DE1565373C3 - Schutzgasgemisch fur die elektrische Lichtbogenschweißung, insbesondere Auftragschweißung von Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schutzgasgemisch, bestehend aus bis zu 90 Volumprozent an Helium, einem aktiven Anteil und Rest Argon, für die elektrische Lichtbogenschweißung, insbesondere Auftragschweißung von Stahl in einer Schutzgasatmosphäre mit abschmelzender Elektrode aus stark legiertem Stahl, insbesondere Chrom-Nickelstahl. Ein derartiges Schutzgasgemisch ist besonders für die Schweißung von Legierungsstählen mit austenitischer oder austenitisch-ferritischer Struktur und geringem Ferritgehalt, insbesondere von Nickel-Chromstählen bestimmt.

Für die Lichtbogenschweißung relativ niedrig legierter Stähle beschreibt die USA.-Patentschrift 31 39 508 ein derartiges Schutzgasgemisch aus etwa 40 bis 98% Helium, 1 bis 5% Sauerstoff und bis zu 60% Argon. Ferner ist aus der französischen Patent-; schrift 13 76 908 und der USA.-Patentschrift 31 85 812 für die Kurzbogenschweißung von stark legierten Stählen ein derartiges Schutzgasgemisch bekannt, das hauptsächlich aus Helium mit einer kleinen Argonmenge und 1 bis 4% Kohlendioxid besteht. Dieses Gemisch gibt bessere Ergebnisse als Kohlendioxid und Argongemische mit Sauerstoff oder Kohlendioxid, die technisch für die Schweißung weicher oder schwach legierter Stähle verwendet werden. Indessen ist das erhaltene Schmelzbad ziemlich flüssig, was insbesondere die Schweißung in allen Stellungen stört. Außerdem müssen zur Begrenzung der Metallvorsprünge an den Raupenrändern die Schweißparameter sehr genau festgelegt werden.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Mangel zu beheben. Die deutsche Patentschrift 496 337 erwähnt, daß es unter Umständen zweckmäßig ist, einem Argon enthaltenden Schutzgas einen kleinen Zusatz von Wasserstoff zu geben, um etwa zum geschmolzenen Metall vordringenden Sauerstoff

ίο unschädlich zu machen. Ferner sieht die USA.-Patentschrift 29 05 805 für Lichtbogenschweißung von rostfestem Stahl mit einer sich nicht verbrauchenden Elektrode, also für gattungsmäßig andere Arbeiten als die hier in Betracht kommende Lichtbogenschweißung mit abschmelzender Elektrode aus stark legiertem Stahl, insbesondere für die Auftragschweißung, ein Schutzgas vor, das 15 bis etwa 100% Wasserstoff enthält.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Anteil an Helium mindestens 20 Volumprozent beträgt und der aktive Anteil 2 bis 6 Volumprozent beträgt und 0,5 bis 2 Volumprozent freien und/oder in sauerstoffhaltigen gegebenenfalls Kohlenstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden, halogenfreien Gasen und/oder Dämpfen gebundenen Wasserstoff enthält. Die eventuelle Gegenwart von Sauerstoff und Kohlenstoff in diesem Schutzgasgemisch verbessert noch die erhaltenen Ergebnisse. Vorzugsweise beträgt der Anteil an Helium 30 bis 33 Volumprozent und der aktive Anteil 3,8 bis 5 Volumprozent und besteht aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasen und Dämpfen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform enthält der aktive Anteil 3 bis 3,5 Volumprozent Kohlendioxid und 0,8 bis 1,2 Volumprozent Wasserstoff.

Der aktive Anteil kann mindestens eine der folgenden Mischungen enthalten:

Kohlendioxid und Wasserstoff; Sauerstoff und Kohlenwasserstoff; Alkohol und Sauerstoff
gegebenenfalls mit Kohlendioxid; Wasserdampf und Sauerstoff gegebenenfalls mit Kohlendioxid.

Sowohl bei Tröpfchenübergang als auch bei Kurzschlußübergang des geschmolzenen Elektrodenwerkstoffs bieten Schutzgasgemische nach der Erfindung die Möglichkeit der Erzielung von Schweißungen von gutem Aussehen, insbesondere ohne Oxydation oder Porenbildung, eine gute Benetzung des abgelagerten Metalls auf den zu schweißenden Blechen, einen beständigen Lichtbogen, die Durchführbarkeit von Schweißverbindungen in jeder Stellung und selbst auf dünnen Blechen oder am Boden von Abschrägungen sowie eine starke Verminderung des Sprühens. Es wurde auch festgestellt, daß diese Schutzgase einen großen Spielraum in der Wahl der angewandten elektrischen Parameter bieten, wie Stromdichte, Bogenspannung, Induktanz des Stromerzeugers usw. Die ^:

mechanischen Eigenschaften der mit diesen Gasge- ; mischen erhaltenen Schweißverbindungen sind gut. j

Beispielshalber können die folgenden Angaben gemacht werden:

Es wurde ein 18/8-Draht aus nicht rostendem Stahl von geringem Kohlenstoffgehalt und 0,8 mm Durchmesser mit einem Lichtbogen und mit einer Schutzgasatmosphäre nach der Erfindung geschmolzen; das geschmolzene Metall floß sofort in eine Form. In

