DE2461774A1

DE2461774A1 - Verfahren zum schweissen von aluminium und aluminiumlegierungen in horizontaler schweisslage

Info

Publication number: DE2461774A1
Application number: DE19742461774
Authority: DE
Inventors: Toshisada Kashimura; Syozi Koga; Minoru Oishi; Naoki Okuda; Makoto Tomita
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1974-05-23
Filing date: 1974-12-30
Publication date: 1975-12-04
Also published as: NL7417026A; SE7416361L; FR2278445B1; FR2278445A1; US4037078A; IT1028116B; GB1498523A; BE824033A

Description

G 49 74o -su

Firma KOBE STEEL, LTD., 3-18, 1-Chome, Wakinohama-Cho, Fukiai-Ku, Kobe / Japan

Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage, wobei die Grundmetalle unter Anlage vertikal angeordnet sind und eine Schweißnut seitwärts geöffnet ist. Dieses Verfahren wird beim automatischen Schweißen von Aluminiumbaustoffen mit beträchtlicher Dicke und schmaler Schweißnut benutzt. In der Vergangenheit entstand ein zunehmendes Bedürfnis zum Verwenden von Aluminium und Aluminiumlegierungen (nachfolgend aus Einfachheitsgründen als Aluminiumlegierungen bezeichnet) als Baustoffe in Flugzeugen, Fahrzeugen, Schiffen, Druckbehältern usw. Das liegt an ihrem hervorragenden Korrosionswiderstand, ihrer großen Festigkeit wie auch ihres kleinen Gewichts, das den Forderungen der Industrie entgegenkommt. Beispielsweise ergab sich für Aluminiumlegierungen eine breite Anwendung in der Tiefsttemperaturtechnik zum Transportieren und Speichern von Behältern, die verflüssigte Naturgase enthalten, sogenannte LNG. In diesem Fall hat unter den verschie-, - 2 -

509849/0245

-z-

denen Behälterarten ein Behälter vom sphärischen bzw. kugeligen Typ eine Dicke von 4o-loo mm, mit Ausnahme einer Dicke von 2oo mm an seinem Äquator. Daher müssen beim Schweißen eines derartigen Behälters alle Schweißlagen angewendet werden, wie eine Flachlage, eine Vertikallage, eine Horizontallage und eine Kombination hiervon.

Das Schweißen in einer Horizontallage ist besonders dann schwierig zu automatisieren, wenn es sich" um das Schweißen solcher Baustoffe mit großer Dicke handelt. Dies gilt wegen der bestimmten Schweißeigenschaften in der Horizontallage, nämlich wegen des Schwerkrafteinflusses auf das geschmolzene Metall, wegen der Beschränkungen hinsichtlich der in einem Durchgang ablagerbaren Metallmenge und wegen der Schweißfehlerergebnisse, wie Überlappungen und dergleichen, wenn die Menge des abgelagerten Metalls diese Grenze überschreitet. Daher sollten die Größen des Schweißstroms und die Menge des in einem Durchgang abgelagerten Metalls in gewissem Maße beschränkt werden.

Im Vergleich zu anderen Baumaterialien, wie Eisengrundbaumaterialien, bestehen viele Schwierigkeiten beim Schweißen von Aluminium zum Herstellen eines Baukörpers, und zwar wegen der physikalischen und metallurgischen Eigenschaften von Aluminiumlegierungen.

Nachfolgend werden Schweißvergleiche von Aluminiumlegierungen großer Dicke und Stählen wiedergegeben:

(1) Die Schmelzpunkte liegen bei Stählen etwa bei 15oo C und bei Aluminiumlegierungen etwa bei 600 C. Daher ergeben beim selben Wärmeeingangspegel Aluminiumlegierungen in einem MIG-Schweißverfahren eine größere Menge an abgelagerten Metallen, was wiederum das Auftreffen eines Bogens auf die Grundmetalle hemmt und zufriedenstellende Durchdringungen verhindert. Wenn der elektrische Strom zum Überwinden dieses Problems vergrößert wird, ergibt sich eine noch größere Menge an abgelagertem Metall. Daher verbleibt nur ein schlechter Kreislauf bezüglich des elektrischen Stroms und der Menge an abgelagertem Metall. Ferner ist die Oberfläche eines Grundmetalls aus Aluminiumlegierung normalerweise mit Oxid-

509849/0245

filmen bedeckt, wenn es der Luft ausgesetzt wird, wobei der Schmelzpunkt der Oxidfilme wesentlich höher als derjenige einer Aluminiumlegierung und bei etwa 2o2o C liegt. Es folgt, daß der bloße Kontakt von geschmolzenem Aluminium mit der Oberfläche eines Grundmetalls nicht zum Schmelzen des Grundmetalls führt, und zwar wegen der im geschmolzenen Aluminium gespeicherten Wärme. Dieses wird auch durch die Tatsache unterstützt, daß bei einer Querschnittsbetrachtung einer Schweißnaht bzw. -raupe eine tiefere Durchdringung in Richtung einer gehaltenen Elektrode beobachtet wird, während sich in den anderen Richtungen eine schlechte Durchdringung ergibt.

(2) Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumlegierungen ist viel grosser als diejenige von Stählen, so daß die auf das Grundmetall von Aluminiumlegierungen angewendete Wärme nicht nur eine Schweißzone örtlich schmelzt, sondern auch wegen der großen Wärmeleitfähigkeit in ziemlich kurzer Zeit abgeleitet oder verteilt wird. Dadurch unterliegt die zum Schmelzen eines Grundmetalls benutzte Wärmemenge einer gewissen Beschränkung. Ferner wird die dem Grundmetall zum Schmelzen desselben zugeführte Wärme in ziemlich kurzer Zeit abgeleitet, so daß ein Schmelzbad schnell verfestigt wird.

(3) Die Schweißungen von Aluminiumlegierungen leiden unter eigenartigen Mikrobrüchen bzw. -rissen, womit sehr kleine oder Haarrisse gemeint sind, die in einem abgelagerten Metall oder einem Teil des Grundmetalls erzeugt werden, wenn dieses einem wiederholten Kreislauf eines Schmelzens, Verfestigens und erneuten Schmelzens unterworfen wird. Selbstverständlich üben die Mikrorisse einen nachteiligen Einfluß auf die Festigkeit einer Verbindung aus, weshalb eine Ausschaltung solcher Mikrorisse wesentlich ist. In dieser Beziehung kann das Verfahren des Pendeins einer Elektrode einer der Gründe für solche Mikrorisse sein, weshalb das Elektrodenpendeln ein Schmelzbad auf einer vorgegebenen Größe halten sollte. Daher muß der Pendelbereich gesteuert oder geregelt werden, wobei sich die Beschränkungen der Wirksamkeit des Schweißbetriebes ergeben.

