DE1008993B

DE1008993B - Welding fluids

Info

Publication number: DE1008993B
Application number: DEC5126A
Authority: DE
Inventors: Dr William M Conn
Original assignee: WILLIAM M CONN DR
Current assignee: WILLIAM M CONN DR
Priority date: 1951-12-19
Filing date: 1951-12-19
Publication date: 1957-05-23

Description

Schweißmittel Die Erfindung ])-zieht ;ich auf ein Schweißmittel für die elektrische Lichtbogensc:hweißung, das zum überwiegenden Teil aus wasserfreiem, kristallisiertem Mullit besteht. nach Patent 841 539.Welding means The invention]) - draws; i on a welding means for electric arc welding, which is predominantly made of anhydrous, crystallized mullite. according to patent 841 539.

Die Erfindung bezweckt, Schweißmittel zu schaffen, die es ermöglichen, die metallurgischen Eigenschaften der Schweiße und ihrer Umgebung, z. B. di.e Festigkeitseigenschaften, das Elastizitätsmaß und die Dehnungswerte. der geschweißten Werkstücke zti verbessern.The invention aims to create welding means that make it possible to the metallurgical properties of the welds and their surroundings, e.g. B. the strength properties, the degree of elasticity and the elongation values. of the welded workpieces zti.

T Das wird gemäß der Erfindung iin wesentlichen dadurch erreicht, daß dem 1Itillit ein oder mehrere der Metalle Mangan, Chrom. Molybdän, Niob, Nickel, Kobalt zugesetzt «-erden, die. mit der n zu schweißenden Werkstoff eine Legierung eingehen können. Mullit hat einen so ans.rcichend hohen Schmelzpunkt, daß er schon vor dem vollständigen Erstarren des Schweißmetalls über diesem eine poröse Kruste und eine poröse Schlacke bildet, wodurch die Reaktionsdauer zugunsten der legierungsfähigen Bestandteile clzs Schweißmittels verlängert und der eine Wärmebehandlung bildende Abkühlungsverlauf begünstigt wird. Als Prozentsatz der genannten Bestandteile wählt man zweckmäßig 0,2 bis 25'%. Vorteilhaft sind daneben desoxyd=ierende Zusätze, und zwar Silizium c°lementar oder legiert, Titan. Zirkon, Vanadin, Aluinin.ium, Magnesium, Boride des Kalziums, Mangans @:@d:e r Eisens und Kohlenstoff in Mengen vo-il ungefähr 0,2 bis 10%.According to the invention, this is essentially achieved by adding one or more of the metals manganese, chromium. Molybdenum, niobium, nickel, cobalt added «- earth that. with the n material to be welded can form an alloy. Mullite has such a sufficiently high melting point that it forms a porous crust and a porous slag over the weld metal even before it has completely solidified, whereby the reaction time is extended in favor of the alloyable constituents of the welding agent and the cooling process which forms a heat treatment is favored. Expediently, 0.2 to 25% is chosen as the percentage of the constituents mentioned. In addition, deoxidizing additives, namely silicon elementary or alloyed, titanium. Zircon, vanadium, aluminum, magnesium, borides of calcium, manganese @: @ d: he iron and carbon in amounts of about 0.2 to 10%.

Mit dem Schweißrnittel nach der Erfindung werden da-rübeir hinaus unerwünschte Wirkungen vermieden, die ]),ei bekannten Mitteln dadurch entstehen, daß sie zri einem Verlust bestimmter Stoffe aus dem geschweißten Metall führen, beispielsweise Mangan und anderen Legierungsbestandteilen. Andererseits können andere Stoffe mit ausgleichenden Wirkungen in das Metall eingeführt werden.With the welding means according to the invention, there are no problems avoided undesirable effects that arise from known agents, that they lead to a loss of certain substances from the welded metal, for example manganese and other alloy components. On the other hand, others can Substances with balancing effects are introduced into the metal.

Die Bestandteile können den Rohstoffen zugesetzt Nverden, die für die Herstellung des Mullit-Schweißmittels nach dem Hauptpatent verwende) werden. Sie können aber auch dein natürlichen oder -cleni synthetischen Mullit von der Formel Al 6Siz013 zugesetzt werden, dessen Schmelzpunkt 1830°C beträgt. In bestimmten Fällen werden jedoch die Vorteile der Erfindung am hexten verwirklicht, wenn man die Bestandteile in zwei oder mehreren Stadien de_: Herstellungsprozesses zusetzt.The components can be added to the raw materials that are used for the manufacture of the mullite welding material according to the main patent. But they can also be added to your natural or synthetic mullite of the formula Al 6Siz013, the melting point of which is 1830 ° C. In certain cases, however, the advantages of the invention are realized on hexes when the components are added in two or more stages of the manufacturing process.

