DE1783101C3

DE1783101C3 - Aluminiumschweissdraht

Info

Publication number: DE1783101C3
Application number: DE19681783101
Authority: DE
Inventors: Dolomont Allan A
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1968-08-02
Filing date: 1968-08-02
Publication date: 1973-06-28
Also published as: DE1783101A1; DE1783101B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen Aluminiumschweißdraht zur Herstellung porenfreier Schweißnähte mit einem Kern aus einer Aluminiumlegierung und einem den Kern überziehenden Oxydfilm.

Bekanntlich wird beim Schweißen von Aluminium die Gleichmäßigkeit des Lichtbogens und somit die Gleichmäßigkeit der abgelegten Srhweißraupe von der Gleichmäßigkeit des Oxydfilms beeinflußt. Trotz Schaffung yon Oxydfilmen gleichmäßiger Stärke auf dem Kern läßt es sich jedoch nicht vermeiden, daß die Oberflächen der Schweißraupen rauh sind und in den Schweißraupen Poren auftreten. Diese OberOchenrauhigkeit bzw. die Porosität der Schweißraupe beruht darauf, daß sirh beim Schweißen wasserstoflhiiltige Verbindungen zersetzen, sich der gebildete Was.-serstoff in der Metallschmelze löst und beim Verfestigen infolge seiner niedrigen Löslichkeit im festen Metall unter Bildung von Poren frei wird.

Beim Ziehen der Drähte werden bekanntlich Gleitmittel verwendet. Während des herstellungstechnisch erforderlichen Zwischenglühens entstehen an der Oberfläche des Drahtes haftende Kohlenstoffteilchen. die bei dem weiteren Ziehvorgang in die Oberfläche des Schweißdrahtes eingezogen werden können. Di*se Kohlenstoffteilchen auf der Oberfläche oder in oberflächennahen Schichten wirken bei Vorhandensein von Feuchtigkeit in lokalen galvanischen Zellen als Katheder:, während ds? Aluminium die Anode bildet, wodurch der Oxydfilm hydratisiert wird. Der sich dann beim Schweißen aus dem hydratisierten Oxydfilm bildende Wasserstoff führt dann beim Erstarren der Schweißr&'ipe in der beschriebenen Weise zu der nachteiligen Porosität.

Man kann nun den während des Walz- und Ziehverfahrens gebildeten Oxydfilm zusammen mit einer entsprechender Menge Metall von der Drahtoberfläche entfernen und anschließend für die Bildung eines neuen Oxyds auf den vorher gleichmäßig geglätteten Drahtoberflächen sorgen, wobei dieser Oxydfilm den Kern gleichmäßig umgeben muß und beim Schweißen zu keiner Wasserstoffbildung führen darf.

Da die Herstellung eines solchen Schweißdrahtes auf mechanischem Wege unwirtschaftlich ist, hat man versucht, die gleiche Wirkung durchÄtzen in Lösungen wie Natriumhydroxyd zu erreichen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein solches Herstellungsverfahren schwer zu steuern ist und zu einem unbefriedigendem Oberflächenaussehen führt.

Andere Maßnahmen machen eine sofortige Verwendung des Schweißdrahtes nach der Herstellung erforderlich, wenn nicht eine feuchtigkeitsdichte Verpackung vorgesehen werden soll. Das heißt mit anderen Worten, daß bei offener Lagerung ebenfalls Aluminiumhydrate gebildet werden, die beim Schweißen zur Wasserstoffbildung führen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Schweißdraht der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich porenfreie Schweißraupen hoher Qualität erzielen lassen, d.h. der beim Schweißen eine Wasse-stoflentwicklung ausschiießi.

Diese Aufgabe wird mit dem Aluminiumschweißdraht der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß der Oxydfilm aus Aluminiumoxyd mit einem Anteil von mindestens 0.001 Gewichtsprozent eines Alkalimetallphosphate besteht und eine Dicke von 10 bis 90 A besitzt

Zweckmäßigerweise enthält die den Kern bildende Aluminiumlegierung mindestens 82% Aluminium

Der im wesentlichen aus wasserfreiem Aluminium oxyd bestehende Oxydfilm kann auch geringe Anteile von Oxyden der Legierungselemente enthalten, beispielsweise Magnesiumoxyd, sowie auch minimale Mengen metallischen Aluminiums. Der Film muß «.< > dünn sein, daß er vom Schweiß^trom durchdrungen werden kann Eine bevorzugte Dicke liegt desha.h zwischen 10 und 60 A Als Alkalimetallphosphat kann ein Natriam-, Kalium-. Lithium-, Rubidium- oder Cäsiumphosphat verwendet Λ-erden.

