AT4739U1 - Verfahren zum schliessen und/oder verbinden einer verbindungsfuge oder verbindungsnaht zwischen zweiverzinkten blechen - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Schließen und/oder Verbinden einer Verbindungsfuge oder Verbindungsnaht zwischen zwei verzinkten Stahlblechen, bei dem Zink oder eine Zinklegierung, deren Schmelzpunkt ähnlich jenem von Zink ist, auf Schmelztemperatur erwärmt und in die Verbindungsfuge kontinuierlich eingebracht wird, wobei die Erwärmung durch einen Plasmastrahl erfolgt, ohne dabei die Schmelztemperatur des Stahlbleches zu erreichen. Die Verwendung eines Plasmastrahles ermöglicht es, Zink oder eine Zinklegierung ohne Entstehung von störenden Zinkspritzern zu verarbeiten. Das Zink kann dabei als Draht, Pulver oder Granulat zugeführt werden; wobei es unter einer Schutzgasglocke eingebracht wird. Dieses Verfahren kann auch zum Nachverzinken von Schweißnähten eingesetzt werden, wobei ein zweites Plasmaschweißgerät einem ersten nachfolgt, mit diesem mechanisch gekoppelt ist und die Verzinkung der Schweißnaht durch die Zufuhr von Zink in Drahtform vornimmt, ohne das Stahlblech erneut aufzuschmelzen.

Description

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  Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. 



  Zinkbeschichtungen werden bei Blechen als Korrosionsschutz eingesetzt und finden, etwa bei der Erzeugung von Karosserieblechen, breite Verwendung. Die weitere Verarbeitung solcher zinkbeschichteter Bleche bereitet allerdings Schwierigkeiten, weil etwa das Verschweissen solcher Bleche mit den meisten Schweissverfahren nur bedingt möglich ist. Die Zinkbeschichtung verursacht nämlich eine starke Entwicklung von Schweissspritzern. So stört der Zinkdampf den   Schweissvorgang   beim Lichtbogenschweissen beträchtlich, weil der Lichtbogen instabil wird und zu verstärktem Kathodenverschleiss und Aufdampfen des Zinks an ungünstigen Stellen führt. Auch die Verwendung des besonders bei Leichtmetallen bevorzugt eingesetzten Wolfram-Inertgas-Schweissens ist durch das Auftreten dieser Zinkspritzer stark beeinträchtigt. 



  Eine übliche Vorgangsweise ist es daher, mit mechanischen Verfahren   (z. B.   bördeln) eine Verbindung herzustellen und mit Klebern noch vorhandene Verbindungsfugen auszufüllen, um so die Verbindung zu festigen. Aufgrund der bekannten Nachteile des Klebens (etwa die Notwendigkeit der verrutschungsfreien Lagerung der zu klebenden Teile oder der Vorbehandlung der Oberflächen, geringe Dauerfestigkeit) werden auch Lötverfahren verwendet. Aufgrund der problematischen Eigenschaften von Zink arbeitet man dabei mit speziellen Loten, wie Kupfer/Siliziumloten. Diese Lote liegen mit ihrer Verarbeitungstemperatur im Bereich des Schmelzpunktes von Zink oder darunter, sodass das Zink nicht verdampft.

   Dem gegenüber stehen als Nachteile die hohen Kosten dieser Speziallote und der unangenehme Effekt, dass diese Lote nach dem Überlackieren nach einiger Zeit durch die Lackschicht diffundieren und die Lötbahnen als Verfärbung sichtbar werden. 

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 Ziel der Erfindung ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art, das diese Nachteile vermeidet und die Vorteile des Lötens erhält. 



  Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht. 



  Es zeigt sich nämlich, dass sich Zink und zinkbeschichtete Werkstoffe bei der Verwendung eines Plasmastrahles ohne erhebliche Entstehung von Zinkspritzern verarbeiten lassen. Durch die Verwendung von Zink als Verbindungsmaterial wird somit ein zum verzinkten Stahlblech artgleicher Werkstoff, mit gleichem Schmelzpunkt wie die Zinkbeschichtung, verwendet, sodass eine Verfärbung der Lackierung durch Diffusion auch über lange Zeit vermieden wird. 



  Der Plasmastrahl wird etwa durch ein Plasmaschweissgerät erzeugt, wobei die Temperatur des Plasmas über dem Schmelzpunkt von Zink, aber unter dem Schmelzpunkt der zu verbindenden Werkstücke liegt. 



  Die spritzerfreie Verarbeitung von Zink mit einem Plasmastrahl ist auf die besonderen Eigenschaften von Plasma zurückzuführen. Plasma ist ein sich bewegender elektrischer Leiter, der stromdurchflossen ist und dadurch um sich ein konzentrisches elektromagnetisches Feld bildet, das den Plasmastrahl im Durchmesser einschnürt. Das in das Plasma eingeführte Zink wird ionisiert und unterliegt dadurch ebenfalls dem Einschnüreffekt, was das Entstehen von Zinkspritzer unterbindet. 



