WELD FILLER MATERIAL AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURE

Abstract: 1. Weld filler material, welding rod, in particular consumable electrode for welding, with an enclosed metallic sheath (5) of steel, iron, cobalt and/or nickel and with a core (4) which has a metallic powder of a chemical composition, characterised in that the core (4), which is surrounded by the metallic sheath (5), is constructed of a gas-atomised powder of metallic particles which have a substantially spherical and/or spheroid shape, the grain size of which is between 3 mu m and 300 mu m, and the core has a density which is 85 to 95% of the specific weight of the alloy of the powder.

Description: Schweisszusatzwerkstoff und Verfahren zur Herstellung desselben Die Erfindung bezieht sich auf einen Schweisszusatzwerkstoff, Schweissdraht od. dgl., insbesondere auf eine selbstverzehrende Elektrode zum Schweissen mit einer in sich geschlossenen metallischen Umhüllung und auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schweisszusatzwerkstoffes. Bei der Herstellung von metallischen Schweisszusatzwerkstoffen, also beispielsweise Schweissdrähten oder -elektroden, wird so vorgegangen, dass eine Metallschmelze erschmolzen, in eine Kokille gegossen und sodann erstarren gelassen wird. Dieser Stahlblock wird sodann warmverformt und - wie an sich bekannt - durch Ziehen in seinem Querschnitt so weit reduziert, dass ein entsprechender Draht bzw. stabförmige Elektrode erhalten wird. Ein derartiges Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von grossen Mengen und von Legierungen, welche sich leicht warm bzw. kalt verformen lassen. Ein Schweissdraht, der nach diesem Verfahren hergestellt ist, kann jedoch aufgrund der Seigerungen im Block unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweisen, da ein Block - wie bekannt im Kern eine andere chemische Zusammensetzung aufweist, als im Randbereich bzw. der Blockfuss wieder eine andere chemische Zusammensetzung aufweist, als der Blockschopf. Um diesen chemischen Unterschieden Rechnung zu tragen, müssen auch Teile des Blockes oder gegebenenfalls des bereits gezogenen Drahtes verworfen werden. Bei der Herstellung von Elektroden, beispielsweise zum Auftragschweissen aus einer Kobalt-Basis-Legierung ist es bereits bekannt geworden, kleinere Losgrössen dadurch herzustellen, dass die Schmelze in Quarzglasröhrchen ge saugt wird, worauf die Schmelze in den Röhrchen erstarren gelassen wird, und das Quarzglas durch mechanische Einwirkung, z.B. Schlagen od. dgl. entfernt wird. Das Verfahren hat den Vorteil, dass eine genau definierte chemische Zusammensetzung der Elektrode erreichbar ist und ei- ters eine weitere Verformung nicht durchgeführt werden muss. Ein derartiges Verfahren ist jedoch besonders aufwendig, sodass auch bereits vorgeschlagen wurde, derartige Legierungen im Horizontalstrangguss-Verfahren herzustellen, wobei der Nachteil besteht, dass entsprechende Einrichtungen, welche üblicherweise in einem Schweissdrahtbetrieb nicht vorhanden sind, erst erstellt werden müssen. Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Schweisszusatzwerkstoff zu schaffen, welcher eine einheitliche chemische Zusammensetzung aufweist, der auch in kleinen Losgrössen, beispielsweise 50 bis 100 kg, einfach hergestellt werden kann und welcher mit Verfahren und Vorrichtungen, welche in einem Schweissdrahtbetrieb üblich sind, hergestellt werden kann. In der Schweisstechnik sind sogenannte Fülldrähte bekannt, das sind Schweisszusatzwerkstoffe, die eine äussere Umhüllung aufweisen, aus welcher das spätere Schweissgut gebildet wird, in welcher Umhüllung ein Schweisspulver angeordnet ist. Derartige Schweisspulver können auch gegebenenfalls noch zusätzlich metallische Komponenten enthalten. Bei der Herstellung derartiger Fülldrähte wird beispielsweise gemäss der DE-AS 25 15 342 so vorgegangen, dass vorerst ein Rohr mit grösserem