Schweißzusätze für Abgassysteme im Automobilbau

Transkript

1 Schweißzusätze für Abgassysteme im Automobilbau voestalpine Böhler Welding

2 Lasting Connections Der wichtigste Aspekt beim Schweißen ist das Herstellen einer dauerhaften Verbindung. Böhler Welding bietet ein weltweit einzigartiges Produktsortiment für alle gängigen Lichtbogen schweiß ver fah ren an, und unsere erstklassigen Schweißzusätze garantieren dauerhafte Verbindungen selbst in den anspruchsvollsten Anwendungen und Branchen. Unser Angebot an Massiv- und Metallpulverdrähten deckt die aufgrund immer strengerer interna tionaler Emissionsgesetze gestiegenen Materialanforderungen für die Herstellung von Abgas an la gen in der Automobilindustrie perfekt ab trotz immer höherer Betriebstemperaturen von Katalysatoren und der generellen Tendenz zu Gewichtseinsparungen. Unsere Schweißzusätze für diesen Bereich sind speziell für das vollautomatisierte Schweißen an Roboteranlagen entwickelt worden und garantieren hohe Schweißgeschwindigkeiten, gute Drahtförderung und somit auch kurze Durchlaufzeiten und minimale Steh- und Nacharbeitszeiten sowie extrem niedrige Ausschussraten. 2

3 Materialanforderungen für Abgasanlagen Die an Kraftfahrzeuge gestellten Materialanforderungen werden ständig erhöht. Man verlangt nach immer mehr Leistung und gesteigerter Energieeffizienz bei geringem Gewicht, während immer strengere Auflagen eine laufende Reduktion von Emissionen vorschreiben. Somit bilden Qualität und Leistungsfähigkeit einer Abgasanlage eine der Grundlagen moderner Kraftfahrzeuge. Die Wandstärken von Bauteilen wie Katalysatoren oder Dieselpartikelfiltern werden verringert und deren Betriebstemperaturen erhöht, um die Emissionen zu verringern und Gewicht einzusparen. Sie müssen einfach hergestellt werden können und eine lange Lebensdauer aufweisen. Die Schweißzusätze spielen für eine zuverlässige Hochgeschwindigkeitsschweißung bei der Herstellung von dünnwandigen Bauteilen eine entscheidende Rolle. Abgassysteme sind extremen mechanischen und korrosiven Beanspruchung ausgesetzt. Sie müssen Temperaturen zwischen -40 und 950 C und den dabei entstehenden Spannungen standhalten können. Aufgrund des Kondensats im Inneren und des Einflusses von Salzwasser von außen muss das Material extrem korrosionsbeständig sein. Daher wird eine Vielzahl von Stahlgüten eingesetzt US-Bundesgesetz: Abgasgrenzwerte sind unabhängig vom Treibstoff Internationale Emissionsgesetze Europ. Gesetzgebung: EURO 4: Aktuelle Norm Kalifornien: Tier II Bin 10 Abgasgrenzwerte sind unabhängig vom Treibstoff Ein Abgassystem ist in drei Bereiche unterteilt, die unterschiedlichen mechanischen, thermischen und korrosiven Beanspruchungen standhalten müssen. Der Grundwerkstoff und die Schweißzusätze müssen diesen Belastungen gewachsen sein: BIN 8 -Norm möglich, sofern der NOx-Wert des Flottendurchschnitts 0,07 g/mi nicht übersteigt Garantiert über 120 km Prüfzyklus: FTP 75 Tier II, Bin 10 EURO 5: Typzulassung/Zulassung für Verkauf: 2009/2010 EURO 6: Vorschlag, Typzulassung/Zulassung für Verkauf: 2014/2015 Prüfzyklus: NEDC LEV II -Programm schrittweise eingeführt ZEV-Sonderprogramm Nicht vor 2013 Prüfzyklus: US 06 (scharf gefahrener Zyklus mit hoher Geschwindigkeit/ Last) oder FTP 75 EURO 3 Hochtemperaturbereich (Abgaskrümmer, Katalysator, Dieselpartikelfilter): Hohe Zunderbeständigkeit Geringe Versprödungsneigung Mittlerer Bereich (Vorschalldämpfer, Verbindungsrohr): Hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit Partikel (g/km) 0.04 Endbereich (Endschalldämpfer, Endrohr): Nasskorrosion durch Kondensate im Inneren Korrosion durch Salzwasser von außen 0.03 EURO Tier II Bin Tier II Bin 2 ULEV Tier II Bin 5 SULEV EURO 6* EURO ZEV HC + NOx (g/km)/nox (US + Cal.) (g/mi) ULEV: Ultra Low Emissions Vehicle (Fahrzeug mit ultraniedriger Emission) SULEV: Super Ultra Low Emissions Vehicle (Fahrzeug mit super-ultraniedriger Emission) ZEV: Zero Emission Vehicle (emissionsfreies Fahrzeug) Die europäischen und amerikanischen Gesetze stellen im Verlauf der Jahre immer höhere Anforderungen an die Abgasemissionen von Personenfahrzeugen. Schweißnähte an einem Abgaskrümmer 3

