DE750856C - Verfahren zum Verschweissen zweier Schichten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein. Verfahren zum

Verschweißen zweier Schichten, von denen mindestens eine aus einer Nickellegierung oder einer Legierung von Eisen mit Nickel, Chrom o. dgl. besteht.

Es ist bekannt, das Verschweißen derartiger Schichten unter Verwendung einer Zwischenschicht aus Eisen vorzunehmen. So wird bei einem bekannten Verfahren einMehrschichtenmetall dadurch hergestellt, daß eine Grundschicht aus Stahl, eine Zwischenlage aus verhältnismäßig reinem Eisen und eine Decklage aus einer gegen Oxydbildung widerstandsfähigen Legierung aufeinandergedrückt und auf eine Temperatur von etwa 1150⁰ erwärmt werden. Es hat sich gezeigt, daß nach diesem bekannten Verfahren eine einwandfreie Schweißung nicht zu erzielen ist, da die beim Schweißen zusammenzubringenden Flächen, insbesondere die Fläche der Edellegierungsschicht, der Einwirkung des Luftsauerstoffes ausgesetzt ist.

Die oben angeführten Edellegierungen, wie Nickellegierung, Chromlegierung ο. dgl., beas sitzen die Eigenschaft, wenn sie der.Luft ausgesetzt werden, unverzüglich einen dünnen Oberflächenfilm zu bilden, der einen oxydartigen Charakter hat und auch dann vorhanden ist, wenn das Metall blank zu sein scheint. Dieser Film wirkt einer weiteren Oxydation entgegen, bedingt andererseits jedoch die Schwierigkeiten im Schweißen, die bei den bekannten Verfahren zu den unbefriedigenden Ergebnissen führen.

Die Erfindung zielt darauf ab, das Schwei-Ben unter Beseitigung eines derartigen Films an der Oberfläche der Edellegierungsschicht vorzunehmen, und diese Schicht nach der Beseitigung des Oberflächenfilms für den ganzen Verlauf des Schweißvorganges gegen die neue Bildung eines solchen Films 'zu sichern. Zu diesem Zweck wird die aus Eisen bestehende Zwischenschicht elektrolytisch auf die Edellegierung aufgebracht. Diese befindet sich während des Aufbringens der Zwischenschicht im elektrolytischen Bade unter Luftabschluß, so daß die Bildung eines Ober- _ flächenfilms einwandfrei vermieden wird. Nach dem Auf bringen der Zwischenschicht kann das eigentliche Schweißen in üblicher Weise vor-

genommen werden, ohne daß noch Schwierigkeiten infolge Oxydation der beim Schweißen zusammenzubringenden Flächen entstehen. Vor dem elektrolytischen Aufbringen des reinen Eisens auf die Edellegierungssehicht wird diese, wie an sich bekannt, gebeizt. Gemäß der Erfindung wird sie in einem von der Schlußbeizung noch feuchten Zustande in das Elektroplattierbad gebracht, und dieses besteht dabei aus einer solchen Lösung, daß die von der Edellegierungssehicht mitgeführte Säure die Wirkung des Bades nicht stört. Durch das Einbringen der Edellegierungssehicht in das Elektroplattierbad in feuchtem Zustande wird der Angriff des Luftsauerstoffs und damit die Bildung des zu vermeidenden Oberflächenfilms verhindert.

Vorteilhaft wird die Edellegierungssehicht vor dem Aufbringen der Eisenzwischenschicht elektrolytisch in Salzsäure gebeizt und gelangt dann, entsprechend der vorstehend beschriebenen Vorschrift, in noch feuchtem Zustande in ein Elektroplattierbad, das ebenfalls Salzsäure enthält.

Elektrolytisch zu beizen, ist an sich bekannt. Die Auswahl von Salzsäure als Beizmittel ist insofern vorteilhaft, als konzentrierte Salzsäure keine oxydierende Wirkung auf die Edellegierungssehicht ausübt, während z. B. bei der Behandlung mit Schwefelsäure als Beizmittel zunächst von dem zu behandelnden Körper der vorhandene Oxydüberzug abgelöst, daneben jedoch eine dünne, und zwar sehr dichte Oxydschicht neu gebildet wird. Diese Oxydschicht würde den Schweißvorgang beeinträchtigen, und ihre Entstehung wird, wie gesagt, durch Verwendung von Salzsäure als Beizmittel verhindert.

