Schweissmittel Zur Erhöhung der Abschmelzleistung bei der Elek- troschweissung von Eisenmetallen ist es bekannt, zusätz lich zum eigentlichen Elektrodenmetall weiteres Metall einzuführen, z.
B. Eisenpulver in die Umhüllungsmasse fron Mantelelektroden einzuarbeiten. Beim. automati schen CO2-Schweissen wurde zum gleichen Zweck vor geschlagen, hohlen oder gefalzten Draht zu verwenden, ,dessen n Hohlraum mit Eisenpulver und/oder Schlacken- bildner gefüllt ist.
Schliesslich wurde versucht, einem agglomerierten Schweissmittel für die Unterpulver- schweissung von Eisenmetall Eisenpulver beizufügen. Der Zusatz des Eisenpulvers erfolgt zum fertigen Schweissmittelgranulat in einer Menge von bis zu 30 Gew.-%. Trotz der mit diesem experimentellen Material erzielbaren Erhöhung der Abschmelzleistung konnten sich :derartige Schweissmittel in :der Praxis nicht ein führen.
Ein Grund hierfür besteht darin, dass die Mi schung von Schweissmittelagglomerat und Eisenpulver eine ausgeprägte Neigung zur Entmischung während der Lagerung bzw.
des Transportes zeigt und zu einem völ lig umhomogenen Material führt. Ein weiterer Grund besteht darin, dass die genannten Mischungen im oberen Bereich des angegebenen Eisengehaltes in zunehmendem Masse elektrisch leitfähig werden, was die Unterpulver- schweissung erschwert bzw. verunmöglicht.
Die vorliegende Erfindung soll nun ein elektrisch praktisch nichtleitendes agglomeriertes Schweissmittel für die Unterpulverschweissung von Eisenmetallen er möglichen, das ausser Schlackebildnern einen metalli schen Anteil enthält, eine von Lagerungs- und Transport bedingungen unabhängige homogene Zusammensetzung aufweist und einen hohen Eisenanteil enthalten kann.
Das agglomerierte Schweissmittel gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein elektrisch prak tisch nichtleitendes Granulat mit mindestens etwa 30 Gew.-% metallischem Anteil ist, wobei :dieser metallische Anteil mindestens überwiegend aus praktisch umlegier- tem Eisen besteht und wobei die einzelnen Körner des Granulates mindestens zum überwiegenden Teil prak- tisch die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie das gesamte Schweissmittel.
Als Schlackebildner kommen die üblichen oxydi- schen Stoffe in Frage. Normalerweise enthält -der schlak- kenbildende Anteil des erfindungsgemässen agglome- rierten Schweissmittels die für die bekannten Schweiss- mite:l der genannten Art üblichen Komponenten, in erster Linie Calciumfluorid, Siliciumdioxyd oder Silikat und meist mindestens ein weiteres Oxyd.
Dabei ist zu betonen, dass die folgenden Zusammensetzungsangaben auf .die Analysewerte eines gegebenen Schlackebildners Bezug nehmen. Die genannten Komponenten brauchen daher keineswegs als einzelne Oxyde vorhanden zu sein, sondern können auch als komplexe Oxyde oder in einer andern für Schlackebildner üblichen sauerstoffhaltigen Form vorliegen. Die meist verwendeten Schlackebildner, wie sie auch im vorliegenden Zusammenhang geeignet sind, umfassen folgende Komponenten: MnO, A1203, CaO, MgO, BaO, CaF2, S02, ZrO2. Die genannten Schlackebildner machen in der Regel 5-70 Gew.-% des erfindungsgemässen Schweissmittels aus.
Der metallische Anteil des erfindungsgemässen Schweissmittels enthält Eisen in metallischer, praktisch unilegierter Form und vorzugsweise in einer Menge von mindestens 30 Gew.0/o, bezogen auf das gesamte Schweissmittel.
Der Eisenanteil liegt vorzugsweise er heblich höher und kann 90 Gew. 0/o oder mehr des er findugsgemässen Schweissmittels ausmachen, ohne dass .dieses elektrisch leitfähig wird oder Entmischungser- scheinungen zeigt. Als praktisch umlegiertes Eisen ist dabei in der Regel ein solches mit einem Anteil von mindestens 95 0/o Fe zu verstehen. Technische Eisen pulver mit mindestens 98 0/o Fe sind geeignet und wer den aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt.