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der auf diese Weise erhaltenen Masse wurden Proben Man kann auch gute Ergebnisse mit Gemischen von 9,78 mm Durchmesser hergestellt. Der Schweiß- erhalten, deren aktiver Anteil, d. h. an anderen Gastrom hatte eine mittlere Intensität von 120 A und sen als die Edelgase, beispielsweise Sauerstoff und eine mittlere Gleichstromspannung von 17 V; es Acetylen; Sauerstoff und Propan oder Butan aufwurde in solcherweise geschmolzen, das Kurzschlüsse Γ weist. In diesen aktiven Anteilen liefern die Kohlen- und kurze Bogen sich in raschem Takt folgten. Das Wasserstoffe den Wasserstoff und den Kohlenstoff, in einer Flasche verdichtet angelieferte Schutzgasge- Eine schwache Zugabe von Kohlendioxyd zum Gemisch entsprach folgender Zusammensetzung: misch aus Sauerstoff und Propan ist häufig nützlich. Helium 30 bis 33 °/ ^^{er a}^^wc Anteil kann auch Dämpfe enthalten.

Kohlendioxyd "■'"· 3 bis 3 5«/! ¹⁰ Man kann z. B. ein Gemisch von Helium und Argon,

Wasserstoff 0 8 bis 12°/ ^w'^{e es} ^^r ^^e Schweißung von schwachen Legierun-

A_r„_on " ' j^_est° gen brauchbar ist, verwenden und durch einen Alkohol, wie Methylalkohol od. dgl., Benzol, Petroläther

In dem so niedergeschlagenen Metall wurden Pro- oder selbst Wasser hindurchblasen. Im Falle von

ben genommen und dann untersucht. Sie hatten fol- 15 Wasser und Alkoholen ist es zweckmäßig, etwas

gende Kennzeichen: Sauerstoff und gegebenenfalls Kohlendioxyd zuzu-

Zugefestigkeit (zylindrische Probe von 9,78. mm ^setzen· ¹^n kann auch das Gemisch von Helium und

Durchmesser)· 62 kg/mm²· ^Arg°^{n uber} Naphthalin streichen lassen und gege-

Dehnung (Länge gleich dem siebenfachen benenfalls eine kleine Menge Sauerstoff hinzufügen.

Durchmesser)· 40°/ · ²⁰ ® ^bls ^⁰ Heliums können durch Neon ersetzt

Schlagzähigkeit (Charpy V): lSkgm/cm² bei ^w<*^den· „ . , . ... ' „ . _

20° C, 6,5 kgm/cm² bei —196° C. _u ^Gani allgemein kann also Wasserstoff in Form

chemischer Verbindungen im Gas- oder Dampfzu-

Die Korrosionsfestigkeit gegen Schwefelsäure- und stand zugesetzt werden, die Kohlenstoff und Sauer-

Kupferlösung bei Siedetemperatur während 72 Stun- ²5 stoff enthalten können. Es empfiehlt sich jedoch die

den war vollkommen. Verwendung von chemischen Verbindungen zu ver-

Befriedigende Ergebnisse wurden mit Gasgemi- meiden, die außer Wasserstoff, Sauerstoff und Koh-

schen erhalten, deren Zusammensetzung innerhalb lenstoff auch solche chemischen Elemente, wie HaIo-

folgender Grenzen lag: gen enthalten, die sich schädlich oder gefährlich aus-

30 wirken können. Beispielsweise sind Chlorverbindun-

Helium 20 bis 90% gen auszuschließen, weil sie unter dem Einfluß des

Kohlendioxyd 1,5 bis 4% Lichtbogens und seiner Strahlungen zur Entstehung

Wasserstoff 0,5 bis 2%> von physiologisch sehr gefährlichen Gasen, wie Koh-

Argon Rest. lenoxychlorid (Phosgen), führen können.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schutzgasgemisch, bestehend aus bis zu 90 Volumprozent an Helium, einem aktiven Anteil und Rest Argon, für die elektrische Lichtbogenschweißung, insbesondere Auftragsschweißung von Stahl in einer Schutzgasatmosphäre mit abschmelzender Elektrode aus stark legiertem Stahl, insbesondere Chrom-Nickelstahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Helium mindestens 20 Volumprozent beträgt und der aktive Anteil 2 bis 6 Volumprozent beträgt und 0,5 bis 2 Volumprozent freien und/oder in sauerstoffhaltigen gegebenenfalls Kohlenstoff und/ oder Wasserstoff enthaltenden, halogenfreien Gasen und/oder Dämpfen gebundenen Wasserstoff enthält.

2. Schutzgasgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Helium 30 bis 33 Volumprozent beträgt und der aktive Anteil 3,8 bis 5 Volumprozent beträgt und aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasen und Dämpfen besteht.

3. Schutzgasgemisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Anteil 3 bis 3,5 Volumprozent Kohlendioxid und 0,8 bis 1,2 Volumprozent Wasserstoff enthält.

4. Schutzgasgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Anteil mindestens eine der folgenden Mischungen enthält.

Kohlendioxid und Wasserstoff;
Sauerstoff und Kohlenwasserstoff;
Alkohol und Sauerstoff
gegebenenfalls mit Kohlendioxid;
Wasserdampf und Sauerstoff
gegebenenfalls mit Kohlendioxid.