AT500561B1 - Verfahren zum schweissen eines gesinterten formkörpers - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schweißen eines gesinterten, eine Restporosität aufweisenden Formkörpers, der im Bereich der späteren Schweißnaht durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen wird, wobei während des Aufschmelzens des Formkörpers Luftsauerstoff aus den Poren des Formkörpers im Schweißnahtbereich durch ein Desoxidationsmittel zumin-5 dest weitgehend gebunden und in Form von feindispersen Oxiden in die Schweißnaht eingebettet wird.

Formkörper beispielsweise aus Sinterstahl können grundsätzlich mit anderen stählernen Bauteilen durch ein Schweißen gefügt werden, und zwar unabhängig davon, ob diese Bauteile eben-io falls pulvermetallurgisch hergestellt wurden oder nicht. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Schweißnähte, die beim Aufschmelzen des Sinterwerkstoffes durch einen Laserstrahl erhalten werden, eine vergleichsweise hohe Porosität aufweisen und daher höheren Festigkeitsanforderungen nicht genügen. Um dem zu begegnen wurde bereits vorgeschlagen (JP 02041793 A), den Sinterkörper im Bereich der Schweißnaht mit einem Desoxidationsmittel is zu versetzen, das den Luftsauerstoff aus den Poren des Formkörpers während des Aufschmelzens des Formkörpers zu Oxiden bindet, so daß der gebundene Luftsauerstoffs nicht mehr zu Schäumreaktion führen kann. Die Oxide werden feindispergiert in die Schweißnaht eingebettet und üben keinen nachteiligen Einfluß auf die Festigkeit der Schweißnaht aus, die weitgehend dicht ist. Nachteilig ist allerdings, daß der zu schweißende gesinterte Formkörper im Bereich der 20 späteren Schweißnaht mit einem Desoxidationsmittel versetzt sein muß, was nicht nur Einfluß auf die pulvermetallurgische Herstellung des Formkörpers nimmt, sondern auch das Schweißen auf solche Sinterkörper beschränkt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schweißen eines gesinter-25 ten, eine Restporosität aufweisenden Formkörpers mit Hilfe eines Laserstrahls der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß Schweißnähte hoher Festigkeit auch an Sinterkörpern hergestellt werden können, die kein Desoxidationsmittel in der Pulvermatrix enthalten.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgab dadurch, daß das Desoxidationsmittel in Pulverform 30 mittels eines Schutzgases in die Schmelze der Schweißnaht eingeblasen wird.

Aufgrund der hohen Temperaturen im Plasma des Laserstrahls schmilzt das in Pulverform in die Schmelze eingeblasene Desoxidationsmittel auf und wird durch die Bewegung der Schmelze in die Tiefe der Schweißnaht mitgenommen, um den überschüssigen Luftsauerstoff in Form 35 feindisperser Oxide abzubinden. Der gesinterte Formkörper bedarf daher keiner besonderen pulvermetallurgischen Zusammensetzung, so daß die sonst damit verbundenen Voraussetzungen für das Erhalten einer festen Schweißnaht entfallen und schweißfähige Sinterkörper ohne Einschränkung geschweißt werden können. 40 Bei der Auswahl des Desoxidationsmittels ist darauf zu achten, daß die Bindungsenergie zum Sauerstoff höher als zu den Legierungselementen des gesinterten Formkörpers ist. Außerdem sollen durch die Einlagerung der sich bildenden Oxide in die Schweißnaht keine nachteiligen Auswirkungen auf die Eigenschaften der Schweißnaht auftreten. Wird als Desoxidationsmittel im Zusammenhang mit stählernen Sinterwerkstoffen Silicium und/oder Titan oder eine ihrer 45 Verbindungen in Pulverform eingesetzt, so können diese Bedingungen in vorteilhafter Weise erfüllt werden. Insbesondere Silicium wirkt auch einer Versprödung der Schweißnaht entgegen und erweitert die Schweißbarkeit zu höheren Kohlenstoffgehalten der Sinterstähle hin.

Wird der Formkörper mit Hilfe eines defokussierten Laserstrahls geschweißt, so wird der Sin-50 terwerkstoff in einer größeren Breite mit der Wirkung aufgeschmolzen, daß Schmelze aus dem Randbereich in die Tiefe der Schweißnaht nachfließen kann, was eine gute Schweißverbindung über die geforderte Schweißtiefe erlaubt.

In diesem Zusammenhang ist ja zu berücksichtigen, daß sich aufgrund der Restporosität des 55 gesinterten Formkörpers nach dem Erstarren des aufgeschmolzenen Sinterwerkstoffes eine 3 AT 500 561 B1

Volumsverringerung im Schweißnahtbereich ergibt.

Ein Fügen von gesinterten Formkörpern durch ein Schweißen bedingt trockene, im Bereich der Schweißnaht öl- und fettfreie Werkstücke. Um beim Reinigen der Formkörper zur Vorbereitung 5 der Schweißverbindung nicht eine Sauerstoffanreicherung in den Poren der gereinigten Oberflächen befürchten zu müssen, kann der gesinterte Formkörper vor dem Schweißen durch eine Wärmebehandlung in einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre oder in einer sauerstoffarmen Atmosphäre gereinigt werden. Durch ein Glühen unter einem reduzierenden Schutzgas oder durch ein Abbrennen unter Luftmangel, können öl- und fettfreie Oberflächen der gesinterten io Formkörper erhalten werden, ohne zusätzlich Luftsauerstoff in die gereinigten Poren einzutragen.

