Messingschweißen: Techniken und Parameter für erfolgreiche Verbindungen

1. Schweißbarkeit von Messing

Messing, eine Legierung aus Kupfer und Zink, stellt beim Schweißen aufgrund des niedrigen Siedepunkts von Zink (907°C) eine besondere Herausforderung dar. Diese Eigenschaft ist das Hauptproblem beim Schweißen von Messing, da sie den Prozess und die endgültige Schweißqualität erheblich beeinträchtigt.

Beim Lichtbogenschweißen mit Messing-Zusatzwerkstoffen kann die Hochtemperaturumgebung zu Zinkverdampfungsraten von bis zu 40% führen. Dieser erhebliche Zinkverlust führt zu nachteiligen Auswirkungen auf die Schweißverbindung, einschließlich:

1. Reduzierte mechanische Eigenschaften
2. Geringere Korrosionsbeständigkeit
3. Erhöhte Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC)

Das verdampfte Zink oxidiert schnell an der Luft und bildet Zinkoxid (ZnO), das sich als weißer Rauch bemerkbar macht. Dieses Phänomen erschwert nicht nur den Schweißvorgang, sondern stellt auch ein ernstes Gesundheitsrisiko für die Schweißer dar, so dass robuste Belüftungssysteme und persönliche Schutzausrüstung (PSA) erforderlich sind.

Die schlechte Schweißbarkeit von Messing kann zu verschiedenen Fehlern führen:

• Porosität: Aufgrund von Gaseinschlüssen
• Rissbildung: Sowohl Warm- als auch Kaltrisse sind möglich
• Zinkverdampfung: Veränderungen in der Zusammensetzung
• Oxidation: Beeinträchtigung der Oberflächenqualität und der Verbindungsfestigkeit

Um diese Probleme zu entschärfen, können verschiedene Strategien angewandt werden:

1. Verwendung von siliziumhaltigem Schweißdraht: Silizium bildet eine dichte Oxidschicht auf der Oberfläche des Schmelzbades, die:
   • Hemmt die Zinkverdampfung
   • Verhindert Oxidation
   • Reduziert das Eindringen von Wasserstoff
2. Wärmebehandlung nach dem Schweißen: Das Glühen bei 470-560°C trägt dazu bei:
   • Eigenspannungen abbauen
   • Verhinderung von verzögerter Rissbildung (auch bekannt als "self-cracking")
3. Prozesskontrolle:
   • Verwendung von Techniken mit geringerer Wärmezufuhr (z. B. gepulstes MIG-Schweißen)
   • Beibehaltung einer kürzeren Lichtbogenlänge zur Verringerung der Wärmeausbreitung
   • Schnellere Fahrgeschwindigkeiten zur Minimierung der Wärmebelastung
4. Auswahl der Schweißzusatzwerkstoffe:
   • Wählen Sie Schweißzusatzwerkstoffe mit etwas höherem Zinkgehalt, um die Verluste auszugleichen.
   • Siliziumbronze oder Phosphorbronze als Füllstoff für bestimmte Anwendungen in Betracht ziehen
5. Optimierung des Schutzgases:
   • Verwendung von Gemischen auf Argonbasis für eine bessere Lichtbogenstabilität und geringere Oxidation

Durch die Anwendung dieser Techniken und die Beibehaltung einer strengen Kontrolle der Schweißparameter ist es möglich, hochwertige Messingschweißnähte zu erzielen und gleichzeitig die mit dieser Legierung verbundenen Herausforderungen zu minimieren.

2. Schweissverfahren für Messing

Die in der Produktion am häufigsten verwendeten Schweißverfahren für Messing sind das Lichtbogenschweißen und das Argon-Lichtbogenschweißenund ihre wichtigsten Prozesspunkte sind wie folgt:

(1) Lichtbogenschweißen: Messing Schweißdraht mit Bronzekerndraht verwendet wird, wie ECuSn-B (T227), ECuAl-C (T237). Reiner Kupferkerndraht wie ECu (T107) kann für Messinggussteile verwendet werden, die keine hohen Schweißanforderungen stellen.

Die Stromversorgung sollte ein positiver Gleichstromanschluss sein, und der V-förmige Rillenwinkel sollte nicht weniger als 60°-70° betragen.

Wenn die Blechdicke 14 mm übersteigt, sollte die Oberfläche des Schweißteils vor dem Schweißen sorgfältig gereinigt werden, um alle Ölverunreinigungen zu entfernen, die Wasserstoffgas erzeugen können.

Kurz Lichtbogenschweißen Der Schweißdraht sollte nicht horizontal oder longitudinal geschwenkt werden, sondern sich nur entlang der geraden Linie der Schweißnaht bewegen. Die Schweißgeschwindigkeit sollte schnell sein, nicht weniger als 0,2-0,3m/min.