(4) Bezüglich der Anfälligkeit auf die Gasabschirmungsbedingung ergeben Stähle Schweißraupen guten Aussehens auch beim Vorliegen einer irgendwie schlechten Abschirmung mit den sich einstellenden

SO 9849/0245

Grübchen bzw. Einsenkungen und Gasblasen, während Aluminiumlegierungen zu Schweißraupen mit schlechtem bzw. beeinträchtigtem Aussehen führen, auch wenn die Schweißung unter einer nur etwas schlechten Abschirmung ausgeführt wird. Aus diesem Grunde muß bei dem Schweißvorgang eine große Sorgfalt aufgewendet werden, und es ist deshalb ein hohes Maß an Erfahrung erforderlich.

Viele Untersuchungen zielten darauf hin, die genannten und mit einem Aluminiumschweißen verbundenen Schwierigkeiten oder Nachteile zu vermeiden, während Anstrenungen zum Ausnutzen der Vorteile wegen der hervorragenden Eigenschaften von Aluminiumlegierungen wie auch der Schweißeigenschaften in horizontaler Schweißlage unternommen wurden. Jedoch wurde nicht über Versuche berichtet, die zu dem erwünschten Erfolg in einer solchen Phase des Schweißens von Aluminiumlegierungen führen.

Beispielsweise ist das MIG-Schweißverfahren als die einzig annehmbare Methode bekannt, welche den größten Wirkungsgrad beim Schweis sen von Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage ergibt. Bei diesem MIG-Schweißverfahren wird eine V-förmige Schweißnut mit einem Nutwinkel von 7o-9o° verwendet, während eine Elektrode gerade ohne Oszillationsbewegung bewegt wird. Wenn bei diesem Schweißverfahren die Kanten eines zu schweißenden Grundmetalls mit einer Dicke von 5o mm jeweils zum Bilden V-förmiger Schweißnuten vorbereitet werden, um beim Zusammenfügen eine X-förmige Schweißnut zu ergeben, dann sind beim Schweißen 35-55 Durchgänge auf beiden Seiten einer Schweißung erforderlich, was zu einem zeitraubenden Schweißvorgang führt. Andererseits sind zum Herstellen des zuvor genannten kugelförmigen Aufbaues mit einer Dicke von loo-2oo mm einige hundert Durchgänge bzw. Schweißlagen zum Herstellen einer Schweißraupe erforderlich. Das führt nicht nur zu einem großen Kraftverbrauch der Bedienungsperson, sondern auch zu Schwierigkeiten beim Erzielen fehlerfreier Schweißungen.

Um die bei dem bekannten Schweißverfahren auftretenden Nachteile zu vermeiden, ist es notwendig, daß die Menge an pro Durchgang abgelagertem Metall vergrößert wird, wodurch die Pendelbewegung

509849/0245

-Steiner Elektrode erforderlich wird. Diese Pendelbewegung erfordert jedoch die Lösung des zuvor genannten Problems aufgrund der erwähnten Eigenschaften von Aluminiumlegierungen.

Zwischenzeitlich entstanden die japanischen Patentveröffentlichungen S45-9857 und S47-5o5o4, die sich mit dem Schweißen unter Verwendung der Pendelbewegung der Spitze einer Elektrode in Breitenrichtung der Grundmetalle befassen. In diesem Verfahren wird ein außerhalb einer Schweißnut angeordneter Elektrodenzuführungs-Kopfteil oszilliert bzw. hin- und hergependelt, oder es wird die Zuführungsgeschwindigkeit einer Elektrode verändert, um eine Oszillationsbewegung der Spitze einer Elektrode in Breitenrichtung der Grundmetalle zu erzeugen. Diese Patente befassen sich mit dem Schweißen von Stählen in vertikaler Schweißposition. Bei diesen Verfahren ergibt die Aluminiumlegierungsschweißung nur einen beschränkten Erfolg hinsichtlich der Erzielung guter Schweißzonen, ganz im Gegensatz zum Schweißen von Stählen. Wenn daher Aluminium nach den herkömmlichen Schweißverfahren geschweißt wird, übt die Veränderung in der Schweißbedingungen aufgrund der Längenveränderung einer Elektrode, die in eine Schweißnut hineinragt, einen großen Einfluß auf die Eigenschaften der Schweißzonen aus, wodurch Schweißfehler, wie schlechte Durchdringungen, begründet werden. Wenn ferner Grundmetalle mit einer Dicke von sogar loo mm geschweißt werden müssen, ist ein Einsetzen einer abschmelzenden Elektrode in eine Schweißnut unmöglich, und zwar mangels Geradlinigkeit einer Elektrode usw. Erfindungsgemäß wurde es festgestellt, daß in der horizontalen Schweißposition eine höchst wirkungsvolle Schweißung von Aluminiumlegierungen bei einer schmalen Schweißnut erreicht werden kann, die seitwärts geöffnet ist, und zwar durch Anwenden einer Schweißmethode, bei der die Spitze einer Elektrode in Breitenrichtung der Grundmetalle hin- und hergeschwungen wird, wobei ein Winkel zwischen der Elektrode und der Oberfläche eines Schmelzbades entsprechend den Erfordernissen verändert wird. In dieser Beziehung wird die Oberfläche eines Schmelzbades vorliegend als diejenige bestimmt, die sich parallel zur Krateroberfläche einer Schweißnaht erstreckt, und zwar nach Erlöschen eines Lichtbogens, wie es nachfolgend detaillierter beschrieben wird. - 6 -

