EP0964769A1 - Verfahren zur herstellung von drahtförmigen, aus metallen und/oder legierungen bestehenden schweisselektroden sowie drahtförmige schweisselektrode - Google Patents

Verfahren zur herstellung von drahtförmigen, aus metallen und/oder legierungen bestehenden schweisselektroden sowie drahtförmige schweisselektrode

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EP0964769A1
EP0964769A1 EP98910686A EP98910686A EP0964769A1 EP 0964769 A1 EP0964769 A1 EP 0964769A1 EP 98910686 A EP98910686 A EP 98910686A EP 98910686 A EP98910686 A EP 98910686A EP 0964769 A1 EP0964769 A1 EP 0964769A1
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EP
European Patent Office
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wire
core
tube
alloys
welding
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98910686A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Müller
Hans Sommer
Ulrich Finger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cmtm Dr Muller Verfahrenstechnik GmbH
Original Assignee
Cmtm Dr Muller Verfahrenstechnik GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Cmtm Dr Muller Verfahrenstechnik GmbH filed Critical Cmtm Dr Muller Verfahrenstechnik GmbH
Publication of EP0964769A1 publication Critical patent/EP0964769A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/302—Cu as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
    • B23K35/0283—Rods, electrodes, wires multi-cored; multiple

Definitions

  • the invention relates to a method for producing wire-shaped welding electrodes consisting of metals and / or alloys, and to a wire-shaped welding electrode produced by such a method.
  • DE 31 28 640 AI shows a welding wire for use as an electrode, which consists of several individual wires twisted together.
  • Single wires contain different metallic components or materials.
  • a core wire can be provided, around which the individual wires are wound helically.
  • Nickel or cobalt-based alloys DE 35 42 663 AI describes a filler metal and a process for its production in which inert gas atomized powder is poured into a seamless tube and then the powder is compacted by pulling, thereby further including the enclosed one Gas quantity should be reduced.
  • the method for producing the wire-shaped welding electrode uses a layered composite wire, which has a closed outer surface.
  • the laminated wire is produced by first continuously forming a metallic, brightly cleaned strip into a tube and welding it by a conventional welding process without a filler metal. TIG, plasma, induction or laser welding can be used as the welding process. Before welding, the pretreated, bare metal core is continuously introduced into the pipe, which has not yet been completely finished, this core consisting of one or more compact wires and / or one
  • Laminated wire can consist of several metals or alloys.
  • the sheath and core are mechanically plated to form the composite wire.
  • the composite wire thus produced can then be drawn to the required final dimensions in a conventional manner.
  • a mechanically plated layered composite material or layered composite wire is formed, which can be optimized with regard to the materials of the core and jacket with regard to the processability and the desired welding applications.
  • the core is provided with at least one longitudinal groove which can be formed by rolling in, each longitudinal groove serving to accommodate an insert wire.
  • Core and insert wire materials Lines can have different properties and / or different material compositions.
  • the longitudinal groove in the core essentially has a width which corresponds to the diameter of the insert wire.
  • the depth of the longitudinal groove is in a range from 0.7 to 1.0 times the diameter of the insert wire.
  • the core described above with a longitudinal groove and insert wire can be provided with an inner sheath or an inner sheath, which is then surrounded by the outer sheath, the outer sheath forming the above-mentioned welded tube with an outer closed surface.
  • the desired cladding is carried out by connecting the insert wire and the longitudinal groove core as well as the outer and inner sheath and core.
  • the core can be prefabricated as a composite wire with an open or closed outer surface that forms the inner shell, for this purpose a core wire made of a first metal or a core with a longitudinal groove and insert wire made of different materials with a sheath that forms the inner shell , be surrounded.
  • the inner shell is made of a second metal.
  • the inner jacket can in turn be formed from a prefabricated, multi-layer plated band.
  • the wire-shaped welding electrode made of metals and / or alloys according to the invention thus represents a laminated wire with an outer sheath made of ductile material closed by welding and a core which can be formed in the inside of the sheath.
  • the outer sheath preferably consists of copper or copper alloys , wherein the core is a composite material that can be produced by the above method.
  • the alloying elements required for the overall composition are either in the base material is alloyed (e.g. nickel, tin or manganese in copper) or integrated as individual components (e.g. aluminum or iron).
  • the core can be constructed according to the invention as a composite wire which, for example, consists of a sheath made of aluminum (aluminum alloy) and a core which, in addition to copper, contains further alloy elements such as Fe, Ni, Mn, Sn etc.
