Digitale Schweißtechnik für den Praktiker entwickelt

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Höhere Schweißgeschwindigkeit bei besserer Spaltüberbrückbarkeit

Beim Schweißen hochfester Stähle spielen eine hohe Schweißgeschwindigkeit und gute Spaltüberbrückung eine wesentliche Rolle. Konventionelle Schweißverfahren können jedoch nicht beides gleichzeitig und gleich gut realisieren. So liegt es nahe, die beiden Verfahren Laser-Schweißen und MSG-Tandem-Schweißen zu kombinieren.

Die Lasersysteme ermöglichen mit ihrer Energiedichte hohe Einschweißtiefen bei geringem Wärmeeintrag. Das MSG-Tandem-System erzeugt zwar eine wesentlich geringere Energiedichte, bietet dafür aber eine vielfach höhere Abschmelzleistung. Aus der Kombination beider Technologien entsteht das neue Verfahren. Es bietet eine deutliche Erhöhung der Abschmelzleistung. Der Lichtbogendruck verteilt sich auf zwei Lichtbögen und ermöglicht so einen sanfteren und saubereren Werkstoffübergang. Ermöglicht wird so ein flexibleres, kostengünstigeres und qualitativ besseres Schweißen anspruchsvoller Bauteile aus hochfesten Stählen. Geringer thermischer Verzug und damit ein deutlich geringerer Aufwand für das Richten der Teile führen zu Kosteneinsparungen.

Das Verfahren ist bereits dem Laborstadium entwachsen: Anwendungen, Parameter und Kennlinien werden derzeit erprobt.

Variable Prozessführung mit Puls-Mix

Auf den Punkt gebracht ist Puls-Mix eine flexible Kombination des CMT-Verfahrens mit dem des Impuls-Lichtbogenverfahren (Bild 5). Der Schweißer kann über die stufenlose Steuerung theoretisch beliebig viele Takte der beiden Verfahren in frei wählbarer Folge aneinander reihen.

Nach wie vor das entscheidende Merkmal des Prozesses ist die reversierende Drahtbewegung. Der direkte mechanische Kontakt des Drahtes zur Werkstückoberfläche ermöglicht exaktes Messen des Düsenabstands zum Werkstück und damit der Lichtbogenlänge. Bei der konventionellen Messung über die Lichtbogenspannung dagegen kommt es leicht zu verfälschten Ergebnissen infolge von Oberflächenverunreinigungen. Zwar lassen sich beliebige Taktverhältnisse herstellen, aber an drei Grundeinstellungen mit den Verhältnissen 3:1, 1:1 und 1:30 (Taktzahlverhältnis CMT zu Impulslichtbogen) kann man die Potenziale exemplarisch aufzeigen.

Bei der Einstellung 3:1 überwiegt der CMT-Anteil. Diese Fahrweise erhöht zwar den Wärmeeintrag nutzt aber praktisch alle anderen Vorteile der CMT-Technik. Ein deutliches Mehr an Schmelzleistung ermöglicht das Taktzahl-Verhältnis 1:1. Dabei liegt die Wärmeeinbringung zwischen dem Wert der beiden Verfahren. Bei einem Verhältnis von 1:30 dagegen nutzt man den CMT-Prozess nur noch als Regelgröße für die Lichtbogenlänge. Worin liegen nun die Vorteile dieser Arbeitsweisen?

Verbessertes Schweißverhalten durch Kombination des CMT- mit dem Impuls-Lichtbogenverfahren

Um das zu ermitteln, führte Fronius zusammen mit Pilotanwendern umfangreiche Versuche an Werkstücken mit Stumpf-, Überlapp-, Kehl-, Eck- und Bördelnähten durch. Dabei zeigte sich das Schweißen kritischer CrNi-Stähle und Aluminiumverbindungen im Bereich von 0,3 bis 3,0 mm Dicke als ideales Anwendungsgebiet. In den Versuchen erzielten die Schweißer deutliche Verbesserungen im Schweißverhalten: besseres Durchschweißen und höhere Schweißgüte aufgrund der gezielten Beeinflussung der Wärmeeinflusszone, der Werkstoffaufmischung sowie Beeinflussung von Querschnitt und Form der Schweißnähte.

Der in Mogendorf ansässige Lohnschweißbetrieb HABS GmbH mit Inhaber Bernd Ruß ist einer der Pioniere der neuen Technologie. Das thermische Fügen eines bestimmten Rohrstückes und seiner Halterung an einer Klimaanlage stellte die Schweißer vor ein großes Problem. Die Verbindung aus Rohr (AlSi5) und Halterung (AlMgSi0,5) soll mehr als 1,5 Millionen dynamische Lastwechsel aushalten, darf dabei aber keine tiefe Wurzel in der Schweißnaht aufweisen. Weiter ist jede Verengung des Innendurchmessers unzulässig, um eine Minderung der Kühlleistung zu verhindern.

Schweißbadstützen sowie ein nachträgliches Richten oder spanendes Nachbearbeiten sind ebenfalls nicht möglich. Technisch ließe sich diese Aufgabe zwar mit dem WIG (Wolfram-Inertgas)-Verfahren lösen, wäre aber aufgrund der niedrigen Schweißgeschwindigkeit zu teuer. Ruß setzt hier mit Erfolg das innovative Puls-Mix-Verfahren ein. „Die Schweißverbindung besteht anschließend das komplette Prüfprogramm einschließlich Salzwasser-Sprühnebel-Test“, fügt Bernd Ruß seinen positiven Schweißerfahrungen zufrieden hinzu.

* Gerd Trommer leitet das rgt redaktionsbüro in Gernsheim

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