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Verfahren zum Gasschweissen, Löten u. dgl. von Metallen und Legierungen und Fluss-und Schweiss- mittel hiefür.
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weist manche erwünschten Eigenschaften auf, beispielsweise die Erzeugung einer sauberen Schweiss, welche frei von den durch die meist festen oder flüssigen Schweissmittel zurückgelassenen Inkrustationen ist.
Durch das österr. Patent Nr. 105680 sind auch Löt-und Sehweissmittel zur Hartlötung von Eisen, Stahl und andern Metallen sowie zur autogenen Schweissung von Gusseisen, Kupfer, Messing usw. bekannt geworden, in welchen eine Lösung von Borsäureäther mit Naphtha oder einem Bestandteil desselben unter Zusatz eines wasserlöslichen Kohlenwasserstoffes-emulgiert ist. Die so erhaltene Paste wird auf die Schweissstelle und den Zusatzstab aufgestrichen und sodann die Schweissung durchgeführt. Demgegenüber wird vorliegend ein flüchtiges Schweissmittel verwendet, das dem Schweissgas selbst zugesetzt wird. Hieraus erhellt die Einfachheit und Kontinuität, die gemäss vorliegender Erfindung beim Schweissen erreicht wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf flüchtige Schweissmittel neuer Zusammensetzung, welche von den oben beschriebenen Nachteilen frei sind und manche Vorteile bieten, wie aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
Es wurde gefunden, dass gewisse reine Alkylborate als flüchtige Flussmittel mit beträchtlichem Erfolg benutz werden können.
Es wurde ferner gefunden, dass Mischungen niederer Alkylborate und Alkohole konstant siedende oder sogenannte azeotropisch Mischungen von vergleichsweise hoher Flüchtigkeit bilden und dass diese Mischungen als gasförmige Flussmittel geradezu ideal geeignet sind.
Schliesslich wurde gefunden, dass die Alkylboratverbindungen oder-mischungen gemäss der Erfindung für manche Zwecke vorteilhaft mit andern flüchtigen Flussmittelverbindungen vermischt werden können, beispielsweise mit flüchtigen Silikaten, wie Methylsilikat. Derartige Verbindungen zersetzen sich in der Schweissflamme unter Bildung von Metalloxyden (wie z. B. Si02), welche die Flussmittelwirkung des Boroxydes verbessern und andere Vorteile bieten.
Obgleich manche der flüchtigen Alkylborate gemäss der Erfindung verwendet werden können, wird es vorgezogen, Methylborat, Äthylborat, Propylborat und Isopropylborat, einzeln oder in Mischun- gen, zu verwenden. Das Methylborat hat einen Siedepunkt von etwa 68" 0 und das Äthylborat von etwa 120 C. Die höheren Alkylborate müssen gewöhnlich erwärmt werden, damit sie eine hinreichende Verdampfung bei ihrer Anwendung beweisen.
Die wesentlichen azeotropischen Mischungen, auf welche sich die Erfindung bezieht, sind in den beigefügten Zeichnungen angedeutet.
Fig. 1 stellt in Kurvenform die Beziehung zwischen Siedepunkt und Zusammensetzung von gewissen Mischungen aus Alkoholen und den betreffenden Alkylboraten dar. Die mit A bezeichnete volle Linie bezieht sich auf Mischungen von Methylalkohol und Methylborat. Die mit B bezeichnete gestrichelte Linie veranschaulicht Mischungen von Äthylalkohol und Äthylborat. Die mit 0 bezeichnete strichpunktierte Linie bezieht sich auf Mischungen von Isopropylalkohol und Isopropylborat.
Fig. 2 zeigt ähnliche Kurven für andere Mischungen, u. zw. bezieht sieh die mit D bezeichnete voll ausgezogene Kurve auf Mischungen von Methylalkohol und Isopropylborat und die mit E bezeichnete gestrichelte Kurve auf Mischungen von Methylalkohol und Methylsilikat.
Die Daten der genannten Kurven sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt :
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<tb>
<tb> Tabelle <SEP> A.