  • the Al sheath of the composite wire used as the core is formed from tape, the tape edges either being welded or remaining unwelded. It is formed by either wrapping the tape spirally around the core or by profiling it into a tube with a longitudinal seam. Since the alloying of copper with Fe contents greater than 2 mass percent is practically no longer possible, an iron wire (steel wire) is integrated into the core in these cases.
  • the electrodes consist of different material components that are built up as a composite wire with a closed outer surface.
  • the composite wire contains an electrically highly conductive and pullable closed outer sheath and a good cold-formable
  • composition and structure of the sheath and core are selected so that the mechanical properties required in the manufacture of the wire-shaped welding filler, on the one hand, and optimal properties in the application and the desired properties of the alloy after melting, on the other hand, are ensured.
  • the decisive advantage over the prior art is that the outer jacket of the wire-shaped welding electrode is closed, so that no lubricant can get into the individual material components or the gaps between them during subsequent pulling, so that a high degree of uniformity is achieved and the inclusion of gases is completely avoidable. Due to the mechanical plating of the components, the laminated wire behaves like a compact, quasi-monolithic material during further processing, particularly by drawing and / or rolling.
  • the invention will be explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments and with the aid of figures.
  • FIG. 1 shows a cross section through the core introduced into the jacket welded as a tube before plating
  • FIG. 3 shows a cross section through the wire-shaped welding electrode with a core, unwelded inner and welded outer jacket after the plating
  • 4a and 4b a core cross section with a longitudinal groove before and after inserting an insert wire
  • Fig. 5 shows a cross section through a wire-shaped welding electrode with insert wire and unwelded inner and welded outer jacket after plating and
  • Cladding made of a clad composite material before and after wrapping with a welded outer sheath.
  • Alloys with at least 70% by mass of copper, 5 to 18% by mass of aluminum and other alloying elements such as Fe, Ni, Mn and Sn are of essential technical importance in welding technology. so-called aluminum composite bronze. Due to their mechanical properties, these find an increasingly broad field of application. With increasing aluminum content, however, the cold formability of these alloys. The production of wire from such an alloy by drawing is then practically no longer possible. For this reason, according to the exemplary embodiment, the welding electrode for aluminum multi-material bronze with higher AI contents is constructed from different material components in such a way that, on the one hand, it is cold-formable and, on the other hand, the required alloy compositions result when the electrodes are melted.
  • the individual components are selected and combined according to the required processing and usage properties.
  • the aluminum bronze welding electrodes are produced as composite wires in that, as shown in FIGS. 1 and 2, a core 2 is sheathed with copper or a copper alloy to form a jacket 1.
  • the jacket 1 guarantees good ductility with optimal electrical conductivity and a low contact resistance.
  • the core itself can be a composite (e.g. 3 and 4 in Fig. 3).
  • the alloying elements are either alloyed into the base material, e.g. nickel, tin or manganese in copper, or quasi mechanically integrated as individual components, e.g. aluminum or iron.
  • the core itself as shown in FIG. 3, can be constructed as a composite wire which contains, for example, a core material 4 which, in addition to copper, has further alloy elements such as Fe, Ni, Mn or Sn.
  • This core material 4 is then surrounded by an inner jacket 3 made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the aluminum sheath 3 of the composite wire used as the core is formed from a strip, the strip edges either being welded or remaining unwelded.
  • the jacket 3 is formed by either winding the tape spirally around the core 4 or profiling it into a tube with a longitudinal seam.
  • FIG. 4a shows the design of the longitudinal groove 9, with FIG. 4b then showing the state after the insertion wire 5 has been received in the longitudinal groove 9 of the core 6.
  • composition of the jacket 1 and the structure of the composition of the core 2 depend in each case on the desired alloy composition. In this way, a plurality of insertion wires 5 can also be molded into the core wire 6.
  • the core 8 can, as shown in FIGS. 6a and 6b, be encased by a plurality of cladding layers 7.
  • the multilayer jacket 7 of the core 8 is formed in this case by forming a previously plated band.
  • aluminum bronze welding electrodes with a composition of 14 to 15 mass percent aluminum, 2 mass percent manganese, 1.5 mass percent iron, 2.5 mass percent nickel and the rest copper are assumed.
  • the outer welded sheath 1 with a volume fraction of 24% and the core 4 with a volume fraction of 39.3 to 41.2% consist of a copper alloy with 2.35 mass percent manganese, 1.7 mass percent iron and 2.94 mass percent nickel.
  • a Aluminum jacket 3 with an open longitudinal seam, which has a volume fraction of 34.8 to 36.7%.
  • the welding wire shown in FIG. 5 represents an aluminum bronze e-welding electrode with a composition of 14 to 15 percent by mass aluminum, 3 to 5 percent by weight iron and a remainder copper.