Durchmesser mit dem Schweisspulver gefüllt wird, welches Rohr sodann stufenweise unter gleichzeitiger opression des mineralischen Schweisspulvers in seinem Querschnitt durch Ziehen reduziert wird. Bei einer derartigen Querschnittsverminderung kommt es zu einer Komprimierung des an sich porösen Pulvers und es kann das im Rohr-inneren befindliche Gas, beispielsweise LfS ch die Lockerstellen, welche durch das Pulver bedingt µ entweichen Der erfindungsgemässe Schweisszusatzwerkstoff, Schweissdraht od. dgl., insbesondere selbstverzehrende Elektrode zum Schweissen mit einer in sich geschlossenen metallischen Umhüllung, z.B. nahtlosem Rohr und Kern, welcher ein metallhältiges Pulver aufweist, besteht im wesentlichen darin, dass der Kern, welcher von der metallischen Umhüllung umgeben ist, mit einem Pulver aus metallischen Partikelchen aufgebaut ist, die im wesentlichen sphärische und/oder sphäroide Gestalt aufweisen, und deren Korngrösse insbesondere zwischen 3 Mikrometer und 300 Mikrometer beträgt. Für den Fachmann war es durchaus überraschend, einen Schweisszusatzwerkstoff derartig aufzubauen, dass die chemische Zusammensetzung des Schweissgutes im wesentlichen durch das im Kern vorliegende Pulver bestimmt werden kann 1 welches lediglich durch die metallische Umhüllung verdünnt wird. Die metallischen Partikelchen liegen hiebei aneinander an und sind so festgebacken, dass ein Ausrinnen od. dgl. des Schweissdrahtes sicher vermieden ist. Weiters kann durch das Aneinanderanliegen der Partikelchen eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit erzielt werden, insbesondere dann, wenn der spezifische elektrische Widerstand der Legierung des Pulvers geringer ist, als jener der Umhüllung. Ungeachtet des Skin-Effektes ist zumindest im Abschmelzbereich eine entsprechende elektrische Leitfähigkeit und zwar des gesamten abschmelzenden Schweissgutes gegeben. Durch die sphärische Gestalt des Pulvers kann eine Streckreduzierung des Schweisszusatzwerkstoffes auf besonders einfache Weise durchgeführt werden, wobei eine Verdichtung durchgeführt wird und die im Inneren der Umhüllung vorhandene Luft noch entweichen kann. Die bevorzugte Korngrösse beträgt zwischen 3 /um und 300 um, vJdbeS Pfilver mit unterschiedlicher Korngrössenverteilung verwendet werden können. Ist der Kern mit einem Pulver einer Dichte, insbesondere einer chemischen Zusammensetzung aufgebaut, so kann ein besonders homogenes Schweissgut erhalten werden, da aufgrund der einheitlichen Dichte keine schwerkraftsbedingten Auftrennungen auftreten. Weist der Kern eine Dichte auf, welche 85 bis 95 % des spezifischen Gewichtes der Legierung des Pulvers beträgt, so ist ein besonders guter Kontakt zwischen den einzelnen Partikelchen gegeben, wobei gleichzeitig eine besonders homogene Verdichtung des Pulvers in der Umhüllung erreicht werden kann, da keine Lockerstellen, Lunker od. dgl. mehr auftreten. Ist die metallische Umhüllung aus Stahl, insbesondere aus Eisen aufgebaut, so kann für unterschiedlichste Pulver die gleiche Umhüllung verwendet werden, womit eine besonders einfache Lagerhaltung gewährleistet ist,sodass das Ziel der vorliegenden Erfindung, auch nur kleine Mengen von SchweiB- zusatzwerkstoffen herstellen zu können, auf besonders günstige Art und Weise erreichbar ist. Je nach Basis des Pulvers kann die Umhüllung mit Eisen, Kobalt und/oder Nickel aufgebaut sein. Die Umhüllung kann zur Vermeidung von Korrosion und für die bessere elektrische Leitfähigkeit verkupfert sein, insbesondere ist dies bei einer Stahlumhüllung vorteilhaft. Der erfindungsgemässe Schweisszusatzwerkstoff ist besonders für ein Pulver aus Legierungen, wie z.B. Nickel-oder Kobalt Basis-Legierung geeignet, die besonders schwer einer Kalt oder auch Warmverformung unterworfen werden können. Gasverdüste, insbesondere inertgasverdüste Pulver eignen sich besonders für den erfindungsgemässen Schweisszusatzwerkstoff, da sie einerseits an ihrer Oberfläche keine bzw. nur geringste Verunreinigungen aufweisen, und anderseits von besonders sphärischer Gestalt sind. Um die Zusammensetzung des Schweissgutes durch das Pulver zu bestimmen, soll die grösste Quererstreckung des Kerns, insbesondere bei kreisrundem Querschnitt der Durchmesser etwa das 0,5- bis 50-Fache, insbesondere 2- bis 25-Fache, vorzugsweise 5- bis 10-Fache, der Wandstärke der Umhüllung betragen. