Automatisiertes WIG-Auftragschweißen

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1 Automatisiertes WIG-Auftragschweißen Inkl. TIG er Technologie - Polysoude-Innovation Polysoude-Innovation DIE PN

2 2011 Originalausgabe: Polysoude S.A.S. Nantes Frankreich - Aktualisierung: 2016 Fotos, Schemen und Zeichnungen dienen dem Verständnis und sind daher unverbindlich. Alle Wiedergaberechte vorbehalten. Ohne schriftliche Zustimmung des Herausgebers darf dieses Dokument weder insgesamt, noch teilweise in irgendwelcher Form und mit irgendwelchem Mittel, ob elektronisch oder mechanisch, einschließlich Fotokopie, Aufnahme oder Datentechnik, reproduziert werden. Gedruckt in Frankreich Herausgegeben von: Polysoude, Nantes (Frankreich) info@polysoude.com

3 Automatisiertes WIG-Auftragschweißen INHALTSVERZEICHNIS 1. Vorwort 5 2. Anwendungsgebiete des WIG-Auftragschweißens 6 3. Grundlagen des WIG-Schweißprozesses WIG-Kaltdraht- bzw. Heißdrahtschweißen und der Schweißprozess TIG er mit WIG-Doppellichtbogen Schweißstrom Schweißschutzgas WIG-Auftragschweißen Übersicht Aufmischung Anlagen zum Auftragschweißen Schweißstromquellen und Komponenten Anlage zum Auftragschweißen in Wannenlage mit unbewegtem Werkstück Anlage zum Auftragschweißen in Wannenlage mit rotierendem Werkstück Anlagen zum Auftragschweißen in Kehlnahtposition Mit Kollektorköpfen ausgestattete Anlagen zum Auftragschweißen Anlagen zum Auftragschweißen an Innenwänden von Rohren in horizontaler Lage Zusammenfassung Anhang 42 3

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5 1. Vorwort Das WIG- (Wolfram Inert Gas) Schweißen hat unter anderem bei industriell eingesetzten Fertigungsverfahren einen festen Platz, dank seiner bekannten Vorteile wird es regelmäßig zur Herstellung gefügter Bauteile eingesetzt. Die anfänglich ausschließlich manuell durchgeführten Schweißungen boten praktisch die einzige Möglichkeit, Edelmetalle und bestimmte Sondermetalle und -legierungen zu verschweißen. Die Güte der erzielten Ergebnisse hing zu einem großen Teil von der Qualifikation, der Erfahrung und dem handwerklichen Geschick des WIG-Schweißers ab. Wegen der ausgezeichneten Qualität der so hergestellten Schweißverbindungen wurde bald versucht, den WIG-Prozess zu automatisieren, dabei erwiesen sich zwei seiner charakteristischen Eigenschaften als besonders vorteilhaft: die außergewöhnliche Prozessstabilität, die es erlaubt, alle wichtigen Schweißparameter in weiten Grenzen zu variieren die Möglichkeit, die Menge des Zusatzmaterials unabhängig von der Schweißstromstärke zu verändern. Die stetig zunehmende Leistungsfähigkeit elektronischer Bauelemente erlaubte schließlich eine vollständige Kontrolle des WIG-Schweißprozesses und die sichere Beherrschung sämtlicher Zwangslagen. Dadurch, dass die Abläufe komplexer Schweißzyklen computerunterstützt vollständig im Voraus programmierbar sind, kann der Fügevorgang nun mit großer Wiederholgenauigkeit unter präziser Einhaltung der festgelegten Schweißparameter beliebig oft reproduziert werden. Der jeweiligen Schweißaufgabe entsprechend lässt sich die notwendige Bewegung der Werkstücke durch Einsatz mechanischer Vorrichtungen (Schlitten, Drehtische, Rollenbockanlagen) erzeugen, bei technisch noch anspruchsvolleren Anlagen wird der Brenner als Teil eines Schweißkopfes um das feststehende Werkstück herumgeführt (Orbitalschweißen). Die im Laufe der Entwicklung des Orbitalschweißens und der Prozessautomatisierung gewonnenen Erfahrungen bildeten die Grundlagen für den Einsatz unterschiedlicher Varianten der WIG-Technik beim Auftragschweißen und beim Aufbringen von Pufferschichten. Der kürzlich vorgestellte Schweißprozess TIG er mit Doppellichtbogen erlaubt eine deutliche Steigerung der Abschmelzraten. Die zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse an den Prozess zu stellenden Anforderungen ähneln sich beim Verbindungs- und Auftragschweißen sehr stark. Eine zuverlässige Prozesssteuerung, eine hohe Wiederholgenauigkeit, die sichere Beherrschung sämtlicher Schweißpositionen, die von der Schweißstromstärke praktisch unabhängig steuerbare Drahtzufuhr und eine unkomplizierte Automatisierbarkeit bilden die Grundlage für die hohe Qualität der Schweißnähte und Auftragschichten. 5

6 2. Anwendungsgebiete des WIG-Auftragschweißens Das WIG-Auftragschweißen wird erfolgreich bei folgenden Aufgabenstellungen eingesetzt: Reparatur verschlissener Bauteile sowie Aufarbeiten von Werkstücken, die infolge von Fertigungsfehlern Untermaß aufweisen Aufbringen von Schichten bei Bauteilen, die besonderen Beanspruchungen widerstehen müssen (Abnutzung, Korrosion etc.) Aufbringen von Pufferlagen zum Ausbilden einer intermetallischen Verbindung beim thermischen Fügen unterschiedlicher Grundwerkstoffe. Abb. 1 : Auftragschweißen zur Herstellung und Reparatur einer Dichtfläche Bei der Reparatur von Werkstücken mit Abnutzungserscheinungen (Rissbildung, Aufhärtung, Auswaschungen) wird der geschädigte Werkstoff häufig mit Hilfe spanender Bearbeitungsverfahren entfernt und durch Auftragschweißen mit artgleichem Zusatzwerkstoff ersetzt. Dieser Kategorie sind vornehmlich hochwertige Werkstücke aus korrosionsbeständigen Legierungen zuzurechnen. Dabei soll die Zusammensetzung der jeweiligen Legierung durch das Auftragschweißen möglichst wenig beeinflusst werden, während die nach dem Prozess in dem Werkstück aufgebauten bleibenden Zugspannungen zu einer Lebensdauerverlängerung des betreffenden Teils beitragen können. Reparaturen der genannten Art werden häufig an in kerntechnischen Anlagen eingebauten Rohren durchgeführt. Die Reparatur von Werkstücken, die infolge von Bearbeitungsfehlern Untermaß aufweisen, erfolgt auf ähnliche Weise. Hier kann allerdings nur in den Fällen auf automatisierte Schweißprozesse zurückgegriffen werden, in denen die passenden Spann- und Positioniereinrichtungen zur Verfügung stehen. 6

7 Unter metallurgischen Gesichtspunkten erweisen sich Reparaturschweißungen häufig als problematisch, besonders wenn die betroffenen Teile aus wenig schweißgeeigneten Grundwerkstoffen hergestellt sind, wie zum Beispiel: Abb. 2 : Reparatur einer Abzweigleitung des Primärkreislaufes eines Kernreaktors durch Auftragschweißen des Werkstoffes 316L. Der Schweißkopf ist im Rohrinneren positioniert. Der Schweißer überwacht den Prozess aus sicherer Entfernung über eine Kamera mit Endoskop. Der eingesetzte Kollektorkopf ermöglicht es, die Auftragschweißung in einem Arbeitsgang ohne Unterbrechung nach jeder Umdrehung des Schweißwerkzeuges zu vollenden. unlegierte oder niedriglegierte Stähle Cr oder Mo Stähle mit hohem Kohlenstoffäquivalent martensitische bzw. hochtemperaturbeständige Legierungen, die beim Schweißen bzw. Auftragschweißen ihre Festigkeit verlieren, aber aus verschiedenen Gründen keiner abschließenden Wärmebehandlung unterworfen werden dürfen. Mit Schwierigkeiten als Folge wenig schweißgeeigneter Werkstoffe muss erfahrungsgemäß besonders im Bereich der Instandsetzung von Motorblöcken, Kurbelwellen, Achsen, Gussteilen usw. gerechnet werden. Bei der Herstellung von Neuteilen zählt das Beschichten von Ventilsitzen, Stutzen und Nuten zu den klassischen Anwendungsgebieten des Auftragschweißens. Die meist speziell dazu konstruierten stationären Anlagen erlauben die Durchführung der entsprechenden Arbeitsgänge und übernehmen oft weitere Aufgaben (Positionieren der Werkstücke, abschließende Wärmebehandlung und spanende Endbearbeitung). Das Einbringen von Pufferlagen ist als Sonderfall des Auftragschweißens anzusehen, denn hier dient die erzeugte Schicht nicht dazu, den Grundwerkstoff zu schützen, sondern ermöglicht die Ausbildung einer intermetallischen Verbindung beim anschließenden Zusammenschweißen von zwei Werkstücken aus artfremden Grundwerkstoffen. Da die von der so hergestellten Schweißverbindung aufzunehmenden Kräfte vollständig von der Pufferlage übertragen werden müssen, ist die Qualität dieser Zwischenschicht ausschlaggebend für die Festigkeit des gesamten Werkstückes. Die von den auftraggeschweißten Pufferschichten zu erfüllenden Qualitätsanforderungen liegen daher auf dem gleichen Niveau wie die für das Verbindungsschweißen festgelegten Abnahmekriterien (dem jeweilig zugrunde liegenden Regelwerk entsprechend). Um diesen Anforderungen gerecht zu 7

8 Abb. 3 : Instandsetzung der Canopy-Dichtung durch Auftragschweißungen auf dem Außendurchmesser des Adapters, welcher auf dem Deckel eines Reaktorbehälters installiert wird Abb. 4 : Stationäre Schweißanlage in einer Fertigungshalle. Auftragschweißen der innen liegenden Flächen des Werkstückes, d. h. Wände, Ecke und Boden, mit einer Nickelbasislegierung 8

9 werden, kommt dann in vielen Fällen bezüglich der Auswahl des Fertigungsverfahrens einzig das WIG-Heißdrahtschweißen in Frage. Abb. 5 : Auftragschweißen einer Pufferschicht zur Vorbereitung der Verbindungsschweißung mit nicht artgleichem Werkstoff 3. Grundlagen des WIG-Schweißprozesses 3.1. WIG-Kaltdraht- bzw. Heißdrahtschweißen und der Schweißprozess TIG er mit WIG-Doppellichtbogen Beim WIG-Schweißen brennt ein elektrischer Lichtbogen in einer neutralen Atmosphäre zwischen der nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Werkstück. Das Refraktärmetall der Elektrode widersteht der durch den Lichtbogen freigesetzten Wärme und lenkt ihn auf die Schweißnaht. Der Werkstoff des Werkstückes wird durch die eingebrachte Energie aufgeschmolzen und bildet das durch den Schutzgasstrom abgeschirmte Schweißbad. Beim Auftragschweißen mit dem WIG-Kaltdrahtverfahren muss die zum Aufschmelzen des Zusatzwerkstoffes benötigte Energie von dem Lichtbogen geliefert werden. Die Schweißparameter sind daher so zu wählen, dass ausreichend Energie sowohl zum Aufschmelzen des Grundwerkstoffes als auch des Auftragmaterials zur Verfügung steht. Das Auftragschweißen mit dem WIG-Heißdrahtverfahren ist durch den Einsatz einer weiteren, unabhängigen Stromquelle gekennzeichnet. Durch den von ihr gelieferten Heißdrahtstrom wird im Zusatzwerkstoff selbst unmittelbar vor seinem Eintritt in das Schmelzbad entsprechend Wärme erzeugt. Der Zusatzwerkstoff wird nicht aufgeschmolzen, jedoch verringert man den Energieentzug im Schmelzbad wesentlich gegenüber dem WIG-Kaltdrahtverfahren. Dies ermöglicht eine deutliche Steigerung der Drahtvorschubgeschwindigkeit und somit der Abschmelzrate. Zum Schweißen mit Doppellichtbogen werden zwei nahe beieinander angeordnete Wolframelektroden mit jeweils einem Gleichstrom beaufschlagt, wobei mit der gleichen Polarität und einer ähnlichen Lichtbogenspannung wie beim konventionellen WIG-Schweißen gearbeitet wird. Durch die räumliche Nähe der Elektroden zueinander und die Anziehungskräfte der elektrischen Felder findet die Entladung in Form eines einzigen Lichtbogens statt. Die dadurch erreichbare hohe Lichtbogenintensität bei gleichzeitig niedrig bleibendem Lichtbogendruck sowie die geometrische Ausrichtung der Elektrodenstellungen und der Zusatzdrahtzuführung schaffen ideale Vorraussetzungen für einen erfolgreichen Einsatz des TIG er -Prozesses im Bereich des Auftragschweißens. Die Technik des Heißdrahtschweißens beim konventionellen WIG-Prozess basiert auf dem gleichen Prinzip, nur dass der Zusatzdraht beim TIG er -Prozess 9

