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Verfahren zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Leichtmetallen mit
abschmelzender Elektrode Die Erfindung bezieht sich auf Schweißungen mit schutzgasumhüllten
Lichtbogen, im besonderen auf ein Schweißverfahren, bei welchem sich das Schutzgas
aus Argon höchster Reinheit zusammensetzt.
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Neuerdings sind zwei Arten von mit inertem Gas umhüllten Lichtbogenschweißungen
üblich geworden. Die eine schließt die Anwendung einer schwer schmelzbaren und sich
nicht abnutzenden Metallelektrode aus Wolfram, die andere wiederum einer abschmelzenden
Metallelektrode ein. Im Grunde genommen können alle Metalle einschließlich der sonst
schwer schweißbaren Metalle, wie z. B. Aluminium und rostfreier Stahl, ohne die
Anwendung von Flußmitteln nach beiden Arten geschweißt werden.
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Bis zu der vorliegenden Erfindung bestand die Neigung, Sauerstoff
mit handelsüblich reinem Argon zu mischen, nämlich Argon mit einer Reinheit von
99,80 bis 99,90 Volumprozent und 0,25 bis 20 Volumprozent Sauerstoff, um das Verfahren
zu verbessern, besonders beim Schweißen mit einer abschmelzenden Elektrode.
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Des weiteren wurde wegen der Neigung des Wasserstoffs, Porosität zu
erzeugen, vorgeschlagen, Helium mit einer Reinheit von 99,99 Volumprozent und Argon
mit einer Reinheit von 99,90 Volumprozent als Schutzgas zu verwenden.
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Im Verlauf von Versuchen über das Schweißen von Leichtmetallen mit
Hilfe eines Schutzgases, das größtenteils aus Argon besteht, wurde gefunden, daß
der Stickstoffgehalt des Gases insofern von besonderer Bedeutung ist, als z. B.
Aluminiumnitrid sowohl auf den Schmelzals auch auf den Reinigungsvorgang schädlich
einwirkt, welche beiden Vorgänge aber sehr wichtig sind, wenn bei hohen Geschwindigkeiten
erstklassige Schweißungen erzielt werden sollen.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei Schweißungen mit schutzgasumhüllten
Lichtbogen eine beträchtliche Aluminiumverdampfung auftritt und daß infolgedessen
die Temperatur verschiedener Teile des Schweißbades etwa 2600°K, den Siedepunkt
von Aluminium, erreicht. Um die nachteilige Wirkung des Stickstoffes auf ein Minimum
zu reduzieren, ist es deshalb wesentlich, daß das Schmelzbad von Gas umgeben ist,
das so wenig Stickstoff enthält, daß sich im größten Teil des Temperaturbereichs
zwischen Schmelz- und Siedepunkt kein Aluminiumnitrid bildet. Wenn des weiteren
unter diesen Bedingungen das Aluminium anfänglich Nitride enthalten sollte, wird
der Gehalt derselben in der Schweißung durch Zerlegen und Entweichen von Stickstoff
in das Schutzgas, das einen niedrigeren Stickstoffpartialdruck hat, wesentlich reduziert.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Licht- ; bogens chweißen
mittels Schutzgas von Leichtmetallen, insbesondere Aluminium und seinen Legierungen,
mit Hilfe einer abschmelzenden Elektrode (oder eines Füllstabes), die hauptsächlich
aus demselben Element wie der zu schweißende Körper besteht, unter Verwendung eines
inerten, hauptsächlich aus Argon bestehenden Schutzgases von mindestens 99,99 °/o
Reinheit vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Partialdruck des
Stickstoffes im Schutzgas unterhalb des Gleichgewichtsdruckes des Stickstoffes im
System Werkstückmaterial -Stickstoff gehalten wird, indem das inerte Schutzgas bzw.
Gasgemisch weniger als 100 Volumteile Stickstoff pro Million enthält.
