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Das -Schweißen, ein zukunftsorientiertes MAG ... · Rutilfülldrähte und basische Fülldrähte...

Date post: 14-Feb-2019
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Author: trinhkhue
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© 2000 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 1/7 WM008900.doc; 08.00 1 Einleitung Um dem internationalen Wettbewerbsdruck standzuhalten, sind besonders die Hersteller schweißintensiver Produkte gezwungen, ständig ihre Fertigungsprozesse zu optimieren und leistungsfähiger zu gestalten. Der Schlüssel dazu ist der Einsatz neuer zukunftsträchtiger Technologien und die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit vorhandener Produktionsmethoden. Das HIGH- SPEED ® - Schweißen ist ein Verfahren, das beide Wege miteinander verbindet. Moderne Stromquellentechnik ermöglicht es, das konventionelle MAG- Schweißen weit über seine bisher praktisch genutzte Leistungsgrenze auszudehnen und somit zu einem interessanten Hochleistungsverfahren zu machen. Die Erhöhung der Abschmelzleistung und der Schweißgeschwindigkeit erschließen das HIGH- SPEED ® - Schweißen außerdem für völlig neue Anwendungsgebiete, die gegenwärtig vor allem dem UP- Schweißverfahren zugeordnet werden. 2 Leistungsmerkmale des HIGH- SPEED ® - Schweißens 2.1 Verfahrensprinzip Das MAG- Hochleistungsverfahren HIGH- SPEED ® erlaubt, Drahtelektroden mit Vorschubgeschwindigkeiten bis 30 m/min zu verschweißen. Der Werkstoffübergang von der Elektrode zum Grundwerkstoff erfolgt im Sprühlichtbogenbereich. Dabei sind zwei unterschiedliche Übergangsformen charakteristisch: Der Strömungsübergang, Bild 1 und der Rotationsübergang, Bild 2. Der axiale Strömungsübergang bei hoher Stromstärke wird durch eine konische Elektrodenspitze geprägt, von der die Plasmaströmung trapezförmig auseinanderläuft. Der hohe Plasmadruck erzeugt im Grundwerkstoff ein Einbrandprofil, das durch einen schmalen, tiefen Kern und eine flache, muldenförmige Randzone gekennzeichnet ist [1], Bild 3. Der übliche Kontaktrohrabstand beträgt etwa 15 - 20 mm. Der Rotationsübergang entsteht dagegen bei Ausbildung langer Flüssigkeitssäulen an der abschmelzenden Elektrode. Infolge sehr hoher Stromstärke und großer freier Drahtlänge wird die Temperatur am Tropfenansatz so groß, daß der Draht bereits ohne Einwirkung des Lichtbogens schmilzt [1]. Der Kontaktrohrabstand liegt in diesem Falle zwischen 25 und 35 mm. Aufgrund eines starken magnetischen Längsfeldes rotiert diese Flüssigkeitssäule um ihre Symmetrieachse und weitet die Lichtbogensäule konisch auf [1]. Die Tropfen gehen radial zum Grundwerkstoff über und bewirken einen relativ flachen und breiten Einbrand, Bild 3. 2.2 Drahtelektroden - Schutzgas - Kombinationen und Arbeitsbereiche Das HIGH- SPEED ® - Schweißen ist für die Drahtelektrodendurchmesser 1,0 und 1,2 mm ausgelegt. Kleinere Drahtdurchmesser sind aufgrund ihrer geringen Förderstabilität bei hohen Drahtvorschubgeschwindigkeiten weniger geeignet. Größere Drahtdurchmesser scheiden für den Rotationsübergang aus, da die zur Rotation erforderliche Temperatur am Tropfenansatz bei technisch sinnvollen freien Drahtlängen nicht erreicht wird [1]. Um einen stabilen Schweißprozeß sicherzustellen, sollten die Drahtelektroden lagenweise gespult sein und ein konstant gutes Gleitverhalten aufweisen. Die verwendeten Draht- Schutzgas- Kombinationen setzen sich aus Massiv- und Fülldrahtelektroden und Standard- Zweikomponentengasen zusammen. Der Anwendungsbereich umfaßt die unlegierten Stähle und Feinkornstähle mit einer Mindeststreckgrenze bis zu 500 N/mm 2 . Während im Bereich des konventionellen Sprühlichtbogens (Strömungsübergang) hauptsächlich kohlendioxidhaltige Mischgase zur Anwendung kommen, wird der rotierende Sprühlichtbogen (Rotationsübergang) unter vorwiegend sauerstoffhaltigen Gasgemischen erreicht. Der Grund dafür liegt in der Eigenschaft von Argon- Sauerstoff- Gemischen, die im Werkstoffübergang eine längere Flüssigkeitssäule an der abschmelzenden Elektrode ausbilden [4] und somit die Rotation begünstigen. Im Vergleich dazu erfordern Mischgase aus Argon und Kohlendioxid größere Lichtbogenspannungen [4] und verschieben den Arbeitsbereich des Strömungsübergangs zu höheren Stromstärken. Die Standardgase aus 82% Ar + 18% CO 2 und 92%Ar + 8% CO 2 erweitern den Stabilitätsbereich des konventionellen Sprühlichtbogens [3] mit Massivdrähten des Durchmessers 1,0 mm bis zu Drahtvorschubgeschwindigkeiten von ca. 24 m/min, des Durchmessers 1,2 mm bis etwa 23 m/min Drahtvorschub. Rutilfülldrähte und basische Fülldrähte des Durchmessers 1,2 mm können dagegen bis 30 m/min Drahtfördergeschwindigkeit verschweißt werden. Hierbei tritt kein Übergang zum rotierenden Sprühlichtbogen auf [5]. Um den Arbeitsbereich des Rotationsübergangs zu nutzen, findet das Standardgas aus 96% Ar + 4% O 2 seine Anwendung. Der Einsatz dieses Schutzgases verkleinert den Übergangsbereich zwischen konventionellem und rotierendem Sprühlichtbogen [3] und stabilisiert diesen schon bei Drahtvorschüben ab ca. 23 m/min, Bild 4. Das -Schweißen, ein zukunftsorientiertes MAG-Hochleistungsverfahren Dipl.-Ing. D. Dzelnitzki, Mündersbach Bild 3. Einbrandprofile des konventionellen Sprühlichtbogens (links) und des rotierenden Sprühlichtbogens (rechts) [2] Bild 1. Strömungsübergang [1] Bild 2. Rotationsübergang [1]
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2000 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 1/7 WM008900.doc; 08.00

