DE102018007766B4 - Process for the cold treatment of stick electrodes - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur thermischen Behandlung einer abschmelzenden Stabelektrode, bei der die Stabelektrode vor ihrem bestimmungsgemäßen Einsatz einer Kältebehandlung unterzogen wird, in der die Stabelektrode in einer Abkühlphase (K) auf eine untere Zieltemperatur (T1) von unter minus 50°C abgekühlt und anschließend in einer Aufwärmphase (W) auf eine obere Zieltemperatur (T2) erwärmt wird.Process for the thermal treatment of a consumable stick electrode, in which the stick electrode is subjected to a cold treatment before its intended use, in which the stick electrode is cooled to a lower target temperature (T1) of below minus 50°C in a cooling phase (K) and then in a warming-up phase (W) is heated to an upper target temperature (T2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung einer abschmelzenden Stabelektrode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for the thermal treatment of a consumable stick electrode according to the preamble of patent claim 1.
Zum Verbinden von metallischen Bauteilen stehen dem Schweißer verschiedene Schweißverfahren zur Verfügung. Eines der bekanntesten Verfahren ist das Schweißen mit abschmelzender Stabelektrode, das manuell oder automatisiert (Schwerkraftschweißen) erfolgen kann. Das Schweißen mit Stabelektrode gehört zu den Lichtbogenschweißverfahren, die sich dadurch auszeichnen, dass beim Schweißprozess zwischen der Stabelektrode und dem Grundmaterial ein elektrisch induzierter Lichtbogen brennt. Stabelektroden umfassen einen Kernstab und eine Umhüllung. Die Kernstäbe, deren Material dem Material des zu schweißenden Grundwerkstoff angepasst sind, werden in der Regel aus einem Endlosdraht hergestellt, der auf den erforderlichen Drahtdurchmesser gezogen und danach auf Länge zugeschnitten wird. In weiteren Schritten erfolgt gegebenenfalls eine zusätzliche Wärmebehandlung, während der der Kernstab auf eine Temperatur von mehreren bis zu 700 °C und mehr erhitzt wird, und abschließend das Aufbringen der Elektrodenumhüllung auf den Kernstab. Diese Umhüllung, die im Einsatz während des Schweißprozesses ebenfalls abschmilzt, schirmt durch dabei freiwerdende Gase sowie durch die Entstehung von Schlacke den Schweißbereich gegenüber der Umgebungsatmosphäre ab. Es gibt drei Haupt-Umhüllungstypen: Rutil-, basisch- und zelluloseumhüllte Stabelektroden sowie Mischtypen. Die Qualität des Schweißprozesses und des Schweißergebnisses werden stark durch den Kernstarb sowie die Wahl der Elektrodenumhüllung und der elektrischen Parameter der Stromquelle bestimmt.Various welding processes are available to the welder for connecting metallic components. One of the best-known processes is welding with a consumable stick electrode, which can be manual or automated (gravity welding). Welding with a stick electrode is one of the arc welding processes that is characterized by the fact that an electrically induced arc burns between the stick electrode and the base material during the welding process. Stick electrodes comprise a core stick and a sheath. The core rods, the material of which is adapted to the material of the base material to be welded, are usually made from an endless wire that is drawn to the required wire diameter and then cut to length. In further steps, if necessary, an additional heat treatment takes place, during which the core rod is heated to a temperature of several up to 700° C. and more, and finally the electrode coating is applied to the core rod. This coating, which also melts during use during the welding process, shields the welding area from the surrounding atmosphere due to the gases released and the formation of slag. There are three main types of coating: rutile, basic, cellulosic and mixed types. The quality of the welding process and the welding result are strongly determined by the core thickness, the choice of the electrode coating and the electrical parameters of the power source.
