DE60131351T2

DE60131351T2 - Schweiss-Löt-TIG-Verfahren für verzinkte Stahlbleche

Info

Publication number: DE60131351T2
Application number: DE60131351T
Authority: DE
Inventors: Stephane Cosson; Eric Cazottes; Francois Darras
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: ATE378139T1; PT1201345E; EP1201345B1; EP1201345A1; FR2815562A1; DE60131351D1; ES2295122T3; FR2815562B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum WIG(Wolfram-Inertgas)-Schweißen von feuerverzinkten oder elektrolytisch verzinkten Blechen, welches insbesondere zur Anwendung kommen kann, um Werkstücke zu verschweißen, die dazu bestimmt sind, Abschnitte von Fahrzeugen zu bilden.
In der Automobilindustrie werden heutzutage häufig feuerverzinkte oder elektrolytisch verzinkte Bleche verwendet, um Fahrzeuge zu bauen.
Im großtechnischen Maßstab ist es indes problematisch, derartige Bleche korrekt zusammenzufügen.
Bei den Schwierigkeiten, die in Verbindung mit dem Schweißen von feuerverzinkten oder elektrolytisch verzinkten Blechen hauptsächlich auftreten, handelt es sich zum einen darum, zu vermeiden, Löcher in dünnen Bleche zu brennen, wobei am häufigsten Bleche mit einer Dicke von weniger als 2 mm eingesetzt werden, und zum anderen darum, zu verhindern oder die Gefahr so gering wie möglich zu halten, dass beim Zusammenfügen dieser Bleche Material verspritzt und anhaftet, insbesondere wenn die Gefahr besteht, dass dieses Verspritzen auf denjenigen Flächen oder Seiten auftritt, die dazu bestimmt sind, im Blickfeld liegende Abschnitte des Fahrzeugs darzustellen.
Zurzeit kommen beim manuellen Zusammenfügen von feuerverzinkten oder elektrolytisch verzinkten Blechen in der Regel die Verfahren des Schweißbrennens, des MSG(Metallschutzgas)-Schweißens und des MSG-Schweißbrennens zur Anwendung.
Es kann indes keines dieser Verfahren als vollkommen zufriedenstellend angesehen werden.
Beim Schweißbrennen nämlich sind die Zufuhrprodukte kostspielig, und das Verfahren kann eine Verformung der Bleche nach sich ziehen, und es bleibt ein unsauberes Verfahren, da das Schweißflussmittel anschließend entfernt werden muss.
Weiterhin ist das MSG-Schweißen von Werkstücken geringer Dicke sehr schwierig und sehr problematisch, da es zum Verspritzen von Material führt und die Gefahr besteht, dass es zum Einbrennen von Löchern kommt, welche dann zahlreiche nachträgliche Ausbesserungen an den verschweißten Blechen erfordern.
Weiterhin führt das MSG-Schweißbrennen, bei welchem das MSG-Verfahren und die Verwendung eines drahtförmigen Schweißzusatzes des Typs Aluminiumbronze oder Siliziumbronze kombiniert werden, dazu, dass Material verspritzt und sich auf den Blechen festsetzt, woraufhin die Spritzer durch eine Nachbehandlung von den verschweißten Blechen entfernt werden müssen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein wirkungsvolles Verfahren zum Zusammenfügen feuerverzinkter oder elektrolytisch verzinkter, d. h. mit einer oberflächlichen Zinkschicht versehener Werkstücke bereitzustellen, wobei dieses Verfahren frei von den oben erwähnten Nachteilen ist und es ermöglicht, die Schwierigkeiten, die mit dem Vorhandensein von Zink auf den zu verschweißenden Werkstücken verbunden sind, zu überwinden.
Die Aufgabe wird durch ein WIG-Schweißverfahren gelöst, bei welchem mindestens zwei metallische Werkstücke, die feuerverzinkt oder elektrolytisch verzinkt sind, zusammengefügt werden, wobei ein drahtförmiger, schmelzbarer Schweißzusatz mittels eines WIG-Schweißbrenners, der mit einer Wolframelektrode, die unter elektrischem Strom steht, versehen ist, zum Schmelzen gebracht wird und wobei ein Schutzgas zum Einsatz kommt, um auf diese Weise zwischen den metallischen Werkstücken mindestens eine Schweißverbindung zu schaffen.
Je nach dem vorliegenden Fall kann das Verfahren der Erfindung eine oder mehrere der folgenden kennzeichnenden Eigenschaften aufweisen:

– Die Wolframelektrode steht unter elektrischem Wechselstrom, um auf diese Weise mindestens einen Lichtbogen zu erzeugen.
– Der drahtförmige Schweißzusatz besteht aus Aluminiumbronze oder aus Siliziumbronze.
– Das Schutzgas ist aus Argon und Gemischen aus Argon und Helium gewählt, wobei vorzugsweise ein Gemisch aus Argon und Helium zum Einsatz kommt, das bis zu 30 Vol.-% an Helium enthält, wobei Argon den Rest ausmacht.
– Die Werkstücke bestehen aus feuerverzinkten oder elektrolytisch verzinkten Stählen mit einer Zinkbeschichtung, deren Dicke 3 bis 50 Mikrometer beträgt.
– Der Strom weist eine Stromstärke zwischen 30 A und 400 A, vorzugsweise zwischen 60 A und 250 A, auf.
– Der Durchmesser des Drahtes beträgt zwischen 0,4 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,6 mm und 1,2 mm.
– Die Schweißgeschwindigkeit ist, bei manueller Ausführung, höher als 20 cm/min. und liegt vorzugsweise zwischen 30 cm/min. und 100 cm/min.
– Bei den zu verschweißenden feuerverzinkten oder elektrolytisch verzinkten Werkstücken handelt es sich um Teile, die zum Bau eines Fahrzeugrahmens dienen, insbesondere um Karosserieteile.
– Die Dicke der Werkstücke beträgt zwischen 0,1 mm und 3 mm und liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 0,5 mm bis 2 mm.