  • a core wire 6 is used, which consists of copper, into which the longitudinal groove 9 is rolled.
  • the width of the longitudinal groove is approximately equal to the diameter of the iron insert wire 5, the depth of the longitudinal groove 9 corresponding approximately to 0.9 times the diameter of the insert wire 5.
  • the insertion wire 5 is then rolled into the core 6 in a form-fitting manner.
  • the copper core wire 6 has a volume fraction of 35 to 39%, the iron wire 2.5 to 4.3 volume percent.
  • the aluminum jacket 3 (FIG. 5) with an open longitudinal seam and a volume fraction of 34.8 to 36.7 volume percent.
  • the longitudinally welded, closed outer jacket 1 consists of copper and has a volume fraction of 24 volume percent.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von drahtförmigen, aus Metallen und/oder Legierungen bestehenden Schweißelektroden sowie eine mit diesem Verfahren hergestellte Schweißelektrode. Erfindungsgemäß wird von einem Verbunddraht ausgegangen, der aus einem gutleitenden und ziehfähigen geschlossenen äußeren Mantel und einem gut kaltumformbaren Kern besteht. Der Mantel wird durch ein metallisches gereinigtes Band hergestellt, das kontinuierlich unter Aufnahme des Kerns zu einem Rohr geformt wird. Die verbleibende Längsnaht wird durch ein übliches Schweißverfahren ohne Schweißzusatzwerkstoffe verschlossen. Der Kern kann aus einem oder mehreren kompakten Drähten (5, 6) und/oder einem Schichtverbunddraht (3, 6), der mehrere Metalle oder Legierungen in Schichten aufweist, bestehen. Durch nachfolgendes gemeinsames Ziehen werden Mantel (1) und Kern (3, 5, 6) zu einem mechanisch plattierten Schichtverbunddraht umgeformt. Durch die mechanische Plattierung der Komponenten verhält sich der Schichtverbunddraht bei der Weiterverarbeitung wie ein kompaktes Material.

Description

Verfahren zur Herstellung von drahtförmigen, aus Metallen und/oder Legierungen bestehenden Schweißelektroden sowie drahtförmige Schweißelektrode
Beschreibung :
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von drahtförmigen, aus Metallen und/oder Legierungen bestehenden Schweißelektroden sowie eine nach einem derartigen Verfahren hergestellte drahtförmige Schweißelektrode.
Für die zunehmende Automatisierung von Schweißprozessen ist es erforderlich, daß die notwendigen Schweißzusatzwerkstoffe in Drahtform bereitgestellt werden. Für Präzisionsschweißungen müssen Drähte geringen" Durchmessers zur Verfügung stehen. Bei verschiedenen Legierungen ist jedoch die Herstellung von Draht im bekannten Ziehverfahren aufgrund der Materialeigenschaften der Legierung nicht oder nur unter erhöhtem Aufwand möglich. Dies gilt beispielsweise für Aluminiumbronzen mit Aluminiumgehalten größer 8 Masseprozent. Geringe elektrische Leitfähigkeit und durch unvermeidbare Oxidschichten bedingte hohe Übergangswiderstände von Legierungen führen darüber hinaus beim Schweißen mit selbstverzehrenden Elektroden zum vorzeitigen Glühen und/oder zum Nachlassen der-Lichtbogenintensität . Hierdurch wird das
Schweißen in unteren Lagen bei größeren Wandstärken sowie ein gleichmäßiges Durchschweißen bei geringen Wanddicken erschwert oder unmöglich gemacht.
Für das Auftrags- und Verbindungsschweißen derartiger kritischer Legierungen wurden bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von selbstverzehrenden Schweißelektroden aus mehreren Materialkomponenten vorgeschlagen. Diesen bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß die Legierungen in der erforder- liehen Zusammensetzung erst beim Abschmelzen der Elektroden entstehen.
So zeigt die DE 31 28 640 AI einen Schweißdraht zur Verwendung als Elektrode, wobei dieser aus mehreren miteinander ver- drillten Einzeldrähten besteht. Jeder der dort verwendeten
Einzeldrähte enthält unterschiedliche metallische Bestandteile oder Materialien. Darüber hinaus kann ein Kerndraht vorgesehen sein, um den die Einzeldrähte wendeiförmig gewickelt werden.
