FT_04
a
a
SKizziere die Verschiedenen Arbeitsbereiche der Lichtbogenarten im V/A bzw V/m/min Diagramm
a
Gib eine zusammenfassung der Lichtbogenarten beim konventionellen MIG/MAG – Schweißen anhand folgender Tabelle
a
Nenne die verschiedenen Lichtbogen, Werkstoffübergang und deren Anwendung
a
Welche Weiterentwicklung des Kurzlichtbogens bringen Digital geregelte Kurzlichtbogenprozesse
Wo werden sie genutzt?
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
Nenne MSG-Prozesse, welche sich durch eine verminderte Energieeinbringung in den Grundwerkstoff auszeichnen
Was ist deren Vorteil?
Verminderte Energieeinbringung bei gleicher Abschmelzleistung, daher
geringere Neigung zum Durchfallen und Eignung für wärmeempfindliche
Grundwerkstoffe (z.B. Ni-Basis)
Beschreibe die Eigenschaften und skizziere das v/t I/t und U/t Diagramm des "CMT mechanische Tropfenablösung"
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.
Eigenschaften und U/t I/t Diagramm des Cold Weld Prozess (CW)
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.
Beschreibe den Aufbau des MSG-Tandem-Schweißen
a
Eigenschaften des MSG-Tandem-Schweißen
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.).
Vorteile des MSG_Tandemschweißen
-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.
Drahtelektroden und Schweißgut nach ISO 14341-A
(MSG-Schweißen von unleg. und Feinkornbaustählen)
Woür steht was?
ISO 14341-A-G 46 3 M21 G3Si1
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
Nennen sie Anwendungsbereiche der Drahtelektroden
Was bestimmt maßgeblich den zu verwendenen Zusatzwerkstoff?
Der Grundwerkstoff und sein Einsatzgebiet bestimmen maßgeblich den zu verwendenen Zusatzwerkstoff.
Vorteile und positive Eigenschaften von MSG-Prozessen mit Fülldrahten
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
Formen von Fülldrahtelektroden
a
Welche Drahtarten werden zum Metall-Schutzgasschweißen eingesetzt?
Beschreiben sie deren aufbau
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
Nenne Füllungstypen von Fülldrahtelektroden
Was enthalten sie? Was wird dadurch beeinflusst?
Nachteile?
Füllstoffe beeinflussen:
Schlacke, Lichtbogenstabilität,Nahtgeometrieund Oberfläche,mechanisch-technologischeEigenschaften
Nachteil: Herstellung ist aufwändig,deshalb teuer und selektiver Einsatz
Nenne die 3 Typen der Fülldrahtelektorde
rutiler Typ
basischer Typ
Metallpulver
Eigenschaften und Anwendungshinweise zu Fülldrahtelektroden rutiler Typ
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
Eigenschaften und Anwendungshinweise zu Fülldrahtelektroden basischer Typ
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)!
Eigenschaften und Anwendungshinweise zu Fülldrahtelektroden "Metallpulver"
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
Für welche Werkstoffe wird MSG verwendet?
Durch welche Entwicklung ist es erst möglich geworden?
Das Metall-Schutzgasschweißverfahren (MSG), ist das wichtigste Schmelzschweißverfahren für un- und niedriglegierte Stähle
Ermöglicht wurde das Schweißen unter reinem CO2 erst durch die Entwicklung von
Drahtelektroden, die den unter aktiven Schutzgasen erhöhten Abbrand von
Legierungselementen entgegen wirken konnten
Welches ist das in der Praxis am meisten eingesetzte Schweißverfahren?
Das MSG-Schweißen
hinsichtlich was ist das MSG-Schweißen sehr flexibel?
– der verarbeitbaren Werkstoffe
– der Blech- und Werkstückdicken
– der Schweißposition und des -ortes
Was ist die Abschmelzleistung?
(verarbeitete Menge Zusatzmaterial pro Zeit) als Maß für die Wirtschaftlichkeit
Stelle Bildlich dar wie sich das MSG hinsichtlich der Abschmelzleistung im Vergleich zu anderen Schweißverfahren schlägt.
