DE1483417B2 - Schweissdraht aus stahl insbesondere fuer die automatische oder halbautomatische lichtbogenschweissung - Google Patents

Description

Bekanntlich müssen Schweißdrähte aus Stahl für die Lichtbogenschweißung eine besondere Oberflächenbehandlung erfahren, damit sie von den beim Drahtziehvorgang aufgebrachten Fettstoffen befreit und gegen Oxydation geschützt werden. Besondere Anforderungen in dieser Hinsicht stellt die Lichtbogenschweißung unter Schutzgas, wie Argon, Helium oder Kohlendioxid, und die hierfür zu verwendenden Drähte sind üblicherweise verkupfert.

Auf Grund der belgischen Patentschrift 519 788 und der deutschen Auslegeschrift 1 084 112 ist es bekannt, Schweißdraht aus Stahl für die Lichtbogenschweißung mit einem Zinküberzug zu versehen. Nach der belgischen Patentschrift erfolgt die Beschichtung durch Tauchen, galvanoelektrische Methoden, chemische Behandlung oder mechanisch, z. B. durch Versprühen mit der Spritzpistole. Die Überzüge haben dann eine Schichtstärke von 0,125 bis 1,25 mm. Die Auslegeschrift 1 084 112 enthält keine Mengenangaben bezüglich des vorgesehenen Metallüberzuges aus Aluminium und/oder Zink, die Dicke dieses Überzuges muß jedoch wie gemäß der belgischen Patentschrift beträchtlich sein, weil der Überzug beim Schweißen abspritzen und wie ein Schirm über dem Schweißgut den Zutritt von Sauerstoff verhindern soll und weil er außerdem die vorzeitige Schmelzung des dort für die Sinterhartmetallkörner verwendeten Bindemittels durch die Hitze verhindern soll, die in dem Stab infolge seiner schlechten elektrischen Leitfähigkeit erzeugt wird. Zinküberzüge in einer Dicke von mehr als 0,1 mm erzeugen aber schädliche Dämpfe in solcher Menge, daß die Verwendung des verzinkten Drahtes beim Schweißen sehr unangenehm ist, denn sowohl beim Schutzgasschweißen wie beim Unterpulverschweißen wird mit starkem elektrischem Strom gearbeitet, so daß stündlich eine große Schweißdrahtmenge verbraucht wird.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, unter Verwendung eines wesentlich dünneren Zinküberzuges einen sehr guten Korrosionswiderstand gegen die Atmosphäre in der Werkstatt oder auch im Freien zu erreichen und die Unannehmlichkeiten der bekannten Schweißdrähte aus Stahl mit heterogener Oberfläche, nämlich die Bildung von Blasen oder Lunkern in den Schweißnähten und einen unstabilen Lichtbogen zu vermeiden.

Überraschenderweise gelingt dies gemäß der Erfindung mittels eines Schweißdrahtes aus Stahl, dessen Zinküberzug 0,04 bis 0,5% des Gewichtes des Stahldrahtes beträgt, jedoch dicker als 0,1 μΐη ist. Vorzugsweise beträgt der mehr als 0,1 μΐη dicke Zinküberzug 0,08 bis 0,12% des Gewichtes des Stahldrahtes.

Gemäß DIN 8559, August 1964, Tabelle 2, betragen die genormten Schweißdrahtdurchmesser 0,6 bis 3,2 mm. Die Dicke eines Zinküberzuges von 0,5 Gewichtsprozent gemäß der Erfindung berechnet sich also wie folgt:

Beim größten Durchmesser des Schweißdrahtes von 3,2 mm beträgt sein Querschnitt π χ (1,6)² = 8,02 mm². Das Stahldrahtgewicht je Meter ist also gleich 100 χ 0,0802 χ 7,8 = 62,55 g/m und seine Oberfläche π χ 0,32 χ 100 = 100 cm². Ein Drahtüberzug von 0,5% Zink ergibt ein Gewicht von 62,55 χ 0,005

= 0,313 g/m, bzw. ein Volumen von = 0,044cm³.

Die Dicke des Überzuges entspricht demnach
= 0,00044 cm oder 4,4 μΐη.

Für den kleinsten Durchmesser der genannten DIN-Vorschrift, nämlich 0,6 mm, ist die Zahl 4,4 mit dem Quotienten der Querschnittsverhältnisse zum Verhältnis der Verhältnisse des Drahtumfanges zu multiplizieren, d. h.

0,6 λ²

3,2;

0,6

3,2

= 0,187.

Die Dicke des Zinküberzuges bei diesem dünnsten Draht ist also 4,4 χ 0,187 = 0,8 μΐη, also wiederum größer als 0,1 μηι, jedoch um mehrere Größenordnungen kleiner als die Schichtstärke des Zinküberzuges nach der genannten belgischen Patentschrift.

Diese wesentliche Verminderung des Zinküberzuges bedeutet nicht nur eine erhebliche Ersparnis und praktische Ausschaltung der Entstehung schädlicher Dämpfe beim Schweißen, sondern bietet neben einem sehr guten Korrosionswiderstand auch noch andere unvorhergesehene Vorteile: Der Zinkauftrag nach der Erfindung macht den Schweißbogen in einer Gasatmosphäre stabiler und verbessert die Schlackenverteilung. Die Schlacken werden unter anderem durch Oxide der im Stahl enthaltenen Elemente, z. B. Silicium und Mangan, erzeugt. Gewöhnlich bilden diese Schlakken Plättchen, die örtlich die Schweißnaht bedecken, wenn der nicht umhüllte Stahldraht nackt oder verkupfert ist. Mit den verzinkten Drähten gemäß der Erfindung sammeln sich die Schlacken zu beiden Seiten der Schweißnaht in zwei Randstreifen oder bilden einen zusammenhängenden Schleier auf der Nahtoberfiäche. Diese regelmäßigen Verteilungen stellen sich während des Fortschrittes des geschmolzenen Metallbades ein und haben die Wirkung, daß die Stelle des Kathodenfleckes des Schweißbogens stabilisiert wird, wenn, wie gewöhnlich, das Schweißstück als Kathode dient. Aus diesem Grunde kann es vorteilhaft sein, auch Drähte zu verzinken, die von Natur durch Luftkorrosion nicht verletzbar sind, wie Drähte aus nicht oxydierendem Stahl.

