DE19853772C1 - Verfahren zum Schweißen von mit Korrosionsschutzschichten versehenen Stahlbauteilen - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Schweißen von mit Korrosionsschutzschichten aus 3-80 Gew.-% Bindemittel und 20-97 Gew.-% Füller zum Oberflächenschutz versehenen Stahlbauteilen, wobei dem Füller Halbleiter und/oder halbleitende Verbindungen beigemengt sind oder der Füller eine halbleitende Verbindung ist und die Halbleiter- und/oder die halbleitenden Verbindungen für den Schweißvorgang durch eine zeitlich begrenzte externe Zufuhr von Energie in ihren Leitfähigkeitszustand angeregt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen von mit Korrosionsschutzschichten versehenen Stahlbauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Verbinden zweier mit einer Korrosionsschutzschicht geschützter Stahlbleche tritt beim elektrischen Punktschweißen aufgrund der elektrisch isolierenden Wirkung der Polymerschichten häufig eine Beeinträchtigung des Schweißvorganges auf.

Aus der US-PS-4,119,763 ist eine Korrosionsschutzschicht auf der Basis von Zink- Eisenphosphid-Füllern bekannt, denen Zinkanteil zur Verbesserung der Schweißbarkeit von damit beschichteten Stahlunterflächen teilweise durch nichtmetallische Inhibitoren, wie z. B. durch Zinkgelb, ersetzt ist. Die metallische Leitfähigkeit dieser Schichten führt jedoch zu der Bildung von galvanischen Elementen, welche eine korrosionsfördernde Wirkung haben. Zur Unterdrückung dieser Bildung von galvanischen Elementen ist deshalb zusätzlich die Aufbringung einer elektrischen Isolationsschicht erforderlich.

DE 34 12 234 A1 offenbart einen Korrosionsschutzprimer, dessen Füller halbleitende Verbindungen enthalten kann. Durch die halbleitenden Verbindungen wird zwar die Bildung von galvanischen Elementen unterdrückt, jedoch verschlechtert sich die Schweißbarkeit durch die ungenügende Leitfähigkeit des Materials.

Aus DE-OS 22 02 078 ist ein Korrosionsschutz-Anstrichstoff bekannt, der zur Bindung von Wasserstoff, der beim Schweißvorgang durch Zersetzung der Bindemittel entsteht, sauerstoffhaltige halbleitende Verbindungen enthält. Hierdurch kann zwar die Bildung von Poren in der Schicht vermieden werden, jedoch ist auch hier die Schweißfähigkeit stark eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Schweißen von mit Korrosionsschutzschichten zum Oberflächenschutz versehenen Stahlbauteilen bereitzustellen. Die Schichten sollen hierbei während des Schweißvorganges gut schweißbar sein, aber anschließend einen guten Korrosionsschutz bieten, indem die Bildung von galvanischen Elementen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß werden der Korrosionsschutzschicht über den Füller Halbleiter oder halbleitende Verbindungen beigemengt. Diese werden bei einer externen Zufuhr ihrer Anregungsenergie in Form von Licht oder Wärme nur während der Dauer dieser Energiezufuhr elektrisch leitfähig. Diese Energiezufuhr erfolgt erfindungsgemäß während des Schweißvorganges und verbessert dadurch die Schweißbarkeit der so beschichteten Bleche.

Vorzugsweise wird die Energie, die zur Anhebung der Halbleiter und/oder halbleitenden Verbindungen in den Leitfähigkeitszustand dient, während des Schweißvorganges über Zufuhr von Wärme geregelt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Energie auch über Einstrahlung von Licht mit der entsprechenden Wellenlänge, die der Bandlücke des Halbleiters entspricht, eingestrahlt werden.

