DE1243499B - Schweissstaebe fuer Verbindungs- und Auftragsschweissen von Grauguss und veredeltem Grauguss - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B23k

Deutsche Kl.: 49 h-36/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

W26316VI a/49h
2. September 1959
29. Juni 1967

Zum Warmschweißen von Grauguß werden Zusatzstäbe gebraucht, die ein ähnliches Gußgefüge ergeben wie es der Grauguß selbst hat, der geschweißt werden soll. Der in der Praxis überwiegend gebrauchte Maschinenguß hat durchschnittlich folgende durch chemische Analyse ermittelte Zusammensetzung:

3,0 bis 3,5% Kohlenstoff, 1,5 bis 2,5% Silizium,

0,6 bis 1,2% Mangan,

0,4 bis 0,6% Phosphor, 0,04 bis 0,08%. Schwefel, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Es kommen auch noch geringfügige Abweichungen vor. Das Gefüge dieses Gußeisens besteht aus Graphit, Perlit und Ferrit. Von der Erschmelzung, der Abkühlung und dem Siliziumgehalt hängt es ab, in welcher Form der Graphit sich ausscheidet.

Die Brinellhärten dieses Maschinengusses bewegen sich hi den Grenzen von 140 bis 170 kg/mm². In diesen Gußsorten können noch Nickel oder Chrom vorhanden sein, um die Zähigkeit und Härte zu regeln.

Weiter bestehen veredelte Gußeisensorten mit erhöhter Zähigkeit, die im Biegeversuch geprüft werden. Solche Gußeisensorten haben niedrigere Phosphidgehalte und feinverteilte Graphitadern. Die Graphitadern sind gleichmäßiger verteilt als beim normalen Maschinengüß.

Gußeisensorten, die ein Grundgefüge von Perlit, in welchem der Graphit fein verteilt ist, haben — perlitisches Gußeisen genannt —, sind hochwertige Gußeisen, dieinfölge ihrer stahlartigen Grundmasse Zerreißfestigkeiten von 35 kg/mm² und mehr aufweisen.

Die chemische Zusammensetzung liegt zwischen

2,5 und 3,0% Kohlenstoff, 0,6 und 1,5% Silizium,
0,5 und 0,8 % Mangan,

etwa 0,1% Phosphor,

etwa 0,06% Schwefel,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Weiter gibt es noch sphärolithisches Gußeisen, in welchem der Graphit in Kugelfonn ausgebildet ist. Die Grundmasse ist jedoch ferritisch. Die Festigkeit des sphärolithischen Gußeisens Hegt bei 50 bis 70 kg/mm². Die Brinellhärte bewegt sich zwischen 170 und 270 kg/nun². Die durch chemische Analyse ermittelte Zusammensetzung ist etwa folgende:

Schweißstäbe für Verbindungs- und
Auftragsschweißen von Grauguß und
veredeltem Grauguß

Anmelder:

Westfälische Union,

Aktiengesellschaft für Eisen- und Drahtindustrie, Hamm

Als Erfinder benannt:

Dr. Werner Hummitzsch, Hamm;

Dr. Curt Christian Elster, Herford

3,4 bis 3,7% Kohlenstoff,
2,2 bis 2,6% Silizium,
0,3 bis 0,5% Mangan,
etwa 1,0 bis 1,8% Nickel,

etwa 0,1% Phosphor,

etwa 0,02Vo Schwefel,

etwa 0,07% Magnesium,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Bei der Schweißung von Gußeisen gibt die Warmschweißung die größte Sicherheit für eine haltbare Verbindung. Die Warmschweißung erfolgt entweder mittels Gas oder elektrischem Strom. Dabei werden gegossene Stäbe gebraucht, die mit einer Gußhaut oder mit einer Umhüllung oder auch mit Nuten versehen sind, die ein Flußmittel tragen.

Die gegossenen Schweißstäbe haben dabei meist folgende Zusammensetzung:

3,0 bis 3,6%.Kohlenstoff,
2,8 bis 3,8%> Silizium,
0,5 bis 0,8% Mangan,
höchstens 0,6% Phosphor,
weniger als 0,1% Schwefel,

Rest Eisen und übliche Zusammensetzungen.

