DE1758192C3

DE1758192C3 - Fülldrahtelektrode zum Lichtbogenschweißen zur Abscheidung von austenitischem rostfreiem Stahl

Info

Publication number: DE1758192C3
Application number: DE1758192A
Authority: DE
Inventors: John O. Cavanagh; Donald C. Helton
Original assignee: Chemetron Corp
Current assignee: Chemetron Corp
Priority date: 1967-04-24
Filing date: 1968-04-19
Publication date: 1974-06-27
Also published as: DE1758192B2; FR1564211A; SE343498B; US3495069A; BE714078A; NL6805726A; AT298931B; GB1222582A; CH500801A; DE1758192A1

Description

Elektroden aus rostfreiem Stahl zum Lichtbogenschweißen von Metallen unter einer Schutzgasatmosphäre und zum Unterpulverschweißen wurden bisher gewöhnlich in Form von massiven Drähten hergestellt. Werden automatische Schweißvorrichtungen verwendet, so ist der Schweißlichtbogen normalerweise von einem Gas oder einem Gasgemisch umgeben bzw. von einem Flußmittel abgedeckt, wodurch die Schweißzone von den schädlichen Wirkungen der umgebenden Atmosphäre wirksam abgeschirmt wird. Das Schutzgas kann einatomig sein, wie Argon oder Helium, kann aber auch willkürlich gewählte Zusätze von Sauerstoff oder Kohlendioxyd enthalten, um den Lichtbogen zu stabilisieren. Auch viele andere Gemische wurden bereits mit Erfolg verwendet. Es können aber auch die üblichen Flußmittel zum Unterpulverschweißen verwendet werden.

Bei maschinell hergestellten Elektroden aus rostfreiem Stahl traten jedoch beträchtliche Schwierigkeiten auf. Mit Chrom oder Chrom-Nickel legiertes Schweißgut aus rostfreiem Stahl kann durch Verwendung einer Fülldrahtelektrode niedergelegt werden, deren Mantel aus Kohlenstoffstahl gebildet ist und deren Kern eine Füllung aus körnigen, Chrom und/oder Nickel enthaltenden Legierungen enthält. Aus dem Mantel und der Kernfüllung bildet sich beim Schweißen im Lichtbogen ein Schweißern aus rostfreiem Stahl. Der Nachteil einer solchen Elektrode besteht darin, daß das Metall des Mantels verhältnismäßig dünn sein muß, damit im Korn ausreichend Platz für die zur Erzeugung der Schweißnaht aus rostfreiem Stahl erforderlichen Mengen Chrom und Nickel zur Verfugung steht. Eine solche dünnwandige Rohrkonstruktion ist sehr zerbrechlich. Auch besteht die Gefahr, daß ein dünnwandiges

192 +*

Roh! aus Kohlenstoffstahl während der Lagenng rostet. Weiterhin wird es auf den Zugabewalzen, eic bei automatischen oder halbautomatischen Schweißvorrichtungen zum Vorschieben des Drahtes verwendet werden, leicht deformiert oder gequetscht. Weiterhin ist die maximale Schweißstromstärke in diesen dünnwandigen Konstruktionen verhältnismäßig ge-

Aus der Zeitschrift »Welding Journal«, 43 (1964). S. 667 bis 678, ist es ferner bekannt, legierte Stahlstreifen (z.B. vom AlSI-Typ 430) als Mantel für Fülldrahtelektroden zum Schweißen von Chrom-Nickel-Stahl zu verwenden, wobei der Mantel eine zusatzliche Quelle für den Chrom- undoder Nickclantcäl im Schweißgut darstellt, so daß der Manie! stärker ausgeführt und der Anteil der Kernfüllung geringer sein kann. Für die Kernfüllung können hochreine Legierungselemente oder Ferrolegierungen verwendet"werden, die in einem geeigneten Verhältnis in den vorgeformten Blechstreifen eingebracht werden.