Wofür ist die Abschmelzleistung ein wesentlicher Kennwert?
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.
Wie wird nach DIN EN 4063 das Schutzgasschweißen unterschieden?
Wie unterscheiden sich die Verfahren?
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.
Wie wird nach DIN EN 4063 das Metall-Schutzgasschweißen unterschieden?
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.
Nenne die Vorteile des MSG-Schweißens?
Welche Anwendungsgebiete ergeben sich daraus?
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.
Was sind die Nachteile des MSG?
Welche Anwendungsgebiete sind daher eher untypisch für MSG?
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.
Nenne Vor und Nachteile des MIG/MAG-Schweißverfahren
+ 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
Skizziere Aufbau einer MIG/MAG-Schweißanlage
Was ist die Wichtigste Komponente?
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.
Wie ist die Elektrode beim WIG-Schweißen üblicherweise negativ polt? Warum?
Welcher Effekt wird beim MSG genutzt?
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.
Beschrifte den Handbrenner für das MSG-Schweißen
a
Nenne und beschreibe verschiedene Drahtfördereinrichtungen
„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.
Was ist der Kathodenfall?
– Bereich der Elektronenbereitstellung
– dünne Schicht positiver Ladungsträger vor der Kathode
– Potentialabfall kann für eine Anwendung konstant angenommen werden
Was ist die Lichtbogensäule
– Bereich der kontinuierlichen, selbstständigen Entladung
Was ist der Anodenfall
– Bereich der Elektronenaufnahme
– Elektronenwolke vor der Anode
– Potentialabfall kann für eine Anwendung konstant
angenommen werden
In welche drei Bereiche lässt sich Der Schweißlichtbogen unterteilen?
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.
Beschreibe das Prinzip und das elektrische Ersatzbild des MSG-Prozesses
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.
BEschreiben die Lichtbogenkennlinie im U/I-Diagramm
a
-
- 1 / 75
-
Cartes-fiches
Was ist der Anodenfall
– Bereich der Elektronenaufnahme
– Elektronenwolke vor der Anode
– Potentialabfall kann für eine Anwendung konstant
angenommen werden
In welche drei Bereiche lässt sich Der Schweißlichtbogen unterteilen?
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.
Beschreibe das Prinzip und das elektrische Ersatzbild des MSG-Prozesses
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.
BEschreiben die Lichtbogenkennlinie im U/I-Diagramm
a
Was gibt die Lichtbogenlnge an?
Durch welche Faktoren wir ihr Verlauf bestimmt?
Welchen Einschränkung hat die statische Beschriebung der Lichbogenlänge im U/I-Diagramm?
Die Lichtbogenkennlinie gibt das (lineare) Verhältnis von Lichtbogenspannung zu
Lichtbogenstromstärke an.
Ihr Verlauf wird u. a. durch nachstehende Einflussfaktoren bestimmt:
– Schweißstromstärke
– Lichtbogenlänge
– Lichtbogenlänge ist dabei proportional zur Schweißspannung
– Form, Werkstoff und Oberflächenbeschaffenheit von Kathode und Anode
– Art und Zusammensetzung des Schutzgases
– Ionisationsgrad in der Lichtbogensäule
Lichtbogenkennlinie wird statisch im U/IDiagramm angenähert, der Lichtbogen ist
allerdings ein hochdynamisches System
Welche Bereiche des Lichtbogens werden schweißtechnisch genutzt?
Bei MSG-Prozessen wird der Bereich der Lichtbogenkennlinie genutzt, bei der die
Änderung der Schweißspannung eine hierzu proportionale Änderung des
Schweißstroms bewirkt (ohmscher Bereich).
Dies ist auch der Bereich der selbständigen Gasentladung, d.h. die Bereitstellung von Ladungsträgern wird durch den Prozess selbst erwirkt.
Im Gegensatz hierzu steht das Verhalten des Lichtbogensystems im Ayrtonschen Bereich. Strom und Spannung verhalten sich nicht linear bei rel. hohen Spannungen und geringeren Strömen. Dieser Bereich wird bei Zündung und Wiederzündung des Lichtbogen durchlaufen und wird schweißtechnisch
nicht genutzt.