Außerhalb des Schweißvorganges bieten die Halbleiter oder halbleitenden Verbindungen korrosionshemmende Eigenschaften, da sie als Anode auf den zu schützenden Stahl wirken können - insbesondere Silicium - wodurch der zu schützender Stahl durch das Silicium kathodisch gegen Korrosion geschützt wird. Zusätzlich zu diesem kathodischen Schutz wirken die Halbleiter und die halbleitenden Verbindungen als korrosionshemmende Sauerstoffänger. Bei der Alterung der Polymermatrix diffundieren Wasser und Sauerstoff langsam durch diese hindurch. Die Halbleiter und halbleitenden Verbindungen reagieren mit diesen Stoffen unter der Bildung von Oxiden, wie z. B. dem SiO₂, wodurch die Konzentration dieser Diffusionsstoffe sinkt und eine Korrosion des Substrates hinausgezögert wird.

Die Verwendung von Silicium als Füllerbestandteil hat den besonderen Vorteil, daß hochreines Silicium als Abfallstoff bei der Waferherstellung in der Elektronikindustrie anfällt und kostengünstig mit konstanter Qualität in den erfindungsgemäßen Korrosionsschutzschichten einsetzbar ist.

Eine Verwendung von umweltschädlichen Schwermetallen und Chromaten ist in der erfindungsgemäßen Korrosionsschutzschicht nicht erforderlich.

Die Korrosionsschutzschicht enthält ein Bindemittel und einen Füller. Dem Füller sind Halbleiter und/oder halbleitende Verbindungen beigemengt oder er ist vollständig aus einer halbleitenden Verbindung aufgebaut, wie z. B. aus Titanoxid. Der Anteil des Füllers in der Korrosionsschutzschicht wird so bemessen, daß er einmal über seinen kathodischen Schutz und über den Sauerstoffeinfang einen ausreichenden Korrosionsschutz für Stahlsubstrate bietet, ohne daß der Füller Anteile von Zink oder Eisenphosphid aufweist und zum anderen nach einer geeigneten externen Energiezufuhr die elektrische Leitfähigkeit der Korrosionsschutzschicht derart anhebt, daß dadurch eine gute Elektro- Schweißbarkeit damit beschichteter Stahlsubstrate erreicht wird.

Der Anteil des Füllers wird zwischen 20 und 97 Gew.-% eingestellt. Als Halbleiter werden Silicium und Germanium eingesetzt und als halbleitende Verbindung im Prinzip jede halbleitende Verbindung wie z. B. Titanoxid, Molybdänsulfid, Molybdänselenid, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Wolframsulfid, Zinkoxid oder Zinksulfid usw. Die Art des verwendeten Halbleiters oder der verwendeten halbleitenden Verbindung hängt von den Anforderungen des gesamten Systems ab. Besonders geeignet ist die Verwendung von Silicium, da es Stahl kathodisch schützt und als Sauerstoffänger auf in die Korrosionsschutzschicht eindiffundierenden Sauerstoff und eindiffundierendes Wasser anti-korrosiv wirkt.

Als Füllermaterialien können wahlweise z. B. Titanoxid, Siliciumoxid, Calciumoxid, Zinkoxid, Ruß oder Zirkonoxid eingebracht werden. Die Auswahl hängt von den Anforderungen an das gesamte System ab.

Dem Füller oder dem Bindemittel können in bekannter Weise bei Bedarf geeignete Inhibitoren, wie z. B. Phosphate, Benzoate, Silicate, Vanadate, Wolframate, Zirkonate, Borate, Molybdate oder ähnliche Stoffe zugesetzt werden.

Die Bindemittel müssen auf die Anforderungen im System abgestimmt werden und sollen an das Füllmaterial angepaßt sein. Folgende Bindemittel können in Mengen zwischen 3 und 80 Gew.-% verwendet werden: Epoxidharze, Polyurethane, Kombinationen aus Epoxidharzen und Polyurethanen, Melamidharze, Acrylate, Silikone. Sie können in folgenden Lösungsmitteln gelöst werden: Isopropanol, Ethylenglykol, Butylacetat, Butyldiglykolacetat, Butyldiglykol oder Phenolharze.

