DE1042156B

DE1042156B - Process for inert gas arc welding of rustproof, ferrous or non-ferrous material up to 5 mm thick

Info

Publication number: DE1042156B
Application number: DEU4311A
Authority: DE
Inventors: Thomas Mcelrath; Eugene Francis Gorman
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1956-01-16
Filing date: 1957-01-05
Publication date: 1958-10-30

Description

Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von rostsicherem, eisen- oder nichteisenhaltigem Material biz zu 5 mm Dicke Die Erfindung bezieht sich auf das Lichtbogenschweißen mit inertem Schutzgas und insbesondere auf das Schweißen von rotsicheren, eisen- und nichteisenhaltigen Legierungen mit einer nicht abschmelzenden Elektrode mit Gleich- oder Wechselstrom.Process for shielding gas arc welding of rustproof, iron or non-ferrous material up to 5 mm thick The invention relates to arc welding with inert shielding gas and especially welding of red-proof, ferrous and non-ferrous alloys with a non-melting Electrode with direct or alternating current.

Als das Lichtbogenschweißen mit Schutzgas zuerst eingeführt wurde, wurden sowohl Argon als auch Helium als Schutzgas benutzt. Argon war aus einer Reihe von Gründen vorteilhaft, insbesondere weil nur eine geringe Durchflußmenge erforderlich ist. Helium war vorteilhaft in erster Linie wegen seiner höheren Lichtbogenspannung, die bessere Schweißbedingungen schaffte, nämlich insbesondere eine höhere Schweißgeschwindigkeit und einen erhöhten Einbrand, wenn rostsichere Stahlteile in einer Dicke bis zu beispielsweise 5 mm geschweißt wurden.When arc welding with shielding gas was first introduced, both argon and helium were used as protective gas. Argon was out of line advantageous for reasons, in particular because only a small flow rate is required is. Helium was beneficial primarily because of its higher arc voltage, which created better welding conditions, namely in particular a higher welding speed and increased penetration if rustproof steel parts are up to, for example, thick 5 mm were welded.

Es wurden beträchtliche Anstrengungen unternommen, um Argon so zu verbessern, daß es eine höhere Schweißgeschwindigkeit sowie einen besseren Einbrand gestattete und doch eine geringe Durchflußmenge erlaubte. Bei vielen Anwendungen, beispielsweise beim kontinuierlichen Schweißen von Rohren und Röhren, sind große Schweißgeschwindigkeiten erwünscht, Um eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit zu erreichen, ist es notwendig, eine Schutzatmosphäre zu benutzen, die eine relativ hohe Lichtbogenspannung und folglich eine verhältnismäßig hohe Wärmezufuhr ergibt. Da Wasserstoff die höchste Lichtbogenspannung von allen bekannten Lichtbogenschutzgasen ergibt, ist es deshalb erwünscht, reinen Wasserstoff oder eine Mischung von Wasserstoff und einem inerten Gas zu benutzen.Considerable efforts have been made to make argon so improve that there is a higher welding speed as well as better penetration allowed and yet allowed a small flow rate. In many applications, for example in the continuous welding of pipes and tubes, are large Welding speeds desirable To increase the welding speed To achieve, it is necessary to use a protective atmosphere, which is a relative high arc voltage and consequently a relatively high heat input results. Because hydrogen has the highest arc voltage of all known arc shield gases it is therefore desirable to use pure hydrogen or a mixture of hydrogen and an inert gas.

Die Zusätze des Wasserstcffs zu Argon schafften in der Tat höhere Lichtbcgenspannungen, und es wurden, wie es bereits zuvor mit Helium ausprobiert worden war, verbesserte Schweißbedingungen erreicht. Beispielsweise zeigen die Querschnitte von Schweißungen, die mit reinem Argon als Schutzgas ausgeführt wurden, scharfe Unterschneidungen,während dieQuerschnitte der Schweißungen, die mit einer Argon-Wasserstoff-Mischung als Schutzgas hergestellt wurden, keine Unterschneidungen zeigen. Ein weiterer praktischer Vorteil war es, daß ungewöhnlich geringe Durchflußmengen eines solchen Gases angewendet werden konnten und sich dennoch eine ausreichende Abschirmung ergab.Indeed, the addition of hydrogen to argon produced higher amounts Arc voltages, and it was tried, as previously with helium improved welding conditions were achieved. For example, show the cross sections of welds that were carried out with pure argon as the shielding gas, sharp Undercuts, while the cross-sections of the welds made with an argon-hydrogen mixture as protective gas, show no undercuts. Another practical one The advantage was that unusually small flow rates of such a gas were used could be and still there was sufficient shielding.