4 1) Krümmer Sonde 3) Katalysator 4) Verbindungsrohr Flexrohr Gummilager Hitzeschild Auspuffverbindung (Flansch) 2) Hosenrohr C 3) Speicherkatalysator 5) Vorschalldämpfer 6) Verbindungsrohr 7) Endschalldämpfer 8) Endrohr Benzinmotor Dieselmotor Abgastemperatur Beispiel eines Abgassystems und der Temperaturverteilung für Benzin- und Dieselmotoren. Quelle: International Journal of Recent Development in Engineering and Technology. Materials for Automotive Exhaust System von S. Rajadurai, M. Afnas, S. Ananth und S. Surendhar, Sharda Motor Industries Ltd. Materialtemperatur Ferritischer Grundwerkstoff Austenitischer Grundwerkstoff Bauteil Euro Norm, WNr., nach EN AISI/ASTM/UNS Empfohlener Schweißzusatz Norm, WNr., nach EN AISI/ASTM/UNS Empfohlener Schweißzusatz 1) Krümmer / X2CrTiNb18 / / X3CrNb17 / 430 Nb BÖHLER CAT 430L Cb Ti BÖHLER CAT 430L Cb / X15CrNiSi20-12 / / 309 (mod.) BÖHLER FF-IG 2) Hosenrohr / X2CrTiNb18 / / X2CrTi12 / 409 BÖHLER CAT 430L Cb Ti Thermanit 409 Cb / X15CrNiSi20-12 / 309 BÖHLER FF-IG BÖHLER A 7-MC 3) Katalysator / X2CrTiNb18 / / X3CrNb17 / 430 Nb BÖHLER CAT 430L Cb Ti BÖHLER CAT 430L Cb / X15CrNiSi20-12 / 309 BÖHLER FF-IG BÖHLER A 7-MC 4) Verbindungsrohr / X2CrTiNb18 / / X2CrTi12 / 409 BÖHLER CAT 430L Cb Ti Thermanit 409 Cb / X5CrNi18-10 / 304 BÖHLER A 7-MC BÖHLER EAS 2-IG (Si) 5) Vorschalldämpfer / X2CrTi12 / / X3CrTi17 / 439 BÖHLER CAT 439L Ti Thermanit 409 Cb / X5CrNi18-10 / / X6CrNiTi18-10 / 347 BÖHLER EAS 2-IG (Si) BÖHLER SAS 2-IG (Si) 6) Verbindungsrohr / X2CrTi12 / 409 Thermanit 409 Cb / X5CrNi18-10 / 304 BÖHLER EAS 2-IG (Si) 7) Endschalldämpfer / X2CrTi12 / 409 Thermanit 409 Cb / X5CrNi18-10 / / X6CrNiTi18-10 / 347 BÖHLER EAS 2-IG (Si) BÖHLER SAS 2-IG (Si) 8) Endrohr / X2CrTiNb18 / 430 BÖHLER CAT 430L Cb Ti / X5CrNi18-10 / / X5CrNiMo / 316 BÖHLER EAS 2-IG (Si) BÖHLER EAS 4 M-IG (Si) 4