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Das Ergebnis der Anwendung solchen Gases höchster Reinheit ist: Die
Schweißwirkung ist bedeutend glatter und beständiger mit weniger Spritzern, das
Zünden ist verbessert, ein besseres Zusammenwachsen des Metalls. wird erzielt, die
Reinigungswirkung ist hervorragend, die Lichtbogenlänge ist elastischer und etwas
größer, ferner wird die Schweißgeschwindigkeit unerwartet erhöht mit Einsparung
von Gas und Zeit, und schließlich sieht die Oberfläche der erzielten Schweißung
sauberer und viel ansprechender aus, als es nach dem früheren Stand der Technik
der Fall war. Das Gas ist vorzugsweise trocken, nämlich es enthält weniger als 13,7
Milligramm Feuchtigkeit pro m3.
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Hier wie im folgenden sind die Prozentangaben auf das Volumen bezogen,
und unter »hochreinem Argon« wird Argon gemäß der Erfindung verstanden.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der Darstellung eines Ausführungsbeispieles
sowie der folgenden Beschreibung zu entnehmen. Es zeigt Fig. 1 im wesentlichen einen
Aufriß einer Einrichtung für die Schutzgasschweißung mit inertem Gas bei Verwendung
einer
nicht schmelzbaren Metallelektrode, gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine ähnliche Ansicht
einer Einrichtung für die Schutzgasschweißung mit inertem Gas bei Verwendung einer
abschmelzenden Elektrode; Fig. 3 ist ein stark vergrößerter Grundriß einer Schweißeng,
die entsprechend der Erfindung mit 99,99 °/o reinem Argon bei Verwendung einer abschmelzenden
Elektrode durchgeführt wurde, und Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht einer Schweißeng,
die entsprechend dem früheren Stand der Technik mit 99,84 °/o reinem Argon bei Verwendung
einer abschmelzenden Elektrode durchgeführt wurde.
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Fig. 1 zeigt einen Brenner 10 mit einer Elektrode 12 aus nicht schmelzendem
Metall, wie z. B. Wolfram, die aus einer Düse 14 herausragt, aus welcher ein Strom
von Lichtbogenschutzgas 16 rund um den Bogen 18, der zwischen dem Ende dieser Elektrode
und dem zu schweißenden Werkstück W gebildet ist, austritt. Das Lichtbogenschutzgas
wird zum Brenner 10 durch einen Schlauch 20 von einem Zylinder 22, welcher
das Gas unter Druck enthält, zugeführt. Elektrischer Strom wird dem Lichtbogen 18
von einer elektrischen Stromquelle 24 durch die Leitungen 26 und 28, welche an die
Elektroden bzw. das Werkstück angeschlossen sind, zugeleitet. Der Zylinder 22 enthält
Argon höchster Reinheit.
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Zur Durchführung der Erfindung mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig.
1 wird der Lichtbogen 18 zwischen dem Ende der Elektrode 12 und dem Werkstück W
gezündet, wobei das Werkstück in der unter dem Lichtbogen befindlichen Zone geschmolzen
wird. Der Bogen 18, das erhitzte Ende der Elektrode und das geschmolzene Metall
des Werkstückes werden durch den Schutzgasstrom 16, welcher aus der Düse 14 rund
um den Lichtbogen ausströmt und vorzugsweise aus Argon höchster ; Reinheit besteht,
abgeschirmt. In Fig.2 ist eine Schweißvorrichtung dargestellt, welche eine Schweißpistole
30 aufweist, durch die eine abschmelzende Elektrode in Form eines Drahtes 32 dem
Lichtbogen 33 bei relativ hoher Geschwindigkeit mit Hilfe von Drahtzufuhrrollen
34, die durch einen Motor 36 angetrieben werden, zugeführt wird, wobei der Draht
von einer Vorratsrolle 38 abgezogen wird. Die anderen Anschlüsse sind den in Fig.
1 gezeigten ähnlich. Bei Durchführung der Erfindung mit Hilfe der Vorrichtung nach
Fig.2 wird allgemein herkömmliche Schweißtechnik angewandt mit der Ausnahme, daß
das aus dem Zylinder 22 zur Schweißpistole 30 geleitete Gas ein Argon höchster Reinheit
ist. Die bei Anwendung eines solchen Argons höchster Reinheit bei Schweißengen erzielten
Verbesserungen werden nachstehend näher ausgeführt.