Charakteristisch für das manuelle Schweißen mit Stabelektrode sind vergleichsweise ungleichmäßige Schweißnähte mit Schweißspritzern. Als Schweißspritzer werden kleine, oft kugelige Anschmelzstellen auf der Oberfläche des geschweißten Werkstücks oder der Schweißnaht bezeichnet. Sie rühren von Tropfen flüssigen Metalls her, die während des Schweißvorgangs aus dem Schmelzbad oder dem flüssigen Ende der Elektrode ausgeworfen werden. Schweißspritzer sind in den meisten Fällen unschädlich für die Qualität der Schweißverbindung, erfordern mitunter jedoch eine erhebliche, in der Regel manuelle Nacharbeit der Werkstoffoberfläche.Comparatively uneven weld seams with weld spatter are characteristic of manual welding with stick electrodes. Weld spatter is the term used to describe small, often spherical, melted spots on the surface of the welded workpiece or the weld seam. They result from droplets of liquid metal ejected from the weld pool or the liquid end of the electrode during the welding process. Weld spatter is in most cases harmless to the quality of the welded joint, but sometimes requires considerable, usually manual, reworking of the material surface.
Zur Vermeidung von Schweißspritzern wurde bislang vorgeschlagen, bestimmte Parameter im Schweißprozess zu verändern. Beispielsweise wird in der
Die im Stande der Technik beschriebenen Maßnahmen haben sich bewährt, sind jedoch im Hinblick auf die Reduzierung der Spritzerneigung noch verbesserungsfähig. Insbesondere setzen sie die Verwendung aufwendiger elektrischer Steuerungseinrichtungen und/oder vergleichsweise teurer Schweißzusatzwerkstoffe voraus.The measures described in the prior art have proven their worth, but there is still room for improvement with regard to reducing the tendency to spatter. In particular, they require the use of complex electrical control devices and/or comparatively expensive welding filler materials.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Auftreten von Schweißspritzern beim Schweißen mit Stabelektrode mit einem geringen Aufwand zu reduzieren.The object of the invention is to reduce the occurrence of weld spatter when welding with stick electrodes with little effort.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit einer Stabelektrode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and with a stick electrode having the features of patent claim 9 . Advantageous configurations can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß durchlaufen die Stabelektroden nach ihrer Herstellung und vor ihrem bestimmungsgemäßen Einsatz als abschmelzende Stabelektrode eine Kältebehandlung, während der sie auf eine untere Zieltemperatur von unter minus 50°C, bevorzugt unter minus 100°C, abgekühlt werden. Überraschend hat sich gezeigt, dass sich das Schweißergebnis beim Einsatz von Stabelektroden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, gegenüber dem Einsatz von unbehandelten Stabelektroden bei ansonsten gleichen Schweißparametern wesentlich verbessert. Insbesondere konnte, unabhängig vom Typ der Umhüllung der Elektrode, ein stabilerer Schweißprozess beobachtet werden, der es dem Schweißer erleichtert, eine gleichmäßige Schweißnaht zu erzielen. Eine ausgeprägte und gleichmäßige Schuppung der Schweißnaht konnte bei allen Untersuchungen erreicht werden. Darüber hinaus konnte die Anzahl der Spritzer reduziert werden, wodurch die Nacharbeit der Schweißnaht verringert werden konnte.According to the invention, the stick electrodes undergo a cold treatment after their production and before their intended use as consumable stick electrodes, during which they are cooled to a lower target temperature of below minus 50°C, preferably below minus 100°C. Surprisingly, it has been shown that the welding result is significantly improved when using stick electrodes that have been treated according to the method according to the invention compared to the use of untreated stick electrodes with otherwise the same welding parameters. In particular, regardless of the type of electrode coating, a more stable welding process was observed, making it easier for the welder to achieve a uniform weld. A pronounced and uniform rippling of the weld seam could be achieved in all investigations. In addition, the number of spatters could be reduced, which made it possible to reduce the rework of the weld seam.