Um eine etwaige Kohlenstoffwanderung in die aufgebrachte Zwischenschicht aus reinem Eisen zu unterbinden, wird bei einer vorteilhaften Ausführungsweise des Verfahrens gemäß der Erfindung eine dünne Schicht eines anderen Metalls vor dem Niederschlag des Eisens aufgebracht. Als geeignetes Metall kommen dafür Nickel, Kobalt, Kupfer oder Silber in Frage.

Im nachstehenden sind einige Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben.

Beispiel 1

Zwei Platten rostfreien Stahles mit ungefähr 18 °/₀ Chrom und S °/₀ Nickel, die ungefähr ι m lang, 1,5 m breit und ungefähr 8 bis 10 mm stark sind, werden mit einem Sandstrahlgebläse bearbeitet, so daß die Oberflächen auf beiden Seiten praktisch glatt und flach sind. Auf die eine Seite einer jeden Platte wird ein Überzug aufgespritzt, der aus fein verteiltem Talk hergestellt ist, der mit einer verdünnten Natriumsilikatlösung als Bindemittel gemischt ist. Nach Trocknung der Oberflächen werden die Platten mit den bespritzten Oberflächen aufeinanderliegend zusammengesetzt und die Ränder der Platten zur Herstellung einer starken wasserdichten Verbindung autogen miteinander verschweißt. Die so vorbereiteten Platten erhalten eine gründliche, einleitende Alkali- oder Lösungsrt inigung, um jegliche Spur Fett zu entfernen: r.lsdann folgt eine gründliche Spülung.

Bei diesem besonderen Beispiel werden dann die gespülten Platten in eine Salzsäure* lösung von einer Stärke zwischen 35 °'_o und 37 °/„ H Cl gebracht und können in dieser verbleiben, bis von allen Teilen Blasen frei aufsteigen. Dieses einleitende Beizen wird 5 oder 6 Minuten lang nach Beobachtung dieser Erscheinung fortgesetzt, um eine vollständige Entfernung des Oberflächenfilms zu gewährleisten. Die Platten werden alsdann aus der Salzsäure herausgenommen, gebürstet und gewaschen, um durch die Säure gelöste Bestandteile zu entfernen, und dann wieder in eine ähnliche Salzsäurelösung gelegt, bis die BIasenbildung wieder eintritt, was man ungefähr 15 Sekunden lang stattfinden läßt, wodurch die Entfernung jeglichen während des Bürstens gebildeten Films gewährleistet wird. Selbstverständlich ist ein starkes Säurebad für das einleitende Beizen wünschenswert; die Stärke der erwähnten Säure ist jedoch nicht immer wesentlich, und unter vielen Umständen kann eine schwächere Säurestärke benutzt werden. Die Platten werden, während sie noch mit Salzsäurelösung feucht sind, unverzüglich in das Plattierungsbad gebiacht. Das Plattierungsbad besteht in diesem Bei spiel aus 300 g Ferrochlorid und 225 g Calciumchlorid auf den Liter Lösung, ist also ein chloridhaltiges Plattierungsbad. In dem Bad befindet sich auch gerade genug Salzsäure, um zn verhindern, daß die Lösung infolge Bildung von Niederschlägen (ein pH von ungefähr 2) wolkig wird. Dieses Bad besitzt eine Temperatur zwischen 90 und 96⁰, und das Plattieren wird bei Benutzung relativ reiner Eisenanoden und einer Stromdichte: von ungefähr 6,5 Amp. je Ouadratdezimeter Fläche durchgeführt, wobei die Spannung zwischen 0,6 und 1,0 Volt no schwankt. Die Spannung ist nicht ausschlaggebend.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Plattieren ungefähr 2 Stunden lang fortgesetzt. Es ergibt sich ein stark anhaftender dichter Film reinen Eisens von ungefähr 0.75 mm Stärke, und seine Vereinigung mit dem rostfreien Stahl ist frei von dazwischenliegendem Oxyd. Eine mikroskopische Untersuchung zeigt, daß die Eisenfläche nach Erhitzung der Platten auf eine Temperatur von ingefähr 925° oder etwas höher entschieden

mit dem rostfreien Stähl diffundiert hat. Die so hergestellten Platten werden in bekannter Weise unter Anwendung von Hitze und Druck auf Hinterlageplatten aus Flußeisen 5 oder einem anderen der obenerwähnten Materialien aufgeschweißt; man kann aber auch solche Platten mit dem Hinterlagematerial dadurch verbinden, daß man sie als Einlagen benutzt und geschmolzenes Ferrometall um

<° sie herumgießt. In einem solchen Fall ist eine besondere Erhitzung zur Herbeiführung einer Diffusion nicht nötig, da die Diffusion zwischen dem elektrolytischen Eisen und dem rostfreien Stahl beiläufig mit dem Schweißen

<5 erreicht wird.