Oft sind noch bis 1% Nickel und 0,2% Kupfer enthalten. Das Schweißgut dieser Stäbe hat hinsichtlich des Kohlenstoff-, Silizium- und Mangangehaltes etwa folgende Zusammensetzung:

Lichtbogenschweißung
Gasschmelzschweißung

Kohlenstoff

3,0%
3,1%

Silizium

2,6%
2,7%

Mangan

0,40% 0,38%

Das Gefüge besteht aus Graphit, Ferrit und Perlit.

709 608/239

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Zum Warmschweißen wird das Gußstück auf etwa Graphitgehalt von 1,5 % und einem ledeburitischen

600° C und mehr vorgewärmt. Der als Zusatzwerk- Grundgefüge. Damit wird die Aufgabe erfüllt, feste

stoff dienende Stab hat dabei bedeutend höhere SiIi- tragfähige Verbindungen herzustellen und ermög-

ziumgehalte als der zu schweißende Grauguß selbst. licht, bei der Schweißung auf eine Vorwärmung ganz

Die erhöhten Siliziumgehalte von 2,8 bis 3,8% wur- 5 oder teilweise zu verzichten.

den gewählt, um die Graphitbildung zu fördern. Die Erfindungsgemäß bestehen die Schweißstäbe für Schweiße durchläuft das Intervall von Schmelztem- Verbindungs- und Auftragsschweißen sowohl mittels peratur bis zur eutektoiden Geraden bei: 730° C im Gas als auch durch elektrischen Strom als Hand-Eisenkohlenstoffdiagramm bedeutend schneller als elektrode oder unter Schutzgas an Grauguß oder verder Grauguß während seiner Erstarrung in der Guß- io edeltem Grauguß zur Erzielung von Schweißen aus form. Deshalb wurden die erhöhten Siliziumgehalte
als Beschleuniger der Graphitbildung gewählt. 1,5 bis 2,5«/» Kohlenstoff (weniger als 1,5%

Es sind auch Grauguß-Schweißstäbe bekannt Graphit),

mit 2,75 bis 3,15^Λ/ο Kohlenstoff, 2,25 bis 3,5% SiK- 1=0 t>^is 2,5Vo Silizium,

zium, 0,5 bis 1% Mangan und 0,05 bis 0,5% Vana- 15 0,3 bis 1,2«/» Mangan,

dium und/oder Chrom mit gegebenenfalls Zusätzen weniger als 0,07«/» Phosphor,

an Nickel und/oder Kupfer. Die damit niedergelegten !weniger als 0,05 % Schwefel,

Verbindungsschweißen sollen bevorzugt 2,75 bis Rest Eisen,

3,15% Kohlenstoff, 2,25 bis 3,5% Silizium, 0,50 bis _{aus e}i_nem Eisenwerkstoff folgender Zusammen-

1% Mangan sowie Vanadium und/oder Chrom ent- 20 setzung:

falten. 1,5 - "bis 2,8% Kohlenstoff,

Weiter sind Gegenstände, z. B. Schweißstäbe, aus 1,5 bis 2,7% Silizium,

warmschmiedbarem Gußeiser mit Knötchengraphit 0,3 bis 1,2% Mangan,

bekannt, welches 2,5 bis 4,3% Kohlenstoff, 0,15 bis weniger als o',Q7O% Phosphor,

3% Mangan, 0,008 bis 0,09% Schwefel, 0,02 bis 25 weniger als 0,050% Schwefel,

0,1% Phosphor, 1,9 bis 3,5% Silizium, 0,03 bis Rest Eisen.
0,2% Cer oder Magnesium und. gegebenenfalls 0,02

bis 0,75⁴Vo Zirkonium und bis 20% Nickel oder Die zu verwendenden Schweißstäbe haben unter

Kobalt enthält und eine Verbesserung der physika- anderem den Vorteil, daß bei der Schweißung von

lischen Eigenschaften durch eine Warmverformung 30 dünn- oder dickwandigen Stücken sogar auf eine

erfährt. hohe Vorwärmung von 65O⁰C verzichtet werden

Ein weiterer bekannter Vorschlag sieht vor, zum kann, unter Berücksichtigung der dem Gußkörper Kaltschweißen von Grauguß die Seitenflächen der zu innewohnenden Spannungen. . :.
X-oder V-Nuten ausgearbeiteten Risse in den Guß- Trotz dieser Ersparnis werden feste, tragfähige stücken mit vorzugsweise schwalbenschwanzförmigen 35 Verbindungen erzielt, da die Schweißen —wie "oben Nuten zu versehen und sodann eine Viellagen- erwähnt — in erheblichem Maße ledeburitische Geschweißung derart vorzunehmen, daß mit einer fügebesfandteile des weißen Eisens enthalten. Sie Schweißelektrode aus weichem (unter 0,1% C) Stahl können ledeburitisch sein oder auch aus einemMisch- und einer einen Umhüllungsfaktor. von 1,06 bis 1,1 gefüge von Ledeburit-mit Perlit und Graphit beergebenden neutralen Umhüllung (8 bis 15% Ferro- 40 stehen, wobei der Anteil des Graphits unter 1,5% mangan und bis 40% TiO₂ und einem Verhältnis von liegt.