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Es ist bekannt, daß grundlegende Unterschiede zwischen heliumgeschütztem
und argongeschütztem Lichtbogenschweißen bestehen. Weil es im Handel erhältlich
war, wurde Helium zuerst in großem Umfang verwendet. Der wirtschaftliche Gebrauch
von Argon wurde durch Lieferungsmangel erschwert, und zudem war nur wenig über die
Wirkung der Gasreinheit auf die Eigenschaften und Ergebnisse des Lichtbogenschweißens
bekannt. Die wirtschaftliche Einführung von Argon als Abschirmgas für elektrisches
Lichtbogenschweißen war schwierig. Vergleiche zwischen Helium und Argon fielen günstiger
für Helium aus, weil recht wenig über die Eigenschaften und Vorteile des Argons
bekannt war. Zum Beispiel war ein Großerzeuger von Aluminium-Bierfässern in der
Lage, mit Heliumabschirmung dreimal so schnell wie mit Argonabschirmung elektrisch
zu schweißen. Bei den Vergleichen wurde Argon von handelsüblicher Reinheit angewendet.
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Das Hauptproblem, dem man sich in der Entwicklung des von inertem
Gas umhüllten Metallichtbogenschweißens von Aluminium gegenüber sah, war; n die
Porosität und die Lichtbogenunbeständigkeit, die von den Schwankungen der Lichtbogenlänge
herrührten. Die Anwendung von speziell gereinigtem Helium, das 12 Teile Wasserstoff
auf eine Million enthielt, schaltete die normalerweise bei handelsüblichem Helium
auftretende Porosität bei Wolfram-Lichtbogenschweißungen an 3,2 mm und 1,3 mm starkem
Aluminium aus. Während die Schweißoberflächen ziemlich sauber waren, waren die Merkmale
der Reinigungswirkung der Argonschweißungen nicht vorhanden, wenn Helium benutzt
wurde.
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Gesunde, argonumhüllte Lichtbogenschweißungen wurden erzielt, wenn
der Wasserstoffgehalt im Argonschutzgas geringer als 50 Teile und der Feuchtigkeitsgehalt
des Argons geringer als 16 Teile auf eine Million waren. Jedoch sah man sich schwerwiegender
Nitridbildung in Aluminiumschweißungen gegenübergestellt; wenn die Stickstoffverunreinigung
1700 oder mehr Teile auf eine Million erreichte. Man hat Untersuchungen angestellt,
um die Natur des Gases im Aluminium zu bestimmen. Eine Durchsicht der Literatur
zeigte, daß Wasserstoff wahrscheinlich das einzige Gas war, welches beim Schweißen
von Aluminium Schwierigkeiten bereitete. Die ersten Untersuchungen waren wegen des
aus dem Schmelzbad kommenden Fremdgases und des großen Volumens von rückständigem
Gas in den Aluminiumschweißungen nicht erfolgreich. Das Studium der Literatur offenbarte
Löslichkeitstemperaturangaben für Stickstoff in Aluminium in dem Temperaturbereich
von 600 bis 1000°C, jedoch war eine zuverlässige Information über die Temperaturverteilung
im Aluminium während des Schweißens nicht zu erhalten. Die Untersuchungen wurden
weitergeführt, um Verfahren zur Vermeidung der Porosität durch Berechnungen, welche
die Temperaturgradienten und die Wasserstofflöslichkeit einbezogen, zu finden. Es
wurde daher auch der Schluß gezogen, daß Wasserstoff und Feuchtigkeit die Porosität
in Aluminiumschweißungen verursachen. Die Begrenzung von 60Teilen Wasserstoff auf
eine Million im Argon konnte zugelassen werden, ehe es zur Porosität in Aluminiumschweißungen
kam. Wenn der Gesamtwasserstoffgehalt, abgeleitet vom Wasserstoffgas oder vom Feuchtigkeitsniederschlag,