Das zur Herstellung des Schweißelektrodendrahtes nach DE
31 28 640 AI notwendige Verfahren hat wesentliche Nachteile. So ist es nicht möglich, durch Ziehen kleinere Drahtdurchmesser herzustellen, da das für den Ziehvorgang notwendige Schmiermittel beim Ziehen in die Zwischenräume zwischen den Einzeldrähten eindringt und anschließend nicht oder nur mit erheblichem Aufwand entfernt werden kann. Darüber hinaus brennt der Lichtbogen bei einer derart gebildeten Elektrodenform nicht gleichmäßig, da durch .die radial unterschiedliche und veränderliche Verteilung der Komponenten unterschiedliche elektrische und/oder magnetische Eigenschaften entstehen, die zu unerwünschten Stromdichtevariationen führen. Aus vorstehend genannten Gründen sind bei der Anwendung des bekannten Schweißelektrodendrahtes Schweißfehler die Folge. Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Elektrode aus unterschiedlichen Metallen und/oder Legierungen gemäß der Lehre der DE 23 59 738 AI wird ein plattiertes Band zu einer Rolle geformt, wobei das derart entstandene Zwischenprodukt an- schließend auf. den erforderlichen Durchmesser gezogen wird. Die dort beschriebene Lösung hat den Nachteil, daß die Mantelfläche der Elektrode nicht geschlossen ist, so daß in den vorhandenen Spalt beim Ziehen Schmiermittel eindringt, das nicht vollständig entfernt werden kann, wodurch beim späteren Einsatz Schweißfehler die Folge sind. Weitere in der DE 23 59 738 AI beschriebene Lösungen, wie das Umwickeln von einem oder mehreren Kerndrähten, haben den gemeinsamen Nachteil, daß die so hergestellten Elektroden nicht gezogen werden können, so daß es unmöglich ist, Drähte mit geringeren Durchmessern unter wirtschaftlichen Bedingungen herzustellen.
Darüber hinaus sind in der Schweißtechnik bei selbstverzehrenden Elektroden sogenannte Fülldrähte bekannt. Zur Herstellung von Elektroden aus Legierungen, die besonders schwer einer Kalt- oder Warmumformung unterworfen werden können, wie z.B.
Nickel- oder Kobalt-Basis-Legierungen, wird in der DE 35 42 663 AI ein Schweißzusatzwerkstoff und ein Verfahren zur Herstellung beschrieben, bei dem inertgasverdüstes Pulver in ein nahtloses Rohr gefüllt wird und anschließend durch Ziehen eine Verdichtung des Pulvers erfolgt, wodurch weiterhin die eingeschlossene Gasmenge reduziert werden soll.
Das Füllen des Rohres geschieht nicht kontinuierlich, sondern es wird das Pulver in ein auf eine Haspel aufgewickeltes Rohr unter mechanischer Bewegung, d.h. Rütteln, eingefüllt. Bei dem vorstehend kurz zitierten Verfahren kann nicht sichergestellt werden, daß das Rohr gleichmäßig füllbar ist. Weitere Nachteile sind der hohe Aufwand „für die Herstellung des Metallpulvers sowie der unvermeidbare Einschluß von Gas im Inneren der Elektrode. Es kann zwar die eingeschlossene Luft vor dem Ziehen entfernt und durch ein Schutzgas ersetzt werden, jedoch ändert sich dabei nur die Art des eingeschlossenen Gases. In der PCT WO 86/03716 wird ein Verfahren zur Schweißdrahtherstellung beschrieben. Dort wird vorgeschlagen, ein Metall- band zu einer Hülle um einen Kern zu formen, der aus Pulver und/ oder festen Drähten besteht, wobei durch Ziehen, Walzen oder Hämmern anschließend der Durchmesser verringert werden soll, um dabei gleichzeitig einen Metallverbund auszubilden. Gemäß dortiger Lehre wird immer Pulver mit in den Kern eingebracht, um einen Verbund zwischen Hülle und Kerndrähten beim Ziehen zu erreichen. Die Wirtschaftlichkeit des bekannten Verfahrens wird dadurch eingeschränkt, daß die Fülldrähte nur mit kleinen Umformgraden gezogen werden können und dadurch bereits von einem relativ kleinen Durchmesser des zur Hülle geformten Bandes ausgegangen werden muß. Damit ist auch die in der vorstehenden Lehre geschilderte Lösung nicht geeignet, die Nachteile nach der DE 35 42 663 AI zu beseitigen.