Was definiert den Arbeitspunkt?
Wie werden diese Größen gehlt und welchen EInfluss haben sie?
SKizze!
gewählte Maschinenkennlinie und sich einstellende Lichtbogenkennlinie definieren den aktuellen Arbeitspunkt hinsichtlich Schweißspannung US und Schweißstrom IS
Der Schnittpunkt von Lichtbogenkenlinie und Maschinenkennlinie entspricht dem
Prozessarbeitspunkt und legt Schweißstrom und Schweißspannung fest.
Beim klassischen Standard-MSG-Prozess wird eine leicht fallende Kennlinie oder auch
Konstantspannungskennlinie genutzt. Hierbei variiert die Schweißpannung kaum,
wohingegen der Schweißstrom auf Änderungen des Schweißprozess sehr stark
reagiert.
Die Maschinenkennlinie wird seitens des Schweißers mittels Wahlschaltern
am Schweißgerät der Schweißaufgabe gemäß ausgewählt. Durch Einstellen der
Schweißspannung und des Drahtvorschubs bestimmt er Abschmelzleistung und
Lichtbogenart des Prozesses.
Die Maschinenkennlinie ist bei modernen Schweißmaschinen elektronisch mittels
aufwendiger Regelungstechnik realisiert und wird dynamisch dem Prozessverhalten
angepasst
zwischen welchen zwei Arten der Maschinenkennlinie wird bei Lichtbogenschweißprozessen unterschieden?
Nenne Auswirkungen der Kennliniencharakteristik
Was wird beim klassichen MAG/MIG-Schweißen genutzt?
Genauere Beschreibung V4.17
Kennlinien mit Konstantstrom- oder
Konstantspannungscharakteristik.
I=const -> keine innere Regelung
– Lichtbogenlänge variiert
– Länge freies Drahtende const
U=const -> innere Regelung
– Drahtfördergeschwindigkeit const
– Länge freies Drahtende variiert
– Lichtbogenlänge = const
Beim klassischen MIG/MAG-Schweißen wird bei konstanter Drahtfördergeschwindigkeit
eine Konstantspannungscharakteristik der Maschinenkennlinie genutzt. Dies führt zu einer
konstanten Lichtbogenlänge und zu einem gleichmäßigen Schweißergebnis durch die innere Regelung
Was beschriebt dieses Bild?
Innere Regelung (innerer Selbstausgleich) beim MIG/MAG-Schweißen
Das Bild zeigt die Änderung des Arbeitspunktes im U/I-Diagramm in Korrelation mit
den Änderungen von Lichtbogenlänge und der Länge des freien Drahtendes bei
Änderungen des Kontaktrohrabstandes
Was ist der sogenannte Pincheffekt?
Der wichtigste Mechanismus für den Werkstoffübergang
Der Schweißdraht und das flüssige Drahtende sind wie jeder elektrische
Leiter bei Stromfluss von einem Magnetfeld umgeben. Dieses Magnetfeld übt eine
radiale Kraft auf den Leiter aus und greift an kleinsten Querschnitt des flüssigen
Tropfendepots an, welche sich daraufhin bis zum Abtrennen des Topfens weiter
einschnürt.
Stelle den Pincheffekt Bildlich dar
a
Nenne die Pinchkraftformel
a
Nenne die verschiedenen Kräfte am Lichtbogen
a
Inwiefern wirken sich die Gaseigenschaften Wärmeleitfähigkeit, Ionisationsenergien, typ. Temperaturen auf die Lichtbogenausbldung aus?
Was ist ein Argonfinger?
Die unterschiedlichen thermischen Leitfähigkeiten der Schutzgase beeinflussen die
Lichtbogenausbildung und die Nahtgeometrie maßgeblich.
Aufgrund der geringen thermischen Leitfähigkeit des Argons wird der Lichtbogenkern sehr heiß, wodurch in der Nahtmitte ein tiefer Einbrand, der „Argonfinger", entsteht.
