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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/mm2.
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% CO2 und 92%Ar + 8% CO2
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% O2 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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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 Ausrüstung
Die Stromquelle integralinverter MIG 500 HIGH- SPEED®, Bild 5, ist für das MAG-
Hochleistungsschweißen als Inverterstromquelle auf 500A/60%ED
(400A/100% ED) ausgelegt.
Außerdem sind das MIG/MAG- Standard- und Impulsschweißen, das
WIG- Gleichstromschweißen, sowie das E- Hand- Schweißen
verfügbar. Möglich wird diese Kombination der Schweißverfahren durch
ein Inverterleistungsmodul. Vorteile des Inverters sind die im Verhältnis
kleineren Bauabmessungen, der hohe Wirkungsgrad, die
Unempfindlichkeit gegenüber Netzschwankungen und somit die sehr
gute Reproduzierbarkeit der Schweißparameter [6]. Die Steuerung der
Stromquelle erfolgt nach dem Einknopfsystem (Synergic). Über eine
programmierte Kennlinie wird die elektrische Leistung und die
Drahtvorschubgeschwindigkeit mit einem Bedienknopf stufenlos
eingestellt. Die Lichtbogenlänge kann zusätzlich korrigiert werden. Das
System aus Inverter und Steuerung befähigt den Lichtbogen auf
verschiedene Beeinflussungen sehr schnell zu reagieren, um
Leistungsparameter, unabhängig von der Kabellänge im
Schweißstromkreis, konstant zu halten [6].
Eine einfache Handhabung der Stromquelle ist mit dem Bedienmodul
„PROGRESS 4“, Bild 6, sichergestellt.
Es bietet dem Anwender die Möglichkeit, Schweißprogramme zu
erstellen und abzuspeichern. Über den Brennertaster können
unterschiedliche Arbeitspunkte abgerufen werden, die erstens mit einer
reduzierten Schweißleistung sicher starten (P1), damit
Anfangsbindefehler vermeiden und zweitens am Schweißnahtende eine
definierte Absenkung der Schweißleistung gestatten um den Endkrater
aufzufüllen (P4),Bild 7.
Außerdem kann der Anwender jederzeit während des Schweißens
durch Brennertasterdruck einen Arbeitspunkt niederer Leistung
aktivieren, der z.B. das Umschweißen von Werkstückecken ermöglicht
(P3).
Ein wichtiger Bestandteil ist die Drahtvorschubeinheit. Der
tachogeregelte 4- Rollen- Drahtvorschub mit hohem Anlaufdrehmoment
und Durchzugsvermögen garantiert stabile
Drahtvorschubgeschwindigkeiten bis 30 m/min.
Den hohen thermischen Belastungen muß der angeschlossene
Schweißbrenner standhalten. Sein konstruktiver Aufbau erfordert
sowohl die Wasserkühlung des Kontaktrohres als auch der
Schutzgasdüse. Ein Kontaktrohrrücksprung sichert auch bei längerem
Kontaktrohrabstand die ausreichende Schutzgasabdeckung der
Schweißnaht.
Bei manueller Anwendung werden Drahtvorschubgeschwindigkeiten bis
etwa 23 m/min im konventionellen Sprühlichtbogenbereich realisiert.
Darüber hinaus ist eine Vollmechanisierung bzw. Automatisierung
anzuraten. Die Stromquelle verfügt über beide Varianten.
Außerdem kann mit einer serienmäßigen Schnittstelle, jederzeit eine
Schweißdatendokumentation in Verbindung mit der
Meßwerterfassungs- und Überwachungssoftware Q-DOC 9000
vorgenommen werden, Bild 8.
100 200 300 400 500
10
20
30
40
50
Sch
wei
ßsp
annu
ng [V
]
Schweißstrom [A]
Drahtvorschub [m/min]2,5 6 12 20 30
KLB (MLB) K-SLB R-SLB
KLBKurzlichtbogen
MLBMischlichtbogen
K-SLBkonventionellerSprühlichtbogen
R-SLBrotierenderSprühlichtbogen
15mm 20mm 30mmKontaktrohr-abstand
Bild 4. Lichtbogenarten und ihre Leistungsbereiche [2]
Bild 5. Schweißstromquelle integralinverter MIG 500 HIGH- SPEED®
Bild 6. Bedienoberfläche „PROGRESS 4“
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3 Schweißtechnische Versuche-
Untersuchungsbericht der Schweißtechnischen Lehr- und
Versuchsanstalt Mecklenburg- Vorpommern (SLV)
3.1 Versuchsdurchführung
Um die praktische Anwendung, besonders des rotierenden
Sprühlichtbogens zu erweitern, führte die SLV in Rostock im Auftrag
von EWM High- Tech Precision Schweißtechnik GmbH zum Thema:
„Untersuchung des Einflusses verschiedener Schutzgase unter
Veränderung der Schweißparameter beim MAG-
Hochleistungsschweißen mit rotierendem Sprühlichtbogen“ [7] eine
Vielzahl von Schweißversuchen durch.
