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Verfahren zur Herstellung von mit Aluminium beschichteten Schweißelektroden
aus Eisen- oder Stahldraht Die Erfindung betrifft die Herstellung von mit Aluminium
beschichteten Eisen- oder Stahldraht-Elektroden für die Schmelzschweißung.
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Eine der bei der Schweißung mit abschmelzenden Elektroden, die dabei
das niedergelegte Schweißgut liefern, auftretenden Schwierigkeiten ist die Porosität
des abgeschmolzenen Materials, wodurch die Festigkeit der Schweißung verringert
wird. Da Aluminium ein bekanntes Deoxydationsmittel ist, wurde der Vorschlag gemacht,
der Schweißelektrode Aluminium zuzusetzen, in welchem Fall jedoch Schweißwerkstoffe
auf Eisenbasis nicht mehr verformt oder zu Draht von der gewünschten Stärke gezogen
werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, brauchbare Schweißelektroden
durch Überziehen von Eisen-oder Stahldraht mit Aluminium herzustellen.
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Das Überziehen von Gegenständen aus Eisen oder Stahl, insbesondere
auch von Drähten mit Aluminium oder dessen Legierungen ist an sich bekannt.
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So wird in der deutschen Patentschrift 748 211 als bekannt angegeben,
Schweißdrähte für die Lichtbogenschweißung nach dem Diffusionsverfahren mit Aluminium
zu überziehen. Aus der Zeitschrift »Draht-Welt«, 1939, S.175, ist es bekannt, Draht
mit Aluminium zu überziehen und zur Erzielung hoher Zugfestigkeiten anschließend
kalt zu walzen oder kalt zu ziehen.
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Aus der französischen Patentschrift 975 546 ist es bekannt, Eisenmetalle
durch Eintauchen in eine Aluminiumschmelze mit Aluminium zu überziehen, wobei das
Eisenerzeugnis zuerst an seiner Oberfläche gereinigt, darauf in einer nicht oxydierenden
Schutzgasatmosphäre, z. B. einer solchen aus 75% Wasserstoff und 25 % Stickstoff,
auf die Temperatur der Aluminiumschmelze erhitzt, dann in die Schmelze getaucht
und schließlich herausgenommen und erkalten gelassen wird. Die Verwendung einer
Schutzgasatmosphäre aus dissoziierten Ammoniak beim Überziehen von Eisendraht mit
Aluminium oder Aluminiumlegierungen ist ferner aus der schweizerischen Patentschrift
271946 bekannt.
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Auch die besonderen, beim Überziehen von Metallen mit Aluminium bzw.
Aluminiumlegierungen anzuwendenden Temperaturen sind bekannt. So ist es aus den
bekanntgemachten Unterlagen der deutschen Patentanmeldung V 4656 VI/48b bekannt,
Einsatzteile aus Eisen oder Stahl für den Guß von Werkstücken aus Aluminium oder
Aluminiumlegierungen mit Aluminium zu überziehen, wobei die Werkstücke zunächst
in eine auf 830 bis 880° C gehaltene Aluminiumschmelze und dann zwecks Abkühlung
in eine auf 540 bis 675° C gehaltene Schmelze aus einer Aluminium-Silicium-Legierung
getaucht werden. Gemäß der österreichischen Patentschrift 178 778 wird Eisendraht
mit Aluminium überzogen, indem er in eine auf 665,5 bis 687°'C gehaltene Aluminiumschmelze
getaucht wird. In der USA.-Patentschrift 2 543 936 werden zu dem gleichen Zweck
Temperaturen von 593 bis 704° C empfohlen.
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In modernen, kontinuierlich arbeitenden Schweißmaschinen wird der
Elektrodendraht fortlaufend durch einen Schweißkopf zugeführt, in welchem er in
gleitendem elektrischem Kontakt mit einer Muffe steht, über welche der Schweißstrom
zum Draht gelangt. Die Elektrodenoberfläche muß daher glatt und abriebfest sein.
Um seinen Zweck als Elektrode vollkommen erfüllen zu können, muß der aluminiumummantelte
Draht außerdem nicht nur eine glatte Oberfläche aufweisen, sondern der Aluminiumüberzug
muß auch von gleichmäßiger Dicke sein.