150 Teile auf eine Million erreichte, war die Porosität ziemlich stark zu bemerken.
Wenn der Wasserstoffgehalt 2000 Teile auf eine Million erreichte, waren die Schweißengen
sehr porös. Eine auf 99,80 °(o festgesetzte Argonreinheit wurde nicht für geeignet
angesehen, gesunde Schweißengen in Aluminium wegen des übermäßigen Gehaltes an Wasserstoff
sicherzustellen. Die Grenze des Gesamtwasserstoffgehaltes, abgeleitet vom Wasserstoffgas
und der Feuchtigkeit, wurde mit 60 Teilen auf eine Million festgesetzt. 2,29 Milligramm
Feuchtigkeit auf 1 cm3 Argon enthält ungefähr 3 Teile Wasserstoff auf eine Million,
dem Volumen nach. Die Summe des gasförmigen Wasserstoffes, ausgedrückt in Teilen
auf eine Million, plus dem 1,31fachen der Feuchtigkeit in Milligramm pro m3, sollte
weniger als 60 betragen.
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Die Entwicklung des Sauerstoff-Argon-Gemisches ergab die Ausschaltung
einer gewissen Porosität in Aluminiumschweißungen und trug zur Herstellung von vertikalen,
horizontalen und Überkopfschweißungen bei.
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Das Schweißen mit einer abschmelzenden Elektrode bei Verwendung von
Argon von höchster Reinheit als Schutzgas ist wegen des verbesserten Zusammenwachsens
des geschmolzenen Schweißmetalls mit dem Grundmetall weniger kritisch. Fig. 3 stellt
das Aussehen der Schweißraupe 39 auf der Grundplatte oder dem Werkstück W dar. Die
Schweißeng 40 ist an ihren Front- und Seiten-,
rändern durch
eine Übergangszone 40" begrenzt, welche das Aussehen hat, als ob sie mit einem Flußmittel
versehen worden wäre. Die Randzone 40b wurde der »Reinigungswirkung« unterzogen,
welche im allgemeinen für handelsübliches Argon charakteristisch ist, jedoch in
unerwarteter Weise auch bei der Gasabschirmung mit Argon höchster Reinheit eintritt.
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Die Schweißung 40 (Fig. 3) erforderte weniger Geschick zur
Ausführung mit einer 99,99 °/° reinen Argongashülle als die Schweißung 42 (Fig.
4) mit 99,84 0% reiner Argongashülle. Es war vergleichsweise sehr schwierig, mit
99,84 °/° reinem Argon eine gute Schweißung zu erzielen; dabei war es praktisch
unmöglich, überKopf zu schweißen, und zwar wegen der verhältnismäßig schwachen »Reinigungswirkung«
und des unzureichenden Zusammenwachsens der Schweißraupe. Die Schweißung 42 war
auch schwierig zu zünden, und es war schwierig, die Schweißraupe beim Abwärtsschweißen
gleichmäßig zu halten.
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Mit einer Argonreinheit von 99,9980/, (Fig. 3) ist der Schweißraupenumriß
von der Zündung an und im weiteren Verlauf ganz einheitlich und war leichter anzubringen
als mit niedrigerer Reinheit. Beispielsweise war die Schweißung 40 viel leichter
auszuführen als die Schweißung 42.
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In Fig. 4 ist der Beginn der Schweißung 42, welche spitz, unregelmäßig
und schlecht ist, nicht gezeigt. Dieser Zustand ist in einer Überkopfschweißung
nicht erwünscht. Bei einer Schweißung nach Fig. 3 gibt es von Beginn an einen normalen
Umriß. Beim Beginn ist es sehr wichtig, so schnell wie möglich normale Schweißbedingungen
zu schaffen. Hochreines (99,99 °/°) Argonschutzgas verwirklicht unerwarteterweise
eine solche Verbesserung. Das bessere Zusammenwachsen zwischen dem Schweißmetall
und dem Grundmetall, welches erzielt wird, wenn mit Argonschutzgas höchster Reinheit
geschweißt wird, hat folgende Vorteile: Es hilft, kalte Schweißstellen auszuschalten.