Die Nahtüberhöhung ist stark ausgeprägt. Durch die bessere Wärmeleitfähigkeit von CO2 und Helium bildet sich unter diesen Gasen ein breiter, tiefer Einbrand. Dies wird beim CO2 durch Rekombination (endotherme Aufspaltung im Lichtbogenraum - exotherme Reaktion
2CO+O2 -> 2CO2 in Werkstücknähe, „Boudouard-Reaktion“) verstärkt.
Wärmeleitfähigkeit, Plasmatemperatur, Oxidations-, bzw. Reduktionsvermögen und
Ionisationsverhalten qualifizieren die Gase für unterschiedliche Applikationen. Als
Referenz wurde noch Eisen in der Auflistung berücksichtigt, da es bei MSG-Prozessen
zu nenneswerten Verdampfungen von Grund- und Zusatzmaterial kommt. Der
ionisierte Eisendampf beeinflusst nachhaltig die Plasmatemperatur und die
Leitfähigkeit. Insbesondere bei Zündungen und Widerzündungen des Prozess trägt
Metalldampf zur Ausbildung des Lichtbogens bei.
Ordne den Kurven im therm.Leitfhigkeits /Temp- Diagramm verschiedenen Gase zu
a
Erklären SIe die Formung des Lichtbogenkerns unter Argon (im vgl. zu CO2)
Im für den Lichtbogen relevanten Temperaturbereich lässt sich die thermische
Leitfähigkeit mit der elektrischen Leitfähigkeit vergleichen. Argon ist ein schlechter
thermischer Leiter und daher ist auch die elektrische Leitfähigkeit schlechter als die
von CO2. Um den Schweißstrom zu übertragen wandert unter Argon der Lichtbogen
an der Drahtelektrode nach oben und greift daher auch seitlich an. Dadurch ist der
stromführende Lichtbogenkern beim Argon breiter. Die Elektrode wird seitlich erwärmt,
erweicht und ermöglicht eine Ablösung des flüssigen Elektrodenwerkstoffes durch die
entstehenden elektromagnetischen Kräfte.
Erkläre die Formung des LIchtbogenkerns unter CO2 (im Vgl. zu Argon)
Der punktförmige Lichtbogenansatz unter Kohlendioxid führt zu einer
Kraftkomponente in umgekehrter Richtung, d.h. der aufgeschmolzene Werkstoff wird
so lange hoch gedrückt, bis die Schwerkraft diese Kraftkomponente überwinden kann
und ein sehr grobtropfiger Werkstoffübergang erfolgt.
Skizziere den Lichtbogenkern von Argon und CO2
a
Nenne die empfohlenen Schutzgase für Werkstoffe:
-unlegierte und legierte Stähle, warmfeste Stähle
-CrNi – Stähle
-Aluminium u. Al-Legierung
-Nickel u. Nickellegierung
a
Wovon hängt die Wah des verwendeten Schutzgases ab?
Von beteiligten Werkstoffen und Lichtbogenarten
Was sind aktive Schutzgase?
Aktive Schutzgase enthalten Sauerstoff in molekularer Form, bzw. in Form von CO2.
Wie wirkt sich der Aktivgasanteil im Schutzgas aus?
Steigt der Aktivgasanteil im Schutzgas, nimmt auch der Abbrand
der Legierungselemente zu.
Durch Zugabe von CO2 kann die Einbrandform der Schweißnaht und die umgesetzte Wärmeenegie beeinflusst werden. Sprüh- und Impulslichtbogen verlangen allerdings nach mindestens 80% Argonanteil.
Wann wird ein hoher, wann ein nieriger Schutzgasanteil verwendet?(Bei welchen Werkstoffen)
Wie wirkt sich der Aktivgasanteil aus?
Geringe Anteile Aktivgas sind auch bei der Verarbeitung hochlegierter Stähle sinnvoll.
Die sich auf dem Tropfendepot bildenden Oxide setzen die Oberflächenspannung des
flüssigen Zusatzmaterials herab, so dass die Tropfenablösung leichter und stabiler
abläuft.
Bei Nicht-Eisenmetallen kommen keine Aktivgase zur Anwendung. Die Zugabe von
Wasserstoff wirkt reduzierend, während Inertgasgemische aus Argon und Helium beim
Aluminiumschweißen durch den höheren Wärmeumsatz zur Steigerung der
Schweißgeschwindigkeit und Abschmelzleistung genutzt werden können.