Diese Angaben sind aber so allgemein gehalten. daß nicht ersichtlich ist, wie die drei Variablen nämlich die Zusammensetzung des Mantels und der Kernfüllung und das Querschnittsverhältnis zwischen Mantei und Füllung aufeinander abzustimmen sind.

Ferner ist aus dem »Handbuch der Sonderstahlkunde« von E. Houdremont, Springer-Verlag. 3. Auflage, 1956, 2. Bd., S. 1452 und 1453, das Zulegieren von Titan, Niob und Tantal zu Chromstählen bekannt, um ein Aushärten zu vermeiden und die Fes'Jgkeiiseigenschaften zu verbessern. Über den Einiuß dieser Elemente auf die Stabilisierung des Lichtbogens beim Schutzgasschweißen finden sich jedoch keine Hinweise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Fülldrahtelektrode!) zum Lichtbogenschweißen zur Abscheidung von austenitischem rostfreiem Stahl mit einem röhrenförmigen, durch eine stumpfe Naht geschlossenen Mantel aus einem martensitischen oder ferritischen rostfreien Stahl der AISI-400-Reihe und einer Kernfüllung mit einzulegierenden Bestandteilen die lichtbogenstabilisierende Wirkung zu erhöhen, die mechanische Festigkeit der Elektrode zu verbessern und die Zusammensetzung des Mantels und der Füllung sowie das Mengenverhältnis zwischen Mantel und Kernfüllung auf optimale Werte einzustellen. Eine Fülldrahtelektrode, die diesen Anforderungen genügt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mantellegierung zusätzlich noch mindestens ein Metall aus der Gruppe Niob, Titan. Tantal als Lichtbogenstabilisator enthält und die Kernfüllung 17.6 bis 45.4% des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht und folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) hat:

Pro?em

Ferromangan (80VnMn) und/oder
Mangan (99% Mn), jeweils mit

niedrigem C-Gehalt 0 bis 12 .

Fcrrochrom (70% Cr) und.'oder
Chrom (99¹V₁₁ Cr), jeweils mit

niedrigem C-Gehalt 40 bis 65

Nickel (99% Ni) 30 bis 45

Ferromolybdän (60% Mo) 0 bis 20

Ferroniob (60% Nb) 0 bis 10

Eisen mit niedrigem C-Gehalt.

(99".(,Fe) ..' 0 bis 15

3 4

Die maschinelle Herstellung der Elektrode gemäß Reihe ist ebenfalls als Mantelmaterial geeignet, um

der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich- Schweißgui vom Tvp der austenitischen rostfreien

nung erläutert. Es zeigt Stähle zu erhalten.

Fig. 1 eine Teilaufsicht auf ein zur Herstellung Eine typische Analyse für einen Mantel aus Stahl

der Elektrode verwendetes Metallband, " ⁵ vom Typ410 ist nachstehend angegeben:

F i si- 2 eine Seitenansicht (:,i Längsrichtung) des

MetaUbandes von F i g. 1, " Prozent

F i g. 3 einen Querschnitt durch die teilweise ge- Kohlenstoff 0.05

schlössen; Elektrode während des Füllens, Mangan 0,34

F i u. 4 und 5 aufeinanderfolgende Querschnitte io Phosphor 0,012

durch die Elektrode während des Verschließen und Schwefel 0,009

Zusammenpressen der Kernfüllung, Silicium 0.37

F ι g. 6 bis 9 Querschnitte durch die nacheinander Chrom 12,28

auf verschiedene Durchmesser reduzierte Elektrode

und i₅ Ein derartiger Stahl wird jedoch hart, wenn er auf

Fig. 10 eine Perspeküvansichi eines kurzen Stük- Rotglut erhitzt und schnell abgekühlt wird. Diese kes der Elektrode. Behandlung ist notwendig, wenn Stücke des Band-Alle F ig. 2 bis 10 sind stark vergrößert. materials miteinander verbunden werden sollen, um

Die Elektrode besteht aus einem Metallrohr 20 aus zusammenhängende Schweißelektroden zum konti-

msifreiem Chromstahl als Mantel und einem Kern so nuierlichen Schweißen herzustellen. Auf diese Weise

