FT_04

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Minimierung der Energieeinbringung
– hohe thermische Wirkungsgrade
Minimierung der Spritzerbildung
– Abregeln der elektrischen Leistung im Kurzschlussfall
– Schnelles Absenken des Schweißstromes
– Gesteuertes Auflösen des Kurzschlusses
– Mechanisch/Elektrisch => CMT (Fronius)
– Elektrisch => ColdArc (EWM), FastROOT (Kemppi), u.a.
Kombination stromgeführter Kurzschlussprozesse mit Impulslichtbogenphasen
möglich!
– Nahezu stufenlose Steigerung der Prozessenergie von Minimaleintrag bis „heiß“
sehr spritzerarm und durch die relativ niedrigen Kurzschlussströme wird der Energieeintrag
in den Grundwerkstoff minimiert, so dass dünne Bleche sicherer und verzugsärmer gefügt werden können.

im Bereich der Wurzel- und Dünnblechschweißung genutzt

Verminderte Energieeinbringung bei gleicher Abschmelzleistung, daher
geringere Neigung zum Durchfallen und Eignung für wärmeempfindliche
Grundwerkstoffe (z.B. Ni-Basis)

im Kurzschluss daswird Stromniveau auf ein sehr geringes Maß reduziert und synchron zum Kurzschluss die Drahtförderrichtung umgekehrt.Somit geht der Tropfen nahezu stromlos und nur unter
Einfluss der Oberflächenspannung in das Schmelzbad über.
Tropfenablösung durch Rückwärtsbewegung des Drahtes (mechanische Tropfenablösung)

=>Hierdurch lässt sich die in das Werkstück eingebrachte Energie deutlich reduzieren.

Ansatz zur Reduzierung des Energieeintrages in den Grundwerkstoff

Der Cold Weld Prozess (CW) basiert im Gegensatz zum CMT- Prozess nicht auf dem
Kurzlichtbogenverfahren, sondern auf dem Impulsschweißverfahren
CW-Prozess nutzt wechselnde Polaritäten (AC-Prozess)
Während der positiven Phase (Elekrode positiv) wird mehr Wärme in das Werkstück
geleitet, während in der negativen Phase (Elekrode negativ) die Drahtelektrode stärker
erwärmt und aufgeschmolzen wird.Effekt genutzt, dass bei negativer Polung mehr Energie im Draht umgesetzt wird.Es bilden sich größere Tropfen und ein kleineres Schmelzbad. Auf diese Weise lässt sich
die Wärmeeinbringung in den Grundwerkstoff deutlich verringern
– > Beeinflussung von Einbrand und dem Verhältnis von el. Leistung und Abschmelzleistung

Durch die Ausbildung größerer Tropfen in der Negativphase weist das AC-MIGSchweißen
eine ausgezeichnete Spaltüberbrückbarkeit auf.

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Erhöhung der Abschmelzleistung durchVerwendung zweier Drahtelektroden

Erhöhung des Abschmelzwirkungsgradesdurch Vergrößerung des VerhältnissesOberfläche / Volumen, rel. Erhöhung Joulesche Widerstandserwärmung

Höhere Schweißgeschwindigkeiten
– rel. geringere Streckenenergie
– Auch Eignung für dünnere Bleche

Technologie
– Großer Brenner, eingeschränkte Zugänglichkeit
– Vorzugsrichtung bei der Automatisierungbeachten!
– Gegenseitige Beeinflussung der Lichtbögen
– Lösung: Getrennte Potentiale,alternierendes Pulsen (Phasenversatz
von 180° geschweißt, d.h. der eine Lichtbogen befindet sich in der Pulsstromphase
während der andere sich gerade in der Grundstromphase befindet. Dadurch wird die
gegenseitige Beeinflussung der beiden Lichtbögen auf ein Minimum beschränkt.).

