DE69913141T2

DE69913141T2 - Verfahren und einrichtung zur verbesserung der qualität in fusionsschweissvorgängen

Info

Publication number: DE69913141T2
Application number: DE69913141T
Authority: DE
Inventors: Fred Galesloot
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: NO318082B1; SE9801730D0; AU4660699A; DE69913141D1; HUP0102069A3; CZ20004253A3; US6634544B1; SE9801730L; HUP0102069A2; EP1089847B1; NO20005674D0; BR9910487A; CZ296354B6; NO20005674L; WO1999059767A1; EP1089847A1; ATE254979T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Qualität in Fusionsschweißvorgängen, in dem Schutzgas über eine Schlauchleitung dem Schweißpunkt zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Verwendung bei der Durchführung des Verfahrens.
DE-A-2135545 offenbart den am engsten verwandten Stand der Technik.
Beim Fusionsschweißen von Aluminium treten etliche materialspezifische Qualitätsprobleme auf, welche zu hohen Instandsetzungskosten führen. Das größte und schwerwiegendste Problem ergibt sich infolge des Auftretens von Porosität in der Schweißverbindung. Der Hauptgrund für die Porosität ist, dass Wasserstoff, H₂, in flüssigem Aluminium leicht gelöst wird. Der gelöste Wasserstoff sammelt sich und bildet Gasbläschen im erstarrten Metall, was zu einer festigkeitsmindernden Porosität in der Schweißverbindung führt. Es ist daher wünschenswert, eine Porosität im Schweißgut zu erreichen, die so gering wie möglich ist.
Die häufigsten Wassersoffquellen sind Feuchtigkeit, Schmutz, Öl und Fett, welche während des Schweißens mit dem geschmolzenen Metall in Kontakt kommen. Das Schweißen sollte daher unter sauberen und trockenen Bedingungen stattfinden. Trotz der Tatsache, dass Versuche unternommen wurden, Bedingungen zu erreichen, welche so trocken wie möglich sind, war es nicht möglich, die Porosität in der Schweißverbindung, die durch Feuchtigkeit verursacht wird, zu überwinden.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Mitgrund für eine derartige Porosität, welche aus Feuchtigkeit resultiert, Kondensat sein kann, welches aus verschiedenen Gründen im Inneren von Schutzgasschläuchen und Schweißpistolen gebildet wird. Diese Feuchtigkeit wird dann durch das Schutzgas zum Becken am Schweißpunkt weiterbefördert. Versuche, die durchgeführt wurden, haben ebenfalls bestätigt, dass dies der Fall ist.
In anderen Schweißvorgängen, wie beispielsweise beim Schweißen von Edelstahl, Titan, hochlegiertem Edelstahl, Stahl auf Nickelbasis und Magnesium, treten unter anderem Probleme auf, die mit Oxidation in Verbindung stehen, welche schwer zu erklären ist. Mit der Erkenntnis, die in der Entwicklung der vorliegenden Erfindung gewonnen wurde, stellte sich heraus, dass diese Probleme auch auf Verunreinigungen zurückzuführen sein können, welche aus dem Inneren des Schutzgasschlauches stammen und durch den Gasstrom dem Becken zugeführt werden. Derartige Verunreinigungen können aus Sauerstoff und auch Feuchtigkeit bestehen, welche durch die Wände der Schläuche, welche für den Schutzgasstrom verwendet werden, hineindiffundieren. Andere Verunreinigungen, die in den Schläuchen vorhanden sind, können die Schweißqualität ebenfalls beeinflussen.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Technik, welche die Qualitätsverschlechterungen beträchtlich verringert, welche beim Fusionsschweißen bei Verwenden von Schutzgas infolge von Verunreinigungen, welche vom Schutzgas aus dem Inneren der Schutzgasschläuche mitgebracht werden, auftreten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass ein kleiner Spülgasstrom durch die Schutzgasschläuche hindurch geführt wird, selbst wenn der normale Schutzgasstrom abgesperrt ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass Feuchtigkeit im Inneren des Schlauches kondensiert und dass sich andere Verun reinigungen dort ansammeln, wenn der Schutzgasstrom abgesperrt wird.
Die besonders kennzeichnenden Merkmale eines Verfahrens und einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus Patentanspruch 1 beziehungsweise 6. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den verbundenen Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung, welche in den angehängten Zeichnungen schematisch dargestellt ist, ausführlicher beschrieben.
In 1 bezeichnet 1 eine Gasflasche, welche ein Gas oder ein Gasgemisch enthält, das in einem Schweißvorgang als ein Schutzgas zu verwenden ist. Das Gas kann zum Beispiel ein Inertgas oder Gasgemisch sein oder Stickstoff umfassen. Im konkreten Fall des Aluminiumschweißens ist es wichtig, dass das Gas oder Gasgemisch einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt aufweist.
Das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Druckminderungsventil, welches über einen Schutzgasschlauch 3 mit einem Magnetventil 4 verbunden ist, welches für gewöhnlich durch eine Schweißpistole, die mit dem Ventil verbunden ist, geregelt wird. Das Magnetventil ist für gewöhnlich mit einer Drahtzuführeinheit kombiniert.
Zu Beginn eines Schweißvorgangs wird die Schweißpistole betätigt, wobei das Magnetventil 4 dann geöffnet wird, so dass Schutzgas zum Becken weiterströmen kann. Dies bedeutet, dass Schutzgas nur während des Schweißens selbst und in Verbindung damit strömt. Wenn kein Schweißen stattfindet, wird der Schutzgasstrom daher abgesperrt. Die Folge davon ist, dass es in Abhängigkeit von den Umgebungs- und Temperaturbedingungen, welche an dem Ort herrschen, an dem die Einrichtung zwischen Schweißvorgängen gelagert wird, möglich ist, dass Kondensation in einem größeren oder kleineren Ausmaß im Inneren des Schutzgasschlauches und in der Schweißpistole stattfindet. Feuchtigkeit und Gase, wie beispielsweise Sauerstoff, können ebenfalls durch die Schlauchwand hineindiffundieren und sich auf ihrer Innenseite ansammeln. Bei Wiederaufnahme des Schweißens werden Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen im Inneren des Schutzgasschlauches dann durch den Schutzgasstrom zum Becken befördert. Wie bereits erwähnt, stellt Feuchtigkeit insbesondere im Falle des Aluminiumschweißens eine Quelle von Porosität in der Schweißverbindung dar, und Sauerstoff verursacht die unerwünschte Oxidation des Schweißguts.
In der dargestellten Ausführungsform wurde eine Umgehungsleitung 5 mit einer Ventilanordnung 6 so angeschlossen, dass sie parallel zum Magnetventil 4 verläuft. Das Ventil 6 kann so eingestellt werden, dass stets ein kleiner Strom von Schutzgas durch die Umgehungsleitung 5 durchströmt, was bedeutet, dass ein ununterbrochener Strom durch den Schutzgasschlauch 3 und die Schweißpistole erhalten wird, selbst wenn kein Schutzgas durch das Magnetventil 4 strömt. Dieser Spülgasstrom verhindert Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen, die sich während der Zeit, in der die Einrichtung inaktiv ist, auf der Innenfläche des Schutzgasschlauches 3 ansammeln. Derartige Verunreinigungen würden sonst im nächsten Schweißvorgang dem Becken zugeführt werden.
Die Ventilanordnung 6 kann aus einem unbeweglichen Drosselventil oder einem Regelventil bestehen, welches, wenn gewünscht, in Abhängigkeit vom Öffnen und Schließen des Magnetventils 4 geregelt werden kann. Der Spülgasstrom kann zum Beispiel im Bereich von 1 l/min liegen und sowohl durch den Schutzgasschlauch als auch die Schweißpistole strömen. Wenn ein sogenannter Wurzelschutz für die Schweißung verwendet wird, kann ein Spülgasstrom auch durch die verbundene Schlauchleitung strömen.
Anstatt eine Umgehungsleitung 5 zu verwenden, kann das Magnetventil 4 selbst mit einem Durchgang für einen Spülgasstrom, welcher selbst dann strömt, wenn der Hauptdurchgang des Magnetventils geschlossen ist, hergestellt werden.
Das Prinzip gemäß der Erfindung kann ungeachtet der zu schweißenden Materialkombinationen bei allen Arten von Fusionsschweißvorgängen verwendet werden.
Der Spülgasstrom besteht geeigneterweise aus demselben Gas oder Gasgemisch wie der Schutzgasstrom. Es ist jedoch natürlich auch möglich, eine getrennte Spülgasquelle zu verwenden, falls gewünscht. Das Spülgas sollte zwar vorzugsweise ein Inertgas sein, kann aber für bestimmte Anwendungen auch aus Stickstoff bestehen. Im konkreten Fall des Aluminiumschweißens ist es wichtig, dass das Gas oder Gasgemisch einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt aufweist. Bei anderen Anwendungen, wie beispielsweise Schweißen von Edelstahl und dergleichen, kann es eine Anforderung sein, dass das Spülgas einen niedrigen Sauerstoffgehalt aufweist.
Das Gas kann fertig gemischt sein oder mittels eines Mischers gemischt werden. Es kann in einem Druckbehälter, wie beispielsweise einer Gasflasche, oder in flüssiger Form in einem Drucktank aufbewahrt werden.