Insgesamt verbleibt festzustellen, daß die nach den bekannten Verfahren hergestellten Schweißelektroden sich in der Schweißtechnik aus technischen oder Kostengründen nur in Sonderfällen durchsetzen konnten. Es besteht daher nach wie vor ein erheblicher Bedarf an in breitem Umfang nutzbaren Lösungen für selbstverzehrende Elektroden, die aus einem Verbund von mehreren Metallen und/ oder Legierungen in Drahtform bestehen und die auch für denkbare Anwendungsfälle auf kleine Durchmesser ziehbar sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von drahtförmigen, aus Metallen und/oder Legierungen bestehenden Schweißelektroden anzugeben, das es gestattet, unterschiedlichste Materialkomponenten so zu einem Schicht- verbunddraht zu fügen, daß die derart entstandenen Zwischenprodukte keine für die Behandlung auf einer Drahtziehanlage nachteiligen Eigenscha ten haben. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine universell einsetzbare drahtförmige Schweißelektrode anzugeben, die in ganz unterschiedlichen Durchmessern herstellbar ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt verfahrensseitig mit einer Lehre nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie mit einer drahtförmigen Schweißelektrode gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 7, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Gemäß dem wesentlichsten Grundgedanken der Erfindung wird bei dem Verfahren zur Herstellung der drahtförmigen Schweißelektrode auf die Ausbildung eines Schichtverbunddrahtes zurückgegriffen, wobei dieser eine geschlossene äußere Oberfläche besitzt.
Der Schichtverbunddraht wird dadurch hergestellt, daß zunächst ein metallisch blankgereinigtes Band kontinuierlich zu einem Rohr geformt und durch übliches Schweißverfahren ohne Schweißzusatzwerkstoff verschweißt wird. Als Schweißverfahren kommt beispielsweise WIG- , Plasma-, Induktions- oder Laserschweißen in Frage. Vor dem Verschweißen wird in das noch nicht vollständig fertiggeformte Rohr kontinuierlich der vorbehandelte, metallisch blanke Kern eingeführt, wobei dieser Kern aus einem oder mehreren kompakten Drähten und/oder einem
Schichtverbunddraht aus mehreren Metallen oder Legierungen bestehen kann. Durch nachfolgendes gemeinsames Umformen, z.B. durch Ziehen oder Walzen, werden Mantel und Kern zu dem Schichtverbunddraht mechanisch plattiert. Anschließend kann der so hergestellte Verbunddraht auf erforderliche Endabmessungen in üblicher Weise gezogen werden. Spätestens bei diesem auf den gewünschten Durchmesser erfolgenden Ziehen bildet sich ein mechanisch plattierter Schichtverbundwerkstoff bzw. Schichtverbunddraht aus, der hinsichtlich der Materialien von Kern und Mantel mit Blick auf die Verarbeitbarkeit und die gewünschten schweißtechnischen Anwendungsfälle optimierbar ist.
In einer verfahrensseitigen Ausgestaltung der Erfindung wird der Kern mit mindestens einer Längsrille versehen, die durch Einwalzen ausbildbar ist, wobei jede Längsrille der Aufnahme je eines Einlegedrahtes dient. Kern- und Einlegedrahtmateria- lien können unterschiedliche Eigenschaften und/oder unterschiedliche stoffliche Zusammensetzungen besitzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Längsrille im Kern im wesentlichen eine Breite, die dem Durchmesser des Einlegedrahtes entspricht . Die Tiefe der Längsrille liegt in einem Bereich vom 0,7 bis 1,0-fachen des Durchmessers des Einlegedrahtes. Der vorstehend beschriebene Kern mit Längsrille und Einlegedraht kann mit einer inneren Umhüllung oder einem inneren Mantel versehen sein, der dann mit dem äußeren Mantel umgeben wird, wobei der äußere Mantel das erwähnte durch Verschweißen hergestellte Rohr mit äußerer geschlossener Oberfläche bildet. Beim Ziehen des auf diese Weise vorgefertigten Verbunddrahts erfolgt die gewünschte Plattierung durch entsprechende Verbindung von Einlegedraht und Längsrillenkern sowie äußerem und innerem Mantel und Kern.
Verfahrensgemäß kann der Kern als Verbunddraht mit offener oder geschlossener äußerer Oberfläche, die die innere Hülle bildet, vorgefertigt werden, wobei hierfür ein Kerndraht aus einem ersten Metall oder ein Kern mit Längsrille und Einlegedraht aus jeweils unterschiedlichen Materialien mit einem Mantel, der die innere Hülle bildet, umgeben werden. Die innere Hülle besteht aus einem zweiten Metall. Der innere Mantel kann wiederum aus einem vorgefertigten, mehrschichtigen plattierten Band geformt werden.
Die erfindungsgemäß realisierte drahtförmige, aus Metallen und/oder Legierungen bestehende Schweißelektrode stellt also einen Schichtverbunddraht mit einem äußeren durch Schweißen geschlossenen Mantel aus ziehfähigem Material sowie einem im Inneren des Mantels angeordneten kaltu formbaren Kern dar. Bevorzugt besteht der äußere Mantel aus Kupfer oder Kupfer- legierungen, wobei der Kern ein Verbundwerkstoff ist, der nach dem oben genannten Verfahren hergestellt werden kann.