-hohe Schweißgeschwindigkeiten
-hohe Abschmelzleistungen => Wirtschaftlichkeit des MSG-Schweißens
-sehr guteSpaltüberbrückbarkeit
-verringert den Energieeintrag in den Grundwerkstoff im
Gegensatz zu einer vergleichbaren Abschmelzleistung beim Eindrahtschweißen, da
der nachlaufende Lichtbogen kein Schmelzbad mehr erzeugen muss.

G= Schutzgassschweißen
46 = Kennziffer für die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften des Schweißgutes
3=Kennzeichen für die Kerbschlagarbeit des Schweißgutes
M21 =Kennzeichen für Schutzgase
G3Si1=Kurzzeichen für die chemische Zusammensetzung für Drahtelektroden

Der Grundwerkstoff und sein Einsatzgebiet bestimmen maßgeblich den zu verwendenen Zusatzwerkstoff.

Sichere Flankenerfassung, unempfindlich gegen Bindefehler
Gute Benetzung, kerbfreie Übergänge, glatteSchweißnahtoberflächen
Hohe Sicherheit gegenüber Rissen im Schweißgut
Spritzerarmer Tropfenübergang
Hohe Prozessstabilität
Röntgensichere Nähte
Einsatzmöglichkeit von Mikrolegierungselementen
Gute Zwangslageneignung
Wirtschaftliche Fertigung

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Massivdrähten

Fülldrähte:
-bestehen aus einem metallischen Rohr und einer pulverförmigen Kernfüllung
-zwischen formgeschlossenen und spaltfreien Elektroden unterschieden
-Fülldrähte enthalten Lichtbogenstabilisatoren, Schlackebildner und
Legierungselemente, die einen ruhigen Schweißprozess begünstigen, zu einem guten
Schutz der erstarrenden Naht vor der Atmosphäre beitragen und zumeist sehr gute
mechanische Gütewerte gewährleisten

Füllstoffe beeinflussen:
Schlacke, Lichtbogenstabilität,Nahtgeometrieund Oberfläche,mechanisch-technologischeEigenschaften

Nachteil: Herstellung ist aufwändig,deshalb teuer und selektiver Einsatz

rutiler Typ

basischer Typ

Metallpulver

stabiler Lichtbogen undwenig Spritzer
guter Seiteneinbrand
weniger Einbrand in derNahtmitte im Vergleich zuMassivdraht
glatte Nahtoberfläche undgute Schlackenentfernbarkeit
Drähte mit schnellerstarrender Schlackegünstig für das Schweißenin Zwangspositionen an
dickeren Werkstücken
mechanisch-technologischeEigenschaften desSchweißgutes, besondersbei tieferen Temperaturen,
stark vom Legierungstypdes Drahtes abhängig

gute mechanisch-technologische Schweißguteigenschaften
Werkstoffübergang grobtropfige und Raupe weniger glatt als bei Rutilfüllung
beim Schweißen mit CO2 mehr Spritzer als bei Ar-CO2-Gemischen
Stromquellen mit guten dynamischen Eigenschaften erforderlich
Brennerpolung nach Herstellerangaben beachten (häufig Minuspolung)!

im Kurzlichtbogenbereich wenigerSpritzer als beim Massivdraht
für Wurzelschweißungen gutgeeignet
der Sprühlichtbogenbereichbeginnt früher als beim Massivdraht
bessere Wiederzündfähigkeit undweniger Rauch als bei schlackebildendenFülldrähten
mehr Widerstandserwärmung imfreien Drahtende als bei Massivdrähten
Höhere Abschmelzleistung als beiMassivdrähten bei gleichen Einstellungen und Randbedingungen

Das MSG-Schweißen

– der verarbeitbaren Werkstoffe
– der Blech- und Werkstückdicken
– der Schweißposition und des -ortes

(verarbeitete Menge Zusatzmaterial pro Zeit) als Maß für die Wirtschaftlichkeit

Wesentlicher Kennwert für die Wirtschaftlichkeit eines Fügeverfahrens ist die sog.
Abschmelzleistung, definiert als Verhältnis der abgeschmolzenen Menge
Zusatzmaterial zur für das Abschmelzen benötigten Zeit. Hier zeichnet sich die Familie
der MSG-Verfahren durch eine große Bandbreite der Abschmelzleistung aus. In
Kombinationen mit den relativ niedrigen Investitionen für die Anschaffung der
Lichtbogentechnologie stellt sich das MSG-Schweißen wirtschaftlich äußerst positiv
dar.