1 Einleitung

Um dem internationalen Wettbewerbsdruck standzuhalten, sind

besonders die Hersteller schweiintensiver Produkte gezwungen,

stndig ihre Fertigungsprozesse zu optimieren und leistungsfhiger zu

gestalten.

Der Schlssel dazu ist der Einsatz neuer zukunftstrchtiger

Technologien und die Erhhung der Wirtschaftlichkeit vorhandener

Produktionsmethoden. Das HIGH- SPEED- Schweien ist ein

Verfahren, das beide Wege miteinander verbindet. Moderne

Stromquellentechnik ermglicht es, das konventionelle MAG-

Schweien weit ber seine bisher praktisch genutzte Leistungsgrenze

auszudehnen und somit zu einem interessanten

Hochleistungsverfahren zu machen.

Die Erhhung der Abschmelzleistung und der Schweigeschwindigkeit

erschlieen das HIGH- SPEED - Schweien auerdem fr vllig neue

Anwendungsgebiete, die gegenwrtig vor allem dem UP-

Schweiverfahren zugeordnet werden.

2 Leistungsmerkmale des HIGH- SPEED - Schweiens

2.1 Verfahrensprinzip

Das MAG- Hochleistungsverfahren HIGH- SPEED erlaubt,

Drahtelektroden mit Vorschubgeschwindigkeiten bis 30 m/min zu

verschweien. Der Werkstoffbergang von der Elektrode zum

Grundwerkstoff erfolgt im Sprhlichtbogenbereich. Dabei sind zwei

unterschiedliche bergangsformen charakteristisch:

Der Strmungsbergang, Bild 1 und der Rotationsbergang, Bild 2.

Der axiale Strmungsbergang bei hoher Stromstrke wird durch eine

konische Elektrodenspitze geprgt, von der die Plasmastrmung

trapezfrmig auseinanderluft. Der hohe Plasmadruck erzeugt im

Grundwerkstoff ein Einbrandprofil, das durch einen schmalen, tiefen

Kern und eine flache, muldenfrmige Randzone gekennzeichnet ist [1],

Bild 3.

Der bliche Kontaktrohrabstand betrgt etwa 15 - 20 mm.

Der Rotationsbergang entsteht dagegen bei Ausbildung langer

Flssigkeitssulen an der abschmelzenden Elektrode. Infolge sehr

hoher Stromstrke und groer freier Drahtlnge wird die Temperatur

am Tropfenansatz so gro, da der Draht bereits ohne Einwirkung des

Lichtbogens schmilzt [1].

Der Kontaktrohrabstand liegt in diesem Falle zwischen 25 und 35 mm.

Aufgrund eines starken magnetischen Lngsfeldes rotiert diese

Flssigkeitssule um ihre Symmetrieachse und weitet die

Lichtbogensule konisch auf [1]. Die Tropfen gehen radial zum

Grundwerkstoff ber und bewirken einen relativ flachen und breiten

Einbrand, Bild 3.

