DE2758474A1

DE2758474A1 - Ternaeres schutzgasgemisch zum lichtbogenschwei"en oder hartschwei"en

Info

Publication number: DE2758474A1
Application number: DE19772758474
Authority: DE
Inventors: Claude Hentzien; Roger Sicot
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1976-12-30
Filing date: 1977-12-28
Publication date: 1978-07-13
Also published as: CA1089027A; SE425766B; JPS5388643A; JPS5846391B2; FR2375945A1; BE862086A; FR2375945B1; IT1089986B; SE7714866L

Description

L'Air Liquide, Societe Anonyme pour 1'Etude et !'Exploitation des Procedes Georges Claude 75, Quai d'Orsay - 75007 Paris/ Frankreich

Ternäres Schutzgasgemisch zum Lichtbogenschweißen oder- Hartschweißen

Die Erfindung betrifft ein ternäres Schutzgasgemisch zum Lichtbogenschweißen oder - Hartschweißen von Stählen.

Bei den Schweiß- oder Hartschweißverfahren bei Stählen wird eine Schutzatmosphäre verwendet, wobei ein elektrischer Lichtbogen benutzt wird zwischen einer sich verbrauchenden Elektrode, die aus einem Stahldraht besteht, und einem metallischen Schmelzbad; insbesondere für legierte Stähle mit austhenitischem und austheno-ferritischem Aufbau mit schwachem Gehalt an Ferrit, wie z. B. Stählen, die kleine Mengen Nickel und Chrom enthalten.

Andere Verfahren erlauben die Realisierung des Schweißens oder HartSchweißens von legierten Stählen.

Im elektrischen System mit starker Intensität erfolgt der Übergang des geschmolzenen Metalls der sich verbrauchenden Elektrode zu dem metallischen Schmelzbad durch Pulverliieren bzw. Zerstäuben in Tröpfchen. In sehr warmem Betrieb bzw. beim

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sehr heißen System, das tinter der Bezeichnung "Spray-Are" bekannt ist, in welchem der Grad oder das Verhältnis der Metallablagerung bei 5 bis IO kg pro Stunde liegt, und zwar jejiadidem Durchmesser der Drähte, ist die Anwendung dieses Verfahrens auf Bleche mit einer Dicke Ober 4 mm begrenzt, wobei unter diesen Wert die Bleche durchbrochen bzw. mit Löchern durchsetzt lind.

In dem Verfahren, gemäß welchem der Übergang durch Berührung im Betrieb erfolgt» wobei Folgen von Kurzschlüssen mit dem Schmelzbad und KurzbOgen gegeben sind, das unter der Bezeichnung "Short-arc" bekannt ist, und zwar mit einem Verhältnis an Metallablagerung i» der Größenordnung von 1 kg/Std., kann man Bleche schweißen, die eine Dicke unter 4 mm bi· etwa 1,5 mn haben.

Ebenso wird für da· Schweißen oder Hartschweißen von !lementen bzw. Teilen au« legierten Stählen ein Verfahren im Betrieb mit Zwischenwärme zwischen dem "Spray-Are" und dem "Short-arc" verwendet. Gemäß dieser als "Arc-pulse" (Impuls-Lichtbogen) bezeichneten Technik erfolgt der Obergang des geschmolzenen Metalls der Elektrode durch gesteuerten Stromstoß.

inertgas (TIG) Die Wolf ran/ -»Schweißtechnik oder die Schweißtechnik mit Mikro-Plasma wurde für die Bleche aus legiertem Stahl schwacher Didhtai verwendet. Die Ergebnisse sind interessant, aber das Schweißverfahren ist langsam, nämlich in der Größenord-

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nung von 10 bis 30 cm pro Minute.

Gewisse Schutzgasgemische, die derzeit bekannt sind, sind gut dafür geeignet, das Schweißen von Metallen der vorgenannten Art sicherzustellen, insbesondere eine Schutzatmosphäre mit vier Bestandteilen, die unter der Marke "Noxalic" bekannt ist und aus 20 bis 90 % Helium, 0,5 bis 2 % Wasserstoff, frei oder gebunden, sowie Gasen und Dämpfen besteht, die Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten, vorzugsweise 2 bis 6 % Kohlendioxid und der Rest Argon. Andere Atmosphären sind ebenfalls beim Schweißen oder Hartschweißen legierter Stähle mit elektrischem Lichtbogen unter Gasschutz bei Verwendung eines kontinuierlichen Drahtes geeignet.

Indessen hat die Entwicklung von Materialien und der Techniken gezeigt, daß die bekannten Verfahren gewisse Schwierigkeiten bei der Verwendung im Falle des Zusammenbaus oder der Verbindung von Teilen sehr schwacher Dicke bieten. Infolgedessen ist es bei einer Dicke von unter 1,5 mm unwahrscheinlich, gute Ergebnisse mit Hilfe auf dem Markt existierender Schutzatmosphären zu erzielen.