Zeige den qualitativen Zusammenhang von Nahteigenschaften (Einbrand,
Poren, Abbrand, mech.-tech. Gütewerte), Prozessverhalten und Prozessgas bei
unterschiedlichen Gasen. (Auswirkungen der Schutzgase auf Verbindungen
von unleg. Stähle und Feinkornbaustählen)
a
Einfluss der Aktivgaskomponente im Schutzgas auf
Einbrandform und Oxidationsverhalten
Im rechten Makroschliff ist deutlich der sogenannte „Argonfinger“ zu erkennen, wohin bei
Verwendung von reinem CO2 ein breites Einbrandprofil zu erkennen ist.
Oxidation nimmt mit steigendem O-Gehalt zu
O2 zeigt nochmals gesteigertes Oxidationsverhalten im Vergleich zu CO2
Einbrandprofil wird mit zunehmenden Argongehalt spitzer („Argonfinger“)
Nenne und erkläre Typische Fehler beim MSG-Schweißen
Nahtansatzfehler
Endkraterfehler
Porenbildung
Bindefehler durch vorlaufendes Schmelzbad
Welche Nahtbereiche sind besonders gefährdet für Schweißnahtfehler?
Erkläre warum
Was sind Gegenmaßnahmen?
Nahtanfang und -ende:
Da die Einbringung der thermischen Prozessenergie mit dem Zusatzdrahttransport
gekoppelt ist
Nahtanfang:
Zu Beginn des Prozesses bildet sich das Schmelzbad aus, wobei ganz zu Anfang das
schmelzflüssige Zusatzmaterial auf den noch kalten, bzw. noch nicht vollständig
erschmolzenen Grundwerkstoff trifft.
Schweißnahtende:
Ebenso ist das Schweißnahtende gefährdet, da bei abrupten Beenden des Prozesses ein ungefüllter Endkrater verbleibt, welcher besonders für Risse empfänglich ist.
Maßnahmen:
Spezielle Startprogramme gefahren und bzw. Startbleche genutzt, welche
anschließend entfernt werden.
Endkraterprogramme zum Füllen des Endkraters, bzw. Endbleche genutzt. Der Lichtbogen muss zwingend vor Umgebungsatmosphäre geschützt werden, ansonsten können sich Poren bilden und Oxidation stattfinden, bzw. der Abbrand von Legierungsbestandteilen stark ansteigen.
Wann können Bindungsfehler entstehen?
Was ist an diesen Fehlern kritisch und wann treten sie auf?
Erklre Bindungsfehler durch vorlaufendes Schmelzbad
Bindefehler können grundsätzlich dann entstehen, wenn der Lichtbogen den
Grundwerkstoff nicht sauber erfassen kann.
Brennt der Lichtbogen z.B. auf der Schmelze, wirkt diese wie ein thermischer Isolator und der Grundwerkstoff wird nicht erschmolzen. Das schmelzflüssige Zusatzmaterial erstarrt ohne nennenswerte Anbindung auf dem Grundwerkstoff, dargestellt auf dem Makroschliff einer Kehlnaht.
Kritisch: Nicht visuell erkennbar! Da insbesondere Wurzelbindefehler bei
Belastungen der Naht in Druckbereichen liegen können, sind diese als sehr kritisch
einzuschätzen.
Auftreten: Bindefehler können besonders bei zu langsamer Schweißgeschwindigkeit auftreten, oder auch bei zu steiler Anstellung des Brenners. Hierbei wird die Schmelze durch den Lichtbogendruck vor der eigentlichen Schmelzfront vorangetrieben und unterbindet den Kontakt von Lichtbogen und Grundwerkstoff.
Welche Werkstoffe werden mit Aktivegas und welche mit Inertgas geschweißt?
Erkläre warum (anhand eines Beispiels) anhand desWärmeleitung/Wärmekapazität/Verzug Diagramm
Außer Stahl wird kaum ein Werkstoff mit Aktivgasen geschweißt, sondern fast ausschließlich mit inerten Gasen und Gasmischungen.