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen 15 Fig. 1 eine Vorrichtung zum Schweißen eines gesinterten Formkörpers in einer schematischen Ansicht und

Fig. 2 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schweißnaht zwischen einem nicht gesinterten und einem gesinterten Formkörper. 20 Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein gesinterter Formkörper 1 mit einem nicht gesinterten Bauteil 2 durch ein Schweißen gefügt, indem die Werkstoffe des gesinterten Formteils 1 und des nicht gesinterten Bauteils 2 im Bereich der späteren Schweißnaht 3 durch einen vorzugsweise defokussierten Laserstrahl 4 eines Laserkopfes 5 aufgeschmolzen werden, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Da beim Aufschmelzen des Sinterwerkstoffes des Formkör-25 pers 1 der Luftsauerstoff aus den Poren des Formköpers 1 ein Aufschäumen der Schmelze bewirkt, wird eine poröse Schweißnaht erhalten, wenn nicht besondere Vorkehrungen getroffen werden, um das Aufschäumen der Schmelze zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird ein Desoxidationsmittel eingesetzt, daß mit dem Luftsauerstoff aus den Poren des Formkörpers 1 beim Aufschmelzen des Sinterwerkstoffes reagiert und Oxide bildet, die sich in der Schweißnaht 3 30 feindispergiert einlagern, ohne die Festigkeit des Schweißnaht 3 zu beeinträchtigen. Durch den Einsatz eines entsprechenden Oxidationsmittels können somit dichte Schweißnähte 3 erhalten werden, die hinsichtlich ihrer Festigkeit durchaus mit Schweißnähten zwischen zwei nicht gesinterten Bauteilen verglichen werden können. 35 Gemäß der Fig. 1 wird das Desoxidationsmittel, beispielsweise Silicium, in Pulverform im Bereich des Laserstrahles auf die Schmelze aufgeblasen, und zwar mit Hilfe eines Schutzgases, um den Eintrag zusätzlichen Luftsauerstoffs zu unterbinden. Zum Einblasen des pulverförmigen Desoxidationsmittels in die Schmelze ist eine Düse 6 vorgesehen, der einerseits das Pulver des Desoxidationsmittels über eine Leitung 7 dosiert zugeführt wird und die anderseits an eine 40 Druckleitung 8 eines Schutzgases angeschlossen ist, so daß das pulverförmige Desoxidationsmittel mit Hilfe des Schutzgases in die Schmelze eingeblasen werden kann. Das Desoxidationsmittel wird in der Schmelze aufgrund der hohen Temperaturen im Plasma des Laserstrahls aufgeschmolzen und durch die Bewegung der Schmelze in die Tiefe der Schweißnaht mitgenommen, wo es sich mit dem Sauerstoff aus den Poren zu Oxiden verbindet, die in die 45 Schweißnaht feindispergiert eingelagert werden. Die Tiefe, in die das Desoxidationsmittel vordringt, ist von der Schweißtiefe, der Schweißgeschwindigkeit und der Schweißnahtform abhängig und kann über diese Parameter eingestellt werden.

In der Fig. 2 ist die fertige Schweißverbindung dargestellt. Man erkennt, daß die Schweißnaht 3 so geringfügig eingefallen ist, weil sie kaum eine Porosität aufweist und dicht ist. Obwohl die Schweißverbindungen zwischen einem gesinterten Formkörper 1 und einem nicht gesinterten Bauteil 2 gezeigt wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf das Fügen von gesinterten und nicht gesinterten Konstruktionsteilen beschränkt. Selbstverständlich können auch zwei gesinterte Formteile in der beschriebenen Weise miteinander durch ein Schweißen verbunden 55 werden.

Claims (4)

1. 4 AT 500 561 B1 Patentansprüche: 1. Verfahren zum Schweißen eines gesinterten, eine Restporosität aufweisenden Formkörpers, der im Bereich der späteren Schweißnaht durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen 5 / wird, wobei während des Aufschmelzens des Formkörpers Luftsauerstoff aus den Poren des Formkörpers im Schweißnahtbereich durch ein Desoxidationsmittel zumindest weitgehend gebunden und in Form von feindispersen Oxiden in die Schweißnaht eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Desoxidationsmittel in Pulverform mittels eines Schutzgases in die Schmelze der Schweißnaht eingeblasen wird. 10
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Desoxidationsmittel Silicium und/oder Titan oder eine ihrer Verbindungen in Pulverform in die Schmelze der Schweißnaht eingeblasen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper mit Hilfe eines defokussierten Laserstrahls aufgeschmolzen wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Formkörper vor dem Schweißen durch eine Wärmebehandlung in einer reduzierenden 20 Schutzgasatmosphäre oder in einer sauerstoffarmen Atmosphäre gereinigt wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 25 30 35 40 45 50 55