WO2003018249A1 - Schweisselektroden aus wolfram oder einer wolfram-legierung - Google Patents

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Joachim Resch
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising

Definitions

  • the invention relates to a method for producing corrosion-protected welding electrodes made of tungsten or a tungsten alloy.
  • Tungsten forms corrosion layers at room temperature, in particular at elevated air humidity, which consist of a combination of tungsten with oxygen and nitrogen.
  • Tungsten and tungsten alloys in particular those that are alloyed with oxidic additives such as thorium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide or zirconium oxide, are materials that are also often used to produce welding electrodes for TIG welding (tungsten inert gas).
  • Tungsten welding electrodes must have a low contact resistance, especially to the electrode holder, to ensure good ignitability and problem-free function.
  • the object of the present invention is therefore to provide a measure which sufficiently prevents the undesirable corrosion of welding electrodes made of tungsten or tungsten alloys.
  • this is achieved in that the prefabricated welding electrodes are subjected to a heat treatment at temperatures between 300 ° C. and 500 ° C. in an oxidizing atmosphere.
  • Such a temperature treatment specifically forms an oxide layer of W0 or W0 3-x on the surface of the welding electrodes.
  • the formation of these oxide layers which have good electrical conductivity, reliably prevents the formation of undesirable corrosion layers with poor conductivity, and the welding electrodes have excellent ignitability and problem-free erosion behavior.
  • the method according to the invention is suitable for pure tungsten as well as for all tungsten alloys usually used for welding electrodes.
  • the method according to the invention is inexpensive. Before the heat treatment, which can be carried out in a drying cabinet, for example, it is necessary to carefully clean the welding electrodes of grease and dirt particles.
  • the heating until the oxidation temperature is reached is advantageously carried out within a period of about 15 to 45 minutes, and the cooling to room temperature is advantageously carried out within a period of 30 to 60 minutes.
  • the metallurgical properties of the welding electrodes are in no way negatively influenced by the oxidation treatment according to the invention. An oxidation treatment within a temperature range between 375 ° C and 430 ° C has proven to be particularly advantageous.
  • a period of between 2 and 8 hours has proven particularly useful for the duration of the oxidation treatment.
  • the surface oxide layers with layer thicknesses between 10 nm and 50 nm form, which on the one hand ensures good adhesive strength and on the other hand sufficient wear resistance of the oxide layers formed.
  • a color marking is required to identify the electrode material.
  • the following color markings are required for the following alloys:
  • the color markings are usually made by lacquer strips at the end of the welding electrode, which is pushed into the electrode holder for the welding electrode. The color marking is often scraped off and the color is distributed over the contact zone with the electrode holder, so that there is also poor transition contact between the electrode holder and the electrode due to this layer of paint.
  • Welding electrodes made of a tungsten alloy with 0.35 - 0.55% Th0 2 for which the color blue is prescribed.
  • Welding electrodes made of a tungsten alloy with 2.8 - 3.2% Th0 2 for which the color violet is prescribed, as well as for
  • Welding electrodes made of a tungsten alloy with 0.15 - 0.50% Zr0 2 , for which the color brown is prescribed.
  • Oxidation treatment can be clearly achieved, an additional color marking by lacquers can be dispensed with, so that there can be no deterioration in the contact resistance between the welding electrode and the electrode holder.
  • Example 1 welding electrodes with a length of 150 mm and a diameter of
  • Wire drawing were made, were cleaned with acetone in an ultrasonic bath.
  • Welding electrodes according to Example 1 were treated under the same conditions as in Example 1, with the exception of the treatment time.
  • the treatment time in this case was 120 minutes.
  • the welding electrodes were colored violet after this oxidation treatment.
  • Welding electrodes according to Example 1 were treated under the same conditions as in Example 1, with the exception of the treatment temperature and the treatment time.
  • the treatment temperature in this case was 450 ° C, the treatment time
  • the welding electrodes were colored blue after this oxidation treatment.
  • the further oxidation treatment was carried out with the exception of the treatment time as in Example 1.
  • the treatment time in this case was 45 minutes.
  • the welding electrodes were gold colored after this treatment.