Der Satz wird so weit gemahlen, daß er eine Feinheit von 1,68 nim Korngröße besitzt. Er wird dann auf eine für die Mullitbildung so niedrig wie möglich gehaltenme Temperatur erhitzt (falls Mullit nicht oder nur teilweise in dem ursprünglichen Satz vorhanden i,st), die aber auch ausreicht, um alles chemisch und physikalisch gebundene Wasser und auch die ga.sbildenden Bestandteile zu entfernen. Die Temperatur kann von ungefähr 800 bis 1100°C schwanken. Im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik wird nicht der ganze Satz durchgeschmolzen; sondern er wird abgekühlt und auf den gewünschten Teilchengrößenberedch gemahlen. Wegen der verhältnismäßig niedrigen Herstellungstemperatur kann bei dem neuen Schweißmittel der ganze Satz auf einmal vor der Verarbeitung gemischt werden, während in einen zusammengeschmolzenen Schweißmittelsatz gewisse Zusätze erst nach dein Schmelzen zugesetzt «-erden dürfen, z. B. fluorhaltige Verbindungen.The sentence is ground so far that it has a fineness of 1.68 nim Possesses grain size. It will then be as low as possible for mullite formation maintained temperature heated (if mullite is not or only partially in the original Sentence present i, st), but which is also sufficient to describe everything chemically and physically to remove bound water and also the gas-forming constituents. The temperature can vary from about 800 to 1100 ° C. In contrast to the previous state of Technology isn't melted through the whole set; but it is cooled down and ground to the desired particle size range. Because of the relatively low The manufacturing temperature of the new welding equipment can be the whole set at once be mixed prior to processing while in a fused weld set certain additives may only be added after they have melted, e.g. B. fluorine-containing Links.

Wenn größere Mengen von Legierungsbestandteilen oder besondere Legierungsbestandteile in einer Schweiße benötigt werden, empfiehlt sich, einen Teil solcher 13e standteile mit Hilfe des Schweißmittels und den anderen Teil durch die Schweißelektrode zuzuführen, z. B. beim Schweißen von Panzerplatten.When larger amounts of alloy components or special alloy components are required in a weld, it is advisable to use some of these 13e components with the help of the welding material and the other part through the welding electrode, z. B. when welding armor plates.

Es hat sich herausgestellt, daß die mit dem zu verschweißenden Werkstoff legierungsfähigen Bestandteile am besten in folgenden Hundertteilen zugegeben «-erden: Mangan 0,2 bis 25°/o elementar oder in Legierung. Ähnlich Chrom 0,2 biss 251/o oder Molybdän, Kobalt, Niob oder Nickel, 0,2 bis 25'%. Einige dieser Zusätze, z. B. Mangan, Nickel, Kobalt und Chrom, wirken außerdem schmelzpunkterniedrigend. Als Desoxydationsmittel können Silizium elementar oder legiert, Titan, Zirkon, Vanadin, Aluminium, Magnesium, Boride des Kalziums, Mangans oder Eisens oder Kohlenstoff in Mengen von 0,2 bis 10% beigefügt «-erden. Die Gesamtmenge aller Zusätze mit Ausnahme des Mullits kann bis zu 70% der Mischung betragen.It has been found that with the material to be welded alloyable constituents are best added in the following percentages «- earth: Manganese 0.2 to 25% elemental or in alloy. Similar to chromium 0.2 to 251 / o or Molybdenum, cobalt, niobium or nickel, 0.2 to 25%. Some of these additives, e.g. B. Manganese, Nickel, cobalt and chromium also lower the melting point. As a deoxidizer silicon elemental or alloyed, titanium, zirconium, vanadium, aluminum, magnesium, Borides of calcium, manganese or iron or carbon in amounts from 0.2 to 10% attached «-ground. The total amount of all additives with the exception of the mullite can up to 70% of the mixture.