10 mit Wechselstrom beaufschlagt wird, um störende Einflüsse beim Eintauchen in das Schmelzbad auszuschalten Schweißstrom Kennzeichen der Schweißstromquellen und Arten des Schweißstromes Zu einer WIG-Schweißanlage gehört stets eine entsprechend ausgelegte Stromquelle (mit geschlossenem Kühlkreislauf für den Brenner), an die ein Schweißbrenner angeschlossen ist, das über eine Masseleitung mit der Stromquelle verbundene Werkstück und die ebenfalls vom Schweißautomaten gesteuerte Inertgasversorgung. Bei Lichtbogenspannungen zwischen 9 und 18 V (wenn Helium als Schutzgas eingesetzt wird) weisen die für das WIG-Schweißen bestimmten Stromquellen fallende oder sogar vertikale Kennlinien auf. Durch diese Kennlinien wird es möglich, die Schweißstromstärke bei unterschiedlichen Lichtbogenlängen weitgehend konstant zu halten. Das WIG-Schweißen kann mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom (z. B. beim Schweißen von Aluminium) erfolgen. Beim Einsatz von Gleichstrom wird die Elektrode des Schweißbrenners in praktisch allen Fällen mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden (DCEN Direct Current Electrode Negative) und wirkt dann als Kathode. Zwar ist es auch möglich, die Elektrode mit dem positiven Pol der Stromquelle zu verbinden (DCEP Direct Current Electrode Positive), allerdings wird diese Art der Schaltung äußerst selten angewendet. Beim Schweißprozess TIG er mit Doppellichtbogen werden die gleichen Stromquellen wie beim konventionellen WIG-Schweißen verwendet, auch die Polung der Elektroden bleibt die gleiche. Abb. 6 : Schaltung bei konventionellem WIG- Heißdrahtschweißen mit einem Lichtbogen. Der Schweißstrom für die Wolframelektrode und der Heißdrahtstrom werden von verschiedenen Stromquellen geliefert, dabei sind Elektrode und Draht jeweils negativ gepolt. Abb. 7 : Schaltung beim Schweißprozess TIG er mit WIG-Doppellichtbogen. Die beiden Wolframelektroden und der Heißdraht werden durch jeweils eine eigene Stromquelle gespeist, wobei zum Anwärmen des Heißdrahtes Wechselstrom verwendet wird, um eine Beeinflussung des Lichtbogens zu vermeiden Gepulster Schweißstrom Ähnlich wie beim WIG-Verbindungsschweißen bzw. Orbitalschweißen wird auch beim Auftragschweißen je nach Aufgabenstellung mit ungepulstem (konstante Stromstärke) oder gepulstem Schweißstrom gearbeitet. Ungepulster Schweißstrom bleibt im Allgemeinen solchen Anwendungen vorbehalten, die eine hohe Abschmelzrate erfordern und ein großes Schmelzbadvolumen zulassen (Schweißungen in Wannenlage oder als Kehlnaht), dabei können auch mehrere Brenner gleichzeitig zum Einsatz kommen. 10

11 Gepulster Schweißstrom wird gewählt, sobald in Zwangslagen geschweißt werden muss, denn dazu ist eine exakte Beherrschung des Schweißbades erforderlich (der gepulste Schweißstrom selbst kann mit der ebenfalls gepulsten Drahtvorschubgeschwindigkeit und der Lichtbogenhöhensteuerung synchronisiert werden). Merkmale des WIG-Schweißens mit gepulstem Strom: bei thermischem Pulsen werden für den Wechsel zwischen Puls- und Grundstrom Frequenzen von maximal 6 Hz verwendet der hohe Energieeintrag des Pulsstromes erlaubt das Aufschmelzen von Substrat- und Zusatzwerkstoff bei maximaler Leistung und IH IB } } THTB IH IB V (mm/min) A I (A) V1 } } sichert dadurch einen hohen Wirkungsgrad und die Bildung kompakter Auftragschichten der niedrigere Grundstrom erlaubt ein teilweises Abkühlen des Schweißbades mit entsprechender Volumenverringerung, wodurch die unerwünschten Auswirkungen der Schwerkraft auf die Schmelze in beherrschbaren Grenzen gehalten werden bei entsprechender Wahl der Parameter kann mit gepulstem Schweißstrom Einfluss auf die Dichte, die Geometrie und die Gleichmäßigkeit des auftraggeschweißten Depots genommen werden. Einige zusätzliche Anmerkungen: Bei Pulsfrequenzen unterhalb von 8 Hz führt die regelmäßige Volumenänderung der Schmelze zu einem sehr gleichmäßig ausgebildeten Depot mit fein geschuppter Oberfläche; jedem Werkstoff kann eine Eigenfrequenz zugeordnet werden, unterhalb derer dieses Phänomen besonders ausgeprägt auftritt (bei korrosionsbeständigen Stählen z.b. 6 7 Hz). I (A) Diese Wirkung des gepulsten Schweißstromes kann durch synchron gepulste Drahtvorschubgeschwindigkeit, synchron gepulsten Heißdrahtstrom und gegebenenfalls synchronisierte Pendel-bewegungen verstärkt werden, allerdings reduziert sich dabei die Bandbreite der wirksamen Pulsfrequenzen noch einmal sehr Stark (auf etwa 0,5 bis maximal 3 Amplituden pro Sekunde) Im Falle mittlerer bis großer Wandstärken sollte die Dauer des Grundstromes mindestens der Dauer des Pulsstromes entsprechen (um eine ausreichende Abkühlzeit zu gewährleisten) oder sie sogar übersteigen (Standardempfehlung TH = 200 ms und TB = 300 ms oder TH = 300 ms und TB = 500 ms). TH TB Abb. 8 : Gepulster Schweißstrom für das WIG-Schweißen L1 B V2 T (s) T (s) L2 T (s) Abb. 9 : Überdeckung durch periodisch wechselnde Größe des Schweißbades bei gepulstem Schweißstrom 11

12 Als klassische Pulsform wird eine Rechteckschwingung angesehen, jedoch können auch andere Pulsarten überlagert werden. Je nach Frequenz können überlagerte Pulse durch die Steigerung des Lichtbogendruckes zu einem Verhalten ähnlich einem ungepulsten Schweißstrom mit erhöhtem Durchschweißeffekt führen (bei schnellem Pulsen mit Frequenzen zwischen 500 Hz und 10 khz) oder die Wirkung thermischen Pulsens unterstützen (Optimierung durch der vorderen Flanke des Pulsstromanstiegs überlagerte Mono-Impulse). I (A) Fig. 56 : Schnelles Pulsen Thermisches und schnelles Pulsen Abb. 10 : Verschiedene Pulsformen des WIG-Schweißstromes Mono-impuls T (s) Zünden des Lichtbogens Beim automatisierten WIG-Schweißen werden zwei unterschiedliche Methoden zum Zünden des Lichtbogens eingesetzt. Der für eine HF-Zündung benötigte Hochspannungsgenerator ist in die Schweißstromquelle eingebaut und erzeugt schwache Stromstösse mit hoher Spannung (zwischen 8 und 15 kv) bei Frequenzen um 50 Hz. Durch die Hochspannungsimpulse wird eine Gassäule im Schutzgasstrom zwischen Elektrode und Werkstück ionisiert und bekommt leitende Eigenschaften, der Schweißstrom beginnt zu fließen und das sogenannte Plasma entsteht. Dieses Plasma ist elektrisch neutral, es besteht aus Atomen des Schutzgases, negativ geladenen Elektronen, positiv geladenen Gasionen und verdampftem Metall. Der Zündvorgang wird durch die Stromquelle überwacht, sobald ein stabiler Lichtbogen anliegt, wird der Hochspannungsgenerator automatisch abgeschaltet. Die HF-Impulse können nicht über beliebige Entfernungen übertragen werden, bei sehr langen Kabeln zwischen Schweißstromquelle und Schweißbrenner ist eine HF-Zündung nicht möglich (Kabellänge maximal 30 bis 50 m). In einigen Fällen kann diese Schwierigkeit dadurch umgangen werden, dass der HF-Generator näher an dem Schweißbrenner platziert wird. Ansonsten kann eine als Lift Arc bekannte Zündmethode eingesetzt werden, jedoch nur, wenn der Schweißkopf mit AVC-Einrichtung (Arc Voltage Control = Lichtbogenhöhensteuerung, Technik zur Kontrolle der Lichtbogenlänge) ausgestattet ist. Nach einem durch leichtes Berühren der Werkstückoberfläche mit der Elektrode ausgelösten 12

13 Kurzschluss wird der Schweißbrenner mit dem AVC-Schlitten kontrolliert zurückgezogen, dabei entsteht der Lichtbogen. Wenn sich der Lichtbogen stabilisiert hat, wird der AVC-Schlitten zur mechanischen Regulierung der Lichtbogenlänge eingesetzt. Bei der Lift-Arc Zündmethode muss ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Werkstück und der Wolframelektrode etabliert werden, trotzdem konnte die Technik so verfeinert werden, dass werkstückseitige Wolframeinschlüsse während des Zündvorgangs ausgeschlossen sind. Im Falle komplexer Anlagen kann die fehlende Hochfrequenz bei der Lift-Arc Zündung einen Gewinn an Zuverlässigkeit mit sich bringen (keine Störung elektronischer Schaltkreise), auch bei sehr kurzen Entfernungen zwischen Brennerteilen und Werkstück sinkt die Gefahr unkontrollierter Überschläge bei Zündungen ohne Hochfrequenzeinwirkung Stromabsenkung Das Ende eines Schweißzyklus wird durch eine Absenkung des Schweißstromes eingeleitet. Die Stromabsenkung wird durch Festlegen der Zeitspanne und der Abrissstromstärke gekennzeichnet. Die so spezifizierte Rampe erlaubt ein kontrolliertes Absenken der Energiezufuhr zum Abschluss der Schweißung. Die Schweißgeschwindigkeit und die Pendelamplitude (wenn mit Pendelung geschweißt wird) werden im gleichen Verhältnis verringert, so dass sich ein praktisch punktförmiger Nahtabschluss ergibt. Der Drahtvorschub wird im Allgemeinen unmittelbar vor Beginn der Stromabsenkung abgeschaltet (außer bei Schweißungen mit sehr hohem Energieeintrag oder bei rissempfindlichen Werkstoffen, wo die Drahtzufuhr so spät wie möglich unterbrochen wird, um etwaige Schweißfehler zu vermeiden). Für die Phase, in deren Verlauf der Lichtbogen verlöscht, sollte eine besonders sorgfältige Abstimmung der Parameter vorgenommen werden, dadurch kann die Bildung von Endkratern oder Rissen, wie sie bei empfindlichen Werkstoffen häufig zu beobachten ist, vermieden werden. Je nach Lichtbogenlänge, Elektrodendurchmesser und Wandstärke wird mit Abrissströmen zwischen 1 und 15 A gearbeitet. I (A) V (mm/min) T (s) T (s) Abb. 11 : Schematische Darstellung der Stromabsenkung 13