Offensichtlich müssen kalte Schweißstellen oder nicht geschmolzene Teile im zweiten
Arbeitsgang in das Grundmetall geschmolzen werden. Auf diese Weise muß sich der
Schweißer im zweiten Arbeitsgang nicht nur auf die ordentliche Ablagerung beim zweiten
Arbeitsgang konzentrieren, sondern muß darüber hinaus diese Aufmerksamkeit auf die
Korrektur eines schlechten Randes, der sich aus dem ersten Schweißvorgang ergab,
lenken. Während ein hochqualifizierter Schweißer zweifellos diese Arbeit verrichten
könnte, würde ein wenig tüchtiger Schweißer Schwierigkeiten haben, den schlechten
Schweißrand aus dem ersten Arbeitsgang zu korrigieren. Eine verhältnismäßig schlechte
Schweißung wäre das Ergebnis, da die Korrektur der kalten Schweißstellen von einer
gründlichen Durchschweißung ablenken würde.
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Die Wichtigkeit des Zusammenwachsens ist auch in Fig. 3 und 4 dargestellt.
Die Schweißung in Fig. 4 zeigt eine schlechte Schweißrandbildung, wie sie mit Argon
von 99,840/, Reinheit erzielt wurde. Andererseits ist in Fig. 3 bei Verwendung von
Argongas mit einer Reinheit von 99,998 °/° die verbesserte Schweißrandbildung
40,
welche auf das gute Zusammenwachsen zurückzuführen ist, ganz offensichtlich.
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Die »Reinigungswirkung« kann definiert werden als ein Zustand, in
welchem die Oxyde und Nitride abgebaut werden, um ein besseres Verschmelzen des
abgelagerten Fülldrahtes mit dem Grundmetall zuzulassen. Zum Beispiel wird ein schwarzer
Schmutz 46 direkt vor dem Schweißbad 48 zu bemerken sein, d. h. in der Umgebung
des Schweißkraters, wo die Schweißung unterbrochen wurde. Der schwarze Schmutz 46
verhindert den Fortgang des Schweißens, weil er erst abgebaut werden muß, bevor
das Schweißen fortgesetzt werden kann. Es ist auch beim Schweißen von Aluminium
gut bekannt, daß das Metall sauber sein muß. Das Schmelzgut, welches mit 99,84 °%
Argon erzielt wurde, ist überdies wegen der Schlackebildungen 50 in einem unbefriedigenden
Zustand. Solche Schlackeneinschlüsse sind in der Schweißung 40 (Fig. 3) nicht vorhanden.
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Fig. 3 stellt die hervorragende »Reinigungswirkung«, welche sich aus
der Verwendung von 99,998 °/° hochreinem Argon gemäß der Erfindung ergibt, dar.
Es muß insbesondere vermerkt werden, daß der Vorderrand 52 des Puddels 54 ohne weiteres
mit dem Grundmetall zusammenwachsen kann. Der Vorderrand 52 ist auch frei von Oxyden,
Nitriden oder anderen unerwünschten Schlacken. Als Folge dieser guten »Reinigungswirkung«
kann das Schweißen mit größerer Geschwindigkeit fortgesetzt werden.
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Während bisher die Anwendung von Argon höchster Reinheit hauptsächlich
bei Schweißungen von Aluminium behandelt worden ist, hilft eine Hülle des besagten
hochreinen Argons auch das schwierige Problem des Schweißens von Titan lösen. Ein
großer Ansporn zum Schweißen von Titan wurde durch die Düsenantriebe gegeben, wo
eine solche Legierung wegen ihrer guten physikalischen Eigenschaften, der Korrosionswiderstandsfähigkeit
und dem niedrigen Gewicht nützlich ist. Diese erwünschten physikalischen Eigenschaften
werden aber durch die Verunreinigungen des im Handel erhältlichen inerten Gases
abträglich beeinflußt. Die Verwendung von Argon höchster Reinheit als Abschirmgas
schaltet praktisch die schädlichen Verunreinigungsfaktoren, hauptsächlich Stickstoff,
Sauerstoff und Wasserstoff, aus. Zum Beispiel haben Schweißungen, in einer Kammer
mit kontrollierter Atmosphäre an handelsüblich reinem Titan angewandt, gezeigt,
daß Argon höchster Reinheit bedeutend bessere Verformungseigenschaften offenbart
als die, welche mit handelsüblich reinem Argon erzielt werden. Der Mindestbiegungsradius
für handelsüblich reines Titan, mit 99,985 0% Argon geschweißt, war kleiner als
das 1,3fache der Plattenstärke. Bei denselbenBedingungen ergab das an die Stelle
gesetzte 99,94°/°ige reine Argon Schweißungen, die einen Mindestbiegungsradius hatten,
der 2i/,mal größer als die Plattenstärke war. So also ergab Argon, das dem Grad
der höchsten Reinheit nahekam, ungefähr eine 1000%ige Verbesserung gegenüber dem
Argon des handelsüblichen Reinheitsgrades.
