-
Verfahren@zum Schmelzschweißen von Metallteilen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Schmelzschweißen von Metallteilen, insbesondere von Aluminium
und dessen Legierungen, und sie besteht darin, daß die zu verschweißenden Metallteile
bis zu einer Temperatur dicht unterhalb ihres Schmelzpunktes vorgewärmt werden und
alsdann in schweißgerechter Lage zueinander bis zum Fließen der Oberflächenschichten
in ein Bad aus durch Wärme verflüssigten Schweißsalzen getaucht werden, dessen Temperatur
möglichst konstant dicht unterhalb der Schmelztemperatur der zu verschweißenden
Teile, gleich der Schmelztemperatur oder auch über der letzteren gehalten wird,
mit der Maßgabe, daß in Abhängigkeit von der Werkstückstärke (Querschnitt) und der
erwünschten Behandlungs- (Tauch-) Zeit das Temperaturgefälle zwischen Schmelz- und
Badtemperatur vergrößert oder verkleinert wird.
-
Es ist ein Verfahren zum Löten von Metallteilen durch Eintauchen der
mit dem Lot versehenen Metallteile in ein aus geschmolzenen Salzen bestehendes Bad
bekannt, bei dem das Vorwärmen der mit dem Lot versehenen Metallteile in einem besonderen
Salzbad bis nahe an den Schmelzpunkt des Lotes erfolgt. Bei einem anderen vorbekannten
Verfahren zur Verbindung -von Metallteilen unter Anwendung eines hohen Flüssigkeitsdruckes
wird in der Weise vorgegangen, daß die in einem Flüssigkeitsbehälter äufeinandergelegten
Metallkörper durch die Flüssigkeit, welche durch die Erhitzung auf eine dem Schmelzpunkt
des einen Metalles naheliegende Temperatur gebracht wird, erwärmt werden.
-
Demgegenüber steilt die°Erftndung ein Verfahren für eine -Schmelzschweißung
dar, bei der in einem Bad die Erhitzung so weit getrieben wird, daß die Werkstücke
an der Oberfläche gerade angeschmolzen werden.
-
Um zu verhüten, daß Ausfressungen während der Schweißbehandlung in
den zu verschweißenden Metallteilen eintreten, ist es geboten,
daß
die :Metallteile vor der Erwärmung bzw. der Badbehandlung von Fremdkörpern, beispielsweise
von Messing oder Kupferspuren, die beim Ziehprozeß bei der Herstellung von Leichtmetallröhrchen
an der Oberfläche haften bleiben, bestens befreit werden.
-
Während des Schweißvorganges übt das Schweißsalzbad eine mehrfache
Wirkung aus; einerseits führt das Schweißsalzbad den zu schweißenden Gegenständen
für eine bestimmte Dauer Wärme zu, damit ihre zu verschweißenden Oberflächen zum
Fluß kommen und sich vereinigen. Andererseits haben die Schweißsalze die auf Metallen,
besonders auf Leichtmetallen sich befindenden Oxydhäute aufzulösen und zu entfernen.
Es hat sich gezeigt, daß bei gewissen Metallegierungen, beispielsweise bei Magiiesium-Leichtmetall-Legierungen,
eine Entfernung der besonders starken Oxydhäute allein durch den Einfluß der Schweißsalze
nicht möglich ist. Die Oxydhaut muß durch eine mechanische Vorbehandlung, z. B.
Feilen, Bürsten mit Metallbürsten o. dgl., entfernt werden. Derartig vorbehandelte
Stücke lassen sich dann einwandfrei mit dem beschriebenen Verfahren verschweißen.
