Möglichkeiten mit Mikroplasmaschweissen

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1 Möglichkeiten mit Mikroplasmaschweissen Autor und Referent: Dragan Lalovic OERLIKON-SCHWEISSTECHNIK AG 1

2 ANWENDUNGEN DES MIKROPLASMASCHWEISSENS (Materialstärke der geschweissten Teile kleiner als 1 mm) Elektrotechnik Elektronik Präzisionsmechanik Uhren- und Schmuckindustrie Luft und Raumfahrttechnik Mess- und Regeltechnik (Sensoren) Medizinal- und Dentaltechnik Filtertechnik Präzisionsrohrindustrie 2

3 VORAUSSETZUNGEN FÜR EIN ERFOLGREICHES MIKROSCHWEISSEN schweissbares Grundmaterial Mikroschweissgerechte Nahtvorbereitung Wahl des optimalen Schweissverfahrens Der Schweissaufgabe angepasste Schweissausrüstung Wärmequelle, div. Positionierachsen, Werkzeuge, Vorrichtungen etc. garantiert die nötige Stabilität, Wiederholungsgenauigkeit und Zuverlässigkeit Prozessoptimierung, Prozessüberwachung, On-Line Dokumentierung Niveau von Mechanisierung / Automatisierung entsprechend der Wirtschaftlichkeit wählen (Taktzeit, Wiederholzuverlässigkeit der Qualität) Gut geschultes und erfahrenes Personal 3

4 SCHWEISSVERFAHREN FÜR DAS MIKROSCHWEISSEN Laserstrahlschweissen Elektronenstrahlschweissen TIG Schweissen Mikroplasmaschweissen 4

5 WIE ENTSTEHT PLASMA? Energiezufuhr in Gas (Wärme, elektr. Feld, div. Strahlung...) Angeregte Moleküle zerfallen in Atome (Dissoziationsvorgang) Atome zerfallen in positive Ionen und Elektronen (Ionisations-Vorgang) Ein Gasgemisch, das aus neutralen Grundmolekül-Atomen und aus Ionen und Elektronen besteht ist elektrisch LEITFÄHIG und heisst THERMISCHES PLASMA Plasmalichtbogentemperatur K (Kelvin) (0 Kelvin = -273,15 C = absoluter Nullpunkt) 5

6 TIG - LICHTBOGEN PLASMA-LICHTBOGEN 6

7 WIE ENTSTEHT DER PLASMALICHTBOGEN? PILOTLICHBOGEN HAUPTLICHTBOGEN 7

8 EINSCHNÜRUNGSEFFEKT 1. Mechanische Einschnürung - kalte Düse in Brenner 2. Thermodynamische Einschnürung durch Kühlung der Lichtbogenperipherie z.b. durch Einfluss von Wasserstoff im Schutzgas 3. Elektromagnetische Einschnürung durch elektromagnetischen Druck (wirkt radial vom Rand Richtung Achse der Lichtbogensäule) Führt zu: starker Verkleinerung des Lichtbogenquerschnittes 8

9 CHARAKTERISTIK TIG / PLASMA-LICHTBOGEN 9

10 QUERSCHNITTANSICHT DES BRENNERS 10

11 RICHTUNGSSTABILITÄT EINES TIG-LICHTBOGENS (a) UND EINES MIKROPLASMALICHTBOGENS (b) 11

12 LICTBOGENUMLENKUNG MITTELS GEWINKELTER DÜSEN Standard

13 BRENNER MIT 90 DÜSE IM EINSATZ 13

14 PLASMABRENNER MP 5 13 / 21 Mikroplasma-Schweissbrenner,4m MP 5-13, wassergekühlt EG T Mikroplasma-Schweissbrenner, 8m MP 5-13, wassergekühlt EG T Mikroplasma-Maschinenbrenner, 4m MP 5-21, wassergekühlt EG T Mikroplasma-Maschinenbrenner, 8m MP 5-21, wassergekühlt EG T Zubehörkasten MP 5-13/21 ausgerüstet mit allen Verschleissteilen EG T Für beide Brennertypen die selben Zubehörteile 14