' Beispiel 2

In diesem Falle wird statt einer Säure von der im Beispiel 1 angegebenen Stärke eine etwa halb so starke benutzt; aber in diesem Falle erhält das Metall eine Beizung unter anodischen Bedingungen. Beispielsweise wird die zu plattierende Platte, nachdem sie mit einem Sandstrahlgebläse zur Entfernung des

«5 Glühspanes behandelt wurde, als eine Anode in ein Säurebeizbad von einer Stärke von ungefähr i8°/₀ Salzsäure eingesetzt, wobei das. Beizbad Zimmertemperatur besitzt. Die Kathoden bestehen aus Flußeisen, und die Stromdichte beträgt ungefähr 6,5 Amp. je Quadratdezimeter Fläche, während die Spannung am Generator 6 Volt beträgt. Die Platte wird rückgeibracht und nochmals 1 Minute lang elektrolytisch gebeizt; alsdann wird die Platte

³S herausgenommen, gescheuert, mit Wasser gewaschen und dann wieder in das Beizbad zurückgebracht und nochmals eine Minute lang anodisch gemacht, worauf sie zu dem Eisenplattierungsbad mit der Salzsäurelösung gebracht wird, welches die Plattenoberfläche überzieht. Die weitere Behandlung ist wie im Beispiel 1.

Beispiel 3

4-5 In diesem Falle wird als zu plattierender Stahl ein Schnelldrehstahl mit ungefähr i8°/₀ Wolframgehalt benutzt, der eine einleitende Alkalianodenbeizung erhält. Das Bad enthält ungefähr 150 g Natriumhydroxyd und 15 g Citronensäure je Liter Lösung. Der Stahl wird in dieses Bad eingetaucht und als eine Anode verbunden, während die Kathode eine gewöhnliche Eisenblechkathode ist. Die Elektrolyse findet bei Zimmertemperatur unter Benutzung einer Stromdichte von ungefähr 2,7 Amp. je Quadratdezimeter statt, obgleich man auch eine höhere Dichte benutzen könnte. Nach ungefahr 1 Minute erscheinen Blasen an der Oberfläche, und der Glühspan ist Von der Oberfläche des Schnelldrehstahles entfernt, die Wirkung ist sehr gleichförmig. Wenn der Schnelldrehstahl vom Glühspan befreit erscheint, wird er aus dem Bad entfernt, gescheuert und mit Wasser gespült. Wenn die Stahloberfläche dann mit einem dünnen aber schmutzig erscheinenden Material bedeckt erscheint, das nicht vollkommen abgebürstet wurde, wird der Stahl in Salzsäure von ungefähr i8°/₀ eingetaucht, worauf das schmutzig erscheinende Material unverzüglich verschwindet und der Stahl in wenigen Sekunden eine sehr blanke, strahlende Oberfläche besitzt. Der so gereinigte und noch mit der Säure bedeckte Stahl wird in das Plattierungsbad gebracht und wie im Beispiel ι behandelt.

Die vorliegende Erfindung kann nicht nur in der beschriebenen Weise für Stahllegierun-■ gen, sondern auch für andere Chormlegierungen des Eisens, mit oder ohne Nickel, benutzt werden. Die Erfindung kann auch bei anderen Arten härtbaren Stahles, beispielsweise Flußstahl oder Schnelldrehsfahl und anderem hochwertigen Legieruogsstahl, oder bei anderen Metallen, wie Nickel, benutzt werden.

