DE1508342C

DE1508342C - Schweißungsverhinderndes Gemisch

Info

Publication number: DE1508342C
Authority: DE
Inventors: George J. Milford; Poulton John W. H. Wallington; Cronan William L. East Haven; Conn. Jagaciak (V.St.A.)
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp

Description

Die Erfindung betrifft ein schweißungsverhinderndes Gemisch zur Erzielung von unverschweißten Zonen bei Metallverarbeitungsverfahren.

Beim kalten oder heißen autogenen Verschweißen zweier Metallteile (Preß' oder Walzschweißyerfahren) können nachfolgende Verarbeitungsstufen die Herstellung von unverschweißten Zonen erforderlich machen. Diese unverschweißten Zonen werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß man zwischen die zu verschweißenden Metallteile ein die Schweißung verhinderndes Material einbringt.

Nach der Schweißung können die unverschweißten Gebiete mittels einer Druckflüssigkeit einem Innendruck ausgesetzt werden, um das von dem schweißungsverhindernden Material bedeckte Gebiet der Metallteile aufzuweiten. Dieses Verfahren ermöglicht die einfache Herstellung von Metallkörpern, ζ. Β. Wärmeaustauschern, die aus einer mehrschichtigen Platte mit dazwischen angeordneten Kanälen bestehen.

Im allgemeinen wird als schweißungsverhinderndes Material plättchenförmiger Graphit verwendet, der auf die Oberfläche des Metalls in dem gewünschten Muster mittels eines Siebs aus Seide oder einem Polyamid aufgetragen wird. Dieses Verfahren macht erforderlich, daß das die Schweißung verhindernde Material bestimmte physikalische Eigenschaften aufweist. Die .Morphologie und die Kristallstruktur des Materials müssen ein leichtes Extrudieren und Aufbringen des schweißungsverhindernden Materials durch die Öffnungen des Siebs unter der Scherkraft eines von Hand bedienten Quetschers ermöglichen. Darüber hinaus muß das schweißungsverhindemde Material an dem Metall ausreichend haften, damit es sich beim Entfernen des Siebs nicht zusammen mit diesem ablöst und in den mit einem Muster versehenen Gebieten des Metalls unbedeckte Stellen zurückläßt. _x

Die Schicht des schweißungsverhindernden Materials muß außerdem gleichmäßig sein und die ge- wünschte Oberfläche des Metalls gänzlich bedecken und, falls erforderlich, Ecken ausfüllen und gerade Kanten bilden.

Ein weiteres Kennzeichen eines brauchbaren schweißungsverhindernden Materials besteht darin, daß die auf dem Metall aufgebrachte Schicht des Materials beim Trocknen bei niedriger Temperatur nicht absplittert oder reißt. Das schweißungsverhindemde Material darf sich auch beim Erhitzen bei hoher Temperatur vor den weiteren Schweiß- und Verarbeitungsstufen nicht zersetzen oder absplittern. Darüber hinaus muß sich das schweißungsverhindemde Material beim Herunterwalzen des Metalls unter Druck derart ausdehnen, daß eine völlige Abdeckung des Musters gewährleistet ist und das Verschweißen der beiden Metalloberflächen, zwischen denen das schweißungsverhindemde Material aufgebracht ist, am wirksamsten verhindert wird.

Wie aus vorstehendem ersichtlich, werden an ein schweißungsverhindemdes Material zahlreiche, hohe Anforderungen gestellt. Ein schweißungsverhindemdes Material auf der Grundlage von Graphit wird zwar allen vorstehenden Anforderungen gerecht, jedoch muß das schweißungsverhindemde Material bef manchen Anwendungsgebieten für verschweißte Metallkörper mit unverschweißten Zonen nicht nur die vorstehenden Eigenschaften aufweisen, sondern außerdem gegenüber Aluminium galvanisch neutral sein, vor allem in wäßrigem Medium. Graphit ist wegen seiner korrosionsfördernden Eigenschaft, insbesondere in wäßrigem Medium, als Bestandteil eines schweißungsverhindemden Materials nicht erwünscht, da es ein starker kathodischer Depolarisator ist und in wäßrigem Medium in Gegenwart von Aluminium dazu neigt, die elektrochemischen Vorgänge zu beschleunigen, auf Grund derer das Metall durch Punktkorrosion zerstört wird. Weiterhin existiert trotz spezieller Reinigungsverfahren keine praktisch durchführbare Methode, mittels derer das schweißungsverhindemde Material auf der Grundlage von Graphit von dem verschweißten Metallkörper gänzlich entfernt werden kann.

