DE1903325B2 - PROTECTIVE GAS WELDING OF METALS USING LA BLASTING - Google Patents
PROTECTIVE GAS WELDING OF METALS USING LA BLASTINGInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Schutzgasschweißverfahren von Metallen mittels Laserstrahlen, bei denen die Schutzgasatmosphäre aus einem Gemisch eines Inertgases mit Sauerstoff oder aus einem Gemisch eines Inertgases mit Sauerstoff und höchstens 20%'Kohlendioxid besteht.The invention relates to gas-shielded welding of metals by means of laser beams, in which the Protective gas atmosphere from a mixture of an inert gas with oxygen or from a mixture of a Inert gases with oxygen and a maximum of 20% carbon dioxide consists.
Beim Schmelzschweißen von zwei aneinanderstoßenden Metallteilen müssen zwecks Erreichung einer hohen Schweißgüte folgende beide Bedingungen erfüllt sein:When fusion welding two abutting metal parts, in order to achieve a high Welding quality, the following two conditions must be met:
1. Die Schweißraupe muß die Oberflächen der aneinanderstoßenden Metallteile benetzen, damit eine ausreichende Haftung erreicht wird, und1. The weld bead must cover the surfaces of the abutting Wet metal parts so that sufficient adhesion is achieved, and
2. die Schweißraupe muß gleichmäßig und glatt sein, weil Unstetigkeiten oder scharfe Unregelmäßigkeiten der Schweißraupenoberfläche die Dauerfestigkeit der Schweißstelle verringern.2. The weld bead must be uniform and smooth because of discontinuities or sharp irregularities the weld bead surface reduce the fatigue strength of the weld.
Aus der Zeitschrift des Deutschen Verbandes für Schweißtechnik e. V., »Schweißen und Schneiden«, 8. Jahrgang, Heft 3, März 1965, S. 73 bis 79, ist bereits ein Lichtbogen-Schutzgasschweißverfahren bekannt, bei welchem dem Schutzgas Mittel, wie beispielsweise Sauerstoff, zugesetzt werden, um die Oberflächenspannung am flüssigen Stahltropfen herabzusetzen, d. h. um möglichst kleine Tropfen zu erzielen, welche eine kleinere Oberflächenspannung als größere Tropfen haben und dichte und glatte Schweißnähte bilden. Ein dünner Film von Eisenoxid an der Tropfenoberfläche setzt deren Oberflächenspannung herab, bzw. der Zusatz von Sauerstoff zum Schutzgas Argon erhöht die Tropfenzahl. Als Beispiel für den Sauerstoffgehalt ist angegeben,-daß in den USA 5 % Sauerstoff gewählt werden, während man in Deutschland mit 3 % Sauerstoff auszukommen glaubt.From the magazine of the German Association for Welding Technology e. V., »Welding and Cutting«, 8th year, issue 3, March 1965, pp. 73 to 79, a gas-shielded arc welding process is already known, in which agents, such as oxygen, are added to the protective gas in order to reduce the surface tension to reduce the liquid steel drop, d. H. in order to achieve the smallest possible drops, which have a smaller surface tension than larger droplets and dense and smooth weld seams form. A thin film of iron oxide on the droplet surface reduces its surface tension, or the addition of oxygen to the protective gas argon increases the number of drops. As an example of the oxygen content is indicated -that in the USA 5% oxygen is chosen, while in Germany with Believes to get along with 3% oxygen.
Aus der Zeitschrift »British Welding Journal«, Februar 1964, S. 63, ist ein Lichtbogen-Schutzgasschweißverfahren bekannt, bei welchem ein Argon-Sauerstoff-Gemisch mit einem maximalen Sauerstoffgehalt von 5 % verwendet wird.From the magazine "British Welding Journal", February 1964, p. 63, there is a gas-shielded arc welding process known, in which an argon-oxygen mixture with a maximum oxygen content of 5% is used.
Aus den beiden obengenannten Druckschriften ist also dem Fachmann ein in einem Schutzgasgemisch maximal zulässiger Sauerstoff anteil von 3 bis 5°/0 bekannt, und er weiß, daß die Schweißraupe in unzulässiger Weise oxydiert, wenn dem Schutzgas mehr als 3 bis 5 % Sauerstoff zugesetzt werden, da die Schweißmetalltröpfchen auf ihrem Weg von der Elektrode zum Schmelzbad eine heiße, stark oxydierende Zone durchwandern müssen.From the two above-mentioned publications therefore the skilled man is a maximum allowable in a shielding gas mixture oxygen content of 3 to 5 ° / 0 known, and he knows that the weld bead oxidized in an unacceptable manner, if the protective gas are more than 3 was added to 5% oxygen , since the weld metal droplets have to pass through a hot, strongly oxidizing zone on their way from the electrode to the weld pool.
Weiterhin ist bei einigen bekannten Schutzgasbzw. Schmelzschweißverfahren die Auswahl der Schweißatmosphäre beschränkt, da bestimmte Gase sowohl auf die hergestellte Schweißung als auch auf den Wirkungsgrad des Sehweißverfahrens selbst eine unerwünschte Einwirkung haben. Beispielsweise stellt bei der elektrischen Lichtbogenschweißung die Wechselwirkung des den Lichtbogen abschirmenden Gases mit diesem Lichtbogen einen wesentlichen Bestandteil des Verfahrens dar, so daß das Schutzgas entsprechend ausgewählt werden muß.Furthermore, with some known protective gas or Fusion welding process the selection of the Welding atmosphere is limited as certain gases affect both the weld produced and the Effectiveness of the Sehweißververfahren itself have an undesirable effect. For example, at the electric arc welding with the interaction of the arc shielding gas this arc is an essential part of the process, so that the protective gas accordingly must be selected.