2.2 Drahtelektroden - Schutzgas - Kombinationen und

Arbeitsbereiche

Das HIGH- SPEED - Schweien ist fr die

Drahtelektrodendurchmesser 1,0 und 1,2 mm ausgelegt. Kleinere

Drahtdurchmesser sind aufgrund ihrer geringen Frderstabilitt bei

hohen Drahtvorschubgeschwindigkeiten weniger geeignet. Grere

Drahtdurchmesser scheiden fr den Rotationsbergang aus, da die zur

Rotation erforderliche Temperatur am Tropfenansatz bei technisch

sinnvollen freien Drahtlngen nicht erreicht wird [1]. Um einen stabilen

Schweiproze sicherzustellen, sollten die Drahtelektroden lagenweise

gespult sein und ein konstant gutes Gleitverhalten aufweisen. Die

verwendeten Draht- Schutzgas- Kombinationen setzen sich aus

Massiv- und Flldrahtelektroden und Standard-

Zweikomponentengasen zusammen. Der Anwendungsbereich umfat

die unlegierten Sthle und Feinkornsthle mit einer

Mindeststreckgrenze bis zu 500 N/mm2.

Whrend im Bereich des konventionellen Sprhlichtbogens

(Strmungsbergang) hauptschlich kohlendioxidhaltige Mischgase zur

Anwendung kommen, wird der rotierende Sprhlichtbogen

(Rotationsbergang) unter vorwiegend sauerstoffhaltigen

Gasgemischen erreicht. Der Grund dafr liegt in der Eigenschaft von

Argon- Sauerstoff- Gemischen, die im Werkstoffbergang eine lngere

Flssigkeitssule an der abschmelzenden Elektrode ausbilden [4] und

somit die Rotation begnstigen. Im Vergleich dazu erfordern Mischgase

aus Argon und Kohlendioxid grere Lichtbogenspannungen [4] und

verschieben den Arbeitsbereich des Strmungsbergangs zu hheren

Stromstrken.

Die Standardgase aus 82% Ar + 18% CO2 und 92%Ar + 8% CO2erweitern den Stabilittsbereich des konventionellen Sprhlichtbogens

[3] mit Massivdrhten des Durchmessers 1,0 mm bis zu

Drahtvorschubgeschwindigkeiten von ca. 24 m/min, des Durchmessers

1,2 mm bis etwa 23 m/min Drahtvorschub.

Rutilflldrhte und basische Flldrhte des Durchmessers 1,2 mm

knnen dagegen bis 30 m/min Drahtfrdergeschwindigkeit verschweit

werden. Hierbei tritt kein bergang zum rotierenden Sprhlichtbogen

auf [5].

Um den Arbeitsbereich des Rotationsbergangs zu nutzen, findet das

Standardgas aus 96% Ar + 4% O2 seine Anwendung. Der Einsatz

dieses Schutzgases verkleinert den bergangsbereich zwischen

konventionellem und rotierendem Sprhlichtbogen [3] und stabilisiert

diesen schon bei Drahtvorschben ab ca. 23 m/min, Bild 4.

Das -Schweien, ein zukunftsorientiertes MAG-Hochleistungsverfahren

Dipl.-Ing. D. Dzelnitzki, Mndersbach

Bild 3. Einbrandprofile des konventionellen Sprhlichtbogens (links)

und des rotierenden Sprhlichtbogens (rechts) [2]

Bild 1. Strmungsbergang [1] Bild 2. Rotationsbergang [1]

2000 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 2/7 WM008900.doc; 08.00

Es werden Drahtvorschubgeschwindigkeiten, sowohl beim 1,0 mm als

auch beim 1,2 mm Massivdraht, bis zu 30 m/min erreicht.

2.3 Anforderungen an Stromquelle und Ausrstung

Die Stromquelle integralinverter MIG 500 HIGH- SPEED, Bild 5, ist fr das MAG-

Hochleistungsschweien als Inverterstromquelle auf 500A/60%ED

(400A/100% ED) ausgelegt.

Auerdem sind das MIG/MAG- Standard- und Impulsschweien, das

WIG- Gleichstromschweien, sowie das E- Hand- Schweien

verfgbar. Mglich wird diese Kombination der Schweiverfahren durch

ein Inverterleistungsmodul. Vorteile des Inverters sind die im Verhltnis

kleineren Bauabmessungen, der hohe Wirkungsgrad, die

Unempfindlichkeit gegenber Netzschwankungen und somit die sehr

gute Reproduzierbarkeit der Schweiparameter [6]. Die Steuerung der

Stromquelle erfolgt nach dem Einknopfsystem (Synergic). ber eine

programmierte Kennlinie wird die elektrische Leistung und die

Drahtvorschubgeschwindigkeit mit einem Bedienknopf stufenlos

eingestellt. Die Lichtbogenlnge kann zustzlich korrigiert werden. Das

System aus Inverter und Steuerung befhigt den Lichtbogen auf

verschiedene Beeinflussungen sehr schnell zu reagieren, um

Leistungsparameter, unabhngig von der Kabellnge im

Schweistromkreis, konstant zu halten [6].

