DE3149551A1

DE3149551A1 - Metal filler wire for gas-metal plasma arc welding

Info

Publication number: DE3149551A1
Application number: DE19813149551
Authority: DE
Inventors: Magnus 18262 Dyursholm Areskoug
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1980-07-08
Filing date: 1981-12-15
Publication date: 1983-06-23
Also published as: SE446831B; JPS58116992A; SE8005010L

Abstract

The invention relates to a metal filler wire for gas-metal plasma arc welding having a sheath and a powder core, and also to a method of pretreating such a wire. According to the invention, in order to be very suitable, such a wire has a relatively thin sheath and a powder core of low compactness and specified particle size. The surface of the wire is free of substances having a lower melting point than that of the wire itself, and the powder core is composed of pure metals or alloys which are free of mineral additives or gas-emitting substances. The pretreatment of the wire comprises heating under a protective gas in such a way that oil and grease residues and other impurities on the surface of the sheath evaporate, the heating being continued until the evaporated products are carried away by the protective gas. The wire is then allowed to cool in the protective gas atmosphere.

Description

Zusatzmetalldraht für das Gas-Metall-Plasma-RogenschweißenFiller metal wire for gas-metal-plasma roe welding

Die Erfindung betrifft einen Draht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Draht wird erfindungsgemäß unter besonderer Behandlung hergestellt. Beim sogenannten Gas-Metall-Plasma-Bogen(GMPA)-Prozeß wird üblicherweise Zusatzmetall in Drahtform verwendet. Der Draht ist bei einer besonderen Ausführungsform für das automatische Schweißen homogen. Der GMPA-Prozeß ist beispielsweise in dem schwedischen Patent 370 345 beschrieben.The invention relates to a wire according to the preamble of the claim 1. According to the invention, such a wire is produced with special treatment. In the so-called gas-metal-plasma-arc (GMPA) process, additional metal is usually used used in wire form. In a special embodiment, the wire is for the automatic welding homogeneous. For example, the GMPA process is in Swedish Patent 370,345.

Der GMPA-Prozeß erlaubt eine vollständige Kontrolle über den gesamten Schweißvorgang und seinen Einfluß auf das Schweißgut. Dabei ist die Steuerung der Zusammensetzung des Metallniederschlags in beachtlichem Maße besser möglich, als bei anderen Schweißprozessen. Um diesen Vorteil möglichst auszunutzen, muß ein Zusatzmaterial mit der gewünschten Legierungszusammensetzung vorhanden sein, um dem Metallniederschlag die angestrebte Zusammensetzung zu geben.The GMPA process allows complete control over the whole Welding process and its influence on the weld metal. The control is the Composition of the metal precipitate considerably better possible than in other welding processes. In order to take advantage of this advantage, an additional material must be used be present with the desired alloy composition to precipitate the metal to give the desired composition.

Zu diesem Zweck muß eine spezielle Form des Zusatzmetalldrahtes verwendet werden, bei welchem der Kern in Form von Pulver und der äußere Mantel in Form eines homogenen Materials vorliegt. Zusatzdraht in der Form von pulvergefüllten Röhren ist ein handelsübliches Produkt. In der derzeit erhältlichen te Erfolg fir angeendet nicht für der den GMPA-Prozeß mit dem gewünschten Erfolg angewendet werden.For this purpose, a special form of filler metal wire must be used in which the core is in the form of powder and the outer coat is in the form of a homogeneous material. Additional wire in the form of powder-filled Tubing is a commercially available product. In the currently available te success fir should not be applied to the GMPA process with the desired success.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Zusatzmetalldraht der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, welcher eine befriedigende Anwendung beim GMPA-Prozeß zuläßt.The object of the present invention is therefore to provide an additional metal wire of the generic type to propose which is a satisfactory application at GMPA process allows.

Ein solcher Draht zeichnet sich durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aus.Such a wire is characterized by the characteristics of the distinctive Part of claim 1 from.

Ein solcher Draht wird beispielsweise vor der Einführung in die Schweißvorrichtung in einem Schutzgas auf eine solche Temperatur erhitzt, daß Ö1- oder Fettrückstände oder andere Verunreinigungen von der Drahtoberfläche verdampft sind.Such a wire is, for example, before being introduced into the welding device heated in a protective gas to such a temperature that oil or grease residues or other contaminants have evaporated from the wire surface.