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Qualität in Fusionsschweißvorgängen, in dem Schutzgas über eine Schlauchleitung dem Schweißpunkt zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Verunreinigungen, die der Schutzgasstrom aus dem Inneren des Schutzgasschlauches dem Schweißpunkt zuführt, dadurch verringert wird, dass ein kleiner Spülgasstrom ununterbrochen durch den Schutzgasschlauch oder einen großen Teil seiner Länge hindurch geführt wird, wenn der normale Schutzgasstrom abgesperrt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzgasstrom auch eine Schweißpistole durchläuft, die mit dem Schutzgasschlauch verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Spülgasstrom dasselbe Gas oder Gasgemisch verwendet wird wie für den Schutzgasstrom.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inertgas oder Gasgemisch und/oder Stickstoff für den Spülgasstrom verwendet wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das beim Fusionsschweißen von Aluminium eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas oder Gasgemisch mit einem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt für den Spülgasstrom verwendet wird.
Fusionsschweißeinrichtung mit einem Regelventil (4) zum Zuführen von Schutzgas zum Schweißpunkt über eine Schlauchleitung, gekennzeichnet durch Mittel (5, 6), mittels derer ein kleiner ununterbrochener Spülgasstrom das Regelventil (4) umgeht, wenn das Ventil geschlossen ist, und durch den Schutzgasschlauch (3) oder einen großen Teil seiner Länge hindurch läuft, um die Menge an Verunreinigungen, die der Schutzgasstrom aus dem Inneren des Schutzgasschlauches (3) dem Becken zuführt, zu verringern, wenn das Regelventil geöffnet ist.
Schweißeinrichtung nach Anspruch 6 mit einem Magnetventil (4), das mit dem Schutzgasschlauch (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Umgehungsleitung (5) umfasst, die parallel zum Magnetventil (4) angeschlossen ist und eine Regelanordnung (6) für den Spülgasstrom aufweist.
Schweißeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung (6) ein Regel- oder Drosselventil umfasst.
Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgasstrom aus demselben Gas oder Gasgemisch besteht wie der Schutzgasstrom.
Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine getrennte Spülgasquelle umfasst.