DE1771689B2

DE1771689B2 - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumschweißdraht mit einer dünnen Oxidschicht

Info

Publication number: DE1771689B2
Application number: DE1771689A
Authority: DE
Inventors: Allan A. Branford Conn. Dolomont (V.St.A.)
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1967-06-30
Filing date: 1968-06-26
Publication date: 1974-07-11
Also published as: US3378669A; GB1204250A; DE1771689A1; DE1771689C3; US3519779A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Aluminiumschweißdraht, bei welchem der Aluminiumschweißdraht zuerst in einem alkalischen und anschließend in einem sauren Medium behandelt wird, wobei sich auf der Drahtoberfläche eine dünne Oxidschicht bildet.

Schweißraupen aus Aluminium, die mit einem unter Schutzgas verschweißten Aluminiumdraht hergestellt werden, haben eine rauhe Oberfläche und sind sehr porös, Die Porosität ist darauf zurückzuführen, daß sich in der Oxidschicht des Schweißdrahtes Wasser unter Bildung von Aluminiumhydroxid bzw. Aluminiumoxidhydrat anlagert, und daß sich beim Schweißen Wasserstoff bildet, der beim Erkalten der Schweißraupe unter Bildung der Poren austritt.

Zur Vermeidung der Schweißraupenporosität infolge des Wasserstoffaustrittes wird deshalb bekanntlich Aluminiumschweißdraht vorbehandelt, um die Oxidschicht mit der Wasseranlagerung zu entfernen. Dies geschieht dadurch, daß man den Aluminiumschweißdraht zuerst in einem alkalischen Bad behandelt, wodurch öl und Fettreste sowie die Oxidschicht entfernt werden. Dann wird der Draht in einem sauren Bad behandelt, um die Ablagerung aus dem alkalischen Bad zu entfernen und um die Draht-5 oberfläche blank zu machen. Nach dem Entfernen aus dem sauren Bad und dem. Spülen, hat der Draht wieder eine dünne Oxidschicht, die frei von Wasseranlagerungen und Kohlenwasserstoffen ist (USA.Patentschrift 2 681402).

jo Der so behandelte Aluminiumschweißdraht muß entweder unmittelbar für das Schweißen verwendet werden oder in entsprechenden mit Schutzgas gefüllten Behältern bis zum Verschweißen aufbewahrt werden, da sich bei der Aufbewahrung in der Atmo-

Sphäre wieder eine starke Oxidschicht ausbildet, die wieder die unerwünschten Wasseranlagjrungen enthält. Die Ursache dafür besteht darin, daß beim Ziehen des Drahtes in die Oberflächenbereiche Schmiermittel eingeschlossen wird, das sich bei den einzelnen Zwischenglühstufen zersetzt, so daß in diesen Oberflächenbereichen des Drahtes Kohlenstoffteilchen enthalten sind. Diese Kohlenstoffteilchen wirken nun als Kathode in kkinen lokalen galvanischen Zellen, wobei das Aluminium bei Vorhandensein von Feuchtigkeit als Anode wirkt, so daß wieder Wasser unter Bildung von Aluminiumhydroxid oder Aluminiumoxidhydrat angelagert wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren zum Behandeln von

3c Aluminiumschweißdraht zu schaffen, wodurch auch nach längerer Lagerung des Schweißdrahtes in feuchter Atmosphäre eine porenfreie Schweißraupe ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Draht zuersi als Kathode durch das alkalische Medium mit einem pH-Wert von über 10 und einer 1 bis 40% NaOH entsprechenden Alkalität und dann als Anode durch das saure Medium, das Aluminium löst und wenigstens 10% H₃PO₄ enthält, geführt wird. Der Aluminiumschweißdraht wird also erfindungsgemäß zuerst zur Entfernung der Oxidschicht und von Öl und Fettresten einer elektrolytischen Reinigung und dann zur Entfernung einer kleinen Menge Metall dem elektrolytischen Polieren unterworfen, wodurch die Beseitigung der in dem Drahtoberflächenbereich eingeschlossenen Kohlenstoffteilchen gewährleistet ist.
Im Stand der Technik ist bereits ein Verfahren zum anodischen Beschichten einer blank gemachten Aluminiumoberfläche mit einem Oxid bekannt, wobei ein Elektrolyt angewendet wird, der 15 bis 40% Phosphorsäure und 2 bis 10% Schwefelsäure, Rest Wasser enthält. Ein lediglich nach diesem Verfahren behandelter Aluminiumschweißdraht hat jedoch nicht die erfindungsgemäß geforderten Eigenschaften, d. h. die auf der Oberfläche geschaffene Oxidschicht ist nicht gegenüber Anlagerung von Wasser über längere Zeiträume beständig.