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Ein weiterer Vorteil der Anwendung von Argon höchster Reinheit als
Schutzgas zum Lichtbogenschweißen besteht in einem größeren Bereich der anwendbaren
Lichtbogenlängen. Wenn eine Spannungssteuerung angewandt wird, um die Lichtbogenlänge
auf einer vorbestimmten Größe zu halten, versucht die Spannungssteuerung einen solchen
vorgegebenen Wert einzuhalten, erreicht dies aber niemals ganz genau. Das heißt,
in einem gegebenen Fall kann der Bogen ein wenig zu kurz sein, im anderen Fall wieder
kann er ein wenig zu lang sein, so daß dieBogenlänge tatsächlich merklich schwankt.
Eine Gasabschirmung aus Argon höchster Reinheit streckt den Bereich brauchbarer
Lichtbogenlängen, wobei mehr Spielraum beim Steuervorgang erreicht wird. Eine solche
Verbesserung trägt zu besseren Schweißungen bei. Die beobachtete Verbesserung wurde
in einer Reihe von Probeschweißungen demonstriert, bei welchen Aluminiumschweißdraht
im Durchmesser von 1,6 mm sowie ein Schweißstrom von ungefähr 180 Amp. und ein Aluminiumgrundmetall
von 6,3 mm Stärke benutzt wurde. Es wurde beobachtet, daß ein ungefähr 1,6 mm längerer
Bogen bei 99,995 °/° reinem Argon gegenüber 99,93 °/0 reinem Argon unterhalten werden
konnte.
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Es wurde die Aufgabe gestellt, eine Schweißung von 3,2 mm starkem
geschmiedetem Aluminium in vertikaler
und Überkopfschweißlage herzustellen,
wobei zwischen den anstoßenden Rändern ein Zwischenraum von 1,6 mm bestand. Zuerst
wurde Argon höchster Reinheit als Lichtbogenschutzgas bei einem Schweißdraht von
1,2mm Durchmesser benutzt. Eine sehr zufriedenstellende Schweißung wurde erzielt,
indem so der Zwischenraum ausgefüllt wurde, der durch schlechtes Aneinanderpressen
verursacht war - eine Situation, die ziemlich häufig vorkommt. Ein Lichtbogen und
eine Schweißung konnten erzielt werden unter Bedingungen, wie sie entsprechend dem
früheren Stand der Technik mit Helium praktisch unmöglich waren. An einer ähnlichen
Verbindungsstelle war es auch praktisch unmöglich, eine Schweißung mit einem Schweißstab
von 1,2 mm Durchmesser und bei Anwendung von Helium als Schutzgas auszuführen. Bei
Anwendung von Helium und einem Schweißdraht von 1,6 mm Durchmesser konnte die Schweißung
an schwerem Metall angebracht werden; jedoch ist dieser stärkere Draht zu groß für
das Material von 3,2 mm Stärke mit dem 1,6 mm Zwischenraum. Das bringt einen wesentlichen
Vorzug des Argons höchster Reinheit gegenüber Helium zum Ausdruck.
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Probeschweißungen bei Anwendung einer abschmelzenden Elektrode und
Argon mit folgender Analyse wurden ausgeführt
| Argonanalyse |
| Argon- Argon Stickstoff Sauerstoff Wasserstoff Kohlen- Feuchtigkeit |
| Zylinder- Wasserstoff |
| bezeichnung o/o ppm ppm ppm ppm mg/m3 |
| A 99,920 700 3,0 6,0 1,5 4,58 |
| B 99,999 3 - - - - |
| C 99,840 1600 - - - - |
| D 99,998 40 2,0 3,5 3,5 3,44 |
| E 99,995 50 4,0 5,0 1,0 2,29 |
| F 99,930 700 3,5 4,0 4,0 5,72 |
| In der Tabelle bedeutet ppm = Teile auf eine Million, mg/m3
= Milligramm pro m3. |
Es ist zu vermerken, daß bei Argon Stickstoff den größten Anteil an Verunreinigungen
bildet.