Eine Schutzatmosphäre wird gesucht, welche das Schweißen von Blechen schwacher Dicken gestattet sowie den Zusammenbau bzw. die Verbindung mit gutem Aussehen und hervorragender Dichtigkeit unter Verwendung der vorgenannten vorteilhaften Verfahren "Spray-Arc", "Short-arc" und "Arc-pulse".

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Es 1st schon ein Schutzgemisch auf der Basis eines seltenen Gases gefunden worden, wie z. B. Argon mit einem aktiven Gas, wie z. B. Kohlendioxid, und einem reduzierenden Gas, wie z.B. Wasserstoff. Dieses Gemisch schafft die Möglichkeit, hervorragende Ergebnisse, insbesondere bei Teilen geringer Dicke, zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung erlaubt das Schweißen in der Art von "Short-arc" von Teilen, deren Dicke zwischen 0,5 und 1,5 mm liegt, unter guten Bedingungen. Über diese Dicke hinaus ist es ferner möglich, sehr zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Beim Schweißen im Betrieb mit dem Obergang durch Tröpfchen - im Betrieb mit starker Intensität oder "Spray-Are" und gesteuertem Stromstoß oder "Arc-pulse" - erhält man mit Hilfe der erfindungsgemäßen Zusammensetzung bessere Ergebnisse als die man bislang erhielt.

Bei diesem Gasgemisch erlaubt die Gegenwart von Kohlendioxid einen fein verteilten Obergang von Metall, wodurch metallische Vorsprünge vermieden werden, wobei die Anwesenheit von Wasserstoff eine positive und günstige Rolle spielt und seine reduzierende Eigenschaft ein Abbeizen, Glühen bzw. Blankputzen des Schmelzmetalls derart erlaubt, daß die Befeuchtung in korrekter Weise sichergestellt wird, ohne daß beim Schweißen eine Porosität verursacht wird. Die analytischen Prüfungen erlauben nicht den Nachweis einer Anreicherung des abgelagerten Metalls an Kohlenstoff.

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Außerdem 1st dieses Gemisch vorteilhaft in wirtschaftlicher Hinsicht wegen des Fehlens von Helium und aufgrund einfacherer Konditionierung bzw. Bedingungen, da es nur drei anstelle von vier Bestandteilen aufweist. Diese Konditionierung kann in gasförmigem oder flüssigem Zustand erfolgen.

Das ternäre Schutzgasgemisch aim Lichtbogenschweißen oder -Hartschweißen legierter Stähle gemäß der Erfindung weist 2,5 bis 3,5 Vol.-% Kohlendioxid, 0,8 bis 1,2 Vol.-% Wasserstoff auf, und der Rest ist Argon. Bezüglich des Argon erwartet man, daß das Argon eine größere Reinheit als 99 % hat.

Ein Gemisch mit 3 Vol.-% Kohlendioxid, 1 Vol.-% Wasserstoff und 96 Vol.-% Argon bildet eine besonders interessante Schutzatmosphäre .

Bei der Gegenwart einer Schutzatmosphäre mit 2,5 bis 3,5 Vol.-% Kohlendioxid ist die Stabilität des Lichtbogens (Stabilität der Stromintensität und Spannungsstabilität) hervorragend, und die Schweißung ist regelmäßig. Unter 2 Vol.-% wird sie weniger gut, und ab 1,5 % wird sie schlechter. Die Instabilität des Lichtbogens ruft für den Schweißer eine Unbequemlichkeit wegen der Vorsprünge des Metalls und «ine gewisse Unregelmässigkeit der Schweißung bzw. der Schweißverbindung hervor.

Das Schutzgas gemäß der Erfindung erlaubt eine Schweißung oder Hartschweißung ohne Anreicherung der Schweißnaht an Kohlenstoff.

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Eine Anreicherung an Kohlenstoff stellt für die legierten Stäbe ein Risiko der Bildung von Chromcarbld dar, welches eine Verschlechterung der Interkristallinen Eigenschaften nach sich zieht mit den Folgen einer übermäßigen Empfindlichkeit gegenüber Korrosion und einer Verminderung der mechanischen Eigenschaften der Verbindung oder Naht.

Die analytische Prüfung bestätigt die Wahl der oberen Grenze an Kohlendioxid. Bei einem Schweißdraht mit 0,02 % Kohlenstoff (0,019 bis 0,0217) ist in der "Spray-Are"-Technik der Gehalt des überführten Metalls an Kohlenstoff folgender:

- bei Atmosphäre "Noxalic" mit 3,25 % CO₂ C ■ 0,0290 %

- bei ternärem Gemisch mit 3 % CO₂ C = 0,0263 %

- bei ternärem Gemisch mit 4,5 % CO₂ C « 0,0375 %.