5 Die Anforderung bestimmt die Schweißzusätze Die richtige Kombination von Grundwerkstoff und Schweißzusatz ist eng mit dem Einsatzgebiet verknüpft. Die Wahl hängt davon ab, welcher Einfluss wichtiger ist Korrosion oder hohe Temperatur und die damit einhergehende Neigung einiger Materialien, spröde zu werden. Einige Materialien sind hohen Temperaturen und Korrosion ausgesetzt. Eine derartige Konstellation zeigt sehr schnell die Belastungsgrenzen von Grundwerkstoff und Schweißzusatz auf. Durch die richtige Wahl des Schweißzusatzes und des Schweißprozesses lassen sich solche kritischen Bedingungen deutlich verbessern. Abgassysteme werden, wie viele Komponenten im Fahrzeugbau, in vollautomatischen Roboterzellen verschweißt. Das Ziel ist eine hohe Produktivität: kürzere Fertigungszeiten, geringer Ausschuss, minimale Schweißfehler und so wenig Nacharbeiten (Reinigung, Nachbesserung von Schweißnähten) wie möglich. Diese Ziele stellen hohe Ansprüche an den Schweißzusatz. Hohe Schweißgeschwindigkeiten erfordern eine geringe, gleichmäßige Fördereigenschaft und einen großen Toleranzbereich. Des Weiteren sind sehr gute allgemeine Schweißeigenschaften gefragt, um die hohen Qualitätsanforderungen der Automobilbranche an saubere, gleichmäßige Schweißnähte erfüllen zu können. Selbstverständlich muss der Schweißzusatz auch allen mechanischen und chemischen Anforderungen entsprechen. Produkttabelle Produkt EN Klassifizierung AWS Klassifizierung Richtanalyse des Schweißgutes (Gew.-%) C Si Mn Cr Ni Mo Nb Ti BÖHLER EAS 2-IG (Si) G 19 9 L Si ER308LSi 0,02 0,8 1,7 20,0 10,2 BÖHLER SAS 2-IG (Si) G 19 9 Nb Si ER347Si 0,035 0,8 1,3 19,4 9,7 + BÖHLER EAS 4 M-IG (Si) G L Si ER316LSi 0,02 0,8 1,7 18,4 12,4 2,8 Massivdrahtelektroden BÖHLER A 7 CN-IG G 18 8 Mn ER307 (mod.) 0,08 0,9 7,0 19,2 9,0 BÖHLER FF-IG G H ER309 (mod.) 0,1 1,1 1,6 22,5 11,5 BÖHLER FA-IG G ,07 0,8 1,2 25,7 4,5 Thermanit 409 Cb G Z13 Nb L ER409Nb 0,05 0,6 0,6 11,5 10xC BÖHLER CAT 439L Ti-IG G Z18 Ti L ER439 0,03 0,8 0,8 18,0 >12xC BÖHLER CAT 430L Cb-IG G Z18 L Nb ER430 (mod.) 0,02 0,5 0,5 18,0 >12xC BÖHLER CAT 430L Cb Ti-IG G ZCr 18 NbTi L ER430Nb (mod.) 0,02 0,5 0,5 18,0 >12xC 0,4 BÖHLER A 7-MC T 18 8 Mn MM1 EC307 (mod.) 0,1 0,6 6,3 18,8 9,2 Metallpulverdrähte BÖHLER FF-MC T H M M13 1 EC309 (mod.) 0,07 0,6 0,6 20,5 10,5 0,16 (FN 5-9) BÖHLER CAT 439L Ti-MC T Z17 Ti L M M12 1 EC439 0,02 0,5 0,7 18,5 0,85 BÖHLER CAT 430L Cb-MC T Z17 Nb L M M12 1 EC439Nb 0,02 0,5 0,7 18,5 0,65 0,12 BÖHLER CAT 430L Cb Ti-MC T Z17 Nb Ti L M M12 1 EC430G 0,02 0,5 0,7 18,5 0,55 0,35 Für weitere Informationen zu unseren Produkten verwenden Sie bitte die Produktsuche auf 5