509849/0245

Stähle haben eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium, und daher können Grundmetalle aufgrund der von einem geschmolzenen Metall übertragenen Wärme oder aufgrund der Strahlungswärme von einem Bogen geschmolzen werden, wobei die Richtung eines Bogens dergestalt sein sollte, daß die Strömung eines geschmolzenen Metalls durch die Kraft eines Bogens blockiert wird. Aluminiumlegierungen haben jedoch eine extrem große Wärmeleitfähigkeit, so daß die Wärme eines Bogens nur teilweise zum Schmelzen der Grundmetalle benutzt wird, während ein beträchtlich größerer Teil der Wärme abgeleitet wird. Außerdem neigt ein Schmelzbad eines Grundmetalls zu einem schnellen Verfestigen. Im Hinblick auf die genannten Umstände wurde erfindungsgemäß daraus geschlossen, daß der Bogen entsprechend zum Schmelzen der Grundmetalle gerichtet oder benutzt werden sollte, und zwar mehr als zum Blockieren der Strömung eines Schmelzbades.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Verfahrens der genannten Art, das ein einfaches und stabiles Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen mit beträchtlicher Dicke erlaubt. Das Verfahren soll zu einer günstigen Durchdringung in die in der Tiefe einer Schweißnut angeordneten Oberflächen wie auch zu zufriedenstellenden Schweißraupen führen, die frei von sehr kleinen Brüchen oder Mikrorissen sind. Außerdem soll das Verfahren bei einer verminderten Anzahl von Durchgängen höchst wirkungsvoll sein.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Verfahren der genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Spitze einer Elektrode in Breitenrichtung (widthwise) der Grundmetalle oszilliert bzw. hin- und hergeschwungen wird und daß die Grundmetalle verschweißt werden, während ein zwischen der Elektrode und der Oberfläche eines Schmelzbades an der Fortschreitseite der Elektrode gebildeter Winkel größer als 9o° gehalten wird.

Nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage, bei dem die zu

509849/0245

schweißenden Metalle in vertikaler Richtung unter Anlage angeordnet sind, vorgeschlagen, daß ein von der Oberfläche eines Schmelzbades und einer Elektrode gebildeter Winkel größer als 9o° ist und daß die zugeführte Schweißspannung bei einer Elektrodenbewegung in einer Richtung einer Schweißnut um 1 bis 6 Volt größer als bei einer Bewegung der Elektrode in der entgegengesetzten Richtung ist.

Nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage wie nach der ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, wobei ferner vorgeschlagen wird, daß Heliumgas oder Argongas oder eine Mischung von Argongas mit Heliumgas als Abschirmungs- oder Schutzgas zugeführt wird.

Nach der vierten Ausführungsform .der vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren zum Schweißen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß ein von einer Elektrode und der unteren Oberfläche einer Schweißnut beim Schweißen in einem oszillierenden Bewegungsmuster gebildeter Winkel im Bereich von 2-3o gehalten wird, während bei der Bewegung einer Elektrode in der entgegengesetzten Richtung der von der Elektrode und der oberen Oberfläche der Schweißnut gebildete Winkel im Bereich von o-15° gehalten wird.

Nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich ein Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen dadurch aus, daß das Schweißen in der horizontalen Schweißlage mit zwei Durchgängen in einer einzigen Schicht erfolgt, wobei ein von der Oberfläche eines Schmelzbades und einer Elektrode gebildeter Winkel größer als 9o° an der Fortschreitseite der Elektrode gehalten wird, während die Spitze der Elektrode in Breitenrichtung der zu verschweißenden Grundmetalle oszilliert wird, und daß ein von der Elektrode und der unteren Oberfläche einer Schweißnut gebildeter Winkel im Bereich von 2-3o° für einen Durchgang längs der unteren Oberfläche der Schweißnut gehalten

5098 4 9/0245

wird, während ein von der Elektrode und der oberen Oberfläche der Schweißnut gebildeter Winkel für einen Durchgang längs der oberen Oberfläche der Schweißnut im Bereich von o-15° gehalten wird.

Nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißposition wie in der ersten Ausführungsform vorgeschlagen, wobei die Spitze einer Elektrode mit 45 bis I5o Zyklen pro Minute in Breitenrichtung der zu verschweissenden Grundmetalle oszilliert.

Und schließlich wird bei einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß zwischen der Oberfläche der Schmelze und der Schweißelektrode (bezogen auf die Vorderseite derselben) ein Winkel von etwa llo-l&o aufrechterhalten wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - Querschnitts- und Horizontalansichten von Schweißnuten in Verbindung mit Elektroden,

Figur 2 - Querschnittsansichten von Schweißnuten zur Darstellung der Bewegungen der Spitze einer Elektrode, die in einer Ebene rechtwinklig zur Schweißnaht oszilliert,

Figur 3 - Querschnittsansichten von Schweißnuten zur Darstellung einer Überlagerungsmethode von Schweißungen nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 - Oszillationsmuster einer Elektrode,

Figur 5 - eine Kurvendarstellung der Schweißfehler bei veränderlichen Spannungsunterschieden,

Figur 6 - die Elektrodenbedingungen während ihrer Bewegung nach der vorliegenden Erfindung, wobei Figur 6a die relative Lage zwischen der Elektrode und der unteren Oberfläche einer Schweißnut und Figur 6b die Winkel darstellt, die von der Elektrode und der oberen Oberfläche einer Schweißnut gebildet werden,

Figur 7 - eine Schweißung nach der₌vorliegenden Erfindung mit zwei

509849/0245

Durchgängen in einer einzigen Schicht, wobei Figur 7a den von einer Elektrode und der unteren Oberfläche einer 'Schweißnut gebildeten Winkel und Figur 7b den von der Elektrode und der oberen Oberfläche der Schweißnut gebildeten Winkel zeigen, und
Figur 8 - eine Darstellung der Relation zwischen den Oszillationszyklen und den Durchdringungsfehlern sowie den Durchdringungstiefen.

In Figur 1 sind mit la und Ib Grundmetalle aus Aluminiumlegierung dargestellt, wobei zwischen den Grundmetallen eine schmale und seitwärts geöffnete Schweißnut A begrenzt wird. Gemäß Darstellung ist eine Elektrode 2 zusammen mit einer Stromzuführungsspitze 3 in die Schweißnut A eingeführt. Da es in einem solchen Fall schwierig ist, die Oberflächen der Nut A über deren Tiefe mittels nur einer Düse vollständig abzuschirmen, wird eine Düse mit einem Doppelwandungsaufbau verwendet. Mit 4 ist eine äußere Abschirmungsdüse bezeichnet, die zum Zuführen eines Abschirmungs- oder Schutzgases über die gesamte Oberfläche einer Schweißzone geeignet ist. Die äußere Abschirmungsdüse umfaßt eine innere Abschirmungsdüse 5, die zum Zuführen eines Abschirmungs- bzw. Schutzgases in die Tiefe der Schweißnut geeignet ist. Die äußere Abschirmungsdüse 4 ist versuchsweise separat von der inneren Abschirmungsdüse befestigt, um nicht den Abstand und Winkel der inneren Düse 5 in bezug auf die Grundmetalle la und Ib zu verändern, wenn die innere Abschirmungsdüse 5 oszilliert wird. Mit anderen Worten ist die äußere Abschirmungsdüse 4 an einer Schweißvorrichtung (nicht dargestellt) festgelegt, während eine Elektrode, die Stromzuführungsspitze derselben und die innere Abschirmungsdüse 5 so befestigt sind, daß eine Oszillation möglich ist. Figur Ib ist ein horizontaler Querschnitt der Schweißnut A und stellt somit die Querschnittsebene dar. Dabei ist die Elektrode 2 so angeordnet, daß ein Winkel θ mit der Oberfläche B-B eines Schmelzbades von größer als 9o° gebildet und während des Schweißens konstant gehalten wird. Die Oberfläche eines Schmelzbades hat aufgrund der Beanspruchung bzw. der Kraft eines Bogens, wenn sich ein solcher zum Einleiten der Schweißung entlädt, eine unregelmäßige Oberfläche, wie es in Figur Ic dargestellt ist. - Io -