Sie ent halten in der Regel geringe Mengen von Verunreinigun gen, z. B. bis zu 0,2 0/o C, bis zu 0,5 0/o Mn, bis zu 0,25 0/o Si, bis zu 0,05 S und bis zu 0,05 0/a P. Diese Anteile sind für das vorliegende Schweissmittel ebenso ohne Bedeutung, wie allfällige weitere in Spurenmengen vorhandene Komponenten des Eisens. Das erfindungsgemässe Schweismittel kann 0-4.0 Gew.% der üblichen Legierurngs- oder Desoxydations mittel enthalten, z.
B. eines oder mehrere der folgenden Elemente in legierter oder nicht legierter Form: Mangan, Silicium, Chrom, Nickel, Molybdän, Vanadium, Niob, Bor, Zirkon, Titan, Aluminium, Magnesium, Calcium. Der metallische Anteil des erfindungsgemässen Schweiss- mittels (unlegiertes Eisen und allfällige Legierungs- und Desoxydationsmittel) ist praktisch gleichmässig in den Körnern des Granulates enthalten, wie im folgenden eingehender erläutert. Der metallische Anteil macht in der Regel 30-95 Gew.%, vorzugsweise mindesteins 50 Gew.%, des Schweisgranulates aus.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist praktisch jedes Korn des Granulates einen Kern aus Eisen, der eine mindestens überwiegend aus Schlackenbildner be stehende Umhüllung aufweist. Bei dieser Ausführungs form besteht der metallische Anteil des Schweissmittels vorzugsweise mindestens 70% aus praktisch unlegier- tem Eisen.
Zur Herstellung des erfindungsgemässen Schweiss- mittels kann grundsätzlich so vorgegangen werden, wie dies zur Herstellung agglomerierter Schweissmittel ( ceramic flux>) üblich ist. Dazu wird z. B. eine Pulver mischung mit Hilfe eines Bindemittels agglomeriert und die so erhaltenen Körner aus agglomerierter -Pulver mischung erwärmt, z. B. auf 300-500 C.
Es können die üblichen Bindemittel, insbesondere Wasserglas, verwen det werden. Zur Herstellung des erfindungsgemässen Schweissmittels kann für die Agglomerierung eine Pulver mischung verwendet werden, die mindestens 30 Gew.% Eisen in Form von Teilchen aus praktisch unlegiertem Eisen enthält.
Vorzugsweise sind die Eisenteilchen grös- ser als alle anderen Komponenten der Pulvermischung. Dies führt zur Bildung eines Agglomerates, in welchem die groben Eisenpulverteilchen von den feineren Schlak- kenbildnerteilchen praktisch völlig umhüllt sind, so dass das entstehende Granulat nach dem Trocknen gesamt- haft elektrisch nichtleitend ist.
Elektrisch nichtleitend bedeutet hierbei, dass das feste, d. h. nicht geschmolzene Schweissmittel, einen elektrischen Schluss ,zwischen Elektrodendraht und Grundmetall unter den gegebenen Schweissbedingungen nicht herbeiführt.
In der beiligenden Zeichnung ist der Aufbau einzel ner Körner des erfindungsgemässen Schweissmittels schematisch erläutert. Es zeigen:
EMI0002.0053
Fig. <SEP> 1 <SEP> einen <SEP> schematischen <SEP> Schnitt <SEP> durch <SEP> ein <SEP> Schweiss mittelkorn <SEP> mit <SEP> Eisenkern;
<tb> Fig. <SEP> 2 <SEP> einen <SEP> schematischen <SEP> Schnitt <SEP> durch <SEP> ein <SEP> Schweiss mittelkorn <SEP> mit <SEP> Kern <SEP> aus <SEP> Schlackebildner <SEP> und
<tb> Fig. <SEP> 3 <SEP> einen <SEP> schematischen <SEP> Schnitt <SEP> durch <SEP> ein <SEP> Schweiss mittelkorn <SEP> gleichmässiger <SEP> Agglomerierung.