Beispielhaft seien hier Aluminiumlegierungen aufgezeigt.
Aluminiumwerkstoffe unterscheiden sich durch ihre Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität, sowie ihr Verzugsverhalten beim Schweißen sehr von Stahlwerkstoffen (unten links).
Insbesondere bei dickeren Werkstücken muss dies bei der Auswahl des Prozessgases
(ggf. mit Heliumanteil) berücksichtigt werden. Einige Aluminiumlegierungen sind
heißrissgefährdet (oben links), so dass hier geeignete Zusatzwerkstoffe verwendet
werden müssen um die Heißrissgefahr zu minimieren.
Eine Besonderheit beim Fügen von Aluminium ist die Neigung zur Porenbildung durch
Wasserstoff. Beim Erstarren lässt die Löslichkeit von Wasserstoff in Aluminium
sprunghaft nach, so dass der Wasserstoff, welcher nicht in Lösung gehalten werden
kann, Kavitäten in der Schmelze bildet. Durch das kurze Erstarrungsintervall kann hier
kein sauberes Ausgasen erfolgen und der gasförmige Wasserstoff wird im
erstarrenden Schmelzgut als Pore gefangen.
In Abhängigkeit welcher Schweißparameter stellen sich unterschiedliche Lichtbogenarten ein?
Worin unterscheiden sie sich?
In Abhängigkeit der eingestellten Schweißparameter (Schweißstrom,
Schweißspannung, Drahtvorschub etc.) und des eingesetzten Schutzgases stellen
sich unterschiedliche Lichtbogenarten ein, die sich in ihrem Werkstoffübergang
unterscheiden
Nenne die Eigenschaften des Kurzlichtbogens
Kurzlichtbogen
– unter CO2,Misch- und Inertgasen)
– geringeAbschmelzleistungen, rel.geringer Energieeintrag
– kurzer, stabilerLichtbogen
– Tropfenübergang erfolgtim Kurzschluss,Spritzerbildung
– zyklisches Wiederholenvon Kurzschluss- undLichtbogenbrennphase
– Kurzschlussfrequenzenca. 50Hz – 120Hz
– Anwendung:Dünnblechbereich,Wurzelschweißungen,Zwangslagen
Beschreibe den Werkstoffübergang beim Kurzlichtbogen
Skizziere das I/t Diagramm
Nenne geeignete Fälle für den Kurzlichtbogen
In derLichtbogenbrennphase wird Werkstoff aufgeschmolzen, der sich am Elektrodenende
ansammelt.
Es bildet sich ein Tropfen, der mit der Zeit immer größer wird.
DerLichtbogen verkürzt sich und die Spannung sinkt langsam ab.
Es kommt zurBerührung des Elektrodenendes mit dem Werkstück und somit zum Kurzschluss.
Inder Kurzschlussphase wird der flüssige Elektrodenwerkstoff über dieOberflächenspannung in das Schmelzbad gezogen. Dabei wird der flüssige Steg amElektrodenende immer schmaler.
Gleichzeitig führt der ansteigende Strom im Kurzschluss zu einer sehr hohen
Stromdichte im Steg, die eine plötzliche Verdampfung des Reststeges bewirkt. Dabei
zündet der Lichtbogen neu.
Die Kurzlichtbogentechnik eignet sich besonders fürZwangspositionen und Wurzellagen. Durch Begrenzung derStromanstiegsgeschwindigkeit in der Kurzschlussphase mit einer Drossel geht derFreibrennprozess sanfter und deutlich spritzerärmer vonstatten.