Als „Kältebehandlung“ soll im Rahmen dieser Erfindung ein Verfahren bezeichnet werden, bei dem ein Werkstück Temperaturen von -50°C und darunter ausgesetzt wird. Die Abkühlung erfolgt dabei in der Regel durch direkten oder indirekten Kontakt mit einem kryogenen Medium, beispielsweise kalter gasförmiger oder verflüssigter Stickstoff oder ein Edelgas. Die Kältebehandlung erfolgt bevorzugt in einem geschlossenen Behälter (Kältekammer), in dem eine entsprechend niedrige Behandlungstemperatur durch direkten oder indirekten Wärmekontakt der Stabelektrode mit einem Kältemittel eingestellt wird. Beispielsweise erfolgt die Einstellung der Behandlungstemperatur durch Erzeugen einer entsprechend temperierten Atmosphäre in der Kältekammer. Zur Erzeugung der temperierten Atmosphäre in der Kältekammer wird beispielsweise außerhalb der Kältekammer ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff oder ein Edelgas, auf eine entsprechende Temperatur gebracht und anschließend der Kältekammer zugeführt. Bislang bekannt gewordene Kältebehandlungen metallischer Werkstücke dienen vorwiegend der Steigerung der Härte und der Verschleißbeständigkeit. Ein Beispiel ist die Umwandlungshärtung von Stahl. Hierbei wird das Werkstück zunächst auf eine Temperatur von über 723°C erwärmt, sodass sich das bei Raumtemperatur vorliegende α-Eisen (Ferrit) in γ-Eisen (Austenit) umwandelt. Bei einer anschließenden raschen Abkühlung (Abschreckung) ordnen sich die Eisenatome zu einem durch den Kohlenstoff tetragonal verzerrten kubisch-raumzentrierten Kristallgitter an, den sog. Martensit und damit zu einem insgesamt härteren Gefüge. Die Härte des Werkstücks kann weiter dadurch gesteigert werden, dass das Werkstück im Anschluss an die Wärmebehandlung auf eine Temperatur zwischen minus 70°C und minus 180°C abgekühlt und auf dieser Temperatur für eine Zeitdauer von beispielsweise 15h gehalten wird. Bei einer solchen Kältebehandlung wandelt sich im Gefüge des Werkstücks noch vorhandener Austenit („Restaustenit“) in Martensit um. Verfahren dieser Art zur Kältebehandlung von Werkstücken aus vorwiegend eisenhaltigen Werkstoffen sind beispielsweise aus der
Dagegen war es bislang unbekannt, dass eine Kältebehandlung von Schweißzusatzwerkstoffen zu einer Veränderung der Schweißqualität führt. Insbesondere war nicht bekannt, dass eine Kältebehandlung von Stabelektroden bei deren nachfolgendem Einsatz in einem Lichtbogenschweißverfahren einen stabilisierenden Einfluss auf den Schweißprozess hat und zugleich die Neigung zu Schweißspritzern reduziert. Die Ursache dieser Verbesserungen und ein möglicher Zusammenhang mit einer durch die Kältebehandlung induzierten Gefügeänderung ist derzeit nicht bekannt.On the other hand, it was previously unknown that cold treatment of welding consumables leads to a change in the weld quality. In particular, it was not known that cold treatment of stick electrodes during their subsequent use in an arc welding process has a stabilizing effect on the welding process and at the same time reduces the tendency to weld spatter. The cause of these improvements and a possible connection with a structural change induced by the cold treatment is currently unknown.
Die Verbesserung der Schweißqualität sowie die verringerte Neigung zu Schweißspritzern tritt bei allen untersuchten Elektrodenmaterialien auf, insbesondere bei Elektroden, die zum Schweißen von ferritischen oder austenitischen Stählen bestimmt sind.The improvement in weld quality and the reduced tendency to weld spatter occurs with all electrode materials examined, especially with electrodes intended for welding ferritic or austenitic steels.
Die untere Zieltemperatur, also die tiefste Abkühltemperatur, beträgt bevorzugt zwischen minus 50°C und minus 195°C, besonders bevorzugt zwischen minus 100°C und minus 185°C, wobei Werte unter minus 150°C besonders gute Ergebnisse zeigen.The lower target temperature, ie the lowest cooling temperature, is preferably between minus 50° C. and minus 195° C., particularly preferably between minus 100° C. and minus 185° C., with values below minus 150° C. showing particularly good results.