  • the welding electrodes produced in accordance with the examples were stored together with corresponding welding electrodes which were produced without oxidation treatment in a climatic chamber at 70 ° C., 98% atmospheric humidity, for 90 hours. After storage, the welding electrodes produced according to the invention had no optically recognizable surface changes that would indicate the formation of a corrosion layer. In a subsequent welding test, these welding electrodes showed good ignition friendliness and excellent burning behavior. In contrast, the welding electrodes, which were manufactured without oxidation treatment, showed clearly visible black spots that indicate the formation of a corrosion layer. In the subsequent welding test, the ease of ignition and the erosion behavior were significantly worse compared to the welding electrodes produced according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung korrosionsgeschützter Schweisselektroden aus Wolfram oder einer Wolframlegierung. Entsprechend der Erfindung werden die vorgefertigten Schweisselektroden einer Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 300°C und 500°C in einer oxidierenden Atmosphäre unterzogen. Dadurch werden an der Oberfläche der Schweisselektrode Oxidschichten ausgebildet, die eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen und die Ausbildung von unerwünschten Korrosionsschichten mit schlechter Leitfähigkeit verhindern. Derartig hergestellte Schweisselektroden weisen eine ausgezeichnete Zündfähigkeit und ein problemloses Abbrandverhalten auf.

Description

SCHWEISSELEKTRODEN AUS WOLFRAM ODER EINER WOLFRAM-LEGIERUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung korrosionsgeschützter Schweißelektroden aus Wolfram oder einer Wolframlegierung.
Wolfram bildet insbesondere bei erhöhter Luftfeuchtigkeit bereits bei Raumtemperatur Korrosionsschichten aus, die aus einer Verbindung von Wolfram mit Sauerstoff und Stickstoff bestehen. Wolfram und Wolframlegierungen, insbesondere solche, die mit oxidischen Zusätzen wie Thoriumoxid, Lanthanoxid, Ceroxid oder Zirkonoxid legiert sind, sind Werkstoffe, die vielfach auch zur Herstellung von Schweißelektroden für das WIG-Schweißen (Wolfram-Inert-Gas) verwendet werden. Wolfram- Schweißelektroden müssen einen niedrigen Übergangswiderstand vor allem auch zum Elektrodenhalter aufweisen, um eine gute Zündfähigkeit und eine problemlose Funktion zu gewährleisten.
Die sich infolge erhöhter Luftfeuchtigkeit an Wolfram und Wolframlegierungen ausbildenden Korrosionsschichten verschlechtern die elektrische Leitfähigkeit in beträchtlichem Ausmaß und erhöhten damit den Kontaktwiderstand, so dass die Zündfähigkeit und das Abbrandverhalten derartig korrodierter Schweißelektroden vielfach problematisch ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Maßnahme zu schaffen, welche die unerwünschte Korrosion von Schweißelektroden aus Wolfram oder Wolframlegierungen in ausreichendem Maße verhindert.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die vorgefertigten Schweißelektroden einer Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 300°C und 500°C in einer oxidierenden Atmosphäre unterzogen werden.
Durch eine derartige Temperaturbehandlung wird an der Oberfläche der Schweißelektroden gezielt eine Oxidschicht aus W0 bzw. W03-x ausgebildet. Durch die Ausbildung dieser Oxidschichten, die eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wird die Ausbildung von unerwünschten Korrosionsschichten mit schlechter Leitfähigkeit mit Sicherheit verhindert und die Schweißelektroden weisen eine ausgezeichnete Zündfähigkeit und ein problemloses Abbrandverhalten auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für reines Wolfram wie auch für alle üblicherweise für Schweißelektroden verwendeten Wolframlegierungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist kostengünstig. Vor der Wärmebehandlung, die beispielsweise in einem Trockenschrank durchgeführt werden kann, ist es notwendig die Schweißelektroden sorgfältig von Fett- und Schmutzpartikeln zu reinigen.
Das Aufheizen bis zum Erreichen der Oxidationstemperatur erfolgt vorteilhafterweise innerhalb eines Zeitraumes von etwa 15 bis 45 Minuten, die Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt vorteilhafterweise innerhalb eines Zeitraumes von 30 bis 60 Minuten. Die metallurgischen Eigenschaften der Schweißelektroden werden durch die erfindungsgemäße Oxidationsbehandlung in keiner Weise negativ beeinflusst. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Oxidationsbehandlung innerhalb eines Temperaturbereiches zwischen 375°C und 430°C bewährt.