14 3.3. Schweißschutzgas Allgemeine Hinweise Beim WIG-Schweißen werden hauptsächlich Argon oder Helium als Inertgas zum Schutz der Wolframelektrode und des Schmelzbades eingesetzt. In einigen besonderen Anwendungsfällen werden den Inertgasen chemisch aktive Gase (wie z.b. H2) in kleinen Mengen beigemischt (zur Erhöhung der Energiedichte im Lichtbogen oder zur Vermeidung von Oxidbildung). Mit Hilfe unterschiedlich geformter Keramikdüsen und entsprechender Brennerkonstruktionen kann der Schutzgasstrom der jeweiligen Werkstückgeometrie angepasst werden. Je nach Schweißanlage werden die Schutzgase für unterschiedliche Zwecke eingesetzt: Gas 1 und 2 (zwei unterschiedliche Gassorten als Brennerschutzgas) Schleppschutzgas Formiergas. Mit der Funktion Bigas kann zwischen zwei Gasquellen für die Brennerschutzgasversorgung hinund hergeschaltet werden. Um die bei dem Einsatz von Helium als Schweißschutzgas häufig zu beobachtenden Zündschwierigkeiten zu umgehen, erfolgt die Zündung des Lichtbogens zuverlässig unter Argon, vor dem eigentlichen Schweißvorgang wird dann auf Helium umgeschaltet. Die Menge des Schutzgases, d.h. sein Volumenstrom, muss in Abhängigkeit der Gassorte und der Brennerausführung auf die jeweilige Schweißaufgabe abgestimmt werden. Abb. 12 : Die Gaslinse im Schweißbrenner sorgt für einen laminaren Schutzgasstrom Dabei ist darauf zu achten, dass sich eine möglichst laminare Gasströmung einstellt, da sich bei auftretenden Turbulenzen der Luftsauerstoff störend bemerkbar machen kann. Ein zu schwach oder zu stark eingestellter Schutzgasstrom kann sich in jedem Fall negativ auf die Qualität der Schweißung auswirken. Mehr Gas bedeutet nicht unbedingt einen besseren Schutz! Als Indizien für eine korrekte Schutzgasfunktion können das Erscheinungsbild der Schmelze und die Farbe der Elektrode herangezogen werden, wenn als unabdingbare Vorraussetzung auf die präzise Einhaltung der vorgegebenen Elektrodengeometrie ohne Auswaschungen an der Elektrodenspitze geachtet wird (wobei natürlich auch die von dem Elektrodendurchmesser abhängige maximale Schweißstromstärke nicht überschritten werden darf, eine entsprechende Lichtbogenlänge einzuhalten ist und sich die im Schmelzbad zu beobachtenden Verunreinigungen in einem vernünftigen Rahmen halten müssen, also nicht zu besonders ausgeprägter Schädigung der Elektrode führen). 14

15 Der Schutzgasstrom wird bereits einige Zeit vor dem Zünden des Lichtbogens gestartet, um die Schläuche und Armaturen der Anlage zu spülen und eine ausreichende Inertisierung sicherzustellen. Während des Schweißvorgangs schützt das Inertgas die Wolframelektrode, das Schmelzbad und die aufgeheizten Werkstückbereiche vor dem schädlichen Einfluss des Sauerstoffes aus der umgebenden Atmosphäre. Nach dem Ende der Schweißung wird der Schutzgasfluss solange weiter aufrechterhalten, bis Schweißbrenner, Elektrode und Schmelzgut genügend abgekühlt sind und bei einem Kontakt mit der Luft keinen Schaden erleiden. Je nach Einsatzgebiet und Ausrüstung kann die Dauer der Gasnachströmzeit wenige Sekunden bis nahezu eine Minute betragen. Um eine gute Schutzwirkung zu erzielen muss eine möglichst vollständige und gleichmäßige Gasabdeckung des Schweißbereiches erfolgen. Bei der Auswahl der einzusetzenden Brenner, Gaslinsen und Keramikdüsen sollten daher die jeweiligen Besonderheiten der Schweißaufgabe wie problematische Zugänglichkeit der Schweißzone, besonders voluminöse Schmelzbäder und Schweißungen in Zwangslage entsprechend berücksichtigt werden. Eine nahezu perfekt laminare Strömung kann durch Gaslinsen erreicht werden, bei denen das Gas die Düse in Elektrodennähe parallel verlässt. Elektrodenüberstand Beim Einsatz eines standardmäßigen WIG-Brenners hängt die Gasabdeckung im Wesentlichen von dem Durchmesser bzw. Querschnitt am Ausgang der Keramikdüse ab, durch den im Zusammenspiel mit der Schweißnahtgeometrie die Grenzwerte für die Einstellung der Schutzgasmenge vorgegeben werden. Im Allgemeinen weisen die außerhalb der Nahtfuge positionierten Keramikdüsen größere Durchmesser auf und benötigen höhere Schutzgasmengen. Die in diesen Fällen meist größeren Elektrodenüberstände? Die Wahl des richtigen Elektrodendurchmessers hängt von der maximalen Schweißstromstärke ab. Für jeweils 100 A mittlerer Schweißstromstärke ist 1 mm Durchmesser vorzusehen. Wolframelektroden mit einem Durch-messer von 3,2 mm beispielsweise können mit einer mittleren Stromstärke von 320 A beaufschlagt werden. Aus Sicherheitsgründen ist es ratsam, mit der Strombelastung unter dem berechneten Maxi malwert zu bleiben, insbesondere bei langer Lichtbogenbrenndauer.? Um die Dauer der Gasnachströmzeit richtig zu bemessen muss das Abkühlen der Wolframelektrode beobachtet werden. Sobald sich die Elektrode genügend abgekühlt hat, weist sie eine silbrigmatte Oberfläche ohne Anlauffarben auf. Die so erreichte Mindestdauer der Gasnachströmzeit sollte entsprechend verlängert werden, damit auch die Temperatur der Schweißnaht im Bereich der Stromabsenkung weit genug abfallen kann, die Schweißnahtoberfläche sollte so hell wie möglich aussehen (außer bei vorgewärmten Werkstücken, bei denen zuerst Anlauffarben zu sehen sind, die dann später verschwinden, so dass zum Schluss ein gleichmäßiges Nahtaussehen entsteht). erfordern ihrerseits eine weitere Steigerung des Inertgasstromes. Bei in die Nut eintauchenden Brennern sind die Keramikdüsen sehr viel kleiner und auch der Elektrodenüberstand kann wesentlich kürzer gehalten werden, daher ist in diesen Fällen ein erfolgreiches Arbeiten auch mit deutlich geringeren Schutzgasmengen möglich. Die Bestimmung der richtigen Schutzgasmengeneinstellung für verschiedene Düsen eines WIG-Schweißbrenners kann vereinfacht werden, wenn darauf geachtet wird, dass das Verhältnis zwischen Düsenquerschnitt und Schutzgasmenge konstant bleibt. 15

16 Wenn der Brenner in die Nahtfuge eingetaucht ist, sollte der Abstand zwischen der Keramikdüse und der Werkstückoberfläche zum Einbringen störungsfreier Schweißungen 10 mm nicht übersteigen. Das bedeutet allerdings, dass vor dem Einbringen von Folgelagen (etwa vor jeder zweiten oder vierten Lage) der Elektrodenüberstand und eventuell damit verbundenen Einstellungen (Drahtführung) korrigiert werden müssen. Wenn der Wunsch nach stärkerer Automatisierung besteht und Unterbrechungen bei der Schweißfolge vermieden werden sollen, können spezielle Brennerkonstruktionen eingesetzt werden, die es erlauben, den Elektrodenüberstand während des Schweißens zu verändern. Die Keramikdüsen dieser Abb. 13 : Motorische Anpassung des Elektrodenüberstandes Abb. 14 : WIG-Schweißbrenner mit motorisch verfahrbarer Gasdüse Brenner sind motorisch verfahrbar, der jeweils einzuhaltende Elektrodenüberstand kann während der Erstellung des Programms für den Schweißzyklus direkt vorgegeben werden. Besonders interessant wird die automatische Verstellung des Elektrodenüberstandes, wenn bei Mehrlagenschweißungen mit Hilfe verketteter Programme alle Lagen in einem einzigen Arbeitsgang eingebracht werden oder um durch das Schweißen bestimmte, als strömungsgünstig vorgegebene Profile zu erzeugen. Gassteuerung während des Ablaufs der Schweißzyklen Beim automatisierten Ablauf der Schweißzyklen werden Beginn und Ende der Inertisierungsphasen per Software gesteuert. Die bei der Erstellung der Schweißprogramme zur Verfügung stehenden Funktionen bezüglich Zyklusstart und stopp senden die entsprechenden Befehle zum Öffnen bzw. Schließen direkt an die jeweiligen Magnetventile. Das Vorhandensein und der Volumenstrom der verschiedenen Schutzgase werden während der Schweißung laufend überwacht. Bei zu niedrigem Druck eines Schutzgases wird der Zyklusstart gesperrt, bei einem bedeutenden Druckabfall während des Schweißens wird der Zyklus mit einer Stromabsenkung unterbrochen. Der Volumenstrom der Schutzgase wird standardmäßig mit Hilfe von Durchflussmengenmessern mit einer kleinen Schwebekugel an der Vorderseite der Schweißstromquelle eingestellt. Bei technisch anspruchsvolleren Anlagen können auch elektronisch gesteuerte Durchflussregler eingesetzt werden, der jeweilige Volumenstrom kann dann bei der Programmerstellung per Software festgelegt werden. In Verbindung mit einem Messwerterfassungssystem wird es somit möglich auch die Schutzgasmenge zu dokumentieren. Während ursprünglich bevorzugt Plasmaschweißanlagen mit derartigen elektronischen Durchflussmengenreglern ausgestattet wurden, um programmgesteuertes Stichlochschweißen zu ermögli- 16

17 Abb. 15 : Analysegerät zur Überwachung des Sauerstoffgehaltes in Schweißschutzgas und Formiergas chen, werden sie nun in zunehmendem Maße bei Anlagen mit mehreren Brennern eingesetzt, um Fehlermöglichkeiten auszuschließen und jeden der Brenner mit der richtigen Schutzgasmenge zu versorgen. Spülen der Schutzgasleitungen Bei der Inbetriebnahme einer Anlage oder nach einer ausgedehnten Arbeitsunterbrechung muss eine längere als die zu Beginn eines normalen Schweißzyklus übliche Zeitspanne vorgesehen werden, um den mit der Umgebungsluft eingedrungenen Sauerstoff aus den Schläuchen, Ventilen und Leitungen der Schutzgaseinrichtungen herauszuspülen. Bei anspruchsvollen Auftragschweißoperationen muss der jeweilige Restsauerstoffgehalt des Schutzgases mit einem speziellen Sauerstoffanalysegerät bestimmt werden. Das Auftragschweißen darf erst in Angriff genommen werden, wenn der gemessene Sauerstoffgehalt des austretenden Schutzgases unter einen festgelegten Wert gesunken ist. Das Sauerstoffanalysegerät kann auch so mit der Schweißstromquelle verbunden werden, dass ein Datenaustausch möglich wird. Dadurch lässt sich ein Zyklusstart bei zu hohem Sauerstoffgehalt des Schutzgases unterbinden. Durch eine laufende Kontrolle der Schutzgaszusammensetzung werden auch Bedienungsfehler oder das Undichtwerden von Bauteilen schnell bemerkt und korrigiert. 4. WIG-Auftragschweißen 4.1. Übersicht Es fällt nicht besonders schwer, für Schweißungen in Wannenlage Prozesse zu finden, die dem WIG-Auftragschweißen gegenüber durch wesentlich höhere Produktivität gekennzeichnet sind. Dabei wird gewöhnlich in erster Linie gepulstes MIG-Schweißen in Erwägung gezogen, jedoch können auch Unterpulverschweißen mit Drähten oder Bändern und sogar Plasmaschweißen mit Zusatzdraht oder Plasmapulverauftragschweißen mit ansehnlichen Abschmelzraten aufwarten. Trotzdem sprechen bei vielen Anwendungen gute Gründe dafür, das WIG-Auftragschweißen in die engere Wahl zu ziehen. Bei Werkstücken mit komplexer Geometrie sind es die schlanken und wendigen Schweißwerkzeuge, die es erlauben, den Zusatzwerkstoff auch bei Hinterschneidungen, Bögen und Rippen an der Innen- oder Außenwand aufzubringen, wobei Abschmelzraten zwischen 1 und 2 kg/h erreicht werden. Gleichzeitig entfällt wegen der präzisen Prozessführung zeitaufwendiges Nacharbeiten. In diesem Zusammenhang spielt auch die Möglichkeit der unabhängigen Einstellung von Schweißstromstärke und Abb. 16 : Gleichmäßig ausgebildete Depotoberfläche bei WIG-Heißdrahtauftragschweißungen 17