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Schweisszusatzwerkstoffes, wobei ein insbesondere auf einer Haspel aufgewickeltes Rohr, vorzugsweise unter Rütteln der Haspel mit einem Pulver gefüllt, worauf das Rohr mit Pulver durch Ziehen im Querschnitt reduziert wird, besteht im wesentlichen darin, dass das Rohr mit einem Metallpulver gefüllt wird und durch Ziehen im Querschnitt reduziert und die Dichte des Kerns auf 85 bis 95 %, insbesondere auf etwa 90 % des spezifischen Gewichtes der Legierung des Metallpulvers verdichtet wird. Es war durchaus überraschend, dass ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines Schweisszusatzwerkstoffes verwendet werden kann, welcher einen Kern aus einem Metallpulver aufweist, da nicht zu erwarten war, dass das Metallpulver bei der Reduzierung des Querschnittes nur einen geringeren Widerstand entgegensetzt und ein Entweichen des in der Umhüllung zwangsweise vorhandenen Gases gestattet. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen und der Beispiele näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung eine zur Herstellung der erfindungsgemässen Schweisszusatzwerkstoffe geeigneten Vorrichtung zum Reduzieren des Querschnitts, Fig. 2 stark vergrössert einen Schweissdraht und Fig. 3 die Korngrössenverteilung eines Metallpulvers. Beispiel 1: Eine Legierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% Kohlenstoff 0,50, Chrom 26,0, Molybdän 5,5, Kobalt 60,0, Rest Eisen wurde in einem Elektroofen erschmolzen und wurde entsprechend dem Verfahren gemäss US-Patent 3 909 921 verdüst, wobei Argon als Inertgas verwendet wurde. Das so erhaltene Pulver wies eine Korngrössenverteilung gemäss Fig. 3 auf, wobei sämtliche Partikelchen kleiner als 250 Mikrometer waren und der Anteil kleiner 30 um 30 Gew.-% betrug. Das so erhaltene Pulver wurde in ein' nahtloses Eisenrohr, welches auf einer Haspel aufgewickelt war, unter periodischem Rütteln der Haspel eingefüllt. Der Aussendurchmesser des Rohres betrug 7,2 mm, wobei die Wandstärke des Rohres 1 mm betrug. Der so erhaltene gefüllte Draht wurde gemäss Fig. 1 von der Haspel 1 durch Ziehvorrichtungen 2 und 3 gezogen, wobei eine stufenweise Reduktion des Querschnittes von 7,2 mm auf 5,5 mm und auf 3 mm durchgeführt wurde. Der durch Ziehen erhaltene Draht ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die sphärischen Partikelchen 4 in engem Kontakt aneinander in der Umhüllung 5 angeordnet sind. Der Durchmesser des Kernes, welcher durch die sphärischen bzw. sphäroiden Partikelchen gebildet wird, beträgt 2,2 mm, wohingegen die Wandstärke der metallischen Umhüllung, welche aus Weicheisen besteht, 0,4 mm beträgt. Der so erhaltene Schweissdraht wurde anschliessend elektrolytisch verkupfert und es konnte eine Elektrode erhalten werden, die auf Basis einer Kobalt-Hart-Legierung ausgebildet ist, welche ausgezeichnete Warmhärte- und gute Zähigkeitseigenschaften bei hoher Thermoschockbeständigkeit aufweist, wie sie üblicherweise nur durch gegossene Kernstäbe erreichbar war. Das Schweissverhalten dieserElektrode unterschied sich in keiner Form von den üblichen bekannten Stabelektroden. Beispiel 2: Es wurde eine Legierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% Kohlensto±rf 1,15, Silizium 0,6, Mangan 0,5, Chrom 27,5, Wolfram 4,7, Eisen 5 und Rest Kobalt gemäss Beispiel 1 versprüht, wobei die maximale korngrösse 300 Mikrometer betrug. In der in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung wurde das