Für die Dauer der Oxidationsbehandlung hat sich insbesondere ein Zeitraum zwischen 2 und 8 Stunden bewährt. In diesem Zeitraum bilden sich die oberflächlichen Oxidschichten mit Schichtstärken zwischen 10 nm und 50 nm aus, was einerseits eine gute Haftfestigkeit und andererseits eine ausreichende Verschleißfestigkeit der ausgebildeten Oxidschichten gewährleistet.
Besonders einfach und kostengünstig ist es, wenn die Oxidationsbehandlung mit Luft als oxidierende Atmosphäre durchgeführt wird.
Je nach Höhe der Temperatur bei der Oxidationsbehandlung lassen sich verschiedene Farbgebungen erreichen, wobei schon relativ geringe Temperaturabweichungen von 10°C bis 15°C deutlich sichtbare Änderungen in der Farbgebung bewirken. Die Ausbildung von unterschiedlichen Farbgebungen beruht auf der Ausbildung von oberflächlichen Oxidschichten unterschiedlicher Dichte. Insbesondere die Farben Gold, Blau, Violett und Braun mit entsprechenden Zwischenabstufungen lassen sich durch unterschiedliche Temperaturen während der Oxidationsbehandlung erreichen.
Bei Schweißelektroden ist je nach Zusammensetzung des verwendeten Elektrodenmaterials die Anbringung einer Farbmarkierung zur Kennzeichnung des Elektrodenmaterials vorgeschrieben. So sind beispielsweise laut EN 26848 bzw. ISO 6848 für die folgenden Legierungen die folgenden Farbmarkierungen vorgeschrieben:
Rein W grün
W mit 0,35 - 0,55 % ThO2 blau W mit 0,80 - 1,20 % ThO2 gelb
W mit 1 ,70 - 2,20 % ThO2 rot
W mit 2,80 - 3,20 % Th02 violett
W mit 3,80 - 4,20 % Th02 orange
W mit 0,15 - 0,50 % ZrO2 braun W mit 0,70 - 0,90 % Zr02 weiß
W mit 1 ,80 - 2,20 % CeO2 grau
W mit 0,90 - 1 ,20 % La2O3 schwarz
W mit 1 ,3 - 1 ,7 % La2O3 gold
Die Farbmarkierungen erfolgen in der Regel durch Lackstreifen an dem Ende der Schweißelektrode, das in den Elektrodenhalter für die Schweißelektrode geschoben wird. Dabei wird die Farbmarkierung vielfach abgeschabt und die Farbe über die Kontaktzone mit dem Elektrodenhalter verteilt, so dass es auch aufgrund dieser Farbschicht zu einem schlechten Übergangskontakt zwischen Elektrodenhalter und Elektrode kommt.
Ein besonders günstiger Nebeneffekt des erfindungsgemäßen Verfahrens tritt dann auf, wenn die Oxidationsbedingungen derart eingestellt werden, dass die Farbgebung der entstehenden Oxidschicht der Farbe entspricht, die für die
Kennzeichnung des verwendeten Elektrodenmaterials vorgeschrieben ist. Dann wird durch die Ausbildung der Oxidschicht gleichzeitig ein Oxidationsschutz und eine Farbmarkierung erreicht, eine zusätzliche Farbmarkierung ist dann nicht mehr notwendig. Technisch durchführbar ist eine derartige Vorgangsweise insbesondere bei:
Schweißelektroden aus einer Wolframlegierung mit 1 ,3 - 1 ,7 % La203, für welche die Farbe Gold vorgeschrieben ist,
Schweißelektroden aus einer Wolframlegierung mit 0,35 - 0,55 % Th02, für welche die Farbe Blau vorgeschrieben ist. Schweißelektroden aus einer Wolframlegierung mit 2,8 - 3,2 % Th02, für welche die Farbe Violett vorgeschrieben ist, sowie für
Schweißelektroden aus einer Wolframlegierung mit 0,15 - 0,50 % Zr02, für welche die Farbe Braun vorgeschrieben ist.
Wenn diese Farben durch die entsprechende Steuerung der
Oxidationsbehandlung eindeutig erreicht werden, kann auf eine zusätzliche Farbmarkierung durch Lacke verzichtet werden, so dass es zu keiner Verschlechterung des Kontaktwiderstandes zwischen Schweißelektrode und Elektrodenhalter kommen kann.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Herstellungsbeispielen an zwei unterschiedlichen Werkstoffen für Schweißelektroden beschrieben.
