NO144790B - Galvanisk noeytralt sveisestoppmateriale. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår sveisestoppmateri-

aler som brukes til å frembringe sveisefrie soner ved fremstil-

ling av metallvarer.

Ved kald eller varm autogen-sveising av to metaller

(press- eller valsesveising) kan de etterfølgende fabrikasjons-

trinn gjøre det nødvendig å tilveiebringe sveisefrie soner. Disse sveisefrie soner dannes i alminnelighet ved at man mellom metallene plasserer et stoff som kalles et sveisestoppmateriale eller en sveisestopper.

Etter sveiseoperasjorten kan de'usveisede deler under-

kastes et indre trykk ved anvendelse av et fluidum under trykk slik at metallflåtene som ligger ved de usveisede eller sveise-

frie soner, sprenges fra hverandre. Denne fremgangsmåte mulig-

gjør en bekvem fabrikasjon av artikler, så som varmevekslere,.

hvor artikkelen karakteristisk utgjør en metallplate-helhet inneholdende passasjer i sitt indre.

Et vanlig anvendt sveisestoppmateriale er lamellær gra-

fitt. Dette materiale blir bekvemt påført overflaten av metallet i det ønskede mønster ved hjelp av silke- eller nylon-sikteanord-

ninger. Denne operasjon krever at sveisestoppmaterialet har visse fysikalske egenskaper. Materialets morfologiske egenskaper og krystallstruktur må være gunstig for ekstrudering og avsetning av sveisestoppmaterialet gjennom åpningene i silke- eller nylon-

sikten ved hjelp av en manuelt anvendt slikkepott eller lignende. Dessuten må heftfastheten mellom sveisestoppmaterialet og metallet

være tilstrekkelig til at materialet ikke følger sikten når denne løftes opp, med den følge at et tilsvarende mønster på metallet forblir ubelagt.

Videre må laget av sveisestoppmateriale være ensartet

avsatt, fullstendig dekke de ønskede overflatearealer, fylle

hjørner og danne rette kanter hvor dette er ønsket.

Et annet trekk ved et tilfredsstillende sveisestoppmateriale er at laget av materialet som avsettes på metallet,

ikke må skalle av eller sprekke under tørring ved lave temperaturer . Etter oppvarmning i ovn ved forhøyede temperaturer før de påfølgende bindings- og fabrikasjonsprosesser må sveisestoppmaterialet utvides under valsereduksjonstrykk på en slik måte at fullstendig mønster-dekning bibeholdes, slik at optimal sveise-stopping oppnås ved de i følge mønsteret ønskede områder.

Som det vil forståes av ovenstående, stilles det mange og strenge krav til et sveisestoppmateriale. Grafittbaserte sveisestoppmaterialer oppfyller alle de ovenfor antydede ford-ringer. For noen anvendelser av det ferdige produkt inneholdende sveisefrie soner foreligger det imidlertid et behov for et sveisestoppmateriale som i tillegg til de ovennevnte attributter er galvanisk nøytralt overfor aluminium og kobber i vandig miljø. Grafitt er et uønsket element i et sveisestoppmateriale med hen-blikk på korrosjon, særlig i vandig miljø. Grafitt er et sterkt katodisk depolariseringsmiddel, og i vandig miljø i nærvær av aluminium og kobber har det en tendens til å fremskynde de elektro-kjemiske prosesser som fører til svikt på grunn av preferensiell korrosjonspitting. Tross spesielle renseteknikker finnes det ingen praktisk metode til å fjerne alle spor av grafittbasert sveisestoppmateriale fra det ferdige sveisede produkt.

I US-patent nr. 3 385 716 er det beskrevet et sveisestoppmateriale som er spesielt effektivt i forbindelse med aluminium og aluminiumlegeringer. Dette materiale inneholder 5-60 vekt-% Ti02, 0,5-5,0 vekt-% bentonitt, 0,10-4 vekt-% magnesium-montmorillonitt, resten i det vesentlige vann. Blandingen inneholder fortrinnsvis dessuten 0,1-10 vekt-% SiG^. US-patent nr. 3 463 676 angir i tillegg en viss mengde bornitrid som angis å gjøre sveisestoppmaterialet særlig effektivt når det anvendes i forbindelse med kobber og kobberlegeringer.