Die vorliegende Erfindung kann zur Herstellung zusammengesetzter Platten und. auch zur Herstellung verschiedener anderer Formen benutzt werden; beispielsweise kann eine Röhre aus SpezialStahl innen mit Eisen elektroplattiert werden, nachdem sie zur Beseitigung· eines die Diffusion störenden Films ' richtig vorbereitet wurde, und dann kann mit der Innenseite der Röhre ein Kern entweder durch Hitze und Druck oder durch Gießen verschweißt werden. Zu diesem Zweck kann die Röhre entweder aus einem flachen Blech hergestellt oder kann gegebenenfalls gezogen oder gewalzt werden, nachdem sie elektroplattiert ist. ¹QQ

Die Erfindung ist auch für die Herstellung von Ventilen für Brennkraftmaschinen nützlich, da sie die Erzeugung derartiger Ventile gestattet, die Oberflächenteile mit starkem Widerstand gegen Korrosion bei hohen 1.05 Temperaturen und innere Teile mit den notwendigen physikalischen Eigenschaften und auch einem hohen Grad von Wärmeleitfähigkeit besitzen. Gleichzeitig wird der thermische Wirkungsgrad derartiger Ventile infolge der gründlichen, zwischen dem Oberflächenteil und dem Kern erhaltenen Schweißung sehr groß, die eine unverzügliche Wärmeübertragung veranlaßt und gestattet, daß die Wärme in der gewünschten Weise zerstreut wird. So kann beispielsweise ein Ventil eine Außenschale besitzen, die im wesentlichen aus einer Legierung von 8o°/₀ Nickel und 20% Chrom besteht, während der Kern, welcher einzusetzen ist, nachdem die Röhre innen mit Eisen elektroplattiert wurde, beispielsweise aus einem Werkzeugstahl hergestellt sein kann,

der 9 bis 12 °/₀ Wolfram, 3 bis 3,5 °/o Chrom, ungefähr 0,65% Kohlenstoff und als Rest vorwiegend Eisen enthält; wenn die hohen physikalischen Eigenschaften dieser Stange nicht verlangt werden, kann ein gewöhnlicher Spezialstahl benutzt werden.

Andere wertvolle, nach diesem Verfahren hergestellte Erzeugnisse sind unter anderem Automobilpuffer, Turbinenschaufeln, Kolbenstangen und Wellen der verschiedensten Arten. Es können auch zusammengesetzte Werkzeuge, beispielsweise Scherblätter, hergestellt werden, die dadurch erzeugt werden, daß man einen Schnelldrehstahl, z. B. mit 0,7 °/₀ Kohlenstoff, i8°/o Wolfram, 4% Chrom, 1 °/o Vanadium und Rest Eisen, mit einem zähen Hinterlagematerial verbindet, das beispielsweise aus einer Ferrolegierung mit 3,5 °/₀ Nickel und 0,3 % Kohlenstoff hergestellt ist. In diesem Falle ist es zweckmäßig, sowohl das Außenlagematerial als auch das Hinterlagematerial vor dem Zusammenschweißen der beiden mit Eisen zu elektroplattieren.

Selbstverständlich kann die neue Wirkung der vorliegenden Erfindung, welche eine sehr wirkungsvolle Schweißung von andernfalls schwer zu schweißenden Ferrokörpern ergibt, für viele andere Zwecke und in vielen anderen Formen und für Legierungen verschiedener Naturen angewandt werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche: ■

   i. Verfahren zum Verschweißen zweier Schichten, von denen mindestens eine aus einer Nickellegierung oder einer Legierung von Eisen mit Nickel, Chrom o. dgl.

   besteht, unter Verwendung einer metallischen Zwischenschicht aus Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht elektrolytisch auf die Edellegierung aufgebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Edellegierungsschicht in einem von der Schlußbeizung noch feuchten Zustande in ein Elektroplattierbad solcher Natur gebracht wird, daß die mitgeführte Säure die Wirkung des Bades nicht stört.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Edellegierungsschicht vor dem Aufbringen der Eisenzwischenschicht elektrolytisch in Salzsäure gebeizt und in noch feuchtem Zustande in das ebenfalls Salzsäure enthaltende Elektroplattierbad eingebracht wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigte Metallfläche vor der Elektroplattierung mit Eisen zunächst mit geeigneten Metallen, wie Nickel, Kobalt, Kupfer oder Silber, ekktroplattiert wird.

   Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   französische Patentschrift ... Nr. 733 880; deutsche - . ... - 563882;

   Pfanhäuser, Die elektrolytischen Metallniederschlage (1922), S. 122.

   BEItUK. CEDRL¹CKT IN IJKH