Bei der das Verfahren abschließenden oberen Zieltemperatur handelt es sich um einen Temperaturwert, der geeignet ist, die Kondensation von Wasser aus einer insbesondere bei Normalbedingungen (20°C) vorliegenden Umgebungsatmosphäre zu verhindern, um Korrosionen an der Elektrodenoberfläche zu vermeiden. Bis zum Erreichen der oberen Zieltemperatur erfolgt die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens daher bevorzugt in eine inerten Atmosphäre mit geringem Wasseranteil, beispielsweise in einer Atmosphäre, die überwiegend aus gasförmigem Stickstoff und/oder einem Edelgas besteht. Beispielsweise beträgt die obere Zieltemperatur zwischen 20°C und 40°C.The upper target temperature at the end of the method is a temperature value which is suitable for preventing the condensation of water from an ambient atmosphere present, in particular under normal conditions (20° C.), in order to avoid corrosion on the electrode surface. Until the upper target temperature is reached, the process according to the invention is therefore preferably carried out in an inert atmosphere with a low water content, for example in an atmosphere which consists predominantly of gaseous nitrogen and/or an inert gas. For example, the upper target temperature is between 20°C and 40°C.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Stabelektrode im Anschluss an die Abkühlphase und vor der Aufwärmphase eine Haltephase durchläuft, in der die Stabelektrode für eine Dauer von mindestens 30s auf der unteren Zieltemperatur gehalten wird. Bevorzugt beträgt die Dauer der Haltephase zwischen 1 min und 120 min.A particularly advantageous embodiment of the invention provides that the stick electrode runs through a holding phase after the cooling phase and before the warm-up phase, in which the stick electrode is kept at the lower target temperature for a period of at least 30 s. The duration of the holding phase is preferably between 1 minute and 120 minutes.
Die Abkühlung und Aufwärmung der Stabelektroden erfolgt bevorzugt langsam, um sicherzustellen, dass es zu keinem Temperaturschock kommt und eine vollständige und gleichmäßige Durchkühlung des Werkstücks erzielt wird. Demzufolge erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Abkühlung der Stabelektrode in der Abkühlphase und/oder das Aufwärmen der Stabelektrode in der Aufwärmphase nicht rascher als mit einer Temperaturänderung (Geschwindigkeit) ΔT/Δt von ΔT/Δt ≤ 10 K/min erfolgt, bevorzugt beträgt ΔT/Δt zwischen 1 K/min und 10 K/min, besonders bevorzugt zwischen 1 K/min und 3 K/min (Unterbrechungszeiten beim Abkühl- bzw. Aufwärmvorgang jeweils nicht eingerechnet).The rod electrodes are preferably cooled and heated slowly in order to ensure that there is no temperature shock and that the workpiece is cooled completely and evenly. It is therefore advantageous if the rod electrode is not cooled down in the cooling phase and/or the rod electrode is heated up in the warming-up phase more quickly than with a temperature change (speed) ΔT/Δt of ΔT/Δt ≤ 10 K/min ΔT/Δt between 1 K/min and 10 K/min, particularly preferably between 1 K/min and 3 K/min (interruption times during the cooling or heating process are not included in each case).