In der DIN 1910-100 wird das Schutzgasschweißen in das Metall-
Schutzgasschweißen und das Wolfram-Schutzgasschweißen unterschieden.

Im Gegensatz zum Wolfram-Schutzgasschweißen wird beim Metall-Schutzgasschweißen
(MSG) mit einer abschmelzenden Drahtelektrode gearbeitet.

Dabei wird in das Metall- Inertgasschweißen (MIG) und in das Metall-Aktivgasschweißen (MAG-Schweißen,Schutzgas enthält O2 und/oder O2) unterteilt. Daneben gibt es zwei Varianten, das Elektrogas- und das Engspaltschweißen sowie das Plasma-Metall- Schutzgasschweißen, als Kombination aus Plasma- und MIG-Schweißen.

Vorteile:

hohen Abschmelzleistung
geringe Anlagen- und Betriebskosten
seine Baustelleneignung,
Flexibilität hinsichtlich der Schweißposition
hervorragende Automatisierbarkeit

Aufgrund seiner hohen Abschmelzleistung und verhältnismäßig geringen Anlagen- und
Betriebskosten ist das MSG-Schweißen in vielen Bereichen der metallverarbeitenden
Industrie das Standardfügeverfahren.

Insbesondere durch seine Baustelleneignung,
seiner Flexibilität hinsichtlich der Schweißposition und seine hervorragende
Automatisierbarkeit wird das Verfahren im Bereich Schiffbau, Automotive,
Pipeline/Anlagenbau und Stahlbau eingesetzt.

Schlechte Nachtqualität

In Bereichen, in denen allerhöchste Nahtgüte und –sicherheit verlangt werden (z.B. Luft- und Raumfahrttechnik, Nukleartechnik), kommen MSG-Verfahren in der Regel nicht zum Einsatz. Hier werden, so denn ein Lichtbogenverfahren zum Einsatz kommen sollte, WIG-Prozesse favorisiert, welche durch ihre weitestgehende Trennung von Material- und Energiezufuhr technologische Vorteile hinsichtlich der Schweißnahtqualität bieten.

+ alle relevanten metallischen
Werkstoffe
+ hohe/flexible Abschmelzleistung
+ gute Nahtqualität
+ große Anwendungsbandbreite
+ geeignet für Zwangslagen
+ wirtschaftliches Verfahren
(Anschaffung, Abschmelzleistung)

–Aufgrund abschmelzender Elektrode Energie- und Massetransport gekoppelt !
–Verfahren empfindlich gegenüber
Bindefehler
Nahtansatzfehler
Endkraterfehler
Zugluft
Porenbildung

DIe Steuerung des Schweißprozesses die wichtigste Baugruppe. Diese Steuerung regelt den
Schweißprozess und gewährleistet, dass die eingestellten Schweißparameter
während des Prozesses eingehalten werden.
Der wesentliche Unterschied zum WIG-Prozess ist die direkte Kopplung von
Energiezufuhr und Einbringung des abschmelzenden Zusatzwerkstoffes, dies erwirkt
zwar eine wirtschaftliche Abschmelzleistung, kann aber zu technologisch bedingten
Schweißnahtungänzen führen.

Beim WIG-Schweißen ist die Elektrode üblicherweise negativ polt
ist, um das Abschmelzen der Wolframelektrode zu verhindern

Beim MSGSchweißen wird der Effekt genutzt, dass der positive Pol stärker erwärmt wird als der negative. Dadurch schmilzt die zugeführte Drahtelektrode besser ab.

