DE19831834A1 - Schutzgas zum MIG/MAG-Schweißen von Aluminium - Google Patents
Schutzgas zum MIG/MAG-Schweißen von AluminiumInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schutzgas und ein Verfahren zum MIG- oder MAG- Schweißen von Aluminiumwerkstoffen und Aluminiumlegierungen, wobei ein Schutzgas der Schweißstelle zugeführt wird und wobei das Schutzgas zumindest Argon, Helium oder ein Gemisch aus Argon und Helium enthält. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden gute Schweißergebnisse mit einem Schutzgas erzielt, welches neben Argon und/oder Helium zumindest einen Anteil von 300 vpm bis 1000 vpm Stickstoff enthält. DOLLAR A In Ausgestaltung der Erfindung enthält das Schutzgas zwischen 350 vpm und 650 vpm Stickstoff. Das Schutzgas weist bevorzugt 1 bis 75 Vol.-% Helium auf. Dem Schutzgas können als aktive Komponenten 0,01 bis 1 Vol.-% Sauerstoff, Kohlendioxid oder einer Mischung aus Sauerstoff und Kohlendioxid zugemischt sein.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schutzgas zum MIG- oder MAG-Schweißen von Aluminium,
Aluminiumwerkstoffen und/oder Aluminiumlegierungen umfassend Argon, Helium
oder ein Gemisch aus Argon und Helium. Die Erfindung betrifft außerdem ein
Verfahren zum MIG- oder MAG-Schweißen von Aluminium, Aluminiumwerkstoffen
und/oder Aluminiumlegierungen, wobei ein Schutzgas der Schweißstelle zugeführt
wird und wobei das Schutzgas Argon, Helium oder ein Gemisch aus Argon und
Helium enthält.
Die Abkürzungen MIG und MAG werden in Fachkreisen für das Metall-Inert-Gas-
Schweißverfahren und das Metall-Aktiv-Gas-Schweißverfahren benützt. Darunter
werden üblicherweise Schweißverfahren mit einer abschmelzenden oder abbren
nenden Elektrode unter Einsatz eines Inert- oder Aktivgases verstanden. Die ab
schmelzende Elektrode besteht im allgemeinen aus einem Draht. Im Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem MIG- oder MAG-Schweißverfahren
jedes Schweißverfahren mit abschmelzender Elektrode verstanden. Üblicherweise
brennt dabei der Lichtbogen frei zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück.
Aluminium setzt sich als Konstruktionswerkstoff immer stärker gegenüber Stahl durch.
Dies liegt zu einem wesentlichen Teil an der Gewichtseinsparung, die eine Verwen
dung von Aluminium an Stelle von Stahlwerkstoffen ermöglicht.
Es sind einige Verfahrensvarianten des MIG- oder MAG-Schweißens unter Einsatz
der erwähnten Schutzgasgemische bekannt. Die Besonderheit des Schweißens von
Aluminium resultiert aus der Eigenschaft des Aluminiums, an der Oberfläche sofort
eine Oxidschicht zu bilden. Die Bildung eines festhaftenden Oxids an der Oberfläche
ist Folge des unedlen Charakters von Aluminium. Das Schweißschutzgas hat die Auf
gabe, die Strecke des elektrischen Lichtbogens zwischen Elektrode und Werkstück
elektrisch leitend zu machen und sowohl das Schweißbad wie auch den abschmel
zenden Drahtelektrode gegen die Atmosphäre zu schützen und eine ungewollte
Oxidation zu verhindern. Argon ist das dabei am meisten verwendete Schutzgas.
Argon-Helium-Gasgemische können trotz der an sich höheren Gaskosten von Vorteil
sein. Dies liegt am Bestandteil Helium, der bessere Einbrandverhältnisse und höhere
Schweißgeschwindigkeiten ermöglicht. Außerdem kann Helium zur Verminderung
oder zur Vermeidung von Poren beitragen und zu einer besseren Nahtgeometrie
(breitere und flachere Naht, tieferer und runderer Einbrand) führen. Diese Vorteile von
Helium im Vergleich zu Argon erklären sich durch den heißeren Lichtbogen und die
günstigere Energieverteilung im Lichtbogen.
In jüngerer Zeit wurden dotierte Schutzgasgemische mit Zumischungen von weiteren
Komponenten im vpm-Bereich bekannt.