Eine einfache Handhabung der Stromquelle ist mit dem Bedienmodul

PROGRESS 4, Bild 6, sichergestellt.

Es bietet dem Anwender die Mglichkeit, Schweiprogramme zu

erstellen und abzuspeichern. ber den Brennertaster knnen

unterschiedliche Arbeitspunkte abgerufen werden, die erstens mit einer

reduzierten Schweileistung sicher starten (P1), damit

Anfangsbindefehler vermeiden und zweitens am Schweinahtende eine

definierte Absenkung der Schweileistung gestatten um den Endkrater

aufzufllen (P4),Bild 7.

Auerdem kann der Anwender jederzeit whrend des Schweiens

durch Brennertasterdruck einen Arbeitspunkt niederer Leistung

aktivieren, der z.B. das Umschweien von Werkstckecken ermglicht

(P3).

Ein wichtiger Bestandteil ist die Drahtvorschubeinheit. Der

tachogeregelte 4- Rollen- Drahtvorschub mit hohem Anlaufdrehmoment

und Durchzugsvermgen garantiert stabile

Drahtvorschubgeschwindigkeiten bis 30 m/min.

Den hohen thermischen Belastungen mu der angeschlossene

Schweibrenner standhalten. Sein konstruktiver Aufbau erfordert

sowohl die Wasserkhlung des Kontaktrohres als auch der

Schutzgasdse. Ein Kontaktrohrrcksprung sichert auch bei lngerem

Kontaktrohrabstand die ausreichende Schutzgasabdeckung der

Schweinaht.

Bei manueller Anwendung werden Drahtvorschubgeschwindigkeiten bis

etwa 23 m/min im konventionellen Sprhlichtbogenbereich realisiert.

Darber hinaus ist eine Vollmechanisierung bzw. Automatisierung

anzuraten. Die Stromquelle verfgt ber beide Varianten.

Auerdem kann mit einer serienmigen Schnittstelle, jederzeit eine

Schweidatendokumentation in Verbindung mit der

Mewerterfassungs- und berwachungssoftware Q-DOC 9000

vorgenommen werden, Bild 8.

100 200 300 400 500

10

20

30

40

50

Sch

wei

sp

annu

ng [V

]

Schweistrom [A]

Drahtvorschub [m/min]2,5 6 12 20 30

KLB (MLB) K-SLB R-SLB

KLBKurzlichtbogen

MLBMischlichtbogen

K-SLBkonventionellerSprhlichtbogen

R-SLBrotierenderSprhlichtbogen

15mm 20mm 30mmKontaktrohr-abstand

Bild 4. Lichtbogenarten und ihre Leistungsbereiche [2]

Bild 5. Schweistromquelle integralinverter MIG 500 HIGH- SPEED

Bild 6. Bedienoberflche PROGRESS 4

2000 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 3/7 WM008900.doc; 08.00

3 Schweitechnische Versuche-

Untersuchungsbericht der Schweitechnischen Lehr- und

Versuchsanstalt Mecklenburg- Vorpommern (SLV)

3.1 Versuchsdurchfhrung

Um die praktische Anwendung, besonders des rotierenden

Sprhlichtbogens zu erweitern, fhrte die SLV in Rostock im Auftrag

von EWM High- Tech Precision Schweitechnik GmbH zum Thema:

Untersuchung des Einflusses verschiedener Schutzgase unter

Vernderung der Schweiparameter beim MAG-

Hochleistungsschweien mit rotierendem Sprhlichtbogen [7] eine

Vielzahl von Schweiversuchen durch.

Ziel war es, optimale Schweiparameter und Randbedingungen fr die

Schweipraxis zu erarbeiten. Ausgegangen wurde dabei von den guten

Eigenschaften des rotierenden Sprhlichtbogens, kerbfreier bergang

zwischen Grundwerkstoff und Schweinaht und der hohen

Abschmelzleistung in Wannenposition (PA).Besonderes Augenmerk

galt den Schutzgasen, da vorwiegend ihre Kosten einen wirtschaftlichen

Praxiseinsatz bestimmen [8]. Vor diesem Hintergrund lag es nahe zwei

Standard- Zweikomponentengase, einem Drei- und

Vierkomponentengas (T.I.M.E-Gas) gegenber zu stellen.