Die für die Zusammensetzung insgesamt erforderlichen Legierungselemente werden je nach Legierungsverhalten entweder in den Grundwerkstoff legiert (z.B. Nickel, Zinn oder Mangan in Kupfer) oder als Einzelkomponenten integriert (z.B. Aluminium oder Eisen) . So kann der Kern erfindungsgemäß als Verbunddraht aufgebaut sein, der z.B. aus einem Mantel aus Aluminium (Aluminiumlegierung) und einem Kern besteht, der neben Kupfer weitere Legierungselemente wie Fe, Ni, Mn, Sn usw. enthält. Der AI-Mantel des als Kern eingesetzten Verbunddrahtes wird aus Band geformt, wobei die Bandkanten entweder verschweißt werden oder unverschweißt bleiben. Er wird geformt, indem das Band entweder spiralförmig um den Kern gewickelt oder zu einem Rohr mit Längsnaht profiliert wird. Da das Legieren von Kupfer mit Fe-Gehalten größer 2 Masseprozent praktisch nicht mehr möglich ist, wird in diesen Fällen erfindungsgemäß ein Eisendraht (Stahldraht) in den Kern integriert.
Zusammenfassend bestehen also die Elektroden aus verschiedenen Materialkomponenten, die als Verbunddraht mit einer geschlossenen äußeren Oberfläche aufgebaut werden. Der Verbunddraht enthält einen elektrisch gutleitenden und ziehfähigen geschlossenen äußeren Mantel und einen gut kaltumformbaren
Kern. Zusammensetzung und Aufbau von Mantel und Kern werden so gewählt, daß die erforderlichen mechanischen Eigenschaften bei der Herstellung des drahtförmigen Schweißzusatzstoffes einerseits sowie optimale Eigenschaften bei der Anwendung und die gewünschten Gebrauchseigenschaften der Legierung nach dem Abschmelzen andererseits gewährleistet werden.
Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich der entscheidende Vorteil, daß der äußere Mantel der drahtförmigen Schweißelek- trode geschlossen ist, so daß beim nachfolgenden Ziehen keinerlei Schmiermittel in die einzelnen Materialkomponenten bzw. die Zwischenräume zwischen diesen gelangen kann, so daß ein hohes Maß an Gleichmäßigkeit erreicht wird und der Einschluß von Gasen vollständig vermeidbar ist. Durch die mecha- nische Plattierung der Komponenten verhält sich der Schichtverbunddraht bei der Weiterverarbeitung insbesondere durch Ziehen und/oder Walzen wie ein kompaktes, quasi monolithisches Material . Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den im als Rohr verschweißten Mantel eingebrachten Kern vor dem Plattieren;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die drahtförmige Schweiß- elektrode nach dem in einem ersten Ziehschritt erfolgten Plattieren;
Fig. 3 einen Querschnitt durch die drahtförmige Schweißelektrode mit einem Kern, unverschweißtem inneren und verschweißtem äußeren Mantel nach dem Plattieren;
Fig. 4a und 4b einen Kernquerschnitt mit Längsrille vor und nach dem Einlegen eines Einlegedrahts;
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine drahtförmige Schweißelektrode mit Einlegedraht sowie unverschweißtem inneren und verschweißtem äußeren Mantel nach dem Plattieren und
Fig. 6a und 6b die Ausbildung eines inneren unverschweißten
Mantels aus einem plattierten Verbundwerkstoff vor und nach der Umhüllung mit einem verschweißten äußeren Mantel .
Von wesentlicher technischer Bedeutung in der Schweißtechnik sind Legierungen mit mindestens 70 Masseprozent Kupfer, 5 bis 18 Masseprozent Aluminium und weiteren Legierungselementen wie Fe, Ni, Mn und Sn, die. sogenannten Aluminiummehrstoffbronzen. Diese finden aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften ein zunehmend breiteres Anwendungsfeld. Mit steigendem Aluminiumgehalt nimmt jedoch ab 7,5 Massepozent Aluminium die Kaltum- formbarkeit dieser Legierungen stark ab. Die Herstellung von Draht aus einer solchen Legierung durch Ziehen ist dann praktisch nicht mehr möglich. Aus diesem Grunde wird gemäß Ausführungsbeispiel die Schweißelektrode für Aluminiummehr- Stoffbronzen bei höheren AI-Gehalten aus verschiedenen Materialkomponenten so aufgebaut, daß zum einen die Kaltu - formbarkeit gegeben ist und sich zum anderen beim Abschmelzen der Elektroden die erforderlichen Legierungszusammensetzungen ergeben .