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In der Zeitschrift »Metallurgia«, Bd.48 (1953), wird auf S. 108 festgestellt,
daß durch Tauchen in einem Aluminiumbad, das sich unter einer Schutzgasatmosphäre
aus Wasserstoff und Stickstoff befindet, erzeugte Aluminiumüberzüge sichtbar unvollkommen
sind und selbst an Stellen, die für das bloße Auge ein tadelloses Aussehen haben,
unter dem Mikroskop
beträchtliche Ungleichmäßigkeiten im überzug#
aufweisen. " " Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man gleichmäßig mit
Aluminium überzogene Schweißelektroden nach, dem bekannten Tauchaluminierungsverfahren
-erhält, die sich auch bei mikroskopischer Untersuchung als tadellos erweisen, wenn
das Elektrodenmateriäl- vor dem Eintauchen in das Bad in einer Atmosphäre -aus dissoziiertem
Ammoniak auf die Temperatur des Aluminiumbades vorerhitzt und der Durchmesser des
ummantelten Materials nach dem Erstarren durch Kaltziehen um mindestens 10% verringert
wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schweißelektroden
aus Eisen- oder Stahldraht nach einem für das .überziehen von Metallen mit Aluminium
an sich -bekannten Verfahren des Eintauchens des Elektrödenmaterials in ein vorwiegend
aus geschmolzenem Aluminium bestehendes Bad, wobei das Elektrodenmaterial zunächst
an seiner Oberfläche gereinigt, darauf in einer nicht oxydierenden Atmosphäre auf
die Temperatur des Aluminiumbades im Bereich. von 660 bis 705° C erhitzt, darauf
in das Bad getaucht und schließlich herausgenommen und erkalten gelassen wird, ist
dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des Elektrodenmaterials auf die Temperatur
des Aluminiumbades in einer Atmosphäre aus dissoziiertem Ammoniak erfolgt und der
Durchmesser des ummantelten Materials nach dem Erstarren- durch Kaltziehen um mindestens
10 % verringert wird.
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Vorzugsweise wird -die Eintauchzeit hierbei so bemessen, daß ein überzug
mit einem Gewicht von weniger als 125 g/m2 auf der- Elektrodenoberfläche entsteht.
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Erfindungsgemäß kann das zur Tauchaluminierung verwendete Bad außer
Aluminium in an sich bekannter Weise 2 bis 12,5% Silicium enthalten.
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Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
von Schweißelektroden aus Eisen- oder Stahldraht nach einem für das überziehen von
Metallen mit Aluminium an sich bekannten Verfahren des Eintauchens des Elektrodenmaterials
in ein vorwiegend aus geschmolzenem Aluminium bestehendes Bad, welches 2 bis 12,5%
Silicium enthält, wobei das Elektrodenmaterial zunächst an seiner Oberfläche gereinigt,
darauf in einer nicht oxydierenden Atmosphäre auf die Temperatur des Aluminierungsbades
im Bereich von 595 bis 705° C erhitzt, darauf in das Bad getaucht und schließlich
herausgenommen und erkalten gelassen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen
des Elektrodenmaterials auf die Temperatur des Aluminiumbades in einer Atmosphäre
aus dissoziiertem Ammoniak erfolgt und der Durchmesser des ummantelten Materials
nach dem Erstarren durch Kaltziehen um mindestens 10% verringert wird.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Eintauchzeit so
bemessen, daß ein Überzug mit einem Gewicht von weniger als 95 g/m2, vorzugsweise
von 31,5 bis 69 g/m2, auf der Elektrodenoberfläche entsteht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zu umhüllende Draht nach
üblichen Verfahren gereinigt, etwa durch Erhitzen an der Luft oder in einer Bleipfanne
zum. Abbrennen aller Schmiermittel, und in einer Säurelösung zur Entfernung von
Oxyd gebeizt. Er wird dann rasch in eine Atmosphäre aus dissoziiertem Ammoniak gebracht
und darin erhitzt, worauf er, immer noch durch diese Atmosphäre geschützt, in die
Aluminiumschmelze gelangt. Das Bad besteht außer den üblichen Verunreinigungen aus
Aluminium oder enthält bis zu 12,5 0/a Silicium, um die Bildung der spröden, intermetallischen
Eisen-Aluminium-Legierung herabzumindern. Wenn Silicium verwendet wird, beträgt
dessen Menge mindestens 2%, vorzugsweise 2 bis 8%, insbesondere 4%. Wenn die Schmelze
aus reinem Aluminium besteht, wird sie auf einer Temperatur zwischen 660 und 705°
C, vorzugsweise auf 677° C, gehalten. Bei Siliciumzusatz zur Schmelze wird diese
auf einer Temperatur zwischen 595 und 705° C, vorzugsweise auf 677° C, gehalten.