509849/0245

- Io -

Wie bereits zuvor beschrieben wurde, wird vorliegend als Oberfläche eines Schmelzbades nicht diejenige unmittelbar unter dem Bogen, sondern eine solche bezeichnet, die im wesentlichen parallel zur Krateroberfläche einer nach dem Erlöschen eines Bogens gebildeten Schweißraupe verläuft, was am besten durch die Linie B-B in Figur Ic ersichtlich ist. Mit anderen Worten wird als Oberfläche des Schmelzbades eine geneigte Endoberfläche einer Schweißraupe definiert, die beim Fortschreiten der Schweißung gebildet wird. Bei dieser Anordnung wird die Spitze einer Elektrode gemäß Figur Ib sägezahnförmig oszilliert bzw. hin- und herbewegt (C zeigt eine Ortslinie oder ein Bewegungsmuster). Aus dieser Figur ist es am besten zu ersehen, daß sich die Elektrodenspitze bei einer Bewegung in Tiefenrichtung der Schweißnut A längs der Oberfläche B-B eines Schmelzbades bewegt, wobei ein Winkel θ größer von 9o° mit der Oberfläche des Schmelzbades gebildet wird. Demzufolge breitet sich ein an der Elektrodenspitze erzeugter Bogen über die gesamte Oberfläche des Schmelzbades aus, während das abgelagerte Metall durch den äußeren Umfangsteil eines Bogens geschmolzen und die Wärme in Tiefenrichtung der Schweißnut übertragen wird. Zusätzlich trifft der Bogen direkt auf die Grundmetalle auf, wodurch die darauf befindlichen Oxidfilme geschmolzen werden. Die Oxidfilme auf den oberen und unteren Oberflächen der Schweißnut A, das heißt den Oberflächen über und unter der Elektrodenspitze, werden wegen der Abwesenheit hierauf abgelagerten Metalls infolge des Bogens geschmolzen.

Mittlerweile findet Argongas als Abschirmungsinertgas eine breitere Anwendung als Helium. Dies trifft deshalb zu, da das Gewicht von Helium etwa 1/7 des Gewichtes von Luft ausmacht, während dasjenige von Argon etwa 1,4 mal so groß wie dasjenige von Luft ist und somit zu einer wirksamen Abschirmung einer Schweißzone führt. Jedoch ist Helium bezüglich des Aufbringens einer größeren Wärmezuführung vorteilhaft gegenüber Argon, da es im Ergebnis zu einer tieferen Durchdringung führt, die ihrerseits eine größere Schweißgeschwindigkeit zuläßt. Aus diesem Grunde ist es für die Zwecke der vorliegenden Erfindung empfehlenswert, als Abschirmgas eine Mischung aus Argon- und Heliumgas zu verwenden, da eine solche Mi-

- 11 -

5098A9/0245

-lischung ein Ausbreiten bzw. Versprühen des Schweißbogens erlaubt und zu einer guten Durchdringung führt. Es wurde festgestellt, daß bei einer Vergrößerung des Verhältnisses von Helium zu Argon eine tiefere Durchdringung beobachtet werden kann, so daß die Oberfläche eines Schmelzbades größer gehalten werden kann.

Figur 2 zeigt ein Bewegungsmuster bzw. die Ortspunkte einer Elektrodenspitze, die in einer Ebene rechtwinklig zur Schweißlinie oszilliert. Wenn die Schweißnut relativ schmal ist, kann ein einfaches Oszillations- bzw. Bewegungsschema gemäß Figuren 2a, g zu guten Resultaten führen, während im Fall eines relativ großen Nutspalts die Spitze einer Elektrode so hin- und herzubewegen ist, daß eine gute Durchdringung der oberen und unteren Oberflächen der Schweißnut erzielt wird. Solche Beispiele sind in Figuren 2b bis 2i dargestellt. Die dargestellten Bewegungsarten sind so bestimmt, daß die Wärme in Abhängigkeit von den Formen der Schweißnuten gleichförmig zu den Oberflächen derselben geführt wird. Die in Figur 2 dargestellten Oszillationsmuster sind besonders geeignet für Grundmetalle mit einer relativ kleinen Dicke.

Wenn die Grundmetalle eine Dicke im Bereich von loo-2oo mm haben, ist es empfehlenswert, ein überlagerungsverfahren gemäß Figur 3 zu benutzen. Nach diesem Verfahren oszilliert die Spitze einer Elektrode in einer solchen Weise, daß die Größe eines Schmelzbades während der Schweißung konstant gehalten wird, wobei die überlagerten Schichten der Schweißungen eine vollständige Verbindung bilden.

Aus dem nachfolgenden Beispiel 1 und den angegebenen Testbedingungen ergeben sich die Besonderheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens:
(a) Probematerial:

Grundmetall: Al-Legierungen JIS H 4ooo (197o), 5o83-o,

Dicke ... 35 mm

Fülldraht: Al MIG-Schweißdraht JIS Z 3232 (I97o), A5183-WY, Durchmesser ... 1,6 mm

- 12 -

509849/024

Abschirmungsgas: Argon,

äußeres Abschirmungsgas ... 5o Liter/Minute, inneres Abschirmungsgas ... 25 Liter/Minute

Spalt der Schweißnut ... 8 mm, Tiefe der Schweißnut ... 2o mm. (b) Schweißbedingungen:

Schweißstrom, Spannung: 25o bis 27o A, 28 bis 3o V Bewegungsschema: Figur 2a

Bewegungszyklen: -5o Zyklen/Minute Breite der Bewegung bzw. Oszillation: 16 mm Winkel Θ: etwa I2o°

Die obigen Versuche zeigen, daß die Durchdringung der Schweißstellen wie auch die Formen der Schweißraupen in ihrem Querschnitt zufriedenstellend sind. Es wurde jedoch festgestellt, daß im Fall eines Winkels θ von etwa 8o° eine schlechte Durchdringung im Tiefenteil der Schweißnut auftritt.