  Das Plasmaschweissgerät muss keine spezielle Ausführungsform haben. Die Regelung der optimalen Energiezufuhr, bei der die Temperatur des Plasmas über dem Schmelzpunkt von Zink, aber unter dem Schmelzpunkt der zu verbindenden Werkstücke liegt, 

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 erfolgt dadurch, dass unterschiedliche Parameter wie Leistungseinstellung der Stromquelle, Vorschubgeschwindigkeit,   Düsenform- und   Grösse, Art des Kaltgases und dessen Strömungsmenge, Abstand von Kathode zum Werkstück sowie die Fläche an der Kathodenspitze aufeinander in geeigneter Weise abgestimmt werden. 



  In einer Anwendungsform der Erfindung haften die zu verbindenden Werkstücke durch mechanische Vorbehandlung bereits aneinander, wobei diese Verbindung verfestigt wird, indem noch vorhandene Verbindungsfugen erfindungsgemäss geschlossen werden. 



  Durch die Massnahmen gemäss dem Anspruch 2 wird sicher gestellt, dass sich das Zink auf den Werkstoff auftragen lässt. Erwärmte metallische Werkstoffe verbinden sich rasch mit Sauerstoff und bilden eine Oxidschicht, die das Benetzen mit dem geschmolzenen Zink verhindert. Durch die Zufuhr des Zinks unter einer Schutzgashülle wird eine Oxidation verhindert und die Qualität der Verbindung somit erhöht. Um eine höhere Festigkeit zu erhalten kann auch eine Legierung aus z. B. Zink und Nickel verwendet werden. 



  Das Zink bzw. die Zinklegierung kann dabei gemäss Anspruch 3 als Draht, Pulver oder Granulat zugeführt werden. 



  Ansprüche 5 und 6 beziehen sich auf eine Anwendung der Erfindung in Form des Nachverzinkens von Schweissbahnen. Beim Schweissen von verzinkten Blechen wird die Zinkschicht, und somit der Korrosionsschutz, entlang der Verbindungsnaht zerstört. Mit dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren besteht die vorteilhafte Möglichkeit, mittels eines Plasmastrahles eine Zinkschicht auf die Verbindungsnaht ohne störende Zinkspritzer aufzutragen, und so die schützende Zinkbeschichtung wiederherzustellen. Dies wird dadurch 

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 erreicht, dass ein Plasmaschweissgerät, das die Verzinkung der Verbindungsnaht vornimmt, einem ersten Schweissgerät, das für den Schweissvorgang zuständig ist, nachfolgt, wobei beide Geräte gekoppelt sind.

   Dabei ist der Energieübertrag auf den Werkstoff beim Plasmaschweissgerät wieder so geregelt, dass die Schmelztemperatur des Zinks erreicht wird, aber nicht jene des Stahlbleches. Das Zink wird dabei in Drahtform zugeführt. Beim Schweissvorgang des ersten Geräts können auch andere Schweisszusatzstoffe verwendet werden. Somit wird ein On-Line Nachverzinken von Schweissbahnen ermöglicht. Das Entstehen von Zinkspritzern wird durch die Verwendung des Plasmaverfahrens vermieden. 



  Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen illustriert. 



  Dabei zeigen : Fig. 1 die schematische Anordnung beim Schliessen von Verbindungsfugen zwischen verzinkten Blechen unter Verwendung eines Plasmaschweissgerätes und eines Zinkdrahtes. 



  Fig. 2 ein Beispiel einer mit Zink zu schliessenden Verbindungsfuge zwischen zwei Stahlblechen zum Verfestigen der Verbindung. 



  Fig. 3 die schematische Anordnung beim Nachverzinken von Blechen. 



  Fig. 4 die mit Zink zu schliessende Verbindungsnaht nach einem vorangegangenen Schweissvorgang zur Wiederherstellung des Korrosionsschutzes. 
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 Zinkdraht (2) zum Schmelzen bringt, aber nicht die zu verbindenden Stahlblechteile (3a). Der Zinkdraht (2) schmilzt und füllt die Verbindungsfuge (4). Vorzugsweise weist der Zinkdraht (2) den für die handelsüblichen Drahtvorschubgeräte notwendigen Durchmesser zwischen   0. 8   und   1. 6   mm auf. Durch die 

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 besonderen Eigenschaften des Plasmas (5) wird allerdings ein Spritzen des Zinks vermieden. Durch das gleichzeitige Einblasen eines Schutzgases, z. B.

   Argon oder Helium, wird eine Schutzgashülle (6) um das Schmelzbad des flüssigen Zinks in der Verbindungsfuge (4) erzeugt, die den Kontakt von Luftsauerstoff mit dem flüssigen Zink, aber auch mit erwärmten Teilen der zu verbindenden, verzinkten Stahlblechteile (3a,   3b) unterbindet.   Damit wird ein optimales Benetzen der Verbindungsfuge (4) mit dem flüssigen Zink sicher gestellt. 