18 Drahtvorschubgeschwindigkeit eine zentrale Rolle, denn sie erlaubt es nicht nur, besonders feine Strukturen zu beschichten, sondern auch Schweißraupen definierter Stärke zu erzeugen und so bei Mehrlagenschweißungen das geforderte Endmaß präzise einzuhalten. Auch die für den Prozess charakteristische aber für das Auftragschweißen nicht so vorteilhafte hohe Energieeinbringung in das Werkstück lässt sich beim WIG-Schweißen durch die unabhängige Einstellung von Schweißstromstärke und Drahtvorschubgeschwindigkeit begrenzen, indem das Verhältnis zwischen Streckenenergie und Abschmelzrate durch die Wahl besonders hoher Drahtvorschubgeschwindigkeiten günstig beeinflusst wird. Gleichzeitig kann durch diese Maßnahme der Aufmischungsgrad zwischen Substrat- und Depotwerkstoff minimiert werden. Es sollte auch nicht vergessen werden, dass es die unabhängige Einstellung von Schweißstromstärke und Drahtvorschubgeschwindigkeit ist, die perfekte Nahtanfänge und ausläufe möglich macht. Im Falle unvorhergesehener Schwierigkeiten kann der Schweißzyklus zu jedem beliebigen Zeitpunkt unterbrochen und später problemlos fortgesetzt werden. Dass dabei keine Endkrater und Mikrorisse auftreten, wie sie bei anderen Schweißverfahren zu beobachten sind, trägt in vielen Fällen wesentlich zu einem zügigen Arbeitsablauf bei. Weitere Vorteile ergeben sich beim WIG-Auftragschweißen durch die Beherrschung sämtlicher Zwangslagen, da es oft nicht möglich ist, die Werkstücke so zu positionieren, dass in Wannenlage geschweißt werden kann. Durch den Einsatz von gepulstem Schweißstrom können auch kleinste, schwer zugängliche Werkstückbereiche auftraggeschweißt werden (Beschichtung von Bohrungen mit weniger als 50 mm Durchmesser). Das breite Anwendungsfeld des WIG-Auftragschweißens beruht auf der bei stabilem Prozessverlauf in weiten Grenzen an die jeweilige Aufgabe anpassbaren Schweißstromstärken von etwa 80 bis 450 A. Die entsprechenden Abschmelzraten beginnen bei wenigen einhundert Gramm pro Stunde und lassen sich beim Einsatz mehrerer synchronisiert gesteuerter Schweißbrenner bis auf über 3 kg/h steigern. Wenn beim Schweißprozess TIG er mit WIG- Doppellichtbogen eine hohe Produktivität erreicht werden soll, kann die beim Auftragschweißen in Wannenlage mit einem Schweißbrenner mögliche Abschmelzrate von bis zu 6 kg/h durch Einsatz einer Doppelbrennereinheit auf 10 bis 12 kg/h gesteigert werden. Aufgrund der einfachen Automatisierbarkeit des WIG-Auftragschweißens können die Anlagen nicht nur mit mehreren synchronisierten Brennern ausgestattet werden, sondern die Produktivität kann auch durch gleichzeitiges Abschmelzen mehrerer Zusatzdrähte gesteigert werden, ohne Abb. 18 : Beispiel eines WIG-Brenners mit motorisch verstellbarer Gasdüse und doppelter Heißdrahtzuführung Abb. 17 : Auftragschweißen an Teilen mit kleinem Innendurchmesser dass Prozessablauf oder Depotqualität leiden. Auf den vollen Umfang der bewährten Funktionen des WIG-Schweißens (Lichtbogenhöhensteuerung, 18

19 Pendelung, Synchronisation zwischen Bewegungen und gepulstem Schweißstrom etc.) muss auch dann nicht verzichtet werden, wenn in der Anlage mehrere Lichtbögen gleichzeitig gezündet sind. Schließlich soll noch auf die günstigen Eigenschaften eines durch WIG-Heißdraht-Auftragschweißen hergestellten Depots hingewiesen werden, das aufgrund seines niedrigen Sauerstoffgehaltes ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen überschweißt werden kann (im Unterschied zu Schichten, die mit umhüllten Elektroden oder durch Unterpulverschweißen aufgebracht wurden, denn diese weisen oft derartig hohe Sauerstoffgehalte auf, dass die Schweißbarkeit nicht mehr gegeben ist und in Zwangslagen nur mehr manuell gearbeitet werden kann) Aufmischung Als zentrales Thema beim Auftragschweißen mit artfremdem Zusatz ist regelmäßig die Aufmischung zwischen Substrat- und Depotwerkstoff anzusehen, denn die Zusammensetzung der aufgetragenen Schicht ist von grundlegender Bedeutung für den Erfolg der Operation. Generell gilt, dass beim Auftragschweißen mit artfremdem Zusatzwerkstoff ein bestimmter, festgelegter Aufmischungsgrad nicht überschritten werden darf. Die chemische Analyse und die spezifischen Eigenschaften im Verhalten gegenüber äußeren Einflüssen der beim Auftragschweißen eingesetzten Zusatzwerkstoffe sind genau festgelegt. In den meisten Fällen kann das gewünschte Verhalten der Auftragwerkstoffe nur gewährleistet werden, wenn keine Aufmischung stattfin- A B det, d.h. dass die Analyse der Zusammensetzung der aufgebrachten Schicht der Spezifikation des Auftragwerkstoffes genügen muss. Da während des Auftragschweißens der % Aufmischung = B Zusatzwerkstoff vollständig aufgeschmolzen x100 A+B wird und in direktem Kontakt zu dem ebenfalls Abb. 19 : Berechnung des Aufmischungsgrades durch den Lichtbogen teilweise angeschmolzenen Substrat steht, erfolgt zwangsläufig eine Vermischung zwischen Substrat- und Depotwerkstoff, die als Aufmischung bezeichnet wird. Bei der Prozessführung muss dann ein Kompromiss zwischen möglichst geringer Anschmelzung des Substrates und damit auch nur geringer Änderung der Zusammensetzung der Auftragslegierung einerseits und trotzdem ausreichender Verankerung des Depots auf der Substratoberfläche andererseits geschlossen werden. Durch den Aufmischungsgrad wird ausgedrückt, wie stark die Zusammensetzung des auftraggeschweißten Werkstoffes durch Mischen mit dem Substratwerkstoff oder einer zuvor geschweißten Auftraglage verändert worden ist.? Die Streckenenergie beim Schweißen wird nach folgender Formel bestimmt: 60 U (V) x I (A) x η E (J/cm) = Vs (cm) η = Wirkungsgrad des Prozesses = 0,6 beim WIG-Schweißen Die Veränderung des Aufmischungsgrades als Folge der Modifizierung von Schweißparametern kann qualitativ durch visuelles Auswerten von Querschliffen der betreffenden Schweißungen bestimmt werden. Bei der quantitativen Bestimmung des Aufmischungsgrades wird die unterhalb der Substratoberfläche aufgeschmolzene Zone B zur gesamten aufgeschmolzenen Zone A + B ins Verhältnis gesetzt und in Prozent ausgedrückt. 19

20 Präzisere Bestimmungen des Aufmischungsgrades erfolgen gewöhnlich auf der Basis chemischer Analysen des Depots. Sehr oft wird die Konzentration eines Elementes, dessen negative Auswirkungen auf die Eigenschaften des Depots bekannt sind, als Kriterium für das Akzeptieren oder Verwerfen einer Auftragschweißung bzw. der zugehörigen Schweißanweisung herangezogen. In der Spezifikation der Zusammensetzung der Werkstoff Gehalt (%) Nickelbasislegierung NiCr22Mo9Nb mit der Nickel 58.0 min. Werkstoffnummer (AISI ERNiCrMo-3), Chromium die häufig bei dieser Art von Anwendungen zum Iron 5.0 max. Einsatz kommt, wird z.b. ein maximaler Fe-Gehalt Molybdenum von 5 % angegeben. In einigen Regelwerken ist Niobium (plus Tantalum) daher für den oberflächennahen Bereich auftraggeschweißter Schichten ebenfalls ein maximaler Carbon 0.10 max. Fe-Gehalt von 5,00 % festgelegt, der zulässige Manganese 0.50 max. Aufmischungsgrad der Decklage muss praktisch Silicon 0.50 max. bis auf Null gesenkt werden. Phosphorus max. Sulfur Aluminum Titanium Cobalta max max max. 1.0 max. Im Regelfall wird beim Auftragschweißen davon ausgegangen, dass bei Standardanwendungen ab der zweiten Lage keine schädlicher Aufmischung mehr zu erwarten ist. Aus Sicherheitsgründen wird die Stärke der resistenten Schicht oft durch Einbringen einer dritten Lage erhöht, besonders wenn auf das Depot abtragende Verschleißmechanismen einwirken. Die grundlegenden Parameter beim WIG-Heißdraht-Auftragschweißen Über die grundlegenden Parameter bei WIG-Heißdraht-Auftragschweißen kann entweder die Energieeinbringung bei der Prozessführung verändert werden oder es wird der Aufmischungsgrad beeinflusst. Im Folgenden werden die Wirkungen einiger dieser grundlegenden Parameter aufgezeigt: Schweißgeschwindigkeit: Durch die Schweißgeschwindigkeit werden die Steckenenergie und die Gestalt der Schweißraupe beeinflusst. Eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit (die anderen Parameter bleiben unverändert) führt zu Bildung schmalerer Raupen, dadurch wird die Kontaktfläche zwischen Depot und Substrat verkleinert. Gleichzeitig nimmt die Höhe der Raupe zu, so dass bei konstant gehaltener Abschmelzrate die Stärke des erzeugten Depots steigt. Schweißstromstärke: Durch die Schweißstromstärke wird die Steckenenergie in ähnlicher Weise wie durch die Schweißgeschwindigkeit beeinflusst. Durch die Anwendung eines hohen Schweißstromes werden Abb. 20 : Grenzwerte der Spezifikation der Nickelbasislegierung NiCr22Mo9Nb mit der Werkstoff-Nr (AISI ERNiCrMo-3)? Die mittlere Stromstärke beim WIG- Schweißen mit gepulstem Schweißstrom wird nach folgender Formel bestimmt: IH (A) x TH (s) + IB (s) x TB (s) I mittel (A) = TH (s) + TB (s) IH = Pulsstromstärke IB = Grundstromstärke TH = Dauer der Pulsstromzeit TB = Dauer der Grundstromzeit 20

21 die notwendigen Energiereserven zum Erreichen hoher Abschmelzraten bereitgestellt. Der Einsatz ungepulster Ströme erlaubt es, mit hohen Schweißgeschwindigkeiten große Abschmelzraten zu erzielen. Bei gepulstem Schweißstrom können lediglich moderate Schweißgeschwindigkeiten erreicht werden, das Ziel ist in diesen Fällen, das Schmelzbad in den Zwangslagen sicher zu beherrschen und die Ausbildung der Geometrie der Schweißraupen in gewünschter Weise zu kontrollieren. So kann die Breite der Schweißraupen bei entsprechender Wahl der Parameter der Pulsströme unter Beibehaltung der Streckenenergie gesteigert werden (diese Technik wird angewendet, wenn in Zwangslagen auftraggeschweißten Schichten ein gutes Aussehen verliehen werden soll). Lichtbogenspannung: Als Folge einer Senkung der Lichtbogenspannung stellt sich ein größerer Lichtbogendruck ein, was eine Erhöhung des Aufmischungsgrades zur Folge hat, die wesentlich ausgeprägter ausfällt als es bei einer Vergrößerung der Streckenenergie infolge einer Erhöhung der Lichtbogenspannung der Fall wäre. Die Wahl der Lichtbogenspannung sollte daher vornehmlich unter dem Gesichtspunkt einer einwandfreien Schmelzbadbeherrschung erfolgen und nicht zur direkten Beeinflussung des Aufmischungsgrades dienen. Drahtvorschubgeschwindigkeit und Heißdrahtstromstärke: Die Menge des Zusatzwerkstoffes und damit die Drahtvorschubgeschwindigkeit lassen sich ohne Beeinflussung des Lichtbogens verändern, aber der bei großen Drahtvorschubgeschwindigkeiten erhöhte Energiebedarf zum Aufschmelzen des Zusatzwerkstoffes verringert naturgemäß den Aufmischungsgrad. Durch eine sorgfältige Abstimmung der Heißdrahtstromstärke auf die jeweilige Drahtvorschubgeschwindigkeit lässt sich eine bedeutende Erhöhung der Abschmelzrate erreichen, die sich praktisch bis zur Sättigung des Schmelzbades steigern lässt und dann ein Vielfaches der von dem WIG-Kaltdrahtprozess bekannten Werte beträgt. Vorwärmtemperatur? Bei vorgegebenen Schweißparametern (d. h. Schweißstromstärken, Schweißgeschwindigkeit und Lichtbogenspannung) besteht eine lineare Beziehung zwischen Drahtvorschubgeschwindigkeit und anwendbarer Heißdrahtstromstärke. Der Heißdrahteffekt beruht auf der Jouleschen Stromwärme und hängt daher vom jeweiligen elektrische Widerstand des Zusatzdrahtes ab, die Widerstandswerte unterscheiden sich von Werkstoff zu Werkstoff, d. h. bei unlegierten Stählen, korrosionsbeständigen Stählen, Titan usw. Aufgrund ihrer besonders guten Wärme leitfähigkeit eignen sich Kupfer- und Aluminiumlegierungen nicht zum WIG- Heißdrahtschweißen. Eine Erhöhung der Werkstücktemperatur (oder das Vorwärmen der Werkstücke) bewirkt eine Erhöhung des Aufmischungsgrades, muss aber bei bestimmten Werkstoffen aus metallurgischen Gründen vorgenommen werden, um durch zu hohe Abkühlgeschwindigkeiten hervorge rufene Aufhärtungen oder Rissbildungen zu vermeiden. Trotz eines entsprechenden Einflusses sollte die Vorwärmtemperatur nicht als geeigneter Parameter zur Verringerung des Aufmischungsgrades angesehen werden, vielmehr ist durch die richtige Einstellung des Schweißstromes die Lichtbogenleistung zu begrenzen. Unabhängig von der Betrachtung des Aufmischungsgrades kann sich der Vorheizprozess als vorteilhaft für die mechanischen Eigenschaften der Schicht erweisen. Die Temperaturerhöhung während des Vorwärmens ist mit einer thermischen Ausdehnung des Werkstücks verbunden, die Schicht wird in diesem Zustand aufgebracht. Bei der anschließenden Abkühlung auf Umgebungstemperatur schrumpft das Werkstück entsprechend, dadurch werden Druckspannungen in der Schicht erzeugt, die die Anfälligkeit 21