Der erfindungsgemäße Schweißdraht ist auf Grund seiner Eigenschaften nicht oder nur langsam hydrati sierbar. da der überzug in hohem Maße Schützern¹ gegen Korrosion wirkt.

Der erfir dungsgemäße Schweißdraht kann hergestellt werden, indem derselbe als Kathode durch eine basisch? Elektroreinigungslösung hindurchgeführt wird, die leitend ist und erwa Aluminium löst. Die Temperatur dieses basischen Bades sollte zwischen 50'C und dem Siedepunkt der Lösung liegen. Die Aikalinität der Lösung kann zwischen 1 und 40% NaOH schwanken. Andere Hydr ,xyde. beispielsweise Kalium- oder Ammoniumhydroxyd, könnten mit einem vergleichbaren Alkalinitätsgrad verwendet werden. Die konzentration gelösten Aluminiums im basischen Bad darf 20 g pro Liter nichi übersteigen und liegt vorzugsweise nicht über IS. Nach dem Passieren des basischen Bades wird der Draht durch Luft geführt, einer Wa serspülung unterzogen und dann durch ein saures ElektropoHerbad geführt In diesem Bad bildet d?r Draht die Anode. Die saure Lösung muß leitend und unstande sein, etwas Aluminium zu lösen. Die Lösung muß auch mindestens 10% H₃PO₄ enthalten. Vorzugsweise enthält sie zusätzlich 10 bis 90% H₂SO₄, wobei der Wasseranteil zwischen 0 und 20% betragen kann. Die Phosphorsäure in der Lösung liefert das nötige Phosphat in einem beim Elektropolieren entstandenen Überzug des so behandelten Aluminiumschweißdrahts. Vermutlich nimmt dies Phosphat Stellen ein, die normalerweise vom Wasser eingenommen würden, wenn es während der Lagerung absorbiert würde. Damit ermöglicht das Vorhanden-

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sein des Phosphats eine lange Lagerung des Schweißxirahts ohne Schutzatmosphäre, und trotzdem werden im wesentlichen porenfrek Schweißraupen erhalten.

Die bevorzugte saure Lösung sollte etwa gleiche Mengen konzentrierter Phosphorsäure und Schwefelsäure enthalten.

Die maximale Menge gelösten Aluminiums beträgt 20 g pro Liter und ist vorzugsweise unter 15. Die anzuwendende Stromdichte schwankt zwischen 2,69 und 1076,4 A/dm², wobei höhere Stromdichten bei Drähten mit größeren Durchmessern verwendet werden.

Nachdem der Draht durch das Säuregefäß geführt wurde, wird er einer Wasserspülung unterzogen, getrocknet und zum Versand aufgespult.

Das beschriebene Verfahren kann in zweckmäßiger Weise für jeden beliebigen herkömmlichen Alunriniumschweißdraht verwendet werden. Eine Gruppe, die besonders geeignet ist als Schweißdraht, ist die AIuininiura-Eisen-Silizium-Gruppe, die Aluminium in einer Menge von 9930 bis 99,99% und als Rest die bei dieser Gruppe normalen Verunreinigungen enthält. d.h. VOi₁ 0,1 bis 1,5Ve insgesamt Eisen plus Silizium. Eine andere Gruppe enthält von 3 bis 7% Kupfer, 0,' bis 0,5% Mangan, 0,05 bis 0,5% Titan, als Rest Aluminium und die für diese Gruppe normalen Verunreinigungen. Eine weitere Gruppe enthält 3 bis 14% Silizium entweder mit oder ohne 3 bis 6% Kupfer, als Rest Aluminium und zusatzlich die normalen Verunreinigungen. Noch eine weitere Gruppe enthält 2 bis 7% Magnesium, als Rest Aluminium mt>A dip normalen Unre'nheiten. Andere bevorzugte Aluminiumlegierungen sind die von 2 bis 5% Zink und von 1 bis 4% Magnesium enthaltenden legierungen. Im allgemeinen ist der Aluminiumschweißdraht eine Legierung auf der Basis von AlurEiruapv die über 82% Aluminium enthält.