Aus der deutschen Patentschrift 885 237 ist ein Trennmittel zur Verhinderung des Zusammenschweißens beim gleichzeitigen Heißwalzen mehrerer zu Paketen zusammengefaßter Walzgutstücke bekannt, das indifferente feinpulverige Metalloxyde und/oder Silikate mit einem über der Erhitzungstemperatur des Walzgutes liegenden Schmelzpunkt in Mischung mit Cellulonäthern oder -estern als Bindemittel und ein flüchtiges nichtaromatisches Lösungsmittel enthält. Als Metalloxyd kann unter anderem Titanoxyd verwendet werden. Das Trennmittel eignet sich besonders bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl, während es für Aluminium wegen seines Gehaltes an organischen Verbindungen ungeeignet ist. Bekanntlich nimmt Aluminium z. B. unter den beim Walzschweißen herrschenden Temperaturen sehr leicht Kohlenstoff unter Bildung voji Aluminiumcarbid auf.

Zweck der Erfindung ist es, ein neues, verhältnismäßig billiges und leicht großtechnisch anwendbares schweißungsverhindemdes Material zu schaffen, das den an ein herkömmliches derartiges Material gestellten Anforderungen entspricht, und außerdem gegenüber Aluminium galvanisch neutral ist, insbesondere in wäßrigem Medium.

Demgemäß betrifft die Erfindung ein schweißungsverhinderndes Gemisch, bestehend aus einer wäßrigen Dispersion aus 5 bis 60 Gewichtsprozent Titandioxyd, 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Bentonit, 0,10 bis 4 Gewichtsprozent Magnesiummontmorillonit, Rest Wasser.

Das Titandioxyd ist ein Hauptbestandteil des erfindungsgemäßen Gemisches und ist vorzugsweise in einer Menge von 15 bis 40 Gewichtsprozent, im Gemisch enthalten. Vorzugsweise wird ein in. Wasser dispergierbares Titandioxyd verwendet. Das Titandioxyd kann zwar allein in Wasser dispergiert werden, so daß eine Paste gebildet wird, die sich durch ein Sieb extrudieren läßt, jedoch ist ein derartiges Gemisch hierfür nicht besonders gut geeignet, da es schnell trocknet und dadurch das Sieb verstopft. Darüber hinaus splittern Muster eines schweißungsverhindemden Gemische aus einer Titandioxyd-Wasser-Dispersion allein während der Trocken- und Vorwärmzyklen vor dem Schweißen.

Um diese Schwierigkeiten zu beheben, wird das Titandioxyd vor dem Mischen mit Wasser mit Bentonit trocken vermischt. Das Bentonit ist vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 3 Gewichtsprozent im Gemisch enthalten. Bentonit ist ein hydrophiles Material, das als Bindemittel dient.

Enthält das schweißungsverhindemde Gemisch weniger als 0,5% Bentonit, so splittert es beim Trocknen, vor allem in der Hitze. Ist mehr als 5 °/o Bentonit

in dem schweißungsverhindernden Gemisch anwesend, so steigt der zum Trennen der mit dem schweißungsverhindernden Gemisch bedeckten Metallflächen erforderliche Druck rasch an, wodurch die Schweißverhinderungsfähigkeit des Gemisches abnimmt.