Von 4 % CO₂ ab in dem Gemisch stellt man eine Anreicherung an Kohlenstoff fest, und bei 4,5 % ist die Rolle des CO₂ nachteilig.

Die Rolle des Wasserstoffs ist nur in sehr genauen Grenzen für das Abbeizen der Ränder der Schweißverbindung vorteilhaft. Bei einem passenden oder zweckmäßigen Gehalt an Wasserstoff ergibt sich eine angrenzende Abbeizung, welche die Befeuchtung erleichtert und die Verbindung mit dem Basisblech begünstigt. Die Säuberung des Bandes durch die Reduktion der Oxide ermöglicht die Gewinnung blanker Schweißraupen mit weißen Rändern.

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Die visuelle Prüfung von Versuchsstücken zeigt, daß der Wasserstoff unter 0,8 % nicht mehr ein gutes Abbeizen hinreichend sicherstellt. Zwischen 0 und 0,5 % Wasserstoff beobachtet man kein Abbeizen, und die Schweißverbindungen sind matt, denn sie sind insbesondere oxidiert.

Durch radiographische Kontrolle hat man festgestellt, daß über 1,2 % die Gegenwart von Wasserstoff hinsichtlich der Porosität der Schweißverbindung unzweckmäßig wird. Die radiographische Kontrolle oder Überwachung zeigt Porositäten, wenn im "Spray-Are" Betrieb der Gehalt an Wasserstoff 1,5 % erreicht, wobei diese unangenehme Wirkung um so deutlicher ist, je geringer der Gehalt an Kohlendioxid ist. Das ternäre Gemisch gemäß der Erfindung enthält 3 % Kohlendioxid und 1 % Wasserstoff und ist praktisch frei von Porosität, und es wird durch M = 19,75 bestimmt, während "Noxalic" 18 entspricht, wobei auf eine Standard-Schweißverbindung der Porosität O, durch den Koeffizienten 20 bestimmt, Bezug genommen wird, und zwar für eine Verbindung mit einer Dicke von 6 mm und eine Schweißnaht von 20 cm Länge. Für ein ternäres Gemisch mit 1,5 % H_ und 3 % CO₂ gilt M = 17,25 (unter denselben Bedingungen wie vorstehend erwähnt entspricht diese Zahl 6 Blasen mit einem Durchmesser von 0,5 mm oder 3 Blasen mit einem Durchmesser von 1 nun) Bei einem ternären Gemisch mit 2 % Wasserstoff ist die radiographische Zahl N =14, d. h. daß man auf einer Schweißraupe von 20 cm 9 bis 10 Blasen eines Durchmessers in der Größenordnung von mm beobachtet.

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Als den erfinderischen Rahmen nicht begrenzende Beispiele können die folgenden Angaben gemacht werden.

Beispiel 1

Man lagert Netall in einer Gußform ab, ausgehend von einem nicht oxidierbaren Stahldraht der Art 18/8 mit schwachem Kohlenstoffgehalt mit einem Durchmesser von 0,8 mm, wobei der Schweißstrom eine mittlere Dichte von 120 A und eine mittlere Spannung von 17V hat. Bei der gewählten Betriebsart folgen Kurzschlüsse und Kurzbögen rasch aufeinander. Die Schweißverbindung erfolgt in vertikal steifender Stellung.

Die Schutzatmosphäre, die von einer Flasche geliefert wird, in welcher das Gemisch komprimiert ist, entspricht der folgenden Volumenspezifizierung:

CO₂	3
^H2	1
Argon	96

Die oszillographischen Aufzeichnungen zeigen die gute Gleich' mäßigkeit des Lichtbogenbetriebes.

Mechanische \touchsstücke in der Raup« des abgelegten Metalles werden abgenommen, und die Eigenschaften sind sehr gut.

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f ten

Verbindung 12. πρ, Blech 1B/8, r^nnuelles, vertikal stei <ion<Jo!> Sclv.-.-oi Ten, 120 /'r:iero/17 "o]t.

- Zugfest i nkeit (zylindrisches Versuchsst'ick nit einem Durch-

2 messer von 1,78 irr) G 1 , 1 1 ϊ:α pro rm'·

- Pe h nun π (I^anne = -]em 7fachen des Ourchinessers) : 40

- Einschn.jrunqskoef f izient: 57,7 %

- Schlaqfestiq!;oit b^v/. Kerbsclilaqz'ihiqkeit (Chany V): KcV. 18,37 kq cm² bei + 2O °C, 18,2^rj bei O °C, 14,85 bei - 20 ⁰C, 15,2 bei - 40 °C, 14,67 bei - IO °r, 11,07 bei Rn °c und 5,6 7 bei -11t °C.