-
Im Sinne dieser Feststellungen kann eine all sich vorhandene nachteilige
Wirkung der Oxydschichteii erfindungsgemäß dadurch positiv ausgenutzt werden, daß
eine künstliche Verstärkung der Oxydhaut an den nicht zu verschweißendeil Oberflächenstellen
derWerkstücke, beispielsweise durch Eloxieren bei Leichtmetall, vorgenommen oder
die an der gesamten Oberfläche künstlich verstärkte Oxydhaut an den zu verschweißenden
Stellen geschwächt oder entfernt wird, beispielsweise durch Feilen, Bürsten o. dgl.
-
Das Verfahren nach der Erfindung kann ferner dazu benutzt werden,
die zu verschweißenden Oberflächenstellen vorher festzulegen und/oder das oberflächliche
Fließen bestimmter Werkstückflächeli bzw. -teile zu vermeiden (Verhinderung des
Verschweißens an diesen Stellen). Zu diesem Zwecke werden die vom Verschweißen freizuhaltenden
Teile des Werkstückes örtlich, insbesondere durch Ziehen oder Pressen, vorbehandelt.
-
Beim Verschweißen der Metallteile, z. B. der Röhrchen bzw. Lamellen
für die Herstellung von Wärmeaustauschern, empfiehlt es sich, diese über den Bereich
der zu verschweiflenden Flächen hinaus, also tiefer, in das Schweißbad einzutauchen.
-
Um die Abführung der vom Bad den Metallteilen während der Eintauchzeit
plötzlich zugeführten, verhältnismäßig großen Wärmemengen zu erhöhen und insbesondere
bei kleineren Werkstücken, die ganz in das Bad eingetaucht werden müssen, diese
Wärmeabführung überhaupt zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, die ztt verschweißenden
Werkstücke mit zusätzlichen Wärmeableitern, beispielsweise in Form von aus dein
Bad herausragenden Metallfahnen, zu versehen.
-
Ferner ist es vorteilhaft, die behandelten Metallteile nach dem Zerlassen
des Bades voll den noch anhaftenden Salzen gründlich zti befreien, um ein Nacheinwirken
der korrodierenden Eigenschaften der Salze auszuschließen.
-
Das innige Verbinden von Metallen, wie insbesondere von Leichtmetallen
(Aluminium und seine sämtlichen Legierungen), aber auch Kupfer und dessen Legierungen,
gegebenenfalls auch Eisen und Eisenlegierungen, kann grundsätzlich durch Überleitung
der oberen Schichten der miteinander zu verbindenden Flächenteile in den Fließzustand
und Zusaniinenbringen in diesem Zustand erreicht werden. Eine solche Maßnahme zerstört
meisten: die äußere Gestaltung, und sie ist überdies nur bei Werkstücken größerer
Abmessungen möglich. Dieses ursächliche Schweißverfahren unter Anwendung von hohen
Schweißtemperaturen ist bei dünnwandigen Körpern entweder überhaupt nicht oder nur
durch äußerst geübte Fachkräfte möglich.
-
Man hilft sich in diesen Fällen, also bei sehr dünnwandigen Gegenständen,
häufig mit Weichlötung. Derartige Verbindungen sind aber bei Ausführung in Leichtmetall
festigkeitsmäßig wenig sicher, insbesondere nicht korrosionsbeständig, und haben
den Nachteil, als Elemente elektrischer Apparate elektromagnetische bzw. elektroakustische
Störungen zu verursachen. Hartlötungen sind in ihrer Anwendung bei Leichtmetallen
ebenfalls sehr schwierig und zeitraubend. Hinzu kommt, daß das Aussehen der hartgelöteten
Teile nachteilig beeinflußt wird, da beispielsweise bei nachfolgendem Beizen der
behandelten Teile häßliche Verfärbungen eintreten. Auch die Homogenität der hartgelöteten
Stellen läßt sehr zu wünschen übrig. So lassen :ich auch beispielsweise hartgelötete
Teile an den Verbindungsstellen nicht mit Schutzüberzügen, beispielsweise durch
Eloxierung, versehen.