Unter Beibehaltung der Grundeinstellungen

Schweistromquelle: integralinverter MIG 500 HIGH- SPEED vonEWM High- Tech Precision Schweitechnik GmbH

Grundwerkstoff: St 37,t = 20 mm,St 52-3, t = 12 mm

Zusatzwerkstoffe: G3Si1 (Union K 52 T), 1,0 mm und 1,2 mm

Brenneranstellwinkel: 100 stechend Schweiposition: Wanne (PA) Schweigeschwindigkeit: 0,5 m/min

t

Schweileistung

P

1.Takt 3.Takt

Gasvor-strmzeit

Schweistrom P2Schweistrom P2 Gasnachstrmzeit

Zeit

2.Takt 4.Takt

Drahtrckbrand

verminderterSchweistrom P3

Endkrater-strom P4

Start-stromP1

Bild 7. Programmablauf des PROGRESS 4- Bedienmoduls bei HIGH- SPEED

Bild 8. Grafische Darstellung der Schweiparameter beim HIGH- SPEED - Schweien

2000 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 4/7 WM008900.doc; 08.00

standen die Schutzgase:

- T.I.M.E.- Gas

(65% Ar + 26,5% He + 8% CO2 + 0,5 O2)

- Zweikomponentengas

(96% Ar + 4% O2)

- Zweikomponentengas

(92% Ar + 8% CO2)

- Dreikomponentengas

(72% Ar + 20% He + 8% CO2)

zum Test.

Das Schweien der Kehlnhte erfolgte in Position PA (Wannenlage) bei

maschineller Brennerfhrung. Um die groe Anzahl der

Versuchsparameter systematisch zu untersuchen, ohne die Anzahl der

Versuche unntig in die Hhe zu treiben, wurde mit einem Faktorplan

gearbeitet.

Der Faktorplan der 1. Versuchsreihe hatte die Art 24.

Dabei variierten die einzustellenden Schweiparameter wie folgt:

Drahtdurchmesser 1,0 mm

US 28V / 42V

VDr 23m/min / 27m/min

Kontaktrohrabstand 28 mm / 32 mm

Schutzgasmenge 22 l/min / 28 l/min T.I.M.E.- Gas

sowie

Drahtdurchmesser 1,2 mm

US 44V / 48V

VDr 26m/min / 30m/min

Kontaktrohrabstand 29 mm / 33 mm

Schutzgasmenge 22 l/min / 28 l/min T.I.M.E.- Gas

Der Einflu der Schutzgasmenge zeigte sich in Form von

Lichtbogenauswanderungen. Diese konnten bei hherem Durchflu

minimiert werden. Da ab einer Schutzgasmenge von 25 l/min jedoch

keine erkennbare Verbesserung bei den o.g. Einstellungen auftrat,

wurde der Wert fr alle Untersuchungen bernommen. Dadurch

reduzierte sich der weitere Versuchsablauf auf einen 23 - Faktorplan.

Die folgende Variation der Schweiparameter:

Spannung Drahtvorschubgeschwindigkeit Kontaktrohrabstand

bezog sich auf jeden Drahtdurchmesser und jedes Schutzgas.

Als visuelle Bewertungskriterien der Schweiversuche dienten die

Rotation des Lichtbogens, die Prozestabilitt und das uere

Nahtaussehen (glatte Nahtoberflche, keine Einbrandkerben, flache

Naht).

Auf dieser Basis wurden die maximal erzielbaren

Schweigeschwindigkeiten (Schrittweite von 0,1 m/min) ermittelt.

Die Aufzeichnung der Schweiparameter erfolgte mit Hilfe der EWM-

Dokumentationssoftware Q- DOC 9000.

Zur Begutachtung der inneren Nahtqualitt sind von allen Proben

Makroschliffe ausgewertet worden.

Zustzliche Hrtemessungen nach Vickers ber die Schweinaht

(DIN 1043-1) fr die am besten beurteilten Schweiproben

vervollstndigen die Untersuchungen zum MAG-

Hochleistungsschweien [7].

3.2 Versuchsauswertung

Die schweitechnischen Ergebnisse dieser Untersuchungen

verdeutlichen den Einflu der verschiedenen Schutzgase auf den MAG-

Hochleistungsproze. So stellte sich vor allem das

Zweikomponentengas aus 96% Ar + 4 % O2 als optimales Schutzgas

dar. Sehr gute Schweiergebnisse sind schon bei relativ niedrigen

Spannungswerten fr den rotierenden Sprhlichtbogen erreichbar.

Die Lichtbogenrotation war im Vergleich der vier Gase eindeutig am

besten. Es wurden Schweigeschwindigkeiten bis 0,5 m/min erzielt,

ohne das es zu Auswanderungen des Lichtbogens und Einbrandkerben

kam, Bild 9 und 10.

Bei den Schweiungen mit T.I.M.E.- Gas trat der rotierende

Sprhlichtbogen nur bei hheren Spannungswerten auf. Die

Abhngigkeit vom Kontaktrohrabstand war hier am geringsten. Es

ergaben sich Schweigeschwindigkeiten bis 0,7 m/min.

Das Dreikomponentengas (72% Ar + 20% He + 8% CO2) erzielte einen

rotierenden Sprhlichtbogen beim Drahtdurchmesser 1,0 mm ebenfalls

ausschlielich bei hheren Spannungswerten.