Beim Mehrlagenschweißen sollten die Oxidschicht und die Schlacke zwischen den Lagen entfernt werden. Die Kupferflüssigkeit von Messing hat eine hohe Fließfähigkeit, daher sollte das Schmelzbad waagerecht liegen. Wenn das Schmelzbad gekippt werden muss, sollte der Neigungswinkel nicht mehr als 15° betragen.

(2) Argon-Lichtbogenschweißen: Zinn-Messing-Schweißdraht HSCuZ-1 (HS221), Eisen-Messing-Schweißdraht HSCuZn-2 (HS222) und Silizium-Messing-Schweißdraht HSCuZn-4 (HS224) werden beim Wolfram-Lichtbogenhandschweißen verwendet.

Diese Schweißdrähte enthalten einen hohen Zinkgehalt und erzeugen beim Schweißen viel Rauch. Bronze-Schweißdraht wie HSCuSi (HS211) und HSCuSn (HS212) kann ebenfalls verwendet werden.

Die Schweißparameter für das Wolfram-Argon-Handschweißen von Messing sind in der Tabelle aufgeführt.

Aufgrund der Verdampfung von Zink, die die Schutzwirkung des Argongases zerstört, sollten beim Schweißen von Messing eine größere Düsenöffnung und ein größerer Argon-Gasdurchsatz gewählt werden.

Im Allgemeinen ist ein Vorwärmen vor dem Schweißen nicht erforderlich, außer bei Verbindungen mit einer Dicke von mehr als 10 mm und bei Verbindungen mit einem erheblichen Dickenunterschied zwischen den Schweißkanten; in diesem Fall muss nur der dickere Teil der Schweißkante vorgewärmt werden.

Die Stromversorgung kann mit Gleichstrom oder Wechselstrom erfolgen. Bei Verwendung einer Wechselstromversorgung zum Schweißen ist die Menge der Zinkverdampfung relativ gering.

Größerer Schweißstrom und schnellere Schweißgeschwindigkeit sollten verwendet werden für Schweißparameter.

Die Schweißparameter für das Schweißen von 16-20 mm dicken Messingplatten sind: Schweißstrom von 260-300 A, Wolfram-Elektroden-Durchmesser von 5 mm, Schweißdraht-Durchmesser von 3,5-4,0 mm, Düsenöffnung von 14-16 mm und Argon-Gas-Durchflussrate von 20-25 l/min.

Um die Verdampfung von Zink zu verringern, kann der Fülldraht während des Betriebs mit dem Werkstück "kurzgeschlossen" werden, und der Lichtbogen kann so weit wie möglich auf dem Fülldraht gezündet und aufrechterhalten werden, wodurch ein direkter Lichtbogenkontakt mit dem Grundmetall vermieden wird. Das unedle Metall wird hauptsächlich durch die Wärmeübertragung des geschmolzenen Badmetalls erhitzt und geschmolzen.

Beim Schweißen sollte so weit wie möglich in einer Lage geschweißt werden. Bei Verbindungen mit einer Dicke von weniger als 5 mm ist es am besten, sie in einem Durchgang zu schweißen.

Nach dem Schweißen sollte die Schweißnaht zum Glühen auf 300-400℃ erhitzt werden, um Schweißspannungen zu beseitigen und zu verhindern, dass das Messingteil während des Gebrauchs Risse bekommt.

3. Wig-Schweißen von Messing

1. Schweißbarkeit von Messing

Messing ist eine Kupfer-Zink-Legierung. Da Zink einen niedrigeren Siedepunkt von nur 907 °C hat, neigt es während des Schweißvorgangs zum Verdampfen, was beim Schweißen von Messing eine große Herausforderung darstellt.

Unter den hohen Temperaturen beim Schweißen können bis zu 40% Zink beim Lichtbogenschweißen verdampfen.

Diese starke Verdampfung von Zink führt zu einer Verschlechterung der mechanischen und korrosionsbeständigen Eigenschaften der Schweißverbindung und erhöht ihre Anfälligkeit für Spannungskorrosion.

Das verdampfte Zink wird in der Luft sofort zu Zinkoxid oxidiert und bildet einen weißen Rauch, der die Arbeit erschwert und die Gesundheit des Schweißers beeinträchtigt.

Daher ist es wichtig, die Belüftung und andere Schutzmaßnahmen an Orten, an denen Messing geschweißt wird, zu verstärken. Die schlechte Schweißbarkeit von Messing kann zu Problemen wie Porosität, Rissbildung, Verdampfung und Oxidation von Zink beim Schweißen führen.

Um diese Probleme zu lösen, wird häufig siliziumhaltiger Schweißdraht verwendet, da Silizium eine dichte Siliziumdioxidschicht auf der Oberfläche des Schmelzbades bildet, die die Verdampfung und Oxidation von Zink verhindert und das Eindringen von Wasserstoff verhindert.