-
Die Erfindung stellt ein sehr einfach zu handhabendes Verfahren zur
innigen, beste Homogenität sichernden Verbindung voll DIetallteilen dar. Sie ist
sowohl für das Verschweißen beliebig groß auerschnittiger als auch dünnstwandiger
Metallteile gleich gut geeigqet. Nach einmal erfolgter Herrichtung rler Behandlungseinrichtungen
können ungeschulte Arbeitskräfte die Verschweißungen vornehmen.
-
Die Verschweißungseinrichtungen selbst sind ebeilf;lls äußerst einfach
und billig. Es genügt ein Schweißsalzbad in Form eines erhitzbaren Troges (Ofen),
der zweckmäßig mit
einer Haube versehen ist, damit oberhalb des
Badspiegels eine gleichmäßige Vorwärmtemperatur herrscht. Es ist zweckmäßig, automatisch
wirkende Temperaturregler vorzusehen, damit 'sowohl das Bad als auch der darüber
befindliche Luftraum gleichbleibende Temperaturen besitzen. . Die Ofenhaube besitzt
daher vorteilhaft eine Ventilationsvorrichtung im Sinne eines Wärmeaustauschers
zur Lufttemperaturregelung unter der Haube, denn es muß dafür gesorgt werden, daß
die Temperatur des Luftraumes innerhalb der Ofenhaube gegenüber der Badtemperatur
stets ein Temperaturgefälle besitzt, wobei dieses Gefälle eine Funktion der jeweils
zu behandelnden Werkstücke ist, denn es ist verständlich, daß Werkstücke verschiedenen
Volumens verschiedene Wärmeausgleiche erforderlich machen. Der Wärmeaustausch, der
sich zwischen dem zu behandelnden Werkstück und dem Bade während des Eintauchens
des Werkstückes vollziehen soll, wird erfindungsgemäß bei verhältnismäßig sehr hohen,
nahe dem jeweiligen Schmelzpunkt der zu verschweißenden Metallteile gelegenen Temperaturen
vorgesehen, um zu erreichen, daß der Verschweißungsvorgang in kurzer Behandlungszeit
sich abspielt und so ein langes Einwirken der scharfen ätzenden Badsalze auf die
Metallteile vermieden wird. Im Sinne dieser erfindungsgemäßen Maßnahme ist es daher
auch möglich, die Badtemperatur sogar über die Schmelztemperatur des zu behandelnden
Werkstückes zu legen. Es ist verständlich, daß in diesem Falle zwar die Schweißzeit
sehr verkürzt werden kann, daß aber die Eintauchzeit, also die eigentliche Schweißzeit,
sehr genau bemessen werden muß. Sie muß um so genauer bemessen `werden, je dünnzvandiger
die zu behandelnden Metallteile und. j e höher die Temperaturen, bei denen der Schweißvorgang
durchgeführt wird, sind. Es ist daher grundsätzlich die Regel im Sinne der Erfindung
aufstellbar, daß die Funktion nach der Zeit bestimmt wird durch die Faktoren Vorwärmtemperatur,
z. B. Lufttemperatur über dem Badspiegel innerhalb der Ofenhaube, Werkstoffzusammensetzung,
die gleichbedeutend ist mit der Schmelztemperatur der zu behandelnden Metalle, Werkstückstärke
bzw. -querschnitt und Badtemperatur. Im normalen Falle ist die Raumtemperatur niedriger
als die Badtemperatur, und diese wiederum ist niedriger als die Schmelztemperatur.
Im Sinne der vorgenannten Funktion nach der Zeit sind aber Verschiebungen bzw. Umstellungen
dieser Temperaturreihenfolge möglich.
-
Als Schweißsalze eignen sich alle schmelzbaren und somit ein flüssiges
Bad bildenden sogenannten - Flußmittel, wie beispielsweise. zum Schweißen von Leichtmetallen
Mischungen aus Kaliumchlorid, Natriumchlorid, Lithiumchlorid, Natriumaluminiumfluoridu.
dgl.