Die Erhitzung findet solange statt, bis die verdampften Produkte von dem Schutzgas wegtransportiert worden sind. Dann läßt man den Draht in dem Schutzgas abkühlen. Dieses Verfahren und sein Verfahrensprodukt ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The heating takes place until the evaporated products of have been transported away from the protective gas. The wire is then left in the protective gas cooling down. This process and its process product is also the subject of present invention.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Further goals, features, advantages and possible uses of the The present invention emerges from the following description of exemplary embodiments based on the accompanying drawing. All of them are described and / or figurative Characteristics presented for themselves or in any meaningful combination the object of the present invention, also regardless of how they are summarized in the claims or their back-reference.

Es zeigt: Fig. 1, 2 und 3 schematisch die Einführung von Zusatzmetalldrähten in den Plasmabogen zwischen einem Brenner und einem Werkstück beim GMPA-Prozeß, Fig. 4, 5 und 6 im Querschnitt einen die Erfindung aufweisenden Zusatzmetalldraht, Fig. 7 die Temperaturbedingungen in ein Dlasmabogen, und Fig. 8 schematisch eine Vorrichtung für die Behandlung des Zusatzmetalldrahtes nach der vorliegenden Erfindung.It shows: Fig. 1, 2 and 3 schematically the introduction of filler metal wires in the plasma arc between a torch and a workpiece in the GMPA process, FIGS. 4, 5 and 6, in cross section, one incorporating the invention Additional metal wire, FIG. 7 the temperature conditions in a dlasma arch, and FIG. 8 schematically shows an apparatus for the treatment of the additional metal wire according to FIG present invention.

Beim GMPA-Prozeß wird der Zusatzmetalldraht während des Schweißvorganges aufgrund elektrischer Widerstandserhitzung vorerhitzt. Die Zusatzmetalldrähte werden dann von dem Einspannbacken bis zum Bogen, wie in Fig. 1 veranschaulicht, vorerhitzt. Dieser Teil des Drahtes wird durch eine keramische Drahtführung geleitet, die sich in einem wassergekühlten Halter befindet. Wenn der Draht eine bestimmte Temperatur übersteigt, werden Ö1- und Fettrückstände auf der Oberfläche des Drahtes gemäß Fig. 5 verdampft; sie kondensieren an der Keramikdrahtführung. Da dieses Schweißverfahren mit großen Schmelzmengen (5 bis 30 kg/h) arbeitet, sammeln sich auch geringe Mengen von Verunreinigungen der Drahtoberfläche nach einer bestimmten Zeit in der Keramikdrahtführung in solchem Maße an, daß die Drahtzuführung gestört wird. In gleichem Maße sammeln sich Ö1- und Fettrückstände in dem Schlitz an dem Draht in der Keramikdrahtführung an, wodurch die Drahtzuführung behindert wird (vergl. Fig. 1 und 6).In the GMPA process, the filler metal wire is welded during the welding process preheated due to electrical resistance heating. The additional metal wires are then preheated from the jaw to the arch as illustrated in Figure 1. This part of the wire is passed through a ceramic wire guide that extends itself in a water-cooled holder. When the wire has a certain temperature oil and grease residues on the surface of the wire according to Fig. 5 evaporates; they condense on the ceramic wire guide. Because this welding process works with large quantities of melt (5 to 30 kg / h), small quantities also accumulate of contamination of the wire surface after a certain time in the ceramic wire guide to such an extent that the wire feed is disturbed. Collect in equal measure oil and grease residue in the slot on the wire in the ceramic wire guide on, whereby the wire feed is hindered (see. Fig. 1 and 6).

Die Oberfläche des Drahtes muß deswegen so sauber sein, daß sich Öl während des Schweißens über einen Zeitraum von zehn Stunden nicht ansammelt, während welchen Zeitraumes etwa 200 kg an Draht verbraucht werden. Diese Reinhaltung kann durch Nachahmung der Vorerhitzung des Drahtes gemäß dem GMPA-Verfahren in einer besonderen Vorrichtung erzielt werden, die schematisch in Fig. 8 veranschaulicht ist. Sie weist eine Kammer mit Schutzgas auf, durch welche der Draht kontinuierlich hindurchgeführt und während dessen aufgeheizt wird, indem man beispielsweise einen Strom durch den Draht hindurchleitet. Die Länge der Kammer und die Temperatur des Drahtes müssen so aufeinander abgestimmt sein, daß genügend Zeit für die Verdampfung der Ö1- und Fettrückstände auf dem Draht und den Abtransport der Verdampfungsprodukte mit dem Schutzgas vorhanden ist. Eine Kühlkammer mit Schutzgas ist dann unmittelbar hinter der ersten Kammer vorgesehen.The surface of the wire must therefore be so clean that there is oil during welding for a period of ten Hours not accumulates, during which period about 200 kg of wire are consumed. These Keeping it clean can be done by mimicking the preheating of the wire according to the GMPA procedure can be achieved in a particular device which is illustrated schematically in FIG is. It has a chamber with protective gas through which the wire is continuous is passed through and heated during which, for example, by a Conducts current through the wire. The length of the chamber and the temperature of the The wire must be coordinated so that there is enough time for evaporation the oil and grease residues on the wire and the removal of the evaporation products with the protective gas is present. A cooling chamber with protective gas is then immediately available provided behind the first chamber.

