FT1_13
UP
UP
Kartei Details
| Karten | 21 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Physik |
| Stufe | Berufslehre |
| Erstellt / Aktualisiert | 26.02.2016 / 19.03.2021 |
| Weblink |
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Verfahrensprinzip des Unterpulverschweißens
Das Unterpulver-Schweißverfahren (UP-Schweißen) stellt ein Lichtbogenschmelzschweißverfahren dar, bei dem ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer Drahtelektrode und dem Grundwerkstoff brennt. Der Lichtbogen brennt in einer mit ionisierten Gasen und Dämpfen gefüllten Kaverne. in der die Tropfen von der kontinuierlich zugeführten Drahtelektrode ins Schmelzbad übergehen. Der Schweißprozess ist dabei von einer Schicht aus mineralischem, grobkörnigem Schweißpulver bedeckt, das unter der Wärmeeinwirkung des Schweißprozesses schmilzt und eine flüssige Schlacke bildet. Diese flüssige Schlacke hat eine wesentlich geringere Dichte als das metallische Schmelzbad und schwimmt obenauf, wo sie auch später erstarrt. Nicht aufgeschmolzenes Schweißpulver kann hinter dem Schweißkopf abgesaugt und wieder verwendet werden.
Hauptkomponenten einer UP-Schweißanlage
- Drahthaspel zur Aufnahme der Drahtelektrode
- Drahtvorschubeinheit
- Drahtrichtwerk
- Brennerkopf
- Pulver gelangt über Schlauch in Zuführtrichter direkt am Brennerkopf
mögliche Nahtformen
V, Y, Doppel-V
bei sehr dicken Bauteilen Doppel-U oder Steilflankenkehlnaht
Regelsysteme für das Konstanthalten der Lichtbogenlänge
Die Äußere Regelung der Lichtbogenlänge über eine Ansteuerung der Drahtvorschubgeschwindigkeit muss bei Verwendung einer Energiequelle mit steilfallender Kennlinie eingesetzt werden. Bei diesem Kennlinientyp bewirkt eine durch eine Prozessstörung verursachte Lichtbogenverkürzung einen starken Spannungsabfall bei geringem Stromanstieg. Der Spannungsabfall verringert als Stellgröße die Drahtvorschubgeschwindigkeit. Somit kann sich bei annähernd gleichbleibender Abschmelzleistung die ursprüngliche Lichtbogenlänge wieder einstellen.
Im Gegensatz hierzu bewirkt der Innere Selbstausgleich bei einer Lichtbogenverkürzung einen starken Stromanstieg bei geringem Spannungsabfall (flach fallende Kennlinie). Bei konstanter Drahtvorschubgeschwindigkeit wird die ursprüngliche Lichtbogenlänge selbständig durch die mit hoher Stromstärke gestiegene Abschmelzgeschwindigkeit wiederhergestellt. Diese Innere Regelung reagiert sehr schnell auf Prozessstörungen. Es handelt sich um einen Prozess mit Selbstausgleich, der keinen zusätzlichen maschinentechnischen Aufwand erfordert.
Beispiele für Schweißbadabsicherung
- Keramik
- Kupferschiene mit Pulverauflage
- Pulverkissen
Einfluss der Stellung der Drahtelektrode beim UP-Schweißen von Rohrrundnähten
Beim Schweißen einer Rohrrundnaht hat die Anstellung der Elektrode einen direkten Einfluss auf die Ausbildung der Schweißraupe. Optimale Nahtformen lassen sich sowohl bei der Außen- als auch bei der Rohrinnenschweißung mit angepasstem Brennervorlauf erzielen. Bei zu gering gewähltem Vorlauf läuft das Schmelzbad vor und führt zu einer schmalen Naht mit einem mittleren Kamm. Zu großer Vorlauf bewirkt ein Rücklaufen des Bades, und es bildet sich eine breite Naht mit einer Mulde in der Mitte. Die hier für die Rohraußenschweißung beschriebenen Vorgänge sind in umgekehrter Weise ebenso für die Innennahtschweißung gültig.
Verfahrensvarianten des Unterpulverschweißens
Zur Leistungssteigerung des UP-Verfahrens werden verschiedene Verfahrensvarianten eingesetzt.
- Beim Mehrdrahtschweißen mit bis zu 6 Drähten wird jeder Schweißbrenner mit einer eigenen Schweißstromquelle betrieben.
- Beim Doppeldrahtverfahren werden 2 Drahtelektroden in einem gemeinsamen Brenner kontaktiert und durch eine gemeinsame Stromquelle versorgt. Sie können je nach Anwendungsfall parallel oder in Tandemstellung angeordnet sein.
- Heißdraht
- Kaltdraht
- rechteckiges Band als Elektrode
Einfluß der Schweißparameter auf Einbrandtiefe und Nahtbreite
guckst du...
Produktion erschmolzener Schweißpulver
Bei der Produktion erschmolzener Schweißpulver werden die einzelnen mineralischen Bestandteile entsprechend der späteren Zusammensetzung abgewogen und entweder in einem Kupol- oder Elektroofen erschmolzen.