Den foreliggende oppfinnelse angår et galvanisk nøytralt sveisestoppmateriale bestående av 5-60 vekt% titandioksyd, eller 5-6 0 vekt% av en blanding av titandioksyd og bornitrid, samt vann og alkohol, eventuelt også mindre mengder av bentonitt, magnesium-montmorillonitt og/eller silisiumdioksyd, hvilket sveisestoppmateriale er egnet for påføring på overflaten av en metallplate i et ønsket mønster for frembringelse av sveisefrie soner under trykksveising av en metallplate til nevnte overflate, og utmerker seg ved god smøreevne og høy stabilitet og resistens mot avflakning- og/eller utflytning under den videre behandling etter påføringsoperasjonen, karakterisert ved at det inneholder 1-15 vekt% av en toverdig eller flerverdig alkohol, fortrinnsvis glycerol.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i

krav 2 og 3.

Det er blitt funnet at sveisestoppmaterialet ifølge oppfinnelsen er spesielt godt egnet når.det gjelder å tilveie-

bringe sveisefrie soner ved metall-fabrikasjonsprosesser, både i forbindelse med aluminium og dettes,legeringer og kobber og dettes legeringer.

Videre er det blitt funnet at ovennevnte sveisestoppmateriale eliminerer visse ulemper som gjør seg gjeldende ved de tidligere kjente sveisestoppmaterialer. En slik fordel ved sveisestoppmaterialet ifølge oppfinnelsen er at det hindrer avflakning eller utflytning (smearing) av materialet under de påfølgende prosessoperasjoner. En annen fordel ved sveisestoppmaterialet ifølge oppfinnelsen er nedsettelsen av fordampnings-hastigheten for sveisestoppmaterialets bærestoff, hvilket-hindrer "frysing", hvor sveisestoppmaterialet tørker ut i silke- eller nylon-sikten, slik at videre gjennomgang gjennom sikten hindres.

Andre trekk og fordeler, ved oppfinnelsen vil fremgå av nedenstående.

Som angitt ovenfor påføres sveisestoppmaterialet på

vanlig måte på en metalloverflate i et tynt lag som tilveie-

bringes ved bruk av en visker-lignende redskap (nal) på en silke-eller nylon-sikt. Sveisestoppmaterialet anvendes i en bærer,

som normalt er vann. Silke- eller nylonsikten anvendes en rekke ganger, og det er en stor fordampning av bæreren. Denne fordampning bevirker hva man ofte kaller frysing, dvs. at sveisestoppmateria

tørker ut på sikten, hvilket hindrer ytterligere gjennomgang av sveisestoppmaterialet gjennom sikten. Denne frysing gjør det nød-vendig å stoppe sikteoperasjonen for en tid, slik at sikten kan renses, hvilket betyr tapt produksjonstid og muligens vrakprodukt.

I henhold til oppfinnelsen ble det funnet at tilsetning

av den toverdige eller flerverdige alkohol til sveisestoppmate-

rialet i betydelig grad hemmer fordampningen av bærermaterialet,

hvilket resulterer i vesentlig mindre vanskeligheter p.g.a.

frysing.

I tillegg til ovenstående resulterer den høye smøre-

evne av den toverdige eller flerverdige alkohol i en vesentlig forbedret yteevne for silkesikten, da smøringen reduserer stryke-redskapens (slikkepottens) friksjon. Tilsetningen av den to-

verdige eller flerverdige alkohol til sveisestoppmaterialet sta-biliserer enn videre materialet i betydelig grad og reduserer så

langt som mulig det produksjonstap og skrap som skyldes hva man kaller en "avskrelling". Avskrellingsproblemet henger sammen med at bindingen ved kanten av en eller flere rør-overganger ikke er sterk • nok til å tåle inflateringstrykket, slik at lagene rives fra hverandre. Denne tendensen til avskrelling kan variere fra plate til plate. En av de kjente årsaker til sådan avskrelling er mekanisk instabilitet hos sveisestoppmaterialet, hvorved det skjer en utflytnina og/eller avflakning av sveisestoppmaterial-mønsteret under de behandlingsoperasjoner som følger silkesikt-operasjonen.

Det ble funnet at fryseproblemet i særdeleshet er langt

mer alvorlig når det gjelder de ikke-grafittiske sveisestoppmate-

rialer som er beskrevet i ovennevnte US-patent nr. 3 385 716 og nr. 3 463 676 enn ved et grafitfci.sk sveisestoppmateriale. Titandioksyd-bestanddelen i materialet ifølge oppfinnelsen virker som et slipemiddel og vil derfor kunne skade sikten, men tilset-

ningen av den toverdige eller flerverdige alkohol i henhold til oppfinnelsen virker som et smøremiddel som i vesentlig grad redu-

serer titandioksydets slipevirkning.