Um die Plastizität des schweißungsverhindernden Gemisches weiter zu verbessern, enthält das Gemisch nach der Erfindung Magnesiummontmorillonit in einer Menge von 0,10 bis 4 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,25 bis 1,5 Gewichtsprozent. Dieser Stoff wirkt als Geliermittel, ähnlich wie Gelatine oder kautschukartige Stoffe, ist jedoch ein anorganischer Stoff, enthält keinen Kohlenstoff und wird mikrobiologisch nicht abgebaut. Darüber hinaus bewirkt das Magnesiummontmorillonit die pH-Stabilität der schweißungsverhindernden Paste während der Lagerung.

Der Magnesiummontmorillonitbestandteil des erfindungsgemäßen schweißungsverhindernden Gemisches wird vorzugsweise in Form eines Gels verwendet, das die gewünschte Menge an Magnesiummontmorillonit und Rest Wasser enthält und vor der Herstellung des erfindungsgemäßen Gemisches in einem Rührwerk mit hoher Scherkraft gemischt wird. Die trockene, vorgemischte Titandioxyd-Bentonit-Komponente kann entweder einfach zu dem Gel zugegeben werden, oder das Gel wird mit dem Titandioxyd-Behtonit-Gemisch in einem Rührwerk mit hoher Scherkraft vermischt. Gewünschtenfalls kann noch Wasser zugegeben werden.

Es wurde festgestellt, daß es bei der Herstellung eines wirksamen schweißungsverhindernden Gemisches schwierig ist, stets gleichmäßige Chargen des Gemisches herzustellen, da Titandioxyd die Eigenschaft hat, besonders bei trockenem Mischen der Bestandteile auszuflocken.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß durch Einverleibung von 0,10 bis 10 Gewichtsprozent Siliciumdioxyd, vorzugsweise 0,1 bis 1 Gewichtsprozent, kolloidalem Siliciumdioxyd, in die trockenen Bestandteile des erfindungsgemäßen Gemisches eine homogenere Mischung erzielt wird, wodurch eine besonders gute Gleichmäßigkeit des Verhaltens des schweißungsverhindernden Gemisches im Gebrauch erzielt wird.

Es wurde gefunden, daß das erfindungsgemäße schweißungsverhindernde Gemisch vorzugsweise eine Viskosität von 32000 bis 5000OcP bei 22,22° C aufweisen soll.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Erfindungsgemäße schweißungsverhindernde Gemische werden hergestellt durch Trockerimischen von Titandioxyd, Bentonit und kolloidalem Siliciumdioxyd in den gewünschten Mengen, Zugabe von , Magnesiummontmorillonit in der gewünschten Menge in Form eines wasserhaltigen Gels, Zugabe der gewünschten Menge Wasser und anschließendes Rühren des Gemisches in einem Rührwerk mit hoher Scherkraft. Die schweißungsverhindernden Gemische haben folgende Zusammensetzungen:

Tabelle I

IO

Bestandteil 15	Schweißungs- verhinderndes Gemisch I,' Gewichts prozent	Schweißungs- verhinderndes Gemisch II, Gewichts prozent
TiO₂	31,2 1,56 0,33 0,67 Rest	33,2 1,66 0,36 0,71 Rest
Bentonit !..'... Magnesiummontmorillonit 2o SiO,
Wasser

Die Trenndrücke für die beiden schweißungsverhindernden Gemische werden ermittelt. Der Trenn-

a5 druck ist ein Kriterium für die Bestimmung der Schweißverhinderungsfähigkeit und wird auf nachstehend beschriebene Weise ermittelt. Die verwendeten Platten bestanden aus einer Aluminiumlegierung mit maximal 1 % Silicium und Eisen, 0,20 % Kupfer, 0,05% Mangan, 0,10% Zink, 0,0008% Beryllium, Rest mindestens 99,00 % Aluminium (Aluminiumlegierung 1100 der US-Aluminium Association). Die Platten werden entfettet und mit einer Drahtbürste gebürstet. Die schweißungsverhindernden Gemische werden durch ein Sieb aus Seide in dem gewünschten Muster auf eine der Platten aufgebracht und getrocknet. Anschließend wird eine zweite Platte darübergelegt und der Aufbau punktgeschweißt. Der Aufbau wird auf 510⁰C erhitzt, warm um 65% und kalt um 30 % heruntergewalzt und anschließend 20 Minuten bei 343° C geglüht.