22. der gleichmäßig über die ganze Länge der Elek- wird das Band gewöhnlich hart und spröde, so daß

trade eine Füllung aus körnigem Material enthält. es nicht befriedigend zu einem Rohr verformt wer-

Der Mantel hat eine verhältnismäßig dicke Wand- den kann.

stärke, um die Vorschub- und Lichtbogeneigenschaf- Durch das Einlegieren einer ausreichenden Menge

ten zu verbessern. Die Elektrode eignet sich beson- 25 Titan. Niob undZoder Tantal in den Mantel wird die

Clers für das automatische Schutzgasschweißen, aber Aushärtung bei den erfindungsgemäßen Elektroden,

auch für das Unterpulverschweißen. Sie kann aber wie an sich bekannt, verhindert. Beispielsweise wird

mich als Stabelektrode verwendet werden. das Band bei Zusatz von etwa 0,50⁰Zo eines dieser

Um ein Schweißmetall in Form \on austeniti- Metalle nicht spröde, wenn es auf Rotglut erhitzt

schem rostfreiem Stahl abzuscheiden, ist ein Teil der 3° und schnell abgekühlt wird.

zur Herstellung des rostfreien Stahls erforderlichen Bei Verwendung der Elektrode gemäß der Erfin-

Legierungskomponenten. z. B. das Chrom, im Man- dung zum Schutzgasschweißen bleibt der Lichtbogen

tel enthalten, wodurch dessen Wandstärke vergrößert auch dann stabil, wenn das Schutzgas zu 100"Zo aus

werden kann. Um zu gewährleisten, daß die Elek- Argon oder Helium besteht. Diese Beobachtung

trode auf ihrer ganzen Länge praktisch den gleichen 35 wurde bei einem Elektrodenmantel aus legiertem

Durchmesser hat, wird die Kernfüllung sehr stark zu- Stahlblech gemacht, das speziell 10 bis 20⁰Zo Chrom

sammengepreßt. Das Band 24 wird mittels Formwal- enthielt. Die Verwendung eines nichtoxydierenden

zen zu einem oben offenen, trogartigen Gebilde 26 Schutzgases hat den Vorteil, daß die oxydierbaren

(Fig. 3) geformt, in das die körnige Kernfüllung ein- Elemente, wie Mangan, Silicium, Chrom und Niob,

gebracht und mit Hilfe einer Schabelklinge oder eines 40 in größeren Mengen in der Legierung wiedergefun-

Kratzers 28 auf die geeignete Menge eingestellt wird. den werden.

Dann wird der Trog in mehreren Arbeitsschritten Bei massiven Drahtelektroden aus rostfreiem Stahl (F i g. 3 bis 5) geschlossen. Infolge der verhältnis- und bei Fülldrahtelektroden mit einem Mantel aus mäßig großen Wandstärke des Mantels ist eine Kohlenstoffstahl muß dem Schutzgas im allgemeinen stumpfe Naht möglich. Im Gegensatz dazu ist eine 45 mindestens I⁰Zo Sauerstoff und oft 2 bis 5°-Ό Sauerüberlappende Verbindung erforderlich, wenn ein stoff zugesetzt werden, um den Lichtbogen zu stabidünnes Bandmaterial aus Kohlenstoffstahl verwendet lisieren. Anstatt des Sauerstoffs können dem Argon wird. Infolge der stumpfen Naht ist die Wandstärke oder Helium häufig bis zu 25⁰Zu Kohlendioxyd zugedes Mantels überall gleich, so daß das Metall wäh- setzt werden. Die üblichen abdeckenden Flußmittel rend des Schweißens auf beiden Seiten gleichmäßig 5° für das Lichtbogenschweißen von rostfreiem Stahl abschmilzt, was bei einer überlappenden Verbindung können ebenfalls verwendet werden,
mit der doppelten Stärke auf einer Seile nicht der Die zur Erzeugung einer befriedigenden Abschei-FaIl ist. Ein weiterer Nachteil der dünnwandigen dung von Schweißmaterial aus rostfreiem Stahl erKonstruktion besteht darin, daß der Lichtbogen forderliche Dicke des Mantels macht 12,5 bis 25⁰Zo schwierig zu regeln ist. Nachdem der Mantel zu 53 des Elektrodendurchmessers aus: dadurch wird die einem Rohr geschlossen ist, wird dieses stufenweise Steifigkeit der Elektrode verbessert. Dieser Bereich durch Ziehdüsen gestreckt oder mittels Walzen auf entspricht 54,6 bis 82,4"'« des Gesamtgewichts der die gewünschte Drahtstärke gebracht, wie es in den Elektrode. Die Kernfüllung macht dann 17,6 bis Fig" 7 bis 9 dargestellt ist. Auf diese Weise wird 45.4"Zo des Gesamtgewichts der Elektrode aus. Mit die Kernfüllung über die ganze Länge einer Elckiro- ⁶° dieser Elektrode, bei der das Verhältnis zwischen denspule ohne Hohlräume noch weiter verdichtet, Qucrschnittsflächc der Kernfüllung und Querschnitts-

