DE19649887A1

DE19649887A1 - WIG/MIG-Schweißverfahren für Nicht-Eisenwerkstoffe und für eisenhaltige Werkstoffe mit geringem Eisenanteil und Schutzgas

Info

Publication number: DE19649887A1
Application number: DE19649887A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Tischler
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Gas AG
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1998-02-19

Description

Die Erfindung betrifft ein WIG- oder MIG-Schweißverfahren für Nicht-Eisenwerkstoffe und für eisenhaltige Werkstoffe mit geringem Eisenanteil, insbesondere für Aluminium werkstoffe, für Aluminiumlegierungen, für Kupferwerkstoffe, für Kupferlegierungen und für Nickelbasiswerkstoffe, wobei ein Schutzgas der Schweißstelle zugeführt wird und wobei das Schutzgas Helium, Argon oder ein Gemisch aus Helium und Argon enthält. Die Erfindung betrifft ferner ein Schutzgas zum Lichtbogenschweißen von Nicht-Eisen werkstoffen und von eisenhaltigen Werkstoffen mit geringem Eisenanteil, insbesondere von Aluminiumwerkstoffen, von Aluminiumlegierungen, von Kupferwerkstoffen, von Kupferlegierungen und von Nickelbasiswerkstoffen, nach dem WIG- oder MIG-Schweißverfahren, das Helium, Argon oder ein Gemisch aus Helium und Argon enthält.

Als WIG-Schweißverfahren werden in Fachkreisen Wolfram-Inertgas-Schweißverfahren bezeichnet. Darunter werden üblicherweise Schweißverfahren mit einer nicht abschmelzenden oder nichtabbrennenden Elektrode unter Einsatz eines Inertgases verstanden. Die nichtabschmelzende Elektrode (Dauerelektrode) besteht im allge meinen aus Wolfram. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem WIG-Schweißverfahren jedes Schweißverfahren mit nichtabschmelzender Elektrode verstanden. Üblicherweise brennt dabei der Lichtbogen frei zwischen der Elektrode und dem Werkstück.

Unter der Bezeichnung MIG-Schweißverfahren ist ein Schutzgasschweißverfahren mit abschmelzender Elektrode bekannt. Der Lichtbogen brennt zwischen der abschmel zenden Elektrode, die gleichzeitig Schweißzusatz ist, und dem Werkstück. Das Elek trodematerial kann dabei aus einer Vielzahl von geeigneten Materialien ausgewählt werden.

In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des zu schweißenden Werkstoffes werden beim WIG/MIG-Schweißen unterschiedliche Schutzgase eingesetzt. Besondere Schutzgaszusammensetzungen finden bei WIG/MIG-Schweißverfahren für Nicht- Eisenwerkstoffe Verwendung. Unter Nicht-Eisenwerkstoffen werden im Zusammen hang mit der vorliegenden Erfindung alle Werkstoffe, insbesondere Metalle und Metallegierungen, verstanden, die kein Eisen enthalten. Hierbei sind insbesondere Aluminiumwerkstoffe und Aluminiumlegierungen, Kupferwerkstoffe und Kupferlegierun gen, Nickelwerkstoffe und Nickellegierungen, aber auch Magnesiumlegierungen von Bedeutung, wobei zu den Aluminium-, Kupfer- und Nickelwerkstoffen auch die jeweiligen Reinstoffe gezählt werden. Die Erfindung ist insbesondere auf diese Nicht eisenmetalle (NE-Metalle), aber auch auf auf eisenhaltige Werkstoffe mit geringem Eisenanteil gerichtet. Unter einem geringen Eisenanteil wird im Zusammenhang mit der Erfindung ein Eisenanteil von höchstens 10 Gew.-%, bevorzugt von höchstens 5 Gew.-% verstanden. So finden beispielsweise Ni-Basiswerkstoffe mit einem Fe-Anteil von 1 bis 5 Gew.-% (z. B. 3 bis 4 Gew.-%) Anwendung.

Die beim WIG/MIG-Schweißverfahren verwendeten Schutzgase enthalten als Inertgas üblicherweise Argon und/oder Helium.

Aus der EP-0 639 423 A1 ist ein Schutzgas aus Argon und/oder Helium mit einem zusätzlichen Anteil von 0,01 bis 0,7 Vol.-% an Kohlendioxid und/oder Sauerstoff bekannt.