<tb>
Mischung <SEP> Siedepunkt <SEP> <SEP> C <SEP> azeotropische <SEP> Mischung
<tb> Alkohol <SEP> Flussmittel <SEP> Alkohol <SEP> Flussmittel <SEP> azeotropische <SEP> Alkohol <SEP> Flussmittel
<tb> Mischung
<tb> Methyl <SEP> ........ <SEP> (CH3)3BO3 <SEP> 64 <SEP> 68 <SEP> 53#5 <SEP> 28% <SEP> 72%
<tb> Äthyl <SEP> ......... <SEP> (C2H5)3BO3 <SEP> 78 <SEP> 120 <SEP> 76#5 <SEP> 67% <SEP> 33%
<tb> Isopropyl <SEP> ..... <SEP> (C3H7)3BO3 <SEP> 81 <SEP> 140 <SEP> - <SEP> - <SEP> Methyl <SEP> ........ <SEP> (C3H7)3BO3 <SEP> 64 <SEP> 140 <SEP> 57#5 <SEP> 68% <SEP> 32%
<tb> Methyl <SEP> ........ <SEP> (CH3)3SiO3 <SEP> 64 <SEP> 120 <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb>
Bei der Herstellung der azeotropischen Alkylboratmischungen gemäss der Erfindung sind reine Verbindungen, und insbesondere trockene Verbindungen, aus verschiedenen Gründen erwünscht.
Wenn nämlich entweder die Flussmittelverbindung oder das Schweissgas Wasser enthält, dann wird ein Teil des. Flussmittels durch Hydrolyse unter Bildung von Borsäure zersetzt, welche sich niederzuschlagen sucht und in den engen Gasleitungen und Kanälen des Brenners anhäuft und eine Verstopfung sowie Korrosion verursacht. In ähnlicher Weise bewirkt irgendwelche Hydrolyse der Borate eine Erschöpfung der ursprünglichen Mischung an dieser Komponente, falls diese Mischung eine azeotropische Zusammensetzung aufweist. Im Falle des Methylborats und Methylalkohols wurde es beispielsweise für vorteilhaft gefunden, eine Mischung zu verwenden, welche etwa 80% Methylborat enthält.
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Es wurde gefunden, dass die Flussmittel gemäss der Erfindung mit äusserst brauchbaren Ergebnissen beim Schweissen oder Löten anderer Metalle verwendbar sind, wie Kupfer, Messing, Bronze, niedriggekohltem Stahl und chromreichen Eisenlegierungen, wie beispielsweise rostfreiem Eisen und rostfreiem Stahl, bei deren Schweissung gewöhnlich feste oder flüssige Schweissmittel verwendet werden. Diese üblichen Schweissmittel hinterlassen auf dem Metall Niederschläge oder Inkrustierungen, die vor den darauffolgenden Bearbeitungen, wie Plattieren oder Verzinnen, entfernt werden müssen, wobei die Inkrustationen in manchen Fällen nur äusserst schwierig beseitigt werden können.
Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass beim Gasschweissen oder Löten von Metallen der obigen Klasse die Schweissmittel gemäss der Erfindung aussergewöhnlich gesunde und saubere Schweissnähte erzeugen, welche keinerlei Vorbehandlung für das darauffolgende Plattieren oder Verzinnen erfordern.
Die in der nachstehenden Tabelle mitgeteilten Daten zeigen die Erfolge, welche mit Bronzeschweissen bei Stahlabschnitten unter Verwendung der Flussmittel gemäss der Erfindung erzielt wurden, im Vergleich zu andern Flussmitteln.
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<tb>
<tb>
Tabelle <SEP> B.
<tb> prozentischer <SEP> AnVersuch <SEP> mittlere <SEP> teil <SEP> der <SEP> Abschnitte <SEP> Biegedehnung
<tb> Versuch <SEP> Flussmittel <SEP> Zugfestigkeit <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Zugfestig-Biegedehnung
<tb> /i <SEP> : <SEP> /mm <SEP> keit <SEP> unter
<tb> 39'20 <SEP> kgjmm2
<tb> 1 <SEP> A <SEP> 37-10 <SEP> 63 <SEP> 20
<tb> 2 <SEP> B <SEP> 37-80 <SEP> 27 <SEP> 35
<tb> 3 <SEP> C <SEP> 41-30 <SEP> 22-
<tb> 4 <SEP> D <SEP> 33-90 <SEP> 50 <SEP> 20
<tb> 5 <SEP> E <SEP> 28'00 <SEP> 100 <SEP> -
<tb> 6 <SEP> F <SEP> 40'60 <SEP> 35 <SEP> 35
<tb> 7 <SEP> G <SEP> 41'30 <SEP> 32 <SEP> -
<tb>
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<tb>
<tb> Tabelle <SEP> C.