Für die Bestandteile, die in das im wesentlichen Mullft enthaltende Schweißmittel eingebracht werden können, hat man eine beträchtliche Auswahlmöglichkeit. Deie nachstehende Tabelle gibt Beispiele von Analysen von Flußm.itteln., bei denen nur Mangan mit dein zu verschweißenden Werkstoff legierungsfähig ist und die keine Desoxydationsmittel enthalten. Sie werden-z. B. zum Schweißen von hochwertigem Kesselblech benutzt. Die angeführten Schweißmittel, denen etwa 5 % Fluerid .beigefügt werden kann, geben sowohl mit als auch chne eines der üblichen Desoxvdationsmittel sehr zufriedenstellende, hochwertigere, unter günstigeren Wärmebedingungen entstandene Schweißungen, als man unter. denselben Schweißbedingungen erhält, wenn vo-rgeschmolzene Schweißmittel mit entsprechenden Mangangehalten verwendet werden. Beispiel I I II I III S'02 .......... 23,0% 33,50/0 34,2% Ti 02 .......... 3,0% 3,4% 3,60/0 A12 03 + Fee 03 . 64,31/0 -12,01/0 49,21/o Ca 0 ........... 4,70/0 4,71/0 5,10/a Mn ö .......... 5,00/0 8,50/0 7,90/0 Alkalien ...... . - I 7,91/0 - 100,00/0 100,00/0 100,00/0 Wenn das beschriebene Schweißmittel mit einer Teilchengröße von beispielsweise 0,84 bis 0,07 mm beim Schweißen mit verdecktem oder offenem Lichtbogen verwandt wird, enthält die Schlacke noch Mullitkristalle, wie Prüfungen unter dem Mikroskop und durch Röntgenstrahlen nach dem Debye-Scherrer-Verfahren bewiesen haben. Das bedeutet eine große Verbesserung gegenüber dem bisherigen Verfahren, weil - während das Schweißmetall und der Rest der Schlacke sich noch in einem flüssigen oder halbplastis:ch:en Zustand befinden - der feste, auf der Schlacke schwimmende Mullit eine schützende Kruste oder Schale bildet und hierdurch ein ganz allmähliches Erstarren des Metalls und des Restes der Schlacke erreicht wird.There is considerable choice in terms of the ingredients that can be incorporated into the essentially Mullft-containing welding means. The following table gives examples of analyzes of fluxes in which only manganese can be alloyed with the material to be welded and which do not contain any deoxidizing agents. You will-z. B. used for welding high quality boiler plate. The welding agents listed, to which about 5% fluoride can be added, give very satisfactory, higher quality welds made under more favorable heat conditions than one of the under. The same welding conditions are obtained if pre-melted welding materials with the corresponding manganese content are used. example II II I III S'02 .......... 23.0% 33.50 / 0 34.2% Ti 02 .......... 3.0% 3.4% 3.60 / 0 A12 03 + fee 03. 64.31 / 0 -12.01 / 0 49.21 / o Approx. 0 ........... 4.70 / 0 4.71 / 0 5.10 / a Mn ö .......... 5.00 / 0 8.50 / 0 7.90 / 0 Alkalis ....... - I 7.91 / 0 - 100.00 / 0 100.00 / 0 100.00 / 0 If the welding means described with a particle size of, for example, 0.84 to 0.07 mm is used for welding with a concealed or open arc, the slag still contains mullite crystals, as tests under the microscope and by X-rays using the Debye-Scherrer method have proven . This means a great improvement over the previous process because - while the weld metal and the rest of the slag are still in a liquid or semi-plastic state - the solid mullite floating on the slag forms a protective crust or shell and thereby a very gradual solidification of the metal and the rest of the slag is achieved.

Die Beständigkeit des Mullits in den beschriebenen neuartigen Schweißmitteln bedeutet eine große Verbesserung gegenüber dem früheren Verfahren, bei dem Sch-,veißmittel mit hohem Kieselsäuregehalt verwendet werden. Während nach der vorliegenden Erfindung Mullit während des Lichthogenschweißens wenigstens teilweise ungeschmolzen bleibt, bilden die bekannten Schweißmittel im geschmolzenen Zustand Metallsilikate von höherem Kieselsäuregehalt als Mullit, z. B. Natriumaluminium@silikate, KaIziumaluminiumsilikate usw. Diese Silikate haben niedrigere Erstarrungs.punkte als Mullit und bilden keine schützenden Krusten oder Schalem auf der Schweiße. Sie führen auch nicht zu Schweißen mit solch ausgezeichneter Dehnung, Elastizität und Festigkeit wie die erfindungsgemiäßen Schweißmittel. In ähnlicher Weise hat sich heuausgestellt, daß, wenn man Schweißmittel, die vo,rwiegenid aus Tonerde und Kieselsäure bestehen, herstellt, Mischungen mit höherem Tonerdegehalt als Mullit, 3 Ale 03 - 2 Si 02, bei höheren Temperaturen als 1830° C schmelzen, während ein Überschuß an Kieselsäure über die 3 Ale 03 - 2 Si 02 Formel hinaus die Schmelztemperaturen bis zu 1545° C, nämlich der eutektischen Temperatur, herabsetzen kann.The resistance of the mullite in the novel welding materials described means a great improvement over the earlier process, in which the abrasive, whitening agent with a high silica content can be used. While according to the present invention Mullite remains at least partially unmelted during arc welding, the known welding agents form metal silicates of higher levels in the molten state Silica content as mullite, e.g. B. sodium aluminum @ silicates, calcium aluminum silicates etc. These silicates have lower solidification points than mullite and do not form any protective crusts or shells on the sweat. They also do not lead to welding with such excellent elongation, elasticity and strength as those according to the invention Welding means. Similarly, it has now been found that if one uses welding which predominantly consist of alumina and silica, produces mixtures with higher alumina content than mullite, 3 Ale 03 - 2 Si 02, at higher temperatures than 1830 ° C melt, while an excess of silica over the 3 Ale 03-2 Si 02 formula, the melting temperatures up to 1545 ° C, namely the eutectic Temperature.