Bei den Drähten nach der Erfindung ist das Zink in so kleinem Prozentsatz vorhanden, daß die erhaltenen Schweißungen nicht brüchig wurden, und es wird auch kein Rauch entwickelt, der für den Schweißer lästig sein würde, was bei Drähten, die durch Eintauchen in ein geschmolzenes Zinkbad verzinkt sind, nicht der Fall sein würde.

Ein Schweißdraht aus Stahl mit einem Zinküberzug gemäß der Erfindung ist besonders für automatische oder halbautomatische Schweißung verwendbar, er kann als Elektrode für die Lichtbogenschweißung sowie als Auftragsmetall für Lichtbogenschweißung und Autogenschweißung verwendet werden. Die beliebig langen Drähte können in automatischen oder halbautomatischen Maschinen gebraucht werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung sei nachstehend als Beispiel beschrieben.

Der zu verzinkende Schweißdraht wird zunächst entfettet und abgebeizt, z. B. durch Oxydation und Reduktion oder in einem Bad auf Grundlage von Kalium- oder Natriumcyanid. Auch kann man ihn unmittelbar vor der Verzinkung in kontinuierlicher Weise elektrolytisch abbeizen.

Den so gereinigten Draht läßt man in einen Kasten eintreten, der je Liter Wasser ungefähr 240 g ZnSO₄ · 7 H2O und ungefähr 30 g MgSO₄ · 7 H₂O und eine gewisse Menge Schwefelsäure von ungefähr 1 g enthält, die den pH-Wert auf annähernd 3 herabsetzt.

Der pH-Wert soll nicht unter 2 sinken und nicht über 4 ansteigen.

Als Anoden verwendet man Elektrolytzinkplatten, die gegebenenfalls ein wenig Aluminium oder Quecksilber enthalten können. Diese Platten können zu einem U gebogen sein, um den Draht auf einem Abstand von ungefähr 15 mm zu umgeben. Der Schweißdraht dient als Kathode. Bei einem Draht von 1,2 mm Durchmesser, der auf eine Länge von 1,2 m und nahe den Anoden auf eine Länge von 1 m eingetaucht ist, kann man eine Stromstärke von 40 Amp. und eine Vorschubgeschwindigkeit von 100 m/Min, anwenden. Man kann auch von diesen Zahlen werten beträchtlich abweichen, indem man die Stromdichte zwischen 130 und 10 Amp. je dm² eingetauchter Drahtoberfläche hält; 40Amp./dm² ist eine gute Lösung. Die Drahtgeschwindigkeit hängt besonders von der Stromdichte und der eingetauchten Drahtlänge ab. Sie soll nicht weniger als 20 m/Min, betragen und vorzugsweise in der Größenordnung von 300 m/Min, liegen, um eine ausreichende Durchmischung am Kontakt mit dem Draht hervorzurufen.

Das Bad ist bei Umgebungstemperatur verwendbar. Der elektrische Stromdurchgang erhöht ein wenig seine Temperatur, was harmlos ist.

Die Leistung eines Kastens von gegebener Länge kann dadurch gesteigert werden, daß man mehrere Drähte gleichzeitig durchgehen läßt, und auch indem man die Drahtgeschwindigkeit dadurch erhöht, indem man ihn ein oder mehrere Schleifen bilden läßt, damit der Draht ausreichend lange der Elektrolyse ausgesetzt wird. Nach dieser Elektrolysebehandlung wird der Draht gewaschen, getrocknet und auf handelsübliche Haspeln gebracht.

Vergleichsversuche mit Stahldrähten aus derselben chemischen Zusammensetzung und in derselben Weise gezogen, aber ohne Verzinkung haben bewiesen, daß der Widerstand der verzinkten Drähte gegen atmosphärische Korrosion erheblich besser ist als derjenige von verkupferten Drähten unter den besten Bedingungen, daß die bei der Lichtbogenschweißung unter Gasatmosphäre erzeugten Schweißnähte mit verzinkten Drähten ein besseres Aussehen haben und regelmäßiger sind, daß die Dichtigkeiten der in einem einzigen Durchgang vollzogenen Schweißungen derselben Größenordnung sind, daß aber Schlackeneinschlüsse bei den Schweißungen, die in. mehreren Durchgängen mit einem verzinkten Elektrodendraht gemäß der Erfindung vorgenommen wurden, leichter zu vermeiden sind. Die mechanischen Eigenschaften der Verbindungen sind andererseits völlig gleichwertig, so daß also im Ergebnis die gemäß der Erfindung behandelten Drähte nur Vorteile ohne irgendeinen Mangel gegenüber den verkupferten Drähten bieten.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schweißdraht aus Stahl mit einem Zinküberzug, insbesondere für die automatische oder halbautomatische Lichtbogenschweißung, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinküberzug 0,04 bis 0,5% des Gewichtes des Stahldrahtes beträgt, jedoch dicker als 0,1 μΐη ist.

2. Schweißdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mehr als 0,1 μΐη dicke Zinküberzug 0,08 bis 0,12% des Gewichts des Stahldrahtes beträgt.