<tb>
Metall <SEP> %Cu <SEP> %Zn <SEP> %Sn <SEP> andere <SEP> Metalle
<tb> Messing <SEP> 60/70 <SEP> 40/30--
<tb> "Tobin"-Bronze.........., <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> lBleibronze <SEP> 77 <SEP> 3 <SEP> 8 <SEP> Pb <SEP> 12%
<tb> LagerbroDze.............. <SEP> 80-8 <SEP> Pb <SEP> 12%
<tb> ,,Everdur" <SEP> ................ <SEP> 95#5 <SEP> - <SEP> - <SEP> Mn1% <SEP> ; <SEP> Si2-59%
<tb> Phosphorbronze <SEP> ............ <SEP> 95 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> Kupfer <SEP> 100 <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb>
Während die Boratflussmittel gemäss der Erfindung für eine grosse Zahl Verwendungszwecke zufriedenstellend sind, wurde gefunden, dass die weitere Beimischung einer flüchtigen Silikatverbindung, z. B. des Methylsilikats, in manchen Fällen vorteilhaft ist.
Beim Schweissen von Stahl erhöht eine solche Mischung die Fluidität der Schweisse und erleichter die Schweissoperation. Ferner wird durch die Verwendung eines flüchtigen Silikats die Korrosionsbeständigkeit von Schweissen bei rostfreiem Stahl erhöht und die Verflüchtigung von Zink beim Löten (durch Schweissen) von Metallen mittels Schweissstäben, die beträchtliche Prozentsätze an Zink enthalten, verhindert.
Bei einer Reihe von Versuchen wurden Abschnitte aus rostfreiem Stahl unter Verwendung verschiedener Flussmittelmisehungen verschweisst, durch welche ein Teil des Schweissgases hindurchgeleitet worden war, und Vergleichsschweissen mit einer typischen Flussmittelpaste für rostfreien Stahl durchgeführt. Die geschweissten Abschnitte wurden dann einer normalen Korrosionsprüfung in kochender Salpetersäure unterworfen und der vergleichbare Korrosionswiderstand der Schweissen in der Reihenfolge abnehmender Widerstände festgestellt.
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<tb>
<tb>
Tabelle <SEP> D.
<tb>
Flussmittel <SEP> Zusammendetzung
<tb> A <SEP> Reines <SEP> Methylborat <SEP> mit <SEP> 6% <SEP> Methylsilikat
<tb> B <SEP> Reines <SEP> Methylborat <SEP> mit <SEP> 12% <SEP> Methylsilikat
<tb> C <SEP> Reines <SEP> Methylborat <SEP> mit <SEP> 9% <SEP> Methylsilikat
<tb> D <SEP> Reines <SEP> Methylborat <SEP> mit <SEP> 3% <SEP> Methylsilikat
<tb> E <SEP> Reines <SEP> Methylborat <SEP> mit <SEP> 20% <SEP> Methylsilikat
<tb> F <SEP> Normale <SEP> Schweisspaste <SEP> (Borosilikatglas)
<tb>
Alle mit flüchtigen Flussmitteln hergestellten Schweissen zeigten eine bemerkenswerte Überlegenheit hinsichtlich Korrosionswiderstand gegenüber den mit Flussmittel F hergestellten. Die Versuchsergebnisse zeigten ferner, dass mehr als 3% Methylsilikat in der Mischung bevorzugt wird und dass 20% zu hoch sind.
Bei einer andern Versuchsreihe wurden Stahlabschnitte von hoher Festigkeit mit Bronzeschweissstäben zweier verschiedener Zusammensetzungen verschweisst (verlötet), wobei ein Teil des Schweissgases durch die aufgezählten Mischungen von Äthylborat und Methylsilikat hindurchgeleitet wurde.