Aus der DE 27 48 417 C2 ist ein Verfahren zur Verringerung von beim Schweißen ge
bildeten gesundheitsschädlichen Ozons durch Zugabe von 25 bis 50 vpm Stickoxid zu
dem als Schutzgas verwendeten Argon beim WIG-Schweißen, aber auch beim
MIG- und MAG-Schweißen bekannt.
Aus der DE 40 28 074 C1 bzw. der korrespondierenden EP 0 475 030 B1 ist bekannt,
ein inertes Schutzgas aus Argon oder aus einem Argon-Helium-Gemisch mit einer
Beimischung von 80 bis 250 vpm, vorzugsweise 120 bis 180 vpm mit einem Optimum
bei 150 vpm Stickstoff, beim WIG-, MIG- und MAG-Schweißen von Aluminium einzu
setzen. Beim MIG-Schweißen ergibt sich ein sehr ruhiger Werkstoffübergang mit dem
Ergebnis, daß die Nähte äußerst blank bleiben, ein verbessertes sehr glattes Naht
flankenanfließen und eine Intensivierung des Einbrands. Oberhalb von 250 vpm
Stickstoff treten störende Nebeneffekte wie Nahtverfärbungen (WIG-Schweißen) und
ein Absacken der Kehlnähte (MIG-Schweißen) auf.
In der DE 41 06 900 A1 bzw. der korrespondierenden EP 0 502 318 B1 ist ein Schutz
gasgemisch aus Argon oder einer oder mehreren Komponenten aus der Gruppe
Helium, Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid mit einer Beimischung von 80 bis
250 vpm Stickstoff, vorzugsweise 120 bis 180 vpm Stickstoff, bekannt, welches beim
WIG-, MIG-, MAG- und Plasmaschweißen von Stahlwerkstoffen, Kupfer, Nickel und
Aluminium eingesetzt werden kann. Das Schutzgas führt zu einer Einbrandintensivie
rung ohne Verschlechterung des Zwangslagenverhaltens.
Aus der DE 42 41 982 C1 bzw. der korrespondierenden EP 0 673 295 B1 ist bekannt,
ein Schutzgas aus Argon oder aus einem Argon-Helium-Gemisch mit einer Beimi
schung von 80 bis 250 vpm Distickstoffoxid (Lachgas), vorzugsweise 120 bis 180 vpm
Distickstoffoxid (mit einem Optimum um 150 vpm N2O) beim WIG- und MIG-
Schweißen von Aluminium einzusetzen. Beim MIG-Schweißen ergibt sich ein sehr
ruhiger Werkstoffübergang mit dem Ergebnis, daß die Nähte äußerst blank bleiben,
ein verbessertes sehr glattes Nahtflankenanfließen und eine Intensivierung des
Einbrands. Oberhalb von 250 vpm Distickstoffoxid treten störende Nebeneffekte wie
Nahtverfärbungen (WIG-Schweißen) und ein starkes Durchsacken der Kehlnähte
(MIG-Schweißen) auf.
In der DE 42 41 983 C1 bzw. der korrespondierenden EP 0 673 296 B1 ist ein inertes
Schutzgas aus Argon oder aus einem Argon-Helium-Gemisch mit einer Beimischung
von 80 bis 250 vpm N2/N2O, vorzugsweise 120 bis 180 vpm mit einem Optimum bei
150 vpm N2/N2O, beim WIG-, MIG- und MAG-Schweißen von Aluminium einzusetzen.
Die Anteile von N2 und N2O im Schutzgas können im beliebigen Verhältnis stehen.
Beim MIG-Schweißen ergibt sich ein sehr ruhiger Werkstoffübergang mit dem
Ergebnis, daß die Nähte äußerst blank bleiben, ein verbessertes sehr glattes Naht
flankenanfließen und eine Intensivierung des Einbrands. Oberhalb von 250 vpm
N2/N2O treten störende Nebeneffekte wie Nahtverfärbungen (WIG-Schweißen) und
ein Absacken der Kehlnähte (MIG-Schweißen) auf.
