Schweißen
Eigenschaften von Duplex
Unter dem Fertigungsprozess Schweißen versteht man die Verbindung oder Fusion von Werkstücken. Diese Verbindung wird unter der Verwendung von Hitze und/oder Kompression erzeugt.
Die Wärmequelle bildet eine Lichtbogenflamme. Eine Verschmelzung entsteht durch die vom Lichtbogen erzeugte Hitze, die die Werkstücke miteinander verschmelzen lässt. Diese Methode wird auch bei der von der INOGS angewandten Methode verwendet, des sogenannten WIG-Schweißens (Wolfram-Inertgasschweißen).
Wie funktioniert Schweißen?
Beim sogenannten WIG-Schweißen ist der Name von Wolfram und Inertgase abgeleitet, wie die Edelgase (Ar) oder Helium (He). Der Lichtbogen brennt bei einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem zu fertigen Werkstück in einer Schutzgasatmosphäre, die dafür sorgt, dass das flüssige Metall nicht oxidiert.
Bei Edelstahl handelt es sich um einen metallischen Werkstoff, der schmelzschweißgeeignet ist und sich mit der WIG-Methode schweißen lässt. Vorteilhaft ist der geringe Schadstoff-Ausstoß während seiner Anwendung sowie das niedrige Spritzverhalten. Der Lichtbogen bei der WIG-Methode erzeugt 4.000 bis 10.000 °C, während die Lichtbogentemperatur beim Plasmaprozess 10.000 bis 24. 000 °C hervorbringt.
Das hat besonders bei Edelstahl den großen Vorteil, dass es zu einem nur geringen Verzug der Werkstücke kommt, wofür dieses Edelmetall auch bekannt ist.
Durch die Zunahme eines Zusatzwerkstoffes werden die Schweißstellen miteinander verbunden. Dies geschieht entweder durch die Verwendung eines Drahtvorschubgeräts in Kombination mit einem Schweißbrenner (MAG/MIG-Schweißen) oder durch eine Schweißelektrode mit Handvorschub.
Bei dem Verfahren ist es zwingend notwendig, dass der Schmelzpunkt des zu bearbeitenden Materials den gleichen Schmelzpunkt hat wie der Zusatzwerkstoff.In Vorberatung auf das Schweißen, muss sichergestellt werden, dass die Ränder des Werkstückes so zusammengesetzt sind, dass sich eine Schweißfuge gebildet hat (z.B. eine V-Fuge). Die Kombination aus Lichtbogen und Zusatzwerkstoff sorgt für das Verschweißen der Ränder. Es kommt zu dem sogenannten flüssigen Schweißbad.Zu den verbreiteten Materialien im Schweißen zählen Edelstahl, Stahl und Aluminium.
Was genau ist der Lichtbogen beim Schweißen?
Der Lichtbogen ist für das Schweißen unabdingbar. Hierbei handelt es sich um die elektrisch herbeigeführte Entladung zwischen Schweißelektrode und Werkstück. Ein ausreichend elektrischer Spannungsimpuls erzeugt den Lichtbogen oder aber die Schweißelektrode, wenn sie mit dem zu schweißenden Material in Kontakt kommt.
Der Lichtbogen ist die Basis für das Lichtbogenschweißen. Es kommt zur Schmelze des Ausgangsmaterials und verschweißt den Zusatzwerkstoff und die Schweißnaht entsteht.
Eine Ionisierung der Luftstrecke sorgt für eine blitzartige Entladung. Das Gas hält den Lichtbogen stabil und die Schmelze findet statt. Die maximale Temperatur beim Lichtbogenschweißen liegt hier bei 10.000°C.
Es entsteht durch die Schweißstromversorgung bei der Schweißelektrode ein Dauerstrom zum Werkstück.
Spannung und Drahtvorschubgeschwindigkeit müssen hier ausgeglichen sein:
- Korrekte Bodenlänge
- Verringern von Spritzern
- Verringern von Schweißfehlern = Verbesserte Qualität der Schweißnaht!
Allerdings bestimmen auch die benutzen Werkstoffe die einzustellenden Werte. Auch kommt es durch die jeweilige Arbeitstechnik zu einer Beeinflussung der Feinheit des Lichtbogens und daraus folgend auch eine Beeinflussung der Qualität der Schweißnaht.
Der ideale Abstand von der Schweißelektrode zur Fuge und eine gleichbleibende Bewegungsgeschwindigkeit des ausführenden Mitarbeiters sind Erfolgsfaktoren des Schweißens.
Denn es obliegt trotz moderner Hilfsmittel (voreingestellte Schweißparameter oder Synergiekurven) dem Schweißer, die korrekte Drahtvorschubgeschwindigkeit sowie Spannung für das zu schweißende Material einzuschätzen.
Welche Rolle spielt das Schutzgas beim Schweißen?