15 VERSCHLEISSTEILE ZU PLASMABRENNER MP 5 13 / 21 Pos. Bezeichnung 1 Brennerkopf MP Brennerkopf MP Brennerkappe kurz 2 Brennerkappe lang 3 O-Ring ø 7,1 x 1,6 4 Zentrierhülse ø 1,0 4 Zentrierhülse ø 1,6 5 Hülse ø 1,0 5 Hülsenlager ø 1,6 6 Spannzange ø 1,0 6 Spannzange ø 1,6 7 Wolfram-Elektrode WL 10 ø 1,0 x Wolfram-Elektrode WL 10 ø 1,6 x 150 Einstelllehre 8 Plasmadüse ø 0,6 (bis 6A) 8 Plasmadüse ø 0,8 (bis 10A) 8 Plasmadüse ø 1,0 (bis 18A) 8 Plasmadüse ø 1,2 (bis 25A) 8 Plasmadüse ø 1,5 (bis 36A) 8 Plasmadüse ø 1,8 (bis 45A) 9 Gasdüse 7 9 Gasdüse 9 9 Gasdüse Dichtungsring Artikel-Nr. EG U EG U EG U EG U E EG EG EG EG EG EG E H E H EG EG EG EG EG EG EG EG EG EG EG

16 MAX. AMP MIT EINSCHNÜRDÜSEN BRENNER MP 5 13 / 21 Pos. Strom Artikel Nr. Düsen Ø 1 bis 6 Amp EG ,6 mm 2 bis 12 Amp EG ,8 mm 3 bis 18 Amp EG ,0 mm 4 bis 25 Amp EG ,2 mm 5 bis 36 Amp EG ,5 mm 6 bis 50 Amp EG ,8 mm EINSTELLEHRE ZU BRENNER MP 5 13 / Einstelllehre (1) anstelle der Düse festschrauben. 2. Elektrode (2) in Brennerkopf einführen bis zu Anschlag auf Einstellehre. 3. Elektrode im Brennerkopf (3) mit Brennerkappe (4) festziehen. 4. Einstelllehre (1) entfernen und entsprechende Einschnürdüse festschrauben. Achtung: um eine einwandfreie Wärmeabfuhr der Düse zu Wassergekühlten Brennerkopf zu erreichen, muss die Düse eingeschraubt und mit einer Zange leicht angezogen werden. (Auf saubere Kontaktfläche achten!) 16

17 SPEZIALTEIELE ZU PLASMABRENNER MP 5 13 / 21 Spezialdüsen für Schweissung unter 45 und 90 Pos. Bezeichnung Artikel-Nr. 15 Plasmadüse ø 0,6, 45 EG Plasmadüse ø 0,8 / 1,0 / 1,2, 45 EG Plasmadüse ø 1,5 / 1,8, 45 EG Plasmadüse ø 0,6/0,8, 90 EG Plasmadüse ø 1,0 / 1,2, 90 EG Plasmadüse ø 1,5 / 1,8, 90 EG Schutzgasdüse geschlossen Pos. Bezeichnung Artikel-Nr. 17 Düse 45 EG Düse geschlossen 90 EG Sonderzubehör für Elektroden ø 1,0mm Pos. Bezeichnung Artikel-Nr. 20 Plasmadüse ø 0,6 spezial EG Plasmadüse ø 0,8 spezial EG Plasmadüse ø 1,0 spezial EG Zentrierstück ø 1,0 EG

