Einsatzmöglichkeiten und Vorteile der neuen PerfectArc-Stromquelle in der modernen Großrohfertigung

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1 Einsatzmöglichkeiten und Vorteile der neuen PerfectArc-Stromquelle in der modernen Großrohfertigung Dr. Heinrich Wietrzniok SMS group GmbH INDUSTRIEWORKSHOP Fraunhofer IPK Berlin 15. Mai

2 Inhalte Einleitung Konzept der neuen Produktlinie Einsatzmöglichkeiten - Quernahtschweißen - Heftnahtschweißen - UP-Schweißen bei Spiral- und Längsnahtschweißen Aktuelle Untersuchungen / Möglichkeiten - Optimierung/Weiterentwicklung zum Quernahtschweißen - Qualitätsuntersuchungen/Parameteroptimierung - Optimierung zum Einfluss des Spaltes auf die Stabilität des Heftprozesses Anwendungsbeispiele Zusammenfassung und Ausblick 2

3 Konzept der neuen Produktlinie PWS geht einen neuen Weg beim MSG- und UP-Schweißen zur Herstellung von Spiralrohren. Anstelle der bisher üblichen Thyristorstromquellen wird eine vollständig digitalisierte Stromquelle eingesetzt. Das Resultat ist der perfekte Lichtbogen, der sich jederzeit exakt steuern lässt - Perfect Arc. Einsatz der neuen Schweißstromquelle bei allen Lichtbogenprozessen in der Rohrfertigung 3

4 HF-Rohrschweißanlage für Leitungsrohre 4

5 Aktuelles Abmessungsspektrum HFI-Rohre Rohrdurchmesser Wanddicken 5

6 Verfahrensprinzip zum HF-Induktionsschweißen Schematische Darstellung des HF- Schweißens 6 Anlagenbild zum HF-Schweißprozess

7 Aktuelle Situation beim Quernahtschweißen Zunehmende Wanddicken durch immer höhere Leistungen der HF-Generatoren. Höhere Festigkeiten der eingesetzten Werkstoffe. Höhere Liniengeschwindigkeiten zwingen zum schnelleren Quernahtschweißen. Sichere Beherrschung des Einformungvorgangs verlangt auch gute Verformbarkeit der Querschweißnähte Querschweißnähte werden als qualitativ minderwertige Hilfsnähte später aus dem Fertigrohr herausgetrennt. Dieser Vorgang unterliegt deshalb keiner laufenden Qualitätsüberwachung und ist folglich vom Kenntnisstand des Bedienpersonals abhängig. Keine Investitionsbereitschaft für moderne Schweißanlagen, wie z.b. Laser-Schweißen. 7

8 Quernahtschweißausrüstung mit verfahrbarer Schopfschere 8

9 Quernahtschweißen beim HF-Längsnahtschweißen MSG- Schweißen - Keine Nahtvorbereitung notwendig (I-Stoß bei allen Wanddicken) - Kein An- und Auslaufblech - Mischgas Typ M21oder reines CO 2 - Massiv- und Fülldrahtelektroden - Wanddicken von 3-25,4 mm - Stromstärke von A - Schweißspannung V - Schweißgeschwindigkeit cm/min - Keine Qualitätsnaht 9

10 Quernahtschweißen beim HF-Längsnahtschweißen 10

11 Ansicht einer Quernahtschweißanlage 11 Industrieworkshop Berlin,

12 Beispiel einer Quernahtschweißverbindung Nahtoberseite Nahtunterseite Wanddicke: 8 mm, Spaltweite: 1,0 mm, U = 38 V, I = 500 A, v s = 80 cm/min 12

13 Makroschliffe von Quernahtschweißverbindungen Wanddicke: 13,8 mm Wanddicke: 15,0 mm Spaltweite: 2,8 mm Spaltweite: 3,3 mm Werkstoff: S355JR Werkstoff: S355JR+AR U = 39 V I = 540 A v s = 60 cm/min U = 39 V I = 540 A v s = 55 cm/min 13

14 Makroschliffe von Quernahtschweißverbindungen Wanddicke: 20,0 mm Wanddicke: 25,4 mm Spaltweite: 5,0 mm Spaltweite: 7,0 mm Werkstoff: S355 JR Werkstoff: S 355 U = 40 / 36 V I = 660A / 1350 cm/min v s = 55 cm/min U = 36 / 34 V I = 650 A / 550 A v s = 45 cm/min 14

15 Quernahtschweißverbindungen im Umformprozeß Querschweißnaht hinter der Kalibrierstrecke Schlitzrohreinformung Rohrinnenseite 15

16 MSG-, UP-Schweißverfahren in Spiralrohr-Schweißanlagen Offline - Fertigung Fertigung in 2 Etapen (Offline-Schweißen) Quelle: SZMF 16