Der auf diese Weise ummantelte Draht wird dem Schmelzbad entnommen, worauf der Mantel
erstarren kann.
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Nach dem Erstarren wird der Durchmesser des ummantelten Drahtes durch
Kaltziehen um mindestens 10% seiner Querschnittsfläche reduziert.
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Die zur Herstellung der Schweißelektroden gemäß der Erfindung zu verwendenden
Drähte können aus Eisen oder Stahl bestehen. Ein geeigneter Werkstoff ist z. B.
ein Eisen mit niedrigem Metalloidgehalt, das die folgenden Fremdelemente enthält:
| bis zu 0,05% Kohlenstoff, |
| bis zu 0,17% Mangan, |
| bis zu 0,025 % Phosphor, |
| bis zu 0,035% Schwefel, |
| bis zu 0,03 0/ö Silicium, |
| bis zu 0,059/o Kupfer. |
Es wurden mit Erfolg Elektroden mit Reinaluminiummantel von folgender Zusammensetzung
hergestellt:
| 0,05% Kohlenstoff, |
| 0,129/o Mangan, |
| 0,012% Phosphor, |
| 0,035% Schwefel, |
| 0,01% Silicium, |
| Rest Eisen und Verunreinigungen. |
Ein aus der genannten Stahlsorte hergestellter 3,175 mm dicker Draht wurde zur Entfernung
aller Schmiennittelrückstände an der Luft erhitzt und darauf in 10%iger Salzsäure
gebeizt. Dann wurde der Draht in heißem Wasser gespült und in eine Atmosphäre von
dissoziiertem Ammoniak gebracht, wo er auf 675° C erhitzt wurde. Ohne daß er der
Luft ausgesetzt wurde, wurde der Draht dann in ein Schmelzbad aus - von verunreinigenden
Bestandteilen abgesehen - praktisch reinem Aluminium eingeführt, das auf 675° C
gehalten wurde. Die Eintauchzeit wurde so bemessen, daß ein Elektrodenmantel mit
einem Gewicht von 95 g/m2 erzeugt wurde. Nach dem Erstarren wurde der Durchmesser
des ummantelten Drahtes durch Kaltziehen um 11% reduziert.
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Es wurden auch mit Erfolg Drähte mit einem Durchmesser von 2,38 mm
aus einer Stahlcharge nachstehender Zusammensetzung mit einem siliciumhaltigen Aluminiummantel
versehen:
| 0,14% Kohlenstoff, |
| 0,99 % Mangan, |
| 0;0209/o Phosphor, |
| 0,019% Schwefel, |
| 0,37% Silicium, |
| Rest Eisen und Verunreinigungen. |
Der Draht wurde durch Erhitzen an der Luft unter Abbrennen flüchtiger
Schmiermittel gereinigt, dann in 10%iger Salzsäure gebeizt, in heißem Wasser gespült
und in einer Atmosphäre von dissoziiertem Ammoniak auf 675° C erhitzt. In der gleichen
Schutzgasatmosphäre wurde der Draht in eine Schmelze aus einer Aluminiumlegierung
mit 3 0/0 Siliciumgehalt bei einer Temperatur von 675° C getaucht, wobei die Tauchzeit
so bemessen wurde, daß ein Überzug mit einem Gewicht von 60 g/m2 erzeugt wurde.
Nach dem Erstarren wurde die Querschnittsfläche des ummantelten Drahtes durch Kaltziehen
um 11% reduziert, so daß eine glatte, gleichmäßig ummantelte Elektrode erhalten
wurde.
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Beim Schweißen mit den erfindungsgemäß hergestellten Elektroden können
hohe Stromstärken angewandt werden, da Aluminium ein besserer Leiter ist als Eisen.
Dies ermöglicht die Erzielung hoher Schweißgeschwindigkeiten. Das Aluminium bewirkt
ferner eine höhere Schmelzflüssigkeit des abgeschmolzenen Schweißgutes und dieses
seinerseits durch den Desoxydationseffekt die Erzielung gleichmäßiger Schweißnähte,
die weit weniger porös sind, besonders bei »automatischen« Schweißvorgängen, bei
denen der Lichtbogen durch ein Schutzgas abgeschirmt oder das Schweißgut unter einer
Flußmittelhülle abgeschmolzen wird.