18 DÜSEN ZU MP 5 13 / 21 WERDEN ALS ROHLINGE GELIEFERT Düsen muss die entsprechende Bohrung Ø D vom Kunden gemäss nachstehender Skizze gebohrt werden. Düsen 45 Pos Strom bis 6 Amp bis 12 Amp bis 18 Amp bis 25 Amp bis 36 Amp bis 50 Amp Artikel Nr. EG EG EG EG EG EG Düsen Ø 0,6 mm 0,8 mm 1,0 mm 1,2 mm 1,5 mm 1,8 mm A 24,8 mm 25,1 mm 25,1 mm 25,1 mm 26,2 mm 26,1 mm Pos. Strom Artikel Nr. Düsen Ø A Düsen bis 6 Amp bis 12 Amp EG EG ,6 mm 0,8 mm 23,5 mm 23,5 mm 3 bis 18 Amp EG ,0 mm 23,5 mm 4 bis 25 Amp EG ,2 mm 23,5 mm 5 bis 36 Amp EG ,5 mm 23,5 mm 6 bis 50 Amp EG ,8 mm 23,5 mm 18

19 PLASMABRENNER MP 2 12 (Handbrenner) Wassergekühlt, Einschaltdauer 100% ED : 20A Mikroplasma-Schweissbrenner, 4m MP 2-12 wassergekühlt EG T Mikroplasma-Schweissbrenner, 8m MP 2-12, wassergekühlt EG T Zubehörkasten MP 2-ausgerüstet mit allen 12 Verschleissteilen EG T 19

20 ZUBEHÖR ZU BRENNER MP 2 12 (Handbrenner) Pos Bezeichnung Artikel-Nr.. 1 Brennerkopf MP 2-12 EG U 2 Brennerkappe kurz oder EG U 2 Brennerkappe lang EG U 3 O-Ring ø 7,1 x 1,6 E Zentrierhülse EG Hülse ø 1,0 EG Spannzange ø 1,0 EG Wolfram-Elektrode WL 10 E H ø 1,0 x Plasmadüse ø 0,6 (bis 6A) EG Plasmadüse ø 0,8 (bis 10A) EG Plasmadüse ø 1,0 (bis 15A) EG Plasmadüse ø 1,2 (bis 20A) EG Gasdüse 8 EG Gasdüse 10 EG Dichtungsring EG

21 SPEZIALZUBEHÖR ZU BRENNER MP 2 12 (Handbrenner) Pos Bezeichnung Plasmadüse ø 0,8, 45 (bis 10A) Plasmadüse ø 1,0, 45 (bis 15A) Plasmadüse ø 1,2, 45 (bis 20A) Plasmadüse ø 0,8, 90 (bis 10A) Plasmadüse ø 1,0, 90 (bis 15A) Plasmadüse ø 1,2, 90 (bis 20A) Artikel Nr. EG R EG R EG R EG R EG R EG R Gasdüse geschlossen Pos. Bezeichnung Artikel Nr. 13 Gasdüse geschlossen EG

22 PLASMABRENNER MP 2 21 (Maschinenbrenner) wassergekühlt, Einschaltdauer 100% ED : 20A Mikroplasma-Maschinenbrenner 4m, MP 2-21, wassergekühlt EG T Mikroplasma-Maschinenbrenner 8m, MP 2-21, wassergekühlt EG T Zubehörkasten MP 2-21 ausgerüstet mit allen Verschleissteilen EG T 22

23 VERSCHLEISSTEILE ZU PLASMABRENNER MP 2 21 Pos. Bezeichnung Artikel-Nr. 1 Brennerkopf MP 2-21 EG U 2 Zentrierhülse ø 1,0 EG Hülse EG Stellschraube EG Spannzange ø 1,0 EG Wolfram-Elektrode WL 10 ø 1,0 x 150 E H Einstellschlüssel EG Plasmadüse ø 0,6 (bis 6A) EG Plasmadüse ø 0,8 (bis 10A) EG Plasmadüse ø 1,0 (bis 15A) EG Plasmadüse ø 1,2 (bis 20A) EG Gasdüse 8 EG Gasdüse 10 EG Dichtungsring EG