Gute Hochleistungsschweiergebnisse erbrachte der

Drahtdurchmesser 1,2 mm, wenn auch nur im konventionellen

Sprhlichtbogenbereich. Die erreichten Schweigeschwindigkeiten

lagen bei 0,7 m/min.

Das Zweikomponentengas aus 92% Ar + 8% CO2 erwies sich fr den

Drahtdurchmesser 1,0 mm bedingt geeignet zum Schweien mit

rotierendem Sprhlichtbogen, da ein stabiler Schweiproze nur in

einem kleinen Prozefenster mglich war. In Verbindung mit dem

Drahtdurchmesser 1,2 mm konnte der rotierende Sprhlichtbogen nur

einmal bei optimalen Schweiparametern erzeugt werden. Die

Schweigeschwindigkeit betrug 0,6 m/min. Besonders im

konventionellen Sprhlichtbogenbereich stellten sich gute Ergebnisse

ein.

Fr den Kontaktrohrabstand wurde ein Bereich betrachtet, der eine

sichere Lichtbogenrotation gewhrleistet. Ab einer freien Drahtlnge

von 25 mm war diese Voraussetzung erfllt.

Vor allem bei den Zweikomponentengasen zeigte sich, da bei

zunehmender Drahtvorschubgeschwindigkeit auch ein grerer

Kontaktrohrabstand zu whlen ist, um einen stabilen Schweiproze

mit rotierendem Sprhlichtbogen zu erhalten.

Bild 9. Querschliff an Kehlnaht,

Probe 406, s. Kap. 3.2.1

Bild 10. Querschliff an Kehlnaht

Probe 302, s. Kap. 3.2.1

2000 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 5/7 WM008900.doc; 08.00

Poren in der Schweiverbindung traten ausschlielich bei Versuchen

mit T.I.M.E.- Gas und beim Dreikomponentengas, den Gasen mit einem

Heliumanteil, auf. Eine Abhngigkeit von bestimmten Parametern wie

Kontaktrohrabstand oder Spannung war nicht zu erkennen.

Zusammenfassend ist zu bemerken, da das Schutzgas 96%Ar + 4%O2fr das MAG- Hochleistungsschweien mit rotierendem

Sprhlichtbogen von den hier untersuchten Schutzgasen als bestes

einzustufen ist. Sowohl die Stabilitt des Schweiprozesses als auch

seine Unempfindlichkeit gegenber Parameterschwankungen machen

den Einsatz dieses Schutzgases unter den Gesichtspunkten der

Verfgbarkeit des Gases und dessen Kosten interessant [7].

3.2.1 Ermittelte Schweiparameter

Die Schweiparameter , Tabelle 1, ergaben fr die jeweilige Draht-

Schutzgas- Kombination die hchstmglichen

Schweigeschwindigkeiten bei optimaler Nahtausbildung [7].

3.2.2 Hrtemessungen

Die ausgewhlten Schweiproben, Tabelle 1, wurden Hrtemessungen

unterzogen, Bild 11.

Die Werkstoffhrte wird mit dem Ziel ermittelt, die Bereiche hchster

Hrte festzustellen und ber die Hhe der Hrtezahlen Rckschlsse

auf das zu erwartende Werkstoffverhalten zu ziehen [9]. Von

entscheidender Bedeutung fr die Eigenschaften einer

Schweiverbindung ist, neben dem Schweigut (SG), die

Wrmeeinfluzone (WEZ).

Eine kritische Hrte stellt bei vielen Abnahmeorganisationen die Hrte

von 350 HV dar. Diese Hrte ergibt sich besonders unter schroffen

Abkhlbedingungen.

Durch die sehr hohen Strom- und Spannungswerte, bei vergleichsweise

geringer Schweigeschwindigkeit, wird von diesem Schweiverfahren

sehr viel Wrme in das Bauteil eingebracht, so da sich keine hohen

Hrtewerte einstellen knnen.

Alle gemessenen Hrtewerte liegen deutlich unter dem kritischen Wert

von 350 HV, Bild 12, [7].

3.2.3 Gefgeausbildung und mechanische Kennwerte

Zur komplexen Beurteilung der Gefgestruktur wurden Makro- und

Mikroschliffe von Schweigut und WEZ angefertigt.

Dazu waren Schweiungen an einem St 52-3 sowie an einem TM-

Stahl mit abgesenktem Kohlenstoffgehalt, L36TM (t=12mm),

herzustellen. Die chemische Zusammensetzung der Werkstoffe enthlt

Tabelle 2.

Die Schweiparameter der Proben 406 und 302 kamen zur

Anwendung. Sie stellten in den Untersuchungen die

Parameterkombinationen dar, mit denen ein optimaler Schweiproze

sichergestellt werden konnte.