Um eine gleichmäßige Abkühlung bzw. Aufwärmung zu gewährleisten, ist es darüber hinaus vorteilhaft, den Abkühlvorgang in der Abkühlphase und/oder den Aufwärmvorgang der Aufwärmphase die Abkühlung bzw. Aufwärmung der Stabelektrode mehrfach zu unterbrechen und die Stabelektrode für eine vorgegebene Zeitdauer auf einer vorgegebenen Zwischentemperatur zu halten (Zwischenhaltephase). Beispielsweise kann in Abständen von 5K bis 50K jeweils eine Unterbrechung eingefügt werden, während der das Werkstück im wesentlichen auf der erreichten Temperatur gehalten wird. Im Anschluss an die Zwischenhaltephase wird der Abkühlvorgang bzw. der Aufwärmvorgang wie zuvor fortgeführt. Während der Unterbrechungen können im Kristallverband des Werkstückmaterials noch mit einer vergleichsweise hohen Diffusionsgeschwindigkeit Umlagerungsprozesse stattfinden, die die Homogenität des Werkstoffes und damit Ausprägung positiver Werkstoffeigenschaften begünstigen können. Die Dauer einer Zwischenhaltephase in der Abkühlphase und/oder der Aufwärmphase liegt erfindungsgemäß bevorzugt bei jeweils mindestens 30s, bevorzugt jeweils zwischen 1 min und 120 min.In order to ensure uniform cooling or heating, it is also advantageous to interrupt the cooling or heating of the stick electrode several times during the cooling phase and/or the heating process of the warming-up phase and to allow the stick electrode to reach a predefined intermediate temperature for a predefined period of time hold (intermediate hold phase). For example, a break can be inserted at intervals of 5K to 50K the one during which the workpiece is kept essentially at the temperature reached. Following the intermediate holding phase, the cooling down process or the warming up process is continued as before. During the interruptions, rearrangement processes can still take place in the crystal structure of the workpiece material with a comparatively high diffusion rate, which can promote the homogeneity of the material and thus the development of positive material properties. According to the invention, the duration of an intermediate holding phase in the cooling phase and/or the warm-up phase is preferably at least 30 s in each case, preferably between 1 min and 120 min in each case.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das Werkstück während der Abkühlphase und/oder der Haltephase oder einer Zwischenhaltephase ein- oder mehrmals zu erwärmen und anschließend wieder auf die untere Zieltemperatur oder eine andere Temperatur abzukühlen. Eine solche zwischenzeitliche Aufwärmphase kann an die Stelle oder ergänzend zur einer Zwischenhaltephase erfolgen. Durch die zwischenzeitlichen Aufwärmphasen werden im behandelten Material Spannungen abgebaut, die aufgrund der Temperaturänderungen im Verlauf der Kältebehandlung im Material auftreten können. Zusammen mit einer dem jeweiligen Werkstück angepassten Abkühlgeschwindigkeit verhindern zwischenzeitliche Aufwärmphasen so eine Qualitätsminderung der Elektrode; insbesondere verhindern sie bei umhüllten Stabelektroden ein Ablösen des Hüllmaterials vom Elektrodenkern.A particularly advantageous embodiment of the invention provides for the workpiece to be heated once or several times during the cooling phase and/or the holding phase or an intermediate holding phase and then to be cooled again to the lower target temperature or another temperature. Such an interim warm-up phase can take the place of or in addition to an interim holding phase. The interim warming-up phases reduce stresses in the treated material that can occur in the material due to the temperature changes during the course of the cold treatment. Together with a cooling rate adapted to the respective workpiece, intermediate warm-up phases prevent a deterioration in the quality of the electrode; In particular, in the case of coated stick electrodes, they prevent the coating material from detaching from the electrode core.
Die zwischenzeitliche Aufwärmphase umfasst eine Erwärmung in der Abkühlphase und/oder der Haltephase um 10 K bis 50 K, wobei die Anfangstemperatur (also die Temperatur vor Beginn der Kältebehandlung) bevorzugt nicht überschritten wird. Eine zwischenzeitliche Aufwärmphase kann mehrmals hintereinander erfolgen und/oder mehrfach während der Kältebehandlung widerholt werden. Im Anschluss an die Aufwärmphase erfolgt jeweils eine erneute Abkühlung um die gleiche Temperaturdifferenz, der sich eine erneute Erwärmung, eine weitere Abkühlung oder das Halten auf dem erreichten Temperaturwert anschließt. Beispielsweise erfolgt während der Haltephase bei einer unteren Zieltemperatur von beispielsweise zwischen minus 150°C und minus 195°C eine ein- oder mehrmalige Aufwärmung der Elektrode auf eine Temperatur zwischen minus140°C und minus 160°C.The interim warming-up phase includes heating in the cooling-down phase and/or the holding phase by 10 K to 50 K, with the initial temperature (ie the temperature before the start of the cold treatment) preferably not being exceeded. An interim warm-up phase can take place several times in a row and/or be repeated several times during the cold treatment. Following the warm-up phase, there is renewed cooling by the same temperature difference, which is followed by renewed heating, further cooling or maintaining the temperature value reached. For example, during the holding phase at a lower target temperature of, for example, between minus 150°C and minus 195°C, the electrode is heated one or more times to a temperature between minus 140°C and minus 160°C.