Die Schutzschicht aus Mullit bildet sich, ehe das Metall der Schweiße und die übrigen Bestandteile des Schweißmittels erhärten. Die Kruste oder Schale, die sich über dem noch nicht erhärteten Metall der Schweiße bildet, schützt nicht nur dieses, sondern verlangsamt auch seine Abkühlung, wobei sie von dem porösen Schweißmittel in Pulverform, das die Schlacke umgibt, unterstützt wird. Die wärmeisoliearende Wirkung und die Verlangsamung der Abkühlung werden weitergefördert durch die Aufnahme von Gas in der Kruste, die beim Abkühlen stark porös wird. Die Schlacke hält infolge ihrer Porosität und geringen. Wärmeleitfähigkeit die Hitze noch nach dem Festwerden des Metalls der Schweiße und der anliegenden Bereiche zurück. Sie gibt auf diese Weise Wärme an das halbplastische oder feste Metall ab; dies wirkt sich als eine Verlängerung der Reaktionsdauer zugunsten der mit dem zu verschweißenden Werkstoff legierungsfähigen Bestandteile und eine Verbesserung der Wärmenachbehandlung aus. Unabhängig davon, welche Zusatzstoffe zugegen sind, erstreckt sich die Wirkung über eine längere Zeitspanne als bei früher benutzten Schweißmitteln, die im wesentlichen aus Glas bestanden.The protective layer of mullite forms before the metal welds and harden the remaining components of the welding material. The crust or shell, which forms over the not yet hardened metal of the weld does not protect only this, but also slows down its cooling, taking it from the porous Welding agent in powder form, which surrounds the slag, is supported. The end of thermal insulation The effect and the slowing down of the cooling are further promoted by the intake of gas in the crust, which becomes very porous as it cools. The slag holds as a result their porosity and low. Thermal conductivity the heat even after solidification of the metal of the weld and the adjacent areas. She gives up on this Reject heat to the semi-plastic or solid metal; this affects as a Extension of the reaction time in favor of the material to be welded alloyable components and an improvement in post-heat treatment. Regardless of which additives are present, the effect extends beyond a longer period of time than previously used welding means, which is essentially made of glass.

Das Schweißmittel gemäß der Erfindung kann sowohl als Überzug auf Stäben oder aufgerolltem Schweißdraht als auch selbständig in Pulverform verwendet werden.The welding means according to the invention can be used both as a coating Rods or coiled welding wire as well as used independently in powder form will.

Die in der Beschreibung angegebenen Zusammensetzungen sind nur Beispiele, die innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung die verschiedensten Varianten zulassen.The compositions given in the description are only examples, the various variants within the scope of the invention allow.

Claims

PATrNTANSPRITCHF: 1. Welding agent for electric arc welding, which consists predominantly of mullite, according to patent 841 539, characterized in that one or more of the metals manganese, chromium, molybdenum, niobium, nickel, cobalt are added to the mullite form an alloy with the material to be welded.

2. Welding means according to claim 1, characterized in that the Addition of the alloyable constituent of manganese, chromium, molybdenum, niobium, nickel and / or cobalt is 0.2 to 251 / o.

3. Welding means according to claim 1 and 2, characterized characterized that there are additions of silicon, elemental or alloyed, titanium, zircon, Vana: din, aluminum, magnesium, borides of calcium, manganese or iron or carbon contains in amounts of about 0.2 to 10% as deoxidizing ingredients.

4. Welding means according to claim 1 of the following composition: 23% Si 02, 3% Ti 02, 64.3% A12 03 + Fee O3, 4.7% Ca O, 5% Mn O.

5. Welding means according to claim 1 of the following composition: 33.5 ° / a S'02, 3.4% Ti 02, 42.0% A12 03 + Fee 03, 4.7 e / o Ca O, 8.5% Mn O, 7.91 / o Alkalis.

6. Welding means according to claim 1 of the following composition: 34.2% Si 02, 3.6% Ti 02, 49.2o / 0 A12 03 + Fee 03, 5.1% Ca 0, 7.9 1 / o. Mn O.