Ziel war es, optimale Schweißparameter und Randbedingungen für die
Schweißpraxis zu erarbeiten. Ausgegangen wurde dabei von den guten
Eigenschaften des rotierenden Sprühlichtbogens, kerbfreier Übergang
zwischen Grundwerkstoff und Schweißnaht 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) gegenüber zu stellen.
Unter Beibehaltung der Grundeinstellungen
� Schweißstromquelle: integralinverter MIG 500 HIGH- SPEED® von
EWM High- Tech Precision Schweißtechnik 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
� Schweißposition: Wanne (PA)
� Schweißgeschwindigkeit: 0,5 m/min
t
Schweißleistung
P
1.Takt 3.Takt
Gasvor-strömzeit
Schweißstrom P2Schweißstrom P2 Gasnachströmzeit
Zeit
2.Takt 4.Takt
Drahtrückbrand
verminderterSchweißstrom P3
Endkrater-strom P4
Start-stromP1
Bild 7. Programmablauf des „PROGRESS 4“- Bedienmoduls bei HIGH- SPEED®
Bild 8. Grafische Darstellung der Schweißparameter beim HIGH- SPEED® - Schweißen
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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 Schweißen der Kehlnähte erfolgte in Position PA (Wannenlage) bei
maschineller Brennerführung. Um die große Anzahl der
Versuchsparameter systematisch zu untersuchen, ohne die Anzahl der
Versuche unnötig in die Höhe zu treiben, wurde mit einem Faktorplan
gearbeitet.
Der Faktorplan der 1. Versuchsreihe hatte die Art 24.
Dabei variierten die einzustellenden Schweißparameter 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 Einfluß der Schutzgasmenge zeigte sich in Form von
Lichtbogenauswanderungen. Diese konnten bei höherem Durchfluß
minimiert werden. Da ab einer Schutzgasmenge von 25 l/min jedoch
keine erkennbare Verbesserung bei den o.g. Einstellungen auftrat,
wurde der Wert für alle Untersuchungen übernommen. Dadurch
reduzierte sich der weitere Versuchsablauf auf einen 23 - Faktorplan.
Die folgende Variation der Schweißparameter:
� Spannung
� Drahtvorschubgeschwindigkeit
� Kontaktrohrabstand
bezog sich auf jeden Drahtdurchmesser und jedes Schutzgas.
Als visuelle Bewertungskriterien der Schweißversuche dienten die
Rotation des Lichtbogens, die Prozeßstabilität und das äußere
Nahtaussehen (glatte Nahtoberfläche, keine Einbrandkerben, flache
Naht).
Auf dieser Basis wurden die maximal erzielbaren
Schweißgeschwindigkeiten (Schrittweite von 0,1 m/min) ermittelt.
Die Aufzeichnung der Schweißparameter erfolgte mit Hilfe der EWM-
Dokumentationssoftware Q- DOC 9000.
Zur Begutachtung der inneren Nahtqualität sind von allen Proben
Makroschliffe ausgewertet worden.
Zusätzliche Härtemessungen nach Vickers über die Schweißnaht
(DIN 1043-1) für die am besten beurteilten Schweißproben
vervollständigen die Untersuchungen zum MAG-
Hochleistungsschweißen [7].
3.2 Versuchsauswertung
Die schweißtechnischen Ergebnisse dieser Untersuchungen
verdeutlichen den Einfluß der verschiedenen Schutzgase auf den MAG-
Hochleistungsprozeß. So stellte sich vor allem das
Zweikomponentengas aus 96% Ar + 4 % O2 als optimales Schutzgas
dar. Sehr gute Schweißergebnisse sind schon bei relativ niedrigen
Spannungswerten für den rotierenden Sprühlichtbogen erreichbar.