In dem Bemühen, ein Schutzgasgemisch vorzusehen, welches Helium in der Wirksamkeit übersteigen sollte, wurde eine Mischung, bestehend aus 35°/o Wasserstoff und 65 °/o Argon, für ausgedehnte Versuche ausgewählt. Praktisch alle Versuche, ein solches Gemisch zu verwenden, führten zu Mißerfolgen, und zwar auf Grund grober Porositätsbildung in der sich ergebenden Schweißung. Es ist jedoch bisher schon vorgeschlagen worden, den Prozentsatz des Wasserstoffs im Argon auf 100/0 oder niedriger zu halten, wodurch die Porositätsbildung möglicherweise als ernstlich störender Faktor beseitigt werden kann.In an effort to provide a protective gas mixture that contains helium in Should exceed the effectiveness, a mixture consisting of 35% hydrogen and 65% argon, chosen for extensive testing. Practically all attempts to use such a mixture resulted in failure due to gross Formation of porosity in the resulting weld. It is, however, so far It has been suggested to set the percentage of hydrogen in argon to 100/0 or lower to hold, whereby the porosity formation possibly as seriously disturbing Factor can be eliminated.

Es ist ferner beim Lichtbogenschweißen allgemein bekannt, als Schutzgas Wasserstoff mit geringen Beimengungen von Argon sowie auch Stickstoff mit verschiedenen Graden von Wasserstoffbeimengungen, z. B. 200/" zu verwenden.It is also generally known in arc welding as a shielding gas Hydrogen with small amounts of argon as well as nitrogen with various Levels of hydrogen admixture, e.g. B. 200 / "to be used.

Der Grund für das Auftreten der Porosität beim Schweißen von rostsicherem Stahl mit einem Argon-Wasserstoff-Gemisch scheint darin zu liegen, daß der Wasserstoff in dem Gasgemisch brennt und Feuchtigkeit auf Grund der Reaktion 2 H2 + 02 = 2 H20 entsteht. Die resultierende Feuchtigkeit kondensiert überall in einigen Zentimetern Entfernung vom Lichtbogen. Eine gewisse Menge der Feuchtigkeit wird in der Schweißraupe eingeschlossen und bildet, vermutlich durch plötzliche Umwandlung in Dampf, eigenartig geformte Poren.The reason for the appearance of porosity when welding rustproof Steel with an argon-hydrogen mixture appears to be the hydrogen in the gas mixture burns and moisture due to the reaction 2 H2 + 02 = 2 H20 arises. The resulting moisture condenses everywhere in a few centimeters Distance from the arc. Some amount of moisture will be in the weld bead trapped and forms peculiarly, presumably through sudden conversion into steam shaped pores.

Diese Theorie stimmt mit den Tatsachen aus den folgenden zwei Gründen überein. Erstens ist die Form der Poren eigenartig. Die Löcher sind nicht rund, wie man es normalerweise erwarten würde, wenn in einem Schweißbad gelöstes Gas beim Festwerden des Metalls freigegeben wird, sondern hat das Aussehen, als ob es das Ergebnis von gewissen Explosionen ist.This theory agrees with the facts for the following two reasons match. First, the shape of the pores is peculiar. The holes are not round as you would normally expect when gas is dissolved in a weld pool Solidification of the metal is released but has the appearance of being that Is the result of certain explosions.