Eine wichtige Rolle wird dem Schutzgas zugesagt. Es hat entscheidenden Einfluss auf die Qualität und Produktivität der Schweißaktivitäten. Um eine beständige Schweißnaht erzeugen zu können, muss sichergestellt sein, dass diese auch korrosionsbeständig ist, damit keine instabile Schweißnaht entsteht.
Eine instabile Schweißnaht entsteht vor allem dann, wenn Naht Sauerstoff anreichert, verunreinigt wird und/oder Feuchtigkeit aus der Luft bekommt. Das Schutzgas schützt die Schweißnaht in der Entstehung und kühlt den Schweißbrenner. Beim WIG-Schweißen werden z.B – wie aus dem Namen des Verfahrens schon abgeleitet werden kann – in der Regel inerte Gase zum Schweißen eingesetzt. Diese sind nach DIN EN 439 genormt. Das am häufigsten beim WIG-Schweißen verwendete Schutzgas ist Argon. Der Reinheitsgrad sollte hier mindestens 99,95% betragen. Neben Argon kommt es aber auch noch zur Verwendung von Helium, Sauerstoff und Kohlendioxid.
Das Schutzgas ist inert oder aktiv. Nur das Aktivgas ist am Schweißprozess unmittelbar beteiligt. Seine Aufgabe ist es, den Lichtbogen zu stabilisieren und gleichzeitig die fließende Übertragung von Material zur Schweißstelle zu gewährleisten. Das Aktivgas wird vor allem beim MAG-Schweißen (Metalllichtbogen-Aktivgasschweißen) eingesetzt. So sind z.B. Kohlendioxid (CO2) und Sauerstoff (O2) Aktivgase. Sie werden als sogenannte oxygenierende Bestandteile in dem Verfahren eingesetzt, damit der Lichtbogen stabilisiert werden kann. Außerdem ermöglichen sie beim MAG-Schweißen, dass eine fließende Übertragung der Materialien zum Schweißbad erfolgt. Allein der zu bearbeitende Stahltyp entscheidet darüber, welcher Gehalt der Gaskomponente in dem Schutzgas haben muss.
Das Inertgas geht überhaupt keine Reaktion mit dem flüssigen Schweißbad ein und wird beim MIG-Schweißen (Metalllichtbogen-Inertgasschweißen) verwendet. So handelt es sich auch bei Helium um ein Intertschutzgas. Deshalb werden sowohl Helium als auch Helium-Argon-Gemische beim WIG- und MIG-Schweißen verwendet. Der Vorteil von Helium (im Gegensatz zu Argon) ist, dass es einen besseren Flankeneinbrand und eine höhere Schweißgeschwindigkeit hat.
Ein kurzer Überblick/Vergleich zu den Einzelnen Schweiß-Verfahren:
Die drei populärsten und damit auch üblichsten Schweißverfahren in der Industrie sind das MIG/MAG- Schweißen, WIG Schweißen und E-Hand-Schweißen. Bei der Auswahl des richtigen Verfahrens spielt immer der zu schweißende Werkstoff, das optische Schweißnahtergebnis, die Materialstärke und die gewünschte Schweißgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle. Die einzelnen Verfahren unterscheiden sich maßgeblich in Sachen Schweißwärme und wie der Zusatzwerkstoff der Schweißnaht zugeführt wird.
Das E-Hand Schweißen bleibt weiterhin das bekannteste Verfahren. Es wird häufig im Freien eingesetzt und kann in nahezu jeder Schweißposition angewandt werden. Die Stabelektrode schmilzt während des Schweißprozesses und bildet somit gleichzeitig Elektrode und Zusatzwerkstoff.
Das WIG-Schweißverfahren ist hingegen zum E-Hand Schweißen deutlich langsamer. Es ermöglicht jedoch extrem genaue Schweißnähte und überzeugt durch seine Resultate. Besonders wenn es um sichtbare Nähte geht, ist dieses Schweißverfahren vor allem in der Industrie die erste Wahl.
Das MIG/MAG-Schweißen sorgt für einen guten Schutz der Schweißnaht vor den zuvor beschriebenen Fehlerquellen wie z.B. Sauerstoff im Bereich der Schweißnaht. Hier muss der Zusatzwerkstoff nicht wie beim E-Hand Schweißen separat zugeführt werden. Es läuft ein Draht (inkl. Schutzgas) direkt durch den Schweißbrenner in das Schweißbad. Es bietet eine gute Abstimmung zwischen Draht und Schutzgas auf den Werkstoff.
Wie kommt Schweißen bei der INOGS zur Anwendung?
Bei der INOGS kommt vorranging das WIG-Schweißen zum Einsatz.
Dieses sorgt für folgende Vorteile in der Produktion:
- Qualitativ sehr hochwertige Schweißnähte, die dem höchsten Standard gerecht werden
- Hohe Belastbarkeit der Schweißnaht
- Optisch sehr dünne Schweißnähte
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