Aus der EP 0 761 380 A1 bzw. der korrespondierenden US-A-5 667 703 ist ein
Verfahren zum WIG-Wechselstromschweißen von Aluminium und Aluminium
legierungen bekannt, bei welchem der Schweißstelle ein ternäres Schutzgasgemisch
aus wenigstens 50 Vol.-% Helium, über 300 vpm Stickstoff und Argon als Rest
(bevorzugt wenigstens 60 Vol.-% Helium, zwischen 300 und 1000 vpm Stickstoff und
restlich Argon) zugeführt wird. Ausgehend von der Tatsache, daß Helium im Schutz
gas einerseits die Umschaltung der Polung der Wolframelektrode von Emission auf
Empfang aufgrund seiner gegenüber Argon geringen Förderung der Gasionisation
erschwert, aber andererseits die Wirksamkeit des WIG-Schweißens von Aluminium
fördert, nämlich vor allem die Eindringtiefe beim Schweißen und die Kompaktheit der
Schweißraupe vergrößert, soll durch diese vorgeschlagene Schutzgasmischung die
positive Wirkung des Helium ausgenutzt werden, ohne daß die Lichtbogenstabilität
oder die Schweißrate merklich beeinflußt wird.
In dem deutschen Gebrauchsmuster DE 296 23 194 U1 ist ein Schutzgas zum Licht
bogenschweißen (WIG-Wechselstromschweißen, MIG-Schweißen und Pulverplasma
schweißen) von Stahl und Nichteisenwerkstoffen wie Aluminium beschrieben, welches
aus Argon oder einem Argon-Helium-Stickstoff- und gegebenenfalls Wasserstoff-
Gemisch mit einer Beimischung zwischen 50 und 450 vpm Stickstoffmonoxid (vor
zugsweise 280 bis 320 vpm NO) besteht. Eine konkret angegebene Zusammenset
zung dieses Schutzgasgemisches umfaßt 150 vpm Stickstoff, 300 vpm Stickstoffmon
oxid, 10 Vol.-% Helium und Argon als Rest. Das Schutzgas soll beim MIG-Schweißen
einen stabilen ruhigen Lichtbogen mit dem Ergebnis, daß die Nähte äußerst blank
bleiben, daß die Schweißgeschwindigkeit durch die höhere Energieeinbringung erhöht
werden kann und daß sich die Naht in ihrem Aussehen sehr feinschuppig darstellt.
Außerdem ergeben sich glatte Nahtflanken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Alternative zu den be
kannten Schutzgasen und zugehörigen Schweißverfahren aufzuzeigen, die zu guten
Schweißergebnissen führt. Dabei sollten gute Schweißeigenschaften und insbeson
dere sollten spritzerfreie Schweißnähte höchster Qualität gewährleistet werden.
Daneben sollte möglichst ein stabiler und ruhiger Lichtbogen mit hohem Energie
eintrag, ein hervorragendes Einbrandprofil, eine Schweißnaht insbesondere ohne
Poren und/oder eine hohe Schweißgeschwindigkeit erreicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schutzgas neben
Argon und/oder Helium zumindest einen Anteil von 300 vpm bis 1000 vpm Stickstoff
enthält.
Überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, daß ein Schutzgas, welches neben
Argon und/oder Helium zumindest einen Anteil von 300 vpm bis 1000 vpm (d. h.
zwischen 0,03 und 0,10 Vol.-%) Stickstoff enthält, zu hervorragenden Schweißergeb
nissen führt. Insbesondere kann das sehr störende Auftreten von Spritzern vermieden
werden. Ferner lassen sich ein stabiler und ruhiger Lichtbogen bei hoher Schweißrate
und sehr guten Einbrandverhältnisse erzielen. Ein Absacken der Kehlnähte wurde
nicht beobachtet. Vielmehr können mit Hilfe der Erfindung Kehlnähte, aber auch
Stumpfnähte hoher Güte hergestellt werden.
In Ausgestaltung der Erfindung enthält das Schutzgas zwischen 350 vpm und
650 vpm, bevorzugt zwischen 380 und 550 vpm Stickstoff.