Det er tydligvis et vesentlig behov for en eller annen

endring i sveisestoppmaterialets sammensetning. I betraktning av at de metallprodukter som anvendes i forbindelse med disse sveisestoppmaterialer, i alminnelighet finner anvendelse i kjøle-systemer eller lignende eller sol-panel-systemer, så er inn-

vendig renhet spesielt viktig. Det er særlig viktig at eventuelle additiver som tilsettes materialet, eller modifikasjoner derav,

ikke danner uønskede residuer. Den toverdige eller flerverdige alkohol som anvendes i henhold til oppfinnelsen, bør derfor være \ oppløselig i eller blandbar med vann, da vann er den grunnleggende bærer for materialet. Alkoholbestanddelen sinker fordelaktig fordampningen av vann fra sveisestoppmaterialet i betydelig grad.

Det høye kokepunkt for alkoholbestanddelen - glycerol har et kokepunkt på ca. 28 2°C - gjør at alkoholbestanddelen holdes til- \ bake i sveisestoppmaterialet etter at materialet er påført metall- \ platen i det ønskede mønster og platen er gitt den ønskede tørke-behandling (ved en"temperatur på ca. 65°C) for fjerning av den \ vandige bærer. Når alkoholen anvendes i de mengder som foreskrives i følge oppfinnelsen, blir den et bindemiddel for sveisestoppmateriale-partiklene, hvilket i høy grad reduserer den avflakning og/eller utflytning som til slutt forårsaker ovennevnte avskrelling. En annen betydningsfull egenskap ved materialet ifølge oppfinnelsen er at under den nødvendige varmebehandling av platen før valsing hvorunder platen oppvarmes til temperaturer over 48.2°C", fordamper alkoholen restfritt fra sveisestoppmaterialet, hvorved materialet igjen får sin opprinnelige tilstand før modifiseringen. Denne egenskap hindrer ethvert uønsket residuum.

I henhold til oppfinnelsen må den toverdige eller flerverdige alkohol være blandbar med vann og må ha et kokepunkt over vannets, men under 482°C, dvs. må ha et kokepunkt over 100°C. Glycerol er den foretrukne alkohol; imidlertid kan hvilken som

helst egnet toverdig eller flerverdig alkohol: anvendes, som f.eks.

de følgende flerverdige alkoholer: pentaerytritol, dipentaerytritol, trimetyloletan og trimetylolpropan, etc. De følgende representa-tive toverdige alkoholer kan anvendes: trietylenglykol, dietylen-glykol, pentametylenglykol, butylenglykol, propylenglykol og etylenglykol, alifatiske, fortrinnsvis lavere alifatiske toverdige eller flerverdige alkoholer og derivater foretrekkes.

Titandioksydet, som er en hovedingrediens i materialet

i følge oppfinnelsen, anvendes i en mengde mellom 5 og 60 vekt-%, fortrinnsvis mellom 15 og 40 vekt-%. Man anvender fortrinnsvis et i vann dispergerbart titandioksyd.. Titandioksydet kan dis-pergeres i vann til en pasta som kan siktes; en slik blanding er

dog ikke <. ideell for sikteoperasjoner på grunn av hurtig tørking

med derav følgende belessing av sikten. Sveisestoppmaterial-mønsteret dannet med titandioksyd-vann-dispersjoner alene skaller dessuten av under tørking og forvarmning før bindingsoperasjonen.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det blitt funnet at alkoholbestanddelen alene er tilstrekkelig til å gi tilfredsstillende anvendelse av en titandioksyd-vann-dispersjon uten de tidligere anvendte additiver; imidlertid foretrekker man fremdeles å gjøre bruk av en eller flere ytterligere bestanddeler i sveisestoppmaterialet for oppnåelse av de beste resultater. Bentonitt er et foretrukket additiv, tørrblandet med titandioksydet før dette blandes med vann. Bentonitten anvendes i en mengde på 0,5-5%, fortrinnsvis 1-3%. Bentonitt er i det vesentlige et hydrofilt materiale som virker som et fyllstoff og bidrar til å hindre avskalling av sveisestoppmaterialet ved tørking, spesielt under oppvarmning. Hvis det anvendes mer enn 5% bentonitt, øker sveisestoppmaterialets oppsprekkingstrykk hurtig, hvorved materialets evne til å hindre sveisingen avtar.

For ytterligere å forbedre plastisiteten av sveisestopp-blandingen tilsetter man fortrinnsvis magnesiummontmorillonitt i en mengde mellom 0,10 og 4 vekt-%, helst mellom 0,25 og 1,5 vekt-%. Dette materiale virker som et geleringsmiddel på lignende måte som gelatiner og gummimaterialer, selv om det er uorganisk, ikke inneholder karbon og ikke undergår mikrobiologisk nedbryt-ning. Videre bidrar magnesiummontmorillonitt til pH-stabiliteten under lagring av sveisestoppmaterial-pastaen. En foretrukken form av magnesiummontmorillonitt er "Ben-A-Gel", som er et vare-merke (National Lead Company) for et høyt oppredet magnesium-montmorillonitt .

