Rohstoff· vorzugsweise von Üblichem handelemäßigen Reinheitsgrad, obwohl Verunreinigungen die Wirkung des Flußmittel» gewöhnlich nioht merklich naohteilig beeinflussen. Man verwendet voreugeweiee Rohmaterialien einer Teilchengröße 0,297 am (50 meeh eorten). Zur Herstellung der Flußmittel werden Kieselerde, Kalk, Aluminiumoiyd, Manganoxyd, Flußipat und Natriumfluorsilikat in den gewählten Anteilen In trockenem Zutffttnd zu einem gleichmäßigen Semiβoh vermischt. Man kann, mineralische Kieselerde mit mindestifte 90 f> 81O2 und maximal 5 4> Aluminium verwenden* Der Kalk kann ebenfalls handelsübliche Reinheit aufweisen und mindestens 92 ji OaO naoh Trookntn bei 10930O ('20000F) enthalten, sowie ferner'
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BAD ORIGINAL
I ο υ σ j ι
maximal 1,5 # Magnesium und 2 $> Aluminium. Ebenso kann man Manganoxyd von handelsüblicher Reinheit verwenden mit minimal 45 # Mangan, maximal 8 # Eisen, maximal 5 i° Aluminium, maximal 1 in Zink, Arsen und Blei und maximal 2 $> Barium. Man verwendet calziniertes Aluminiumoxyd von handelsüblicher Reinheit mit 99 # A12°3 nach Trocknen bei 1O93°C (20000F). Der mineralische Flußspat enthält mindestens 95 $>
Man kann das erfindungsgemässe Flußmittel aus den genannten Rohmaterialien auf übliohe Weise herstellen, wie durch Schmelzen, Sintern oder unter Verwendung von Bindemitteln.
Beim Sohmelzverfahren werden die Rohmaterialien mechanisch zusammengemischt und das G-emisoh in einen Graphittiegel gebracht und auf etwa 1316 - H27°0 (2400 - 26000F) zum Schmelzen erhitzt. Naoh weiteren 20 min Erhitzen des G-emischs zur Erzielung einer vollkommenen Schmelze wird auf Raumtemperatur abgeschreckt und dann das Gemisoh zerkleinert und gemahlen.
Bei der Herstellung des Flußmittels durch Sintern
wird ein mechanisches Gemisch der Bestandteile in eijnem Ofen auf etwa 9000C (165O0F) etwa 1,5h erhitzt. :
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! ORIGINAL INSPECTED
lias Grsmisch wird dann abgekühlt, zerkleinert, üur Erzielung der gewünschten Teilohen-Größenvertailung gesiebt und auf gleiche Weise wie die geschmolzenen Materialien verwendet.
Bei der Herateilung dee Flußmittels unter Verwendung von Bindemitteln v/erden die Beetendteile mit Wasserglas in einem Verhältnis von etwa 1 Teil Wasserglas auf 3 Teile Blußmittelgemisoh vermischt. Diese Masse wird dann etwa 3 h auf 4820O (9000P) erhitzt, zerkleinert,· gesiebt und auf übliche Weise verwendet» Von den drei geeigneten Methoden zur Herstellung des Flußmittels wird im allgemeinen das Schmelzverfahren bevorzugt angewandt.
Die Tabelle 1 bringt mehrere spezifische Beispiele von erfindungsgemässen Flußmitteln zum Schweißen, die nach der Schmelzmethode hergestellt wurden. Die Analysen wurden ermittelt aus den Gemischen der Bestandteile vor dein Zusammenschmelzen.
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Tabelle 1
37 &θβ Flußmittels 5 Al2O 3 in 5 Gew. -$> Oa
Analyse 54,5 OaO O 16, 0 MnO 0 Na2SiF6 -
Flußmittel SiO2 32 18, 0 15, 5 5, 0 23 -
λ 37 17, H, 0 5, 28 -
B 25 16, 15 5, 33 5
σ 25 19 7 4 20 30
15 15 3 20 20
χ 20 5 15
Dl· genannten Flußmittel verwandte man zum Schweißen
von ΗΪ-80-Stahl, d.i. ein hoohfester, niedriglegierter
Dehnung Stahl mit einer Streckgrenze (0,2 t e)
5680 - 7030 kg/om2 (80 000 - 100 000 psi). ΗΥ-80-Stahl hat die folgende Zusammensetzung!
Element . (lew. -4> Kohlenetoff < 0,22 ^
Mangan . 0,1-0,4
Phosphor < 0,035
Schwefel <0,04
Silizium 0,15 - 0,35
Niokel . 2-2,75
Chrom 0,9 -1,4
•Molybdän 0,23 - 0,35
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Die genaue Zusammensetzung von ΗΥ-80-Stahl ist beschrieben in"U.S. Government Speoifioation MII-8-16216D (MVY)".
für die Versohweißungen verwandte BAn einen Schweißdraht von 0,4 om (5/32") Durohmeeeer der folgenden ohemieohen ZusammeneetEung'außer Eisen: Element ' #
0 .0,09
S 0,004
P 0,006
Si 0,74
Mn 1,40
Cr 0,04
Ni 1,03
Ou , 0,4β
Mo · 0,28
Zr 0s.0t6
IUn stellte ßohweiflverbindungen mit dem beeohritbenei 0,4 om ($/32") dioken Schweißdraht an IiJ4 om (1H) dielten Ht^eO^Stahlplatten mit •ineir^-einfAchtn Ibeohrägvtftji von 45° tier. Se wurden meohaniβohe Prüfungen vorgenommen, deren Ergebnisse in der !Tabelle 2 wiedergegeben sind. Es wurde ein Wärmeangebot von 17 520 Joule/om (44 500 joules/inch) BugefÜhrt bei umgepoltem ffleiohstrom, 550 A, 27 V Bogenspanntuig, bei einem Vorsohub der Elektrode