Basen, wie CaO+ MgO, zu SiO₂+ Al₂O₃-Ri 1:3) - Nach dem Maurerschen Zustandsdiagramm für

zunächst auf dem Gußeisen einige Lagen aufgebracht Gußeisen würden diese Gußeisensorten im Gebiet

werden, welche durch Vermischung mit dem guß- von I, II a und II bei Gesamtkohlenstöffgehalten von

eisernen Grundmaterial Gußeisencharakter haben, 45 1,5 bis 2,5% und Siüziumgehalten von 1,0 bis 2,5%

worauf in den weiteren, darübergelegten Lagen liegen. Der Mangangehalt liegt in den Grenzen von

immer kohlenstoffärmeres Schweißgut entsteht. Der 0,3 bis 1,2%. Zusätze von Nickel können gegeben

Kohlenstoffgehalt des Schweißgutes liegt dann zwi- werden. Als besonders geeignet erwiesen sich

sehen dem des gußeisernen Grundmaterials und dem Schweißstäbe, deren Kohlenstoff-, Silizium- und Man-

der Schweißelektrode (unter 0,1 %). 50 gangehalte so aufeinander abgestimmt sind, daß ihre

Bekannt ist es auch, graues Gußeisen mit einer Schweißen aus

Elektrode zu schweißen, die einen Kerndraht aus _{Λ n} ■ «· _1W F_nvi^„t_nff Vr_m»i,;*^i,«ii

„. ... TT- 1.1 » . 1. „„,,. _Λ £,, 1,7 bis 2,2% Konlenstoii (urapmtgehalt

Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 1,6% . ππ»τιϊσρτ _nio 1 \o/\

und eine Hülle mit 10 bis 75 % elementarem Kohlen- 1 5 bis 2 1% Silizium

stoff, 10 bis 50% Silizium, femer schlackenbildende 55 _n'~ ,. _n'_ntl!^> .*/[„„„„„'

•»τ J -τ JTt- λ -4-i. 1 _1nl_. .... , .. ^JJ 0,3 bis 0,7% Mangan,

Matenahen und Bindemittel vonIO bis 50%- besitzt . ' , _n„_7n.v _Ώ1° „ Λ : .

Die Schweißen, z.B. mit 3,4% Kohlenstoff (2,8% ™*£ _a n'S SÄF'

Graphit), 3,0% Silizium und 0,6% Mangan! 'sind ^Tstwa 8$/. Nickel

⁸¹^K . ".. "..,ν",' U₁ / V Rest Eisen " ' " '-

Bei einem weiteren ähnlichen bekannten Vor- 60 . . .-

schlag sollen fehlerhafte Gußstücke aus. Grauguß bestehen.

kaltgeschweißt werden unter anderem mit Elektroden Diese Schweiße ergibt, ein Gefüge, welches lede-

aus kohlenstoffarmem Stahl, die Überzüge aus Gra- burithaltig ist sowie Graphit und Perlit enthält. Der

phit und Ferrosilizium haben. Anteil an Graphit beträgt je-nach der Abkühlungs-

Demgegenüber wird erfindungsgemäß keine 65 geschwindigkeit 0,2 bis 1,2%. Die Brinellhärten der

Schweiße aus grauem Gußeisen mit hohem Graphit- Schweißen bewegen sich zwischen 200 und

gehalt angestrebt, sondern vielmehr eine weiße bzw. 350 kg/mm². Sie können-aber durch Wärmebehand-

meliert erstarrte Schweiße mit einem maximalen lung noch auf 170 kg/mm² vermindert werden.