Korrosion

Der ''Jiderstand qeaen die Korrosion ist in schwefelhaltiqer und kunferhaltiqer Lösuno bei "iedetenneratur sehr nut.

E lernen taranalvsen

C Si Mn Ni Cr Mo

Draht 0,026 0,89 1,63 1,6 20,70 0,07

Niederschlag außer Verdünnung bei "Short-Arc" ('!D)

C Si Mn Ni Cr

Gemisch

Beispiel 0,026 0,75 1,56 10,02 20,62

π η '} Π ? P, / η R 8 fl BAD ORIGINAL

Zahl Γ»,^Γ» ".lech 12 rrrn vertikal; Zahl 2O IUech 1 , "> flieh

Die f^c'r-'ni'lunn ir r>nrny-Arc-iletriel> erfolgt unter «lon aloic'nn iiedinqunoen ν/ie hei rjelinial 1. nor "troir hat cino rrüttler^ Intensität von 23o Anipare und ein« mittlere :?oannunq von '}(> Volt.

C Si Mn :Ji Cr

ler, Drn'ito¹; ), )2Γ> 0,73 1 , ¹So 1Ο,Ο2 2ί),Γ>:>

.11). ),26 0,83 1,58 '), I \ 17,7

Dichtifikeit 'Hrjcli 6 τη flach Γ),75

BAD ORIGINAL

Claims

Dr. Hans-HeinriA Willrath t

Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus SeifFert

PATENTANWÄLTE

Serie 2.283 Code 242

D - 62 WIESBADEN l , 27. DeZ. 1977 S/B Po»rfi*ü»ei45 Guttv-Freyuf-Smk ■ * 10*1 ti) WV10 TtbgnonMliMMi WfUPMINT Τ·Ι·χ: 4 186247

L¹AIr Liquide, Societe Anonyme pour I'Etude et !'Exploitation des Procedes Georges Claude 75, Quai d'Oraay - 75007 Paris / Prankreich

Tamaras Schutagaagemisch aum Lichtbogenschweißen oder- Hartschweißen

Priorität» 30, December 1976 in Prankreich, Anmalda-Nr. 76 39 530

Patent an s ρ r U ο h β

.^ Ternärea Gemisch eines Schutzgases zum Lichtbogenschweißen oder Llchtbogenhartachweißen legierter Stähle, dadurch gekennzeichnet, daß es 2,5 bis 3,5 Vol.-t Kohlendioxid, O,8 bis 1,2 Vol.-% Wasserstoff und al* Pest Άτηοη erttflilt. ·

ORONAL INSPECTED

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»-Nr. 17*1
2. Gemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl es 3 Vol.-% Kohlendioxid, 1 Vol.-% Wasserstoff und 36 % Argon enthält.
3. Verwendung des ternären Gemisches an Schutzgas beim Lichtbogenschweißen oder Lichtbogenhartschweißen von Stählen, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Bogen zwischen einer sich verbrauchenden Elektrode, die aus einem Legierungsstahldraht besteht, und einem metallischen Schmelzbad unter Verwendung einer Schutzatmosphäre benutzt wird, die aus dem genannten ternären Gemisch besteht.
4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der übergang des geschmolzenen Metalles der sich verbrauchenden Elektrode zum metallischen Schmelabad durch Tröpfchenzerstäubung erfolgt nach dem unter der Bezeichnung "Spray-Are" bekannten Verfahren.
5. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang des geschmolzenen Metalls der sich verbrauchenden Elektrode zu dem metallischen Schmelzbad durch betriebliche Berührung erfolgt, wodurch Folgen von Kurzschlüssen mit dem Schmelzbad und Kurzbögen gemäß dem unter der Bezeichnung "Short-Arc" bekannten Verfahren gegeben sind.

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6. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang des geschmolzenen Metalls der sich verbrauchenden Elektrode zum metallischen Schmelzbad durch gesteuerten Stromstoß erfolgt gemäß einem unter der Bezeichnung "Arc-pulse" bekannten Verfahren.
7. Verwendung des ternären Schutzgemisches nach Anspruch 1 beim Schweißen oder Hartschweißen von legierten Stäben mit austhenitischem und austheno-ferritischem Aufbau mit schwachem Gehalt an Ferrit, wie z. B. Nickelchromstählen.
8. Verwendung des ternären Schutzgemisches nach Anspruch 5 beim Schweißen von Teilen, deren Dicke etwa zwischen 0,5 und 1,5 mm liegt.

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