Der Einsatz von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Stabelektroden als abschmelzende Stabelektrode führt gegenüber unbehandelten Elektroden bei ansonsten gleichen Elektroden- und Schweißparametern zu einem verbesserten Schweißergebnis und zu einer reduzierten Schweißspritzerneigung. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Behandlung von Stabelektroden für alle Schweißverfahren, bei denen abschmelzende Stabelektroden zum Einsatz kommen, insbesondere das Lichtbogenhandschweißen oder das Schwerkraft-Lichtbogenschweißen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für Stabelektroden mit Kernstäben aus unlegierten oder hochlegierten Stahlsorten oder Nickellegierungen geeignet. Es eignet sich zudem für alle Umhüllungstypen von Stabelektroden, also für rutil-, sauer- , basisch- oder zellulose umhüllte Stabelektroden ebenso wie für deren Mischtypen.The use of rod electrodes treated according to the method according to the invention as consumable rod electrodes leads to an improved welding result and a reduced tendency to weld spatter compared to untreated electrodes with otherwise the same electrode and welding parameters. The method according to the invention is suitable for the treatment of stick electrodes for all welding processes in which consumable stick electrodes are used, in particular manual arc welding or gravity arc welding. The method according to the invention is particularly suitable for stick electrodes with core rods made from unalloyed or high-alloy steel types or nickel alloys. It is also suitable for all types of stick electrodes, i.e. for rutile, acidic, basic or cellulose coated stick electrodes as well as for their mixed types.
Im Übrigen können zusätzlich zur Behandlung der Elektrode nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Durchführung der Schweißarbeit weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Spritzerneigung getroffen werden, wie sie insbesondere aus dem Stande der Technik bekannt und oben beschrieben werden; die Erfindung wird hierdurch jedoch nicht berührt.In addition to the treatment of the electrode according to the method according to the invention, further measures to reduce the tendency to spatter can be taken when carrying out the welding work, such as are known in particular from the prior art and are described above; however, this does not affect the invention.
Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in einem Temperatur (T) - Zeit (t) - Diagramm schematisch den Verlauf der Temperatur einer Stabelektrode während der Behandlung nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. The drawing shows, in a temperature (T)-time (t) diagram, a schematic representation of the course of the temperature of a rod electrode during treatment using a method according to the invention.
Eine bei Umgebungstemperatur vorliegende Stabelektrode wird einer Kältekammer zugeführt und diese anschließend verschlossen. Durch sukzessive Zuführung eines Kältemittels, beispielsweise kalter gasförmiger Stickstoff mit einer Temperatur von minus 190°C, wird die Temperatur der Atmosphäre im Innern der Kältekammer langsam, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit ΔT/Δt zwischen 1 K/min und 10 K/min, abgesenkt. Dadurch sinkt die Temperatur der Stabelektrode während einer Abkühlphase K auf eine untere Zieltemperatur T1 von beispielsweise minus 150°C. Im Anschluss an die Abkühlphase K wird die Stabelektrode für einen Zeitraum von beispielweise 1 min bis 100 min auf der unteren Zieltemperatur T1 gehalten (Haltephase H). Im Anschluss an die Haltephase H wird die Stabelektrode durch Zufuhr eines Gases (beispielsweise Stickstoff), dessen Temperatur höher als die Temperatur im Innern der Kältekammer ist, allmählich, d.h. mit einer Aufwärmgeschwindigkeit, die der Abkühlgeschwindigkeit in der Abkühlphase K vergleichbar ist, auf eine obere Zieltemperatur T2, erwärmt (Aufwärmphase W). T2 entspricht beispielsweise der Umgebungstemperatur.A rod electrode at ambient temperature is fed into a cold chamber, which is then closed. By successively supplying a refrigerant, for example cold gaseous nitrogen at a temperature of minus 190° C., the temperature of the atmosphere inside the cold chamber is slowly lowered, for example at a rate ΔT/Δt between 1 K/min and 10 K/min. As a result, the temperature of the stick electrode drops during a cooling phase K to a lower target temperature T 1 of minus 150° C., for example. Following the cooling phase K, the stick electrode is held at the lower target temperature T 1 for a period of, for example, 1 min to 100 min (holding phase H). Following the holding phase H, the rod electrode is gradually heated to an upper temperature, i.e. at a rate comparable to the cooling rate in the cooling phase K, by supplying a gas (e.g. nitrogen) whose temperature is higher than the temperature inside the cold chamber Target temperature T 2 , warmed up (warm-up phase W). T 2 corresponds to the ambient temperature, for example.