Es ist wahr, daß Wasserstoff leicht in geschmolzenem rostsicheren Stahl gelöst werden kann und in Porenform eingeschlossen bleibt, wenn sich das Metall verfestigt. Diese Wasserstoffabsorption tritt beim Lichtbogenschweißen von rostsicherem Stahl in Argon-Wasserstoff-Gemischen unter Verwendung großer Schweißbäder, z. B. beim Schweißen von 6,4 mm dickem Material oder beim mehrmaligen erneuten Schweißen einer gegebenen Raupe, auf. In diesen Fällen tritt die direkte Wasserstoffaufnahme ein, aber die sich ergebenden Poren sind rund, wie erwartet. Ein solches Auftreten von Wasserstoff, der in dem Metall gelöst ist, berührt nicht das vorliegende Problem, die Porosität auf Grund der Feuchtigkeit beim Schutzgas-Lichtbogenschwaißen von rostsicherem Material in einer Dicke bis zu 5 mm in einem einzelnen Durchgang zu vermeiden.It is true that hydrogen is easily rustproof in molten Steel can be dissolved and in pore form remains locked in, when the metal solidifies. This hydrogen absorption occurs during arc welding of rustproof steel in argon-hydrogen mixtures using large weld pools, z. B. when welding 6.4 mm thick material or when re-welding several times a given caterpillar. In these cases there is direct hydrogen uptake one, but the resulting pores are round as expected. Such an occurrence of hydrogen dissolved in the metal does not affect the problem at hand, the porosity due to the moisture in inert gas arc welding of rustproof material up to 5mm thick in a single pass avoid.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Werkstücken aus rostsicherem, eisen- oder nichteisenhaltigem Material bis zu 5 mm Dicke, bei welchem eine nicht abschmelzende Elektrode und ein Gasgemisch aus einem inerten einatomigen Gas und aus mehr als 10 °/o Wasserstoff verwendet werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation des Wasserdampfes am Werkstück verhindert wird, welcher durch die Verbindung des Wasserstoffs in dem Schutzgas mit dem atmosphärischen oder mit dem als Verunreinigung in dem Schutzgas vorhandenen Sauerstoff entstanden ist.The method of the present invention for gas shielded arc welding from workpieces made of rustproof, ferrous or non-ferrous material up to 5 mm thick, with a non-consumable electrode and a gas mixture an inert monatomic gas and more than 10% hydrogen are used, is characterized in that the condensation of the water vapor on the workpiece is prevented, which is caused by the connection of the hydrogen in the protective gas with the atmospheric or with that present as an impurity in the protective gas Oxygen was created.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geschieht das dadurch, daß die Blechkanten bei einer Spaltweite von etwa 3,8 mm verschweißt werden.In a preferred embodiment of the invention, this is done in that the sheet metal edges are welded with a gap width of about 3.8 mm.

Ein Verfahren zur Überwindung solcher Porosität besteht auch darin, mit so geringen Geschwindigkeiten zu schweißen, daß die Gasblasen die Oberfläche des flüssigen Bades erreichen können, bevor die Erstarrung eintritt.One method of overcoming such porosity is also to weld at such low speeds that the gas bubbles hit the surface of the liquid bath before solidification occurs.

Eine Erhitzung des Grundmetalls über etwa 93° C ist sehr wirksam beim Verhindern der Wasserkondensation. Bekannt ist das Vorerhitzen zum Austreiben der Feuchtigkeit insbesondere bei Material, welches im Freien gelagert hat. Auch eine gleichfalls bekannte Ablenkung des Lichtbogens in Vorwärtsrichtung vermindert die Neigung zur Bildung der Porosität. Eine solche Bogenablenkung kann erreicht werden, indem der Brenner geneigt wird oder indem magnetische Felder zur Ausrichtung des Bogens verwendet werden. Das Schweißen mit einem kurzen Lichtbogen ist ein anderes wirksames Verfahren zur Verminderung der Porosität, aber es ist schwierig durchzuführen und erfordert eine Erhöhung des Stromes, um eine ausreichende Wärmezufuhr aufrechtzuerhalten, da infolge der verminderten Lichtbogenlänge die Spannung vermindert wird. Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung gemäß der Erfindung zum Aufschweißen einer Raupe auf eine Platte, Fig. ? eine ähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zum Schweißen einer offenen Naht, Fig.3 in einem Lichtbogenspannung-Wasserstoffzusatz-Diagramm die Lichtbogenspannungen bei Ver--,vendung von Helium + Wasserstoff sowie Argon -:- Wasserstoff, Fig. " eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Einrichtung zum Schweißen eines geringfügig offenstehenden Nahtrohres und Fig.5 eine ähnliche Ansicht einer Ausführungsform mit Vorheizung.Heating the base metal above about 93 ° C is very effective in this Preventing water condensation. Preheating is known to expel the Moisture especially in the case of material that has been stored outdoors. Also one also known deflection of the arc in the forward direction reduces the Tendency to form porosity. Such an arc deflection can be achieved by tilting the torch or by applying magnetic fields to align the Arch can be used. Welding with a short arc is different effective method of reducing porosity, but difficult to perform and requires an increase in the current in order to maintain a sufficient supply of heat, since the voltage is reduced as a result of the reduced arc length. Further Advantages and possible applications of the invention emerge from the following Description of exemplary embodiments in connection with the drawing. It shows Fig. 1 is a schematic representation of a device according to the invention for welding a caterpillar on a plate, Fig. a similar representation of an embodiment of the invention for welding an open seam, FIG. 3 in an arc voltage-hydrogen addition diagram the arc voltages when using helium + hydrogen and argon -: - Hydrogen, Fig. "A partially sectioned plan view of a device for welding a slightly open seam tube and FIG. 5 a similar one View of an embodiment with preheating.