Die Lichtbogenrotation war im Vergleich der vier Gase eindeutig am
besten. Es wurden Schweißgeschwindigkeiten bis 0,5 m/min erzielt,
ohne das es zu Auswanderungen des Lichtbogens und Einbrandkerben
kam, Bild 9 und 10.
Bei den Schweißungen mit T.I.M.E.- Gas trat der rotierende
Sprühlichtbogen nur bei höheren Spannungswerten auf. Die
Abhängigkeit vom Kontaktrohrabstand war hier am geringsten. Es
ergaben sich Schweißgeschwindigkeiten bis 0,7 m/min.
Das Dreikomponentengas (72% Ar + 20% He + 8% CO2) erzielte einen
rotierenden Sprühlichtbogen beim Drahtdurchmesser 1,0 mm ebenfalls
ausschließlich bei höheren Spannungswerten.
Gute Hochleistungsschweißergebnisse erbrachte der
Drahtdurchmesser 1,2 mm, wenn auch nur im konventionellen
Sprühlichtbogenbereich. Die erreichten Schweißgeschwindigkeiten
lagen bei 0,7 m/min.
Das Zweikomponentengas aus 92% Ar + 8% CO2 erwies sich für den
Drahtdurchmesser 1,0 mm bedingt geeignet zum Schweißen mit
rotierendem Sprühlichtbogen, da ein stabiler Schweißprozeß nur in
einem kleinen Prozeßfenster möglich war. In Verbindung mit dem
Drahtdurchmesser 1,2 mm konnte der rotierende Sprühlichtbogen nur
einmal bei optimalen Schweißparametern erzeugt werden. Die
Schweißgeschwindigkeit betrug 0,6 m/min. Besonders im
konventionellen Sprühlichtbogenbereich stellten sich gute Ergebnisse
ein.
Für den Kontaktrohrabstand wurde ein Bereich betrachtet, der eine
sichere Lichtbogenrotation gewährleistet. Ab einer freien Drahtlänge
von 25 mm war diese Voraussetzung erfüllt.
Vor allem bei den Zweikomponentengasen zeigte sich, daß bei
zunehmender Drahtvorschubgeschwindigkeit auch ein größerer
Kontaktrohrabstand zu wählen ist, um einen stabilen Schweißprozeß
mit rotierendem Sprühlichtbogen 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
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Poren in der Schweißverbindung traten ausschließlich bei Versuchen
mit T.I.M.E.- Gas und beim Dreikomponentengas, den Gasen mit einem
Heliumanteil, auf. Eine Abhängigkeit von bestimmten Parametern wie
Kontaktrohrabstand oder Spannung war nicht zu erkennen.
Zusammenfassend ist zu bemerken, daß das Schutzgas 96%Ar + 4%O2
für das MAG- Hochleistungsschweißen mit rotierendem
Sprühlichtbogen von den hier untersuchten Schutzgasen als bestes
einzustufen ist. Sowohl die Stabilität des Schweißprozesses als auch
seine Unempfindlichkeit gegenüber Parameterschwankungen machen
den Einsatz dieses Schutzgases unter den Gesichtspunkten der
Verfügbarkeit des Gases und dessen Kosten interessant [7].
3.2.1 Ermittelte Schweißparameter
Die Schweißparameter , Tabelle 1, ergaben für die jeweilige Draht-
Schutzgas- Kombination die höchstmöglichen
Schweißgeschwindigkeiten bei optimaler Nahtausbildung [7].
3.2.2 Härtemessungen
Die ausgewählten Schweißproben, Tabelle 1, wurden Härtemessungen
unterzogen, Bild 11.
Die Werkstoffhärte wird mit dem Ziel ermittelt, die Bereiche höchster
Härte festzustellen und über die Höhe der Härtezahlen Rückschlüsse
auf das zu erwartende Werkstoffverhalten zu ziehen [9]. Von
entscheidender Bedeutung für die Eigenschaften einer
Schweißverbindung ist, neben dem Schweißgut (SG), die
Wärmeeinflußzone (WEZ).
Eine kritische Härte stellt bei vielen Abnahmeorganisationen die Härte
von 350 HV dar. Diese Härte ergibt sich besonders unter schroffen
Abkühlbedingungen.
Durch die sehr hohen Strom- und Spannungswerte, bei vergleichsweise
geringer Schweißgeschwindigkeit, wird von diesem Schweißverfahren
sehr viel Wärme in das Bauteil eingebracht, so daß sich keine hohen
Härtewerte einstellen können.