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Die Gasströmungsgeschwindigkeiten, welche bei den Untersuchungen angewandt
wurden, waren absichtlich begrenzt worden, um die Unterschiede in der Reinheit am
besten erkennbar zu machen.
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Handgeschweißte Kehlnähte und Stumpfschweißungen wurden an 3,2 mm
starkem handelsüblichem geschmiedetem Aluminium ausgeführt bei Anwendung von thorierten
Wolfram-Elektroden im Durchmesser von 2,4 mm mit 5661 Schutzgas pro Stunde. Der
Füllstab wurde fortlaufend zugeführt, was im Gegensatz steht zum üblichen Verfahren,
bei welchem der Stab in Zeitabständen in das Schweißbad getaucht wird. Bei dieser
Arbeit wurde ein Vergleich zwischen dem 99,920°/oigen Argon des Zylinders A und
dem 99,999°/oigen Argon des Zylinders B gezogen. Die Schweißgeschwindigkeit bei
Kehlnahtschweißungen war bei Anwendung eines oder des anderen reinhaltigen Argons
von der Größe 22,9 cm pro Minute, und es war eigentlich kein Unterschied in bezugauf
dieZuführung desFüllstabes in der geschilderten Art zu bemerken. Ähnliche Untersuchungen
bei Stumpfschweißungen zeigten ein Anwachsen der linearen Schweißgeschwindigkeit
im Verhältnis 44,5:41,9 cm pro Minute zugunsten des hochreinen Argonschweißens.
Handgeschweißte Ecken- undÜberlappungsschweißungen wurden an 3,2 mm starkem geschmiedetem
Aluminium ausgeführt bei Anwendung einer thorierten Wolfram-Elektrode von 2,4 mm
Durchmesser und 424,51 Schutzgas pro Stunde. Die Zylinder A und B wurden wiederum
verwandt, um die Wirkungen der verhältnismäßigen Reinheit des Argons auf die lineare
Schweißgeschwindigkeit zu bestimmen. In dieser Versuchsreihe wurde kein Füllstab
zugegeben. Vergleichbare Eckenschweißungen wurden unter identischen Bedingungen
mit beiden Reinheitsgraden des Argons ausgeführt, und die Nettoschweißgeschwindigkeiten
waren bei Argon höchster Reinheit 39,6 cm pro Minute gegenüber 37,3 cm pro Minute
beim Argon normaler Reinheit. Der Unterschied in der Schweißgeschwindigkeit wurde
auch noch größer bei Ausführung von Überlappungsschweißungen, wobei verhältnismäßig
niedrige Stromstärken angewendet wurden. Bei der Anwendung des Argons höchster Reinheit
wurde eine Vorschubgeschwindigkeit von 17,5 cm pro Minute verwirklicht, während
bei der Anwendung des Argons normaler Reinheit die Vorschubgeschwindigkeit auf 10,7
cm pro Minute begrenzt war. Diese letzteren Ergebnisse zeigen ungefähr einen 70%igen
Geschwindigkeitsvorteil zugunsten des Argons höchster Reinheit.
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Um der Sache weiter nachzugehen, wurden maschinelle Wolframlichtbogen-Eckenschweißungen
an einer 3,2 mm starken geschmiedeten Aluminiumplatte bei Anwendung von 3,2 mm thorierten
Wolfram-Elektroden und 424,51 Schutzgas pro Stunde ausgeführt. Die Zylinder A und
B wurden wieder verwendet. Eine Geschwindigkeit von 228,6 cm pro Minute wurde bei
Anwendung von Argon höchster Reinheit erzielt, während es bei Anwendung des Argons
normaler Reinheit notwendig war, die Geschwindigkeit auf 152,4 cm pro Minute herabzusetzen,
um ein entsprechendes Aussehen und ein stetiges Zusammenwachsen zu erreichen. Auch
hier ergab Argon höchster Reinheit eine 50°/oige Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit.