Anders ausgedrückt, beruht die Erfindung im Wesentlichen auf dem Einsatz eines Lichtbogens, welcher mittels einer Wärmequelle in Form eines WIG(Wolfram-Inertgas)-Schweißbrenners erhalten wird, um einen drahtförmigen Schmelzzusatz aus Aluminiumbronze oder Siliziumbronze zum Schmelzen zu bringen.
Vorteilhafterweise wird weiterhin eine automatische Abspulvorrichtung eingesetzt, um den Draht in gleichmäßiger Weise zuzuführen und auf diese Weise das Zusammenfügen mit hohen Geschwindigkeiten durchführen zu können, z. B. mit mehr als 20 cm/min.
Indem vorzugsweise ein WIG-Schweißverfahren mit Wechselstrom zur Anwendung kommt, kann der Schweißvorgang verbessert werden, da bei diesem Verfahren die Zinkschicht vor Erreichen des Schmelzbereiches abgetragen wird.
Die Erfindung kann mit Hilfe herkömmlicher WIG-Schweißgerätschaften zur Anwendung gebracht werden, wobei es sich beispielsweise um einen PROTIG^TM-Brenner, um ein Zuführungssystem DVT 1500 mit Geschwindigkeitsgeber für einen drahtförmigen Schweißzusatz sowie um eine Schweißarbeitsstelle des Typs TIG SAF 300 ACDC handeln kann; diese Ausrüstungsgegenstände werden von der Firma LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE vertrieben.
Als Schweißgas wird vorzugsweise eine Mischung aus Argon und Helium (zu 20 Volumen%) verwendet, welche von der Firma L'AIR LIQUIDE unter der Bezeichnung ARCAL 32^TM vertrieben wird.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich besonders zum Zusammenschweißen von überlappenden Werkstücken, insbe sondere solchen, deren Dickewerte typischerweise 0,57 mm, 0,69 mm, 0,97 mm oder 1,5 mm betragen.
Beispiel
Um den Nutzwert des Verfahrens der Erfindung zu belegen, wurden Versuche durchgeführt, und die erhaltenen Schweißverbindungen sind in den 1 und 2 schematisch dargestellt.
Die 1 zeigt eine Querschnittansicht einer überlappenden Verbindung, das heißt einer Schweißverbindung, die mittels des Verfahrens der Erfindung erhalten wurde, indem ein Teil P2 von 1,5 mm an ein Teil P1 von 1 mm geschweißt wurde.
Bei dem verwendeten Draht handelt es sich um einen drahtförmigen Schweißzusatz aus Aluminiumbronze, der von der Firma LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE unter der Bezeichnung NERTALIC^TM 46 vertrieben wird.
Die Stromstärke des Wechselstroms wurde auf 136 A eingestellt, die Geschwindigkeit des Drahtes auf 4 m/min., und die Wolframelektrode wies einen Durchmesser von 2,4 mm auf.
Für diesen Fall wurde eine Schweißgeschwindigkeit von ungefähr 45 cm/min. erreicht.
Die 2 zeigt eine Aufsicht der Schweißverbindung S der 1. Mittels des Schweißverfahrens gemäß der Erfindung können die folgenden Vorteile erzielt werden:

– ein einfaches Zusammenfügen der Werkstücke,
– eine Zusammenfügungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 35 bis 45 cm/min. oder mehr; wobei die Geschwindigkeit direkt mit der Stromstärke in Verbindung steht,
– keinerlei Verspritzen von Material,
– eine gute Haltbarkeit der Elektrode, welche auf die Verwendung von Wechselstrom, das heißt auf die Phase zum Abtragen der oberflächlichen Schicht, zurückzuführen ist.

Claims

WIG-Schweißverfahren, bei welchem mindestens zwei metallische Werkstücke, die feuerverzinkt oder elektrolytisch verzinkt sind, zusammengefügt werden, wobei ein drahtförmiger, schmelzbarer Schweißzusatz mittels eines WIG-Schweißbrenners, der mit einer Wolframelektrode, die unter elektrischem Strom steht, versehen ist, zum Schmelzen gebracht wird, und wobei ein Schutzgas zum Einsatz kommt, um auf diese Weise zwischen den metallischen Werkstücken mindestens eine Schweißverbindung zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wolframelektrode unter elektrischem Wechselstrom steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der drahtförmige Schweißzusatz aus Aluminiumbronze oder aus Siliziumbronze besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas aus Argon und Gemischen aus Argon und Helium gewählt ist, wobei vorzugsweise ein Gemisch aus Argon und Helium zum Einsatz kommt, das bis zu 30 Vol.-% an Helium enthält, wobei Argon den Rest ausmacht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke derart feuerverzinkt oder elektrolytisch verzinkt sind, dass sie eine Zinkbeschichtung aufweisen, deren Dicke 3 bis 50 Mikrometer beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom eine Stromstärke zwischen 30 A und 400 A, vorzugsweise zwischen 60 A und 250 A, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Drahtes zwischen 0,4 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,6 mm und 1,2 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißgeschwindigkeit, bei manueller Ausführung, höher als 20 cm/min ist und vorzugsweise zwischen 30 cm/min und 100 cm/min liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zu verschweißenden feuerverzinkten oder elektrolytisch verzinkten Werkstücken um Teile handelt, die zum Bau eines Fahrzeugrahmens dienen, insbesondere um Karosserieteile.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Werkstücke zwischen 0,1 mm und 3 mm beträgt und vorzugsweise in der Größenordnung von 0,5 mm bis 2 mm liegt.