Figur 4 zeigt nachfolgend erläuterte Oszillationsmuster einer Elektrode, wobei die Schweißspannung bei der Bewegung der Elektrodenspitze in einer Richtung um 1-6 Volt höher als in der entgegengesetzten Richtung und umgekehrt ist. Um Mißverständnisse zu vermeiden, wird zunächst eine detaillierte Erläuterung im Zusammenhang mit der Definition der Bewegungsrichtungen einer Elektrode gegeben. Unter der Annahme, daß eine Bewegungsrichtung einer Elektrode bezüglich des zuvor genannten Musters in die Schweißnut hineingerichtet ist, ist die hierzu entgegengesetzte Richtung diejenige, in der die Elektrode aus der Schweißnut zur Öffnung derselben gezogen wird. In diesem Zusammenhang kann die größere Spannung für eine der zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen einer Elek trode benutzt werden, soweit sich eine Spannungsdifferenz von 1-6 Volt zwischen den beiden Richtungen ergibt. Alternativ können auch andere als die in Figur 4 dargestellten Bewegungsmuster benutzt werden, sofern sich eine Spannungsdifferenz von 1-6 Volt ergibt. Nunmehr werden die Gründe dafür angegeben, warum eine solche Spannungsdifferenz benutzt werden soll. Figur 5 zeigt die Fehler der Schweißungen aufgrund der Spannungsdifferenz beim Schweißen. In dieser Darstellung ist auf einer Abszisse eine Spannungsdifferenz

- 13 -

509849/0245

aufgetragen, während eine Ordinate die Gesamtlänge der im Seitenbiegungsversuch bei einer Platte mit einer Dicke von loo mm beobachteten Fehler wiedergibt. Die Zone A repräsentiert eine mangelhafte Schmelzzone, während die Zone B eine Unterschneidungs- bzw. Einbrandriefenzone darstellt. Wie in Figur 5 gezeigt ist, ergibt sich bei einer Spannungsdifferenz im Bereich von weniger als 1 Volt eine unvollständige Schmelzung bzw. Bindung in den Oberflächen einer Schweißnut, während eine einen Wert von 6 Volt überschreitende Spannungsdifferenz in einer Schweißnut zu Unterschnitten bzw. Einbrandriefen von beträchtlicher Größe führt, und zwar aufgrund der angewendeten großen Spannung. Daher ist es nicht möglich, im nachfolgenden Durchgang die Unterschnitte vollständig zu schmelzen, wodurch diese als Schweißfehler zurückbleiben. Jedoch ergab eine Spannungsdifferenz im Bereich von 1-6 Volt gute Resultate. Beim tatsächlichen Schweißen werden die Bewegungsmuster aus Figuren 2 und 4 kombiniert, wodurch sich ein dreidimensionales Schweißmuster ergibt.

Zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen können gute Resultate durch Verwendung von Argongas als Abschirm- oder Schutzgas erzielt werden. Bessere Schweißraupen mit einer zufriedenstellenden Querschnittsausbildung können jedoch durch Verwendung von Helium oder einer Mischung aus Helium und Argon als Abschirm- bzw. Schutzgas erhalten werden, so daß der zulässige Bereich eines Nutspaltes vergrößert werden kann. Im übrigen kann das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich außer für Aluminium und Aluminiumlegierungen auch zufriedenstellend zum Schweißen von Stählen und anderen Metallen verwendet werden.

Nachfolgend wird ein Beispiel 2 zum Aufzeigen der Besonderheiten der vorliegenden Erfindung wiedergegeben:

(1) Schweißlage; Horizontales Stumpfschweißen

(2) Probematerialien;

Zu verschweißende Grundmetalle: Al-Legierungen JIS H 4ooo (197o), 5o83-o (Dicke, 5o mm; Nutspalt, Io mm) Fülldraht: Al MIG-Schweißdraht, JIS Z 3232 (197o), 5183-WY (2,4 Durchmesser)

- 14 -

509849/0245

Abschirmungsgas: außen ... Argon loo Liter/Minute,

innen ... 80 % Helium + 2o % Argon, 25 Liter/Minute

(3) Schweißbedingungen:
Schweißstrom: 35o A

Schweißspannung: Bewegung L ... 3o V, Bewegung L¹ ... 26 V Bewegungs- bzw. Oszillationszyklen: 72 Zyklen/Minute Bewegungsgeschwindigkeit: 32 cm/Minute Oszillationsmuster: Figur 3a

(4) Versuchsergebnisse: gutes Aussehen der Schweißraupen.

Zugversuch der Verbindungen:

Nr. Belastung (kp) Querschnittsbereich Zugfestigkeit

(mm ) (kp/mm )

1	34.	895	49	. O	X	24.	9	28.	6
2	36.	175	48	.3	X	24.	8	3o.	2

Seitenbiegungsversuch: gut

iiie es am besten aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, erlaubt die vorliegende Erfindung ein höchst wirkungsvolles Schweißen der

chweißnut von Aluminiumlegierung-Grundmetallen mit einer beträcht liehen Dicke.

Nunmehr wird der Fall beschrieben, bei dem eine Elektrode einem Pendelmuster (weaving) folgt. Wenn beim Pendeln einer Elektrode ihr Neigungswinkel zur unteren Oberfläche der Schweißnut Null beträgt, das heißt wenn die Elektrode parallel zur unteren Oberfläche der Schweißnut gehalten wird, neigt das geschmolzene Metall zum Fließen in Richtung zur unteren Oberfläche, so daß das direkte Auftreffen eines Bogens auf die untere Oberfläche durch das geschmolzene Metall behindert wird, wodurch sich eine schlechte Durchdringung ergibt. Außerdem berührt der Umfangsteil eines Bogen mehr als dessen Zentralteil die untere Oberfläche, so daß sich ein kleine Menge an geschmolzenem Metall ergibt, die auf der unteren Oberfläche angeordnet wird. Dies ist ebenfalls verantwortlich für die zuvor genannte schlechte Durchdringung. Andererseits wird die Durchdringung umso besser, je größer der Winkel einer Elektrode ge

- 15 -

9/0245

genüber der unteren Oberfläche ist. Wenn es sich jedoch um einen schmalen Nutspalt handelt, ist es schwierig, den Elektrodenwinkel in bezug auf die untere Oberfläche zu vergrößern, obwohl dieses von der Dicke der Grundmetalle abhängt. Hieraus folgt, daß der genannte Winkel bei tatsächlichen Anwendungen maßgeblich durch die Dicke eines Grundmetalls und eines Nutspalts beeinflußt wird.