V%"ie ._-s in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Lichtbogenschweißbrenner 10 für ZTerwa--idung mit inertem Schutzgas mit einer wassergekühlten Elektrode 12 und einer Gasdüse 14 über dem Werkstück 16, baispielsw->ise einer Metallplatte, angeordnet, um diese mittels eines Lichtbogens 18, der durch einen Wa33°rStoff enthaltenden Gasstrom 20 abgeschirmt wird, zu schweißen. Das Gas wird dem Brenner über eine Leitung 22 von einer entsprechenden Vorratsquelle zugeführt. Dar Lichtbogen wird durch eine Schweißstromqualle 26 über isoliert Leiter 28 und 30 gespeist, die mit dem Brenner bzw. dem Werkstück verbunden sind.V% "ie ._- s shown in Fig. 1 is an arc welding torch 10 for ZTerwa - idung with inert protective gas with a water-cooled electrode 12 and a gas nozzle 14 above the workpiece 16, e.g. a metal plate, arranged in order to this by means of an arc 18, which by a Wa33 ° rStoff containing Gas stream 20 is shielded to weld. The gas is fed to the burner via a pipe 22 supplied from a corresponding supply source. The arc is generated by a Welding jellyfish 26 fed via insulated conductors 28 and 30 connected to the torch or are connected to the workpiece.

Beim Auftrag "schweißen wird die Feuchtigkeit nach dem Kondensieren auf der Platte 16 durch die Hitze des Lichtbogens 18 genügend weit vor dem Schweißbad verdampft, so daß keine Gefahr des Einschließens von Feuchtigkeit besteht. Versuche haben gezeigt, daß durch Anwendung dieser Technik gesunde Schweißraupen erzeugt werden können, wenn 1000/" Wasserstoff als Lichtbogenschutzgas verwendet wird. Dies gilt auch dann, wenn dabei der Einbrand bis an die Unterseite des Bleches reichen soll.In the case of "welding" the moisture is condensed after it has condensed on the plate 16 by the heat of the arc 18 far enough in front of the weld pool evaporates so that there is no risk of moisture being trapped. try have shown that using this technique produces healthy weld beads if 1000 / "hydrogen is used as the arc shield gas. This also applies if the penetration extends to the underside of the sheet metal target.

Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung ist der soeben beschriebenen ähnlich, mit der Ausnahme, daß der Brenner mit einer Wolframelektrode 32 ausgestattet ist und daß die zu verschweißenden Platten 16, 16 mit einem Spalt 34 solcher Weise im Abstand voneinander angeordnet sind, daß der Lichtbogen 36 die kondensierte Feuchtigkeit verdampfen kann. Gesunde Schweißungen können sehr einfach bei Anwendung dieser Technik sowohl mit Wolfram- als auch mit wassergekühlten Elektrodenbrennern erzeugt werden.The device shown in Fig. 2 is that just described similar except that the torch is equipped with a tungsten electrode 32 is and that the plates 16, 16 to be welded with a gap 34 in such a way are spaced apart so that the arc 36 removes the condensed moisture can evaporate. Healthy welds can be made very easy using this technique can be generated with both tungsten and water-cooled electrode torches.

Es sind zwar praktische Beschränkungen vorhanden; aber in solchen Fällen, bei denen Einrichtungen für das kontinuierliche Rohrschweißen benutzt werden, können gesunde Schweißungen unter Verwendung eines Schutzgasgemisches von 35 °/o Wasserstoff und 65 °/o Argon erzeugt werden. Die meisten bestehenden Rohrwalzstraßen können einen Spalt an dem Rohr erzeugen, wenn die Blechdicke 2,4 mm oder geringer ist.There are practical limitations; but in such Cases where continuous pipe welding equipment is used, healthy welds can be achieved using a protective gas mixture of 35% Hydrogen and 65% argon are produced. Most of the existing tube rolling mills can create a gap on the pipe if the sheet thickness is 2.4 mm or less is.