24 SPEZIALZUBEHÖR ZU BRENNER MP 2 21 (Maschinenbrenner) Pos Bezeichnung Plasmadüse ø 0,8, 45 (bis 10A) Plasmadüse ø 1,0, 45 (bis 15A) Plasmadüse ø 1,2, 45 (bis 20A) Plasmadüse ø 0,8, 90 (bis 10A) Plasmadüse ø 1,0, 90 (bis 15A) Plasmadüse ø 1,2, 90 (bis 20A) Artikel Nr. EG R EG R EG R EG R EG R EG R Gasdüse geschlossen Pos. Bezeichnung Artikel Nr. 13 Gasdüse geschlossen EG

25 DIVERSE PLASMAVERFAHREN Arbeitsbereiche Verbindungsschweissen Stromstärke Amp Plasma-Stichlochschweissen nur mechnisch einsetzbar, Einlagenschweissen, mit und ohne Schweisszusatz, "Wurzelsicherheit", Plasmagasmenge hoch, keine Badstütze, Drei-Loch-Düsen Plasmaschweissen Einlagschweissen, mit und ohne Schweisszusatz, Plasmagasmenge (Durchdrücktechnik) niedrig, mechanisch und manuell einsetzbar Mikroplasmaschweissen mechanisch und manuell einsetzbar, niedrige Stromstärken für Folien- und Dünnblechbereich Plasmaheissdraht- Auftragschweissen mechnisch einsetzbar, 2 Heissdrähte mit Wechsel- Auftragsschweissen strom beaufschlagt, hohe Flächenleistung geringe Aufmischung Plasmapluspolschweissen (nicht mit Plasmafix) einsetzbar für Aluminiumwerkstoffe, Helium als Schutgas, grosser Elektrodendurchmesser, Gleichstromverfahren Plasmaauftragsschweissen Auftragsschweissen für harte, verschleissfeste Schichten, mit Pulverzuführung Schweisszusatz in Pulverform Mikroplasmaschweissen Plasma -und Plasmastichlochschweissen Folien mm Dünnblech mm Dünnblech mm Dünnblech 1...2mm Plasmaschweissen mm Plasmaschweissen mm Plasma-Stichlochschweissen mm Verfahrensvarianten Verfahrensart Merkmale 25

26 GAS FÜR PILOTLICHTBOGEN Zentrumgas, auch Plasmagas genannt, ist immer Argon. Dabei ist auf möchglichst hohen Reinheitsgrad zu achten. mit der Zusatzbezeichnung "4.8" hat sich gut bewährt. (4.8 bedeutet mindestens % reines Argon) Für die Wahl des Schutzgases gilt der Grundsatz: Das Schutzgas darf die Werkstoff- und Bauteileigenschaften nicht beeinflussen. Die Wahl des Schutzgases erfolgt jedoch nicht alleine aufgrund des Werkstoffes. Der Plasma-Lichtbogen wird durch die Eigenarten des Schutzgases in seiner From und Temperatur wesentlich beeinflusst. So kann ein Schutzgas, das sich im einen Fall sehr gut bewährt, bei demselben Werktstoff aber geändereter Form des Bauteiles unbrauchbar sein. Werkstoffangaben wie z.b "Messing" sind wenig aussagekräftig. Selbst wenn die Werkstoffnummer bekannt ist, kann über die Zuordnung des optimalen Schutzgases erst nach Versuchen definitiv ausgesagt werdne. In der Tabelle sind die Schutzgase genannt, die üblicherweise für die ersten Versuche gewählt werden. 26