Bild 12. Gemessener Hrteverlauf nach Vickers (HV5)

Bild 11. Aufgebrachte Hrtelinie

Gas Draht

[mm]

Us[V]

Is[A]

Vdr[m/min]

Gasflu

[l/min]

Kontaktrohrabst.

[mm]

Probe Schweigeschwindigkeit

[m/min]

1. T.I.M.E: 65%Ar + 8%CO2 +

0,5%O2 + 26,5%He

1,0 42 326 23 25 28 906 0,6

2. T.I.M.E: 65%Ar + 8%CO2 +

0,5%O2 + 26,5%He

1,2 48 500 26 25 29 206 0,7

3. 96%Ar + 4%O2 1,0 42 385 23 25 28 406 0,4

4. 96%Ar + 4%O2 1,2 48 500 26 25 33 302 0,5

5. 92%Ar + 8%CO2 1,0 42 342 27 25 32 504 0,4

6. 92%Ar + 8%CO2 1,2 48 486 26 25 33 602 0,6

7. 72%Ar + 8%CO2 + 20%He 1,0 42 334 23 25 28 806 0,5

8. 72%Ar + 8%CO2 + 20%He 1,2 48 500 26 25 29 706 0,7

Tabelle 1. Schweiparameter der Versuchsschweiungen

2000 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 6/7 WM008900.doc; 08.00

Die Ausbildung des Mikrogefges der WEZ des St 52-3 und eine

Kalkulation der Abkhlzeit (t8/5) mit dem schweitechnischen

Beratungssystem WELDWARE ergibt eine gute bereinstimmung.

Die gemessenen Hrtewerte konvergieren mit denen von WELDWARE

ermittelten. Sie lagen bei den geschweiten Proben um 270 HV5,

WELDWARE errechnet fr Abkhlzeiten ber 10 s Hrtewerte kleiner

278 HV. Ein Abkhlzeitbereich (t8/5) von ca. 10-20 s lt mechanische

Kennwerte erwarten, die bei ausreichender Festigkeit auch eine gute

Zhigkeit erreichen, Bild 13.

Abkhlzeiten ber 10 s stellen sich bei diesen Schweiparametern mit

Schweigeschwindigkeiten um 0,4 m/min ein.

Der thermomechanisch behandelte Stahl L36TM erbringt fr den von

WELDWARE auf Basis der Schweiparameter, kalkulierten

Abkhlzeitbereich ber 10 s, Hrtewerte unter 251 HV. Diese Werte

gelten fr 3-dimensionale Wrmeableitung, d.h. beim kritischen Fall des

Schweiens massiver Bauteile.

Bei den untersuchten Schweiproben wurden Maximalhrten in der

WEZ von 178 HV5 gemessen. Die Unterschreitung der kalkulierten

Hrtewerte kann darin begrndet sein, da die Schweiproben in ihren

Dimensionen zu klein waren, und es aufgrund des hohen

Wrmeeintrages nicht zu der in massiven Bauteilen schnellen

Wrmeableitung kam.

Die Auswertung der Gefgeaufnahmen weist keine Martensitanteile auf,

ein Fakt dafr, da die Abkhlzeit ber 12 s liegen mu. Das lt auf

die in Bild 14 dargestellten mechanischen Kennwerte schlieen.

Es zeigt sich, da das HIGH- SPEED Schweien von

thermomechanisch behandelten Sthlen, die sich durch geringe

Kohlenstoffgehalte auszeichnen, problemlos durchfhrbar ist [7].

Bild 13. Mechanische Kennwerte des St 52-3 in Abhngigkeit von der Abkhlzeit t8/5

Bild 14. Mechanische Kennwerte des L36TM in Abhngigkeit von der Abkhlzeit t8/5

C Si Mn P S Cr Ni Mo V

ST 52-3 0,140 0,440 1,410 0,011 0,015 0,052 0,001 0,020 0,003

L36TM 0,090 0,430 1,400 0,011 0,0007 0,023 0,026 0,005 0,001

Tabelle 2. Chemische Zusammensetzung der Versuchswerkstoffe

2000 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 7/7 WM008900.doc; 08.00

4 Praktische Erfahrungen und Perspektiven

Die Anwendungsgebiete des MAG- Hochleistungsverfahrens HIGH-

SPEED ergeben sich automatisch durch eine hhere

Schweigeschwindigkeit beim konventionellen

Sprhlichtbogenschweien im Bereich kleiner und mittlerer

Materialdicken.

Der rotierende Sprhlichtbogen wird vorwiegend bei mittleren bis

groen Materialdicken zum Einsatz gelangen.

Die hohe Abschmelzleistung lt sich vor allem in Wannenlage

umsetzen. Die flache Nahtform und die sichere Flankenbindung

qualifizieren diesen Schweiproze auch fr dynamisch beanspruchte

Bauteile.