Fig. 4 zeigt einen Teil einer Rohrschweißvorrichtung, die Schweiß- und Haltewalzen 38 und 40 aufweist, die in. Zusammenwirkung mit entsprechenden Walzen 42 und 44 auf der entgegengesetzten Seite der herzustellenden Röhre 46 allmählich einen Spalt 48 zwischen den Kanten des Werkstückes 50 schließen. In solchem Fall ist die Schweißelektrode 52 des Brenners an einem Punkt angeordnet, wo sie sich direkt über dem etwa 3,8 mm breiten Spalt befindet und das kondensierte Wasser verdampfen kann. Zufriedenstellende Schweißungen können bei Metallstärken bis zu 4 mm gemäß der Erfindung so auf kontinuierlich arbeitenden Röhrenwerken hergestellt werden mit einem Gasgemisch, das aus 20 °/o Wasserstoff und 80 °/o Argon besteht.Fig. 4 shows part of a pipe welding device, the welding and holding rollers 38 and 40 in cooperation with corresponding rollers 42 and 44 on the opposite side of the tube 46 to be manufactured gradually close a gap 48 between the edges of the workpiece 50. In such a case the welding electrode 52 of the torch is located at a point where it is located located directly above the approximately 3.8 mm wide gap and the condensed water will evaporate can. Satisfactory welds can be achieved with metal thicknesses up to 4 mm according to of the invention can be produced on continuously operating tube mills with a gas mixture consisting of 20% hydrogen and 80% argon.

Wie in Fig. 5 veranschaulicht, wird die Feuchtigkeit durch Anordnung eines Vorwärmbrenners 54 zur Erhitzung des Metalls nahe der Naht vor dem mit inertem Schutzgas arbeitenden Lichtbogenschweißbrenner 56 verdampft. In solchem Fall kann ein Gasgemisch von fast jedem beliebigen Wasserstoffgehalt in dem Brenner 56 verwendet werden.As illustrated in Fig. 5, the humidity is determined by arrangement a preheat burner 54 to heat the metal near the seam prior to being inert Inert gas working arc welding torch 56 evaporates. In such a case it can a gas mixture of almost any hydrogen content is used in the burner 56 will.

Eine solche Anwendung der Vorwärmung verhindert es, daß Feuchtigkeit an dem Werkstück kondensiert, und schafft somit eine ideale Umgebung für das Schweißen mit Argon-Wasserstoff-Gemischen ohne die Bildung einer Porosität.Such an application of preheating prevents moisture condenses on the workpiece, creating an ideal environment for welding with argon-hydrogen mixtures without the formation of porosity.

Es wurde gefunden, daß ein 15"/,-Wasserstoff-850/,7 Argon-Gemisch ganz allgemein ohne irgendeine Gefahr der Porositätsbildung bei dem Schutzgas-Lichtbogenschweißen von rostsicherem Stahl verwendet werden kann, sofern das technisch reine Argon weniger als 20 Teile Sauerstoff pro Million und weniger als 318 mg Wasser pro m3 enthält. So kann bci der üblichen Stoßnaht, wie sie weitgehend in der Industrie verwendet wird, ohne Vorwärmung und ohne weiten Spalt ein solches 85 °/ö 15 °/ö Gemisch mit Erfolg als Schutzgas verwendet werden. Die einzigen bisher gefundenen Fälle, wo Schwierigkeiten auftraten, sind solche Spezialfälle, wo Wasserstoff als Schutzgas auf der Rückseite der Naht verwendet wird, wo in. vielen Lagen geschweißt oder wo die Schweißung auf stark mit Oxydüberzügen versehenen Oberflächen durchgeführt wird.It was found that a 15 "/, - hydrogen-850 /, 7 argon mixture generally without any risk of porosity formation in gas-shielded arc welding Stainless steel can be used, provided that the technically pure argon is less than 20 parts of oxygen per million and less than 318 mg water per m3. So can bci the usual butt seam, as it is largely in the industry is used, without preheating and without a wide gap such a 85 ° / ö 15 ° / ö Mixture can be used successfully as a protective gas. The only ones found so far Cases where difficulties arose are those special cases where hydrogen is used as Shielding gas is used on the back of the seam where welded in. Many layers or where the welding is carried out on surfaces heavily coated with oxide will.