Alle gemessenen Härtewerte liegen deutlich unter dem kritischen Wert
von 350 HV, Bild 12, [7].
3.2.3 Gefügeausbildung und mechanische Kennwerte
Zur komplexen Beurteilung der Gefügestruktur wurden Makro- und
Mikroschliffe von Schweißgut und WEZ angefertigt.
Dazu waren Schweißungen an einem St 52-3 sowie an einem TM-
Stahl mit abgesenktem Kohlenstoffgehalt, L36TM (t=12mm),
herzustellen. Die chemische Zusammensetzung der Werkstoffe enthält
Tabelle 2.
Die Schweißparameter der Proben 406 und 302 kamen zur
Anwendung. Sie stellten in den Untersuchungen die
Parameterkombinationen dar, mit denen ein optimaler Schweißprozeß
sichergestellt werden konnte.
Bild 12. Gemessener Härteverlauf nach Vickers (HV5)
Bild 11. Aufgebrachte Härtelinie
Gas Draht ����
[mm]
Us
[V]
Is
[A]
Vdr
[m/min]
Gasfluß
[l/min]
Kontaktrohrabst.
[mm]
Probe Schweißgeschwindigkeit
[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. Schweißparameter der Versuchsschweißungen
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Die Ausbildung des Mikrogefüges der WEZ des St 52-3 und eine
Kalkulation der Abkühlzeit (t8/5) mit dem schweißtechnischen
Beratungssystem WELDWARE ergibt eine gute Übereinstimmung.
Die gemessenen Härtewerte konvergieren mit denen von WELDWARE
ermittelten. Sie lagen bei den geschweißten Proben um 270 HV5,
WELDWARE errechnet für Abkühlzeiten über 10 s Härtewerte kleiner
278 HV. Ein Abkühlzeitbereich (t8/5) von ca. 10-20 s läßt mechanische
Kennwerte erwarten, die bei ausreichender Festigkeit auch eine gute
Zähigkeit erreichen, Bild 13.
Abkühlzeiten über 10 s stellen sich bei diesen Schweißparametern mit
Schweißgeschwindigkeiten um 0,4 m/min ein.
Der thermomechanisch behandelte Stahl L36TM erbringt für den von
WELDWARE auf Basis der Schweißparameter, kalkulierten
Abkühlzeitbereich über 10 s, Härtewerte unter 251 HV. Diese Werte
gelten für 3-dimensionale Wärmeableitung, d.h. beim kritischen Fall des
Schweißens massiver Bauteile.
Bei den untersuchten Schweißproben wurden Maximalhärten in der
WEZ von 178 HV5 gemessen. Die Unterschreitung der kalkulierten
Härtewerte kann darin begründet sein, daß die Schweißproben in ihren
Dimensionen zu klein waren, und es aufgrund des hohen
Wärmeeintrages nicht zu der in massiven Bauteilen schnellen
Wärmeableitung kam.
Die Auswertung der Gefügeaufnahmen weist keine Martensitanteile auf,
ein Fakt dafür, daß die Abkühlzeit über 12 s liegen muß. Das läßt auf
die in Bild 14 dargestellten mechanischen Kennwerte schließen.
Es zeigt sich, daß das HIGH- SPEED® Schweißen von
thermomechanisch behandelten Stählen, die sich durch geringe
Kohlenstoffgehalte auszeichnen, problemlos durchführbar ist [7].
Bild 13. Mechanische Kennwerte des St 52-3 in Abhängigkeit von der Abkühlzeit t8/5
Bild 14. Mechanische Kennwerte des L36TM in Abhängigkeit von der Abkühlzeit 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
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4 Praktische Erfahrungen und Perspektiven
Die Anwendungsgebiete des MAG- Hochleistungsverfahrens HIGH-
SPEED® ergeben sich automatisch durch eine höhere
Schweißgeschwindigkeit beim konventionellen
Sprühlichtbogenschweißen im Bereich kleiner und mittlerer
Materialdicken.
Der rotierende Sprühlichtbogen wird vorwiegend bei mittleren bis
großen Materialdicken zum Einsatz gelangen.
Die hohe Abschmelzleistung läßt sich vor allem in Wannenlage
umsetzen. Die flache Nahtform und die sichere Flankenbindung
qualifizieren diesen Schweißprozeß auch für dynamisch beanspruchte
Bauteile.