Man nimmt an, daß sich Phosphat aus der Phosphorsäure in der dünnen Oxidschicht des erfindungsgemäß behandelten Aluminiumschweißdrahtes an den Stellen absetzt, die sonst das sich aus der Feuchtigkeit der Umgebungsatmosphäre ablagernde Wasser einnehmen würde. Durch die Blockierung dieser Jtellen durch Phosphat wird die lange Lagerung des Schweißdrahtes ohne Schutzgasatmosphäre möglich, wobei die bei Verwendung eines relativ lang gelagerten

Drahtes gebildeten Scbweißraupen im wesentlichen porenfrei sind,

Zweckmäßigerweise enthält das saure Medium neben H₃PO₄ 10 bis 90% H₈SO₄. Vorteilhafterweise ist in dem sauren Medium H₂SO₄ und H₃PO₄ in im wesentlichen gleichen Mengen enthalten. Der Wasseranteil des sauren Mediums beträgt bis zu 20%. Die Temperatur des alkalischen und sauren Mediums liegt zweckmäßigerweise zwischen 5O⁰C und der Siedetemperatur des Mediums, Die Konzentration des in dem alkalischen Medium gelösten Aluminiums darf 20 g/l nicht übersteigen und beträgt vorzugsweise nicht mehr als 15 g/L Gleichermaßen soll die maximale Menge an in dem sauren Medium gelösten Aluminium 20 g/l nicht überschreiten und vorzugsweise weniger als 15 g/l betragen. Die Stromdichte kann zwischen 2,7 und 1076 A/dm² schwanken, wobei die höheren Stromdichten bei Drähten mit größeren Durchmessern verwendet werden. An Stelle von NaOH kann das alkalische Medium auch andere Hydroxide, beispielsweise Kalium- oder Ammoniumhydroxid enthalten, wenn deren Alkalität nur etwa 1 bis 40 % Natriumhydroxid entspricht.

Nach dem Durchführen des Aluminiumschweißdrahtes durch das alkalische Medium erfolgt zweckmäßigerweise eine Spülung, ebenso nach dem Herausführen aus dem sauren Medium und vor dem Trocknen und Aufwickeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für AiuiTiiniumschweißdrähtR. die Aluminium, Eisen und Silicium enthalten, wobei der Anteil von Eisen und Silicium zwischen 0,1 up.» 1,5% liegt. Es können auch Aluminiumschweißdrähte verwendet werden, die 3 bis 7% Cu, 0,1 bis 0,5% Mn, 0,05 bis 0,5% Ti, Rest Al und Verunreinigungen enthalten. Geeignet sind auch Schweißdrähte mit 3 bis 14% Si Rest Al, wobei 3 bis 6% Cu enthalten sein können, oder mit 2 bis 7% Mg Rest Al bzw. mit 2 bis 5% Zi und 1 bis 4% Mg Rest Al. Zweckmäßigerweise soll die Schweißdrahtlegierung mehr als 82% Al enthalten.

Der Phosphatanteil in der dünnen Schicht von Aluminiumoxid beträgt wenigstens 0,001%. Die Schichtstärke liegt zwischen 10 und 90 Angstrom und kann geringe Mengen anderer Oxide der Legierungselemente enthalten.

Die Beständigkeit des erfindungsgemäßen Schweißdrahtes gegenüber der Wasseranlagerung wird festgestellt, indem lockere Drahtspulen in einer Atmosphäre von 37,8° C und 90 bis 95% relativer Luftfeuchtigkeit 30 Tage lang aufbewahrt werden und die mit diesen Drähten dann geschweißten Nähte untersucht werden.

Es hac sich gezeigt, daß sich die Eigenschaften eines derart behandelten Aluminiumschweißdrahtes auch nach 6 Monaten nicht geändert haben, d. h., daß sich mit einem solchen Aluminiumschweißdraht glatte blanke und porenfreie Schweißraupen herstellen lassen.

Die Erfindung wird an Hand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel I

Im Handel erhältliche Aluminiumschweißdrähte mit einem Durchmesser von 1,6 mm aus einer Legierung S-AlMg5, die in einigen Fällen entfettet wurden, werden eine bestimmte Zeit lang in einer Atmosphäre von 37,8⁰C und 90% relativer Luftfeuchtigkeit bewettert. Bei den mit diesen Schweißdrähten danach ausgeführten Schweißraupen wird die Porosität untersucht, wobei die Qualität der Schweißstellen in einer Bewertung nach Buchstaben und in einer Bewertung nach Zahlen angegeben ist. Die Werte für eine zulässige Porosität sind bei der BuchstabenbewertungA und bei der Zahlenbewertung 3.