22 gegen Rissbildung und damit auch gegen die gefürchtete Spannungsrisskorrosion deutlich herabsetzen. Schweißfolge und Aufbau der Lagen: Durch geschickte Wahl der Schweißfolge und Geometrie sowie Anordnung der Schweißraupen kann eine nennenswerte Verminderung der Aufmischung von Depot- und Substratwerkstoff erreicht werden. Abb. 21 : Auftragschweißen einer horizontalen Fläche in Wannenlage. Ein großer Teil des Substrates ist der Einwirkung des Lichtbogens direkt ausgesetzt, dadurch ergibt sich ein hoher Aufmischungsgrad Abb. 22 : Auftragschweißen einer horizontalen Fläche in Wannenlage. Um den Aufmischungsgrad möglichst gering zu halten, wird die folgende Schweißraupe zu einem großen Teil auf der bereits vorher geschweißten abgelegt, auf diese Weise kommt nur ein kleiner Teil direkt mit dem Substrat in Berührung Wenn Brennerkonfigurationen eingesetzt werden, bei denen der Zusatzdraht von vorn oder von der Seite zugeführt wird, ist das Substrat dem direkten Einfluss des Lichtbogens weniger stark ausgesetzt. Das Zusatzmaterial bindet beim Aufschmelzen einen großen Teil der vom Lichtbogen freigesetzten Energie und bildet gewissermaßen einen Schutzschild, der übermäßiges Anschmelzen des Substratwerkstoffes verhindert und so dazu beiträgt, den Aufmischungsgrad zu senken. Während der Zusatzdraht beim Verbindungsschweißen immer in der der Stoßebene bzw. Schweißfuge zwischen den zu verbindenden Werkstücken ankommen muss, kann er beim Auftragschweißen, bei dem ja keine Schweißfuge vorhanden ist, dem Schmelzbad auch von der Seite her zugeführt werden. Diese Konfiguration vereinfacht die Brennerkonstruktion, denn die Drahtführungselemente verlaufen auf der ganzen Länge des Brenners parallel zu seiner Längsachse. Die von dem Zusatzdraht durch seine Vertikalbewegung auf das Schmelzbad ausgeübte Kraft hängt von seinem Auftreffwinkel ab, durch den daher die Tiefe der Durchschweißung und der Aufmischungsgrad bedeutend beeinflusst werden. Dieser Winkel sollte zwischen 60 und 70 liegen, denn dann treten auch keine Wechselwirkungen zwischen Heißdraht- und Schweißstrom auf. Diese Wechselwirkungen verschwinden bei Drahteinlaufwinkeln über 45, daher können Gleichstrom erzeugende Heißdrahtschweißstromquellen ohne Einschränkung sowohl zum Verbindungsschweißen als auch zum Auftragschweißen mit seitlicher Drahtzufuhr oder Drahtzufuhr von vorne genutzt werden. Bei einem Einsatz des Schweißprozesses TIG er mit WIG-Doppellichtbogen und Heißdrahttechnik 22

23 Abb. 23 : Auftragschweißen in Wannenlage. Der vor dem Lichtbogen eintauchende Heiß- oder Kaltdraht schirmt das Substrat gegenüber der direkten Einwirkung des Lichtbogens ab und senkt den Aufmischungsgrad Abb. 24 : Auftragschweißen in Wannenlage. Die Drahtführung ist seitlich des Brenners angeordnet, der Draht taucht vor dem Lichtbogen in das Schmelzbad ein. muss das Anwärmen des Drahtes mit Wechselstrom erfolgen, um bei seinem Eintauchen in das Schmelzbad unerwünschte Wirkungen auf den Lichtbogen zu vermeiden. Um das Schmelzbad auch bei den sehr hohen Drahtvorschubgeschwindigkeiten sicher beherrschen zu können, ist ein genaues Einhalten der Drahtführungswinkel erforderlich. Durch eine sorgfältig gewählte Anordnung der Schweißraupen lässt sich der Aufmischungsgrad weiter senken, dazu muss die jeweils zu schweißende Raupe so gelegt werden, dass sich der größte Teil der Schmelze auf der bereits vorher fertiggestellten Raupe abstützt und nur ein möglichst kleiner Teil direkt mit dem Substrat in Berührung kommt. Die Aufmischung findet dann vorwiegend zwischen dem bereits aufgebrachten Zusatzwerkstoff und dem aktuell deponierten Auftragwerkstoff statt, während das Substrat weitaus wenige betroffen ist. Ähnliches gilt für den Schweißprozess TIG er mit WIG-Doppellichtbogen, wo jedoch bei einer Anordnung der beiden Elektroden in Schweißrichtung zusätzlich eine äußerst geringe Einbrandtiefe erzielt wird. A A B B Abb. 25 : Asymmetrische Ausbildung von Lichtbogen und Schmelzbad 23

24 Abb. 26 : Auftragschweißen auf einer senkrechten Fläche. Die jeweils folgende Schweißraupe wird zu einem großen Teil auf der bereits vorher geschweißten abgelegt, nur ein kleiner Teil kommt direkt mit dem Substrat in Berührung, der Aufmischungsgrad ist somit geringer Abb. 27 : Einsatz des Schweißprozesses TIG er mit WIG-Doppellichtbogen beim Auftragschweißen am stehenden Werkstück Anzahl der Lagen: Beim Aufbringen der ersten Lage lässt sich der Aufmischungsgrad zwischen Substrat und Depotwerkstoff in der Regel nicht soweit minimieren, dass die gewünschten Eigenschaften der auftraggeschweißten Schicht gewährleistet werden können. In der Praxis treten zwei Anwendungsfälle auf, durch die die Mindestanzahl der Lagen unmittelbar festgelegt werden. 1 - Aus metallurgischen Gründen muss das Substrat eine Pufferschicht erhalten, durch die die Ferritbildung begrenzt und die Rissanfälligkeit gesenkt werden (das zu erwartende Gefüge ist mit Hilfe von SCHÄFFLER-, ESPY- oder ähnlichen Diagrammen zu bestimmen). Bei der zweiten Lage wird dann der für die Auftragschicht spezifizierte Zusatzwerkstoff eingesetzt, und bei der dritten Lage, für die ebenfalls der für die Auftragschicht spezifizierte Zusatzwerkstoff zur Anwendung kommt, kann dann der Aufmischungsgrad verlässlich auf die niedrig spezifizierten Werte abgesenkt werden (ein Stahl 16MND5 wird z.b. mit einer Pufferschicht aus 309L versehen, anschließend werden 2 Lagen mit 308L aufgebracht). 2 - Der aufzubringende Schichtwerkstoff verträgt sich aus metallurgischer Sicht mit dem Substrat (Grundwerkstoff), das Auftragschweißen von zwei Lagen ist ausreichend (als Beispiel sei ein unlegierter Stahl genannt, der durch ein Depot aus der Nickelbasislegierung geschützt werden soll). Als Akzeptanzkriterium für das Auftragschweißen von Nickelbasislegierungen wird üblicherweise das Erreichen eines Ferritgehaltes von weniger als 3 % in dem Bereich oberhalb von 3 mm über der Linie des unaufgeschmolzenen Grundwerkstoffes vorgegeben. Durch die Beeinflussungsmöglichkeit der 24

25 Zweite Lage: Aufmischungsgrad 2,5 % Erste Lage: Aufmischungsgrad 12 % Substrat: unlegierter Stahl Abb. 28 : Abnahme des Aufmischungsgrades bei mehreren Schweißlagen Abb. 29 : Beispiel einer Mehrlagen- Auftragsschweißung mit einem Nickelbasis- Werkstoff ( ) Stärke der einzelnen Lagen, die geringe Streckenenergie und eine dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechende Abschmelzrate kann beim Einsatz des TIG er Prozesses mit WIG-Doppellichtbogen der Ferritgehalt ab der zweiten Lage auf Werte unter 2 bis 3 % gesenkt werden. 5. Anlagen zum Auftragschweißen 5.1. Schweißstromquellen und Komponenten PC-programmierbare Schweißstromquellen mit präziser Steuerung der Stromstärke, akkurater Kontrolle der Bewegungen und stabiler Prozessführung Die bedeutendste Einheit einer jeden Auftragschweißanlage ist die Schweißstromquelle. Die zur Verfügung stehenden Befehle und Anzeigen ermöglichen den Dialog zwischen dem Benutzer und der Anlage, während die elektronische Steuerung die Kontrolle der Schweißströme und aller zum störungsfreien Zyklusablauf notwendigen peripheren Funktionen übernimmt. 25

26 Besondere Merkmale der Schweißstromquellen: Schweißstromstärken je nach Anforderung der Anwendung zwischen 300 und 550 A bei einer Einschaltdauer von 100 % besonders effiziente Programmerstellung (durch speziell auf die Belange des Auftragschweißens abgestellte Softwarefunktionen) Leistungsreserven zur Steuerung peripherer Einrichtungen und Integration in automatisierte Fertigungslinien. Die zukunftsorientierte Architektur der POLYSOUDE Schweißstromquellen erlaubt es, die Steuerung um weitere Achsen zu ergänzen, wenn der Betrieb zusätzlicher peripherer Geräte von hier aus erfolgen und per Programm verwaltet werden soll. Durch den modularen Aufbau der Steuerung (auf Mikroprozessor-Technik basierend) lassen sich alle für den Ablauf des WIG-Prozesses notwendigen Schweißparameter und Bewegungsabläufe auf einfache Weise per Programm vorgeben. Funktionen wie Kühlmittelfluss, Schutzgasströme, Lichtbogenzündung, Schweißströme, Lichtbogenhöhensteuerung, Pendelung, Drahtvorschub und Bewegungen des Schweißkopfes sowie Heißdrahtstrom, Bewegungen peripherer Geräte, Parameteränderungen während des Zyklus und durch das Programm oder manuell ausgelöste Zyklusabbrüche mit Stromabsenkung werden synchronisiert und können gleichzeitig oder nacheinander ablaufen. Abb. 30 : Multifunktions-Stromquelle mit modularem Steuerungsaufbau. Durch nachrüstbare Achsen können praktisch alle Konfigurationen von Auftragschweißanlagen versorgt werden 26