Damit stellt das MAG- Hochleistungsschweißen eine echte Alternative
zum Unterpulverschweißen dar. Überall dort, wo keine UP-
Schweißanlage zur Verfügung steht, oder der notwendige Platzbedarf
aus konstruktiven Gründen nicht bereit gestellt werden kann, ist an eine
Anwendung zu denken.
Außerdem ist die Stromquelle integralinverter MIG 500 HIGH- SPEED® durch
geringere Baugröße und zusätzliche Schweißprogramme zum
manuellen Schweißen flexibler als die UP- Maschine. Ein Praxisbeispiel
aus einem Stahlbaubetrieb wird dies belegen.
Dort werden 20 mm dicke Flachprofile auf Kastenprofile der
Wandstärke 10 mm geschweißt. Der Werkstoff ist ein St 52-3, die
Nahtvorbereitung der Längsnaht ein V.
In der Vergangenheit wurde die Schweißaufgabe durch
vollmechanisiertes MAG- Schweißen gelöst. Die Anschaffung einer UP-
Stromquelle sollte hierbei die Wirtschaftlichkeit erhöhen, denn eine
einzige Lage kann die vorherigen drei Lagen ersetzen.
Da dieses Produkt nicht ständig zu fertigen ist, müssen bei einer
Investitionsrechnung natürlich die Maschinenauslastung und die
komplette Vielfalt der zu schweißenden Teile des Betriebes beachtet
werden. Die HIGH- SPEED®- Maschine ist hier klar im Vorteil.
Tabelle 3 stellt das „alte“ und das „neue“ Schweißverfahren , bezogen
auf 1m Schweißnaht, gegenüber.
In diesem Fall wird eine 1,2 mm Drahtelektrode der Qualität SG2 mit
einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 26 m/min unter dem
Schutzgas 96% Ar + 4%O2 im rotierenden Sprühlichtbogen
verschweißt.
Die Einsparung von Schutzgas und Arbeitszeit durch eine Erhöhung der
Abschmelzleistung begründet den wirtschaftlichen Einsatz des MAG-
Hochleistungsschweißens.
Schrifttum:
[1] Schellhase, M.:
Der Schweißlichtbogen - ein technologisches Werkzeug.
Fachbuchreihe Schweißtechnik, Band 84, Deutscher
Verlag für Schweißtechnik
(DVS) GmbH, Düsseldorf, 1985, S.60, 141, 144-146
[2] Farwer, A.:
MAG - Hochstromschweißen - Stand der Entwicklung
und zukünftige Anwendungsmöglichkeiten.
DVS- Berichte, Band 176, S.4-7.
[3] Trube, S. und Ladi, Z.:
Einfluß der Schutzgas- Draht- Kombination auf die Stabilität
der Werkstoffübergänge beim
MAG- Hochleistungsschweißen.
Schweißen & Schneiden 47 (1995), H.12, S.990-991.
[4] Killing, R.:
Schutzgase zum Lichtbogenschweißen - schweißtechnische
Eigenschaften.
Der Praktiker 45 (1993), H.8, S.451-454
[5] Borner, A.:
Verarbeitung thermomechanisch gewalzter Grobbleche
mit modernen Hochleistungsschweißverfahren.
Schweißen & Schneiden 47 (1995), H.10, S. 850-851
[6] Dzelnitzki, D.:
Stand der Entwicklung von
Mehrprozeß-Schweißstromquellen
DVS-Berichte, Band 176, S.248-251
[7] Anders, B.:
Untersuchung des Einflusses verschiedener Schutzgase
unter Veränderung der Schweißparameter beim
Hochleistungsschweißen mit rotierendem Lichtbogen.
Bericht der Schweißtechnischen Lehr- und
Versuchsanstalt Mecklenburg-
Vorpommern (1996)
[8] Dilthey, U. u.a.:
Schutzgase zum MAGM- Hochleistungsschweißen,
Schweißen & 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,
Schweißen & Schneiden 40 (1988), Heft 11, S.572
Alt Neu Einsparung
Anzahl der Lagen 3 1 2
Drahtvorschub-
geschwindigkeit
10 m/min 26 m/min
Schweiß-
geschwindigkeit
0,46 m/min 0,40 m/min
Gesamtschweißzeit 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. Gegenüberstellung von MAG- und HIGH- SPEED® -
Schweißen bezogen auf 1m Schweißnaht,
Drahtdurchmesser: 1,2 mm