Um aufgrund der Kältebehandlung auftretende Spannungen im behandelten Material abzubauen, ist es vorteilhaft, die Temperatur des Werkstücks in der Kältekammer während der Abkühlphase K und/oder der Haltephase H vorübergehend zu erhöhen. In order to reduce stresses occurring in the treated material due to the cold treatment, it is advantageous to keep the temperature of the workpiece in the cold chamber during the To increase cooling phase K and / or the holding phase H temporarily.
In diesen zwischenzeitlichen Aufwärmphasen A1, A2 erfolgt eine Temperaturerhöhung um beispielsweise 10K bis 50K auf eine Wert unterhalb der Anfangstemperatur. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt eine erste zwischenzeitliche Aufwärmphase A1, nachdem die Temperatur der Drahtelektrode einen Wert von T5 erreicht hat, und eine zweite Aufwärmphase A2, nachdem die untere Zieltemperatur T1 erreicht wurde. Im Anschluss an die Aufwärmphase A2 kann sich eine weitere zwischenzeitliche Aufwärmphase anschließen, oder das Werkstück verbleibt für eine gewisse Zeitdauer auf der unteren Zieltemperatur T1.In these intermediate warm-up phases A 1 , A 2 , the temperature increases by, for example, 10K to 50K to a value below the initial temperature. In the exemplary embodiment shown here, a first interim warm-up phase A 1 takes place after the temperature of the wire electrode has reached a value of T 5 , and a second warm-up phase A 2 takes place after the lower target temperature T 1 has been reached. Following the warm-up phase A 2 , a further intermediate warm-up phase can follow, or the workpiece remains at the lower target temperature T 1 for a certain period of time.
Während der Abkühlphase K kann die Zufuhr des Kältemittels ein- oder mehrmals gestoppt und dadurch die Abkühlung der Stabelektrode verlangsamt oder auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden. Ebenso kann in der Aufwärmphase W die Zufuhr von warmem Gas ein- oder mehrmals unterbrochen und so die Aufwärmgeschwindigkeit verlangsamt oder die Stabelektrode auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden (Zwischenhaltephasen). In diesen Zwischenhaltephasen gilt also ΔT/Δt << 1 K/min. In dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel werden Zwischenhaltephasen während der Abkühlphase K bei den Temperaturen T3 und T4, mit T1 < T5 < T4 < T3 < T2, und während der Aufwärmphase W bei einer Temperatur T6, mit T1 < T6 < T2, und wiederum bei T4 eingelegt. Nach der Kältebehandlung wird die Stabelektrode aus der Kältekammer entnommen und ist einsatzfertig.During the cooling phase K, the supply of the refrigerant can be stopped one or more times and the cooling of the rod electrode can be slowed down or kept at a predetermined temperature. Likewise, in the warm-up phase W, the supply of warm gas can be interrupted once or several times and the warm-up speed can thus be slowed down or the stick electrode can be kept at a predetermined temperature (intermediate holding phases). In these intermediate holding phases, ΔT/Δt << 1 K/min. In the embodiment shown in the drawing, intermediate holding phases during the cooling phase K at the temperatures T 3 and T 4 , with T 1 <T 5 <T 4 <T 3 <T 2 , and during the warm-up phase W at a temperature T 6 , with T 1 < T 6 < T 2 , and loaded again at T 4 . After the cold treatment, the stick electrode is removed from the cold chamber and is ready for use.
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