mit diesem Pulver gefüllte Nickel-Eisen-Rohr mit einem Durchmesser von 5,5 mm und einer Wandstärke von 1 mm zweimal durch Ziehen in seinem Durchmesser auf 1,6 mm reduziert, wobei die Wandstärke des Rohres auf 0,3 mm abgesenkt werden konnte. Der so erhaltene Schweissdraht war hervorragend zur Aufpanzerung für Ventilsitze geeignet. Aus dem Durchmesser der gemäss Beispiel 1 und Beispiel 2 erhaltenen Elektroden sowie der Wandstärke der äusseren Umhüllung und dem Volumsgewicht der Elektrode errechnete sich eine Verdichtung des Pulvers jeweils auf eine Grösse, die 90 Ó (Beispiel 1) bzw. 92 % (Beispiel 2) des spezifischen Gewichtes der Legierung ergab. Beispiel 3: Ein Metallpulver folgender Zusammensetzung in Gew.-% Koh lenstof 1,18 %, Silizium 0,75 %, Mangan 29,75 %, Chrom 1,09 %, Nickel 7,52 % und Rest Eisen wurde hergestellt. Die maximale Korngrösse betrug wieder 300 Mikrometer. Dieses Pulver wurde in ein unlegiertes Stahlrohr gefüllt und gemäss Fig von 7,2 mm an 3 mm gezogen. Es ergaben sich praktisch die gleichen Wandstärkenverhältnisse wie in Beispiel 1. Der so erhaltene verkupferte Schweissdraht liess sich hervorragend mit dem Unter-Pulver-Schweissverfahren verschweissen, wobei ein Manganhartstahlschweissgut erzielt wurde.

Claims: Patentansprüche: 1. Schweisszusatzwerkstoff, Schweissdraht od. dgl. insbesondere selbstverzehrende Elektrode zum Schweissen, mit einer in sich geschlossenen metallischen Umhüllung, z.B. nahtlosem Rohr und Kern, welcher ein metallhältiges Pulver aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern, wel- cher von der metallischen Umhüllung umgeben ist, mit einem Pulver aus metallischen Partikelchen aufgebaut ist, die im wesentlichen sphärische und/oder sphäroide Gestalt aufweisen und deren Korngrösse, insbesondere zwischen 3 /¯um und 300 um beträgt. 2. Schweisszusatzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern mit einem Pulver einer Dichte, insbesondere einer chemischen Zusammensetzung, aufgebaut ist. 3. Schweisszusatzwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern eine Dichte aufweist, welche 85 bis 95 % des spezifischen Gewichtes der Legierung des Pulvers beträgt. 4. Schweisszusatzwerkstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Umhüllung aus Stahl, insbesondere Eisen, Kobalt und/oder Nickel aufgebaut ist. 5. Schweisszusatzwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung, insbesondere Stahlumhüllung, verkupfert ist. 6. Schweisszusatzwerkstoff nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver aus einer Eisen-, Nickel- oder Kobalt-Basis-Legierung besteht. 7. Schweisszusatzwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bi-s 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem gasverdüsten, insbesondere inertgasverdüsten Pulver aufgebaut ist. 8. Schweisszusatzwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die grosse Quererstreckung des Kerns, insbesondere bei kreisrundem Querschnitt der Durchmesser, etwa das 2- bis 25-Fache, insbesondere das 5- bis 10-Fache der Wandstärke der Umhüllung beträgt. 9. Verfahren zur Herstellung eines Schweisszusatzwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein, insbesondere auf einer Haspel aufgewickelten Rohr, vorzugsweise unter Rütteln der Haspel mit einem Pulver gefüllt wird, worauf das Rohr mit Pulver durch Ziehen im Querschnitt reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mit einem Metallpulver gefüllt wird, und durch Ziehen im Querschnitt reduziert und der < ern auf 85 % bis 95 %, insbesondere etwa auf 90 % des spezifischen Gewichtes der Legierung des Metallpulvers verdichtet wird. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ziehen die Aussenfläche des Rohres verkupfert, insbesondere elektrolytisch verkupfert wird.

Inventors: DOREN, HORST, DIPL.-ING., Dören, Horst, Dipl.-Ing.
Applicants: BOHLER GESELLSCHAFT M.B.H.
Application year: 1986
Main classification: B23K35
IPC codes: B23K35