Die Einzelkomponenten werden nach den erforderlichen Verar- beitungs- und Gebrauchseigenschaften ausgewählt und kombiniert.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Alumi- niumbronze-Schweißelektroden als Verbunddrähte hergestellt, indem, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ein Kern 2 mit Kupfer oder einer Kupferlegierung unter Bildung eines Mantels 1 umhüllt wird. Dabei garantiert der Mantel 1 die gute Ziehfähigkeit bei gleichzeitiger optimaler elektrischer Leit- fähigkeit und einem geringen Übergangswiderstand. Der Kern selbst kann ein Verbundwerkstoff sein (z.B. 3 und 4 in Fig. 3) .
Die Legierungselemente werden je nach Legierungsverhalten entweder in den Grundwerkstoff legiert, z.B. Nickel, Zinn oder Mangan in Kupfer, oder als Einzelkomponenten quasi mechanisch integriert, z.B. Aluminium oder Eisen. So kann der Kern, wie in der Fig. 3 gezeigt, selbst als Verbunddraht aufgebaut sein, der z.B. ein Kernmaterial 4 enthält, das neben Kupfer weitere Legierungselemente wie Fe, Ni, Mn oder Sn aufweist. Dieses Kernmaterial 4 ist dann von einem inneren Mantel 3 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung umgeben. Der Aluminiummantel 3 des als Kern eingesetzten Verbunddrahts wird aus einem Band geformt, wobei die Bandkanten entweder verschweißt werden oder unverschweißt bleiben. Der Mantel 3 wird geformt, indem das Band entweder spiralförmig um den Kern 4 gewickelt oder zu einem Rohr mit Längsnaht profiliert wird.
Da das Legieren von Kupfer mit Fe-Gehalten größer 2 Masse- prozent praktisch nicht mehr möglich ist, besteht unter Hinweis auf die Fig. 4a, 4b und 5 die Möglichkeit, einen Eisen- oder Stahldraht in eine entsprechende Längsrille 9 des Kerns 6 einzubringen. Die Fig. 4a zeigt die Ausbildung der Längsrille 9, wobei die Fig. 4b dann den Zustand nach Aufnahme des Einlegedrahts 5 in die Längsrille 9 des Kerns 6 darstellt .
Bei der Querschnittsdarstellung eines Schweißelektrodendrahts nach Fig. 5 wird also von einem Kern 6 mit einem Einlegedraht aus Eisen oder Stahl 5 ausgegangen, wobei ein innerer Mantel 3 aus z.B. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung vorgesehen ist. Dieses Gebilde wird dann vom äußeren Mantel 1, der eine geschlossene Oberfläche aufweist, umgeben.
Die Zusammensetzung des Mantels 1 und der Aufbau der Zusammensetzung des Kerns 2 richten sich jeweils nach der angestrebten Legierungszusammensetzung. So können in den Kerndraht 6 auch mehrere Einlegedrähte 5 eingeformt werden.
Darüber hinaus kann der Kern 8, wie in den Fig. 6a und 6b gezeigt, von mehreren Mantelschichten 7 umhüllt werden. Der mehrschichtige Mantel 7 des Kerns 8 wird in diesem Falle durch Formung eines vorab plattierten Bandes ausgebildet.
Bei dem mit der Fig. 3 illustrierten Ausführungsbeispiel wird von Aluminiumbronze-Schweißelektroden mit einer Zusammensetzung von 14 bis 15 Masseprozent Aluminium, 2 Masseprozent Mangan, 1,5 Masseprozent Eisen, 2,5 Masseprozent Nickel und dem Rest Kupfer ausgegangen. Der äußere verschweißte Mantel 1 mit einem Volumenanteil von 24 % und der Kern 4 mit einem Volumenanteil von 39,3 bis 41,2 % bestehen aus einer Kupferlegierung mit 2,35 Masseprozent Mangan, 1,7 Masseprozent Eisen und 2,94 Masseprozent Nickel . Dazwischen befindet sich ein Aluminiummantel 3 mit offener Längsnaht, der einen Volumenanteil von 34,8 bis 36,7 % besitzt.