27 Die bei Bedarf nachrüstbaren Achsen eignen sich u. a. zur Steuerung von Drehtischen, Positioniervorrichtungen, Automatenträgern, Rollenböcken, Kollektorschweißköpfen, Echtzeit- Schweißdatenerfassungssystemen, Kühlaggregaten, Restsauerstoffmessgeräten etc. Weitere Achsen sind mit Ein- und Ausgängen bestückt, die mit den Sicherheitseinrichtungen der Anlage verbunden werden und deren Signale durch logische Verknüpfungen zum Freigeben oder Sperren bestimmter Funktionen dienen. Während des Schweißens können alle wichtigen Schweißparameter per angeschlossenem PC oder mit Hilfe der Fernbedienung modifiziert werden, wobei die geänderten Werte unverzüglich ohne Prozessunterbrechung zur Anwendung kommen. Darüber hinaus kann der Prozess mittels einer vorprogrammierten Funktion jederzeit durch den Schweißer unterbrochen werden, ohne dass Gefahr für Werkstück oder Ausrüstung besteht. Die Überwachungsmöglichkeiten des Schweißers lassen sich durch ein zusätzliches Videosystem verbessern. Abb. 31 : An einem WIG-Brenner WP 27 angebrachte Kamera mit Zusatzbeleuchtung Die zugehörigen Videokameras werden in der Nähe des Schweißbrenners angebracht (oder bei technisch noch anspruchsvolleren Anlagen in die Brenner integriert) und mit dem Kontrollpult oder schrank verbunden (mit Einstellmöglichkeiten für Beleuchtung und Filter, Fokussierung und Monitore). Während beim Verbindungsschweißen zwei Kameras installiert werden müssen (jeweils vor und hinter dem Brenner), reicht beim Auftragschweißen bzw. Aufbringen von Pufferschichten in den meisten Fällen eine einzige seitlich vom Brenner angebrachte Kamera aus. Je nach Umgebungsbedingungen werden externe Kameras mit eigenem Kühlkreislauf oder in den für die spezifische Schweißaufgabe konstruierten Brenner eingebaute Mikrokameras benutzt. Die dabei auftretenden Kühlungsprobleme werden dann oft durch zusätzliche, von der Prozessführung 27

28 herrührend thermische Einflüsse verschärft (wenn z.b. Auftragschweißungen an der Innenseite eines auf 150 C vorgewärmten Werkstückes mit einem Bohrungsdurchmesser von weniger als 75 mm vorgenommen werden sollen). Die spezielle Software POW erlaubt es, Programme für Schweißzyklen auf einfache Weise zu erstellen und die zugehörigen Parameterwerte übersichtlich einzugeben, es werden auch Funktionen für die Pflege der Programmsammlung (Kopieren, Modifizieren, Ablegen) und für Notizen bezüglich der Randbedingungen (Werkstoff, Werkstückdurchmesser etc.) angeboten. Spezielle, auf die Belange des Auftragschweißens abgestimmte Programmiermöglichkeiten runden die Software ab. Abb. 32 : Schweißlanze mit integrierter, wassergekühlter Mikrokamera Durch eine Schleife im Programm lassen sich beispielsweise bestimmte Sequenzen beliebig oft abarbeiten, diese Technik erweist sich als besonders effizient beim Auftragschweißen rotationssymmetrischer Bauteile (Beschichtung zylindrischer Körper). Genau am Ende einer jeden Umdrehung des Werkstückes wird der Brenner einen Schritt zur Seite bewegt (Step over) und damit die Lage der Schweißraupe um einen bestimmten Betrag versetzt, die zugehörige Programmsequenz wird danach erneut abgearbeitet. Zwar kann die Zustellung des Brenners auch kontinuierlich erfolgen, aber die präzise Aufrechterhaltung einer sehr niedrigen Verfahrgeschwindigkeit über eine sehr lange Zeitspanne kann zu Schwierigkeiten mit der Motorsteuerung führen. Eine weitere Softwarefunktion ermöglicht es, den Einfluss des beim Beschichten einer runden Scheibe zum Mittelpunkt stetig abnehmenden Durchmessers zu kompensieren und durch Konstanthalten der linearen Schweißgeschwindigkeit ein gleichmäßig ausgebildetes Depot zu erzeugen. Besondere Techniken erlauben es darüber hinaus, den Mittelpunkt der Scheibe, an dem die lineare Schweißgeschwindigkeit bis auf Null absinkt, so zu beschichten, dass keine Nacharbeit erforderlich wird Die Schweißparameter und die Konfiguration der Achsen (die die softwaremäßige Anbindung der Komponenten an die Steuerung der Schweißstromquelle übernimmt) sind in Form von 28

29 Schweißprogrammen in der Rechnereinheit (Einschub oder Laptop) niedergelegt und werden vor Arbeitsbeginn in den Speicher der Stromquelle übertragen. Während des Ablaufes eines Schweißzyklus können die Parameter über die Rechnereinheit oder, noch einfacher für das Bedienungspersonal, mit Hilfe der Fernbedienung modifiziert werden Bewegungseinheiten Die Auftragschweißanlagen unterscheiden sich durch die Art und Größe der zur Erzeugung der Brenner- und/oder Werkstückbewegungen vorhandenen Bewegungseinheiten. Abb. 33 : WIG-Heißdrahtauftragschweißen mit Step over Technik. Die Schweißgeschwindigkeit wird bei abnehmendem Durchmesser automatisch korrigiert Abb. 34 : Schweißraupen auf der Innenwand eines zylindrischen Werkstückes. Die Schweißung wurde jeweils vor der Bohrung automatisch unterbrochen und dahinter fortgesetzt Die Befehls- und Steuereinheit der Schweißstromquelle kontrolliert die Motoren und Regler der verschiedenen Achsen, damit die in den verschiedenen Anlagenteilen generierten Bewegungen in der festgelegten Weise unabhängig oder synchron mit anderen Prozessabläufen durchgeführt werden. Die Art der zu beschichtenden Flächen kann sehr unterschiedlich sein (ebene Flächen, runde Scheiben, Zylinder, Behälterböden, Wände und Grundfläche von Bohrungen, komplexe Geometrien). Je nach Zugänglichkeit und Größe werden die Werkstücke selbst oder die Brenner bewegt, um der zu beschichtenden Kontur zu folgen. Dabei besteht die Möglichkeit, die Bewegungsabläufe mehrerer Brenner zu synchronisieren oder mehrere Schweißstromquellen synchronisiert anzusteuern (wenn z.b. zwei Brenner auf einem Ausleger montiert sind) Sonderstatus von AVC- und Pendelschlitten Den Achsen von AVC- und Pendelschlitten wird ein Sonderstatus eingeräumt, da sie direkt in den Prozessablauf eingebunden sind. Die AVC-Vorrichtung zur Lichtbogenhöhensteuerung besteht aus einem motorisch bewegten Schlitten, einer besonders präzisen Messeinrichtung für die Lichtbogenspannung und einem geschlossenen Regelkreis. Um Leitungsverluste zu vermeiden und die erforderliche Messgenauigkeit zu erreichen, muss die Lichtbogenspannung direkt am Brenner (nahe der Elektrode) abgegriffen werden. Das Funktionsprinzip der Lichtbogenhöhensteuerung beruht auf dem Zusammenhang (bei konstanter Schweißstromstärke) zwischen Lichtbogenlänge und Lichtbogenspannung. 29

30 Da hierbei die Wolframelektrode zur Messung der Lichtbogenspannung benutzt wird, haben Abnutzungserscheinungen neben direkten Auswirkungen auf die Lichtbogenausbildung auch zur Folge, dass sich das Verhältnis von Lichtbogenlänge und Lichtbogenspannung ändert. Bei normalen Einsatzbedingungen (Schweißstromstärke bei Verwendung von Argon über 30 A) erweist sich die Lichtbogenhöhensteuerung als unempfindlich gegenüber den üblichen Störeinflüssen und erlaubt es, besonders gleichmäßige Schweißergebnisse zu erzielen. Bei Bedarf kann durch eine Feinabstimmung spezieller Parameter auf das Verhalten der Lichtbogenhöhensteuerung bezüglich Empfind lichkeit und Dämpfung des Systems Einfluss genommen werden. Die aktiven Phasen der Lichtbogenhöhensteuerung werden bei der Programmierung des Schweißzyklus festgelegt und können bei Verwendung von gepulstem Schweißstrom mit diesem synchronisiert werden. Außerhalb des Schweißzyklus dient die Lichtbogenhöhensteuerung zur Brennerpositionierung und zum Vorbereiten der Zündung des Lichtbogens. Eine der als erstes zu erledigenden Aufgaben beim Start eines automatisch ablaufenden Schweißzyklus ist das Erkennen der Lage der Werkstückoberfläche. Dazu wird die Elektrode durch den AVC-Schlitten solange auf das Werkstück zubewegt, bis durch eine leichte Berührung der Kontakt geschlossen wird und die entsprechende Position festliegt. Die Pendeleinrichtung wird in einigen Fällen beim Start eines automatisch ablaufenden? Bei der Lichtbogenhöhensteuerung (AVC) wird die Lichtbogenspannung durch einen geschlossenen Regelkreis auf einem vorgegebenen Wert gehalten. Bei unveränderten Schweißparametern entspricht jeder Lichtbogenlänge eine bestimmte Lichtbogenspannung. Da bei der Messung der Licht-bogenspannung die Wolframelektrode selbst als Messwerkzeug dient, muss penibel darauf geachtet werden, dass sie sich stets in vorbildlichem Zustand befindet. Ungewollte Veränderungen der Lichtbogenlänge können folgende Ursachen haben: - unterschiedliche Anschliffwinkel der Elektrodenspitze - verschmutzte Elektrode (Kragenbildung) - Überhitzung (durch Probleme der Kühlung oder falsche Auswahl des Elektrodendurchmessers). Die Ursachen instabiler Zustände der Lichtbogenhöhensteuerung lassen sich erfahrungsgemäß nur durch anhaltende sorgfältige Prozessbeobachtung ermitteln. Abb. 35 : WIG-Schweißbrenner mit AVC- und Pendelschlitten Schweißzyklus zum Zentrieren des Brenners in der Schweißfuge benutzt, wobei eine oder beide Fugenwände als Referenz dienen können (Brennerzentrierung in einer Nut oder relativ zu einer Bezugsfläche). Während des Schweißvorgangs können die Pendelbewegungen mit gepulstem Schweißstrom synchronisiert werden oder, beim Auftragschweißen von Zylindern oder anderen rotationssymmetrischen Werkstücken, schrittweise ausgeführt werden (Step over Technik). 30

31 5.2. Anlage zum Auftragschweißen in Wannenlage mit unbewegtem Werkstück Anlagen zum Auftragschweißen in Wannenlage bestehen im Allgemeinen aus einer Vorrichtung für die Werkstückaufnahme (Tisch oder Bock) und einem Automatenträger mit am seinem Ausleger befestigtem Schweißwerkzeug (Brenner und Schlitten, AVC, Pendelung, Drahtvorschub und dem Schlauchpaket mit Schweißstromkabel, Fluidleitungen und Datenübertragung). Abb. 36 : Schema einer Anlage zum Auftragschweißen in Wannenlage mit unbewegtem Werkstück 5.3. Anlage zum Auftragschweißen in Wannenlage mit rotierendem Werkstück Bei Anlagen zum Auftragschweißen in Wannenlage mit rotierendem Werkstück wird die Drehbewegung durch einen Drehtisch oder eine drehbare Spannvorrichtung sichergestellt. Abb. 37 : Schema einer Anlage zum Auftragschweißen mit Drehtisch Der komplette Zyklus der gesamten Auftragschweißoperation sowie die Bewegungen der Komponenten der Anlage und die peripheren Geräte werden zentral von einer Schweißstromquelle der PC-Baureihe gesteuert. Die maximalen Abmessungen und das zulässige Gewicht der in Frage kommenden Werkstücke werden durch die technischen Daten des Drehtisches und des Automatenträgers vorgegeben. 31

32 Die Leistungsreserven der Stromquellen bei diesen Anlagen werden durch Schweißströme von 465 A bei 100 % Einschaltdauer gekennzeichnet. Abb. 38 : Anlage zum Auftragschweißen der Stirnseite von zylindrischen Werkstücken Die untenstehende Abbildung zeigt das Ergebnis einer Auftragschweißoperation mit einer Schicht aus der Nickelbasislegierung ERNiCrMo-3 auf einem Werkstück aus 25 CrMo4, Werkstoff-Nr (AISI 4130) Abb. 39 : Probewerkstück aus 25 CrMo 4 (AISI 4130) mit auftraggeschweißter Schicht aus ERNiCrMo-3, das gleichmäßig ausgebildete Depot wurde erreicht durch eine kontinuierliche Anpassung der Drehgeschwindigkeit auf den Schweißdurchmesser. Somit war die Schweißgeschwindigkeit überall gleich und die Parameteränderungen konnten auf ein Minimum begrenzt werden. Abb. 40 : Schematische Darstellung der Schweißfolge Hinweise zum Schema der Schweißfolge Bei der Schweißraupe (Index 1) ergibt sich eine sehr große Kontaktfläche mit dem Substrat (die Randbedingungen sind in diesem Fall ähnlich wie beim Schweißen in einer Nut). Dem Minimieren des Aufmischungsgrades und einem fehlerfreien Kantenanschluss muss hier besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, was durch speziell abgestimmte Schweißparameter zum Ausdruck kommt (Erhöhung der Streckenenergie bei reduzierter Abschmelzrate). 32