Es ergibt sich die Frage, warum sich 15 °/o Wasserstoff in Argon als allgemein annehmbar herausgestellt hat, während frühere Lehren auf diesem Gebiet die Wasserstoffmenge auf 10 °/o begrenzten. Die Antwort auf diese Frage ist nicht vollständig klar, aber es mag an der Tatsache liegen, daß die allgemeine Reinheit des handelsüblichen Schutzgases beträchtlich höher ist als vor einigen Jahren. Die Arbeit mit Argon-Wasserstoff-Gemischen hat gezeigt, daß, während Stickstoff nicht als störender Faktor zu betrachten ist, geringe Mengen von Sauerstoff oder mitgerissene Feuchtigkeit die Porosität verursachen kann. Sauerstoff und Feuchtigkeit sollten deshalb in den Angaben der Herstellerfirmen über für das Schweißen geeignetes Argon innerhalb der Grenzen von maximal 20 Teilen Sauerstoff pro Million und maximal 318 mg Wasser pro m3 gehalten werden Auch die Verwendung von Argon als Schutzgas auf der Rückseite der Naht kann zu dem Erfolg des Argon-Wasserstoff-Gemisches beitragen, das mehr als 10 °/o Wasserstoff enthält.The question arises why 15 ° / o hydrogen in argon turns out to be has proven generally acceptable, while prior teachings in the field limited the amount of hydrogen to 10 per cent. The answer to this question is no completely clear, but it may be due to the fact that the general purity of the commercially available protective gas is considerably higher than it was a few years ago. the Working with argon-hydrogen mixtures has shown that while nitrogen does not the disturbing factor is low or entrained oxygen Moisture that can cause porosity. Oxygen and moisture should therefore in the information of the manufacturer about argon suitable for welding within the limits of a maximum of 20 parts of oxygen per million and a maximum of 318 mg of water per m3 are kept Also the use of argon as protective gas on the back of the seam can contribute to the success of the argon-hydrogen mixture, which contains more than 10% hydrogen.

Mit solchen hochreinen Argon-Wasserstoff-Gemischen können zufriedenstellende Ergebnisse beim Schutzgas-Lichtbogenschweißen von allen Arten rostsicheren Stahls ebenso wie bei nichteisenhaltigen rostsicheren Legierungen erzielt werden.With such high-purity argon-hydrogen mixtures, satisfactory Gas arc welding results on all types of rustproof steel as well as with non-ferrous rust-proof alloys.

Die Ergebnisse der Versuche mit Helium-Wasserstoff-Gemischen liegen erst an zweiter Stelle, verglichen mit denjenigen, die mit Argon-Wasserstoff-Gemischen erzielt werden. Wenn Wasserstoff zu Helium hinzugefügt wird, sind die Lichtbogenspannungen höher (vgl. Fig. 3); es können verbesserte Schweißbedingungen erzielt und geringere Gasmengen angewendet werden.The results of the tests with helium-hydrogen mixtures are now only in second place compared to those with argon-hydrogen mixtures be achieved. When hydrogen is added to helium, the arc voltages are higher (see Fig. 3); it can achieve improved welding conditions and lower Gas quantities are applied.