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„Zwei-Rollen-Antriebe:

In einfachen Geräten werden „Zwei-Rollen-Antriebe“ zur Drahtförderung verwendet.
Der Draht wird von einer Drahthaspel abgezogen und in das Schlauch-paket
ge-för-dert. Die Förderrolle wird von einem Elektromotor angetrieben und muss an den
zu fördernden Werkstoff angepasst sein. Je nach verwendetem Zusatzwerkstoff wird
eine entsprechende Nutform gewählt. Mit der Gegendruckrolle wird die zur Förderung
benö-tigte Reib-kraft aufgebracht.

Vier-Rollen-Antrieb:
Etwas aufwendiger, aber nach dem gleichen Prinzip, arbeitet der Vier-Rollen-Antrieb.
Hierbei ist durch das zweite Rollen-paar eine höhere Fördersi-cher-heit, wegen des
geringeren Schlupfes, ge-ge-ben.

Push-Pull System
Besonders im Bereich der automatisierten MSGProzesse
werden sogenannte Push-Pull System genutzt. Hierbei wird der haspelnahe
Antrieb (push) durch einen weiteren, brennernahen Antrieb (pull) unterstützt. Beide
Antriebe sind hinsichtlich ihrer Fördergeschwindigkeit synchronisiert und ermöglichen
als Gesamtsystem eine zuverlässige Drahtförderung, welche sich invariant bzgl. der
Bewegung des Schlauchpaketes zeigt.

– Bereich der Elektronenbereitstellung
– dünne Schicht positiver Ladungsträger vor der Kathode
– Potentialabfall kann für eine Anwendung konstant angenommen werden

– Bereich der kontinuierlichen, selbstständigen Entladung

– Bereich der Elektronenaufnahme
– Elektronenwolke vor der Anode
– Potentialabfall kann für eine Anwendung konstant
angenommen werden

Katodenfall (beim MSGProzess i.d.R. am Werkstück), Lichtbogensäule und Anodenfall (am Drahtende).

In jedem der drei Bereiche wird thermische Energie bereitgestellt, wobei der größte
Umsatz im Katodenfall am Werkstück erfolgt. Die bereitgestellten thermischen
Leistungen entsprechen den in den jeweiligen Lichtbogenbereichen umgesetzten el.
Leistungen (PAnode/Katode/Lichbogensäule=UAnode/Katode/Lichbogensäule * ISchweiß).

Die in den Fallgebieten zu überwindenden el. Potentialgefälle können vereinfacht als konstant
angesehen werden, der Potentialabfall in der Lichtbogensäule kann als proportional
zu deren Länge angenommen werden. Im freien Drahtende wird durch Joulesche
Widerstandserwärmung ebenfalls Wärmeenergie umgesetzt, welche maßgeblich zum
Erschmelzen des Zusatzmaterials beiträgt. Misst man die Schweißspannung zwischen
Schweißbrenner und Werkstück so entspricht diese der Summe aus
Lichtbogenspannung und dem Potentialabfall im freien Drahtende.

Im inneren der Schweißstromquelle wird die primäre elektrische Energie bereitgestellt,
wobei moderne Schweißstromquellen komplexe Reglerstrukturen zur optimalen
Prozessführung nutzen.

An den Anschlussklemmen der Schweißstromquelle wird die Quellenspannung bereitgestellt. Diese teilt sich schlussendlich in die Schweißspannung zwischen Schweißbrenner und Werkstück und den ohmschen und induktiv bedingten Spannungsabfällen im äußeren Schweißkabelkreis auf.

Querschnitt und Länge der Schweißkabel bestimmen hierbei den ohmschen Spannungsabfall, die aufgespannte Fläche, bzw mögliche Schweißkabelwicklungen (z.B. bei zu langen Kabeln) definieren die Induktivität des Schweißkabelkreises, welche großen Einfluss auf das dynamische Verhalten des MSG-Prozesses hat.

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