-
Der Schweißvorgang selbst vollzieht sich bei Beachtung der erfindungsgemäßen
Funktionslehre sehr rasch, und die erzielten Schweißstellen besitzen eine ausgezeichnete
Homogenität und beste Beanspruchungseigenschaften.
-
Beispiel für das Herstellen eines Wärmeaustauschers Die zunächst von
Fremdkörpern, insbesondere Metallspuren, bestens gereinigten Röhrchen aus handelsüblichem
Reinaluminium werden in bezug auf ihre gewöhnlich im Sechskaiztquerschnitt aufgeweiteten
Enden aneinandergelegt und mit einer Haltevorrichtung in dieser Stellung gehalten.
Nunmehr ,v ird dieses Röhrchenpaket entweder in einer besonderen Wärmevorrichtung
auf etwa 6oo° C erwärmt oder in den etwa 6oo° C aufweisenden Luftraum über dem Schweißbad
innerhalb der Ofenhaube verbracht und dort so lange zunächst gehalten, bis das Paket
die Raumtemperatur angenommen hat. Nunmehr wird das Paket in das eine Temperatur
von etwa 65o° C besitzende Schweißbad getaucht, und zwar so tief, daß der Badspiegel
etwa um die II'he der Endaufweitungen oberhalb dieser Endaufweitungen liegt. Das
Paket wird etwa to Sek. in dieser Stellung im Bad gehalten, alsdann herausgezogen
und aus dem Ofen entfernt. Nach zweckmäßig langsamer Abkühlung erfolgt ein gründliches
Beseitigen der Flußmittelreste, beispielsweise durch Hindurchführung durch Reinigungswasser-
und Säurebäder.
-
Es ist bei dem vorgeschilderten Beispiel nicht unbedingt notwendig,
wenn auch zweckmäßig, auf vollste einwandfreie, d. h. satte Anlage der einzelnen
Sechskantflächen aneinander zu achten, da während des Schweißprozesses vorhandene
kleine Zwischenräume zwischen den aneinandergrenzenden Sechskantflächen durch kapillares
Ansaugen von in F luß befindlichem Metall aus der Umgebung geschlossen werden. Es
hat sich gezeigt, daß beim Schweißvorgang die Oberfläche von Stellen des Werkstückes,
die einer mechanischen Vorbehandlung unterzogen wurden, z. B. Ziehen des Metalls
bei Sechskantaufdornungen von Kühlerröhrchen o. dgl., bei gleicher Temperatur später
zum Fließen kam als die einer solchen mechanischen Vorbehandlung nicht unterzogenen
Werkstückstellen.
-
Dies gibt die Möglichkeit einer willkürlichen Festlegung derjenigen
Oberflächenstellen, die zuerst zum Fluß kommen sollen. Man kann sich diesen Vorgang
vermutlich in der Weise erklären, daß ein oberflächliches Abschmelzen erfolgt, während
die unter dieser
Schmelzhaut liegenden Werkstückteile in einen
Sinterungszustand übergehen, mit der :Maßgabe, - daß die übrigen im Innern des Querschnittes
liegenden Werkstoffteile noch festes, d. h. in bezug auf die Kristallaneinanderlagerungen
unverändertes Gefüge aufweisen. Im Sinne dieses Erklärungsversuches ist es verständlich,
daß gemäß der Erfindungslehre die Einwirkzeit des Schweißbades unter Berücksichtigung
der jeweils gewählten Schweißbadtemperatur in Beziehung zur Metallschmelztemperatur
jeweils nur so lang bemessen werden darf, daß ein ausreichend großer Metallquerschnitt
während des Schweißvorganges in umverändertem Gefügezustand bestehen bleibt. Aus
diesem Grunde wird im gewählten Beispiel bewußt das Rohrpaket etwas tiefer in das
Bad hineingetaucht, als es im Hinblick auf die zu bildenden Schweißverbindungsstellen.eigentlich
nötig wäre.