Die Vorerhitzung des Drahtes in der Keramikdrahtführung hat einen ansteigenden Gradienten, der aus Fig. 2 ersichtlich ist. Bevor der Draht den Bogen erreicht, hat er eine Temperatur von etwa 1000 bis 12000 C. Dies erfordert, daß der Draht nicht mit einem Überzug, beispielsweise aus Kupfer, versehen sein darf, welcher bei dieser Temperatur schmilzt, abgekratzt wird und sich an der Vorderseite der Keramikdrahtführung (siehe Fig. 3) ablagert. Die Drahtoberfläche darf vielmehr iriit keirler Substar~z l)elegt: sein, die einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als der Draht selbst.The preheating of the wire in the ceramic wire guide has one increasing gradient, which can be seen from FIG. Before the wire the bow reached, it has a temperature of about 1000 to 12000 C. This requires that the wire must not have a coating, for example made of copper, which melts at this temperature, is scraped off and is on the front the ceramic wire guide (see Fig. 3) is deposited. Rather, the wire surface is allowed to with no substance that has a lower melting point than the wire itself.

Zum Zwecke der Vorerhitzung eines röhrenförmigen Drahtes mußte dieser bisher, um insoweit einem massiven Draht gleichwertig zu sein, einen Pulverkern haben, der die Wärme weitgehend gleichermaßen leitet wie ein massiver Draht. Zu diesem Zweck mußte eine verhältnismäßig hohe Verdichtung erreicht und eine genau ausgewogene Pulverfraktion eingesetzt werden. Auch wenn dies gegeben war, war die Wärmeleitung nicht hinreichend gut und nahm ab, wenn der Drahtmantel erhitzt wurde und sich dehnte. Deswegen wird erfindungsgemäß ein äußerst dünnwandiger röhrenförmiger Draht mit einem Pulverkern eingesetzt, der aus einem Pulver besteht, dessen Teilchen, welches nicht gleichermaßen hoch verdichtet ist (vergl. Fig. 4). Der Mantel des Drahtes hat dabei eine Dicke, welche im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm liegt, und einen Durchmesser, der in einem Bereich von 1,5 bis 4,5 mm liegt. Das Pulver des Pulverkernes, welches verhältnismäßig niedrige Dichte hat, hat einen Korlid rchmesser im Bereich von 0,05 bis 0,10 mm und eine maximale Länge von 0,3 mm. Der Drahtmantel schmilzt, worauf der Pulverkern in die Mitte des Bogens gelangt, wo er ebenfalls schmilzt, weil das Pulver nicht zusammengepreßt ist, sondern in dem Teil des Bogens fein verteilt ist, wo dieser eine Temperatur von annähernd 20 0000~C (vergl. Fig. 7) hat. Wenn das Pulver nicht fein verteilt wäre, würde es nicht gleichmäßig schnell schmelzen und folglich in Klumpen in die Schmelze tropfen unter unangenehmem Verspritzen auf das Gehäuse und die Düse.For the purpose of preheating a tubular wire, it had to be so far, in order to be equivalent to a solid wire, a powder core that conducts the heat in the same way as a solid wire. to for this purpose a relatively high compression had to be achieved and a precise one balanced powder fraction can be used. Even if this was the case, it was Insufficient heat conduction good and took off when the wire sheath heated and stretched. Therefore, according to the invention, it becomes an extremely thin-walled one tubular wire inserted with a powder core, which consists of a powder, its particles, which are not equally highly compressed (see Fig. 4). The sheath of the wire has a thickness in the range from 0.1 to 0.2 mm and a diameter ranging from 1.5 to 4.5 mm. That Powder of the powder core, which has a relatively low density, has one Corlid diameter in the range from 0.05 to 0.10 mm and a maximum length of 0.3 mm. The wire jacket melts, whereupon the powder core gets into the center of the arc, where it also melts because the powder is not compressed, but in that part of the arch is finely distributed where it has a temperature of approximately 20 0000 ~ C (see Fig. 7). If the powder wasn't finely divided, it wouldn't melt evenly and quickly and consequently drip into the melt in lumps unpleasant splashing on the housing and the nozzle.