Nach dem Schweißen kann eine Glühbehandlung bei 470-560°C durchgeführt werden, um Spannungen abzubauen und "Selbstrisse" zu verhindern.

2. Methoden zum Schweißen von Messing

Zu den in der Produktion üblichen Verfahren zum Schweißen von Messing gehören das Lichtbogenschweißen und das Argon-Lichtbogenschweißen. Die wesentlichen Punkte dieser Verfahren sind wie folgt:

(1) Lichtbogenschweißen (Stick Arc Welding)

Die verwendete Elektrode ist eine Bronzekernelektrode, wie ECuSn-B (T227), ECuAl-C (T237). Für Messinggussteile, die keine hochwertige Schweißung erfordern, kann eine reine Kupferelektrode, wie ECu (T107), verwendet werden.

Die Stromversorgung erfolgt mit Gleichstrom, wobei die Elektrode an den Pluspol angeschlossen ist und der Winkel der V-förmigen Rille nicht weniger als 60°-70° betragen sollte.

Bei Blechen, die dicker als 14 mm sind, sollte die Oberfläche der Schweißteile vor dem Schweißen sorgfältig gereinigt werden, um alle Ölverunreinigungen zu entfernen, die Wasserstoffgas erzeugen können.

Während des Betriebs sollte mit kurzem Lichtbogen geschweißt werden, und die Elektrode sollte nicht von einer Seite zur anderen oder hin und her bewegt werden, sondern nur in einer geraden Linie entlang der Schweißnaht.

Die Schweißgeschwindigkeit sollte schnell sein, nicht weniger als 0,2-0,3m/min. Beim Mehrlagenschweißen sollten die Oxidschicht und die Schlacke zwischen den Lagen gründlich gereinigt werden.

Messing hat eine hohe Fließfähigkeit, daher sollte das Schweißbad idealerweise horizontal liegen. Wenn das Schweißbad gekippt werden muss, sollte der Winkel 15° nicht überschreiten.

(2) Argon-Lichtbogenschweißen

Beim Argon-Lichtbogenhandschweißen mit Wolfram-Elektroden werden die Schweißdrähte Zinn-Messing HSCuZ-1 (HS221), Eisen-Messing HSCuZn-2 (HS222) und Silizium-Messing HSCuZn-4 (HS224) verwendet.

Diese Drähte enthalten einen hohen Anteil an Zink, was zu einer starken Rauchentwicklung beim Schweißen führt. Bronze-Schweißdraht HSCuSi (HS211), HSCuSn (HS212) kann ebenfalls verwendet werden.

Die Schweißparameter für das Argon-Lichtbogenhandschweißen von Messing mit Wolfram-Elektroden sind in der Tabelle aufgeführt.

Da die Verdampfung von Zink die schützende Wirkung des Argongases beeinträchtigt, sollten beim Schweißen von Messing ein größerer Düsendurchmesser und ein größerer Argon-Gasstrom verwendet werden.

Ein Vorwärmen ist im Allgemeinen nicht erforderlich, außer wenn Schweißnähte mit einer Dicke von mehr als 10 mm und Verbindungen mit sehr unterschiedlichen Kantenstärken. Im letzteren Fall muss nur die dickere Kante des Werkstücks vorgewärmt werden.

Als Stromquelle kann Gleichstrom mit der an den Pluspol angeschlossenen Elektrode oder Wechselstrom verwendet werden. Beim Schweißen mit Wechselstrom ist die Menge der Zinkverdampfung geringer.

Bei den Schweißparametern sollten ein größerer Schweißstrom und eine höhere Schweißgeschwindigkeit verwendet werden.

Die Schweißparameter für 16-20 mm dicke Messingplatten sind: Schweißstrom 260-300 A, Wolfram-Elektroden-Durchmesser 5 mm, Draht-Durchmesser 3,5-4,0 mm, Düsen-Durchmesser 14-16 mm, Argon-Gasfluss 20-25 l/min.

Um die Zinkverdampfung zu verringern, kann der Schweißdraht während des Betriebs mit dem Werkstück "kurzgeschlossen" werden, wobei der Lichtbogen auf dem Schweißdraht gezündet und aufrechterhalten wird, um zu vermeiden, dass der Lichtbogen direkt auf das Grundmaterial einwirkt, das hauptsächlich durch die vom Metall im Schweißbad übertragene Wärme erhitzt und geschmolzen wird. Beim Schweißen sollte so weit wie möglich einlagig geschweißt werden, und Verbindungen mit einer Dicke von weniger als 5 mm sollten idealerweise in einem Durchgang geschweißt werden.

Nach dem Schweißen sollte das Werkstück zum Glühen auf 300-400℃ erwärmt werden, um Schweißspannungen zu beseitigen und zu verhindern, dass das Messingteil während des Gebrauchs Risse bekommt.