  Die Schutzgasglocke wird dabei an die Form der Verbindungsfuge angepasst. Bei einer langen, geraden Naht wird vorzugsweise mit einer schmalen, langen Schutzgasglocke gearbeitet, während beispielsweise bei einer Orbitalnaht die Unterkante mit dem Radius der zu verbindenden Rohrstücke bei kleinem Spiel ausgestattet wird. Der Plasmastrahl (5) wird entlang der Verbindungsfuge (4) geführt, und die Fuge durch kontinuierlichen Nachschub des Zinkdrahtes (2) ohne Entstehung von problematischen Zinkspritzern geschlossen. Das Zink kann dabei auch als Zinklegierung, deren Schmelzpunkt ähnlich jenem von Zink ist, oder als Pulver oder Granulat zugeführt werden. 



  Pulver oder Granulat werden dabei mit dem Schutzgasstrom (6) an die Fügestelle (4) transportiert. Die Verbindung zwischen den verzinkten Stahlblechen wird somit durch Einbringen eines artgleichen Materials gefestigt. 



  Eine weitere Anwendungsform der Erfindung ist in Fig. 3 und 4 dargestellt. Durch das Verschweissen zinkbeschichteter Bleche (3a) wird die Zinkschicht (3b) zerstört, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt. Die so entstandene Verbindungsnaht (9) ist somit nicht mit einer Zinkschicht bedeckt, sodass der Korrosionsschutz fehlt. Diese Verbindungsnaht (9) kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren geschlossen werden, indem Zink mit einem Plasmastrahl temperaturkontrolliert geschmolzen wird. Der Plasmastrahl (5, Fig. 3) wird wieder von einem entsprechenden Plasmaschweissgerät   (1)   erzeugt, wobei der 

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 Energieeintrag des Plasmastrahles (5) wiederum so bemessen ist, dass er den Zinkdraht (2) zum Schmelzen bringt, aber nicht die zu verbindenden Stahlblechteile (3a).

   Der Zinkdraht (2) schmilzt und schliesst die Verbindungsnaht (9), die durch den vorangegangenen Schweissvorgang eines vorlaufenden Schweissgerätes (7) entsteht. Das vorlaufende Schweissgerät (7) und das nachlaufende Plasmaschweissgerät   (1)   sind dabei insofern gekoppelt, als sie gemeinsam in ihrem Vorschub starten und stoppen. Da beide Geräte (7, 1) allerdings einen unterschiedlichen Energieeintrag leisten müssen, dürfen sie nicht elektrisch gekoppelt sein ; jedes Gerät (7, 1) ist mit seiner eigenen Stromversorgung ausgestattet und wird getrennt geregelt.

   Beide Geräte (7, 1) sind vorzugsweise an einem gemeinsamen Vorschubapparat montiert und bewegen sich entlang der durch das vorlaufende Schweissgerät (7) erzeugten Schweissnaht so, dass ein gleichmässiges Schliessen der Verbindungsnaht mit einer Zinkschicht erreicht wird, und so der lückenlose Korrosionsschutz wiederhergestellt wird. Das vorlaufende Schweissgerät (7) ist bevorzugt ebenfalls ein Plasmaschweissgerät. Für den Schweissdraht (8) des vorlaufenden Schweissgerätes (7) kann ein beliebiges Zusatzmaterial verwendet werden, es kann auch völlig auf ihn verzichtet werden. Durch die besonderen Eigenschaften des Plasmas (5) wird wieder ein Spritzen des Zinks vermieden.

Claims (6)

1. Ansprüche : 1. Verfahren zum Schliessen und/oder Verbinden einer Verbindungsfuge oder Verbindungsnaht zwischen zwei verzinkten Blechen, vorzugsweise Stahlblechen, wobei ein die Verbindungsfuge ausfüllendes bzw. die Verbindungsnaht bedeckendes Zusatzmaterial auf Schmelztemperatur erwärmt und in die Verbindungsfuge bzw. auf die Verbindungsnaht kontinuierlich eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzmaterial Zink oder eine Zinklegierung, deren Schmelzpunkt ähnlich jenem von Zink ist, verwendet wird, und das durch einen Plasmastrahl auf die Schmelztemperatur von Zink gebracht wird, ohne dabei die Schmelztemperatur des Bleches zu erreichen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmastrahl von einer Schutzgashülle umgeben ist und diese Schutzgashülle der Form der Verbindungsfuge oder Verbindungsnaht angepasst ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zink oder die Zinklegierung als Draht, Pulver oder Granulat zugeführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche zuerst durch Bördelung verbunden werden und verbleibende Fugen durch einen die Fuge entlanglaufenden Plasmastrahl geschlossen werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsnaht das Resultat einer vorangegangenen Schweissung ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkbeschichtung der Vebindungsnaht durch ein <Desc/Clms Page number 8> Plasmaschweissgerät erfolgt, das einem ersten Schweissgerät nachfolgt und mit diesem mechanisch gekoppelt ist.