Als Additive können bei Bedarf Hilfsmittel wie Cobalt, Mangan, Naphtenate, Polyamine, Triethylentramin, Polyamidharze und als Plastifizierer die folgenden Substanzen eingesetzt werden: Dioctyl Sebacate, Dioctyl Phthalat, Dioctyladipat, Diethylenglykoldibenzoat, Methylricinoleat, Polyester, Epoxidharz veresterte Tricresylphosphate.

Die Korngröße der eingesetzten Halbleiter oder halbleitenden Verbindungen wird in Abhängigkeit der gewünschten Dicke der Korrosionsschutzschicht zwischen 0,5 und 10 µm gewählt.

Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren ist das Schweißen von Bauteilen mit Korrosionsschutzschichten, die mit 75% Gewichtsanteil einen Füller aus gemahlenem Silicium enthalten, deren Bindemittel einen Gewichtsanteil von ca. 15% aufweist und aus Epoxidharz besteht, in der Butylacetat als Lösemittel mit einem Gewichtsanteil von ca. 10% eingesetzt ist und die als Suspensionszusatz ein kommerziell erhältliches Mittel, das Produkt "Thixotrol ST" von der Firma Baker Castor Oil enthalten. Als Suspensionszusatz sind Stoffe auf der Basis von Siliciumdioxid, modifizierte Aluminiumsilikate, hydriertes Rizinusöl und Verbindungen mit Polyamidstrukturen noch wahlweise einsetzbar.

Bei einer Verwendung von Silicium als Füllermaterial wird eine externe Energiezufuhr von 1,1 eV über eine geeignete Beleuchtung der beschichteten Schweißstelle eingesetzt, um die für das Schweißen gewünschte elektrische Leitfähigkeit in der Korrosionsschutzschicht einzustellen. Ebenso könnte auch eine lokal induzierte Temperaturerhöhung gewählt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Schweißen von mit Korrosionsschutzschichten aus 3-80 Gew.-% Bindemittel und 20-97 Gew.-% Füller zum Oberflächenschutz versehenen Stahlbauteilen, wobei dem Füller Halbleiter und/oder halbleitende Verbindungen beigemengt sind oder der Füller eine halbleitende Verbindung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter- und/oder die halbleitenden Verbindungen für den Schweißvorgang durch eine zeitlich begrenzte externe Zufuhr von Energie in ihren Leitfähigkeitszustand angeregt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie in Form von Wärme zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie in Form von Licht zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter Silizium oder Germanium bereitgestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als halbleitende Verbindung wahlweise Titanoxid, Molybdänsulfid, Molybdänselenid, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Wolframselenid, Wolframsulfid, Zinkoxid oder Zinksulfid beigemengt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel wahlweise Epoxidharze, Polyurethane, Kombinationen aus Epoxidharzen und Polyurethanen, Melaminharze, Acrylate oder Silikone verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den Füller wahlweise Titanoxid, Siliziumoxid, Calciumoxid, Zinkoxid, Ruß oder Zirkonoxid verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Füller oder dem Bindemittel als Inhibitoren wahlweise Phosphate, Benzoate, Silicate, Vanadate, Wolframate, Zirkonate, Borate oder Molybdate zugesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Füller oder dem Bindemittel als Additive wahlweise Hilfsmittel wie Cobalt, Mangan, Naphtenate, Polyamine, Triethylentetramine oder Polymerharze beigemengt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Korrosionsbeschichtung wahlweise Dioctylsebacat, Dioctylphtalat, Dioctyladipat, Dietehylenglykoldibenzoat, Methylricinoleat, Polyester oder Epoxidharz verestertes Tricresylphosphat als Plastifizierer eingesetzt wird.

11. Korrosionsschutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Korngröße des Halbleiters oder der halbleitenden Verbindung in Abhängigkeit von der gewünschten Schichtdicke der Korrosionsschutzschicht 0,5 bis 10 µm gewählt wird.