Nenne die Eigenschaften des Sprühlichtbogens
Skizziere das I/t Diagramm
– Sprühlichtbogen (Mischgasmit Argonanteil > 80 %,Inertgas)
– Besteht das Schutzgas zu über 80% aus Inertgas, bildet sich bei hohen Stromstärken
der Sprühlichtbogen aus
– urch einen kurzschlussfreien, sprühregenartigenWerkstoffübergang gekennzeichnet
– mittlere bis hoheAbschmelzleistungen
– kurzschlussfreierTropfenübergang,spritzerarm
– Tropfenfrequenz 200 ~400 Hz
– rel. hoher Energieeintrag
– langer Lichtbogen, Neigungzu Einbrandkerben
– Anwendung: Dickblech,Fülllagen, Wannenlage
Nenne die Eigenschaften des Impulslichtbogens
Skizziere das I/t Diagramm
– Impulslichtbogen(Mischgas mit Argonanteil> 80 %, Inertgas)
– Durch optimiertePulsformung sehrgleichmäßiger undkurzschlussfreierWerkstoffübergang
– Formung und Ablösungdes Tropfens innerhalbeiner Pulsphase,idealerweise „ein-Tropfen-pro-Puls“
– Pulsfrequenzen ca. 40Hz– 350H
- Arbeitet mit zwei unterschiedlichen Stromniveaus, zwischen denen periodisch umgeschaltet wird(niedriger, unterkritischen Grund-strom und höherer überkritischen Impulsstrom)
Bechreibe die beiden Phasen des Impulslichtbogens
Grundstromphase
-Energieniveau entspricht dem Kurzlichtbogenbereich
-Lichtbogenstrecke wird ionisiert sowie Drahtelektrode und Werkstück vorgewärmt.
Impulsphase
-der Werkstoff wird aufgeschmolzen und wie beim Sprühlichtbogen
durch elektromagnetische Kräfte abgelöst.
Bei einem optimal eingestellten Impulslichtbogenprozess löst sich in jeder Pulsphase genau ein Tropfen von der Elektrode und geht in das Schmelzbad über. Durch Variation der Schweißparameter
lässt sich die Abschmelzleistung über einen weiten Bereich variieren.
Nennen Sie die verschiedenen Modulationsarten des Impulslichtbogens
– U/I-Modulation(Pulsspannung/Grundstrom)
– I/I-Modulation(Pulsstrom/Grundstrom)
– I/I-Modulation mit Synergiekennlinien (Einknopfbedienung)
Beschreibe die U/I-Modulation des Impulslichtbogens.
Vor und Nachteile?
– Pulsspannung und Grundstrom werden eingestellt und von derSchweißmaschine geregelt
– Prozess zeigt innere Regelung => Lichtbogenlänge bleibt const
– sämtliche „Nebenwiderstände“ (z.B. Kabel) haben Einfluss und müssen bei der Parametrierung berücksichtigt werden
– weisen innere Regelung auf,da der Leistungshaupteintrag hauptsächlich in der spannungsgeführten Pulsphase erfolgt.
Pro:
+gute Lichtbogenstabilität auf
Contra:
- Beim Einstellen des Prozesses müssen allerdings Kabel und Kabelverlegung (Ohmsche
Widerstände, Induktivitäten) berücksichtigt werden
Beschreibe die I/I-Modulation des Impulslichtbogens
– Pulsstrom und Grundstrom werden eingestellt und von der Schweißmaschinegeregelt
– Lichtbogenlänge bleibt nicht const => aktive Lichtbogenlängenregelung notwendig
Pro:
+weisen bei guter Einstellung einen sehr guten Werkstoffübergang (Tropfenbildung- und ablösung) auf.
Contra:
- Prozesse bedürfen allerdings einer aktiven Lichtbogenlängenregelung der Schweißmaschine.
Beschreibe I/I-Modulation mit Synergiekennlinien des Impulslichtbogens
Vor und nachteile
– heute Standard!
– herstellerabhängige Prozessstellgrößen (Spannungskorrektur, Dynamik,Lichtbogenlänge, etc.) erlauben Prozessanpassung
– „eigentliche“ Pulsparameter z.T. nicht mehr für Endkunden zugänglich
Pro:
+ Prozesseinstellung stark vereinfacht
Contra:
- keinen direkten Zugriff auf die eigentlichen Pulsparameter,sondern die Prozessanpassung erfolgt über abstrakte Stellgrößen, bei denen maschinenintern eine größere Anzahl von Puls- und Regelparameter synchron verändert werden.
SKizziere die Verschiedenen Arbeitsbereiche der Lichtbogenarten im V/A bzw V/m/min Diagramm
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