17 Ansicht einer Spiralrohr-Schweißanlage 17

18 Quernahtschweißen beim Spiralrohr-Schweißen Sicherstellung eines kontinuierlichen Heftnahtprozesses Nahtvorbereitung: V- oder Y-Naht durch Brennschneiden Wurzelnaht: MAG-Schweißen Schweißstrom: ca. 400 A, Spannung: ca. 38 V Drahtdurchmesser: 2 mm Schutzgas: CO 2 oder 18% CO 2, Rest Argon Zweite Lage: 3-Draht-UP-Schweißen Schweißstrom:ca A, Spannung: V Drahtdurchmesser: 3-4 mm Qualitätsnaht, verbleibt im Fertigrohr 18

19 Vorteile beim MSG-Heftnahtschweißen in Spiralrohr-Schweißanlagen Stabile und in der Produktion bewährte Stromquellenparameter für Heftschweißgeschwindigkeiten von 2,0 bis 12,0 m/min 2-Ebenen x 7-Rollen-Richtmaschine mit Überwachungssensor für die Schweißdrahtgeschwindigkeit Hochdynamischer Harmonic Drive -Getriebemotor, ausgelegt für Drahtvorschubgeschwindigkeiten von bis zu cm/min A Hochleistungs-MAG-Schweißbrenner mit 2-Kreis-Wasserkühlanlage Stark reduzierte Spritzerbildung unter CO 2 und ein optimierter Einbrand sowie höchste Prozeßstabilität Durch die reaktionsschnelle Steuerung (25 khz) entsteht selbst bei einem abrupten Stillstand der Walzstraße kein Krater im Rohr 19

20 UP-Fertigschweißen in Spiralrohr-Schweißanlagen Schweißstrom: A innen, bis A außen Spannung: V Drahtdurchmesser: 3-4 mm Schweißgeschwindigkeit: 1,2-2,5 m/min Wanddicken bis 25,4 mm Werkstoff: bis X80 (550 MPa) 20

21 Vorteile beim UP-Fertigschweißen in Spiralrohr-Schweißanlagen Eine Stromquelle für AC- und DC- Prozess bei AC Phasenwinkel verstellbar in Stufen von 1 unabhängig von den Netzfrequenzen Regelfrequenz von 25 khz und neueste IGBT-Technologie ermöglichen Veränderung des statischen und dynamischen Verhaltens innerhalb von µs Durch ein glattes Zünden mit DC+ im CV- Modus besteht kein Risiko der Schwingungen der Aufhängung. Der anschließende Wechsel von DC bis AC erfolgt in wenigen als 50 µs. Somit bessere Zündung, Schweißung und Endkratersteuerung Veränderung der Netzspannung ohne Beeinträchtigung des Lichtbogenprozesses 21

22 Prinzip der Großrohr-Fertigung Bandkantenfräse Bandkantenanbiegung JCO-Umformpresse Heftnahtschweißen Innennahtschweißen Außennahtschweißen US-Prüfung 13 8 Röntgenprüfung Expandieren Wasserdruckprüfung Endenfasanlage US-Prüfung (Abnahmeprüfung) 13 Röntgenprüfung II 14 Endkontrolle 22

23 Heftnahtschweißen mit MAG-Schweißen in Großrohr-Schweißanlagen Stabile und in der Produktion bewährte Schweißstromquellenparameter lassen Heftschweißgeschwindigkeiten von 2,0 bis 8,0 m/min zu. 2 7-Rollen-Drahrrichtwerke (2 Ebenen) mit Überwachungssensor für die Schweißdrahtgeschwindigkeit. Hochdynamischer Harmonic Drive -Getriebemotor, ausgelegt für Drahtvorschubgeschwindigkeiten von bis zu cm/min A Hochleistungs-MIG/MAG-Schweißbrenner mit 2-Kreis-Wasserkühlanlage. Stark reduzierte Spritzerbildung unter CO 2 und ein optimierter Einbrand sowie höchste Prozeßstabilität. Die Laser-Schweißkopfführung sorgt für eine exakte Führung des Schweißkopfes. 23

24 UP-Versuchsanlage Schweißparameter : (abhängig von der Wanddicke) Schweißkopf 1: DC ca A, V Schweißköpfe 2-5: AC gestuft von ca A von ca V Schweißgeschwindigkeit: cm/min Zusatzwerkstoff: 3-5 mm Umrüstbar für MSG-Heftnahtschweißen sowie Quernahtschweißen (1 bzw. 2 Schweißbrenner) 24

25 MSG-Schweißen von Querschweißnähten 25

26 MSG-Querschweißnaht und Seitenbiegeproben 26

27 UP-Schweißen an Blechverbindungen 27

28 UP-Schweißen im Großrohrbereich 28

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!! 29