Die Ergebnisse der Versuche, bei denen Wasserstoff-Helium-Gemische verwendet wurden, waren, wie erwartet, sehr ähnlich denjenigen, die bei Verwendung von Argon-Wasserstoff-Gemischen erzielt wurden. Der Hauptunterschied lag darin, daß, wenn Helium als Basisgas verwendet wurde, ein etwas höherer Prozentsatz von Wasserstoff dem Helium hinzugefügt werden konnte, bevor Porosität eintrat, wie es in der nachfolgenden Tabelle angegeben ist: Tabelle I Empfohlener Empfohlener Wasserstoff- Wasserstoff- Anwendung zusatz zu zusatz zu Argon Helium in Prozent in Prozent Allgemeine Schutzgas-Licht- bogenschweißung mit nicht abschmelzender Elektrode 15 20 Allgemeine Rohrschweißung 20 25 Rohrschweißung mit maximal 2,4 mm dicker Wandung an der Schweißstelle ........ 35 45 Der zweite Unterschied bei Verwendung von Helium als Basisgas liegt darin, daß die minimalen Durchflußmengen nicht so gering waren wie bei Verwendung von Argon als Basisgas, wie es durch die Angaben in nachstehender Tabelle illustriert wird: Tabelle II Minimale Gas Strömungs- geschwindigkeiten 1/Std. Argon.......................... 425 Helium ........................ 850 Argon-Wasserstoff 85:15........................ 85 65:35........................ 85 Helium-Wasserstoff 75:25........................ 425 65:35........................ 425 Die Vorteile der erhöhten Schweißgeschwindigkeit, die durch die Anwendung von Wasserstoff oder einem Wasserstoffgemisch erzielt werden, sind in Tabelle III veranschaulicht. Beispielsweise belief sich bei einem Schweißstrom von 160 A die maximal erzielbare Schweißgeschwindigkeit ohne Auftreten von Unterschneidungen auf 102 cm pro Minute bei Argon allein, während sie 508 cm pro Minute bei Verwendung von Wasserstoff als Schutzmittel bei etwa dem gleichen Schweißstrom betrug. Diese hohen Schweißgeschwindigkeiten ergeben sich aus der hohen Spannung, die durch die Verwendung der Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre möglich sind. Außerdem ist in Tabelle III gezeigt, daß für eine konstante Lichtbogenlänge die Spannung für Argon 10 V beträgt, während sie für Wasserstoff 32 V ist.The results of the experiments using hydrogen-helium mixtures were, as expected, very similar to those obtained using argon-hydrogen mixtures. The main difference was that when helium was used as the base gas, a slightly higher percentage of hydrogen could be added to the helium before porosity occurred, as shown in the table below: Table I. Recommended Recommended Hydrogen hydrogen Application add-on to add-on to Argon helium in percent in percent General protective gas light arc welding with no consumable electrode 15 20 General pipe welding 20 25 Pipe welding with a maximum 2.4 mm thick wall the welding point ........ 35 45 The second difference when using helium as the base gas is that the minimum flow rates were not as low as when using argon as the base gas, as illustrated by the information in the table below: Table II Minimal Gas flow speeds 1 H. Argon .......................... 425 Helium ........................ 850 Argon-hydrogen 85:15 ........................ 85 65:35 ........................ 85 Helium-hydrogen 75:25 ........................ 425 65:35 ........................ 425 The benefits of increased welding speed achieved through the use of hydrogen or a mixture of hydrogen are illustrated in Table III. For example, with a welding current of 160 A, the maximum achievable welding speed without the occurrence of undercuts was 102 cm per minute with argon alone, while it was 508 cm per minute when using hydrogen as a protective agent with approximately the same welding current. These high welding speeds result from the high voltage that is possible using the hydrogen-containing atmosphere. Also shown in Table III is that for a constant arc length the voltage for argon is 10 volts while it is 32 volts for hydrogen.