Im einzelnen zeigt Figur 1 ein Kern 1 aus praktisch unlegiertem Eisen mit einer Umhüllung aus Schlacke bildnerteilchen 3 und Legierungs- oder Desoxydations teilchen 2. Der schematische Aufbau eines Materials bleibt auch ohne die Kornkomponente 2 praktisch gleich, d. h. zeigt eine Ummantelung des Eisenkerns 1 mit einer nichtleitenden Schicht aus Schlackebildnerteilchen (in dieser und den anderen Figuren sind die Eisenteilchen jeweils schraffiert, die Schlackebildnerteilchen jeweils weiss, die Teilchen aus Desoxydations- oder Legierungs komponenten jeweils schwarz gezeichnet).
Es ist zu betonen, dass der Aufbau von Figur 1 schematischer Art ist. Der Eisenkern 1 liegt nicht not- wendigerweise genau im Zentrum des Kornes und be steht nicht notwendigerweise aus einem einzelnen zu- sammenhängenden Eisenteilchen. Vielmehr kann der Kern auch aus zwei oder mehreren Eisenteilchen be stehen,
die mehr oder weniger durch Partikel aus den feineren Komponenten des Agglomerates getrennt sind. Wesentlich isst in jedem Fall, dass die Eisenkomponente einen erheblichen, d. h. 3U-90 % und mehr der Granu- latzusammenseizung ausmachenden Anteil bildet und dass die Eisenteilchen von den nichtleitenden Schlacke- bildrnerteilchen so umhüllt sind, dass das Granulat nicht elektrisch leitet.
Figur 1 zeigt, dass mit dieser bevor zugten Strukturform des erfindungsgemässen Agglo- merates die bisher übliche Schlackebasis der konventio nell agglomerierten Schweissmittel verlassen werden kann und dass ein elektrisch nichtleitendes Agglomerat auf metallischer Basis, insbesondere auf Basis von Eisen gebildet werden kann.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein einzelnes Korn oder Agglomerat mit einem Kern 4 aus Schlackebildner, weiteren Schlackebildnerkörnern 5, die jedoch eine fei nere Körnung aufweisen als der Kern 4, Eisenteilchen 7 und Teilchen 6 aus metallischem oder halbmetalli- schem Legierungs- oder Desoxydationsmaterial.
Diese schematische Darstellung zeigt, dass im Vergleich zum Aufbau von Figur 1 nur ein relativ geringerer Eisen anteil im einzelnen Agglomeratkorn erzielt werden kann, wenn das gesamte Produkt aus derartig aufgebauten Körnern besteht und nicht elektrisch leitend sein soll.
Figur 3 zeigt den Aufbau eines Agglomeratkornes aus Partikeln ähnlicher Grösse, nämlich den Schlacken bildnerteilchen 8, dein Eisenteilchen 9 und den Teil chen 10 aus Legierungs- oder Desoxydationsmaterial. Diese Ausführungsform steht bezüglich des Eisenanteils, der in das einzelne Korn eingearbeitet werden kann, ohne das Schweissmittel eleketrisch leitend zu machen, zwischen der in Figuren 1 und 2 dargestellten Ausfüh- rungsform.
Es ist zu bemerken, dass beim erfindungsgemässen Schweissmittel je nach Wahl der Korngrösse der Kom ponenten der Pulvermischung, die der Agglomerierung unterzogen wird, alle drei der genannten Arten von agglomerierten Körnern nebeneinander vorliegen kön nen. Grundsätzlich ist noch eine weitere Ausführungs- form möglich, nämlich eine solche mit einem Kern aus Desoxydations- oder Legierungsmaterial.
Da die zu letzt genannte Komponente jedoch höchstens 40 Gew.% des erfindungsgemässen Schweissmittels ausmacht, ist diese Ausführungsform von untergeordneter Bedeutung. Die Korngrösse der Agglomeratkörner liegt in der für diesen Schweissmitteltyp üblichen Grösse und. beträgt z. B. etwa 1 bis etwa 5 mm, bei einem bevorzugten Mittelwert von etwa 2 bis etwa 3 mm.
Wie oben erwähnt, ermöglicht der in Figur 1 schematisch dargestellte Auf bau den höchsten Eisenanteil und ist daher bevorzugt.