Wird für den Mantel ein martensitischer rostfreier fläche der gesamten Elektrode 0,41 betrug, wurde ein

Stahl der AISl-400-Serie verwendet, z. B. ein modi- Schweißmetall mit der Zusammensetzung eines rost-

fizierter AlSl-Stahl vom Typ 410, der etwa 12⁰Zo freien Stahls, nämlich mit ungefähr 19°/o Chrom und

Chrom enthält, so wird eine ausreichende Menge Le- 65 qo₀ Nickel abgeschieden; diese Zusammensetzung

gierungsmaterial verwendet, damit das damit nieder- entspricht etwa einem Stahl vom AISI-Typ 308

gelegte Schweißgut üblicherweise in die AISI-300- Durch Einstellung der Chrommenge im Mantel

Serie fällt. Ferritischer rostfreier Stahl der AISI-400- und in der Kernfüllung der Elektrode erreicht man,

daß der Chromgehalt in der Schweißperle im gewünschten Bereich liegt, obwohl ein Teil des Legierungsmetalls während des Schweißens mit dem Stahl des Grundmetalls verdünnt wird.

Wird die Elektrode gemäß der Erfindung halbautomatisch mit einem Durchmesser von etwa 2,4 mm beim Schutzgasschweißen verwendet, wird ein Gleichstrom mit umgekehrter Polarität bei Ein Stellungen von 300 bis 400 Ampere und bei 29 bi 31 Volt verwendet. Das automatische Schweiße kann bei Einstellungen von 350 bis 450 Amper und 28 bis 32 Volt durchgeführt werden. Bei Vei wendung von reinem Argon wird eine Strömungsge schwindigkeit von etwa 1,28 mVStd. empfohlen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 ι

Patentanspruch:

Fülldrahtelektrode zum Lichtbogenschweißen zur Abscheidung von austenitischem rostfreiem Stahl mit einem röhrenförmigen, durch eine stumpfe Naht geschlossenen Mantel aus einem martensitischen oder ferritischen rostfreien Stahl der AISI-400-Reihe und einer Kernfüllung mit einzulegierenden Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantellegierung zusätzlich noch mindestens ein Metall aus der Gruppe Niob, Titan, Tantal als Liehibogenstabilisator enthält und die Kernfüllung 17,6 bis 45,4 °/o des Gesamtgewichts der Elektrode ausmacht und folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) hat:

Prozent

Ferromangan (80% Mn) und/
oder Mangan (99⁰O Mn), jeweils mit niedrigem C-Gehalt 0 bis 12 Ferrochrom(70%Cr) und/oder
Chrom (99% Cr), jeweils mit

niedrigem C-Gehalt 40 bis 65

Nickel (99%Ni) 30 bis 45

Ferromolybdän (60% Mo) ... 0 bis 20

Ferroniob (60% Nb) 0 bis 10

Eisen mit niedrigem C-Gehalt

(99% Fe) 0 bis 15