6 Böhler Welding Metallpulverdrähte höhere Schweißgeschwindigkeit und bessere Spaltüberbrückung Die Palette der Metallpulverdrähte von Böhler Welding wurde in enger Zusammenarbeit mit Technikern der Automobilbranche entwickelt, um den besonderen Anforderungen für das Roboterschweißen von Abgassystemen zu entsprechen. Die Drähte wurden für das Hochgeschwindigkeitsschweißen von dünnwandigen Blechen optimiert und bestechen durch Lichtbogenstabilität, guten Einbrand und hervorragende Spaltüberbrückung bei verschiedensten Lichtbogenvarianten. Die Gefahr von Bindefehlern, die Ausschuss und Reparaturen nach sich ziehen, ist durch das breitere Einbrandprofil deutlich geringer, was in dieser Branche besonders wichtig ist. Durch ihren Aufbau eine mit Metallpulver gefüllte Metallhülle weisen die Metallpulverdrähte für Abgassysteme von Böhler Welding eine wesentlich höhere Abschmelzleistung und Schweißgeschwindigkeit auf als Massivdrähte mit derselben Stärke. Des Weiteren wird ein feintropfiger Werkstoffübergang im Sprühlichtbogen bereits bei deutlich geringeren Drahtvorschubgeschwindigkeiten erreicht und die ungünstige Übergangsphase (Übergangslichtbogen) minimiert. Dank dieser Eigenschaften lassen sich passende Schweißparameter für die Mehrzahl aller Schweißanwendungen in diesem Bereich leicht finden, während die Drähte eine hervorragende Spaltüberbrückbarkeit aufweisen. Das Angebot von Böhler Welding an Metallpulverdrähten wurde erweitert, um ferritische und austenitische Materialgüten schweißen zu können, die in verschiedenen Teilen eines Abgassystems verwendet werden. Weitere Einzelheiten finden Sie in der Produkttabelle. Erhebliche Einsparungen Dank höherer Produktivität, verbesserter Schweißqualität, eines geringeren Ausschusses und weniger Nachbesserungs- und Reinigungsarbeiten helfen Ihnen Metallpulverdrähte von Böhler Welding dabei, Kosten zu sparen. Drahtvorschubgeschwindigkeit (m/min) ,72 mm Massivdraht 1,0 mm 1,22 mm 0,17 mm Spannungsregelung 4,79 mm 2,00 mm Gute Spaltüberbrückung der Metallpulverdrähte von Böhler Welding Mischlichtbogen Sprühlichtbogen Sprühlichtbogen Kurzlichtbogen Mischlichtbogen Kurzlichtbogen Metallpulverdraht 1,2 mm Der Einsatz von Metallpulverdrähten erlaubt wesentlich höhere Schweißgeschwindigkeiten Produkteigenschaft Vorteile für den Nutzer 250 Sprühlichtbogen startet bei geringer Schweißstromstärke Sprühlichtbogen startet bei geringer Schweißstromstärke Schweißgeschwindigkeiten bis zu 2,5 m / min möglich Guter Einbrand, hervorragende Benetzung Gute Spaltüberbrückung Kürzere Durchlaufzeiten höhere Produktivität; Vermeidung von Bindefehlern geringere Nachbesserungsarbeiten Geringe Spritzerbildung, guter Einbrand weniger Ausschuss und geringe Nahtnachbearbeitung Kürzere Durchlaufzeiten höhere Produktivität Vermeidung von Bindefehlern weniger Ausschuss und geringe Nahtnachbearbeitung Tolerant beim Ausrichten weniger Ausschuss und geringe Nahtnachbearbeitung Schweißstromstärke (A) Massivdraht ø 1,0 mm Metallpulverdraht ø 1,2 mm Produktivitätssteigerung Kein Pendeln Höhere Schweißgeschwindigkeit 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 Schweißgeschwindigkeit (m/min) 6