27 SCHUTZGASE FÜR DAS MIKROPLASMASCHWEISSEN Argon mit 2-7 % Wasserstoff, z. B. Noxal 3 (6% H2) wird als Schutzgas eingesetzt für: Stahl un- und niedriglegiert Cr-Stahl, C rni-stahl Maragin-Stahl Stahl verzinkt, Stahl verzinnt Nickel Nieckel-Eisen Nickel-Chrom, Incoloy, Nomonic Inconel (NiCrFe) Nimonic (NiCrCo) Nickel-Kuper, Monel Nickel-Molybdän Hastelloy Cobalt Argon als Schutzgas wird eingesetzt für: (je nach Schichtdicke möglich, meistens ungünstig) Automatenstahl (ungünstig wegen Pb, TIG eher besser) Gold (selten in reinem Zustand, Voraussage schwierig) Hafnium (sehr empfindlich auf O, N und H) Molybdän (nur in Kammern schweissbar) Tital (bevorzugt in Kammern zu schweissen) 27

28 SCHUTZGASE FÜR DAS MIKROPLASMASCHWEISSEN Helium als Schutzgas wird eingesetzt für: Kufper Messing (TIG ist eher vorzuziehen) (TIG ist eher vorzuziehen) Tombak Bronce Neusilber Kupfer-Beryllium Beryllium Silber Niob (sehr empfindlich auf O, N und H) Tantal (sehr empfindlich auf O, N und H) Vanadin (sehr empfindlich auf O, N und H) Zirkon (sehr empfindlich auf O, N und H) Wolfram (sehr grosser Wärmebedarf) 28

29 NAHTVORBEREITUNG ZUM MIKROPLASMASCHWEISSEN max. SPALT< 10% e 29

30 PARAMETER RICHTWERTE MECHANISIERTES SCHWEISSEN Schweissparameter für Rostfreie Stähle (Austenite z. B bis ) Schweissgeschwindigkeit ca. 40 bis 60 cm / min. (Richtwerte) B A 6 B I 25 C = / 3 C C I ; = Schweissstrom (Amp) B ; C = (mm) B C Mikroplasma B I 0 0,5 1,0 1,5 A ; = Materialstärke in mm C 30

31 PARAMETER RICHTWERTE MANUELLES SCHWEISSEN Verfahren: Mikroplasmaschweissen Grundwerkstoffe: bis ) Art der Fertigung: manuell Schweisszusatz: - Nahtart: Stumpfnaht Plasmagas: Argon 48 Bördelnaht Schutzgas: Noxal 3 Schweissposition: w Spalt Materialsärke Nahtvorbereitung Plasmagas Schutzgas Arbeitsspannung Schweissstrom Schweissgeschwindigkeit mm mm V A I/min. I/min mm cm/min 0.1 I-Naht , ,0 0.2 I-Naht , ,0 0.3 I-Naht , ,0 0.4 I-Naht , ,0 0.5 I-Naht , ,0 0.7 I-Naht , ,0 1,0 I-Naht , ,0 0.8 Bördelnaht , ,0 31

32 PARAMETER RICHTWERTE INCONEL B ; C = (mm) Schweissparameter für Nickel Inconel 600 / 625 z. B bis ) Schweissgeschwindigkeit ca. 40 bis 60 cm / min. (Richtwerte) B C B II ,5 1,0 1,5 A ; = Materialstärke in mm C I ; = Schweissstrom (Amp) B 1 = / 3 C C Mikroplasma A 32

33 PARAMETER RICHTWERTE CU UND CU LEGIERUNGEN Schweissparameter Cu und Cu Legierungen Schweissgeschweindigkeit ca. 25 bis 50 cm / min. (Nur Richtwerte) B A 6 5 B C I 75 1 = / 3 C C I ; = Schweissstrom (Amp) B ; C = (mm) B C I Mikroplasma ,5 1,0 1,5 A ; = Materialstärke in mm 33