Bei der trockenen Granulation wird die Schmelze in eine wassergekühlte Stahlwanne abgegossen, in der sie als dünne Kruste erstarrt. Die Abkühlungsspannungen lassen diese Kruste in größere Stücke zerspringen. Beim Wassergranulieren erstarrt die Schmelze durch die schnelle Abkühlung im Wasserbad zu kleinen Körnern von etwa 5 mm Durchmesser. Als dritte Variante kann in den Wasserbehälter zusätzlich Druckluft eingeblasen werden, was zu einem feinblasigen Korn mit geringem Schüttgewicht führt. Die Bruchstücke oder Körner werden anschließend durch Vermahlen und Sieben auf die gewünschte Korngröße gebracht.
Produktion agglomerierter Schweißpulver
Bei der Produktion agglomerierter Schweißpulver werden die Rohstoffe in fein vermahlener Form verarbeitet. Nach dem Abwiegen wird im Mischer mit Hilfe eines geeigneten Bindemittels (Wasserglas) ein Vorgranulat erzeugt. Die Herstellung des Endgranulats erfolgt auf einem rotierenden Granulierteller, wo die einzelnen Körner auf die gewünschte Größe aufgerollt und verfestigt werden. Im Trockenofen binden die Körner durch Verdampfen des Wassers ab. Im anschließenden Glühofen wird je nach Pulversorte bei Temperaturen zwischen 500° und 900°C das Restwasser entfernt.
Eigenschaften erschmolzener und agglomerierter Schweißpulver
guckst du...
verschiedene Pulver zum UP-Schweißen
Calcium-Silikat-Pulver --> Geringer Si-Zubrand --> geringe Rissneigung und Rostempfindlichkeit + geringe Strombelastbarkeit
aluminatbasische Pulver --> durch höheren Mn-Zubrand gute mechanische Eigenschaften (z.B. geringe Rissempfindlichkeit)
fluoridbasische Pulver --> sehr gute Kerbschlagzähigkeit und hohe Rissunempfindlichkeit
Zu und Abbrand von Mn und Si
Mn kann beides
Si nur zubrennen
Worin liegen die wesentlichen Verfahrensmerkmale des UP-Schweißens ?
- Lichtbogenverfahren
-Lichtbogen brennt in Kaverne, die sich durch Metalldampf und vergaste
Pulverbestandteile in der flüssigen Schlacke ausbildet
-Dicke Drahtelektroden (üblicherweise 4 mm Ø)
-Hohe Wärmeeinbringung, hoher thermischer Wirkungsgrad
-Schweißpulver hygroskopisch, Feuchtigkeitsproblematik, hochfeste Stähle >S690
deshalb nur eingeschränkt schweißbar
-Sehr wirtschaftlich, hohe Abschmelzleistung
-Keine Zwangslagen (nur PA, PB, PC) -Schweißbare Materialien: Stähle, Nickellegierungen
Welche Aufgabe hat die Schlacke beim UP-Verfahren ?
-Schutz des Schmelzbades vor Atmosphäre
-Ausbilden einer Kaverne, in der ein Lichtbogen stabil brennt (Bereitstellen von Lichtbogenstabilisatoren)
-Einstellen der chemischen Zusammensetzung des Schweißgutes
Worin liegen die charakteristischen Unterschiede des UP-Schweißens zum MSG- Verfahren ?
-Lichtbogen brennt verdeckt
-Kein Schutzgas
-Hohe Wärmeeinbringung
-Keine Zwangslagen
-Keine Spritzerbildung möglich -Sehr gute Nahtoberflächenqualität
Welche Blechdicken können mit dem UP-Verfahren verschweißt werden?
-UP-Standardprozess: ab 6mm hochlegiert, ab 8mm niedriglegiert
-Mit Verfahrensmodifikation (z.B UP-Impulsschweißen) sind auch bereits
Blechdicken von 2 mm verschweißt worden
Von welchen Einflussfaktoren hängen die mechanisch-technologischen Eigenschaften des Schweißgutes ab und wie können sie beeinflusst werden ?
-Chemie des Schweißgutes + Temperatur- Zeitverlauf während Erstarrung und Abkühlung
-Legierung über: Draht, Pulver, GW (normalerweise ist er vorgegeben)
- Schweißparameter
Welchen Einfluss haben die Schweißparameter beim UP-Schweißen auf die Nahtgeometrie ?
-Spannung: Nahtbreite
-Strom: Einbrandtiefe
-Schweißgeschwindigkeit: Einbrandtiefe (gering), Nahtbreite
Ein dickwandiger Behälter (Blechdicke d = 30 mm) aus dem Stahlwerkstoff P355 soll mit dem UP-Verfahren verschweißt werden. Es sind dabei eine Längsnaht von 4 m Länge und zwei Rundnähte für die Deckelkalotten zu schweißen. Zunächst ist eine geeignete Fugenvorbereitung zu wählen. Entscheiden Sie sich für eine der drei angegebenen Fugenformen und begründen Sie ihre Auswahl
- I/V-Nahtvorbereitung am wirtschaftlichsten (durch Brennschnitt herstellbar)
-I-Naht nicht möglich (keine Durchschweißung erreichbar)
-V-Naht braucht Badsicherung oder Wurzellage mit LBH oder MSG
-Abwägung zwischen V-Naht und Tulpennaht über mögliche Materialersparnis im konkreten Anwendungsfall
Elektromagnetische Wechselwirkungen der Lichtbögen beim UP-Tandemschweißen
guckst du...