Der Schweißdraht gemäß der Erfindung ist entsprechend den vorangegangenen Darlegungen sehr beständig gegen das Wachsen hydraüsierter Oxydkorrosionsprodukte. Diese Beständigkeit ist meßbar in Form der vom Schweißdraht angenommenen Wassermenge nach einer Lagerung von 30 ganzen Tagen in einer Atmosphäre mit 95% relativer Luftfeuchtigkeit und ¹^i 38° C, wie in den unten folgenden Beispielen beschrieben.

Die Beständigkeit des Schweißdrahtes gegen die Hydratisierung wird testgestellt, indem man lockere Drahtspulen in einer Atmosphäre von 38' C und 90% relativer Luftfeuchtigkeit 30 Tage lang bewettert. Schweißstellen, die mit Draht hergestellt werden, der dieser Atmosphäre während der angegebenen Zeit ausgesetzt wurde, sollten glatt, einheitlich, bicink und porenfrei sein.

Diese spezielle Atmosphäre wurde aasgewählt, da sie die ungünstigsten aimusphäru Λίζτ. Lagerbedingungen wiedergibt, die vorkommen können. Aus Gründen der Auswertung erwies sich die 30tägige Dauer als die geeignetste. Kürzere Zeiten führten zu ungleichmäßiger Hydratisierung von Drähten, die diese Tendenz hatten. Hierbei waren die Erpehnisse aufgesplittert, was die Auswertung verschiedener Behandlungen erschwerte.

Ein Schweißdraht, der 30 Ti ^e lang den angegebenen Testverhältnissen widersteht, ist auch imstande, Lagerungszeiten von mehr als 6 Monaten in jeder Atmosphäre, in die er möglicherweise gelangt, zu widerstehen.

Die folgenden Beispiele zeigen die Vorteile eines erfindungsgemäßen Schweißdrahtes im Vergleich zu nach den bisher bekannten Verfahren behandelten Aluminiumschweißdrähten:

Beispiel I

Tabelle I gibt die radiographischen Ergebnisse von fünf Gruppen von Schweißdrähten wieder, die alle nach bisher bekannten Verfahren hergestellt wurden. Diese Drähte wurden in manchen Fällen entfettet,

ίο jedoch in keinem Fall einer Eiektroreinigung und Elektropolierung unterzogen. Sie stellen verschiedene im Handel erhältliche Schweißdrähte-dar.

In jedem Fall wurden Drähte mit einem Durchmesser von 1,58 mm verwendet, die aus einer Legierung mit d?r DIN-Bezeichnung S-AlMg 5 bestanden. Alle Drähte wurden in einer Atmosphäre von 38° C in 90% relativer Luftfeuchtigkeit während der in Tabelle I angegebenen Zeit bewettert.

Die radiographischen Bewertungen sind sowohl

μ alphabetisch ais auch numerisch angegeben. Die Qualität von Schweißstellen sinkt ab, wenn sowohl die alphabetische als auch die numerische Bewertung steigt. Die gegenwärtigen Normen für zulässige Porosität sind eine alphabetische Bewertung von A— und eine numerische Bewertung von 3.

Tabelle I

Verßltich Ass Po~engehalts von Schweißstellen.

hergestellt mit fünf Drähten, die nach verschiedenen bekannten Verfahren hergestellt wurden, nachdem diese Drähte in einer Atmosphäre von 38° C und 90% relativer Luftfeuchtigkeit bewettert wurden

Draht Nr.	Schweißstelle Nr	Bewetterung Stunden	Radiographische Bewertung (alphabetisch + numerisch)
I	532	672	B (5)
1	584	672	C+ (7)
I	586	672	B- (6)
I	736	672	Z (20)
I	737	672	Z (20)
II	67	168	C (8)
II	68	168	D(Il)
II	69	168	D(H)
III	76	336	D(Il)
HI	77	336	£(13)
III	107	720	B-(6)
III	112	720	Z (20)
III	* 1 ί 1 I I	72)	η (in
IV	118	672	B (5)
ÜV	119	672	3(5)
IV	682	672	B (5)
IV	683	672	B (5)
IV	684	672	B+(4)
V	275	672	C+(7)
V	276	672	C (8)
V	277	672	B (5)
V	278	672	B-(6)
V	279	672	B-(6)

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Es geht aus der Tabelle I hervor, daß die Drähte Nr. I bis V oft in erheblich kürzerer Zeit als den 720 Stunden zu schlechten Schweißstellen führten. In vielen Fällen waren die Bewertungen schon nach nur 168 Stunden (Draht Nr. II) niedrig. In anderen Fällen (Drähte Nr. I und III) bestanden starke Schwankungen.