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Handschweißungen wurden an 1,27 cm starkem geschmiedetem Aluminium
ausgeführt, das mit einer Doppel-V-Nut von 60° mit einem 2,4 mm starken Ansatz versehen
war. Ein Strom von 11321 Schutzgas pro Stunde wurde beim Vergleich von 99,999 °%
reinem und 99,93 °/o reinem Argon angewandt. Bei Anwendung des Argons höchster Reinheit
wurde eine lineare Schweißgeschwindigkeit von 70,4 cm pro Minute erreicht, während
mit 99,930 % reinem Argon die Höchstgeschwindigkeit auf 63,5 cm begrenzt war. Es
wurde beobachtet, daß bei Anwendung des Argons höchster Reinheit Reinigungswirkung
und Aussehen der Schweißraupe denjenigen bei Anwendung üblich reinen Argons entschieden
überlegen waren. Überdies hilft es die Porosität herabsetzen, wenn die Anwendung
von Argon höchster Reinheit durch einen linearen Vorschub der Elektrode entlang
der Naht, ohne von der einen Seite zur anderen zu schwenken, unterstützt wird.
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Mehrere Überkopfkehlnahtschweißungen wurden an 6,3 mm starkem legiertemAluminium
(Mg. 10/(), Cu 0,25 °/o, Cr 0,25 °%, Si 0,55 °%, Rest AI) ausgeführt mit
einem
siliziumhaltigen Aluminiumstab (Si 4,5 bis 6 °% Verunreinigungen
nicht über 1,3 0/e, Rest Aluminium) im Durchmesser von 1,59 mm. Solche Kehlnahtschweißungen
wurden mit der größtmöglichsten Schweißgeschwindigkeit ausgeführt, d. h. der Geschwindigkeit,
oberhalb welcher kalte Schweißstellen vorkamen. Die Unterschiede in der Schweißgeschwindigkeit
waren wie folgt
| Argonreinheit |
| Schweißgeschwindigkeit |
| 0/0 cm/min |
| 99,840 44,5 |
| 99,930 55,4 |
| 99,998 61,0 |
Das Argon höchster Reinheit zeigt so ein Anwachsen der Schweißgeschwindigkeit von
ungefähr 5 °/e gegenüber dem 99,93 °/o reinem Argon und von ungefähr 50 e% gegenüber
dem 99,8400/0 reinem Argon.
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Um weiterhin die Unterschiede, die sich aus der »Reinigungswirkung«
mit Ailfe des Argons in seinen verschiedenen Reinheitsgraden ergeben, aufzuzeigen,
wurden mehrere Schweißraupen von Hand an 6,5 mm starkem geschmiedetem Aluminium
ausgeführt. Eine hervorragende »Reinigungswirkung« und Zusammenwachsen ergeben sich
aus der Anwendung von Argon höchster Reinheit.
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Aluminiumschweißungen wurden an dünnem geschmiedetem Aluminium bei
508 cm pro Minute in dem Bestreben angebracht, weitere Unterschiede hinsichtlich
»Reinigungswirkung« und Zusammenwachsen bei 99,995 °/o reinem Argon, Zylinder E,
und 99,930 °% reinem Argon, Zylinder F, festzustellen. Die Ergebnisse sprachen in
gleicher Weise für die Erfindung.
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Beim Schweißen von Kohlenstoffstählen mit Hilfe einer abschmelzenden
Elektrode begünstigen die Unterschiede in der Raupenbildung und der Höchstgeschwindigkeit
ebenfalls die Anwendung von Argon höchster Reinheit als Schutzgas vor Argon normaler
Reinheit.
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Die Erfindung ist nicht nur auf Lichtbogenschweißung beschränkt, bei
welchem das Schutzgas einzig aus Argon höchster Reinheit besteht, sondern erstreckt
sich auch auf jene Fälle, wo ein oder mehrere Gase gleichhoher Reinheit diesem Argon
beigegeben werden, z. B. kann Helium dazu gemischt werden, ohne von der Erfindung
abzuweichen.