34 PLASMAFIX 51 STROMQUELLE FÜR MIKROPLASMA- UND TIG-SCHWEISSEN Transistorisierte analoge Stromquelle 16-bit Mikrokontrollersteuerung 99 Schweissprogramme RS232 zur Verbindung mit Drucker, PC Fernstelleranschluss für Fusspedal Optionen für Automat./ Mechanisierung Dialog in drei Sprachen Diagnostik Menü Prozessparameterüberwachung Abnutzungs-Kontrolle der Elektrode 0,08A-50 A; 50A 100% ED Mikroplasma 0,8A-50A; 50A 60% ED TIG 34

35 MÖGLICHKEITEN DER KOMMUNIKATION Kommunizierung mit externer übergeordneter Steuerung (SPS, Hostcomputer, PC) via RS232 Protokoll für Übertragung der kompletten Programmrezeptur oder Programmnummer Drei frei programmierbare Ausgänge (z.b. Draht, Bewegung, Formiergas) Prozessüberwachungsausgang(U,I) Datenerfassung(Sollwert & Istwert) via Drucker oder PC PC Softwarepaket für Programm- Management Kundenspezifische Software 35

36 UNSER ANGEBOT ZUR AUTOMATISIERUNG/MECHANISIERUNG DES MIKROSCHWEISSENS STANDARD PROGRAMM - CITOTURN REIHE (ZYLINDRISCHE BAUTEILE) - CITOSEAM REIHE (FLACHTEILE) - PUNKT MIKROSCHWEISSEN SONDER PROGRAMM KUNDENSPEZIFISCHE LÖSUNGEN BERATUNG 36

37 CITOTURN 500 MIT NEUER LÄNGS- UND RUNDACHSE Netzanschluss Max. Lastgewicht Max. Kippmoment (bezogen auf Antriebswellenende) Vorrichtungsgewicht 230 V / 50 Hz 60 kg 85 Nm 210 kg Drehzahlbereich: 0,05 15 U/min Linear NC-Achse: mm/min Positions- Messsystem: Encoders Rundlaufgenauigkeit: ± 0.02 mm Drehmoment: 1,95 Nm Spitzenhöhe: 166 mm Spitzenweite: 500 mm (800/1000) Werkstückdurchmesser: 320 mm Durchgangsl. der Spindel: Ø 48 mm 37

38 SPS STEUERUNG SEC 053 (tuch screen) 38

39 PRÄZISIONS-LÄNGSSPANNVORRICHTUNG CITOSEAM REIHE Schweissverfahren: MP/WIG Schweisslänge: 320/480/800/1200 mm Ømin ømax: / / / mm Materialstärke: mm Positions-Messsystem: Encoder Schweissgeschw: mm/min Brennerhub pneum: 120 mm Spanndruck N/cm 2 der Klemmschiene : (verstellbar) Kaltdrahtzusatz (Option): Vd= mm / min Unterstützarm: wassergekühlt / Gasunterströmung 39

40 DIVERSE AUTOMATISIERUNGSBEISPIELE 40

41 ROBOTER UND PLASMA INVERTER 41

42 PLATTENWÄRMETAUSCHER - PRINZIP Natürliche Kältemittel: Ammoniak, Propan, Isobutan Absolut hermetische Komponenten ohne Dichtungen und Schraubstellen Keine Kältemittelverluste während der gesamten Lebensdauer 42

43 ANLAGE ZUM SCHWEISSEN VON WÄRMETAUSCHERPLATTEN 43

44 ANLAGE ZUM SCHWEISSEN VON THYRISTOREN 44

45 ANLAGE ZUM SCHWEISSEN VON THYRISTOREN 45

46 GESCHWEISSTER THYRISTOR 46

47 MEDIZINALTECHNIK 47

48 MEMBRANELEMENT 48

49 VERBINDUNGS- ELEMENT 49

50 FILTEREINSATZ 50

51 DIVERSE KOMPENSATOREN 51

52 MINI - WÄRMETAUSCHER 52

53 REPARATUR VON STANZFORMEN 53

54 RITZEL / ACHSEN-VERBINDUNG 54