Schließlich ist aus den Vorträgen der 7. Stuttgarter Sondertagung, 1967, Verlag für Schweißtechnik GmbH, Düsseldorf, »Widerstandsschweißen und Mikrofügeverfahren«, S. 146 bis 162, das Laserschweißen metallischer Bauteile in einer Inertgasatmosphäre bekannt. Die Inertgasatmosphäre hat dabei jedoch nicht die Aufgabe, die Oberflächenspannung des Schweißmetalls bzw. des Schmelzbades zu verringern, und der Inertgasatmosphäre ist dabei auch keinerlei Sauerstoff zugesetzt. Finally, from the lectures at the 7th Stuttgart Special Conference, 1967, Verlag für Schweißtechnik GmbH, Düsseldorf, "Resistance welding and micro-joining process", pp. 146 to 162, the laser welding of metallic Components known in an inert gas atmosphere. However, the inert gas atmosphere does not have the Task to reduce the surface tension of the weld metal or the weld pool and the inert gas atmosphere no oxygen whatsoever is added.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Schmelzschweißverfahren für Metalle derart zu verbessern, daß eine größere Wirtschaftlichkeit, eine höhere Schweißgüte sowie eine glatte und regelmäßige Schweißverbindung erzielbar sind.The invention aims to achieve the object of improving a fusion welding process for metals in such a way that that a greater economic efficiency, a higher weld quality as well as a smooth and regular welded joint are achievable.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Schutzgasgemisch 5 bis 10% Sauerstoff
enthält.
Das Schmelzschweißen von Metallen, bei welchem kein Zusatzwerkstoff verwendet wird, wird durch das
erfindungsgemäße Schutzgasschweißverfahren derart verbessert, daß das Schmelzbad die Oberflächen der
aneinanderstoßenden Werkstückteile vollständig benetzt, so daß eine hohe Festigkeit der Schweißverbin-This object is achieved according to the invention in that the protective gas mixture contains 5 to 10% oxygen.
The fusion welding of metals, in which no filler material is used, is improved by the inert gas welding process according to the invention in such a way that the molten pool completely wets the surfaces of the workpiece parts abutting, so that a high strength of the welded joint.
1S dung erreicht wird. Es ergibt sich dabei eine gleichmäßige bzw. glatte und regelmäßige Schweißraupe, welche am Übergang zum Werkstück keinerlei Kerben bzw. keine scharfen Unregelmäßigkeiten aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Schutzgasschweißverfahren werden an Stelle des bekannten Lichtbogens Laserstrahlen verwendet, und außerdem wird die Inertgasatmosphäre zur Verminderung der Oberflächenspannung des Schweißgutes bzw. des Schmelzbades mit einem Sauerstoffanteil verunreinigt, welcher weit oberhalb des für diesen Zweck bekannten Sauerstoffanteiles liegt. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Wirkung, daß unter Verwendung von Laserstrahlen und mittels eines Schutzgases, welches 5 bis 10°/0 Sauerstoff und damit maximal doppelt so viel Sauerstoff enthält wie bekannte Schutzgasatmosphären beim Lichtbogenschweißen, eine bessere Qualität der Schweißverbindung als bisher erzielbar ist. Außerdem ist das erfindungsgemäße Schutzgasschweißverfahren wesentlich wirtschaftlicher als die bekannten Schutzgasschweißverfahren, da der Anteil des verwendeten Sauerstoffes, welcher wesentlich billiger ist als Inertgas, erheblich größer ist. 1 S dung is reached. The result is a uniform or smooth and regular weld bead which has no notches or sharp irregularities at the transition to the workpiece. In the gas-shielded welding process according to the invention, laser beams are used instead of the known arc, and the inert gas atmosphere is also contaminated with an oxygen content to reduce the surface tension of the weld metal or the weld pool, which is far above the oxygen content known for this purpose. The invention is based on the surprising effect that using laser beams and a protective gas which contains 5 to 10 ° / 0 oxygen and thus a maximum of twice as much oxygen as known protective gas atmospheres in arc welding, a better quality of the welded connection than before can be achieved. In addition, the gas-shielded welding process according to the invention is significantly more economical than the known gas-shielded welding process, since the proportion of oxygen used, which is significantly cheaper than inert gas, is considerably greater.
In Weiterbildung der Erfindung wird als Inertgas Argon oder Helium verwendet.In a further development of the invention, argon or helium is used as the inert gas.
Bei im Rahmen der Erfindung durchgeführten Versuchen für Flußstahl-Schweißmetall wurden folgende Oberflächenspannungen experimentell ermittelt:In tests for mild steel weld metal carried out within the scope of the invention, the following were found Surface tension determined experimentally:
Dyn/cmSurface tension
Dynes / cm
Argon (99,995 °/0 Reinheit)...
Stickstoff (trocken)
Argon/2% O2
Argon/5%CO2
Argon/10% CO2
Argon/20% CO2 vacuum
Argon (99.995 ° / 0 purity) ...
Nitrogen (dry)
Argon / 2% O 2
Argon / 5% CO 2
Argon / 10% CO 2
Argon / 20% CO 2
1086
1083
1019
973
965
9431400
1086
1083
1019
973
965
943
Unter dem in dieser Beschreibung verwendeten Ausdruck Inertgas ist ein Gas zu verstehen, welches mit dem Schweißmetall keine nachweisbare metallurgische Reaktion eingeht.The term inert gas used in this description is to be understood as meaning a gas which with the weld metal does not undergo any detectable metallurgical reaction.
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