Aus der EP-0 639 427 A1 ist ein WIG- und MIG-Schweißverfahren bekannt, wobei sich das Schutzgas zu wesentlichen Teilen aus Argon oder einem Gemisch aus Argon und Helium zusammensetzt und wobei dieses Schutzgas zwischen 0,5 und 4 Vol.-% Wasserstoff und zusätzlich 50 bis 1000 vpm Kohlendioxid und/oder Sauerstoff enthält.

Aus der EP-0 604 014 A1 ist ein WIG- (TIG) und MIG-Schweißverfahren bekannt, in dem zur Unterdrückung von Ozon das Schutzgas neben Argon und/oder Helium zu mindest 40 Vol.-% Neon enthält. Das Schutzgas kann zwischen 0,5 und 10 Vol.-% Wasserstoff enthalten.

Die Verwendung von neuen Schutzgasgemischen beruht auf der Zielsetzung der Optimierung des Lichtbogen-Schweißverfahrens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schweißverfahren für Nicht-Eisenwerk stoffe bzw. eisenhaltige Werkstoffe mit geringem Eisenanteil mit nichtabschmelzender oder abschmelzender Elektrode unter Einsatz von Schutzgas zu verbessern. Insbe sondere soll die erreichbare Einschweißtiefe vergrößert werden. In einem weiteren Aspekt der Erfindung soll eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit zu einer Ver besserung der Wirtschaftlichkeit des Schweißverfahrens beitragen. Ferner sollten möglichst lange Standzeiten der nichtabschmelzenden Elektrode im WIG-Schweiß verfahren gewährleistet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schutzgas neben Helium und/oder Argon zumindest einen Anteil von 0,01 bis 10 Vol.-% an Neon aufweist.

Überraschenderweise hat sich ergeben, daß sich durch die Zumischung von Neon eine heißere Lichtbogensäule erzielen läßt. Dies führt zu einem tieferen und schmäle ren Einbrand. Darüber hinaus läßt sich in der Regel eine Erhöhung der Schweißge schwindigkeit und damit eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit durch die Zumi schung von Neon erreichen. Die Erfindung eignet sich in besonderem Maße für Nicht- Eisenwerkstoffe eisenhaltige Werkstoffe mit geringem Eisenanteil wie Aluminium werkstoffe, Aluminiumlegierungen (z. B. AlSi), Kupferwerkstoffe, Kupferlegierungen (z. B. CuNi), Nickelwerkstoffe und Nickellegierungen (z. B. NiCu, NiMo, NiCr, NiCrMo) und Magnesiumlegierungen.

Durch die Beimengung von Neon im Schutzgas erzielten Vorteile fallen bei einer Zu mischung von 0,1 bis 5 Vol.-%, vorzugsweise 1 bis 4 Vol.-% Neon besonders stark aus. Die Ergebnisse wurden beispielsweise mit Versuchen mit einer Beimischung von 2 Vol.-% Neon bestätigt.

Das erfindungsgemäße Schutzgas kann sowohl beim Wechselstromschweißen als auch beim Gleichstromschweißen eingesetzt werden. Beim Gleichstromschweißen wird insbesondere das Gleichstrom-Minuspolschweißen mit der Elektrode am Minuspol der Spannungsquelle zur Anwendung kommen. Aber auch das Gleichstrom-Pluspol schweißen kann beispielsweise für Magnesiumlegierungen Vorteile bieten.

In Ausgestaltung der Erfindung wird ein Schutzgas verwendet, das als wesentlichen Inertgasbestandteil Helium enthält. Hierzu eignet sich ein Schutzgas von 70 bis 99,99 Vol.-%, vorzugsweise 80 bis 95 Vol.-% Helium. Aufgrund des niedrigeren Ionisationspotentials von Neon im Vergleich zu Helium kann durch die Zumischung von Neon zu Helium die Zündfähigkeit und auch die Stabilität des Lichtbogens erhöht werden.

Mit Vorteil kann dem erfindungsgemäßen Schutzgas Kohlendioxid, Sauerstoff oder eine Mischung aus Kohlendioxid und Sauerstoff mit einem Anteil von 0,01 bis 1 Vol.-%, vorzugsweise 0,01 bis 0,1 Vol.-% zugemischt werden. Durch die Beimischung eines oxidierenden Bestandteiles kann beispielsweise der Lichtbogen stabilisiert werden.

Eine weitere oder alternative Möglichkeit der Zumischung besteht darin, daß das Schutzgas 0,1 bis 20 Vol.-%, vorzugsweise 0,2 bis 10 Vol.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 4 Vol.-% Wasserstoff enthält.