Beim Pendelbetrieb einer Elektrode mit einer Neigung in bezug auf die obere Oberfläche einer Schweißnut ergibt sich eine übermäßige Durchdringung der Grundmetalle, wenn der Elektrodenwinkel zur oberen Oberfläche einer Schweißnut zu groß ist. Hierdurch werden leicht Unterschnitte bzw. Einbrandriefen im Oberflächenseitenende einer Schweißraupe begründet. Ferner ergibt sich ein Ansteigen der Menge des zur unteren Oberfläche einer Schweißnut fließenden geschmolzenen Metalls, so daß bezüglich dieser unteren Oberfläche eine schlechte Durchdringung begründet wird.

Dies gilt besonders beim Schweißen von Aluminiumlegierungen. Mit anderen Worten haben Aluminiumlegierungen eine extrem große Wärmeleitfähigkeit, so daß nur ein begrenzter Teil der Oberfläche eines Grundmetalls, auf das der Zentralteil eines Bogens auftrifft, geschmolzen wird. Ferner erstarrt der geschmolzene Teil eines solchen Grundmetalls sehr schnell. Wegen der geringen Viskosität des geschmolzenen Metalls ergibt sich ferner eine größere Stapel- bzw. Schichtbildung an geschmolzenem Material auf der unteren Oberfläche der Schweißnut, so daß die dem zuvor genannten Muster, das heißt dem Pendeln einer Elektrode, folgende Bewegung derselben zu verschiedenen Schweißfehlern führt.

Zum Vermeiden dieser Nachteile ist es bevorzugt, daß die Elektrodenspitze in Breitenrichtung der Grundmetalle oszilliert bzw. hin- und herbewegt wird, wobei der von der Oberfläche eines Schmelzbades und einer Elektrode gebildete Winkel größer als 9o° ist. Die Elektrode ist während der Oszillationsbewegung unter einem bestimmten Winkel zur oberen oder unteren Oberfläche der Schweißnut geneigt.

- 16 -

SO9849/O2A5

Im einzelnen wird auf Figuren 6a und 6b Bezug genommen. Im Fall eines Füllens einer Schweißnut in einem Schichtungsdurchgang folgt die Elektrodenspitze in einer anderen Richtung einem anderen Muster als demjenigen in einer Richtung der Elektrodenspitze. Diese sollte gegen oder zur Seite der unteren Oberfläche der Schweißnut geneigt sein, wenn sie sich in unmittelbarer Nähe dieser Oberfläche bewegt. Wenn sich andererseits die Elektrodenspitze in unmittelbarer Nähe der oberen Oberfläche der Schweißnut bewegt, sollte die Elektrodenspitze gegen oder zur Seite dieser oberen Oberfläche geneigt sein. Wenn die Elektrodenspitze bei ihren Bewegungen zurück und in die Schweißnut denselben Ortskurven folgt, sollte sie gegen oder zur Seite der unteren Oberfläche der Schweißnut geneigt sein. Wenn sich die Elektrodenspitze zurück zur Öffnung einer Schweißnut bewegt, sollte sie gegen oder zur Seite der oberen Oberfläche derselben geneigt sein. Der von der Elektrode und der unteren Oberfläche der Schweißnut oder von der Elektrode und der oberen Oberfläche der Schweißnut gebildete Winkel sollte innerhalb bestimmter Bereiche gehalten werden.

In diesen Fällen kann jedoch gemäß Figuren 7a und 7b die Elektrodenspitze in Breitenrichtung der Grundmetalle zum Schweißen längs eirer Schweißlinie oszilliert bzw. hin- und herbewegt werden. Dabei ist die Spitze der Elektrode zur Seite der oberen Oberfläche der Schweißnut geneigt, und nach dem Beenden eines Durchgangsschweißens kann die Elektrodenspitze zum Schweißen des zweiten Durchgangs oszilliert werden, wobei sie zur Seite der oberen Oberfläche der Schweißnut geneigt ist. Dadurch wird die gewollte Schweißung für eine Schicht durch Verwendung von zwei Durchgängen fertiggestellt. In diesem Fall sollten ebenfalls die Winkel der Elektrode zu den unteren und oberen Oberflächen der Schweißnut in bestimmten Bereichen gehalten werden.

In jedem Fall wurde es als zufriedenstellend festgestellt, daß der von der Elektrode und der unteren Oberfläche der Schweißnut gebildete Winkel in den Bereich von 2° bis 3o fällt, während der von der Elektrode und der oberen Oberfläche der Schweißnut gebildete

Elektrc - 17 -

Winkel im Bereich von o°bis 15° liegen sollte. Wenn die Elektrode

49/0 2

unter einem Winkel von weniger als 2° geneigt ist, ergibt sich eine schlechte Durchdringung wie in dem Fall, bei dem die Elektrode parallel zur unteren Oberfläche der Schweißnut gehalten wird. Andererseits kann eine umso bessere oder tiefere Durchdringung beobachtet werden, je größer der Elektrodenwinkel zur unteren Oberfläche einer Schweißnut bis zu 9o beträgt, da der die höchste Temperatur ergebende Zentralteil eines Bogens auf die Grundmetalle auftrifft, so daß eine kleine Menge an geschmolzenem Metall auf der unteren Oberfläche nicht zu einer Behinderung einer zufriedenstellenden Durchdringung einer Elektrode führt. Im Fall schmaler Schweißnuten, wie im Fall von Nuten mit einem einzigen Anschnitt bzw. einer Anschrägung oder vom V- und I-Typ, ist der genannte Winkel auf 3o begrenzt, wenn die Elektrodenspitze in die Tiefe der Schweißnut eingeführt wird. Dagegen sollte der genannte Winkel selbstverständlich bei einem Durchgang nahe der Öffnung einer Schweißnut zum Erzielen einer größeren Durchdringung vergrößert werden.

Die untere Grenze eines von der Elektrode und der oberen Oberfläche einer Schweißnut gebildeten Winkels sollte o° betragen. Dies trifft deshalb zu, da selbst dann, wenn die Elektrode parallel zur oberen Oberfläche der Schweißnut gehalten wird, geschmolzenes Metall nach unten zu fließen neigt, so daß die obere Oberfläche der Schweißnut direkt einem Bogen ausgesetzt ist. Daher kann eine bessere Durchdringung sogar durch den Umfangsteil eines Bogens erreicht werden, der eine vergleichsweise geringere Temperatur ergibt.