Claims (4)

Die Stäbe werden in der Regel mit Zusatz von Flußmitteln in Pulver- oder Pastenform verschweißt. Sie können das Flußmittel jedoch innerhalb einer Nut oder andersartigen Aussparungen tragen, die in das runde, ovale, trapezförmige oder kantige Stabprofil eingearbeitet sind. Die erfindungsgemäßen Schweißstäbe können sowohl für die Lichtbogenschweißung als auch für die Gasschmelzschweißung genommen werden. Sie können mit Gußhaut ohne Hülle, mit Gußhaut und einer eingeformten Flußmitteleinlage versehen sein, sie können aber auch als Stäbe mit einer aufgepreßten eisenpulver- und graphithaltigen Umhüllung, die sich im Schweißbad teilweise selbst verbraucht, versehen sein. Diese Umhüllung erzielt einen stabilen Lichtbogen und ermöglicht eine sichere Verschweißung am Gleich- und auch am Wechselstrom. Es besteht aber auch die Möglichkeit, einen Stahldraht mit etwa 0,05% bis 1,3 % Kohlenstoff als Kerndraht zu gebrauchen, wobei für die Schweiße erforderlichen Gehalte an Kohlenstoff und Silizium aus der Umhüllung während des Abschmelzens in die Schweiße eingebracht werden, gegebenenfalls auch Nickel bis zu 1%, vorzugsweise etwa 0,3 °/o. Diese Stäbe sind nicht nur für die Verbindungsschweißen von Grauguß, sondern auch für verschleißfeste Auftragsschweißen an Grauguß geeignet. Die Stäbe können außer in der Gasflamme und im Lichtbogen üblicher Art auch unter Schutzgas von Argon, Helium, Kohlendioxyd oder auch Mischungen sonstiger Gase verschweißt werden. Die Schweißen dieser Art eignen sich besonders auch für Graukörper, die in ihrem Einsatz Wärmebeanspruchungen, insbesondere .solchen längerer Dauer und häufiger Wiederholung ausgesetzt sind, ja sogar rotglühend werden können. Es ist also ein besonderer Vorteil, daß diese Schweißen solchen Beanspruchungen, denen das Grundmaterial ausgesetzt ist, widerstehen, wobei noch hinzukommt, daß bei der Schweißung, insbesondere von großen schweren Gußstücken, auf eine Vorwärmung verzichtet werden kann oder eine nur geringe Vorwärmung, etwa bis auf 2000C, zu erfolgen braucht. 45 Patentansprüche:

1. Schweißstäbe für Verbindungs- und Auf-, tragsschweißen sowohl mittels Gas als auch durch elektrischen Strom als Handelektrode oder unter Schutzgasen an Grauguß oder veredeltem Grauguß, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Erzielung von Schweißen aus 1,5 bis 2,5% Kohlenstoff (weniger als 1,5°/» Graphit),

1,0 bis 2,5% Silizium,

0,3 bis 1,2% Mangan, weniger als 0,07% Phosphor, weniger als 0,05% Schwefel,

Rest Eisen

aus einem Eisenwerkstoff folgender Zusammensetzung bestehen:

1,5 bis 2,8% Kohlenstoff,

1,5 bis 2,7% Silizium,

0,3 bis 1,2% Mangan, weniger als 0,070% Phosphor, weniger als 0,050% Schwefel, Rest Eisen.

2. Schweißstäbe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Kohlenstoff-, Silizium- und Mangangehalte so aufeinander abgestimmt sind, daß ihre Schweißen aus

1,7 bis 2,2% Kohlenstofi (Graphitgehalt

weniger als 1,5%), 1,5 bis 2,1% Silizium, 0,3 bis 0,7% Mangan, weniger als 0,070% Phosphor, weniger als 0,050% Schwefel,

etwa 0,3% Nickel,
Rest Eisen

bestehen.

3. Schweißstäbe zum Herstellen von Schweißen der im Anspruch 1 genannten Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Stahldraht mit etwa 0,05 bis 1,3 % Kohlenstofi und einer üblichen Umhüllung bestehen, aus der die Kohlenstoff-, Silizium- und andere Begleitelementgehalte in die Schweiße eingebracht werden.

4. Schweißstäbe nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie die zur Einbringung von bis 1%, vorzugsweise etwa 0,3 % Nickel in die Schweiße benötigten Nickelgehalte aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 953 031; schweizerische Patentschrift Nr. 272 635; britische Patentschrift Nr. 697 743; USA.-Patentschrift Nr. 2158105;

»Chemisches Zentralblatt«, 1957, S. 8636 (Referat über die russische Zeitschrift »Gießerei-Betrieb«, 1956, Nr. 1, S. 6 bis 8).

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