Die Ergebnisse sind folgende :
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<tb>
<tb> Tabelle <SEP> E.
<tb>
Versuch <SEP> Flussmittel <SEP> Schweissstab <SEP> Zugfestigkeit <SEP> %Dehnung <SEP> Bemerkungen
<tb> Nr. <SEP> kg/mm2
<tb> 1 <SEP> A <SEP> 1 <SEP> 35#00 <SEP> 35 <SEP> dichter <SEP> Rauch
<tb> 2 <SEP> A <SEP> 2 <SEP> 40-60 <SEP> 35 <SEP> schwacher <SEP> Rauch
<tb> 3 <SEP> B <SEP> 1 <SEP> 34'30 <SEP> 31 <SEP> dichter <SEP> Rauch
<tb> 4 <SEP> B <SEP> 2 <SEP> 35-70 <SEP> 25 <SEP> schwacher <SEP> Rauch
<tb> 5 <SEP> C <SEP> l--dichter <SEP> Rauch
<tb> 6 <SEP> C <SEP> 2 <SEP> 41#30 <SEP> 28 <SEP> wenig <SEP> Rauch
<tb> 7 <SEP> D <SEP> 1 <SEP> 35#70 <SEP> 35 <SEP> wenig <SEP> Rauch
<tb> 8 <SEP> D <SEP> 2 <SEP> 40-60 <SEP> 31 <SEP> sehr <SEP> wenig <SEP> Rauch
<tb>
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Die benutzten Flussmittel waren folgende : A = Reines Äthylborat.
B = Äthylborat + 4% Methylsilikat.
C = Äthylborat + 9% Methylsilikat.
D = Äthylborat + 20% Methylsilikat.
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Nr. 2 = Kupfer 56% bis 59%, Zinn 0. 75% bis 1'10%, Silizium 0'02% bis 1'0%, Eisen 0-75% bis 1-25%, Rest Zink.
Die Zusammensetzung des Schweissstabes Nr. 2 war dazu bestimmt, eine Zinkverflüchtigung zu verhindern.
Aus diesen und andern Versuchen geht klar hervor, dass die Einverleibung von bis zu etwa 20% Methylsilikat zusammen mit dem flüchtigen Borat eine ausgesprochen Verhinderung der Zinkrauchbildung bewirkt, welche beim Löten oder Schweissen nachteilig in Erscheinung tritt, wenn zink- haltige Schweissstäbe verwendet werden.
Mit dem Ausdruck"azeotropisehe Mischung"wird aus Bequemlichkeitsgründen nicht nur ein wahres azeotropisches Gemisch bezeichnet, welches vermutlich eine ganz bestimmte prozentuelle Zusammensetzung aufweist, sondern auch eine Mischung, aus welcher ein azeotropisches Gemisch beim Kochen abdestilliert. Eine solche Mischung ist notwendigerweise eine konstant siedende Mischung, solange das Destillat die azeotropisch Zusammensetzung aufweist. So liefern gemäss Kurve A in Fig. 1 Mischungen zwischen etwa 25 und 90% Borat das 72% ige azeotropische Gemisch als Destillat und alle diese Mischungen sieden bei derselben Temperatur.
Es ist klar, dass eine 70% Methylborat enthaltende Mischung das azeotropisch Gemisch als Destillat ergeben wird und so lange bei konstanter Temperatur siedet, bis die Flüssigkeit eine Zusammensetzung von etwa 25% Borat erreicht hat, worauf der erzeugte Dampf eine rasche Abnahme des Boratgehaltes erfährt und der Siedepunkt steigt. Eine solche Mischung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung brauchbar, obgleich aus den oben beschriebenen
Gründen Mischungen, welche etwas mehr Borat enthalten als der wahren azeotropischen Zusammensetzung entspricht, als Ausgangsmise hungen bevorzugt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Gasschweissen, Löten u. dgl. von Metallen und Legierungen mit Hilfe eines im Schweissgas enthaltenen flüchtigen Flussmittels, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel als wesentlichen Bestandteil ein flüchtiges reines Alkylborat, vorzugsweise entweder Methyl-, Äthyl-, Propyl-oder Isopropylborat, einzeln oder in Mischungen enthält.