Der Rand der verschweißten Platten wird abgeschnitten und eine Nadel zur Aufweitung des Musters in das Einlaßrohr des Musters eingeführt. Die beiden verschweißten Platten werden hierauf von Hand hydraulisch an den Stellen, die mit dem schweißungsverhindernden Muster bedeckt sind, aufgeweitet.

Der zu Beginn der Aufweitung erforderliche hydraulische Initialdruck wird als Trenndruck bezeichnet. Je höher dieser Trenndruck ist, desto geringer ist die Schweißverhinderungsfähigkeit des schweißungsverhindernden Gemisches.

Die erforderlichen durchschnittlichen Trenndrücke (ermittelt aus drei Versuchen) für die vorstehenden schweißungsverhindernden Gemische betrugen:

Gemisch I = 56,25 kg/cm² Gemisch II = 54,49 kg/cm².

Versuche mit den beiden schweißungsverhindernden Gemischen ergaben darüber hinaus, daß die Gemische im Gegensatz zu Graphit gegenüber Aluminium in wäßrigem Medium neutral sind. Beide Gemische weisen außerdem die vorstehend genannten günstigen Eigenschaften graphitischer schwei- ßungsverhindernder Materialien auf, z. B. leichte Extrudierbarkeit durch ein Sieb aus Seide, ausreichende Haftung auf Metall, gleichmäßige Vertei lung, kein Splittern, Reißen oder Zersetzen des Gemisches beim Trocknen oder Erhitzen, Ausdehnung des Gemisches beim Herunterwalzen der Platten unter Druck, so daß eine völlige Abdeckung des Musters erhalten bleibt.

Beispiel, 2

Im vorliegenden Beispiel wird das Verhältnis: von Trenndruck zum Prozentsatz, der Dickenverminde-

rung während des Warmwalzens untersucht und der durch die Zugabe von Siliciumdioxyd erzielte günstige Effekt erläutert. Die verwendeten schweißungsverhindernden Gemische waren Gemisch I und ein Gemisch IA, das dem Gemisch I entspricht, jedoch kein Siliciumdioxyd enthält.

F i g. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Trenndrücke für die schweißungsverhindernden Gemische I und IA. Dabei wird der Trenndruck auf den Prozentsatz der Dickenverminderung bei einer konstanten Walztemperatur von 510⁰C bezogen.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß beide Gemische I und IA günstige Werte für die Trenndrücke aufweisen. Weiterhin ist aus F i g. 1 ersichtlich, daß die Zugabe von kolloidalem Siliciumdioxyd in einem Bereich von 55 bis 70% der Dickenverminderung eine Verringerung der Werte für die Trennstücke im Mittel um etwa 7,03 kg/cm² bewirkt.

Beispiel 3

Im vorliegenderTBeispiel wird das Verhältnis von Trenndruck zu Wassergehalt (in %) untersucht. Es werden die schweißungsverhindernden Gemische I und IA verwendet, und das Verfahren von Beispiel 1 unter Variierung des Wassergehalts wird angewendet. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in F i g. 2 und 3 graphisch dargestellt. F i g. 2 und 3 zeigen das Verhältnis von Trenndruck zu Wassergehalt (in %) und außerdem die Zone, in der sich die schweißungsverhindemden Gemische am besten durch ein Sieb extrudieren lassen. Diese Zone ist durch die Pfeile angedeutet und gibt die günstigste Extrudierbarkeit hinsichtlich Abdeckung des Musters, Mustergenauigkeit und Handhabung des schweißungsverhindernden Gemisches an. Aus F i g. 2 und 3 ist ersichtlich, daß das Gemisch I (vgl. F i g. 3), das kolloidales Siliciumdioxyd enthält, eine größere Gleichmäßigkeit der Werte für die Trenndrücke im erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereich des Gemisches aufweist als das Gemisch IA (vgl. Fig. 2). Aus einem Vergleich der Fig. 2 und 3 ist weiterhin ersichtlich, daß die Zugabe von kolloidalem Siliciumdioxyd zu dem schweißungsverhindernden Gemisch IA bewirkt, daß dem Gemisch geringere Mengen Wasser zur Erzielung eines durch ein Sieb extrudierbaren schweißungsverhindernden Gemisches zugesetzt werden