Der in der Fig. 5 dargestellte Schweißdraht stellt eine Aluminiumbronz-e-Schweißelektrode mit einer Zusammensetzung von 14 bis 15 Masseprozent Aluminium, 3 bis 5 Masseprozent Eisen und einem Rest Kupfer dar. Wie beschrieben, wird zunächst, illustriert mit den Fig. 4a und 4b, ein Kerndraht 6 verwendet, welcher aus Kupfer besteht, in den die Längsrille 9 eingewalzt wird. Die Breite der Längsrille ist etwa gleich dem Durchmesser des Eiseneinlegedrahts 5, wobei die Tiefe der Längsrille 9 etwa dem 0,9- fachen Durchmesser des Einlegedrahts 5 entspricht. Anschließend wird der Einlegedraht 5 formschlüssig in den Kern 6 eingewalzt. Der Kupferkerndraht 6 hat einen Volumenanteil von 35 bis 39 %, der Eisendraht 2,5 bis 4,3 Volumenprozent. Darüber befindet sich dann der Aluminiummantel 3 (Fig. 5) mit einer offenen Längsnaht und einem Volumenanteil von 34,8 bis 36,7 Volumenprozent. Der längsverschweißte, geschlossene äußere Mantel 1 besteht aus Kupfer und weist einen Volumenanteil von 24 Volumenprozent auf.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von drahtförmigen, aus Metallen und/oder Legierungen bestehenden Schweißelektroden als Schichtverbunddraht mit geschlossener äußerer Oberfläche, wobei in einem kontinuierlichen Prozeß ein gut leitendes, ziehfähiges metallisches Band zu einem noch offenen Rohr umgeformt, innerhalb des Rohres ein metallischer, kaltumform- barer Kern eingebracht und das Rohr zu einem geschlossenen
Mantel verschweißt wird, wobei weiterhin nach dem Verschweißen des Rohres durch ein gemeinsames Ziehen von Mantel und Kern bis hin zu einem gewünschten Durchmesser sich der mechanisch plattierte Schichtverbunddraht ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kern eine oder mehrere Längsrillen eingewalzt sind, die der Aufnahme eines oder mehrerer Einlegedrähte dienen, wobei Kern- und Einlegedrahtmaterialien unterschiedliche stoffliche Zusammensetzungen besitzen, und daß das metallische Band vor der Rohrformung sowie der Kern vor dem Einführen in das Rohr einer Oberflächenreinigungsbehandlung unterzogen werden .
2. Verfahren zur Herstellung von drahtförmigen, aus Metallen und/oder Legierungen bestehenden Schweißelektroden als Schichtverbunddraht mit geschlossener äußerer Oberfläche, wobei in einem kontinuierlichen Prozeß ein gut leitendes, ziehfähiges metallisches Band zu einem noch offenen Rohr umgeformt, innerhalb des Rohres ein metallischer, kaltumform- barer Kern eingebracht und das Rohr zu einem geschlossenen
Mantel verschweißt wird, wobei weiterhin nach dem Verschweißen des Rohres durch ein gemeinsames Ziehen von Mantel und Kern bis hin zu einem gewünschten Durchmesser sich der mechanisch plattierte Schichtverbunddraht ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern als Verbunddraht mit offener oder geschlossener äußerer Oberfläche vorgefertigt ist, wobei hierfür ein Kerndraht aus einem ersten Metall oder ein Kern mit Längsrille und Einlegedraht aus jeweils unterschiedlichen Materialien mit einem mehrschichtigen Mantel aus unterschiedlichen Metallen umhüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der mindestens einen Längsrille im wesentlichen dem Durchmesser des Einlegedrahts und die Tiefe der Längsrille im wesentlichen im Bereich von dem 0,7 bis 1,0- fachen des Durchmesser des Einlegedrahts liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrschichtige Mantel aus einem vorgefertigten mehrschichtigen plattierten Band geformt wird.
5. Drahtförmige, aus Metallen und/oder Legierungen bestehende Schweißelektrode, bestehend aus einem Schichtverbunddraht mit einem äußeren durch Schweißen geschlossenen Mantel (1) aus ziehfähigem Material sowie einem im Inneren des Mantels (1) angeordneten kaltumformbaren Kern (2) , dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Mantel (1) aus Kupfer oder Kupferlegierungen besteht und der Kern (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung (4) mit Eisen und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Mangan besteht und/oder eine mechanisch integrierte Aluminiumkomponente mit einem Masseprozentanteil von ≥ 7,5 und/oder eine mechanisch integrierte Eisenkomponente mit einem Masseprozentanteil von ≥ 1,5 aufweist.
6. Drahtförmige Schweißelektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (6) mindestens eine Längsrille (9) zur Aufnahme mindestens eines Einlegedrahts (5) aus Eisen oder Eisenlegierungen und/oder einen bezogen auf die Gesamtanordnung inneren Mantel (3) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung aufweist .
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