Beim Durchführen der Schweißung können sogar dieselben Wirkungen dadurch erzielt werden, daß die oberen oder unteren Oberflächen der Schweißnut in horizontaler Richtung in Verbindung mit einer hierzu geneigten Elektrode gehalten werden oder daß die Elektrode in horizontaler Richtung verläuft, während die oberen oder unteren Oberflächen der Schweißnut Gradienten oder Neigungen in bezug auf die Horizontalrichtung haben. Wenn der Elektrodenwinkel zur oberen Oberfläche einer Schweißnut größer als 15 ist, ergeben sich eine übermäßige Durchdringung wie auch Unterschnitte im Oberflächensei-

- 18 -

509849/0245

tenende einer Schweißraupe, was durch viele Experimente festgeteilt wurde.

tfie bereits erläutert wurde, zeigen die Figuren 6 und 7 die Elektrodenwinkel in bezug zu den oberen und unteren Oberflächen einer Schweißnut, und zwar in einer rechtwinklig zur Schweißlinie verlaufenden Ebene, und die Ortskurven der Elektrodenspitze (durchgezogene Linien D und E) beim Oszillieren bzw. Hin- und Herbewegen in Breitenrichtung der Grundmetalle. Figur 6 bezieht sich auf den Fall eines Schweißvorgangs unter Verwendung eines Durchgangs, während Figur 7a auf das Schweißen der unteren Oberfläche einer Schweißnut in einem Durchgang gerichtet ist, wobei der zweite Durchgang für die obere Oberfläche der Schweißnut nach Figur 7b erfolgt.

Figur 3b zeigt einen Mehrfachdurchgang- oder Vielschicht-Schweißvorgang, wobei eine Oszillation dem zuvor genannten Verfahren innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches folgend zum Vervollständigen der Schweißverbindungen wiederholt wird. Die Zahlen zeigen die Folge der Mehrfachdurchgangsschweißung.

Im folgenden wird ein Beispiel 3 nach ;vorliegender Erfindung wiedergegeben:
Probematerialien:

Grundmetall: Al-Legierungen, JIS H 4ooo (197o), 5o83-o,Dicke 5o mm Fülldraht: Al MIG-Schweißdraht JIS Z 3232 (197ο), 5183-WY,

Durchmesser 2,4
Abschirmgas: außen ... Argon loo Liter/Minute

innen ... Helium 25 Liter/Minute Nutenspalt: 12 mm
Schweißbedingungen:

Schweißstrom, Spannung: 34o bis 36o A, 28 bis 29 V Oszillationszyklen: 85 Zyklen/Minute Bewegungsgeschwindigkeit: 38 cm/Minute

Elektrodenwinkel: 5° bezüglich der unteren und o° bezüglich der

oberen Oberfläche der Nut.

Oszillationsmuster: Figur 2e

- 19 -

509849/0245

Die Versuchsergebnisse zeigen, daß ein gutes Schwexßraupenaussehen und eine zufriedenstellende Bxegecharakteristik gemäß Seitenbiegungstest wie auch eine gute Zugfestigkeit gemäß Zugversuch erzielt wurden.
Zugversuch:

Nr. Belastung (kp) Querschnittsbereich Zugfestigkeit (mm ) (kp/mm )

1 35.443 49.2 χ 25.1 28.7

2 35.4o9 48.7 χ 24.9 29.2

Und schließlich werden die Oszillationszyklen der Elektrodenspitze beschrieben, wobei erfindungsgemäß eine Beschränkung auf 45 bis 15o Zyklen pro Minute erfolgt. Beim Schweißen von Aluminiumlegierungen mit einem Elektrodenwinkel in bezug auf das Schmelzbad von mehr als 9o führt die Oszillation in der Größenordnung von 3o Zyklen pro Minute wie im Fall eines Stahlschweißens dazu, daß die Größe des Schmelzbades nicht konstant gehalten wird, was entsprechend mit Schweißfehlern verbunden ist, wie dem Fehlen einer Schmelze bzw. einer guten Verbindung, ferner mit Mikrorissen und ähnlichem. Die genannte Neigung zu Schweißfehlern tritt in Erschei nung, wenn weniger als 45 Oszillationszyklen durchgeführt werden. Wenn dagegen die Oszillationszyklen mehr als 15o pro Minute betragen, ergibt sich ein instabiler Lichtbogenzustand mit der begleitenden Abnahme bezüglich der Durchdringung.

Der zuvor genannte Zyklusbereich hat sich nach den Versuchen entsprechend der vorliegenden Erfindung als zufriedenstellend herausgestellt, um ein Verfestigen bzw. Erstarren des Umfangsteils eines Schmelzbades zu verhindern und die Größe desselben konstant zu halten.

Wie schon früher beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß eine Elektrode oszilliert bzw. hin- und herbewegt, wobei ein Winkel der Elektrode zur Oberfläche des Schmelzbades an der Vorder- bzw. Fort Schreitseite der Elektrode größer als 9o gehalten wird, während die Elektrodenspitze in Breitenrichtung der Grundmetalle 45 bis 15o mal pro Minute oszilliert. Daher nimmt die Elektrode bei ihrer

- 2o -

0 9 8 4 9/0245

- 2ο -

den Oszillationspunkten folgenden Bewegung die rückwärtige, geneigte Vorhandschweißposition bzw. die nach links erfolgende Schweißposition an, so daß die Spitze eines Bogens vor einem Schmelzbad auf die auf den Grundmetallen gebildeten Oxidfilme auftrifft, um diese wie auch das Grundmetall zu schmelzen und hierdurch eine fehlende Durchdringung und eine unvollständige Schmelze bzw. Verbindung zusätzlich zu sehr kleinen Brüchen oder Mikrorissen in einer Schweißnaht zu verhindern.