In der nachstehenden Tabelle sind diese Bewertungen sowie die Bewetterung von 5 Drähten für verschiedene Schweißstellen aufgeführt, wobei die Be-

o wertung der Porosität durch röntgenographische Untersuchungen festgelegt wird.

	Draht Nr.	Tabelle	: I	Porositätsbewertimg	<iahl
		Bewetterung		Buchstabe	5
	I	(Stunden)	B	7
	I	672	C+	6
20	I	672	B-	20
	I	672	Z	20
	I	672	Z	8
	II	672	C	11
	II	168	D	11
	II	16-i	D	11
	III	168	D	13
	III	336	E	6
	III	336	B-	20
	III	720	Z	11
30	III	720	D	5
	IV	720	B	5
	IV	672	B	5
	IV	672	B	5
	IV	672	B	4
35	IV	672	Bh	7
	V	672	Ct-	8
	V	672	/-■	5
	V	672	B	6
	V	672	B-	6
4«	V	672	B-
	672

Die vorstehende Tabelle zeigt, daß die Drähte I bis V oft in erheblich kürzeren Zeiträumen als 720 h schlechte Schweißnähte liefern. Beim Draht Nr. II beispielsweise ist die Bewertung schon nach 168 h sehr niedrig, bei den Drähten I und III liegen sehr starke Schwankungen vor. So hat die Probe des Drahtes Nr. I nach 672 h eine Porositätsbewertung von 5, während andere Proben bis herunter zu 20 aufweisen.

Beispiel II

Es werden 10 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Aluminiumschweißdrähte von einem Durchmesser von 1,6 mm untersucht, die ebenfalls aus der Legierung S-AlMg5 bestehen.

Die untersuchten Drähte wurden zunächst kathodisch gereinigt. Der Natriumhydroxidgehalt der Lösung betrug 100 g/l, die Aluminiumkonzentration der Lösung war kleiner als 15 g/l. Die Stromdichte lag bei 426 A/dm², die Temperatur bei 75°C ± 3°C. Die Stromstärke war 350 ± 10 A, die Spannung schwankte zwischen 30 und 60 V. Nach einer Wasserspülung wurden die Drähte in das saure Medium zum anodischen Polieren gebracht. Das Gefäß enthielt *0 %

Phosphorsäure und 50% Schwefelsäure, Der Aluroiniumgehalt der Lösung lag unter 14 g/l, die mittlere Strorodichte bei 368 A/dm⁸, während die Temperatur des sauren Mediums 125 ± 2⁰C betrug.

Die Drähte wurden durch das alkalische und das saure Medium jeweils mit einer Geschwindigkeit von 91 m/min gebogen und anschließend mit Wasser gespült, woran sich eine Trocknung anschloß. Dann wurde der Draht eine bestimmte Zeit lang einer Atmosphäre von 37,8° C bei 90% relativer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt.

In der nachstehenden Tabelle II sind die röntgenographisch gefundenen Ergebnisse als Porositätsbewertung aufgeführt.

Die Qualität der Schweißstellen nimmt ab, wenn sowohl die Bewertung nach Buchstaben ais auch die Bewertung nach Zahlen ansteigt. Alle untersuchten Dmhtpraben entsprechen jedoch den Normen für die zulässige Porosität.

Tabelle III

Draht Nr	Bewetterung	Porositätsbewertung	Zahl
	(Tage)	Buchstabe	3
1	30	A-	2
2	30	A	2
3	30	A	2
4	30	A	1
5	30	A+	2
6	30	A	1
7	30	A+	1
8	30	A+	1
9	30	A+	2
10	30	A

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren, zum Behandeln voa Aluminiumschweißdraht in einem alkalischen und anschließend in einem sauren Medium, wobei sich auf der Drahtoberfläche eine dünne Oxidschicht bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht zuerst als Kathode durch das alkalische Medium mit einem pH-Wert von über 10 und einer 1 bis 40% NaOH entsprechenden Alkalität und dann als Anode durch das saure Medium, das Aluminium löst und wenigstens 10% H₃PO₄ enthält, geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein saures Medium, das neben H₃PO₄10 bis 90% H₂SO₄ enthält, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein saures Medium mit im wesentlichen gleichen Mengen an H₂SO₄ und H₃PO₄ verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein saures Medium mit bis zu 20% Wasser verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des alkalischen und des sauren Mediums zwischen 5O⁰C und der Siedetemperatur des Mediums gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Stromdichten zwischen 2,7 und 1076 A/dm² gearbeitet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt des alkalischen Mediums auf weniger als 15 g/l eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt des sauren Mediums auf weniger als 15 g/l eingestellt wird.