Magnesiummontmorillonitt-bestanddelen i sveisestoppmaterialet ifølge oppfinnelsen fremstilles fortrinnsvis i form av en forhåndsblandet gel inneholdende den ønskede mengde av magnesiummontmorillonitt og resten vann blandet i en hvilken som helst blandeinnretning med høy skjærkraft. Den tørre, forhånds-blandede titandioksyd-bentonitt-bestanddel kan ganske enkelt tilsettes til gelen, eller gelen kan blandes med titandioksyd-bentonitt-bestanddelen i en blander som gir høy skjærkraft. Ytterligere vann kan tilsettes om det er ønskelig.

Når det gjelder å utvikle en optimal sveisestoppmaterial-sammensetning, har man funnet at det er vanskelig stadig å oppnå ensartede charger av meterialet p.g.a. titandioksydets iboende tendens til å flokkulere , særlig når ingrediensene tørr-blandes.

Det er blitt funnet at man ved å inkorporere små mengder av silisiumdioksyd i sveisestoppmaterialet ifølge oppfinnelsen, spesielt kolloidalt siliciumdioksyd, sammen med de tørre ingre-dienser, oppnår en mer homogen blanding som gir mest mulig ensartede resultater ved sveisestoppmaterialets anvendelse. I alminnelighet anvendes 0,10-10 vekt-% siliciumdioksyd, fortrinnsvis 0,1-1%.

Ytterligere additiver kan selvsagt inkorporeres i sveisestoppmaterialet i følge oppfinnelsen, f.eks. talk, kaolin, magnesiumoksyd, ammoniakk etc.

Det ble dessuten funnet at sveisestoppmaterialet i-følge oppfinnelsen fortrinnsvis bør ha en viskositet innen om-rådet 32 000-50 000 cp ved 22,2°C (tilsynelatende viskositet).

Videre er bornitrid et spesielt ønskelig additiv som en erstatning for en del av titandioksyd-bestanddelen. Bornitrid anvendes i en mengde mellom 5 og 7 5 vekt-% av TiG^-inn-holdet og fortrinnsvis mellom 20 og 60 vekt-% av TiC^-innholdet. Større mengder gir ikke betydelig bedre resultater, og prisen

på bornitrid tilsier at det ikke anvendes mer enn nødvendig. Bornitrid er et utmerket smøremiddel ved høye temperaturer. Bornitrid-bestanddelens smøreegenskaper ved høye temperaturer for-bedrer flyteegenskapene under prosessbehandlingen.

I et representativt eksperiment ble et sveisestoppmateriale ifølge oppfinnelsen fremstilt ved blanding av 3 g magnesiummontmorillonitt, 6 g bentonitt, 283,5 g titandioksyd og 600 ml vann. Til denne blanding ble det tilsatt 5 volum-% glycerol. Dette sveisestoppmateriale ble anvendt i et typisk forsøk omfattende ca. 2000 sammenføyede aluminiumpaneler på den ovenfor beskrevne måte og resulterte i et samlet skrapantall tilsvarende ca. 0,3%. Lignende utmerkede resultater erholdtes når 141,7 g bornitrid ble anvendt istedenfor 141,7 g av titandioksyd-bestanddelen. En typisk skrapprosent for et materiale uten glycerolen er til sammenlignina 1-1,5% og ofte så høyt som 5%.

Claims (3)

1. Galvanisk nøytralt sveisestoppmateriale bestående av 5-60 vekt% titandioksyd, eller 5-60 vekt% av en blanding av titandioksyd og bornitrid, samt vann og alkohol, eventuelt også mindre mengder av bentonitt, magnesium-montmorillonitt og/eller silisiumdioksyd, hvilket sveisestoppmateriale er egnet for påføring på overflaten av en metallplate i et ønsket mønster for frembringelse av sveisefrie soner under trykksveising av en metallplate til nevnte overflate, og utmerker seg ved god smøreevne og høy stabilitet og resistens mot avflakning og/eller utflytning under den videre behandling etter på-føringsoperasjonen, karakterisert ved at det inneholder 1-15 vekt% av en toverdig eller flerverdig alkohol, fortrinnsvis glycerol.

2. Materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at alkoholen er vannoppløselig og har et kokepunkt over vannets kokepunkt, men under 482° C.

3. Materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at det har en tilsynelatende: viskositet mellom 32 000 og 50 000 centipoise ved 22,2°C.