7 Entwicklungstests mit einem Schweißroboter Diese Fotos zeigen Schweißmuster, die im Rahmen von Testreihen mit einem Schweißroboter bei der Entwicklung der Drähte hergestellt wurden. Die Muster bestehen aus zwei ca. 1,2 mm dicken Blechen, die überlappend geschweißt wurden. Um die jeweiligen Anforderungen zu simulieren, wurden unterschiedlichste Vorschubgeschwindigkeiten und Lichtbogenarten verwendet. Mit allen Einstellungen wurden hervorragende Schweißergebnisse erzielt. 1 Muster Nr. Lichtbogenart Stromstärke (A) Spannung (V) * Double frequency pulse mode (Doppelimpulslichtbogen) Drahtvorschubgeschwindigkeit (m/min) Schweißgeschwindigkeit (m/min) 1 Kurzlichtbogen ,5 2,8 1,0 2 Sprühlichtbogen ,6 6,7 2,4 3 DFPM* ,4 7,2 1,8 Kurzlichtbogen Der Kurzlichtbogen ermöglicht die Spaltüberbrückung bei sich ändernden Spaltbreiten. Selbst bei hohen Schweißgeschwindigkeiten bieten Metallpulverdrähte eine exzellente Fließeigenschaft des Schweißguts. Ein stabiler Kurzlichtbogen und kerbreie Nahtübergänge werden auch bei niedriger Drahtvorschubgeschwindikeit gewährleitest Sprühlichtbogen Sehr oft kommt der Sprühlichtbogen zum Einsatz, da er in Kombination mit Metallpulverdrähten die schnellste Verarbeitung bietet und somit am wirtschaftlichsten ist. 3 BÖHLER CAT 430L Cb Ti-MC, nicht nachbearbeitete Schweißmuster Doppelimpulslichtbogen mit BÖHLER CAT 430L Cb Ti-MC Fronius-CMT-Schweißen (Cold Metal Transfer) Die Eigenschaften moderner Stromaggregate und kalte Schweißprozesse bieten weitere Optimierungsmöglichkeiten. Auch hier sind die Vorteile von Metallpulver drähten nicht zu übersehen. 7

8 005/2016/DE/GL voestalpine Böhler Welding Welding know-how joins steel Mit über 100 Jahren Erfahrung ist voestalpine Böhler Welding die globale Top-Adresse für die täglichen Herausforderungen in den Bereichen Verbindungsschweißen, Verschleiß- und Korrosionsschutz sowie für das Hartlöten. Über 40 Niederlassungen in 25 Ländern, Mitarbeiter sowie mehr als Vertriebspartner auf der ganzen Welt sind Garant für Kundennähe. Und mit der individuellen Beratung durch unsere Anwendungstechniker und Schweißfachingenieure gewährleisten wir, dass unsere Kunden auch die anspruchsvoll sten schweißtechnischen Herausforderungen meistern. voestalpine Böhler Welding führt drei spezialisierte und fokussierte Produktmarken um die Anforderungen unserer Kunden und Partner stets optimal zu erfüllen. Lasting Connections Mit mehr als Produkten für das Verbindungsschweißen bietet Böhler Welding ein weltweit einzigartiges Produktportfolio für alle gängigen Lichtbogenschweißverfahren. Das Herstellen dauerhafter Verbindungen ist unsere Markenphilosophie, sowohl beim Schweißen wie auch auf menschlicher Ebene als zuverlässiger Partner für unsere Kunden. Tailor-Made Protectivity TM Jahrzehntelange Erfahrung in der Branche und Anwendungs-Know-how in den Bereichen Reparatur und Verschleißschutz sowie Plattieren zeichnen uns aus. In Kombination mit innovativen und kundenspezifischen Produkten ermöglichen wir unseren Kunden gesteigerte Produktivität und gewährleisten höchsten Schutz für ihre Komponenten. In-Depth Know-How Dank eingehender Kenntnisse über Verarbeitungsverfahren und Anwendungsmethoden bietet Fontargen Brazing die besten Hartlöt- und Weichlötlösungen, die auf bewährten Produkten mit deutscher Technologie aufbauen. Dazu zeichnet unsere Anwendungstechniker ein einzigartiges Know-how aus, das auf den über Jahrzehnte gesammelten Erfahrungswerten unzähliger Anwendungsfälle beruht. Böhler Welding Global Segment Management voestalpine Böhler Welding