Beispiel 1 Schweißelektroden mit einer Länge von 150 mm und einem Durchmesser von
2,4 mm aus einer Wolframlegierung mit 1 ,3 bis 1,7 % La203, welche durch
Drahtziehen hergestellt wurden, wurden mit Aceton im Ultraschallbad gereinigt.
Dann wurden die Elektroden in einem Muffelofen an Luft während etwa
40 Minuten auf eine Behandlungstemperatur von 400°C aufgeheizt und während einer Behandlungszeit von 75 Minuten oxidiert.
Nach Abschluss der Wärmebehandlung wurden die Schweißelektroden dem
Ofen entnommen und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die Schweißelektroden waren nach dieser Oxidationsbehandlung goldfarben. Beispiel 2
Schweißelektroden entsprechend Beispiel 1 wurden mit Ausnahme der Behandlungszeit unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 behandelt. Die Behandlungszeit betrug in diesem Fall 120 Minuten. Die Schweißelektroden waren nach dieser Oxidationsbehandlung violett gefärbt.
Beispiel 3
Schweißelektroden entsprechend Beispiel 1 wurden mit Ausnahme der Behandlungstemperatur und der Behandlungszeit unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 behandelt.
Die Behandlungstemperatur betrug in diesem Fall 450°C, die Behandlungszeit
10 Stunden.
Die Schweißelektroden waren nach dieser Oxidationsbehandlung blau gefärbt.
Beispiel 4
Schweißelektroden mit einer Länge von 150 mm und einem Durchmesser von
2,4 mm aus reinem Wolfram wurden wie nach Beispiel 1 hergestellt und gereinigt.
Die weitere Oxidationsbehandlung erfolgte mit Ausnahme der Behandlungszeit wie nach Beispiel 1. Die Behandlungszeit betrug in diesem Fall 45 Minuten.
Die Schweißelektroden waren nach dieser Behandlung goldfarben.
Die entsprechend den Beispielen hergestellten Schweißelektroden wurden zur Prüfung des Korrosionsschutzes zusammen mit entsprechenden Schweißelektroden, die ohne Oxidationsbehandlung hergestellt wurden, in einer Klimakammer bei 70°C, 98 % Luftfeuchtigkeit, 90 Stunden lang gelagert. Die erfindungsgemäß hergestellten Schweißelektroden wiesen nach der Lagerung keinerlei optisch erkennbaren Oberflächenveränderungen auf, die auf die Ausbildung einer Korrosionsschicht hindeuten würde. In einem nachfolgenden Schweißtest wiesen diese Schweißelektroden eine gute Zündfreudigkeit und ein ausgezeichneten Abbrandverhalten auf. Im Gegensatz dazu wiesen die Schweißelektroden, die ohne Oxidationsbehandlung hergestellt wurden, deutlich sichtbare schwarze Flecken auf, die auf die Ausbildung einer Korrosionsschicht hindeuten. Im nachfolgenden Schweißtest war die Zündfreudigkeit und das Abbrandverhalten gegenüber den erfindungsgemäß hergestellten Schweißelektroden deutlich schlechter.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung korrosionsgeschützter Schweißelektroden aus Wolfram oder einer Wolframlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgefertigten Schweißelektroden einer Wärmebehandlung bei
Temperaturen zwischen 300°C und 500°C in einer oxidierenden Atmosphäre unterzogen werden.
2. Verfahren zur Herstellung korrosionsgeschützter Schweißelektroden nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei
Temperaturen zwischen 375°C und 430°C erfolgt.
3. Verfahren zur Herstellung korrosionsgeschützter Schweißelektroden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung während eines Zeitraumes zwischen 2 und 8 Stunden erfolgt.
4. Verfahren zur Herstellung korrosionsgeschützter Schweißelektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierende Atmosphäre Luft ist.
5. Verfahren zur Herstellung korrosionsgeschützter Schweißelektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsbedingungen derart eingestellt werden, dass die Farbgebung der entstehenden Oxidschichten der Farbe entspricht die für die Kennzeichnung des verwendeten Elektrodenmaterials vorgeschrieben ist.
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