Zum Beispiel hatten einige Proben des Drahtes Nr. I nach 672 Stunden eine radiographische Bewertung von 5, während andere sogar bis zu 20 heruntergingen. Ein Wert von 5 liegt unterhalb der Norm.

F e ι s ρ i e I II

Die Tabelle II L-. -raphische Ergebnisse von

10 Schweißdraht ^r Erfindung wieder. Auch

hier wurden *>- einem Durchmesser von

1,58 mm vsn* _det, α.., gleichfalls aus einer Legierung mit der DIN-Bezeichnung S-AlMg 5 bestanden.

Die Drähte Nr. 1 bis 10 wurden wie folgt behandelt: Zunächst wurden sie in ein basisches Elektroreinigungsbad geführt, wobei der Draht die Kathode bildete. Der Natriujnhydroxydgehait der Lösung betrug 100 g pro Liter, und die Aluminiumkonzentration der Lösung wurde unterhalb 15 g pro Liter gehalten. Die durchschnittliche Stromdichte betrug426,26A/dm². Die Temperatur betrug 75° C ± 3. Die Stromstärke lag bei 350 ± 10 Ampere, und die Spannung schwankte zwischen 30 und 60 Volt.

Nach einer Wasserspülung wurden die Drähte in ein saures Elektropolierbad gefrhrt, in dem der Schweißdraht die Anode bildete. Das Gefäß enthielt 50% Phosphorsäure und 50% Schwefelsäure. Der Aluminiumgehalt der Lösung wurde unterhalb 14 g pro Liter gehalten. Die durchschnittliche Stromdichte im Gefäß betrug 368,13 A/dm². Die Temperatur des Säuregefiißes betrug 125 ± 2° C.

Die Drähte wurden durch beide Bäder mit einer Geschwindigkeit von 91,44 m/min geführt. Nach dem Verlassen des Polierbades wurden die Drähte durch eine Wasserspülung geführt, dann getrocknet und daraufhin der Atmosphäre von 38° C und 90% relativer Luftfeuchtigkeit während der in der Tabelle II angegebenen Zeiten ausgesetzt.

Die radiographischen Bewertungen sind sowohl alphabetisch als auch numerisch angegeben. Die Qualität der Schweißstellen nimmt ab, wenn sowohl die alphabetische als auch die numerische Bewertung ansteigt. Die gegenwärtigen Nonnen für zulässige Porosität liegen bei einer alphabetischen Bewertung von A — und einer numerischen Bewertung von 3.

Tabelle II

	Schweißstelle N'	Bewetterun°	Radiographische
Draht Nr.		(24stündige T_nna\	Bewertung (alphabetisch
	C 735	Tage)	+ numerisch)
1	C 734	30	A-(3)
2	C 733	30	A (2)
3	C 732	30	A (2)
4	C 731	30	A (2)
5	C 772	30	A+(l)
6	C 771	30	A (2)
7	C 770	30	A+(l)
8	C 769	30	A+(i)
9	C 768	30	Α-MD
10	30	A (2)

Claims

Patentansprüche:

1. Aluminiumschweißdraht zur Herstellung porenfreier Schweißnähte mit einem Kern aus einer Aluminiumlegierung und einem den Kern übersehenden Oxydfilm. dadurch gekennzeichnet, daß der Oxydfilm aus Aluminiumoxyd mit einem Anteil von mindestens 0,001 Gewichtsprozent eines Alkalimetallphosphats besteht und eine Dicke von IO bis 90 Ä besitzt.

2. Aluminiumschweißdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kern bildende Aluminiumlegierung mindestens 82% Aluminium enthält. tS

3. Aluminiumschweißdraht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen aus wasserfreiem Aluminiumoxyd bestehende Oxydfilm geringe Anteile von Oxyden der Legieningselemente sowie auch minimale Mengen metallischen Aluminiums enthält.