Figur 8 zeigt den Zusammenhang zwischen den Oszillationszyklen (Abszisse) und dem Mangel an Durchdringung und der Durchdringungstiefe (Ordinate links) beim Schweißen von Aluminiumlegierungen nach dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren. Ferner ist in Figur 8 die Abhängigkeit der Anzahl (Ordinate rechts) von mangelhaften Verschmelzungs- bzw. Bindungsfehlern pro Schweißlänge von 15o mm von den Oszillationszyklen dargestellt. Aus den graphischen Darstellungen aus Figur 8 ist ersichtlich, daß sich bei weniger als 3o Oszillationszyklen pro Minute eine unzureichende Durchdringungstiefe mit dem Ergebnis einer extrem großen Zahl bezüglich des Verschmelzungsmangels ergibt. Wenn andererseits die Oszillation Zyklen pro Minute übersteigt, ergibt sich ein Anwachsen der Durchdringungstiefe in Verbindung mit einer Abnahme der Anzahl bezüglich des Verschmelzungsmangels. Beim Erreichen von etwa 7o Zyklen pro Minute ergibt sich kein Verschmelzungs- bzw. Bindungsmangel, und der Vorgang führt zu einem zufriedenstellend abgelagerten Metall. Dieses kann bis zu etwa I4o Oszillationszyklen pro Minute erzielt werden, so daß in dem zuvor genannten Bereich eine zufriedenstellende Durchdringungstiefe erreichbar ist. Beim Überschreiten von I5o Oszillationszyklen pro Minute ergibt sich ein instabiler Lichtbogenzustand, während die Durchdringungstiefe allmählich abnimmt.

Nachfolgend wird ein Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung wiedergegeben:
Probematerialien:

Grundmetall: Al-Legierungen, JIS H 4ooo (197o), 5o83-o,Dicke 5o mm SchweißdrahtiAl-MIG-Schweißdraht, JIS Z3232 (197o), 5183-WY,

Durchmesser 2,4 mm - 21 -

509849/0245

Abschirmungsgas: außen ... Argon 75 Liter/Minute

innen ... Helium 25 Liter/Minute Schweißnut: Schweißnutspalt - 8 mm, 5°, umgekehrte Einfachan-

schrägung
Schweißbedingungen:

Schweißstrom: 32o bis 36o A; Schweißspannung: 29 bis 3o V Oszillationszyklus: 8o Zyklen/Minute
Schweißgeschwindigkeit.: 32 cm/Minute

Die Versuchergebnisse zeigen, daß ein gutes Schweißraupenaussehen, eine zufriedenstellende Zugfestigkeit und gute Biegeresultate entsprechend dem BindungsZugversuch und dem Seitenbiegungsversuch erzielt wurden. Die Bindungszugfestigkeiten zweier nach diesem Versuch zubereiteter Proben ergaben sich zu 3o,2 kp/mm und 29,8

ο
kp/mm .

Zusammenfassend lassen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile wie folgt zusammenfassen:"

(1) Es können Grundmetalle aus Aluminiumlegierungen mit beträchtlicher Dicke einfach und stabil geschweißt werden, und zwar im Gegensatz "zur herkömmlichen Technik, die eine große Erfahrung beim Schweißen dieser Materialien voraussetzt.

(2) Da durch den Schweißbogen Oxidfilme geschmolzen werden können, ergibt sich eine günstige Durchdringung im tiefer gelegenen Teil einer Schweißnut, was zu zufriedenstellenden Schweißraupen führt.

(3) Auch wenn ein Schweißnutenspalt relativ groß ist, können eine befriedigende Durchdringung in den oberen und unteren Oberflächen der Schweißnut erzielt werden, und zwar durch Auswahl eines optimalen Musters oder Schemas für die Oszillations- bzw. Bewegungskurven der Spitze einer Elektrode.

(4) Da ein Oszillationszyklus im Bereich von 45-15o Zyklen/Minute angewendet wird bzw. da die Menge an abgelagertem Metall für einen Oszillationszyklus zwecks Erzielung einer dünneren Schmelzmetallschicht reduziert wird, wobei der Bogen mit hoher Geschwindigkeit über das Schmelzbad geführt wird, kann eine gute Durchdringung in der gesamten Oberfläche des Schmelzbades erzielt werden.

(5) Da die Menge an pro Oszillationszyklus abgelagertem Metall

- 22 -

509849/0245

vermindert ist, ergibt sich eine verminderte Anhäufung von geschmolzenem Metall auf der unteren Oberfläche der Schweißnut, so daß ein Mangel an Durchdringung in der unteren Oberfläche verhindert wird.

Unabhängig von den angegebenen speziellen Beispielen sind zahlreiche andere Abwandlungen und Anwendungen im Rahmen der Erfindung möglich.

- Patentansprüche -

- 23 -

509849/0245

Claims

- 23 Patentansprüche

Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage, wobei die Grundmetalle unter Anlage vertikal angeordnet sind und eine Schweißnut seitwärts geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze einer Elektrode in Breitenrichtung (widthwise) der Grundmetalle oszilliert bzw. hin- und hergeschwungen wird und daß die Grundmetal-Ie verschweißt werden, während ein zwischen der Elektrode und der Oberfläche eines Schmelzbades an der Fortschreitseite der Elektrode gebildeter Winkel größer als 9o° gehalten wird.
2. Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Schweißspannung in einer Bewegungsrichtung der Elektrode an ihren Oszillationspunkten in der Schweißnut um 1-6 Volt höher als in der anderen Bewegungsrichtung der Elektrode ist, wobei sich die Elektrodenspitze in die Tiefe der Schweißnut und dann zurück zur Öffnung derselben bewegt und wobei dieser Bewegungszyklus zum Vervollständigen der Schweißung wiederholt wird.
3. Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschirmungsgas Helium oder eine Mischung aus Argon und Helium benutzt wird.
4. Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Bewegung einer Elektrode in einem Oszillations- bzw. Bewegungsschema oder -muster in Breitenrichtung der Grundmetalle ein Winkel der Elektrode zur unteren Ober· fläche der Schweißnut auf einen Bereich von 2° bis 3o° eingestellt wird, während bei der entgegengesetzt gerichteten Bewegung ein Winkel der Elektrode in bezug auf die obere Oberfläche der Schweißnut im Bereich von o° bis 15° gehalten wird.

. - 24 -

5 0984 9/0 2M5
5. Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen mit zwei Durchgängen in einer einzigen Schicht durchgeführt wird und daß ein Winkel der Elektrode in bezug auf die untere Oberfläche einer Schweißnut auf einen Bereich von 2° bis 3o eingestellt wird, während ein Winkel der Elektrode in bezug auf die obere Oberfläche der Schweiß nut im Bereich von ο bis 15 gehalten wird.
6. Verfahren zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen in horizontaler Schweißlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze einer Elektrode in Breitenrichtung der Grundmetalle in einem Bereich von 45-15o Zyklen pro Minute oszilliert bzw. hin- und herbewegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oberfläche der Schmelze und der Schweißelektrode (bezogen auf die Vorderseite derselben) ein Winkel von etwa Ho bis I8o aufrechterhalten wird.

5 G 9 fH 9 / O M 5

^2s\

Leerseite