Helium im Schutzgas unterstützt die Vermeidung von Bindefehlern und die Poren
bildung. Andererseits verteuert Helium das Schutzgas. Mit Vorteil kann daher das
Schutzgas 1 bis 75 Vol.-%, bevorzugt 10 bis 50 Vol.-%, besonders bevorzugt 15 bis
40 Vol.-% Helium enthalten.
Dem Schutzgas können auch aktive Komponenten, insbesondere Sauerstoff
und/oder Kohlendioxid, zugemischt sein. Dadurch kann die Schweißqualität zusätzlich
erhöht werden. Insbesondere kann eine höhere Reinigungswirkung und/oder ein ver
besserter (vor allem tieferer) Einbrand erzielt werden. Hierzu kann das Schutzgas
vorteilhafterweise 0,01 bis 1 Vol.-%, vorzugsweise 0,01 bis 0,2 Vol.-%, besonders
bevorzugt 0,01 bis 0,1 Vol.-% Sauerstoff, Kohlendioxid oder einer Mischung aus
Sauerstoff und Kohlendioxid enthalten. Hervorragende Ergebnisse wurden beispiels
weise mit 500 vpm Sauerstoff, mit 500 vpm Kohlendioxid und mit einer Zumischung
von 300 vpm Sauerstoff und 200 vpm Kohlendioxid erzielt. Vor allem die Zugabe von
Sauerstoff wirkt sich positiv auf das Schweißergebnis und die Qualität aus.
Das erfindungsgemäße Schutzgas kann beispielsweise beim Anwender vor Ort
gemischt werden (auch ein Mischen mit mehreren Stufen ist möglich) oder als
Fertiggemisch geliefert werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann grundsätzlich jede geeignete Stromquelle
Verwendung finden. Insbesondere können thyristorgeregelte oder bevorzugt
transistorisierte Stromquellen benutzt werden.
Vor dem Schweißen kann ein Bürsten der Oberfläche vorgesehen sein. Durch diese
Maßnahme kann insbesondere eine glatte Nahtoberfläche erreicht werden.
Im Rahmen der Erfindung kommen grundsätzlich alle bekannten Lichtbogenarten in
Betracht. Insbesondere ergeben sich Vorteile beim Schweißen mit Impulslichtbogen,
nämlich ein höherer Wärmeeintrag und die Möglichkeit, dickere Drahtelektroden zu
verwenden.
Das erfindungsgemäße Schweißverfahren kann beim Schweißen unter mechani
sierter Brennerführung oder unter Schweißbrennerführung von Hand angewendet
werden.
Die Erfindung eignet sich zum Schweißen in allen Lagen, unter anderem auch für das
Schweißen in Zwangslage.
Die Erfindung wurde beispielsweise an den Werkstoffen AlMgSi1 bzw. AlMg3Mn mit
dem Zusatzwerkstoff S-AlSi5 angewendet.
Claims (10)
1. Schutzgas zum MIG- oder MAG-Schweißen von Aluminium, Aluminiumwerk
stoffen und/oder Aluminiumlegierungen umfassend Argon, Helium oder ein
Gemisch aus Argon und Helium, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas
neben Argon und/oder Helium zumindest einen Anteil von 300 vpm bis 1000 vpm
Stickstoff enthält.
2. Schutzgas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas
zwischen 350 vpm und 650 vpm Stickstoff enthält.
3. Schutzgas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas
1 bis 75 Vol.-% Helium enthält.
4. Schutzgas nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas 10 bis
50 Vol.-% Helium enthält.
5. Schutzgas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Schutzgas 0,01 bis 1 Vol.-% Sauerstoff, Kohlendioxid oder einer Mischung aus
Sauerstoff und Kohlendioxid enthält.
6. Verfahren zum MIG- oder MAG-Schweißen von Aluminium, Aluminiumwerkstoffen
und/oder Aluminiumlegierungen, wobei ein Schutzgas der Schweißstelle zuge
führt wird und wobei das Schutzgas Argon, Helium oder ein Gemisch aus Argon
und Helium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas neben Argon
und/oder Helium zumindest einen Anteil von 300 vpm bis 1000 vpm Stickstoff
enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas
zwischen 350 vpm und 650 vpm Stickstoff enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas
1 bis 75 Vol.-% Helium enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas 10 bis
50 Vol.-% Helium enthält.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Schutzgas 0,01 bis 1 Vol.-% Sauerstoff, Kohlendioxid oder einer Mischung aus
Sauerstoff und Kohlendioxid enthält.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19831834A DE19831834A1 (de) | 1998-04-08 | 1998-07-15 | Schutzgas zum MIG/MAG-Schweißen von Aluminium |
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