ίο müssen. Dadurch ist der Feststoff gehalt des schweißungsverhindernden Gemisches I höher, wodurch eine bessere Gleichmäßigkeit und Abdeckung des Musters und somit niedrigere Trenndrücke erzielt werden. Weiterhin ist ersichtlich, daß bei dem schweißungsverhindernden Gemisch I (vgl. F i g. 3) der Bereich der optimalen Extrudierbarkeit vergrößert wird und daß die Trennstücke über einen weiten Bereich des Wassergehalts stabil sind. Dadurch wird das Anwendungsgebiet für das schweißungs-

ao verhindernde Gemisch vergrößert.

Beispiel 4

Das vorliegende Beispiel erläutert die Wiederholbarkeit und die Zeitstabilität der erfindungsgemäßen schweißungsverhindernden Gemische. Bei diesem Beispiel wurden acht Chargen des schweißungsverhindernden Gemisches I an acht aufeinanderfolgenden Tagen mit jeweils einer Charge pro Tag hergestellt. An jedem Tag wurde der Trenndruck gemäß Beispiel 2 für jede der jeweils" vorliegenden Chargen des schweißungsverhindernden Gemisches ermittelt, d. h. am ersten Tag wurde Charge A hergestellt und getestet, am zweiten Tag wurde die zweite Charge B hergestellt, und die Chargen A und B wurden getestet, usw.

Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle aufgeführt.

Tabelle II

Charge	1	2	Trenndrücke am Testtag, kg/cm«	3	4	5	6	7	8
	63,28	49,22	42,19	56,25	45,7	49,22	52,73	56,25
A	49,22	66,79	49,22	56,25	35,15	52,73	52,73	28,12
	59,76	70,3	56,25	56,25	63,28	52,73	59,76	45,7
		63,28	56,25	63,28	52,73	52,73	45,7	42,19
B		56,25	52,73	63,28	56,25	56,25	49,22	49,22
		52,73	56,25	59,76	63,28	59,76	52,73	42,19
			52,73	49,22	49,22	59,76	70,3	¹ 49,22
C			56,25	56,25	56,25	59,76	42,19	49,22
		/	52,73	63,28	63,28	84,37	49,22	45,7
				63,28	63,28	49,22	59,76	49,22
D				63,28	73,82	49,22	59,76	38,67
				59,76	56,25	63,28	63,28	49,22
					73,82	59,76	63,28	56,25
E					70,3	59,76	56,25	52,73
					56,25	59,76	52,73	59,76
						56,25	56,25	42,19
F						59,76	56,25	49,22
						63,28	45,7	49,22
							66,79	45,7
^v - -G ■ ·							49,22	49,22
							49,22	52,73
							.■	52,73
H								56,25
								52,73

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen deutlich die Wiederholbarkeit des Trenndrucks und der Zeitstabilität über einen Zeitraum von 8 Tagen.

Claims

Patentansprüche:

1. Schweißungsverhinderades Gemisch, bestehend aus einer wäßrigen Dispersion aus 5 bis 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise 15 bis 40 Gewichtsprozent, Titandioxyd, 0,5 bis 5 Gewichts-

prozent, vorzugsweise 1 bis 3 Gewichtsprozent, Bentonit, 0,10 bis 4 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,25 bis 1,5 Gewichtsprozent, Magnesiummontmorillonit, Rest Wasser.

2. Gemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion noch 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Siliciumdioxyd, vorzugsweise 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent kolloidales Siliciumdioxyd enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

009 644/53