Erfindungsgemäß kann ferner durch Abflachung der Elektrodenspitze der üblicher weise angespitzten Elektrode die Standzeit der nichtabschmelzenden Elektrode beim WIG-Schweißen gesteigert werden. Diese Maßnahme dient ebenfalls der Verbesse rung der Wirtschaftlichkeit des Schweißverfahrens. Dabei wird bevorzugt eine Elektrodenspitze mit einem Winkel zwischen 30 und 100° bei einer Abflachung zwischen 0,05 und 0,3 mm verwendet. Versuche wurden beispielsweise mit einer 90°-Spitze bei einer Abflachung von ca. 0,1 mm durchgeführt.

In Weiterbildung der Erfindung kann das Schutzgas in Plasma-Schweißverfahren mit nichtabschmelzender Elektrode verwendet werden. Plasma-Schweißverfahren mit nichtabschmelzender Wolfram Elektrode werden üblicherweise als WP-Schweiß verfahren (Wolfram-Plasma-Schweißverfahren) bezeichnet. Hier führt die Zumischung von Neon im Schutzgas zu einer besseren Einschnürung des Lichtbogens. Bei den WP-Schweißverfahren kann ein nicht übertragener Lichtbogen (WPS-Verfahren) oder ein übertragener Lichtbogen (WPL-Verfahren) vorliegen.

Claims

1. WIG- oder MIG-Schweißverfahren für Nicht-Eisenwerkstoffe und eisenhaltige Werkstoffe mit geringem Eisenanteil, insbesondere für Aluminiumwerkstoffe, für Aluminiumlegierungen, für Kupferwerkstoffe, für Kupferlegierungen und für Nickelbasiswerkstoffe, wobei ein Schutzgas der Schweißstelle zugeführt wird und wobei das Schutzgas Helium, Argon oder ein Gemisch aus Helium und Argon enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas neben Helium und/oder Argon zumindest einen Anteil von 0,01 bis 10 Vol.-% an Neon aufweist.

2. WIG- oder MIG-Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas 0,1 bis 5 Vol.-%, vorzugsweise 1 bis 4 Vol.-% Neon enthält.

3. WIG- oder MIG-Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Schutzgas 70 bis 99,99 Vol.-%, vorzugsweise 80 bis 95 Vol.-% Helium enthält.

4. WIG- oder MIG-Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas 0,01 bis 1 Vol.-%, vorzugsweise 0,01 bis 0,1 Vol.-% Kohlendioxid, Sauerstoff oder einer Mischung aus Kohlendioxid und Sauerstoff enthält.

5. WIG- oder MIG-Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas 0,1 bis 20 Vol.-%, vorzugsweise 0,2 bis 10 Vol.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 4 Vol.-% Wasserstoff enthält.

6. WIG- oder MIG-Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine angespitzte Wolframelektrode mit Abflachung der Elektrodenspitze eingesetzt wird, wobei bevorzugt ein Winkel der Spitze zwischen 30 und 100 und eine Abflachung zwischen 0,05 und 0,3 mm verwendet wird.

7. Schutzgas zum Lichtbogenschweißen von Nicht-Eisenwerkstoffen, insbesondere von Aluminiumwerkstoffen, von Aluminiumlegierungen, von Kupferwerkstoffen von Kupferlegierungen und von Nickelbasiswerkstoffe, nach dem WIG- oder MIG- Schweißverfahren, umfassend Helium, Argon oder ein Gemisch aus Helium und Argon, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas neben Helium und/oder Argon zumindest einen Anteil von 0,01 bis 10 Vol.-% an Neon enthält.

8. Schutzgas nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas 0,1 bis 5 Vol.-%, vorzugsweise 1 bis 4 Vol.-% Neon enthält.

9. Schutzgas nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas 70 bis 99,99 Vol.-%, vorzugsweise 80 bis 95 Vol.-% Helium enthält.

10. Schutzgas nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas 0,01 bis 1 Vol.-%, vorzugsweise 0,01 bis 0,1 Vol.-% Kohlendioxid, Sauerstoff oder einer Mischung aus Kohlendioxid und Sauerstoff enthält.

11. Schutzgas nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas 0,1 bis 20 Vol.-%, vorzugsweise 0,2 bis 10 Vol.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 4 Vol.-% Wasserstoff enthält.

12. Verwendung eines Schutzgases nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Plasma-Schweißverfahren mit nichtabschmelzender Elektrode.