In den folgenden Beispielen beziehen sich alle An gaben in Prozent auf das Gewicht. <I>Beispiel</I> i Es wird folgende Pulvermischung bereitet: 67 0/0 Eisenpulver (technisches Pulver, Zusammensetzung wie oben), Korngrösse 0,5-1 mm, 2 0/o Silicoinangan mit einer Korngrösse von etwa 0,05 mm,
20 0/o Wollastonit mit einer Korngrösse von etwa 0,05 mm, 6 0/OFlusspat mit einer Korngrösse von 0,005-0,3 mm und 5 0/0 Zirkonsilikat mit einer Korngrösse von etwa 0,1 mm.
Diese Pulvermischung wird unter Zugabe von etwa 5-10 % Wasserglas zu einer körnigen Masse agglo meriert, wobei die mineralischen Bestandteile und dm Desoxydationsmittel (Silicomangan) die relativ groben Eisenpulverteilchen vollkommen umhüllen, so dass nach dem Trocknen ein in seiner Gesamtheit nichtleitendes Schweisspulver entsteht. Die so erhaltene körnige Masse wird ausgesiebt und die Siebfraktionen mit einer Grösse von 0,3 mm-2,0 mm bei 400 10ss C geglüht.
Das so erhaltene Material stellt ein ausgezeichnetes agglomeriertes Schweissmittel für die Unterpulver- schweissung von Eisenmetallen, d. h. Eisen und Eisen legierungen mit überwiegendem Eisenanteil, dar, ist elektrische nichtleitend und zeigt eine im Vergleich zu üblichen Schweissmitteln um ein mehrfaches höhere Ab schmelzleistung (ausgedrückt in kg/Std). Die einzelnen Körner des Granulates weisen zum weitaus überwiegen den Teil praktisch die gleiche Zusammensetzung wie das gesamte Schweissmittel auf.
Irgendwelche Entmischungs erscheinungen sind unter allen vorkommenden Bedin gungen ausgeschlossen. Die oben angegebenen Korn- grössen der Komponenten der Pulvermischung sind nicht besonders kritisch. Vorzugsweise sollten die Eisen teilchen Grössen von etwa 0,5-1 mm aufweisen und alle anderen Komponenten der Pulvermischung mittlere Teilchenabmessungen von 1 bis etwas 100 Mikron be sitzen.
<I>Beispiel 2</I> Es wird ein Schweisspulver für Verbindungsschweis- sung von urlegiertem Stahl mit einer Festigkeit von etwa 52 kg/mm' nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren hergestellt. Die Zusammensetzung der Aus- gangsmischung ist wie folgt:
EMI0003.0033
Eisenpulver <SEP> 67 <SEP> Gew.-%
<tb> Mn <SEP> (met.) <SEP> 1 <SEP> Gew.-%
<tb> CaO <SEP> 9 <SEP> Gew.-%
<tb> MnO <SEP> 3 <SEP> Gew.-%
<tb> CaF2 <SEP> 4 <SEP> Gew.-%
<tb> ZrO2 <SEP> 6 <SEP> Gew.-%
<tb> SiO2 <SEP> 10 <SEP> Gew.-% Beim Verschweissen mit einem normalen S 1-Draht (Dir 8557) liefert dieses Schweisspulver ein; Schweissgut das etwa 1,3% Mn und etwa 0,5% Si enthält.
Im Ver gleich zu einer analogen Unterpulverschweissung mit einem Schweisspulver, das kein urlegiertes Eisen ent hielt, ist die Abschmelzleistung mit dem erfindungs- gemässen, Schweisspulver etwa zwei- bis dreinmal höher, und zwar unabhängig von der Stromstärke.
<I>Beispiel 3</I> Nach dem Verfahren von Beispiel 1 wird ein Schweisspulver für höherfesten Stahl aus einer Pulver mischung folgender Zusammensetzung hergestellt:
EMI0003.0054
Eisenpulver <SEP> 66 <SEP> Gew.-%
<tb> Mo <SEP> (met.) <SEP> 0,5 <SEP> Gew.-%
<tb> Cr <SEP> (met.) <SEP> 0,5 <SEP> Gew.-%
<tb> Ni <SEP> (met.) <SEP> 3 <SEP> Gew.-%
<tb> Mn <SEP> (met.) <SEP> 2 <SEP> Gew.-%
<tb> MgO <SEP> 6 <SEP> Gew.-%
<tb> CaO <SEP> 6 <SEP> Gew.-%
<tb> CaF2 <SEP> 5 <SEP> Gew.-%
<tb> S'02 <SEP> 11 <SEP> Gew.-% Mit einem normalen S 1 -Draht, (Dir;
8557) ver- schweisst, erhält man mit diesem Schweisspulver ein Schweissgut mit ca. 70 kg/mm2 Streckgrenze und guten Kerbschlagwerten bei tieferen Temperaturen.