33 Um einen möglichst niedrigen Aufmischungsgrad zu erreichen, wurde die Energieeinbringung der direkt auf dem Substrat abgelegten Schweißraupen (Index 2) reduziert (Steckenenergie ~ 0,38 kj/mm), ihre Stärke liegt bei nur 2,8 mm. Trotz der guten Schichthaftung bleibt die Stärke der Wärmebeeinflussten Zone WEZ unter 2 mm. Für die Schweißraupen (Index 3) wurden die zum Schweißen der Raupen (Index 2) benutzten Parameter weitgehend übernommen. In der Kehlnahtposition ist mit einem besonders niedrigen Aufmischungsgrad zu rechnen, gleichzeitig wird ein dichtes Gefüge und ein guter Verbund mit dem Grundwerkstoff erzielt. Die Decklage und die Fülllagen (Index 4) befinden sich nicht in direktem Kontakt mit dem Substrat. Unter dem Gesichtspunkt größerer Produktivität wurde die Streckenenergie auf 0,42 kj/mm und die Abschmelzrate auf 1,64 kg/h gesteigert, die Stärke der Lagen beträgt 3,3 mm. Wie die chemischen Analysen zeigen, entspricht die Zusammensetzung der Auftragschweißung in oberflächennahen Bereichen der zweiten Lage den Spezifikationen. Abb. 41 : Probewerkstück aus 25 CrMo 4 (AISI 4130) mit auftraggeschweißter Schicht aus : Makroschliff wichtiger Bereiche von Werkstück und Auftragschicht 33

34 5.4. Anlagen zum Auftragschweißen in Kehlnahtposition Anlagen zum Auftragschweißen in Kehlnahtposition werden für Beschichtungsaufgaben an zylindrischen Werkstücken eingesetzt. Je nach Brennerausstattung können Außenwände oder Hohlräume im Inneren der Werkstücke sowie Bohrungen beschichtet werden. Die Anlagen sind sehr flexibel einsetzbar und erlauben beste Ergebnisse bezüglich des Arbeitsfortschrittes (Abschmelzrate) bei niedrigem Aufmischungsgrad. Zum Positionieren und Spannen der Werkstücke kommen Drehtische oder spezielle Vorrichtungen zum Einsatz. Die zu beschichtenden Flächen müssen konzentrisch zur Drehachse der Positioniervorrichtung angeordnet sein. Der Brenner ist auf einem Kreuzschlitten montiert (AVC und Pendelung), dessen Größe den Dimensionen der jeweils zu bearbeitenden Werkstücke entspricht. Zum Beschichten tiefer Bohrungen muss die Anlage kräftig genug ausgelegt sein, denn es können bis zu 2500 mm lange Brenner eingesetzt werden, die Länge des Verfahrweges des zugehörigen Vertikalschlittens muss mindestens mit der Tiefe der zu bearbeitenden Bohrung übereinstimmen. Bei entsprechender Ausstattung können diese Anlagen auch Aufgaben übernehmen, für die eine Abb. 42 : Schema einer Anlage zum Auftragschweißen in vertikaler Lage (Kehlnahtposition) am drehenden Werkstück 34

35 Konfiguration zum Auftragschweißen in Wannenlage mit rotierendem Werkstück nötig ist, d. h. auch der Boden der Bohrung kann ohne Umspannen des Werkstückes beschichtet werden. Für das Auftragschweißen der Bohrungswand, ihres Bodens und der Übergänge werden dabei Brenner mit jeweils angepasstem Anstellwinkel eingesetzt (gerade Brenner zum Beschichten des Bodens, Brenner mit einem Anstellwinkel von 90 für die Wand und Brenner mit Anstellwinkeln von 45 und 60 zum Bearbeiten der Übergänge. Darüber hinaus stehen Brenner mit Zuführeinrichtungen für einen oder zwei Zusatzdrähte zur Verfügung, es gibt auch Brenner mit veränderbarem Anstellwinkel. Bei sehr engen Bohrungen (mit Durchmessern bis zu 50 mm) werden WIG-Kaltdrahtbrenner mit eingebauter Videokamera eingesetzt. Abb. 43 : Schweißlanzen für die Beschichtung von Innenwänden mit einer oder zwei Drahtzuführungen. Die Anstellwinkel sind der jeweiligen Schweißaufgabe angepasst (Wand, Boden, Übergänge zwischen Wand und Boden). Die Lanzen sind wassergekühlt, um den hohen Umgebungstemperaturen zu widerstehen Abb. 44 : Lanze mit motorisch verstellbarem Anstellwinkel zum Aufbringen von 309L-308L auf einen innenliegenden Bund eines Dampferzeugers in einer kerntechnischen Anlage Abb. 45 : Auftragschweißen in Kehlnahtposition an einem großen zylindrischen Werkstück, die Vertikalbewegung erfolgt durch einen speziellen Schwerlastschlitten 35

36 5.5. Mit Kollektorköpfen ausgestattete Anlagen zum Auftragschweißen Das Auftragschweißen gestaltet sich schwieriger, wenn eine Bewegung des Werkstückes aufgrund des Gewichtes, der Abmessungen oder der Form (bei Bohrungen in sehr voluminösen Werkstücken oder nicht rotationssymmetrischer Geometrie) nicht in Frage kommt. Auf der Grundlage der bei Orbitalschweißwerkzeugen angewendeten Konstruktionsprinzipien wurden daher sogenannte Kollektorköpfe geschaffen, die es erlauben, den Schweißbrenner in eine endlose Drehbewegung zu versetzen, ohne dass ein Auf- oder Abwickeln der Versorgungsleitungen nötig ist. Mit Hilfe solcher Kollektorköpfe können Auftragschweißoperationen mit hohem Automatisierungsgrad an feststehenden Werkstücken durchgeführt werden. Abb. 46 : Schema einer universell einsetzbaren Auftragschweißanlage mit endlos drehendem Kollektorschweißkopf und extralangem Kreuzschlitten am Ausleger eines Automatenträgers. Auf dem Bild wird das Beschichten von Bohrungen in einem unbewegten Werkstück gezeigt Abb. 47 : Eine Lanze mit einem Anstellwinkel von 45 wird von einem Kollektorkopf getragen. Ein besonderes Interface erlaubt einen schnellen Brennerwechsel. Der Radius der Schweißbahn wird mit einem horizontalen Schlitten eingestellt Ähnlich wie bei bestimmten konventionellen Orbitalschweißköpfen sind die Schlitten für AVC und Pendelung und für die Einstellung des Radius der Schweißbahn sowie Drahtvorschub, Videoausrüstung usw. auf einer Werkzeugplatine montiert und werden mittels Kollektoren versorgt. Die so aufgebauten Kollektorköpfe sind für den Betrieb rund um die Uhr unter rauen Umgebungsbedingungen ausgelegt. Was die Qualität angeht, sind mit Kollektorköpfen an unbewegten Werkstücken deponierte Schichten den konventionell an bewegten Werkstücken durchgeführten Auftragschweißungen in jeder Hinsicht ebenbürtig, bevorzugte Einsatzgebiete sind tiefe Bohrungen mit kleinen Durchmessern oder komplex geformte Innenflächen, die das Schweißen in Zwangslage erfordern. 36

37 Für Auftragschweißungen bei besonders komplizierter Werkstückgestalt (zum Beispiel langgestreckte Öffnungen) oder spezieller Geometrie (Bohrungen mit Tiefen zwischen 1000 mm und 2000 mm) werden komplexe Anlagen eingesetzt, bei denen ein Kollektorschweißkopf mit mehreren Kreuzschlitten von dem Ausleger eines Automatenträgers aus manipuliert wird, während das Werkstück selbst auf einem darunter befindlichen Drehtisch gespannt ist. Diese Anlagenkonfiguration kann besonders universell eingesetzt werden und ist für Anwender gedacht, die innerhalb kürzester Zeit unterschiedlichste Beschichtungsaufgaben lösen müssen. Abb. 48 : Anlage zum Auftragschweißen an Ventilkörpern mit langgestreckter Geometrien, wie sie bei der erdölverarbeitenden Industrie eingesetzt werden. Der Schweißkopf wird mit zwei Schlitten positioniert, die am Ausleger eines Automatenträgers angebracht sind. Die Schweißbahn wird aus den 180 Drehbewegungen des Brenners um den Schweißkopf sowie den durch die Schlitten erzeugten Längsbewegungen zusammengesetzt. Der Einsatz eines Kollektorkopfes ermöglicht das ununterbrochene Schweißen ohne Auf- oder Abwickeln der Versorgungs-leitungen Abb. 49 : Detailansichten der Auftragschweißung an einem langgestreckten Werkstück, der Schweißprozess läuft vollständig automatisch ab 37

38 5.6. Anlagen zum Auftragschweißen an Innenwänden von Rohren in horizontaler Lage Depotlängen unter 2 m Zum Auftragschweißen der Innenseite von Rohren mit Längen unter 2 m (bzw. 4 m, wenn das Werkstück gewendet wird) werden diese in horizontaler Lage von einer Spannvorrichtung in Drehbewegung versetzt und von nichtmotorisierten Rollenböcken gestützt. Die Rollenböcke lassen sich auf verschiedene Rohrdurchmesser einstellen, dabei verschiebt sich allerdings die Höhe der Längsachse der unterstützten Rohre. Das Spannen und Drehen der Rohre erfolgt durch zwei mit einer hohlen Achse verbundene Futter, die zur Anpassung and den jeweiligen Rohrdurchmesser höhenverstellbar sind. Durch die hohle Achse können auch kürzere Rohre so gespannt werden, dass sie im Gleichgewicht sind und sich nur kurze Überstände ergeben. Bei Rohrinnendurchmessern bis zu 140 mm wird für die Auftragschweißoperation ein WIG-Brenner mit einer Heißdrahtzuführung eingesetzt. Für Beschichtungen bei Rohrinnendurchmessern über 150 mm werden WIG-Brenner mit zwei Heißdrahtzuführungen bevorzugt. Um die Aufmischung des Zusatzwerkstoffes mit dem Substratwerkstoff zu verringern, werden die Brenner so ausgerichtet, dass sich für die Schweißraupen eine möglichst große Überdeckung mit dem bereits vorher auftraggeschweißten Material ergibt und nur ein geringer Teil direkt mit dem Rohrwerkstoff in Verbindung kommt. Währen des Schweißzyklus wird die Schweißlanze mit kontrollierter Bewegung aus dem Rohr herausgeführt. Durch die Synchronisation zwischen der Drehbewegung des Werkstückes und der Längsbewegung der Schweißlanze wird diese nach jeder Werkstückumdrehung um einen Schritt mit definierter Weite aus dem Rohr herausgezogen, die Beschichtung erfolg in der Step over Technik. Abb. 50 : Auftragschweißen an der Innenwand eines Werkstückes mit weniger als 2 m Länge, die Lanze ist mit Einzeldrahtzuführung ausgerüstet Abb. 51 : Auftragschweißen der Innenwand eines kurzen Rohres (externer AVC-Schlitten nicht sichtbar) mit einer Lanze mit zwei Heißdrahtzuführungen. Der Beschichtungsvorgang wird ununterbrochen in einem Zug durchgeführt, das Rohr muss zusätzlich von außen gekühlt werden, um die spezifizierte Zwischenlagentemperatur nicht zu überschreiten 38