9D982U0502
BAD ORiGIMAi
50,8 cm/min (20M/min). Eine andere Schweißverbindung unter Verwendung des Flußmittels F wurde auf gleiohe Weise hergestellt, jedooh wurde ein Wärmeangebot von etwa 21260 Joule/cm (54· 000 juules/inch) duroh G-leiohstromgegenpolung mit 600 A Stromstärke und 30 V Bogenspannung zugeführt, deren Versuohsergebniase in der Tabelle 2 duroh einen + gekennzeichnet sind. Man verwandte Schweißdrahtelektroden aus blankem Metall und dae granulierte Flußmittel wurde an der Schweißstelle in ausreichender Menge zugeführt.
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Tabelle 2
Mechanische Eigenschaften des Schweifimetalls
Y-£erbschlagzählgkeitsarbeit nach.Charpy mkg (ft.Ib.)
Plußmitt«! Zugfestigkeit 'Streckgrenze Dehnung Querschnitts- Raum- -17,80C -51,10C -62,20C
kg/cm2 (0,2IiV"1 N verringerung temp. (00P) (-600P) (-800P)
(pai) kg/cm'
(psi)
ίο Β
25
2
7500 kg/ea2 (106 900)
7550 kg/cm2 (107 350)
7700 kg/ca2 (109 500)
7950 kg/em2 (113 000)
7650 kg/cm2 (108 900)
7800 kg/cm2 (111 100)
7450 kg/cm2 £106:100)..
6890 (98 000)
6100 (86 750)
6200 (88 250)
6220 (88 500)
6150 (87 600)
6400 (90 900)
6020 (85 700)
22,1
22,8 21,4 20,0 22,0 22,8 23,6
57,2 58,6 57,8 57,0 64,0 62,0 64,2
9,85
(72)		 5,89
(43f 		3,84
(28) 		2,46
(18)
10,82
(79) 		7,95
(58) 		5,07
(37) 		3,42
(25)
9,86
(72) 		6,58
(48) 		4,12
(30) 		3,29
.(24)
9,86
(72) 		6,98
(51) 		4,38
(32) 		2,19
(16)
12,20
(89) 		7,67
(56) 		3,70
(27) 		2,47
(18)
12,61
(92) 		7,58
(55) 		3,98
(29) 		3,98
(29)
12,08
(88) .		 6.5B
,(48) 		4,25 '♦
(31) 		3V84
<28)
-τ.
•j ρ Aui der Tabelle 2 ist ersichtlich, daß dae
erfindungsgemäsee Flußmittel eine Schweißnaht ■ mit ähnliohen fceohatilsohen Bigensöhaften wie : Air Grundwerkifcötf ergibt. Ton besonderem Interä_ · tiie ist die hohe KerbsöhlagZähigkeit der erhalf'\ ten en SohweißniJhfc· bei Verwendung des erfindungseeniaeen ilußa^Ltiiela. Auto den Daten let zu ersehen, daS die bevorzugte Flußmittelzusammeneetzung das Flußmittel F darstellt. Außer der hohen Kerbsohlagzähigkeit der Schweißnähte bei Verwendung des Flußmittels F sind die Sohweißstellen außergewtJhnlioh blank und die Sohlaokenentf ernung wird erleichtert.
Man kann dai erfindungsgemäese Flußmittel für andere Sohweißmethoden verwenden, beispielsweise al« Flußmittelkern eines röhrenförmigen Schweißdrahtes. jöer Zusatz von gewissen Stoffen zum Schweißkern, die als Sohutzgas über der Schweißstelle wirken, wird ebenfalls in Betracht gezogen, wie von R.A* Wilson in "Welding Journal11 Band 40 Nr. 1, Januar 1961, beschrieben wurde. Außerdem kann man dye erfindungsgemässe Flußmittel mit Metallteilchen vermisohen, die beispielsweise die gleiche Analysen-
«0
o zusammensetzung wie der Schweißdraht oder der zu co
verbindende Stahl aufweisen. Solohe Flußmittel- ^ gemische sind dem Faohmann gut bekannt und da diese
cn bei der Elektroverschwelßung von der Schweißstelle
*° magnetisch angezogen werden, kann man sie auoh da verwenden, wo eine Zuführung des Flußmittels auf örund
BAD ORlGINAl.
der Schwerkraft nicht möglich ist.
Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind beispielhaft find viele Varianten und Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsbereich abzuweichen.
Patentanspruch
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Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Flußmittel zum Schweißen, gekennzeichnet durch einen Gehalt an im wesentlichen etwa 5-16 Gew.-$ Aluminiumoxyd, etwa 3-15 G-ew.-$ Hanganoxyd, bis zu etwa 40, vorzugsweise 20 Gew.-^ Calciumfluorid, etwa 15 - 40, vorzugsweise 15 Gew.-$ NatriumfluoisLlikat und restlich im wesentlichen Siliziumdioxyd und Galciumoxyd mit einem Gew.-Verhältnis Sliziumdioxyd : Calciumdioxyd etwa 2:1 bis 1:1, wobei der Gehalt an Galciumfluorid und NatriumfluoüsLlikat mindestens etwa 20 Gew.-$ beträgt.
    III61
    909821/0502
DE19661508319 1965-04-29 1966-04-29 Schweißmittel Pending DE1508319B2 (de)

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DE1508319A1 true DE1508319A1 (de) 1969-05-22
DE1508319B2 DE1508319B2 (de) 1970-08-13

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BE (1) BE680283A (de)
CH (1) CH454586A (de)
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Also Published As

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NL6605845A (de) 1966-10-31
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