Die Wirkung des Zusatzes von Wasserstoff zu Argon bzw. Helium auf die Lichtbogenspannung ist durch die Kurven 58 und 60 veranschaulicht (Fig. 3), die bei einer Schweißgeschwindigkeit von 102 cm pro Minute auf einer 1,6 mm dicken, rostsicheren Stahlplatte bei 120 A Gleichstrom, negativer Elektrode und einer konstanten Lichtbogenlänge von 1,9 mm bei einer Durchflußmenge von 11321 pro Stunde erreicht wurden. Tabelle III Maximale Schweißgeschwindigkeit und Verhältnis der Gaskosten bei Verwendung verschiedener Atmosphären (Auftragsschweißung auf rostsicherer Stahlplatte) Geschwin- Strom Span- Kosten- Atmosphäre digkeit A nung Verhältnis cm/min V Argon............. 102 160 10 1 Helium ........... 152 175 16 0,67 65 % A - 35 % H2 . 279 170 19 0,08 65 % He - 30 0/0 H2 305 140 20,5 0,17 Wasserstoff ....... 508 140 32 0,03 Ein zusätzliches unerwartetes Ergebnis wurde erzielt, als Wasserstoff in Verbindung mit Argon verwendet wurde, indem die erforderliche Gasmenge bemerkenswert herabgesetzt werden konnte. Wie es oben in Tabelle II veranschaulicht ist, betrug die erforderliche Argonmenge 4251 pro Stunde, während bei Verwendung von 650/, Wasserstoff die erforderliche Menge nur 851 pro Stunde betrug. Ein anderes vorteilhaftes Ergebnis der Verwendung von wasserstoffhaltigen Atmosphären ist in der Kostenspalte der Tabelle III angegeben. Die Kosten bei Verwendung eines Gemisches von 65 °/o Argon - 35 % Wasserstoff liegen bei etwa 8 °/o der Kosten, wenn Argon verwendet wird, und die Kosten bei Verwendung von reinem Wasserstoff sind etwa 3 °/o der Kosten des Argons. Da der Zusatz des Wasserstoffs in allen Prozentsätzen die Spannung, wie graphisch in Fig. 3 gezeigt, erhöht, haben Zusätze von Wasserstoff von 1 bis 1000/, sowohl zu Argon als auch zu Helium einen vorteilhaften Effekt auf die Schweißgeschwindigkeit. Bei Verwendung der vorerwähnten speziellen Verfahren kann die Porosität unter Verwendung aller U"asserstoffzusatzverhältnisse unterbunden werden.The effect of adding hydrogen to argon and helium, respectively, on the arc voltage is illustrated by curves 58 and 60 (FIG. 3), which were obtained at 120 A at a welding speed of 102 cm per minute on a 1.6 mm thick, rustproof steel plate DC current, negative electrode and a constant arc length of 1.9 mm at a flow rate of 11321 per hour were achieved. Table III Maximum welding speed and ratio of Gas costs when using different atmospheres (Build-up welding on rustproof steel plate) Speed Current Span Cost Atmosphere A nformation Relation cm / min V Argon ............. 102 160 10 1 Helium ........... 152 175 16 0.67 65 % A - 35 % H2. 279 170 19 0.08 65% He - 30 0/0 H2 305 140 20.5 0.17 Hydrogen ....... 508 140 32 0.03 An additional unexpected result was achieved when hydrogen was used in conjunction with argon, in that the amount of gas required could be reduced remarkably. As illustrated in Table II above, the amount of argon required was 4251 per hour, while using 650 / hydrogen the amount required was only 851 per hour. Another beneficial result of the use of hydrogen-containing atmospheres is given in the cost column of Table III. The cost using a mixture of 65% argon - 35% hydrogen is about 8% the cost using argon and the cost using pure hydrogen is about 3% the cost of argon. Since the addition of hydrogen in all percentages increases the voltage as shown graphically in FIG. 3, additions of hydrogen from 1 to 1000% to both argon and helium have a beneficial effect on the welding speed. When using the special methods mentioned above, the porosity can be suppressed using all hydrogen addition ratios.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for gas-shielded arc welding of Workpieces made of rustproof, ferrous or non-ferrous material up to 5 mm Thickness at which a non-consumable electrode and a gas mixture of one inert monatomic. Gas and made up of more than 10 ° o hydrogen can be used thereby characterized in that the condensation of the water vapor on the workpiece is prevented, which by the connection of the hydrogen in the protective gas with the atmospheric or with the oxygen present as an impurity in the protective gas is.

2. The method according to claim 1, characterized in that in per se known Way the workpiece is preheated to over 93 ° C in front of the welding zone.

3. Procedure according to claim 1, characterized in that the arc in a manner known per se is inclined in such a way that its base point leads in the welding direction.

4. Procedure according to claim 1 for welding longitudinal seams in pipes, in which the through the Arc melted, opposing pipe edges through a behind The pair of rollers located at the point of the arc are pressed together and welded in the process «, Ground, characterized in that the condensed on the tube in front of the arc point and moisture vaporized by the arc through that formed between the edges Gap is discharged through by the electrode in a known manner the gap is placed just before the junction of the edges.

5. Procedure according to claim 4, characterized in that sheets in thicknesses of up to 2.4 mm by means of a gas mixture consisting of 35 "/, hydrogen and 65" /, argon, welded will.

6. The method according to claim 4, characterized in that sheet metal in thicknesses from 2.4 mm upwards to about 3.9 mm by means of a gas mixture consisting of 20 ° / o hydrogen and 80 ° / o argon.

7. The method according to claim 1, characterized in that an inert monatomic gas is used in a known manner that is a commercial grade of less than 20 parts oxygen per million and has less than 318 mg of water per m3. B.

Process according to Claims 1 to 6, characterized in that a gas mixture is used which consists of 650 /, argon and 350 /, hydrogen.

9. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a gas mixture is used which consists of 65% helium and 35% hydrogen. Documents considered: German Patent No. 935 688; Journal »> Metall :, April 1955, pp. 227 to 234; USA. Patents No. 1746191, 1746196. Journal “The Welding Journal, Aug. 1955, pp. 747 to 751.