39 Bei geringen Depotlängen kann der AVC-Schlitten auch außerhalb des Rohres am Fuß der Schweißlanze installiert werden. Bei großen Depotlängen (zwischen 1 und 2 m) wird der AVC-Schlitten auf die Schweißlanze aufgesetzt Depotlängen bis zu 12 m Zur Beschichtung der Innenseiten von Standardrohren (Längen von 6 bis 12 m) im industriellen Maßstab wurden entsprechende Auftragschweißanlagen entwickelt. Bezüglich der Konstruktion der Anlagen wurde das Konzept der im vorherigen Abschnitt beschriebenen Auftragschweißanlagen für die Innenwände von Rohren bis 2 Metern Länge grundsätzlich beibehalten, lediglich für die nun notwendige lange Führung der Schweißlanze musste eine Lösung gefunden werden. Besondere Schwierigkeiten werden dabei durch die ungünstigen Arbeitsbedingungen im Rohrinneren verursacht (geringe Rohrinnendurchmesser und hohe Temperaturen während der Auftragschweißoperation). Die Lösung der Probleme, die sich inzwischen im praktischen Einsatz bewährt hat, wird durch ein 12 m langes Gestell erreicht, auf dem zwei Stahlseile mit hoher Vorspannkraft (20 bis 30 kn) in horizontaler Richtung gespannt sind. Die Länge der Seile ist etwas größer als die Länge der zu beschichtenden Rohre, an jeder Seite werden sie von einer entsprechenden Spannvorrichtung gehalten. Die Stahlseile werden durch das zu beschichtende Rohr geführt und unter Spannung gesetzt, so dass sich unter der Last der Schweißlanze nur ein geringer Durchhang einstellt. Die mit zwei WIG-Heißdrahtbrennern mit jeweils doppelter Drahtzuführung ausgerüstete Schweißlanze wird dann auf den Stahlseilen geführt und bis zum Erreichen des hinteren Endes in das Rohr hineingefahren. Während des Auftragschweißens wird die Lanze dann schrittweise aus dem Rohr herausgefahren. Die beiden zugehörigen Schweißstromquellen sind untereinander synchronisiert und steuern die Drehbewegung des Werkstückes und, darauf abgestimmt, die schrittweise Längsbewegung der Lanze mit den Brennern. Abb. 52 : Anlage zum Auftragschweißen der Innenwand von bis zu 12 m langen. Die Spulen mit dem Zusatzdraht sind auf einem Fahwerk montiert, das gleichzeitig den Vorschub der Schweißlanze übernimmt. Die Lanze wird auf vorgespannten Stahlseilen geführt (in der Bildmitte) um das Durchhängen der Lanze weitestgehend zu verhindern. 39

40 Abb. 53 : Der vordere Teil der Schweißlanze gleitet auf zwei horizontal gespannten Stahlseilen. Die aufgebrachte Schicht besteht aus zwei Lagen, die durch die beiden hintereinander angeordneten konventionellen WIG-Schweißbrenner mit doppelter Heißdrahtzuführung in einem Durchgang aufgebracht werden. Das Depot an den Rohrenden muss in einem besonderen Arbeitsgang fertiggestellt werden (bedingt durch den Versatz zwischen den beiden Brennern) Abb. 54 : Auch beim Auftragschweißprozess TIG er mit WIG-Doppellichtbogen können zwei Lagen in einem Durchgang aufgebracht werden, die beiden Schweißbrenner mit einfacher Heißdrahtzuführung sind auf eine Schweißlanze montiert. Der Ablauf der Schweißzyklen entspricht im Prinzip dem bereits vorgestellten Verfahrensablauf bei Auftragschweißungen an Innenwänden von Rohren bis 2 m Länge. Auch das Prinzip des schrittweisen Brennerversatzes nach jeder Werkstückumdrehung (Step over) wird hier unter Einsatz von zwei Brennern beibehalten. Abb. 55 : Ein zum Auftragschweißen der Innenseite vorbereitetes langes Rohr. Das Rohr wird in einem Spannfutter mit Durchgangsbohrung gehalten und in Drehbewegung versetzt und von Rollenböcken abgestützt. Die Schweißlanze wird von zwei Stahlseilen gestützt, deren Vorspannung mit der im Vordergrund zu erkennenden Vorrichtung erzeugt wird 40

41 6. Zusammenfassung Durch WIG-Auftragschweißen mit Kalt- oder Heißdrahtzusatz automatisiert hergestellte Schutz- oder Pufferschichten werden höchsten Qualitätsanforderungen gerecht. Der WIG- Auftragschweißprozess befindet sich in dauerndem Wettbewerb mit anderen leistungsfähigen Schweißverfahren, im Falle komplexer Werkstückgeometrie, schwieriger Umgebungsbedingungen oder dem generellen Wunsch nach großer Flexibilität in der Fertigung sollten vor einer Entscheidung die technischen und wirtschaftlichen Vorteile des Verfahrens sorgfältig geprüft und abgewogen werden. Dem weiten Einsatzgebiet des WIG-Auftragschweißens entsprechend wird auf dem Markt eine Vielzahl standardisierter Anlagen angeboten, es ist jedoch auch möglich, für spezielle Beschichtungsaufgaben maßgeschneiderte Lösungen zu finden. Die Firma POLYSOUDE verfügt über die notwendigen Mittel und Erfahrungen, um dem Anwender bei der Anschaffung und dem Betrieb von Standardanlagen zum Auftragschweißen helfend zur Seite zu stehen und bei neuartigen Problemstellungen kundenspezifische Lösungen zu entwickeln. 41

42 7. Anhang Technische Daten unterschiedlich konfigurierter Auftragschweißanlagen. Auftragschweißanlage für drehende Werkstücke in horizontaler Lage Beispiele zu beschichtender Werkstücke: Deckel, Ventilteller, Führungsschienen, Führungsbahnen für Schieber etc. Ausrüstung: 1 Automatenträger 4 m x 3 m 1 Kreuzschlitten mit 2000 mm vertikalem Verfahrweg und 1000 mm horizontalem Verfahrweg 1 Drehtisch 500 kg 1 Multifunktions-Stromquelle 600 PC WIG Heißdraht 1 AVC-Schlitten mit 110 mm Verfahrweg und elektromechanischer Bremseinrichtung 1 Querschlitten mit 300 mm Verfahrweg und elektromechanischer Bremseinrichtung 1 flüssigkeitsgekühlter WIG-Brenner WP A Werkstückdaten Schweißparameter Abschmelzleistung Grundwerkstoff: AISI 4130 Außen- / Innendurchmesser: 165 / 84 mm Vorwärmung: C Zwischenlagentemperatur: 270 C max. Zusatzdraht Werkstoff: ERNiCrMo-3 Durchmesser: 1,2 mm Heißdrahtstrom: 60 A Drahtvorschubgeswindigkeit: 1 800/3 100 mm/min Schweißschutzgas: Argon 4.6 Durchflussmenge: 25 l/min Schichtdicke: 4,6 mm Raupenbreite: 6 mm Abschmelzrate (Decklage): 1,57 kg/h Anzahl der Lagen: 2 Lineare Schweißgeschwindigkeit: mm/min Aufmischungsgrad (Decklage): < 3 % Stärke WEZ: 2 mm 42

43 Auftragschweißanlage für drehende Werkstücke in vertikaler Lage Beispiele zu beschichtender Werkstücke: Kurze Rohre, Bohrungen, zylindrische Werkstücke, etc. Ausrüstung: Automatenträger 4 m x 4 m, manuell um 180 drehbar 1 Drehtisch 1,5 t 1 Multifunktions-Stromquelle 600 PC WIG Heißdraht 1 Kreuzschlitten, Verfahrweg 1000/2000 mm, am Auslegerkopf montiert, schwenkbar in 0 /90 -Position 1 Brennereinstellschlitten mit 200 mm Verfahrweg und elektromechanischer Bremseinrichtung 2 Heißdrahtvorschubeinheiten 1 flüssigkeitsgekühlter WIG-Brenner WP A Werkstückdaten Grundwerkstoff: unlegierter Stahl Durchmesser: mm Vorwärmung: 150 C Schweißparameter Zusatzdraht: 2 Spulen a 15 kg Werkstoff: ERNiCrMo-3 Durchmesser: 1,2 mm Schweißschutzgas: Argon 4.6 Auftragschweißen des Bodens Zwischenlagentemperatur: 300 C Schweißwerkzeug Schweißlanze Länge: mm. Anstellwinkel: 180 Abschmelzleistung Schichtdicke: 6 mm Raupenbreite: 6 mm Anzahl der Lagen: 2 Lineare Schweißgeschwindigkeit: bis zu 250 mm/min Auftragschweißen der Wand Schweißwerkzeug Schweißlanze Länge: mm. Anstellwinkel:: 45 Abschmelzleistung Schichtdicke: 4 mm Raupenbreite: 6 mm Anzahl der Lagen: 1 Schweißgeschwindigkeit: bis zu 250 mm/min 43

44 Auftragschweißanlage für unbewegte Werkstücke in vertikaler Position Beispiele zu beschichtender Werkstücke: Ventilkörper, Bohrungen, gestreckte oder unsymmetrische Kammern etc. Ausrüstung: Automatenträger 4 m x 4 m, manuell um 180 drehbar 1 Kollektorkopf SPX 1 Multifunktions-Stromquelle PC 600 WIG Heißdraht 1 Brennereinstellschlitten für Kollektorkopf SPX mit 200 mm Verfahrweg und elektromechanischer Bremseinrichtung 1 Heißdrahtvorschubeinheit 1 Schweißlanze Werkstückdaten Grundwerkstoff: unlegierter Stahl Durchmesser: mm in Abhängigkeit der eingesetzten Schweißlanze Vorwärmung: 150 C Zwischenlagentemperatur: 300 C Schweißparameter Zusatzdraht: 1 5 kg-spule Werkstoff: ERNiCrMo-3 Durchmesser: 1,2 mm Schweißschutzgas: Argon 4.6 Beschichtung von Bohrungen mit Durchmessern von 50 bis 100 mm bzw. von 100 bis 300 mm Schweißwerkzeug Abschmelzleistung Lanze für Durchmesser von 50 Schichtdicke: 6 mm bis 100 mm Raupenbreite: 6 mm Lanze für Durchmesser von 100 Anzahl der Lagen: 2 bis 300 mm Länge: 600 mm Brenneranstellwinkel: 45 Lineare Schweißgeschwindigkeit: bis zu 250 mm/min Hinweis : je nach montiertem Brennertyp und Anstellwinkel des Kollektorkopfes kann die Anlage für Auftragschweißungen in Wannenlage, in Kehlnahtform oder bei beliebigen anderen Positionen der Bohrung eingesetzt werden. 44

45 Auftragschweißanlage für lange Rohre in horizontaler Position Rotierendes Rohr Beispiele zu beschichtender Werkstücke: Ausrüstung: Innenseite langer Rohre Drehvorrichtung mit Hohlwelle und Spannfutter an beiden Enden, Drehzahlen von 0,1 bis 1 UPM 2 höhenverstellbare* Rollenböcke mit Durchmesseranpassung zum Stützen der Rohre 1 Schweißlanze von 13 m Länge mit zwei WIG- Brennern, AVC, Doppelheißdrahtzuführung für jeden Brenner 2 synchronisierte Multifunktions-Stromquellen 600 PC WIG Heißdraht Werkstückdaten Art: lange Rohre Grundwerkstoff: unlegierter Stahl Wandstärke: 12 bis 76 mm Länge: 3, 6 oder 12 m Schweißparameter Zusatzdraht: 4 15 kg-spulen Werkstoff: ERNiCrMo-3 Durchmesser: 1,2 mm Schweißschutzgas: Argon 4.6 Beschichtung der Innenseite von Rohren mit Durchmessern von 150 bis 600 mm Innendurchmesser: 150 à 600 mm Vorwärmung: 150 C Zwischenlagentemperatur: 300 C. Schweißwerkzeug Lanze für Durchmesser von 50 bis 100 mm Lanze für Durchmesser von 100 bis 600 mm Länge: 13 m Brenneranstellwinkel: 45 Abschmelzleistung Schichtdicke: 6 mm Raupenbreite: 8 mm Anzahl der Lagen: 2 Anzahl der Durchgänge: die beiden Lagen werden von den zwei Brennern in einem Durchgang der Lanze erzeugt Lineare Schweißgeschwindigkeit: bis zu 600 mm/min 45

46 Auftragschweißanlage für lange Rohre in horizontaler Position Drehendes Teil Beispiele eines zu beschichtender Werkstücks: Innen-Auftragschweißen des Rohrendes eines Bimetall Rohres. Ausrüstung 1 Drehvorrichtung zur Aufnahme des Rohres 2 höhenverstellbare Rohrunterstützungen 1 Master - Stromquelle PC Slave - Stromquelle PC AC Stromquelle für die Erwärmung des Schweißzusatzwerkstoffs Werkstückdaten Art: Rohre Außenrohr: hochfester Stahl X42 - X70 Innenrohr: 304L oder 316 L Länge: 11.7 bis 12,5 m Schweißparameter Zusatzdraht: 15 kg - Spulen Werkstoff: ERNiCrMo-3 Drahtdurchmesser: 1,2 mm Schweißschutzgas: Argon Innen Auftragschweißen von Bimetall Rohren mit Durchmessern von 168 bis 508 mm Innendurchmesser: 168 bis 508 mm Vorwärmung: 150 C Zwischenlagentemperatur: 350 C Schweißwerkzeug Lanze TIG er Bikathode Länge: 800 mm Abschmelzleistung Schichtdicke: 1,5 bis 3,5 mm Lagenversatz: 3 bis 3,5 mm Anzahl der Lagen: 2 Schweißgeschwindigkeit: bis zu 750 mm/min 46