<I>Beispiel 4</I> Es wird ein Schweisspulver für Hartauftragschweis- sungen aus einer Pulvermischung der angegebenen Zu sammensetzung nach dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt:
EMI0003.0063
Eisenpulver <SEP> 60 <SEP> Gew.-%
<tb> Cr <SEP> (met.) <SEP> 4 <SEP> Gew.-%
<tb> Mo <SEP> (met.) <SEP> 1 <SEP> Gew.-%
<tb> Mn <SEP> (met.) <SEP> 1 <SEP> Gew.-%
<tb> Si <SEP> (met.) <SEP> 1 <SEP> Gew.-%
<tb> CaO <SEP> 10 <SEP> Gew.-%
<tb> ZrO2 <SEP> 6 <SEP> Gew.-%
<tb> SiO2 <SEP> 12 <SEP> Gew.-%
<tb> CaF2 <SEP> 5 <SEP> Gew.-% Mit einem normalen S 1-Draht verschweisst, ergibt sich ein Schweissgut mit einer Härte von HVi = 350,
das eine hohe Risssicherheit aufweist und für Hartauf- traggschweissungen geeignet ist.
Beispiel <I>5</I> Ein Schweisspulver zum Plattieren von unlegiertem Stahl mit rostfreiem Schweissgut in einer Lage wird ,nach dem Verfahren von Beispiel 1 aus einer Pulver mischung folgender Zusammensetzung bereitet:
EMI0003.0072
Eisenpulver <SEP> 17 <SEP> Gew.-%
<tb> Ni <SEP> (met.) <SEP> 13 <SEP> Gew.-%
<tb> Cr <SEP> (met.) <SEP> 22 <SEP> Gew.-%
<tb> Mn <SEP> (met.) <SEP> 2 <SEP> Gew.-%
<tb> CaO <SEP> 15 <SEP> Gew.-%
<tb> CaF2 <SEP> 10 <SEP> Gew.-%
<tb> ZrO2 <SEP> 6 <SEP> Gew.-%
<tb> SiO2 <SEP> 15 <SEP> Gew.-% Mit einem austenitischen Zusatzdraht vom Typ 18 Cr 8 Ni erhält man auf einem urlegierten Stahl (St. 37) in einer Lage ein Schweissgut mit einem Ferritgehalt von ca. 5 0/0. Die Härtespitzen im übergang vom Schweissgut zum Grundmaterial sind sehr gering (HVi max. 200).
Zusammenfassend bietet das erfindungsgemässe Schweissmittel folgende Vorteile: Gleichmässige Zusammensetzung von Schweissmittel und Schweissgut unter praktisch allem Bedingungen; Er höhung der Abschmelzleistung um ein mehrfaches im Vergleich unter sonst analogen Bedingungen aber mit einem Schweissmittel ohne Eisenanteil;
Verbilligung des Schweissgutes, da Eisenpulver billiger ist als das übliche Drahtmaterial; bessere Energieausnützung, da pro Kilo abgelagertes Schweissgut weniger Schlacke aufgeschmol zen werden, muss;
Verbesserung der Eigenschaften des Schweissgutes im Vergleich zu normalen Schweisspul- vern auf gleicher Schlackebasis;
beim Schweissen von vergütetem Stahl kann ,die wärmebeeinflusste Zone um die Schweisstelle vermindert werden, da bei gleicher Schweissleistung der Wärmeüberhang n Joule/cm Schweissnaht erheblich gesenkt werden kann;
bei ge gebener Raupenhöhe der Schweissnaht kann der Ein brand in das Grundmaterial und der Anteil des Grund- materials an der gesamten Schweissraupe erheblich ver ringert werden, was insbesondere für Hartauftrag- schweissung wichtig ist; bessere Gleichmässigkeit des Schweissgutes bei veränderten Schweissdaten..