Außerdem würde die Gefahr bestehen, daß Einschlüsse von nicht geschmolzenem Pulver des Kerns auftreten würden.In addition, there would be the risk of inclusions of unmelted Powder of the core would occur.

Der Pulverkern handelsüblicher Rohrdrahtqualitäten enthält bestimmte Zusätze für die Schlackenbildung beim Pulverbogenschweißen und gasemittierende Substanzen, die für das sogenannte Schweißen mit offenem Bogen (open arc welding) bestimmt sind. Ein Draht, der für den GMPA-Prozeß bestimmt ist, darf solche Zusätze nicht aufweisen. Die chemische Zusammensetzung des Pulverkerns besteht nach der vorliegenden Erfindung aus reinen Metallen oder Legierungen von reinen Metallen ohne mineralische Zusätze oder gasbildende Substanzen. Das Pulver sollte ferner einen Zusatz von oberflächenspannungsreduzierenden Substanzen, beispielsweise Si, aufweisen, um die Bildung kleiner Tropfen zu erleichtern, während der Draht schmilzt.The powder core of commercially available tubular wire qualities contains certain Additives for slag formation during powder arc welding and gas-emitting substances, which are intended for so-called open arc welding. A wire intended for the GMPA process must not have such additives. The chemical composition of the powder core is according to the present invention made of pure metals or alloys of pure metals without mineral additives or gas-forming substances. The powder should also contain an addition of surface tension reducing agents Substances, for example Si, have to the formation smaller To ease drops while the wire melts.

Die Drahtanalyse karin beispielsweise wie folgt aussehen: a) Der Pulverkern enthält eine Fe-Legierung mit den folgenden prozentualen Zusätzen: 0.6 C, 1.5 min, 0.5 Si, 4.5 Cr, 3.5 Mo und 4.0 W.The wire analysis can look like this: a) The powder core contains an Fe alloy with the following percentages: 0.6 C, 1.5 min, 0.5 Si, 4.5 Cr, 3.5 Mo and 4.0 W.

b) Der Pulverkern enthält eine Ni-Legierung mit folgenden prozentualen Zusätzen: 0.5 C, 16 Cr, 2 Mo, 2 W, 2 Cu und 4B.b) The powder core contains a Ni alloy with the following percentage Additions: 0.5 C, 16 Cr, 2 Mo, 2 W, 2 Cu and 4B.

c) Der Pulverkern enthält eine Co-Legierung mit den folgenden prozentualen Zusätzen: 26 Cr, 5 W und 1 C.c) The powder core contains a Co alloy with the following percentages Additions: 26 Cr, 5 W and 1 C.

Die Erfordernisse bezüglich Reinheit des Kernpulvers können am Beispiel des Ni-Pulvers wie folgt angegeben werden: 0.03 bis 0.08 C,#0.15 O,#0.001 S, <0.01 Rest.The requirements for the purity of the core powder can be seen using the example of the Ni powder can be specified as follows: 0.03 to 0.08 C, # 0.15 O, # 0.001 S, <0.01 Rest.

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Claims

Additional metal wire for gas-metal-plasma arc welding Requirements: 1. Filler metal wire with a jacket and a powder core for use in Gas-metal plasma arc welding, characterized in that the jacket has a thickness in the range of 0.1 to 0.2 mm and an outer diameter in the range of 1.5 to 4.5 mm has that the powder core is compacted low and the powder one Grain diameters in the range from 0.05 to 0.10 mm and a maximum length of 0.3 mm that the mantle surface of deposits with a lower melting point than that of the wire is free, and that the powder core consists of mineral additive-free and gas-emitting substances free pure metals or alloys.

2. Wire according to claim 1, characterized in that the powder core an addition of surface tension-reducing material, e.g. Si, for ease of use the drop formation at le 8 # et # ### Ätstl t 1 f WP i h ,,

3. wire according to claim 2, characterized in that the powder core contains an Fe alloy has the following percentage additions: 0.6 C, 1.5 Mn, 0.5 Si, 4.5 Cr, 3.5 Mo and 4.0 W.

4. Wire according to claim 2, characterized in that the powder core a Ni alloy with the following percentage additions: 0.5 C, 16 Cr, 2 Mo, 2 W, 2 Cu and 4 B.

5. Wire according to claim 2, characterized in that the powder core a Co alloy with the following percentage additions: 26 Cr, 5 W and 1 C.