Damit stellt das MAG- Hochleistungsschweien eine echte Alternative

zum Unterpulverschweien dar. berall dort, wo keine UP-

Schweianlage zur Verfgung steht, oder der notwendige Platzbedarf

aus konstruktiven Grnden nicht bereit gestellt werden kann, ist an eine

Anwendung zu denken.

Auerdem ist die Stromquelle integralinverter MIG 500 HIGH- SPEED durch

geringere Baugre und zustzliche Schweiprogramme zum

manuellen Schweien flexibler als die UP- Maschine. Ein Praxisbeispiel

aus einem Stahlbaubetrieb wird dies belegen.

Dort werden 20 mm dicke Flachprofile auf Kastenprofile der

Wandstrke 10 mm geschweit. Der Werkstoff ist ein St 52-3, die

Nahtvorbereitung der Lngsnaht ein V.

In der Vergangenheit wurde die Schweiaufgabe durch

vollmechanisiertes MAG- Schweien gelst. Die Anschaffung einer UP-

Stromquelle sollte hierbei die Wirtschaftlichkeit erhhen, denn eine

einzige Lage kann die vorherigen drei Lagen ersetzen.

Da dieses Produkt nicht stndig zu fertigen ist, mssen bei einer

Investitionsrechnung natrlich die Maschinenauslastung und die

komplette Vielfalt der zu schweienden Teile des Betriebes beachtet

werden. Die HIGH- SPEED- Maschine ist hier klar im Vorteil.

Tabelle 3 stellt das alte und das neue Schweiverfahren , bezogen

auf 1m Schweinaht, gegenber.

In diesem Fall wird eine 1,2 mm Drahtelektrode der Qualitt SG2 mit

einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 26 m/min unter dem

Schutzgas 96% Ar + 4%O2 im rotierenden Sprhlichtbogen

verschweit.

Die Einsparung von Schutzgas und Arbeitszeit durch eine Erhhung der

Abschmelzleistung begrndet den wirtschaftlichen Einsatz des MAG-

Hochleistungsschweiens.

Schrifttum:

[1] Schellhase, M.:

Der Schweilichtbogen - ein technologisches Werkzeug.

Fachbuchreihe Schweitechnik, Band 84, Deutscher

Verlag fr Schweitechnik

(DVS) GmbH, Dsseldorf, 1985, S.60, 141, 144-146

[2] Farwer, A.:

MAG - Hochstromschweien - Stand der Entwicklung

und zuknftige Anwendungsmglichkeiten.

DVS- Berichte, Band 176, S.4-7.

[3] Trube, S. und Ladi, Z.:

Einflu der Schutzgas- Draht- Kombination auf die Stabilitt

der Werkstoffbergnge beim

MAG- Hochleistungsschweien.

Schweien & Schneiden 47 (1995), H.12, S.990-991.

[4] Killing, R.:

Schutzgase zum Lichtbogenschweien - schweitechnische

Eigenschaften.

Der Praktiker 45 (1993), H.8, S.451-454

[5] Borner, A.:

Verarbeitung thermomechanisch gewalzter Grobbleche

mit modernen Hochleistungsschweiverfahren.

Schweien & Schneiden 47 (1995), H.10, S. 850-851

[6] Dzelnitzki, D.:

Stand der Entwicklung von

Mehrproze-Schweistromquellen

DVS-Berichte, Band 176, S.248-251

[7] Anders, B.:

Untersuchung des Einflusses verschiedener Schutzgase

unter Vernderung der Schweiparameter beim

Hochleistungsschweien mit rotierendem Lichtbogen.

Bericht der Schweitechnischen Lehr- und

Versuchsanstalt Mecklenburg-

Vorpommern (1996)

[8] Dilthey, U. u.a.:

Schutzgase zum MAGM- Hochleistungsschweien,

Schweien & Schneiden 47 (1995), H.2, S.118-123

[9] N.N.:

Hardness testing in the heat affected zone of steel welds.

Wdg. World 25 (1987),

Heft 1/2, S.2/11, S.a.Dok. IIW-893-86.

K.Mertins,

Schweien & Schneiden 40 (1988), Heft 11, S.572

Alt Neu Einsparung

Anzahl der Lagen 3 1 2

Drahtvorschub-

geschwindigkeit

10 m/min 26 m/min

Schwei-

geschwindigkeit

0,46 m/min 0,40 m/min

Gesamtschweizeit 6,5 min 2,5 min 4 min

mittlerer Gasverbrauch 15 l/min 25 l/min

Gesamtgasverbrauch 97,5 l 62,5 l 35 l

Alt Neu Steigerung

Abschmelzleistung 5,3 kg/h 13,7 kg/h 8,4 kg/h

Tabelle 3. Gegenberstellung von MAG- und HIGH- SPEED -

Schweien bezogen auf 1m Schweinaht,

Drahtdurchmesser: 1,2 mm


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